सदस्य:Falguni Jain D/WEP2018-19 dec
वायुमंडलीय भौतिक विज्ञान
वायुमंडलीय भौतिक विज्ञान वायुमंडल के अनुसंधान के लिए भौतिक शास्त्र का उपयोग है। वायुमंडलीय भौतिकविदों तरल गतिकी समीकरणों, रासायनिक मॉडल, विकिरण बजट और ऊर्जा हस्तांतरण प्रक्रियाओं का उपयोग करके पृथ्वी तथा अन्य ग्रहों के वायुमंडल का प्रतिरूप बनाने का प्रयास करते हैं( साथ ही ये महासागरों जैसे अन्य प्रणालियों से भी जुड़ते हैं)। मौसम प्रणालियों का प्रतिमान करने के लिए, वायुमंडलीय भौतिक वैज्ञानिक बिखराव सिद्धांत, लहर प्रसार मॉडल, बादल भौतिकी विज्ञान, सांख्यिकीय यांत्रिकी और स्थानिक आंकड़ो के तत्वों का उपयोग करते हैं, जो अत्यधिक गणितीय और भौतिकी से संबंधित है। इसका मौसम विज्ञान और जलवायु विज्ञान से घनिष्ठ संबंध है और इसमें वायुमंडल का अनुसंधान करने और रिमोट सेंसिंग उपकरणों सहित उनके द्वारा प्रदान किए जाने वाले समाचार की व्याख्या के लिए उपकरणों के बनावट और निर्माण को भी शामिल किया गया है। अंतरिक्ष युग की शुरूआत और ध्वनि रॉकेट के आगमन के समय में, "वायुविज्ञान" वायुमंडल की ऊपरी परतों से संबंधित एक उपनिवेश बन गया, जहाँ विघटन और आयनीकरण महत्वपूर्ण हैं।
रिमोट सेंसिंग[संपादित करें]
रिमोट सेंसिंग में किसी वस्तु या घटना की जानकारी का छोटे या बड़े पैमाने पर अधिग्रहण किया जाता है। इसमें रिकॉर्डिंग या रीयल टाईम सेंसिंग उपकरणों के माध्यम से अधिग्रहण किया जाता है जो वस्तु के साथ बाह्य या अंतरंग संपर्क में नहीं है (जैसे कि वायुयान, अंतरिक्ष यान, उपग्रह, उत्प्लव या जलयान)। व्यावहारिक रूप से, किसी दिए गए वस्तु या क्षेत्र पर जानकारी इकट्ठा करने के लिए विभिन्न उपकरणों का उपयोग करना और जानकारी का संग्रह बनाना "रिमोट सेंसिंग" है, जो अलग-अलग क्षेत्र पर सेंसर की तुलना में अधिक जानकारी देता है। इस प्रकार, पृथ्वी अवलोकन या मौसम उपग्रह संग्रह प्लेटफॉर्म, महासागर और वायुमंडलीय मौसम प्लेटफॉर्मों का निरीक्षण, पराश्रव्य के माध्यम से गर्भावस्था की निगरानी, चुम्बकीय अनुनाद प्रतिबिम्बन ( एम.आर.आई), पॉजि़ट्रान उत्सर्जन टोमोग्राफी (पी.ई.टी) और अंतरिक्ष शोध यान "रिमोट सेंसिंग" के उदाहरण है। आधुनिक उपयोग में, यह शब्द आमतौर पर विमान और अंतरिक्ष यान पर उपकरणों के उपयोग सहित प्रतिबिम्बन सेंसर प्रौद्योगिकियों के उपयोग को संदर्भित करता है। यह अन्य प्रतिबिम्बन से संबंधित क्षेत्रों जैसे चिकित्सा प्रतिबिम्बन से अलग है।
रिमोट सेंसिंग के दो प्रकार है। निष्क्रिय सेंसर प्राकृतिक विकिरणों का पता लगाता है, जो वस्तु या आसपास के क्षेत्र द्वारा उत्सर्जित या प्रतिबिंबित होता है। प्रतिबिंबित सूर्य की रोशनी निष्क्रिय सेंसर द्वारा मापा गया विकिरणों का सबसे आम स्रोत है। निष्क्रिय रिमोट सेंसर के उदाहरणों में फिल्म छायाचित्र, अवरक्त, चार्ज-कपल उपकरण और रेडियोमीटर शामिल है। दूसरी ओर, सक्रिय सेंसर वस्तुओं और क्षेत्रों को स्कैन करने के लिए ऊर्जा उत्सर्जित करता है, जहाँ एक सेंसर पर लक्ष्य से प्रतिबिंबित विकिरणों को मापा जाता है। रडार, लिडार और सोडार वायुमंडलीय भौतिकी में उपयोग की जाने वाली सक्रिय रिमोट सेंसिंग तकनीकों के उदाहरण हैं जहाँ उत्सर्जन और विकिरणों के लौटने के बीच का समय विलंब मापा जाता है और वस्तु की स्थान, ऊँचाई, गति और दिशा को प्राप्त किया जाता है।
रिमोट सेंसिंग खतरनाक या पहुँचने अयोग्य क्षेत्रों की डेटा एकत्र करना संभव बनाता है। रिमोट सेंसिंग अनुप्रयोगों में अमेज़न बेसिन जैसे क्षेत्रों में वनोन्मूलन की निगरानी, हिमनदों,आर्कटिक और अंटार्कटिका क्षेत्रों पर जलवायु परिवर्तन के प्रभाव और तटीय एवं महासागर की गहराई की गहरी ध्वनि शामिल है। शीतयुद्ध के दौरान सैन्य संग्रह ने खतरनाक सीमा क्षेत्रों के बारे में डेटा संग्रह का उपयोग किया। रिमोट सेंसिंग, ज़मीन पर महंगा और धीमी डेटा संग्रह को भी प्रतिस्थापित करता है और इस प्रक्रिया में सुनिश्चित करता है कि क्षेत्रों या वस्तुओं को परेशान नहीं किया जाता।
कक्षीय प्लेटफॉर्म विद्युतचुंबकीय वर्णक्रम के विभिन्न हिस्सों के डेटा एकत्र और प्रसारित करते है, जो बड़े पैमाने पर हवाई या जमीन-आधारित सेंसिंग और विश्लेषण के संयोजन के साथ शोधकर्ताओं को एल नीनो और लंबी एंव अल्पकालिक घटनाओं की निगरानी के लिए पर्याप्त जानकारी प्रदान करता है। अन्य उपयोगों में प्राकृतिक संसाधन प्रबंधन,भूमि उपयोग और संरक्षण जैसे कृषि क्षेत्रों राष्ट्रीय सुरक्षा और उपरी, जमीन-आधारित और सीमावर्ती क्षेत्रों पर संग्रह जैसे भौमिकी के विभिन्न क्षेत्र शामिल हैं।
विकिरण[संपादित करें]
वायुमंडलीय भौतिकविद आमतौर पर विकिरण को सौर विकिरण(सूर्य द्वारा उत्सर्जित) और स्थलीय विकिरण(पृथ्वी की सतह और वायुमंडल द्वारा उत्सर्जित) में विभाजित करते हैं।
सौर विकिरण में तरंग दैर्ध्य की विविधता होती है। दृश्यमान प्रकाश में तरंग दैर्ध्य ०.४ और ०.७ माइक्रोमीटर के बीच होता है। छोटे तरंग दैर्ध्य वर्णक्रम को पराबैंगनी किरण के रूप में जाना जाता है, जबकि लंबे तरंग दैर्ध्य को वर्णक्रम के अवरक्त हिस्से में समूहिकृत किया जाता है। ओज़ोन ०.२५ माइक्रोमीटर के आसपास विकिरण को अवशोषित करने में सबसे प्रभावी है, जहाँ यूवी-सी किरण वर्णक्रम में स्थित है। इससे पास के समतापमण्डल का तापमान बढ़ जाता है। बर्फ ८८% यूवी किरणों को प्रतिबिंबित करता है, जबकि रेत १२% प्रतिबिंबित करता है, और पानी आने वाले यूवी विकिरण के केवल ४% को प्रतिबिंबित करता है। वायुमंडल और सूर्य की किरणों के बीच जितना अधिक कोण होता है, उतनी अधिक संभावना है की उर्जा वायुमंडल द्वारा प्रतिबिंबित या अवशोषित हो जाएगी।
स्थलीय विकिरण, सौर विकिरण की तुलना में बहुत अधिक तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी सूर्य से बहुत ठंडा है। प्लांक-नियम के अनुसार, पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित विकिरण तरंग दैर्ध्य की एक श्रेणी में उत्सर्जित होता है। अधिकतम ऊर्जा की तरंग दैर्ध्य लगभग १० माइक्रोमीटर है।
बादल भौतिकी[संपादित करें]
बादल भौतिकी भौतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन है जो बादलों के गठन, विकास और वर्षण के विषय में बताता है। बादल पानी की सूक्ष्म बूंदों(गर्म बादल), बर्फ के छोटे क्रिस्टल, या दोनों(मिश्रित चरण बादल) से बने होते हैँ। उपयुक्त परिस्थितियों में, बूंदों को वर्षा बनाने के लिए गठबंधन किया जाता है, जहाँ वे पृथ्वी पर गिर सकते हैं। बादल की आकृति और बढ़ने के तरीके का सटीक यांत्रिकी पूरी तरह से समझा नहीं गया है, लेकिन वैज्ञानिकों ने अलग-अलग बूदों के सूक्ष्म भौतिकी का अध्ययन करके बादलों की संरचना को समझाते हुए कई सिद्धांत विकसित किए हैं। रडार और उपग्रह प्रौद्योतिकी में प्रगति ने बड़े पैमाने पर बादलों के सटीक अध्ययन को मुमकिन बनाया है।
वायुमंडलीय बिजली[संपादित करें]
"वायुमंडलीय बिजली", यह शब्द वायुमंडल के इलेक्ट्रोस्टाटिक्स और इलेक्ट्रोडायनामिक्स को दिया जाता है( या, अधिक व्यापक रूप से, किसी भी ग्रह का वातावरण)। पृथ्वी की सतह, आयनमंडल और वातावरण को वैश्विक वायुमंडलीय विद्युत सर्किट के रूप में जाना जाता है। बिजली १० करोड़ वोल्ट तक ३०,००० एम्पियर का निर्वहन करती है, और प्रकाश , रेडियो तरंगों, ऍक्स-किरण और यहाँ तक की गामा किरण को भी उत्सर्जित करती है। बिजली में प्लाज़्मा तापमान २८,००० केल्विन तक पहुँच सकता है और इलेक्ट्रॉन घनत्व १०२४/मीटर^३ से अधिक हो सकता है।
वायुमंडलीय ज्वार[संपादित करें]
जब वायुमंडल समय-समय पर जल वाष्प के रूप में गर्म होता है और ओज़ोन दिन के दौरान सौर विकिरण को अवशोषित करता है, तो सबसे बड़ा-आयाम वायुमंडलीय ज्वार-भाटा ज्यादातर क्षोभमण्डल और समतापमण्डल में उत्पन्न होता है। तब उत्पन्न होने वाले ज्वार-भाटा इन स्रोत क्षेत्रों से दूर फैलने और मध्यमण्डल और तापमण्डल में चढ़ने में सक्षम होते हैं। वायुमंडलीय ज्वार-भाटा को हवा, तापमान, घनत्व और दबाव में नियमित उतार-चढ़ाव के रूप में मापा जा सकता है। हालाँकि वायुमंडलीय ज्वार-भाटा समुद्र के ज्वार-भाटा के साथ आम तौर पर साझा करते हैं, लेकिन उनकी दो प्रमुख विशेषताएं हैं:
१) वायुमंडलीय ज्वार-भाटा मुख्य रूप से वायुमंडल के सूर्य के गर्म होने से उत्साहित होते हैं जबकि समुद्री ज्वार-भाटा मुख्य रूप से चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव द्वारा उत्साहित होते हैं। इसका अर्थ है कि अधिकांश वायुमंडलीय ज्वार-भाटा में सौर दिन की २४ घंटे की लंबाई से संबंधित दोलन की अवधि होती है जबकि समुद्र के ज्वार में लगभग २४ घंटे ५१ मिनट के चंद्र दिवस (क्रमिक चंद्र पारगमन के बीच का समय) से संबंधित दोलन की अवधि होती है।
२) वायुमंडलीय ज्वार-भाटा एक ऐसे वातावरण में फैलता है जहां घनत्व ऊंचाई के साथ महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होता है। इसका एक परिणाम यह है कि उनका आयाम स्वाभाविक रूप से तेजी से बढ़ता है क्योंकि ज्वार-भाटा वातावरण के उत्तरोत्तर अधिक दुर्लभ क्षेत्रों में चढ़ता है। इसके विपरीत, महासागरों का घनत्व केवल गहराई के साथ थोड़ा भिन्न होता है और इसलिए वहां ज्वार-भाटा आवश्यक रूप से गहराई के साथ आयाम में भिन्न नहीं होते हैं।
ध्यान दें कि हालांकि सौर ताप सबसे बड़े-आयाम वाले वायुमंडलीय ज्वार-भाटा के लिए जिम्मेदार है, लेकिन सूर्य और चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव भी वायुमंडल में ज्वार उठाते हैं, जिसके साथ चंद्र गुरुत्वाकर्षण वायुमंडलीय ज्वार का प्रभाव उनके सौर समकक्ष की तुलना में काफी अधिक होता है।
जमीनी स्तर पर, वायुमंडलीय ज्वार-भाटा को २४ और १२ घंटों की अवधि के साथ सतह के दबाव में नियमित लेकिन छोटे दोलनों के रूप में पाया जा सकता है। दैनिक दबाव अधिकतम सुबह १० बजे और रात १० बजे को होता है, जबकि न्यूनतम सुबह ४ बजे और शाम ४ बजे होता है। पूर्ण अधिकतम सुबह १० बजे होता है जबकि पूर्ण न्यूनतम शाम ४ बजे होता है। अधिक ऊंचाइयों पर ज्वार-भाटा के आयाम बहुत बड़े हो सकते हैं। मध्यमण्डल (५०-१०० कि.मी की ऊँचाई पर ) में वायुमंडलीय ज्वार-भाटा ५० मीटर/से. अधिक के आयाम तक पहुंच सकते हैं और अक्सर वायुमंडल की गति का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा बनते हैं।
वायुविज्ञान[संपादित करें]
वायुविज्ञान वायुमंडल वातावरण के ऊपरी क्षेत्र का विज्ञान है, जहाँ विघटन और आयनीकरण महत्वपूर्ण है। १९६० में सिडनी चैपमैन ने "वायुविज्ञान" शब्द को पेश किया था। आज, इस शब्द में अन्य ग्रहों के वायुमंडल के संबंधित क्षेत्रों का विज्ञान भी शामिल है। वायुविज्ञान में अनुसंधान के लिए गुब्बारे, उपग्रहों और ध्वनि वाले रॉकेट तक पहुंच की आवश्यकता होती है जो वायुमंडल के इस क्षेत्र के बारे में मूल्यवान डेटा प्रदान करते हैं। वायुमंडलीय ज्वार-भाटा निचले और ऊपरी वायुमंडल के बीच प्रभाव डालने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
अनुसंधान केंद्र[संपादित करें]
यू.के में, वायुमंडलीय अध्ययन, मेट ऑफिस, प्राकृतिक पर्यावरण अनुसंधान परिषद और विज्ञान और प्रौद्योगिकी सुविधाएं परिषद द्वारा निपटाया जाता है। यू.एस नेश्नल ओशियनिक एवं वायुमंडलीय प्रशासन(एन.ओ.ए.ए) के विभाग अनुसंधान परियोजनाओं और वायुमंडलीय भौतिकी से जुड़े मौसम मॉडलिंग की देखरेख करते हैं। अमेरिकी राष्ट्रीय वायुविज्ञान और आयनमंडल केंद्र भी उच्च वातावरण के विषय में अध्ययन करता है। बेल्जियम में, बेल्जियम इंस्टीट्यूट फॉर स्पेस एयरोनोमी, वायुमंडल और बाहरी अंतरिक्ष का अध्ययन करता है।
सन्दर्भ[संपादित करें]
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_physics