हवामानशास्त्राचा परिचय GgMnT-3 · Introduction to Climatology

अभ्यासक्रमातील घटक (RTMNU)

• हवामानशास्त्राचा अर्थ व व्याख्या
  (Meaning and definition of Climatology)
• हवामानशास्त्राचे स्वरूप, व्याप्ती व महत्त्व
  (Nature, Scope and Importance of Climatology)
• हवा व हवामान यांची संकल्पना व घटक
  (Concept and Elements of Weather and Climate)
• वातावरणाची रचना व संघटन
  (Composition and Structure of Atmosphere)

हवामानशास्त्राचा अर्थ व व्याख्या (Meaning and Definition of Climatology)

पृथ्वीभोवती हवेचे एक आवरण आहे, त्याला वातावरण (Atmosphere) म्हणतात. या वातावरणातील बदल, हवेची स्थिती आणि दीर्घकाळातील हवामान यांचा अभ्यास करणाऱ्या शाखेला हवामानशास्त्र (Climatology) म्हणतात. हवामानशास्त्र ही प्राकृतिक भूगोलाची (Physical Geography) एक महत्त्वाची शाखा आहे.

शब्दाचा अर्थ: 'Climatology' हा शब्द ग्रीक भाषेतील Klima (कल / उतार – सूर्यकिरणांचा कल) आणि Logos (शास्त्र / अभ्यास) या दोन शब्दांपासून बनला आहे. म्हणजे सूर्यकिरणांच्या कलानुसार बदलणाऱ्या हवामानाचा अभ्यास.

व्याख्या:

1. ए. ए. मिलर (A. A. Miller): "हवामानशास्त्र म्हणजे वातावरणाच्या सरासरी स्थितीचा व तिच्या वितरणाचा अभ्यास करणारे शास्त्र होय."
2. ट्रेवार्था (G. T. Trewartha): "हवामानशास्त्र हे वातावरणाच्या विविध प्रकारांचे वर्णन करते, त्यांची कारणे स्पष्ट करते व पृथ्वीवरील त्यांचे वितरण दाखवते."
3. क्रिचफील्ड (H. J. Critchfield): "हवामानशास्त्र म्हणजे पृथ्वीवरील हवामानाच्या विविधतेचा आणि त्याचा मानव व पर्यावरणाशी असलेल्या संबंधाचा अभ्यास."
4. ऑस्टिन मिलर: "हवामानशास्त्र म्हणजे सरासरी हवेचा (Average Weather) अभ्यास होय."

थोडक्यात, दीर्घकाळातील (साधारण ३० ते ३५ वर्षे) हवेच्या सरासरी स्थितीचा, तिच्या कारणांचा व वितरणाचा अभ्यास म्हणजे हवामानशास्त्र. अल्पकाळातील हवेचा अभ्यास करणाऱ्या शास्त्राला वातावरणविज्ञान / हवाशास्त्र (Meteorology) म्हणतात.

हवामानशास्त्राचे स्वरूप, व्याप्ती व महत्त्व (Nature, Scope and Importance of Climatology)

अ) स्वरूप (Nature):

• हवामानशास्त्र हे आंतरविद्याशाखीय (Interdisciplinary) शास्त्र आहे. त्याचा भौतिकशास्त्र, रसायनशास्त्र, गणित, सांख्यिकी यांच्याशी संबंध आहे.
• हे शास्त्रीय व निरीक्षणावर आधारित शास्त्र आहे. वेधशाळा, उपग्रह, रडार यांच्या मदतीने आकडेवारी गोळा केली जाते.
• यात प्रादेशिक व क्रमबद्ध असे दोन्ही दृष्टिकोन आहेत.
• हवामान व मानव यांच्या परस्पर संबंधाचा अभ्यास हे भौगोलिक स्वरूप आहे.

ब) व्याप्ती (Scope) – हवामानशास्त्राच्या शाखा:

1. प्राकृतिक हवामानशास्त्र (Physical Climatology): सूर्यताप, तापमान, दाब, वारे यांचा अभ्यास.
2. गतिक हवामानशास्त्र (Dynamic Climatology): वाऱ्यांची हालचाल, वायुराशी, आवर्त यांचा अभ्यास.
3. प्रादेशिक हवामानशास्त्र (Regional Climatology): विविध प्रदेशांचे हवामान व हवामान वर्गीकरण (कोपेन, थॉर्नथ्वेट).
4. उपयोजित हवामानशास्त्र (Applied Climatology): शेती, आरोग्य, उद्योग, वाहतूक यासाठी उपयोग.
5. सूक्ष्म हवामानशास्त्र (Micro Climatology): लहान क्षेत्राचे हवामान, उदा. शहर, शेत, जंगल.
6. पुराहवामानशास्त्र (Palaeo Climatology): भूतकाळातील हवामानाचा अभ्यास.

क) महत्त्व (Importance):

• शेती: पेरणी, पीक निवड, पाऊस अंदाज. भारतातील शेती मान्सूनवर अवलंबून आहे.
• आपत्ती व्यवस्थापन: चक्रीवादळ, दुष्काळ, पूर, उष्णतेची लाट यांचा पूर्वअंदाज.
• वाहतूक: हवाई व सागरी वाहतुकीसाठी हवेचा अंदाज आवश्यक.
• आरोग्य व वस्ती: घरांची रचना, कपडे, आहार हवामानानुसार ठरतात.
• पर्यावरण: जागतिक तापमानवाढ (Global Warming), हवामान बदल (Climate Change) यांचा अभ्यास.

हवा व हवामान यांची संकल्पना व घटक (Concept and Elements of Weather and Climate)

हवा (Weather): एखाद्या ठिकाणची अल्पकाळातील (काही तास किंवा एक दिवस) वातावरणाची स्थिती म्हणजे हवा. उदा. "आज नागपूरला ढगाळ हवा आहे."

हवामान (Climate): एखाद्या मोठ्या प्रदेशातील दीर्घकाळातील (३०–३५ वर्षे) हवेची सरासरी स्थिती म्हणजे हवामान. उदा. "विदर्भाचे हवामान उष्ण व कोरडे आहे."

हवा व हवामानाचे घटक (Elements):

1. तापमान (Temperature)
2. हवेचा दाब (Atmospheric Pressure)
3. वारे (Winds) – दिशा व वेग
4. आर्द्रता (Humidity)
5. ढग (Clouds)
6. वृष्टी / पर्जन्य (Precipitation)
7. सूर्यप्रकाश / सूर्यताप (Sunshine / Insolation)

या घटकांवर अक्षांश, समुद्रसपाटीपासूनची उंची, समुद्रापासूनचे अंतर, सागरी प्रवाह, पर्वतरांगा व वनस्पती हे नियंत्रक घटक (Controls of Climate) परिणाम करतात.

वातावरणाची रचना व संघटन (Composition and Structure of Atmosphere)

अ) वातावरणाचे संघटन (Composition): वातावरण हे वायू, बाष्प व धूलिकण यांचे मिश्रण आहे.

• जलबाष्प (Water Vapour): ० ते ४% पर्यंत बदलते. ढग, पाऊस, आर्द्रता यासाठी आवश्यक.
• धूलिकण (Dust Particles): सांद्रीभवनासाठी केंद्रक (Hygroscopic Nuclei) म्हणून काम करतात. आकाशाचा निळा रंग, सूर्योदय-सूर्यास्ताचे रंग यांना कारणीभूत.
• ओझोन (O₃): सूर्याचे अतिनील किरण (Ultraviolet Rays) शोषून घेतो.
• CO₂: पृथ्वीकडून येणारी उष्णता शोषतो – हरितगृह परिणाम (Greenhouse Effect).

ब) वातावरणाची रचना (Structure): तापमानातील बदलानुसार वातावरणाचे पाच थर पडतात:

1. तपांबर (Troposphere): विषुववृत्तावर सुमारे १६–१८ किमी व ध्रुवांवर सुमारे ८ किमी उंचीपर्यंत. उंचीनुसार तापमान दर १००० मीटरला सुमारे ६.५° से. ने कमी होते (Normal Lapse Rate). ढग, पाऊस, वादळे या सर्व हवेच्या घडामोडी याच थरात होतात. वरच्या सीमेला तपस्तब्धी (Tropopause) म्हणतात.
2. स्थितांबर (Stratosphere): तपस्तब्धीपासून सुमारे ५० किमीपर्यंत. येथे ओझोनचा थर (सुमारे १५–३५ किमी) आहे, त्यामुळे उंचीनुसार तापमान वाढते. ढग व वादळे नसल्याने विमान उड्डाणास योग्य. सीमा – स्थितस्तब्धी (Stratopause).
3. मध्यांबर (Mesosphere): ५० ते ८० किमी. उंचीनुसार तापमान कमी होऊन सुमारे −९०° से. पर्यंत जाते. उल्का येथे जळून नष्ट होतात. सीमा – मध्यस्तब्धी (Mesopause).
4. दलांबर / आयनांबर (Thermosphere / Ionosphere): ८० ते सुमारे ४००–६०० किमी. विद्युतभारित कण (Ions) असतात. रेडिओ लहरी परावर्तित होतात. उंचीनुसार तापमान झपाट्याने वाढते. ध्रुवीय प्रकाश (Aurora) येथे दिसतो.
5. बाह्यांबर (Exosphere): सर्वात बाहेरचा विरळ थर. हायड्रोजन व हेलियम वायू. हळूहळू अवकाशात मिसळतो.

परीक्षेचे संभाव्य प्रश्न

1. (दीर्घोत्तरी) हवामानशास्त्राची व्याख्या देऊन त्याचे स्वरूप, व्याप्ती व महत्त्व सविस्तर स्पष्ट करा.
2. (दीर्घोत्तरी) वातावरणाचे संघटन सांगून वातावरणाची रचना आकृतीसह स्पष्ट करा.
3. (लघुत्तरी) हवा व हवामान यातील फरक स्पष्ट करा.
4. (लघुत्तरी) हवा व हवामानाचे घटक सांगा.
5. (लघुत्तरी) टीप लिहा : तपांबर (Troposphere)

अभ्यासक्रमातील घटक (RTMNU)

• सूर्यताप व तापमान – नियंत्रक घटक
  (Insolation and Temperature- Factors)
• तापमानाचे उभे व आडवे वितरण
  (Vertical and Horizontal Distribution of Temperature)
• वातावरण तापण्याच्या व थंड होण्याच्या प्रक्रिया
  (Processes of Heating and Cooling of the Atmosphere)
• तापमान व्युत्क्रमण – महत्त्व
  (Inversion of Temperature- Significance)

सूर्यताप व तापमान – नियंत्रक घटक (Insolation and Temperature – Factors)

सूर्यताप (Insolation): 'Incoming Solar Radiation' या शब्दांचे संक्षिप्त रूप म्हणजे Insolation. सूर्यापासून लघु लहरींच्या (Short Waves) स्वरूपात पृथ्वीपर्यंत पोहोचणाऱ्या ऊर्जेला सूर्यताप म्हणतात. सूर्याच्या एकूण ऊर्जेपैकी पृथ्वीला फक्त सुमारे दोन अब्जांश (१/२,००,००,००,०००) भाग मिळतो.

तापमान (Temperature): एखाद्या पदार्थातील किंवा हवेतील उष्णतेच्या तीव्रतेचे माप म्हणजे तापमान. ते तापमापकाने (Thermometer) अंश सेल्सिअस (°से.) किंवा फॅरनहाइट (°फॅ.) मध्ये मोजतात.

पृथ्वीचा उष्णता अर्थसंकल्प (Heat Budget): सूर्याकडून येणारे १०० एकक मानल्यास सुमारे ३५ एकक ढग, बर्फ व पृष्ठभागाकडून परावर्तित होऊन अवकाशात परत जातात. यास अल्बेडो (Albedo) म्हणतात. सुमारे १४ एकक वातावरण शोषते व ५१ एकक पृथ्वीचा पृष्ठभाग शोषतो. पृथ्वी तेवढीच उष्णता दीर्घ लहरींच्या (Long Waves) स्वरूपात परत सोडते, म्हणून पृथ्वीचे सरासरी तापमान स्थिर राहते.

सूर्यताप व तापमानावर परिणाम करणारे घटक:

1. अक्षांश / सूर्यकिरणांचा कोन: विषुववृत्तावर किरणे लंबरूप पडतात, त्यामुळे कमी क्षेत्रावर जास्त उष्णता. ध्रुवांकडे किरणे तिरपी पडतात, म्हणून तापमान कमी.
2. दिनमानाचा कालावधी (Length of Day): दिवस मोठा असेल तर अधिक सूर्यताप मिळतो. उदा. उन्हाळ्यात भारतात दिवस मोठा.
3. सूर्य-पृथ्वी अंतर: उपसूर्य स्थिती (Perihelion – ३ जानेवारी, सुमारे १४.७ कोटी किमी) व अपसूर्य स्थिती (Aphelion – ४ जुलै, सुमारे १५.२ कोटी किमी). याचा परिणाम अल्प असतो.
4. वातावरणाची पारदर्शकता: ढग, धूलिकण, बाष्प जास्त असल्यास कमी सूर्यताप पोहोचतो.
5. समुद्रसपाटीपासूनची उंची: उंचीनुसार तापमान कमी होते. उदा. महाबळेश्वर, चिखलदरा थंड.
6. जमीन व पाणी यांचे वितरण: जमीन लवकर तापते व लवकर थंड होते; पाणी सावकाश. म्हणून किनारी प्रदेशात सम हवामान (उदा. मुंबई) तर अंतर्गत भागात विषम हवामान (उदा. नागपूर).
7. सागरी प्रवाह: उष्ण प्रवाह तापमान वाढवतात (गल्फ स्ट्रीम), थंड प्रवाह कमी करतात (लॅब्रॅडोर).
8. वारे, उताराची दिशा व वनस्पती हे घटकही तापमानावर परिणाम करतात.

तापमानाचे उभे व आडवे वितरण (Vertical and Horizontal Distribution of Temperature)

अ) उभे वितरण (Vertical Distribution):

• तपांबरात उंचीनुसार तापमान कमी होते. दर १००० मीटर उंचीला सुमारे ६.५° से. (दर १६५ मीटरला १° से.) तापमान घटते. यास सामान्य तापमान घट दर (Normal Lapse Rate) म्हणतात.
• कारण – वातावरण मुख्यतः पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरून उत्सर्जित होणाऱ्या उष्णतेने तापते; उंचीवर हवा विरळ असल्याने उष्णता धरून ठेवू शकत नाही.
• स्थितांबरात ओझोनमुळे उंचीनुसार तापमान वाढते.

ब) आडवे वितरण (Horizontal Distribution): पृथ्वीवर अक्षांशानुसार तापमानाचे वितरण नकाशावर समताप रेषांनी (Isotherms) दाखवतात. समान तापमान असलेल्या ठिकाणांना जोडणाऱ्या रेषा म्हणजे समताप रेषा.

• सर्वसाधारणपणे विषुववृत्तापासून ध्रुवांकडे तापमान कमी होते.
• समताप रेषा साधारण अक्षवृत्तांना समांतर असतात, पण जमीन-पाणी सीमेवर वाकतात.
• जानेवारी: उत्तर गोलार्धात हिवाळा; खंडांवर समताप रेषा विषुववृत्ताकडे व महासागरांवर ध्रुवाकडे वाकतात.
• जुलै: उत्तर गोलार्धात उन्हाळा; खंडांवर समताप रेषा ध्रुवाकडे वाकतात.
• दक्षिण गोलार्धात पाणी जास्त असल्याने समताप रेषा अधिक नियमित असतात.
• उष्णता विषुववृत्त (Thermal Equator): सर्वाधिक तापमानाच्या ठिकाणांना जोडणारी रेषा; ती सूर्याच्या भासमान भ्रमणानुसार उत्तर-दक्षिण सरकते.

वातावरण तापण्याच्या व थंड होण्याच्या प्रक्रिया (Processes of Heating and Cooling of the Atmosphere)

वातावरण सूर्यकिरणांमुळे थेट फार कमी तापते. सूर्यकिरणांनी पृथ्वीचा पृष्ठभाग आधी तापतो व नंतर त्यापासून वातावरण तापते. ही उष्णता पुढील प्रक्रियांनी पसरते:

1. प्रारण / उत्सर्जन (Radiation): तापलेली पृथ्वी दीर्घ लहरींच्या स्वरूपात उष्णता सोडते. ती CO₂ व जलबाष्प शोषतात व वातावरण तापते. याला भू-प्रारण (Terrestrial Radiation) म्हणतात. रात्री याच प्रक्रियेने पृथ्वी व हवा थंड होते.
2. संवहन (Conduction): तापलेल्या जमिनीच्या थेट संपर्कातील हवेचा थर तापतो. हवा उष्णतेची दुर्वाहक असल्याने हे फक्त खालच्या थरापुरते मर्यादित असते.
3. अभिसरण (Convection): तापलेली हवा हलकी होऊन वर जाते व थंड हवा खाली येते. अशा उभ्या प्रवाहांनी उष्णता वर पोहोचते. विषुववृत्तीय प्रदेशात दुपारनंतर येणारा पाऊस यामुळे पडतो.
4. अभिवहन (Advection): वाऱ्यांमुळे उष्णतेचे आडवे स्थलांतर. उदा. उत्तर भारतातील उन्हाळ्यातील 'लू' वारे.
5. बाष्पाची सुप्त उष्णता (Latent Heat): बाष्पीभवनात शोषलेली उष्णता सांद्रीभवनाच्या वेळी वातावरणात मुक्त होते.

थंड होण्याच्या प्रक्रिया: रात्रीचे भू-प्रारण, थंड पृष्ठभागाशी संपर्क, थंड हवेचे अभिवहन आणि वर जाणाऱ्या हवेचे प्रसरणाने थंड होणे (स्थिरोष्ण बदल – Adiabatic Change).

तापमान व्युत्क्रमण – महत्त्व (Inversion of Temperature – Significance)

साधारणपणे उंचीनुसार तापमान कमी होते. परंतु काही विशिष्ट परिस्थितीत उंचीनुसार तापमान कमी होण्याऐवजी वाढते, या स्थितीला तापमान व्युत्क्रमण (Temperature Inversion) म्हणतात. म्हणजे खाली थंड हवा व वर उबदार हवा.

व्युत्क्रमणासाठी अनुकूल परिस्थिती:

• हिवाळ्यातील लांब व निरभ्र रात्र (ढग नसल्याने जलद भू-प्रारण).
• शांत हवा, वारे नसणे.
• कोरडी हवा (कमी बाष्प).
• बर्फाच्छादित पृष्ठभाग.

व्युत्क्रमणाचे प्रकार:

1. भूपृष्ठीय / प्रारण व्युत्क्रमण (Surface / Radiation Inversion): रात्री जमीन लवकर थंड होऊन लगतची हवा थंड होते.
2. दरीतील व्युत्क्रमण (Valley Inversion): रात्री पर्वत उतारावरील थंड जड हवा दरीत उतरते (Cold Air Drainage). त्यामुळे दरीचा तळ थंड व उतार उबदार राहतात.
3. अभिवहन व्युत्क्रमण (Advectional Inversion): उष्ण हवा थंड पृष्ठभागावरून किंवा थंड सागरी प्रवाहावरून वाहते तेव्हा.
4. सीमापृष्ठीय व्युत्क्रमण (Frontal Inversion): उष्ण वायुराशी थंड वायुराशीवर चढते तेव्हा.

महत्त्व / परिणाम (Significance):

• धुके (Fog): खालची थंड हवा बाष्प सांद्रीभूत करून धुके तयार करते. उदा. हिवाळ्यात दिल्ली परिसरातील दाट धुके.
• दव व हिम (Frost): पिकांचे नुकसान. म्हणून पर्वतीय भागात फळबागा उतारावर लावतात (उदा. काश्मीरमधील सफरचंद बागा), दरीच्या तळाशी नव्हे.
• वायू प्रदूषण: हवा स्थिर राहते, धूर व प्रदूषके वर जात नाहीत – धुरके (Smog). उदा. लंडनचे १९५२ चे धुरके, हिवाळ्यातील दिल्लीचे प्रदूषण.
• हवेची स्थिरता: अभिसरण थांबते, त्यामुळे पाऊस व गडगडाटी वादळे येत नाहीत.
• वाहतुकीत अडथळा – दृश्यता कमी झाल्याने विमान व रस्ते वाहतूक विस्कळीत होते.

परीक्षेचे संभाव्य प्रश्न

1. (दीर्घोत्तरी) सूर्यताप म्हणजे काय? सूर्यताप व तापमानावर परिणाम करणारे घटक सविस्तर स्पष्ट करा.
2. (दीर्घोत्तरी) तापमान व्युत्क्रमण म्हणजे काय? त्याची कारणे, प्रकार व महत्त्व आकृतीसह स्पष्ट करा.
3. (लघुत्तरी) तापमानाचे उभे वितरण स्पष्ट करा.
4. (लघुत्तरी) वातावरण तापण्याच्या प्रक्रिया थोडक्यात लिहा.
5. (लघुत्तरी) टीप लिहा : समताप रेषा (Isotherms)

अभ्यासक्रमातील घटक (RTMNU)

• हवेचा दाब – उभे व आडवे वितरण
  (Atmospheric Pressure – Vertical and Horizontal Distribution)
• ग्रहीय, नियतकालिक व स्थानिक वारे
  (Planetary, Periodic and Local Winds)
• मान्सून – उत्पत्ती
  (Monsoon- Origin)
• मानवी जीवनातील हवामानाची भूमिका
  (Role of Climate in Human Life)

हवेचा दाब – उभे व आडवे वितरण (Atmospheric Pressure – Vertical and Horizontal Distribution)

हवेचा दाब (Atmospheric Pressure): पृथ्वीच्या पृष्ठभागाच्या एकक क्षेत्रफळावर हवेच्या स्तंभाच्या वजनामुळे पडणाऱ्या भाराला हवेचा दाब म्हणतात. तो वायुभारमापकाने (Barometer) मोजतात आणि मिलिबार (mb) किंवा हेक्टोपास्कल (hPa) मध्ये सांगतात. समुद्रसपाटीवरील सरासरी हवेचा दाब १०१३.२५ मिलिबार (पाऱ्याचे ७६ सेंमी) असतो.

अ) उभे वितरण (Vertical Distribution):

• उंचीनुसार हवेचा दाब कमी होतो, कारण वरच्या हवेचा स्तंभ लहान व हवा विरळ असते.
• खालच्या थरात साधारण दर १० मीटर उंचीला १ मिलिबार दाब कमी होतो.
• सुमारे ५.५ किमी उंचीवर दाब समुद्रसपाटीच्या निम्मा होतो. म्हणून उंच पर्वतांवर श्वास घेण्यास त्रास होतो.

ब) आडवे वितरण (Horizontal Distribution) – दाबपट्टे: नकाशावर समान दाबाची ठिकाणे जोडणाऱ्या रेषांना समदाब रेषा (Isobars) म्हणतात. पृथ्वीवर सात दाबपट्टे आहेत:

सूर्याच्या भासमान भ्रमणानुसार हे दाबपट्टे उन्हाळ्यात उत्तरेकडे व हिवाळ्यात दक्षिणेकडे सुमारे ५° ते १०° सरकतात (Shifting of Pressure Belts).

ग्रहीय, नियतकालिक व स्थानिक वारे (Planetary, Periodic and Local Winds)

वारा (Wind): जास्त दाबाकडून कमी दाबाकडे आडव्या दिशेने वाहणारी हवा म्हणजे वारा. पृथ्वीच्या परिवलनामुळे निर्माण होणाऱ्या कोरिओलिस बलामुळे (Coriolis Force) वारे उत्तर गोलार्धात उजवीकडे व दक्षिण गोलार्धात डावीकडे वळतात – यास फेरेलचा नियम (Ferrel's Law) म्हणतात. वाऱ्याला त्याच्या येण्याच्या दिशेवरून नाव दिले जाते.

१) ग्रहीय / स्थायी वारे (Planetary / Permanent Winds): वर्षभर एकाच दिशेने वाहणारे वारे.

• व्यापारी वारे (Trade Winds): उपोष्ण जास्त दाबाकडून विषुववृत्तीय कमी दाबाकडे; उत्तर गोलार्धात ईशान्येकडून, दक्षिण गोलार्धात आग्नेयेकडून. खंडांच्या पूर्व भागात पाऊस.
• पश्चिमी वारे (Westerlies): उपोष्ण जास्त दाबाकडून उपध्रुवीय कमी दाबाकडे. दक्षिण गोलार्धात जमीन कमी असल्याने ते जोरदार वाहतात – गरजणारे चाळीस (Roaring Forties), खवळलेले पन्नास (Furious Fifties), किंचाळणारे साठ (Shrieking Sixties).
• ध्रुवीय वारे (Polar Easterlies): ध्रुवीय जास्त दाबाकडून उपध्रुवीय कमी दाबाकडे; अतिशय थंड व कोरडे.

२) नियतकालिक वारे (Periodic Winds): ठराविक काळानंतर दिशा बदलणारे वारे.

• खारे वारे (Sea Breeze): दिवसा जमीन लवकर तापते, म्हणून समुद्राकडून जमिनीकडे वाहतात.
• मतलई वारे (Land Breeze): रात्री जमीन लवकर थंड होते, म्हणून जमिनीकडून समुद्राकडे वाहतात. कोकण किनाऱ्यावरील मच्छीमार यांचा उपयोग करतात.
• दरीय व पर्वतीय वारे (Valley and Mountain Breeze): दिवसा दरीतून उतारावर (Anabatic), रात्री उतारावरून दरीत (Katabatic).
• मान्सून वारे (Monsoon Winds): ऋतूनुसार दिशा बदलणारे वारे.

३) स्थानिक वारे (Local Winds): लहान प्रदेशात, विशिष्ट काळात वाहणारे वारे.

मान्सून – उत्पत्ती (Monsoon – Origin)

'मान्सून' हा शब्द अरबी भाषेतील 'मौसिम' (Mausim) म्हणजे ऋतू या शब्दापासून आला आहे. ऋतूनुसार आपली दिशा पूर्णपणे बदलणाऱ्या वाऱ्यांना मान्सून वारे म्हणतात. भारतात उन्हाळ्यात नैर्ऋत्य मान्सून (जून ते सप्टेंबर) व हिवाळ्यात ईशान्य मान्सून (ऑक्टोबर ते डिसेंबर) वाहतो.

मान्सूनच्या उत्पत्तीचे सिद्धांत:

1. औष्णिक सिद्धांत (Thermal Theory – एडमंड हॅली, १६८६): उन्हाळ्यात आशिया खंड (वायव्य भारत) खूप तापतो व तेथे कमी दाब तयार होतो; हिंदी महासागरावर तुलनेने जास्त दाब असतो. त्यामुळे बाष्पयुक्त वारे समुद्राकडून जमिनीकडे वाहतात – नैर्ऋत्य मान्सून. हिवाळ्यात उलट स्थिती होऊन ईशान्य मान्सून वाहतो. हा मोठ्या प्रमाणावरील खारे-मतलई वाऱ्यांसारखा परिणाम आहे.
2. गतिक सिद्धांत (Dynamic Theory – फ्लोन, Flohn, १९५१): उन्हाळ्यात सूर्याच्या भासमान उत्तरायणामुळे आंतर-उष्ण कटिबंधीय अभिसरण क्षेत्र (ITCZ) उत्तरेकडे सुमारे २०°–२५° उ. पर्यंत (गंगेच्या मैदानावर) सरकते. त्यामुळे दक्षिण गोलार्धातील आग्नेय व्यापारी वारे विषुववृत्त ओलांडतात व कोरिओलिस बलामुळे उजवीकडे वळून नैर्ऋत्य वारे बनतात.
3. जेट प्रवाह सिद्धांत (Jet Stream Theory – एम. टी. यिन, कोटेश्वरम): हिवाळ्यात उपोष्ण पश्चिमी जेट प्रवाह हिमालयाच्या दक्षिणेकडे वाहतो. उन्हाळ्यात तो हिमालयाच्या उत्तरेकडे सरकतो. तिबेटचे पठार तापल्याने त्यावर उंचीवर पूर्वी जेट प्रवाह (Tropical Easterly Jet) तयार होतो, ज्यामुळे मान्सून अचानक सुरू होतो (Burst of Monsoon).
4. एल-निनो व दक्षिणी दोलन (El Niño – Southern Oscillation, ENSO): पेरूच्या किनाऱ्याजवळ प्रशांत महासागराचे पाणी असामान्य उष्ण झाल्यास (एल-निनो) भारतात मान्सून कमकुवत होतो; ला-निना वर्षात मान्सून चांगला होतो. मान्सूनच्या अंदाजासाठी याचा उपयोग होतो.

मानवी जीवनातील हवामानाची भूमिका (Role of Climate in Human Life)

हवामान हा मानवी जीवनावर परिणाम करणारा सर्वात महत्त्वाचा नैसर्गिक घटक आहे. निसर्गवादी (Determinism) विचारवंत हंटिंग्टन (Ellsworth Huntington) यांनी मानवी संस्कृती व कार्यक्षमतेवर हवामानाचा मोठा प्रभाव असल्याचे सांगितले.

1. शेती: पिकांची निवड हवामानावर ठरते – विदर्भात कापूस, कोकणात भात, पंजाबमध्ये गहू. भारतीय शेतीला 'मान्सूनचा जुगार' म्हणतात.
2. लोकसंख्या वितरण: सम हवामानाचे प्रदेश दाट लोकवस्तीचे (गंगेचे मैदान), तर अतिथंड (ध्रुवीय) व अतिउष्ण वाळवंटी प्रदेश विरळ लोकवस्तीचे.
3. आहार, वस्त्र व घरे: थंड प्रदेशात लोकरीचे कपडे, उतरती छपरे (जास्त पाऊस/बर्फ – कोकण, हिमाचल); वाळवंटात सपाट छपरे व जाड भिंती. एस्किमोंचे 'इग्लू'.
4. आरोग्य: उष्ण-दमट हवामानात मलेरिया, डेंग्यू; उष्णतेच्या लाटेमुळे उष्माघात.
5. उद्योग व व्यवसाय: सुती कापड उद्योगाला दमट हवामान अनुकूल (मुंबई). पर्यटन – थंड हवेची ठिकाणे (चिखलदरा, महाबळेश्वर).
6. वाहतूक: धुके, बर्फवृष्टी, चक्रीवादळ यांचा हवाई व सागरी वाहतुकीवर परिणाम.
7. आपत्ती: दुष्काळ, पूर, चक्रीवादळे यामुळे जीवित व वित्त हानी.

त्याच वेळी मानवही औद्योगिकीकरण, जंगलतोड व इंधन ज्वलनाने हरितगृह वायू वाढवून हवामान बदलास (Climate Change) कारणीभूत ठरत आहे.

परीक्षेचे संभाव्य प्रश्न

1. (दीर्घोत्तरी) ग्रहीय वाऱ्यांची निर्मिती व वितरण दाबपट्ट्यांच्या आकृतीसह स्पष्ट करा.
2. (दीर्घोत्तरी) मान्सून म्हणजे काय? मान्सूनच्या उत्पत्तीचे विविध सिद्धांत सविस्तर स्पष्ट करा.
3. (लघुत्तरी) हवेच्या दाबाचे उभे वितरण स्पष्ट करा.
4. (लघुत्तरी) खारे वारे व मतलई वारे यातील फरक स्पष्ट करा.
5. (लघुत्तरी) टीप लिहा : मानवी जीवनातील हवामानाची भूमिका

अभ्यासक्रमातील घटक (RTMNU)

• वातावरणातील आर्द्रता – आर्द्रतेचे प्रकार
  (Atmospheric Moisture- Humidity- Types)
• बाष्पीभवन – अर्थ व जलचक्राची संकल्पना
  (Evaporation- meaning and Concept of Water Cycle)
• सांद्रीभवन – अर्थ व सांद्रीभवनाची रूपे
  (Condensation- meaning and Forms of Condensation)
• वृष्टीचे प्रकार व पर्जन्याचे प्रकार
  (Types of Precipitation and Rainfall)

वातावरणातील आर्द्रता – आर्द्रतेचे प्रकार (Atmospheric Moisture – Humidity – Types)

वातावरणात वायुरूपात असलेल्या पाण्याला जलबाष्प (Water Vapour) म्हणतात. हवेत असलेल्या बाष्पाच्या प्रमाणाला आर्द्रता (Humidity) म्हणतात. वातावरणात बाष्पाचे प्रमाण ० ते ४% असते. आर्द्रता आर्द्रतामापकाने (Hygrometer) मोजतात.

संपृक्त हवा (Saturated Air): दिलेल्या तापमानाला हवा जास्तीत जास्त जेवढे बाष्प धारण करू शकते तेवढे बाष्प हवेत असल्यास ती हवा संपृक्त असते. तापमान वाढल्यास हवेची बाष्पधारण क्षमता वाढते.

आर्द्रतेचे प्रकार:

1. निरपेक्ष आर्द्रता (Absolute Humidity): हवेच्या एकक आकारमानात (१ घनमीटर) असलेल्या बाष्पाचे प्रत्यक्ष वजन. एकक – ग्रॅम प्रति घनमीटर (g/m³). विषुववृत्तावर जास्त, ध्रुवांकडे कमी. हवा वर-खाली गेल्यास आकारमान बदलते, म्हणून ही आर्द्रताही बदलते.
2. विशिष्ट आर्द्रता (Specific Humidity): हवेच्या एकक वजनात (१ किलोग्रॅम) असलेल्या बाष्पाचे वजन. एकक – ग्रॅम प्रति किलोग्रॅम (g/kg). हवेचे आकारमान बदलले तरी ही बदलत नाही, म्हणून हवामानशास्त्रात उपयुक्त.
3. सापेक्ष आर्द्रता (Relative Humidity): दिलेल्या तापमानाला हवेत प्रत्यक्ष असलेले बाष्प व त्याच तापमानाला हवा धारण करू शकणारे जास्तीत जास्त बाष्प यांचे टक्केवारीतील प्रमाण.
   सापेक्ष आर्द्रता (%) = (प्रत्यक्ष बाष्प ÷ संपृक्ततेसाठी आवश्यक बाष्प) × १००
   उदा. हवेत १० ग्रॅम बाष्प असून ती २० ग्रॅम धारण करू शकत असल्यास सापेक्ष आर्द्रता = ५०%. संपृक्त हवेची सापेक्ष आर्द्रता १००% असते. किनारी प्रदेशात (मुंबई) जास्त, वाळवंटात कमी.

दवबिंदू (Dew Point): ज्या तापमानाला हवा संपृक्त होते व सांद्रीभवन सुरू होते, ते तापमान.

बाष्पीभवन – अर्थ व जलचक्राची संकल्पना (Evaporation – Meaning and Concept of Water Cycle)

बाष्पीभवन (Evaporation): पाण्याचे द्रवरूपातून वायुरूपात (बाष्पात) रूपांतर होण्याच्या प्रक्रियेला बाष्पीभवन म्हणतात. यासाठी लागणारी उष्णता बाष्पात सुप्त उष्णता (Latent Heat) म्हणून साठवली जाते. वनस्पतींच्या पानांतून होणाऱ्या बाष्पोत्सर्जनाला Transpiration म्हणतात; दोन्ही मिळून Evapotranspiration.

बाष्पीभवनावर परिणाम करणारे घटक:

• तापमान – जास्त तापमान, जास्त बाष्पीभवन.
• हवेचा कोरडेपणा – सापेक्ष आर्द्रता कमी असल्यास जास्त बाष्पीभवन.
• वाऱ्याचा वेग – वारे दमट हवा दूर नेतात, त्यामुळे बाष्पीभवन वाढते.
• पाण्याच्या पृष्ठभागाचा विस्तार व हवेचा दाब.

जलचक्र (Hydrological / Water Cycle): पृथ्वीवरील पाण्याचे महासागर, वातावरण व भूपृष्ठ यांच्या दरम्यान बाष्प, पाणी व बर्फ या रूपात सतत होणारे अभिसरण म्हणजे जलचक्र. पृथ्वीवरील एकूण पाण्यापैकी सुमारे ९७% पाणी महासागरात आहे; सुमारे ३% गोडे पाणी असून त्यातील बहुतांश हिमनद्या व हिमटोप्यांत आहे.

जलचक्राचे टप्पे:

1. बाष्पीभवन व बाष्पोत्सर्जन: महासागर, नद्या, तलाव, जमीन व वनस्पतींतून बाष्प वातावरणात जाते.
2. सांद्रीभवन (Condensation): बाष्प वर जाऊन थंड होते व ढग तयार होतात.
3. वृष्टी (Precipitation): पाऊस, हिम, गारा यांच्या रूपात पाणी पृथ्वीवर परत येते.
4. पृष्ठीय वहन (Runoff) व अंतःस्यंदन (Infiltration): पाणी नद्यांद्वारे समुद्राकडे वाहते किंवा जमिनीत मुरून भूजल बनते. पुन्हा चक्र सुरू होते.

महत्त्व: गोड्या पाण्याचा पुरवठा, उष्णतेचे पुनर्वितरण, हवामान नियंत्रण, शेती व परिसंस्था टिकवणे.

सांद्रीभवन – अर्थ व सांद्रीभवनाची रूपे (Condensation – Meaning and Forms of Condensation)

सांद्रीभवन (Condensation): बाष्पाचे द्रवरूपात (पाण्याच्या थेंबात) किंवा घनरूपात (हिमकणांत) रूपांतर होण्याच्या प्रक्रियेला सांद्रीभवन म्हणतात. हे बाष्पीभवनाच्या उलट आहे. यात सुप्त उष्णता मुक्त होते.

सांद्रीभवनासाठी आवश्यक परिस्थिती:

• हवेत पुरेसे बाष्प (जास्त सापेक्ष आर्द्रता).
• हवेचे तापमान दवबिंदूपर्यंत खाली येणे – हवा वर जाऊन प्रसरणाने थंड होणे, थंड पृष्ठभागाशी संपर्क, थंड-उष्ण हवेचे मिश्रण.
• सांद्रीभवन केंद्रके (Hygroscopic Nuclei) – धूलिकण, धुराचे कण, मिठाचे कण.

सांद्रीभवनाची रूपे (Forms of Condensation):

1. दव (Dew): निरभ्र, शांत रात्री थंड पृष्ठभागावर (गवत, पाने) बाष्पाचे पाण्याच्या थेंबांत रूपांतर. दवबिंदू ०° से. पेक्षा जास्त असतो.
2. हिम / तुषार (Frost): दवबिंदू ०° से. पेक्षा कमी असल्यास बाष्पाचे थेट बारीक बर्फकणांत रूपांतर. पिकांना हानिकारक.
3. धुके (Fog): जमिनीलगतच्या हवेत तरंगणारे सूक्ष्म जलकण; दृश्यता १ किमीपेक्षा कमी. उदा. हिवाळ्यात उत्तर भारत. धूर व धुके मिसळल्यास धुरके (Smog).
4. दहिवर / विरळ धुके (Mist): धुक्यापेक्षा विरळ; दृश्यता १ किमीपेक्षा जास्त.
5. ढग (Clouds): उंचीवरील हवेत तरंगणारे सूक्ष्म जलकण व हिमकणांचे समूह. उंचीनुसार प्रकार:

वृष्टीचे प्रकार व पर्जन्याचे प्रकार (Types of Precipitation and Rainfall)

वृष्टी (Precipitation): ढगांतील पाण्याचे थेंब किंवा हिमकण जड होऊन गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वीवर पडतात, त्याला वृष्टी म्हणतात. पाऊस पर्जन्यमापकाने (Rain Gauge) मिलिमीटर/सेंटिमीटरमध्ये मोजतात. नकाशावर समान पावसाची ठिकाणे जोडणाऱ्या रेषांना समपर्जन्य रेषा (Isohyets) म्हणतात.

अ) वृष्टीचे प्रकार (Forms of Precipitation):

• पाऊस (Rain): पाण्याच्या थेंबांच्या रूपात (०.५ मिमीपेक्षा मोठे थेंब).
• रिमझिम (Drizzle): अतिशय बारीक थेंब.
• हिमवृष्टी (Snowfall): तापमान ०° से. पेक्षा कमी असताना हिमकणांच्या रूपात. उदा. काश्मीर, हिमाचल.
• हिमवर्षा मिश्र पाऊस (Sleet): पाऊस व हिम यांचे मिश्रण.
• गारा (Hail): क्युम्युलोनिंबस ढगांतून पडणारे बर्फाचे गोळे; पिकांचे मोठे नुकसान (विदर्भात रब्बी हंगामात गारपीट).

ब) पर्जन्याचे प्रकार (Types of Rainfall): बाष्पयुक्त हवा वर कशी जाते यावरून तीन प्रकार:

1. आरोह / अभिसरण पर्जन्य (Convectional Rainfall): भूपृष्ठ तापल्याने हवा तापून हलकी होऊन वर जाते, थंड होऊन क्युम्युलोनिंबस ढग तयार होतात व दुपारनंतर विजांच्या कडकडाटासह मुसळधार पाऊस पडतो. उदा. विषुववृत्तीय प्रदेश (कांगो, ॲमेझॉन) – रोज दुपारी ४ च्या सुमारास पाऊस.
2. प्रतिरोध / पर्वतीय पर्जन्य (Orographic / Relief Rainfall): बाष्पयुक्त वारे पर्वताला अडल्याने उतारावरून वर चढतात, थंड होऊन वाऱ्याच्या बाजूला (Windward Side) भरपूर पाऊस पडतो. पलीकडील बाजूला कमी पाऊस पडतो – त्याला पर्जन्यछायेचा प्रदेश (Rain Shadow Area) म्हणतात. उदा. पश्चिम घाटाच्या पश्चिमेला महाबळेश्वरमध्ये खूप पाऊस, तर पूर्वेला पुणे, सोलापूर, मराठवाडा पर्जन्यछायेत. मासिनराम/चेरापुंजी (मेघालय) – जगातील सर्वाधिक पावसाची ठिकाणे. जगातील बहुतांश पाऊस या प्रकारचा आहे.
3. आवर्त / सीमापृष्ठीय पर्जन्य (Cyclonic / Frontal Rainfall): आवर्तात (Cyclone) हवा केंद्राकडे येऊन वर जाते, किंवा उष्ण वायुराशी थंड वायुराशीवर चढते (Front) आणि पाऊस पडतो. उदा. समशीतोष्ण कटिबंधातील हिवाळी पाऊस, उत्तर भारतात पश्चिमी विक्षोभामुळे (Western Disturbances) हिवाळी पाऊस, बंगालच्या उपसागरातील चक्रीवादळांचा पाऊस.

परीक्षेचे संभाव्य प्रश्न

1. (दीर्घोत्तरी) सांद्रीभवन म्हणजे काय? सांद्रीभवनाची आवश्यक परिस्थिती सांगून त्याची विविध रूपे स्पष्ट करा.
2. (दीर्घोत्तरी) वृष्टी म्हणजे काय? पर्जन्याचे विविध प्रकार आकृत्यांसह स्पष्ट करा.
3. (लघुत्तरी) आर्द्रतेचे प्रकार स्पष्ट करा.
4. (लघुत्तरी) जलचक्राची संकल्पना आकृतीसह स्पष्ट करा.
5. (लघुत्तरी) टीप लिहा : पर्जन्यछायेचा प्रदेश (Rain Shadow Area)