बादल भौतिकी
मेघ भौतिकी, उन भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो वायुमंडलीय मेघों के निर्माण, विकास और वर्षा का कारण बनती हैं। ये एरोसोल क्षोभमंडल, समतापमंडल और मध्यमंडल में पाए जाते हैं, जो सामूहिक रूप से सममंडल का सबसे बड़ा भाग बनाते हैं। मेघों में तरल जल की सूक्ष्म बूंदें, बर्फ के छोटे कण, या दोनों (मिश्रित चरण वाले मेघ) होते हैं, साथ ही धूल, धुआं या अन्य पदार्थ के सूक्ष्म कण होते हैं, जिन्हें संघनन नाभिक के रूप में जाना जाता है।[1] मेघ की बूंदें प्रारंभ में संघनन नाभिक पर जलवाष्प के संघनन से निर्मित होती हैं, जब कोहलर सिद्धांत के अनुसार वायु की अतिसंतृप्ति एक महत्वपूर्ण मान से अधिक हो जाती है। केल्विन प्रभाव के कारण मेघ बूंदों के निर्माण के लिए मेघ संघनन नाभिक आवश्यक हैं, जो घुमावदार सतह के कारण संतृप्त वाष्प दबाव में परिवर्तन का वर्णन करता है। छोटी त्रिज्या पर, संघनन होने के लिए आवश्यक अतिसंतृप्ति की मात्रा इतनी बड़ी होती है कि यह स्वाभाविक रूप से नहीं होता है। राउल्ट का नियम बताता है कि वाष्प का दबाव किसी घोल में विलेय की मात्रा पर कैसे निर्भर करता है। उच्च सांद्रता में, जब मेघ की बूंदें छोटी होती हैं, तो आवश्यक अतिसंतृप्ति नाभिक की उपस्थिति के बिना छोटा होता है।
गर्म मेघों में, बड़े मेघ की बूंदें उच्च सीमांत वेग से गिरती हैं; क्योंकि किसी दिए गए वेग पर, छोटी बूंदों पर बूंद के भार की प्रति इकाई खींचने वाला बल बड़ी बूंदों की तुलना में अधिक होता है। फिर बड़ी बूंदें छोटी बूंदों से टकरा सकती हैं और मिलकर और भी बड़ी बूंदें बना सकती हैं। जब बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि उनका नीचे की ओर आसपास की वायु के सापेक्ष वेग, आसपास की वायु के ऊपर की ओर पृथ्वी के सापेक्ष वेग से अधिक हो जाता है, तो बूंदें वर्षा (मौसम विज्ञान) के रूप में गिर सकती हैं। मिश्रित चरण के मेघों में टकराव और सहसंलयन उतना महत्वपूर्ण नहीं है जहां बर्जरोन प्रक्रिया हावी है। अन्य महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं जो वर्षा का निर्माण करती हैं, वे हैं रिमिन, जब एक अतिशीतित तरल बूंद एक ठोस बर्फ के टुकड़े से टकराती है, और एकत्रीकरण, जब दो ठोस बर्फ के टुकड़े टकराते हैं और संयोजित होते हैं। मेघ कैसे निर्मित होते और बढ़ते हैं इसकी सटीक यांत्रिकी पूरी तरह से समझ में नहीं आती है, परंतु वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत बूंदों के सूक्ष्मभौतिकी का अध्ययन करके मेघों की संरचना को समझाने वाले सिद्धांत विकसित किए हैं। मौसम रडार और मौसम उपग्रह प्रौद्योगिकी में प्रगति ने भी बड़े पैमाने पर मेघों के सटीक अध्ययन की अनुमति दी है।
मेघ भौतिकी का इतिहास
आधुनिक मेघ भौतिकी 19वीं शताब्दी में प्रारंभ हुई और कई प्रकाशनों में इसका वर्णन किया गया।[2][3][4] ओटो वॉन गुएरिके ने इस विचार को जन्म दिया कि मेघ जल के बुलबुले से बने होते हैं। 1847 में ऑगस्टस वोल्नी वालर ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे बूंदों की जांच करने के लिए मकड़ी के जाले का उपयोग किया।[5] इन टिप्पणियों की पुष्टि 1880 में विलियम हेनरी डाइन्स और 1884 में रिचर्ड असमन द्वारा की गई थी।
मेघ का निर्माण: वायु कैसे संतृप्त हो जाती है
वायु को उसके ओस बिंदु तक ठंडा करना
रुद्धोष्म शीतलन: नम वायु के बढ़ते क्रम
जैसे ही पृथ्वी की सतह के किसी क्षेत्र से जल वाष्पित होता है, उस क्षेत्र की वायु नम हो जाती है। नम वायु आसपास की शुष्क वायु की तुलना में हल्की होती है, जिससे अस्थिर स्थिति उत्पन्न होती है। जब पर्याप्त नम वायु जमा हो जाती है, तो सभी नम वायु आसपास की वायु के साथ मिश्रित हुए बिना, एक पैकेट के रूप में ऊपर उठती है। जैसे-जैसे सतह पर अधिक नम वायु बनती है, प्रक्रिया दोहराई जाती है, जिसके परिणामस्वरूप नम वायु के अलग-अलग पैकेटों की एक श्रृंखला ऊपर उठकर मेघों का निर्माण करती है।[6] यह प्रक्रिया तब होती है जब तीन संभावित उठाने वाले घटकों में से एक या अधिक - चक्रवाती/वाताग्र, संवहनी, या पर्वत - विज्ञान - अदृश्य जल वाष्प युक्त वायु को अपने ओस बिंदु तक बढ़ने और ठंडा करने का कारण बनता है, जिस तापमान पर वायु संतृप्त हो जाती है। इस प्रक्रिया के पीछे मुख्य तंत्र रुद्धोष्म चूक दर है।[7] ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, इसलिए ऊपर उठती वायु एक ऐसी प्रक्रिया में फैलती है जिससे ऊर्जा खर्च होती है और वायु ठंडी हो जाती है, जिससे जलवाष्प संघनित होकर मेघ बन जाती है।[8] संतृप्त वायु में जलवाष्प सामान्यतः धूल और नमक के कणों जैसे मेघ संघनन नाभिकों की ओर आकर्षित होता है जो वायु के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर उठाए जाने के लिए अत्यधिक छोटे होते हैं। मेघ में जल की बूंदों की सामान्य त्रिज्या लगभग 0.002 मिमी (0.00008 इंच) होती है। बूंदें टकराकर बड़ी बूंदें बना सकती हैं, जो तब तक ऊपर रहती हैं जब तक मेघ के भीतर बढ़ती वायु का वेग बूंदों के अंतिम वेग के बराबर या उससे अधिक होता है।[9] गैर-संवहनी मेघ के लिए, जिस ऊंचाई पर संक्षेपण होना प्रारंभ होता है उसे उठा हुआ संघनन स्तर कहा जाता है, जो मोटे तौर पर मेघ के आधार की ऊंचाई निर्धारित करता है। मुक्त संवहन मेघ सामान्यतः संवहन संघनन स्तर (सीसीएल) की ऊंचाई पर निर्मित होते हैं। संतृप्त वायु में जलवाष्प सामान्यतः मेघ संघनन नाभिकों जैसे कि नमक के कणों की ओर आकर्षित होता है जो इतने छोटे होते हैं कि वायु के सामान्य वायुमंडलीय परिसंचरण द्वारा ऊपर रखे जा सकते हैं। यदि संघनन प्रक्रिया क्षोभमंडल में हिमांक स्तर से नीचे होती है, तो नाभिक वाष्प को अत्यधिक छोटी जल की बूंदों में बदलने में सहायता करते हैं। हिमांक स्तर के ठीक ऊपर बनने वाले मेघ अधिकतर अतिशीतित तरल बूंदों से बने होते हैं, जबकि जो मेघ अधिक ऊंचाई पर, जहां वायु अधिक ठंडी होती है, संघनित होते हैं, वे सामान्यतः बर्फ के कण का रूप ले लेते हैं। संघनन स्तर पर और उससे ऊपर पर्याप्त संघनन कणों की अनुपस्थिति के कारण ऊपर उठती वायु अतिसंतृप्त हो जाती है और मेघ का निर्माण बाधित हो जाता है।[10]
वाताग्री और चक्रवाती उत्तोलन
वाताग्री और चक्रवाती उत्तोलन अपनी शुद्धतम अभिव्यक्तियों में तब घटित होती है जब वायुमंडलीय अस्थिर वायु, जो कि अत्यधिक कम या कोई सतह तापन के अधीन नहीं होती है, को मौसम के वाताग्रो पर और कम दबाव वाले क्षेत्र के केंद्रों के आसपास ऊपर की ओर विवश किया जाता है।[11] अतिरिक्त उष्णकटिबंधीय चक्रवातों से जुड़े गर्म वाताग्र एक विस्तृत क्षेत्र में अधिकतर सिरिफ़ॉर्म और स्ट्रैटिफ़ॉर्म मेघों को उत्पन्न करते हैं, जब तक कि आने वाली गर्म वायुराशि अस्थिर न हो, उस स्थिति में कपासी गोभी उदग्र या चक्रवातीय मेघ सामान्यतः मुख्य अवक्षेपित मेघ परत में आच्छादित होंगे।[12] ठंडे वाताग्र सामान्यतः तीव्रता से आगे बढ़ते हैं और मेघों की एक संकीर्ण रेखा उत्पन्न करते हैं जो अधिकतर स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म, क्यूमुलीफॉर्म, या क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म होते हैं जो सामने के ठीक आगे गर्म वायु द्रव्यमान की स्थिरता पर निर्भर करते हैं।[13]
संवहनी उत्तोलन
एक अन्य कारक, सतह के स्तर पर महत्वपूर्ण दिन के सौर ताप या अपेक्षाकृत उच्च निरपेक्ष आर्द्रता के कारण होने वाली उत्प्लावन संवहनशील उर्ध्व गति है।[10] सूर्य द्वारा उत्पन्न आने वाली लघु-तरंग विकिरण पृथ्वी की सतह पर पहुंचने पर लंबी-तरंग विकिरण के रूप में पुनः उत्सर्जित होती है। यह प्रक्रिया पृथ्वी के सबसे निकट की वायु को गर्म करती है और सतह के स्तर पर गर्म या गर्म से ऊपर की ठंडी तक एक तीव्र तापमान प्रवणता बनाकर वायु द्रव्यमान की अस्थिरता को बढ़ाती है। इसके कारण यह ऊपर उठता है और ठंडा होता है जब तक कि ऊपर की वायु के साथ तापमान संतुलन हासिल नहीं हो जाता। मध्यम अस्थिरता मध्यम आकार के संचयी मेघों के निर्माण की अनुमति देती है जो वायुराश पर्याप्त रूप से नम होने पर हल्की वर्षा उत्पन्न कर सकते हैं। विशिष्ट संवहन अपधाराएँ बूंदों को लगभग 0.015 millimetres (0.0006 in) के सीमा तक बढ़ने की अनुमति दे सकती हैं।[14] इन बूंदों का तुल्य व्यास लगभग 0.03 millimetres (0.001 in) है .
यदि सतह के पास वायु अत्यधिक गर्म और अस्थिर हो जाती है, तो इसकी ऊपर की ओर गति अत्यधिक विस्फोटक हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप ऊंचे क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघ बन सकते हैं जो गंभीर मौसम का कारण बन सकते हैं। छोटे जल के कण जो मेघ समूह बनाते हैं, मिलकर वर्षा की बूंदें बनाते हैं, वे गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा पृथ्वी पर खींचे जाते हैं। बूंदें सामान्यतः संघनन स्तर से नीचे वाष्पित हो जाती हैं, परंतु मजबूत उद्वाह गिरती बूंदों को रोक देते हैं, और उन्हें अन्यथा की तुलना में अधिक समय तक ऊपर रख सकते हैं। तीव्र उद्वाह 180 miles per hour (290 km/h) तक की गति तक पहुँच सकते हैं .[15] वर्षा की बूंदें जितनी देर तक ऊपर रहती हैं, उन्हें बड़ी बूंदों में विकसित होने में उतना ही अधिक समय लगता है जो अंततः भारी वर्षा के रूप में गिरती हैं।
वर्षा की बूंदें जो हिमांक स्तर से अत्यधिक ऊपर चली जाती हैं, पहले अतिशीतल हो जाती हैं और फिर छोटे-छोटे ओलों में परिवर्तित जाती हैं। एक जमी हुई बर्फ, 0.5 inches (1.3 cm) का केंद्रक उठा सकता है आकार में इन उद्वाह में से एक के माध्यम से यात्रा करता है और अंततः इतना भारी होने से पहले कई उद्वाह और अधोप्रवाह के माध्यम से चक्र कर सकता है कि यह बड़े ओलों के रूप में पृथ्वी पर गिरता है। ओलों को आधा काटने पर बर्फ की प्याज जैसी परतें दिखाई देती हैं, जो अलग-अलग समय का संकेत देती हैं जब यह अति-ठंडे जल की परत से होकर गुजरा था। 7 inches (18 cm) तक के व्यास वाले ओले पाए गए हैं .[16]
संवहन उत्तोलन किसी भी वाताग्र से अत्यधिक दूर अस्थिर वायु द्रव्यमान में हो सकती है। यद्यपि, अत्यधिक गर्म अस्थिर वायु भी वाताग्रो और कम दबाव वाले केंद्रों के आसपास उपस्थित हो सकती है, जो प्रायः संयुक्त वाताग्र और संवहन उठाने वाले घटकों के कारण भारी और अधिक सक्रिय सांद्रता में क्यूम्यलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मेघों का उत्पादन करती है। गैर-वाताग्र संवहन उत्तोलन की तरह, बढ़ती अस्थिरता ऊपर की ओर ऊर्ध्वाधर मेघ के विकास को बढ़ावा देती है और गंभीर मौसम की संभावना को बढ़ाती है। तुलनात्मक रूप से दुर्लभ अवसरों पर, संवहन उत्तोलन क्षोभसीमा में प्रवेश करने और मेघ के शीर्ष को समताप मंडल में धकेलने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली हो सकती है।[17]
पर्वतीय उत्तोलन
उत्तोलन का तीसरा स्रोत वायु परिसंचरण है जो वायु को पर्वत जैसे भौतिक अवरोध पर विवश करता है।[10]यदि वायु सामान्यतः स्थिर है, तो मसूराकार मेघों से अधिक कुछ नहीं बनेगा। यद्यपि, यदि वायु पर्याप्त रूप से नम और अस्थिर हो जाती है, तो पर्वतीय वर्षा या गरज के साथ बौछारें पड़ सकती हैं।[18]
गैर रुद्धोष्म शीतलन
रुद्धोष्म शीतलन के साथ-साथ जिसके लिए उत्तोलन घटक की आवश्यकता होती है, वायु के तापमान को उसके ओस बिंदु तक कम करने के लिए तीन अन्य मुख्य तंत्र हैं, जो सभी सतह के स्तर के पास होते हैं और वायु को उठाने की आवश्यकता नहीं होती है। प्रवाहकीय, विकिरणात्मक और बाष्पीकरणीय शीतलन से सतह स्तर पर संघनन हो सकता है जिसके परिणामस्वरूप कोहरा बन सकता है।[19] प्रवाहकीय शीतलन तब होता है जब अपेक्षाकृत हल्के स्रोत क्षेत्र से वायु ठंडी सतह के संपर्क में आती है, जैसे कि जब हल्की समुद्री वायु ठंडे भूमि क्षेत्र में चलती है। विकिरणीय शीतलन थर्मल विकिरण के उत्सर्जन के कारण होता है, या तो वायु से या नीचे की सतह से।[20] इस प्रकार की शीत रात्रि के समय साधारण है जब आकाश साफ होता है। वाष्पीकरणीय शीतलन तब होता है जब वाष्पीकरण के माध्यम से वायु में नमी जोड़ी जाती है, जो वायु के तापमान को उसके गीले-बल्ब तापमान तक, या कभी-कभी संतृप्ति के बिंदु तक ठंडा करने के लिए विवश करती है।[21]
वायु में नमी मिश्रण
पाँच मुख्य विधियों से जलवाष्प को वायु में मिश्रित किया जा सकता है। बढ़ी हुई वाष्प सामग्री जल या नम पृथ्वी पर ऊपर की ओर गति वाले क्षेत्रों में वायु के अभिसरण के परिणामस्वरूप हो सकती है।[22] ऊपर से गिरने वाली वर्षा या विरगा भी नमी की मात्रा को बढ़ाती है।[23] दिन के समय गर्मी के कारण महासागरों, जल निकायों या गीली भूमि की सतह से जल वाष्पित हो जाता है।[24] पौधों से वाष्पोत्सर्जन जलवाष्प का एक अन्य विशिष्ट स्रोत है।[25] अंततः, गर्म जल के ऊपर चलने वाली ठंडी या शुष्क वायु अधिक आर्द्र हो जाएगी। दिन के समय गर्मी की तरह, वायु में नमी बढ़ने से इसकी गर्मी की मात्रा और अस्थिरता बढ़ जाती है और उन प्रक्रियाओं को गति देने में सहायता मिलती है जो मेघ या कोहरे के निर्माण का कारण बनती हैं।[26]
अतिसंतृप्ति
किसी दिए गए आयतन में वाष्प के रूप में उपस्थित जल की मात्रा तापमान के साथ बढ़ती है। जब जल वाष्प की मात्रा जल की सपाट सतह के ऊपर संतुलन में होती है तो वाष्प दबाव के स्तर को संतृप्ति कहा जाता है और सापेक्ष आर्द्रता 100% होती है। इस संतुलन पर जल से वाष्पित होने वाले अणुओं की समान संख्या होती है क्योंकि वे जल में वापस संघनित होते हैं। यदि सापेक्ष आर्द्रता 100% से अधिक हो जाती है, तो इसे सुपरसैचुरेटेड कहा जाता है। संघनन नाभिक की अनुपस्थिति में अतिसंतृप्ति होती है।
चूँकि संतृप्ति वाष्प दबाव तापमान के समानुपाती होता है, ठंडी वायु का संतृप्ति बिंदु गर्म वायु की तुलना में कम होता है। इन मूल्यों के बीच का अंतर ही मेघों के निर्माण का आधार है। जब संतृप्त वायु ठंडी हो जाती है, तो उसमें जलवाष्प की समान मात्रा नहीं रह जाती है। यदि स्थितियाँ सही हैं, तो अतिरिक्त जल वायु से तब तक संघनित होता रहेगा जब तक कि निम्न संतृप्ति बिंदु तक नहीं पहुँच जाता। एक और संभावना यह है कि जल वाष्प के रूप में रहता है, भले ही यह संतृप्ति बिंदु से परे हो, जिसके परिणामस्वरूप अतिसंतृप्ति होती है।
जल के सापेक्ष 1-2% से अधिक की अतिसंतृप्ति वायुमंडल में शायद ही कभी देखी जाती है, क्योंकि सामान्यतः मेघ संघनन नाभिक उपस्थित होते हैं।[27] स्वच्छ वायु में अतिसंतृप्ति की अत्यधिक अधिक डिग्री संभव है, और यह मेघ कक्ष का आधार है।
मेघों में अतिसंतृप्ति का माप लेने के लिए कोई उपकरण नहीं हैं।[28]
अतिशीतलन
जल की बूंदें सामान्यतः तरल जल के रूप में रहती हैं और 0 °C (32 °F) से अत्यधिक नीचे भी नहीं जमती हैं। बर्फ के नाभिक जो वायुमंडलीय बूंदों में उपस्थित हो सकते हैं, बीच-बीच में विशिष्ट तापमान 0 °C (32 °F) से −38 °C (−36 °F) पर बर्फ निर्माण के लिए सक्रिय हो जाते हैं और नाभिक ज्यामिति और संरचना पर निर्भर करता है। बर्फ के नाभिक के बिना, अतिशीत बूंदें (साथ ही कोई भी अत्यंत शुद्ध तरल जल) −38 °C (−36 °F) जिस बिंदु पर सहज ठंड होती है; से लगभग नीचे तक उपस्थित रह सकती हैं , ।[citation needed]
टकराव-संलयन
टकराव-संलयन प्रक्रिया एक सिद्धांत है जो यह बताता है कि मेघ में अलग-अलग बूंदों का व्यवहार किस प्रकार वर्षा के निर्माण को प्रवर्धित करता है। वायु में निलंबित बूंदें एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करेंगी तथा टकराकर और एक दूसरे से घिसकर या मिलकर एक बड़ी बूंद का निर्माण करेंगी। अंततः, बूंदें इतनी बड़ी हो जाती हैं कि वे वर्षा के रूप में पृथ्वी पर गिरती हैं। टकराव-संलयन प्रक्रिया मेघ निर्माण का एक महत्वपूर्ण भाग नहीं है, क्योंकि जल की बूंदों में अपेक्षाकृत उच्च सतह तनाव होता है। इसके अतिरिक्त, टकराव-संलयन की घटना का प्रवेश-मिश्रण प्रक्रियाओं से गहरा संबंध है।[29]
बर्जरॉन प्रक्रिया
बर्फ के मेघों के निर्माण के लिए प्राथमिक तंत्र की खोज टोर बर्जरॉन ने की थी। बर्जरॉन प्रक्रिया अभिलेखित करती है कि जल का संतृप्त वाष्प दबाव, या किसी दिए गए आयतन में कितना जल वाष्प हो सकता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वाष्प किसके साथ परस्पर क्रिया कर रहा है। विशेष रूप से, बर्फ के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव जल के संबंध में संतृप्ति वाष्प दबाव से कम है। जल की बूंद के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प 100% सापेक्ष आर्द्रता पर संतृप्त हो सकता है, परंतु बर्फ के कण के साथ परस्पर क्रिया करते समय जल वाष्प की समान मात्रा अतिसंतृप्त हो जाएगी।[30] जल वाष्प वाष्प-तरल संतुलन में लौटने का प्रयास करेगा, इसलिए अतिरिक्त जल वाष्प कण की सतह पर बर्फ में संघनित हो जाएगा। ये बर्फ के कण बड़े बर्फ कण के नाभिक के रूप में समाप्त हो जाते हैं। यह प्रक्रिया केवल के बीच के तापमान पर होती है 0 °C (32 °F) और −40 °C (−40 °F). नीचे −40 °C (−40 °F), तरल जल स्वतः ही केन्द्रित हो जाएगा, और जम जाएगा। जल की सतह का तनाव बूंद को उसके सामान्य हिमांक से अत्यधिक नीचे तरल रहने की अनुमति देता जयकार करना। जब ऐसा होता है, तो यह अब अतिशीतलित तरल जल है। बर्जरॉन प्रक्रिया बड़े कणों को बनाने के लिए बर्फ के नाभिक के साथ संपर्क करके सुपर कूल्ड तरल जल (एसएलडब्ल्यू) पर निर्भर करती है। यदि एसएलडब्ल्यू की मात्रा की तुलना में बर्फ के नाभिक कम हैं, तो बूंदें नहीं बन पाएंगी। एक प्रक्रिया जिसके तहत वैज्ञानिक वर्षा को प्रोत्साहित करने के लिए कृत्रिम बर्फ के नाभिक के साथ एक मेघ का बीजारोपण करते हैं, उसे मेघ बीजन के रूप में जाना जाता है। इससे मेघों में वर्षा करने में सहायता मिल सकती है अन्यथा वर्षा नहीं हो सकती है। मेघ बीजन में अतिरिक्त कृत्रिम बर्फ के नाभिक जुड़ जाते हैं जिससे संतुलन बदल जाता है जिससे कि अत्यधिक ठंडे तरल जल की मात्रा की तुलना में कई नाभिक होते हैं। एक अति बीजित मेघ कई कणों का निर्माण करेगा, परंतु प्रत्येक अत्यधिक छोटा होगा। ऐसा उन क्षेत्रों के लिए निवारक उपाय के रूप में किया जा सकता है जहां ओलावृष्टि का संकट अत्यधिक है।
मेघ वर्गीकरण
क्षोभमंडल में मेघों, पृथ्वी के निकटतम वायुमंडलीय परत, को उस ऊंचाई पर वर्गीकृत किया जाता है जिस पर वे पाए जाते हैं, और उनके आकार या उपस्थिति के अनुसार।[31] शारीरिक संरचना एवं निर्माण प्रक्रिया के आधार पर इसके पाँच रूप होते हैं।[32] सिरिफ़ॉर्म मेघ ऊँचे, पतले और टेढ़े-मेढ़े होते हैं, और संगठित मौसम गड़बड़ी के प्रमुख किनारों पर सबसे अधिक व्यापक रूप से देखे जाते हैं। स्ट्रैटिफॉर्म मेघ गैर-संवहनी होते हैं और व्यापक शीट जैसी परतों के रूप में दिखाई देते हैं, जो अत्यधिक ऊर्ध्वाधर विकास के साथ पतली से लेकर अत्यधिक मोटी तक होती हैं। वे अधिकतर स्थिर वायु के बड़े पैमाने पर उठाने के उत्पाद हैं। अस्थिर मुक्त-संवहनी संचयी मेघ अधिकतर स्थानीयकृत ढेरों में निर्मित होते हैं। सीमित संवहन के स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघ क्यूम्यलीफॉर्म और स्ट्रैटिफॉर्म विशेषताओं का मिश्रण दिखाते हैं जो रोल या तरंग के रूप में दिखाई देते हैं। अत्यधिक संवहनशील क्यूम्यलोनिम्बिफ़ॉर्म मेघों में जटिल संरचनाएँ होती हैं जिनमें प्रायः सिरिफ़ॉर्म टॉप और स्ट्रैटोक्यूमुलीफ़ॉर्म सहायक मेघ सम्मिलित होते हैं।
इन रूपों को ऊंचाई सीमा या स्तर के आधार पर दस जीनस प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है जिन्हें प्रजातियों और छोटे प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उच्च स्तरीय मेघ 5 से 12 किलोमीटर की ऊंचाई पर निर्मित होते हैं। सभी सिरिफ़ॉर्म मेघों को उच्च-स्तरीय के रूप में वर्गीकृत किया गया है और इसलिए वे एकल मेघ जीनस पक्षाभ मेघ का गठन करते हैं। क्षोभमंडल के उच्च स्तर में स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघों में उनके नाम के साथ उपसर्ग सिरो जोड़ा जाता है, जिससे जेनेरा सिरोस्ट्रेटस मेघ और सिरोक्यूम्यलस मेघ प्राप्त होता है। मध्य स्तर (ऊंचाई सीमा 2 से 7 किलोमीटर) में पाए जाने वाले समान मेघों में उपसर्ग ऑल्टो होता है - जिसके परिणामस्वरूप जीनस नाम आल्टोस्ट्रेटस मेघ और आल्टोक्यूम्यलस मेघ होते हैं।[33]
निचले स्तर के मेघों में ऊंचाई से संबंधित कोई उपसर्ग नहीं होता है, इसलिए लगभग 2 किलोमीटर या उससे नीचे स्थित स्ट्रैटिफॉर्म और स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म मेघों को स्ट्रेटस मेघ और स्ट्रैटोक्यूम्यलस मेघ के रूप में जाना जाता है। थोड़े ऊर्ध्वाधर विकास (प्रजाति हुमिलिस) वाले छोटे क्यूम्यलस मेघ मेघों को भी सामान्यतः निम्न स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[33]
क्यूमुलीफॉर्म और क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म ढेर और गहरी स्ट्रैटीफॉर्म परतें प्रायः कम से कम दो क्षोभमंडल स्तरों पर कब्जा कर लेती हैं, और इनमें से सबसे बड़ा या सबसे गहरा सभी तीन स्तरों पर कब्जा कर सकता है। उन्हें निम्न या मध्य-स्तर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, परंतु इन्हें सामान्यतः ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तर के रूप में भी वर्गीकृत या चित्रित किया जाता है। निंबोस्ट्रेटस मेघ महत्वपूर्ण वर्षा उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त ऊर्ध्वाधर सीमा के साथ स्तरीकृत परतें हैं। टावरिंग क्यूम्यलस (प्रजाति कंजेस्टस), और क्यूम्यलोनिम्बस मेघ सतह के पास से लेकर लगभग 3 किलोमीटर की मध्यवर्ती ऊंचाई तक कहीं भी बन सकते हैं। ऊर्ध्वाधर रूप से विकसित मेघों में से, क्यूम्यलोनिम्बस प्रकार सबसे ऊंचा होता है और यह वस्तुतः पृथ्वी से कुछ सौ मीटर ऊपर से ट्रोपोपॉज तक पूरे क्षोभमंडल तक फैल सकता है।[33]यह तूफान के लिए उत्तरदायी मेघ है।
कुछ मेघ क्षोभमंडल के ऊपर, अधिकतर पृथ्वी के ध्रुवीय क्षेत्रों के ऊपर, अत्यधिक ऊँचे से चरम स्तर पर बन सकते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय मेघ देखे जाते हैं, परंतु सर्दियों में 18 से 30 किलोमीटर की ऊंचाई पर शायद ही कभी, जबकि गर्मियों में, रात के मेघ कभी-कभी 76 से 85 किलोमीटर की ऊंचाई पर उच्च अक्षांशों पर निर्मित होते हैं।[34] ये ध्रुवीय मेघ कुछ वैसे ही रूप दिखाते हैं जैसे क्षोभमंडल में निचले भाग में दिखाई देते हैं।
समरूप प्रकार रूपों और स्तरों के अंतर-वर्गीकरण द्वारा निर्धारित होते हैं।
ऊर्ध्वाधर ऊंचा| रूप और स्तर | स्ट्रैटिफ़ॉर्म गैर-संवहनी |
सिरिफ़ॉर्म अधिकतर गैर-संवहनी |
स्ट्रैटोक्यूमुलीफॉर्म सीमित-संवहनी |
क्यूमुलीफॉर्म मुक्त-संवहनी |
क्यूम्यलोनिम्बिफॉर्म मजबूत-संवहनी |
|---|---|---|---|---|---|
| अत्यधिक स्तर | पीएमसी: नोक्टिल्यूसेंट आवरण | निशादीप्त मेघ या भँवर | निशादीप्त बैंड | ||
| अत्यधिक उच्च स्तर | नाइट्रिक एसिड और जल पीएससी | सिरीफॉर्म नेक्रियस पीएससी | लेंटिक्यूलर नाक्रियस पीएससी | ||
| उच्च स्तर | सिरोसट्रेटस | सिरस | पक्षाभ कपासी मेघ | ||
| मध्य स्तर | अल्टोस्ट्रेटस | अल्टोक्यूम्यलस | |||
| कम स्तर | स्ट्रैटस | स्ट्रैटोक्यूम्यलस | क्यूम्यलस ह्यूमिलिस या फ्रैक्टस | ||
| बहु-स्तरीय या मध्यम ऊर्ध्वाधर | निंबोस्ट्रेटस | क्यूम्यलस मेडियोक्रिस | |||
| क्यूम्यलस कंजेस्टस | क्यूम्यलोनिम्बस |
होमोस्फेरिक प्रकारों में दस क्षोभमंडलीय वंश और क्षोभमंडल के ऊपर कई अतिरिक्त प्रमुख प्रकार सम्मिलित हैं। क्यूम्यलस जीनस में चार प्रजातियां सम्मिलित हैं जो ऊर्ध्वाधर आकार और संरचना का संकेत देती हैं।
गुणों का निर्धारण
उपग्रहों का उपयोग मेघ गुणों और अन्य जानकारी जैसे मेघ राशि, ऊंचाई, आईआर उत्सर्जन, दृश्यमान प्रकाशीय गहराई, बर्फ, तरल और बर्फ दोनों के लिए प्रभावी कण आकार और मेघ शीर्ष तापमान और दबाव के बारे में डेटा एकत्रित करने के लिए किया जाता है।
संसूचन
मेघ गुणों से संबंधित डेटा सेट मध्यम-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग स्पेक्ट्रोरेडियोमीटर, पोल्डर, केलिप्सो या यूरोपीय रिमोट-सेंसिंग उपग्रह जैसे उपग्रहों का उपयोग करके एकत्र किए जाते हैं। उपकरण, मेघों की चमक को मापते हैं, जिससे संबंधित मापदंड प्राप्त किए जा सकते हैं। यह सामान्यतः व्युत्क्रम समस्या का उपयोग करके किया जाता है।[35]
संसूचन की विधि इस तथ्य पर आधारित है कि मेघ भूमि की सतह की तुलना में अधिक चमकीले और ठंडे दिखाई देते हैं। इसके कारण, महासागरों और बर्फ जैसी चमकदार सतहों के ऊपर मेघों का पता लगाने में कठिनाइयाँ बढ़ जाती हैं।[35]
मापदंड
किसी निश्चित मापदंड का मान उतना ही अधिक विश्वसनीय होता है जितने अधिक उपग्रह उक्त मापदंड को माप रहे होते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि त्रुटियों और उपेक्षित विवरणों की सीमा प्रत्येक उपकरण में अलग-अलग होती है। इस प्रकार, यदि विश्लेषण किए गए मापदंड में विभिन्न उपकरणों के लिए समान मान हैं, तो यह स्वीकार किया जाता है कि वास्तविक मान संबंधित डेटा समुच्चय द्वारा दी गई सीमा में है।[35]
वैश्विक ऊर्जा और जल चक्र प्रयोग मेघों के गुणों की एक विश्वसनीय मात्रा स्थापित करने के लिए विभिन्न उपग्रहों से डेटा गुणवत्ता की तुलना करने के लिए निम्नलिखित मात्राओं का उपयोग करता है:[35]
- 0 और 1 के बीच मान वाला मेघ आवरण या मेघ की मात्रा।
- मेघ शीर्ष पर मेघ का तापमान 150 से 340 K तक होता है।
- मेघ का दबाव शीर्ष 1013 - 100 hPa पर होता है।
- समुद्र तल से ऊपर मापी गई मेघ की ऊंचाई 0 से 20 किमी तक होती है।
- मेघ अवरक्त उत्सर्जन, 0 और 1 के बीच मान के साथ, वैश्विक औसत लगभग 0.7 होता है।
- प्रभावी मेघ मूंदना, मेघ आईआर उत्सर्जन द्वारा भारित मेघ राशि, वैश्विक औसत 0.5 होता है।
- मेघ (दृश्यमान) प्रकाशीय गहराई 4 और 10 की सीमा के भीतर भिन्न होती है।
- मेघ कणों के तरल और ठोस (बर्फ) चरणों के लिए मेघ जल पथ।
- तरल और बर्फ दोनों के लिए मेघ प्रभावी कण आकार, 0 से 200 माइक्रोन तक होती है।
हिमन (आइसिंग)
एक अन्य महत्वपूर्ण गुण विभिन्न ऊंचाई पर विभिन्न प्रकार के मेघों की हिमन विशेषता है, जो उड़ान की सुरक्षा पर अत्यधिक प्रभाव डाल सकती है। इन विशेषताओं को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाने वाली पद्धतियों में आइसिंग स्थितियों के विश्लेषण और पुनर्प्राप्ति के लिए मेघ उपग्रह डेटा का उपयोग करना, मेघ ज्यामितीय और परावर्तन डेटा का उपयोग करके मेघों का स्थान, मेघ वर्गीकरण डेटा का उपयोग करके मेघ प्रकारों की पहचान करना और मेघसैट ट्रैक (जीएफएस) के साथ ऊर्ध्वाधर तापमान वितरण का पता लगाना सम्मिलित है।[36]
तापमान की सीमा जो हिमपात की स्थिति को जन्म दे सकती है, उसे मेघों के प्रकार और ऊंचाई के स्तर के अनुसार परिभाषित किया गया है:
- निम्न-स्तरीय स्ट्रैटोक्यूम्यलस और स्ट्रेटस 0 से -10 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर बर्फ़ जमने का कारण बन सकते हैं।
- मध्य-स्तरीय अल्टोक्यूम्यलस और अल्टोस्ट्रेटस के लिए, सीमा 0 से -20°C है।
- ऊर्ध्वाधर या बहु-स्तरीय क्यूम्यलस, क्यूम्यलोनिंबस और निंबोस्टैटस, 0 से -25 डिग्री सेल्सियस की सीमा पर आइसिंग बनाते हैं।
- उच्च-स्तरीय सिरस, सिरोक्यूम्यलस और सिरोस्ट्रेटस सामान्यतः बर्फ नहीं बनाते हैं क्योंकि वे अधिकतर -25 डिग्री सेल्सियस से अधिक ठंडे बर्फ के कण से बने होते हैं।[36]
संसंजन और विघटन
सम्पूर्ण सममंडल (जिसमें क्षोभमंडल, समतापमंडल और मेसोस्फीयर सम्मिलित हैं) में ऐसी शक्तियां हैं जो मेघ की संरचनात्मक अखंडता को प्रभावित कर सकती हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि जब तक वायु संतृप्त रहती है, तब तक किसी पदार्थ के अणुओं को एक साथ रखने वाली प्राकृतिक सामंजस्य शक्ति मेघ को टूटने से बचाने के लिए कार्य कर सकती है। यद्यपि, इस अटकल में एक तार्किक दोष है कि मेघ में जल की बूंदें एक-दूसरे के संपर्क में नहीं हैं और इसलिए कार्य करने के लिए सामंजस्य की अंतर-आणविक शक्तियों के लिए आवश्यक स्थिति को संतुष्ट नहीं कर रही हैं। मेघ का विघटन तब हो सकता है जब रुद्धोष्म शीतलन की प्रक्रिया बंद हो जाती है और वायु के ऊपर की ओर उठने की जगह, वायुमंडलीय अवतलन करता है। इससे वायु में कम से कम कुछ सीमा तक स्थिरोष्म तापन होता है जिसके परिणामस्वरूप मेघ की बूंदें या कण वापस अदृश्य जल वाष्प में बदल सकते हैं।[37] पवन कतरनी और अधोप्रवाह जैसी मजबूत ताकतें मेघ को प्रभावित कर सकती हैं, परंतु ये अत्यधिक सीमा तक क्षोभमंडल तक ही सीमित हैं जहां पृथ्वी का लगभग सभी मौसम होता है।[38] एक सामान्य क्यूम्यलस मेघ का वजन लगभग 500 मीट्रिक टन या 1.1 मिलियन पाउंड होता है, जो 100 हाथियों के वजन के बराबर होता है।[39]
प्रारूप
मेघ भौतिकी का प्रतिनिधित्व करने वाले दो मुख्य प्रारूप हैं, सबसे साधारण स्थूल सूक्ष्मभौतिकी प्रारूप है जो मेघ गुणों (जैसे वर्षा जल सामग्री, बर्फ सामग्री) का वर्णन करने के लिए औसत मानों का उपयोग करता है, गुण केवल पहले क्रम (एकाग्रता) या दूसरे क्रम (द्रव्यमान) का भी प्रतिनिधित्व कर सकते हैं।[40]
दूसरा विकल्प कोष्ठ सूक्ष्मभौतिकी योजना का उपयोग करना है जो विभिन्न आकार के कणों के लिए गुणों (द्रव्यमान या एकाग्रता) को अलग-अलग रखता है।[41]
स्थूल सूक्ष्मभौतिकी प्रारूप, कोष्ठ प्रारूप की तुलना में अत्यधिक तीव्र हैं परंतु कम सटीक हैं।[42]
यह भी देखें
संदर्भ
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