อุตุนิยมวิทยาหมายถึงสถานะของชั้นบรรยากาศ ซึ่งมักจะมีลักษณะเฉพาะด้วยอุณหภูมิอากาศ ความกดอากาศ ความชื้น ความเร็ว และการมีอยู่หรือไม่มีเมฆ มาดูประเด็นที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศและสภาพอากาศกันดีกว่า
แนวคิดและข้อกำหนดทั่วไป
เมื่อพูดถึงสภาพอากาศ มักใช้คำต่างๆ เช่น สภาพอากาศหรือสภาพอากาศ อากาศเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นสถานะปัจจุบันของบรรยากาศ กล่าวคือ อากาศแจ่มใสหรือมีเมฆมาก เย็นหรือร้อน อากาศชื้นหรือแห้ง ลมแรงพัดหรือมีความสงบในบางพื้นที่ เมื่อพูดถึงสภาพอากาศ หมายถึงลักษณะของปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น เช่น สภาพอากาศในฤดูร้อนหรือฤดูใบไม้ร่วง
ความแตกต่างอีกอย่างระหว่างแนวคิดเรื่อง "สภาพอากาศ" และ "ภูมิอากาศ" คือปัจจัยด้านอาณาเขต สภาพอากาศอาจแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่ ตัวอย่างเช่น ในเมืองหนึ่งอาจมีฝนตก และที่ 20กม. จากตัวเมือง อากาศแจ่มใส ภูมิอากาศเป็นลักษณะเฉพาะที่ขยายออกไป ไม่เพียงแต่ในเวลาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในอวกาศด้วย จึงมีแนวคิดเกี่ยวกับภูมิอากาศแบบเขตร้อน ทวีปหรือขั้วโลก
ทำไมพื้นที่ต่างๆ ของโลกจึงมีสภาพอากาศต่างกัน
คำตอบสำหรับคำถามนี้คือรูปทรงกลมของโลกของเรา รูปร่างนี้ทำให้รังสีของดวงอาทิตย์ตกบนพื้นผิวของมันในมุมที่ต่างกัน ยิ่งมุมตกกระทบของรังสีเข้าใกล้ 90o ยิ่งพื้นผิวและอากาศอุ่นขึ้น สถานการณ์นี้เป็นเรื่องปกติสำหรับเขตร้อนและกึ่งเขตร้อน ในทางตรงกันข้าม ยิ่งมุมตกกระทบของรังสีเบี่ยงเบนไปจากมุมฉากมากเท่าใด ดินและอากาศก็จะรับพลังงานแสงอาทิตย์น้อยลง และอากาศก็จะยิ่งเย็นลงเท่านั้น ตัวอย่างที่ชัดเจนของสภาพอากาศหนาวเย็นคือสถานะของบรรยากาศในแอนตาร์กติกา
ในทางกลับกัน ความแตกต่างของอุณหภูมิของบริเวณขั้วโลกและบริเวณเส้นศูนย์สูตรของโลกทำให้เกิดลม และยังสร้างข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการก่อตัวของเมฆฝน สภาพอุตุนิยมวิทยาที่แตกต่างกันในละติจูดของโลกทำให้เกิดการปรากฎและการหายไปของพายุไซโคลน (พื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำ) และแอนติไซโคลน (โซนที่มีความกดอากาศสูง)
เหตุผลของการดำรงอยู่ของฤดูกาล
เด็กทุกคนรู้ตั้งแต่อายุยังน้อยว่ามี 4 ฤดู คือ ฤดูหนาว ฤดูใบไม้ร่วง ฤดูใบไม้ผลิ และฤดูร้อน อย่างไรก็ตาม ทุกฤดูกาลเหล่านี้ ซึ่งแต่ละฤดูมีลักษณะภูมิอากาศและอุตุนิยมวิทยา เกิดขึ้นเฉพาะในละติจูดกลางของโลกเท่านั้นแถบโลกของเราซึ่งตั้งอยู่จากเส้นขนานที่ 40 ของทางใต้ถึงเส้นขนานที่ 40 ของซีกโลกเหนือมีภูมิอากาศแบบเขตร้อนและกึ่งเขตร้อนซึ่งมีลักษณะเฉพาะเพียง 2 ครั้งหรือฤดูกาลของปี: เปียกและแห้ง
เราหาสาเหตุของสภาพอากาศที่แตกต่างกันในละติจูดที่ต่างกัน แต่ทำไมฤดูกาลถึงเปลี่ยนไป? คำตอบสำหรับคำถามนี้อยู่ที่ความเอียงของแกนหมุนของโลกที่สัมพันธ์กับระนาบของวงโคจรของโลก โลกของเราโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นวงกลมเกือบสมบูรณ์ และหากไม่มีแกนโลกเอียง 23.5o ในแต่ละละติจูด สภาพภูมิอากาศจะไม่เปลี่ยนแปลงในระหว่างปี แกนหมุนเอียงของดาวเคราะห์ทำให้เกิดความผันผวนของปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่มายังพื้นผิวโลกในแต่ละจุดในระหว่างปี การเปลี่ยนแปลงพลังงานเหล่านี้ส่งผลให้เกิดความผันผวนของอุณหภูมิอากาศซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ ±40°C อุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดที่อนุญาตคือ +58°C (เอลอาซิเซีย ลิเบีย) และ -89.2°C (แอนตาร์กติกา) ตามลำดับ
โปรดทราบว่าความเอียงของแกนหมุนของโลกของเรานั้นไม่คงที่ตลอดระยะเวลาที่มันมีอยู่ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในช่วงที่ไดโนเสาร์มีอยู่บนโลก มีความแตกต่างกันอย่างแน่นอน ความชันนี้อาจได้รับอิทธิพลจากทั้งปัจจัยภายนอกที่เกี่ยวข้องกับวัตถุจักรวาลที่ต่างกัน และปัจจัยภายในอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงการกระจายของมวลบนพื้นผิวโลกของเรา
สภาพอากาศที่เอื้ออำนวยและไม่เอื้ออำนวย
บ่อยๆนะได้ยินคำว่า: "มีอากาศดี" หรือ "คาดว่าอากาศไม่ดีในภูมิภาคนี้" ความหมายของวลีเหล่านี้คืออะไร? ในการตอบคำถาม ต่อไปนี้คือพารามิเตอร์หลักที่กำหนดสถานะของบรรยากาศ (ต้องพูดให้ชัดว่าโทรโพสเฟียร์ เนื่องจากปรากฏการณ์สภาพอากาศทั้งหมดเกิดขึ้นที่บริเวณส่วนล่างของชั้นบรรยากาศของโลก):
- อุณหภูมิ;
- กดดัน;
- ความเร็วลม;
- ความชื้นในอากาศ;
- มีหรือไม่มีเมฆ
ตัวบ่งชี้ของพารามิเตอร์ทั้งห้าข้างต้นช่วยให้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับสภาพอากาศที่เอื้ออำนวยและไม่เอื้ออำนวย (NMU) ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิและความดันสูง แสงแดดจ้าเกินไปและความชื้นในอากาศต่ำ หรือในทางกลับกัน อุณหภูมิต่ำ ฝนตก ความเร็วลมสูง ความกดอากาศต่ำ ทั้งหมดนี้คือ NMU สภาพอากาศที่เอื้ออำนวยมักจะถูกกำหนดโดยค่าเฉลี่ยสำหรับพารามิเตอร์ภูมิอากาศข้างต้น
แหล่งที่มาหลักของกระบวนการบรรยากาศทั้งหมด
แน่นอนว่ากลไกของกระบวนการในชั้นบรรยากาศทั้งหมด (และไม่เพียงเท่านั้น) คือการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ เธอคือผู้ทำให้สารเคมีหลายชนิดทำให้วัฏจักรของพวกมันสมบูรณ์ในธรรมชาติ ในความสัมพันธ์กับสภาพอากาศและสภาพอากาศ เราสามารถพูดได้ดังนี้: รังสีของดวงอาทิตย์ที่ตกลงมาบนพื้นโลกไม่ได้ทำให้ชั้นบรรยากาศอบอุ่นโดยตรง อย่างแรกเลย อุณหภูมิของเปลือกโลกเพิ่มขึ้น จากนั้นไฮโดรสเฟียร์ เมื่อเย็นลง ธรณีภาคและไฮโดรสเฟียร์จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอินฟราเรด ซึ่งเรียกง่ายๆ ว่า "ความร้อน" อย่างแน่นอนคลื่นเหล่านี้ทำให้ชั้นบรรยากาศของโลกร้อนขึ้น
จุดสำคัญในการก่อตัวของสภาพอุตุนิยมวิทยาของที่อยู่อาศัยคืออัตราการให้ความร้อนและความเย็นที่แตกต่างกันของเปลือกโลกและไฮโดรสเฟียร์ ดังนั้นเปลือกโลกจะร้อนขึ้นและเย็นลงอย่างรวดเร็ว แต่สำหรับไฮโดรสเฟียร์กระบวนการเหล่านี้ช้ากว่ามาก สาเหตุของพฤติกรรมที่แตกต่างกันนี้เกี่ยวกับรังสีดวงอาทิตย์คือความจุความร้อนและพลังงานการแผ่รังสีต่างกัน
แหล่งพลังงานอื่นๆ ที่มีผลกระทบต่อสภาพอากาศ
พลังงานแสงอาทิตย์มีส่วนสำคัญต่อกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในชั้นโทรโพสเฟียร์ อย่างไรก็ตาม ยังมีแหล่งพลังงานอื่นๆ ที่อาจส่งผลต่อสภาพอากาศในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่ง และยังช่วยให้มั่นใจถึงเสถียรภาพของสภาวะเหล่านี้:
- พลังงานความร้อนใต้พิภพและกระบวนการภูเขาไฟ
- กระบวนการหายใจและของเสียของสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาที่มีบทบาทสำคัญในการรักษาองค์ประกอบทางเคมีที่เสถียรของบรรยากาศ
กระบวนการในบรรยากาศและมาตราส่วนเวลาและเชิงพื้นที่
ตามที่ระบุไว้ กระบวนการใดๆ ในชั้นบรรยากาศเกี่ยวข้องกับความผันผวนของปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้าสู่โลก เนื่องจากความผันผวนเหล่านี้ อากาศจึงอุ่นขึ้นและเย็นลงทั้งกลางวันและกลางคืน นี่คือการเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศในแต่ละวัน กระบวนการก่อตัวและการละลายของหิมะเกิดขึ้นทุกปีแล้ว
การทำให้อากาศร้อนในบริเวณใดบริเวณหนึ่งทำให้เกิดการขยายตัว ซึ่งหมายถึงความกดดันที่ลดลง ความกดอากาศเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดลมที่มีแนวโน้มปรับความแตกต่างให้เท่ากัน พวกเขามีลักษณะที่แตกต่างกันและในสถานการณ์ฉุกเฉินสามารถนำไปสู่การก่อตัวของพายุเฮอริเคนและพายุทอร์นาโด ในกรณีหลังนี้ มีคนพูดถึงสภาวะอุตุนิยมวิทยาที่ยากลำบากมาก ในทางกลับกัน พายุเฮอริเคนเป็นปรากฏการณ์ระยะสั้นในบางพื้นที่ กล่าวคือ มีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์เชิงพื้นที่และระยะยาว
พยากรณ์อุตุนิยมวิทยา
เป็นการยากที่จะจินตนาการถึงโลกสมัยใหม่โดยปราศจากข้อมูลเกี่ยวกับพยากรณ์อากาศในภูมิภาคใดๆ ของโลก ดังนั้น เที่ยวบินของเครื่องบิน กิจกรรมทางการเกษตรและการพาณิชย์จึงขึ้นอยู่กับข้อมูลอุตุนิยมวิทยามากขึ้นทุกปี ตัวอย่างเช่น ตารางเที่ยวบินเปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วงที่สภาพอากาศไม่เอื้ออำนวย
พยากรณ์อุตุนิยมวิทยาเป็นผลมาจากการประมวลผลข้อมูลจำนวนมากโดยใช้คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังที่สุดที่ประมวลผลข้อมูลอินพุตภายในกรอบของแบบจำลองเชิงประจักษ์ที่ซับซ้อนบางตัวโดยใช้กฎฟิสิกส์ที่เป็นที่รู้จัก ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอุตุนิยมวิทยาของภูมิภาคนั้น ๆ ถูกรวบรวมโดยใช้สถานีตรวจอากาศที่ตั้งอยู่ในยุทธศาสตร์บนพื้นดิน โดยใช้ดาวเทียมและยานพาหนะทางอากาศไร้คนขับ
ศึกษากระบวนการบรรยากาศบนดาวเคราะห์ดวงอื่น
อุตุนิยมวิทยาเป็นสหวิทยาการ ผลลัพธ์เชิงปฏิบัติของวิทยาศาสตร์นี้คือ การพยากรณ์อุตุนิยมวิทยา ความซับซ้อนของงานนั้นสัมพันธ์กับการพิจารณาที่จำเป็นของปัจจัยนับร้อยนับพันที่ส่งผลต่อผลลัพธ์ของการพยากรณ์ เพื่อสิ่งที่ดีที่สุดการทำความเข้าใจอิทธิพลของปัจจัยเหล่านี้ที่มีต่อสภาพอากาศของโลก นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกมีส่วนร่วมในการสังเกตและศึกษากระบวนการในชั้นบรรยากาศบนดาวเคราะห์ดวงอื่นของระบบสุริยะ ตัวอย่างเช่น Great Red Spot บนดาวพฤหัสบดี ซึ่งเป็นแอนติไซโคลนอันทรงพลังที่มีมานานกว่า 300 ปี
