मनस्वी प्रशांत – एल निन्यो व ला निन्या

मनस्वी प्रशांत

पूर्वप्रकाशन : मनोगत दिवाळी अंक २००९.

‘पृथ्वी गोल आहे. तर, युरोपातून भारत आणि पूर्व आशियाला जाण्यासाठी आफ्रिकेला वळसा घालून जाण्यापेक्षा समुद्रमार्गे पश्चिमेकडे गेल्यास जवळचा मार्ग सापडू शकेल’ अशा विचाराने मोहिमेवर निघालेल्या फर्नान्डो मॅजेलानला (मूळ पोर्तुगीज, मात्र स्पेनच्या झेंड्याशी निष्ठा राखणारा) दक्षिण अमेरिकेला वळसा घालून जावे लागले. दक्षिण अमेरिका आणि अंटार्क्टिका खंडादरम्यानच्या चिंचोळ्या सामुद्रधुनीतून (जी आता मॅजेलानची सामुद्रधुनी (Strait of Magellan) म्हणून ओळखली जाते) पुढे गेल्यानंतर त्याला शांत आणि अथांग असा आणखी एक समुद्र लागला. त्या शांत पाण्याला उद्देशून त्याने ह्या महासागराचे नामकरण पॅसिफिक, अर्थात प्रशांत असे केले. ह्याचे नाव जरी प्रशांत ठेवले, तरी तो सर्वत्र आणि नेहमी, वाटतो तेवढा शांत नसतो. विशेषत: विषुववृत्तीय प्रदेशात ह्याचा स्वभाव कशाने बदलेल हे सांगणे कठिण असते. प्रशांत महासागराचा “पारा चढला” की त्याला म्हणतात “एल निन्यो” (El Niño) आणि त्याने “थंडा प्रतिसाद” दिला की त्याला म्हणतात “ला निन्या” (La Niña). एकूण प्रशांत महासागराचा हा मनस्वी स्वभाव जागतिक हवामानात मोठी ढवळाढवळ करतो.

एल निन्योचा इतिहास

इ. स. १५०० च्या सुमारास पेरू देशाच्या पश्चिम किनार्‍यावर लहान बोटींतून मासेमारी करणार्‍या कोळ्यांना प्रशांत महासागराचा पारा अधूनमधून चढत असल्याचे सर्वप्रथम लक्षात आले. पेरूच्या किनार्‍याजवळ दर काही (सुमारे ४ ते ७) वर्षांनी समुद्राचे पाणी नेहमीपेक्षा जास्त तापलेले असते असा अनुभव त्यांना वारंवार येत असे. पाण्याचे तापमान वाढण्याची घटना सहसा नाताळच्या सुमारास घडत असल्यामुळे त्यांनी ह्या घटनेचे नामकरण एल निन्यो, अर्थात बालयेशू (Christ child) किंवा छोटा मुलगा असे केले. इ.स. १७०० ते १९०० च्या दरम्यान अनेक युरोपीय खलाशांनी ह्या तापमानवाढीच्या नोंदी लिहून ठेवल्या. ह्या नोंदी पुढे एल निन्यो आणि त्याच्या परिणामांच्या संशोधनांमध्ये उपयुक्त ठरल्या. १८९१ मध्ये पेरू देशातील डॉ. लुइस करॅंझा ह्या भूगोलतज्ज्ञाने दक्षिण अमेरिकेच्या पाऊसपाण्यामध्ये आणि हवामानामध्ये होणारे विचित्र बदल हे एल निन्योमुळे होतात असे सांगणारे त्याचे संशोधन प्रसिद्ध केले.

सर गिल्बर्ट वॉकर (१८६८ ते १९५८) हे ब्रिटिश गणितज्ज्ञ व हवामानशास्त्रज्ञ. १९२३ मध्ये त्यांनी विषुववृत्तीय (equatorial) प्रशांत महासागराच्या पूर्वेकडील व पश्चिमेकडील प्रदेशातील वातावरणी दाबामध्ये परस्परसंबंध असल्याचे सिद्ध केले. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्वप्रदेशातील वातावरणी दाब अधिक असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो सहसा कमी असतो आणि पूर्वप्रदेशात वातावरणी दाब कमी असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो अधिक असतो. अशा प्रकारे पूर्व-पश्चिमेकडील प्रदेशांमध्ये वातावरणी दाबाचा ‘सीसॉ’ चालू असतो. ह्या ‘सीसॉ’ला त्यांनी ‘दक्षिण आंदोलन’ (Southern Oscillations) असे नाव दिले. जेकब जर्कनेज (१८९७ ते १९७५) ह्यांना विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि त्याच्या पूर्व व पश्चिमेकडील प्रदेश मिळून तयार होणार्‍या मोठ्या प्रदेशावर एक मोठे वातावरणी अभिसरणचक्र कार्यरत असल्याचे आढळून आले. ह्या अभिसरणचक्राचा ‘दक्षिण आंदोलनां’शी जवळचा संबंध असल्यामुळे त्यांनी ह्या अभिसरणास ‘वॉकर अभिसरण’ (Walker Circulation) असे नाव दिले (आकृती १ पाहा). विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पृष्ठीय तापमानाचा (Sea Surface Temperature, SST) ह्या दक्षिण आंदोलनांशी संबंध असल्याचे वॉकर यांच्या संशोधनामुळे स्पष्ट झाले.

आकृती १. (द्विमित) वॉकर अभिसरण. NOAAच्या GFDL संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

त्यावरून एल निन्यो आणि दक्षिण आंदोलने मिळून एन्सो (ENSO – El Nino Southern Oscillations) ही संज्ञा अस्तित्वात आली. १९०४ ते १९२४ च्या दरम्यान वॉकर हे भारतीय हवामान खात्याचे मुख्याधिकारी म्हणून कार्यभार सांभाळत होते. भारतातील मौसमी पाऊस, पश्चिम कॅनडातील तापमान आणि ऑस्ट्रेलिया व आफ्रिकेतील दुष्काळ अशा विविध घटनांचा संबंध दक्षिण आंदोलनाशी असल्याचे त्यांनी ह्या संशोधनांती दाखवून दिले. जेकब जर्कनेझ ह्यांनी एन्सोचे कार्य कसे चालते त्याचे सविस्तर स्पष्टीकरण केले. वॉकर अभिसरणाची तीव्रता ही विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पृष्ठीय तापमानातील बदलांनुसार नियंत्रित होते. अशाप्रकारे समुद्र आणि हवेमध्ये उष्णता, ऊर्जा, बाष्प आणि संवेगाची (momentum) देवाणघेवाण होते. समुद्रपृष्ठाच्या तापमानातील बदल पृष्ठीय हवेच्या दाबातील बदलामध्ये परावर्तित होतात.

दक्षिण आंदोलनांची तीव्रता दर्शविणारा स्थिरांक (Southern Oscillations index SOI) काढण्यासाठी विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्वभागातील ताहिती बेट (१७.५o दक्षिण, १४९.६o पश्चिम) आणि पश्चिमेला ऑस्ट्रेलियातील डार्विन हे शहर (१२.४ o दक्षिण, १३०.९o पूर्व) ह्या दोन ठिकाणांवरील हवेच्या दाबाचा वापर केला जातो. जेव्हा SOI मोठा आणि धन (positive) असतो तेव्हा प्रशांत महासागराच्या पूर्वभागावरील पृष्ठीय दाब फारच जास्त असतो, तर हा स्थिरांक लहान आणि ऋण (negative) असतो तेव्हा पश्चिमभागावरील पृष्ठीय दाब फार जास्त असतो. आत्यंतिक मोठा आणि ऋण SOI एल निन्यो आणि धन SOI ला निन्या घटनांकडे निर्देश करतो (आकृती २ पाहा).

आकृती २. दक्षिण आंदोलने स्थिरांक. जॉन डाली यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागाचे तापमान सामान्यत: असणार्‍या तापमानापेक्षा वाढण्याच्या घटनेला एल निन्यो म्हणतात, तर त्याउलट ह्या भागाचे तापमान सामान्यत: असणार्‍या तापमानापेक्षा कमी होण्याच्या घटनेला ला निन्या म्हणतात. ला निन्या ह्या स्पॅनिश शब्दाचा अर्थ “छोटी मुलगी” असा होतो. एल निन्यो आणि ला निन्या घटनांना एकत्रितपणे –एन्सो घटना– असे म्हटले जाते. मागील काळामध्ये महत्त्वाच्या एन्सो घटना १७९०-९३, १८२८, १८७६-७८, १८९१, १९२५-२६, १९७२-७३, १९७६, १९८२-८३ मध्ये तर नजिकच्या काळामधील एन्सो घटना १९८६-८७, १९९१-९४, १९९७-९८, २००२-२००३, २००४-२००५, २००६-२००७ साली घडल्या. नजिकच्या काळामध्ये ह्या घटना वारंवार घडत आहेत असे दिसून येते. १९८२-८३ आणि १९९७-९८ चे एल निन्यो ह्या आजवरच्या सर्वाधिक तीव्रतेच्या एल निन्यो घटना आहेत.

विषुववृत्तीय महासागराची सामान्य परिस्थिती

एल निन्यो व ला निन्या परिस्थिती असताना प्रशांत महासागराच्या विषुववृत्तीय प्रदेशामध्ये नेमके कोणकोणते बदल घडून येतात हे पाहण्याआधी ह्या भागात परिस्थिती सामान्यत: कशी असते ते पाहू. (आकृती ३ व ४ पाहा.)

आकृती ३. प्रशांत महासागराचे तापमान सामान्य असतानाची परिस्थिती (normal condition). NOAA च्या GFDL संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

आकृती ४. प्रशांत महासागराचे तापमान सामान्य असतानाची परिस्थिती (normal condition). वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

सामान्यत: विषुववृत्तीय प्रशांत महासागरापाशी पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांची (surface trade winds) दिशा पूर्वेकडून पश्चिमेकडे अशी असते (आकृती ३ मधील “आ” व आकृती ४ पाहा). ह्या वार्‍यांच्या जोराने पृष्ठालगतचे गरम पाणी पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहते आणि त्याबरोबर गरम पाण्यामुळे तापलेली आणि दमट झालेली पृष्ठीय हवाही पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहून नेली जाते. पश्चिमेकडे स्थानांतरित झालेल्या पृष्ठीय पाण्याची जागा समुद्राच्या खालच्या थरांतील थंड पाणी घेते (आकृती ३ मधील “उ”). अशा प्रकारे ही उदंचन क्रिया (upwelling, पाणी वरच्या दिशेने शेंदले जाण्याची क्रिया) खालच्या थरांतील खनिजे व क्षारांनी युक्त असे सकस पाणी वर आणते आणि त्यावर विविध परिसंस्था (ecosystems) पुष्ट होतात. ह्या भागामध्ये मासे व इतर सागरी जीवांची (प्राणी व वनस्पती) उपलब्धता भरपूर असल्यामुळे पेरू आणि दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम किनार्‍यावरील इतर देशांमध्ये मासेमारी हा मोठा उद्योग आहे. जिथे उदंचन होते तिथे समुद्राचे पृष्ठीय पाणी जास्त थंड असते.

समुद्राच्या पृष्ठापासून खाली काही अंतरापर्यंतच्या पाण्याच्या थरामधले पाणी सतत ढवळले जात असते. ह्या थराच्या खालच्या थरांतील पाणी थंड असते आणि पाण्याचा थंडपणा खोलीनुसार वाढत जातो. जिथे पाण्याच्या तापमानात हा बदल होतो त्या प्रदेशास तापबदल प्रदेश (thermocline) असे म्हणतात. जिथे उदंचन होत असते तिथे तापबदल प्रदेश उथळ असतो. पूर्व प्रशांत महासागरापाशी तापबदल प्रदेश अशा प्रकारे उथळ (सुमारे ४० मीटर खोलीवर) असतो तर पश्चिम प्रदेशात तो खोल (सुमारे १०० ते २०० मीटर खोलीवर) असतो. अशा प्रकारे तापबदल प्रदेशाला पूर्वेकडे चढ (वा पश्चिमेकडे उतार) असतो (आकृती ४ पाहा). पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांमुळे पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहून गेलेले पाणी पश्चिमेकडे साठते आणि त्यामुळे समुद्रपृष्ठाला पूर्वेकडे उतार असतो. ह्या चढ वा उताराची तीव्रता पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांच्या जोरावर अवलंबून असते. पेरू देशाच्या आसपासच्या प्रदेशापेक्षा इंडोनेशीय प्रदेशामध्ये समुद्राची पातळी सुमारे अर्धा मीटर जास्त असते. हवेतील अभिसरण समुद्री पाण्याच्या अभिसरणाच्या विरुद्ध दिशेने असते. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पश्चिमेकडे साठलेले गरम पृष्ठीय पाणी तिथे पृष्ठालगतची हवाही तापवते. ह्या पाण्याच्या बाष्पीभवनामुळे पृष्ठालगतची उष्ण आणि दमट हवा वरच्या दिशेने प्रवाहित होऊन पृष्ठालगत कमी दाबाचा प्रदेश तयार होतो. ही उष्ण व दमट हवा वर गेल्यावर थंड होऊन त्यातून ढगांची निर्मिती होते आणि त्या भागामध्ये जोरदार पाऊस पडतो. हवेच्या वरच्या थरांमध्ये वार्‍यांची दिशा पश्चिमेकडून पूर्वेकडे असते. पाऊस पडल्यावर कोरडी झालेली हवा पूर्वेकडे वाहते आणि जसजशी थंड होईल तसतशी खाली उतरते. अशा प्रकारे विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागात जास्त दाबाचा प्रदेश निर्माण होतो.

एल निन्यो परिस्थिती

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागातील पाणी नेहमीच्या तुलनेत जास्त तापले की त्याला एल निन्यो म्हणतात. एल निन्योमुळे आपण वर पाहिलेल्या सामान्य परिस्थितीमध्ये कसा बदल होतो ते पाहू. पूर्वेकडील पाण्याचे तापमान वाढल्याने पृष्ठीय हवा तापून वरच्या दिशेने जाऊ लागते. ही हवा (वॉकर अभिसरणातील) वरून खाली येणार्‍या वार्‍यांना विरोध करत असल्यामुळे पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांचा जोर कमी होतो. त्यामुळे पूर्व भागातील गरम पाणी कमी वेगाने आणि कमी प्रमाणात पश्चिमेकडे वाहून नेले जाते. पूर्वभागातील उदंचन मंदावून सकस पाण्याचा पुरवठाही कमी होतो. परिणामी मत्स्योत्पादन घटते व संबंधित व्यवसायांना त्याचा फटका बसतो. व्यापारी वार्‍यांचा जोर जसजसा ओसरत जातो तसतशी पूर्वभागात अवांचनाला (downwelling, पाणी खालच्या दिशेने जाणे) सुरुवात होते. एल निन्यो काळात तापबदल रेषेचा उतार कमी होतो, तसेच समुद्र पृष्ठाचा पूर्वेकडील उतार नष्ट झाल्याने गरम पाणी मागे फिरून पूर्वेकडे येते (आकृती ५ पाहा).

आकृती ५. एल निन्यो काळातील परिस्थिती. वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

जसा समुद्रपातळीचा उतार कमी होऊन गरम पाणी विषुववृत्तीय सागरी प्रदेशात पूर्वेच्या दिशेने पसरते तसे ढग आणि पावसाचे प्रदेशही पश्चिमेकडून पूर्वेकडे सरकतात. परिणामी सागरी पावसाचे प्रमाण वाढते. पश्चिम भागातील इंडोनेशीय, ऑस्ट्रेलीय आणि आसपासच्या भूमी प्रदेशातील पावसाचे प्रमाण घटून तिथे दुष्काळी परिस्थिती निर्माण होते तर, पेरू, इक्वाडोर आणि आसपासच्या भागात पावसाचे प्रमाण वाढून पूरपरिस्थिती निर्माण होते.

ला निन्या परिस्थिती

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागातील पाणी नेहमीच्या तुलनेत थंड असले की तिला ला निन्या म्हणतात. ला निन्यामुळे आपण आधी पाहिलेल्या सामान्य परिस्थितीमध्ये कसा बदल होतो ते पाहू. पश्चिमेकडील पाण्याचे तापमान कमी झाल्याने पृष्ठीय हवाही थंड होऊन तेथील हवेचा दाब वाढतो. हा दाब (वॉकर अभिसरणातील) वरून खाली येणार्‍या वार्‍यांना जोर पुरवतो आणि त्यामुळे विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या मध्य आणि पूर्वेकडील पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांचा जोर वाढतो. त्यामुळे पूर्व भागातील पाणी जास्त वेगाने आणि जास्त प्रमाणात पश्चिमेकडे वाहून नेले जाते. पूर्वभागातील उदंचन वाढून खालच्या थरांतील थंड पाणी अधिकाधिक प्रमाणात वर येते. सकस पाण्याचा पुरवठा वाढतो. तेथील परिसंस्थांसाठी मोठ्या प्रमाणात खनिजे व क्षार उपलब्ध होऊन मत्स्योत्पादन, व इतर सागरी जीवांची संख्या वाढते व संबंधित व्यवसायांची भरभराट होते. ला निन्या काळात तापबदल रेषेचा उतार अधिक तीव्र होतो (आकृती ६ पाहा). तसेच समुद्र पृष्ठाचा पूर्वेकडील उतारही तीव्र होतो. जसजसा व्यापारी वार्‍यांचा जोर वाढतो तसतसे पूर्वेकडील थंड पाणी पश्चिमेकडे पसरत जाते.

आकृती ६. ला निन्या काळातील परिस्थिती. वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

जोरदार व्यापारी वार्‍यांनी पश्चिमेकडे वाहून नेलेल्या पाण्यामुळे पश्चिमेकडील भागामध्ये उष्ण आणि दमट हवेला घेऊन वर जाणार्‍या वार्‍यांचा वेगही वाढतो. त्याने मोठ्या प्रमाणात ढगांची निर्मिती होऊन पश्चिम समुद्रात तसेच इंडोनेशीय प्रदेश, ऑस्ट्रेलिया व आसपासच्या प्रदेशांत पावसाचे प्रमाण आणि जोर वाढतो. तिथे मुसळधार पाऊस पडतो, पूर येतात, ओला दुष्काळ येऊ शकतो. हवेच्या वरच्या थरातील पश्चिमेकडून पूर्वेकडे वाहणार्‍या वार्‍यांचा जोर वाढून मोठ्या प्रमाणात थंड आणि कोरडी हवा सागराच्या पूर्वभागात तसेच दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम भागात खाली उतरते. त्यामुळे इक्वेडोर, पेरू व आसपासच्या देशांमध्ये ह्यावेळी पावसाचे प्रमाण खूपच कमी होऊन दुष्काळी परिस्थिती ओढवते.

एल निन्यो आणि ला निन्यामुळे निर्माण होणारी समुद्री आणि वातावरणी परिस्थिती एकमेकांच्या विरुद्ध असली तरी तीव्रतेच्या बाबतीत एल निन्योच्या तुलनेत ला निन्या सहसा सौम्य (mild) असते. म्हणजे एल निन्यो परिस्थितीमध्ये विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पश्चिम भागातील तापमान जेवढ्या प्रमाणात वाढते त्यामानाने ला निन्या परिस्थितीत ह्या भागातले तापमान तेवढ्या प्रमाणात कमी होत नाही. एल निन्यो परिस्थिती सुमारे ४ ते ७ वर्षांनी येते. सहसा (पण नेहमीच नव्हे) एल निन्यो नंतरच्या वर्षामध्ये ला निन्या परिस्थिती येते. म्हणजेच ला निन्या एल निन्योला अनुसरते.

जागतिक परिणाम

पृथ्वीवर स्थानिक, प्रांतिक आणि जागतिक श्रेणींची (scales) अनेक अभिसरण चक्रे एकाच वेळी कार्यरत असतात. त्यापैकी प्रमुख अभिसरण चक्रे आणि मानवाच्या अभिसरणाच्या आकलनामध्ये काळानुरूप होत गेलेल्या प्रगतीचा आढावा मनोगतावरील ‘वातावरणीय अभिसरण भाग १ ते ७‘ ह्या लेखमालेमध्ये वाचता येईल. ही अभिसरण चक्रे एकमेकांमध्ये गुंतलेली असून एका चक्रात झालेला बदल कमी जास्त प्रमाणात इतर चक्रांमध्ये परावर्तित होतो. वातावरण ह्या बदलांशी जुळवून घेते ते इतर चक्रांमध्ये बदल करून. काही चक्रांमध्ये एन्सोपाठोपाठ लगेच बदल घडतो तर काही चक्रांमध्ये बदल घडण्यासाठी मध्ये काही काळ लोटावा लागतो (time lag). एन्सो घटनांमुळे वॉकर अभिसरण चक्राच्या तीव्रतेमध्ये बदल होत असल्याने पावसाचे प्रदेश त्यांच्या मूळ ठिकाणांपासून इतरत्र सरकतात. पृष्ठीय हवेच्या दाबाचे पट्टेही जागा बदलतात. पृष्ठीय तापामानामध्ये बदल होतो. त्याचा जागतिक हवामानावर परिणाम होऊन काही प्रदेशांना जास्त प्रमाणात पाऊस मिळतो तर काहींना अवर्षणास तोंड द्यावे लागते, काही ठिकाणी तापमानामध्ये वाढ होते तर काही ठिकाणी घट होते, काही ठिकाणी हवा कोरडी होते तर काही ठिकाणी दमट. आकृती ७ व ८ मध्ये अनुक्रमे एल निन्यो आणि ला निन्या परिस्थितींमुळे जागतिक हवामानात उन्हाळी व हिवाळी महिन्यांमध्ये कसे बदल होतात ते दर्शविले आहे. एन्सो घटनांचा परिणाम अर्थातच विषुववृत्तानजिकच्या प्रदेशात सर्वाधिक असतो. एल निन्योमुळे इंडोनेशिया आणि ऑस्ट्रेलियामध्ये वणव्यांचे प्रमाण वाढते, पेरूमध्ये पूर येतात, दक्षिण अमेरिकेच्या वाळवंटी भागात अचानक पाऊस पडतो.

आकृती ७. The International Research Institute for Climate and Society च्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

भारतीय उपखंडामध्ये हवामान मान्सून वार्‍यांवर अवलंबून असते. ऑस्ट्रेलियातील मान्सून आणि भारतीय मान्सून यांचा घनिष्ठ संबंध आहे. ऑस्ट्रेलियाच्या हवामानावर एन्सोचा मोठा परिणाम होत असल्याने परिणामी भारतीय उपखंडाच्या हवामानावरही एन्सो घटनांचा परिणाम होतो. एल निन्यो घटनेनंतरच्या उन्हाळ्यामध्ये भारतीय उपखंडावर हवा अधिक प्रमाणात कोरडी होते व पावसाचे प्रमाण कमी होते, तर हिवाळ्यात थंडी कमी पडते. ला निन्यामुळे भारतामध्ये एकूण पावसात वाढ होते आणि हवामान थंड होते.

आकृती ८. The International Research Institute for Climate and Society च्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि किनारी प्रदेशांमध्ये एल निन्यो आणि ला निन्या परिस्थितींमुळे पाऊसपाण्यामध्ये कसा बदल होतो हे आपण वर पाहिलेच. तसेच किनारी प्रदेशांमधील मत्स्योत्पादन व संबंधित व्यवसायांवरील परिणामही पाहिले. पावसापाण्यावर शेती व्यवसाय अवलंबून असल्यामुळे अर्थातच शेती व इतर व्यवसाय यांवर परिणाम होऊन पर्यायाने अनेक देशांच्या अर्थव्यवस्थेवर परिणाम होतो. हवामानबदल आणि मानवी आरोग्य यांचा परस्पर संबंध असल्याने एन्सोचा परिणाम तिथेही दिसतो. पावसापाण्यावर अनेक जीवजंतूंची वाढ आणि जननदर अवलंबून असतो. अनेक देशांतील साथीच्या रोगांचे प्रमाण एन्सो घटनांमुळे बदलल्याचे पुरावेही अनेक शोधनिबंधांमधून मिळतात. एन्सोच्या परिणामस्वरूप कोरड्या हवेमुळे काही ठिकाणी वणव्यांमध्ये वाढही होऊ शकते.

समुद्रपृष्ठाच्या तापमानावर चक्री वादळांची निर्मिती अवलंबून असते. गरम पाण्यामुळे वादळनिर्मितीस चालना मिळते. एन्सो घटना सर्व प्रमुख महासागरातील उष्णकटिबंधीय चक्री वादळांवर (tropical cyclones) परिणाम करतात. वेगवेगळ्या ठिकाणी चक्री वादळांवरचा परिणाम वेगवेगळा असतो. चक्री वादळांवरचे परिणाम मुख्यत: पुढील प्रकारांचे असतात – १. चक्री वादळांच्या वारंवारितेमध्ये बदल (कमी वा जास्त संख्येने चक्री वादळांची निर्मिती), २. चक्री वादळांच्या मूळ स्थानांमध्ये बदल (सहसा महासागराच्या ज्या भागात वादळांची निर्मिती होते, त्या ऐवजी वेगळ्या भागांत वादळे निर्माण होतात), ३. चक्री वादळांच्या तीव्रतेमधील बदल. प्रशांत महासागरातील चक्री वादळांवर बदललेल्या सागर पृष्ठीय तापमानामुळे थेट परिणाम होतो. इतर महासागरांतील चक्रीवादळांवरचा परिणाम अभिसरण चक्रांमध्ये पडलेल्या फरकांच्या साखळी परिणामामुळे होतो.

एन्सो घटनांचे निरीक्षण, वेध व अंदाज

एन्सो घटनांचा सर्वाधिक परिणाम विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या आसपासच्या देशांच्या हवामानावर होत असल्याने ह्या देशांमधील हवामान संस्था सागरी पृष्ठाच्या तापमानाची सतत नोंद घेत असतात. ह्या नोंदींचा वापर करून हवामान अंदाज वर्तवण्यासाठी विविध हवामान प्रारुपे (climate models) चालवली जातात. प्रशांत महासागरी पृष्ठीय तापमानाची नोंद घेण्यासाठी विविध प्रकारच्या नांगरलेल्या वा तरंगत्या बुई (बुऑय), व कृत्रिम उपग्रहांचा (satellites) वापर होतो. एन्सोचे परिणाम जागतिक हवामानावर आणि पर्यायाने मानवी जीवनावर होत असल्यामुळे एन्सोचा अंदाज वर्तवणे महत्त्वाचे ठरते. प्रशांत महासागरी प्रदेशापासून दूर असणार्‍या देशांतील हवामान संस्थाही एल निन्योचा वेध घेऊ लागल्या आहेत. एल निन्योच्या अंदाजामुळे आगामी ऋतूंमधील बदल आणि त्यांचे अर्थकारण, आरोग्य आणि राहणीमानावर होणारे परिणाम यांची आगाऊ कल्पना येऊन त्यानुसार देशांच्या आर्थिक अंदाजपत्रकांमध्ये आणि वेळापत्रकांमध्ये बदल करता येऊ शकतात.

प्रशांत महासागराच्या मनस्वी स्वभावाचा जो जो वेध घ्यावा तो तो त्याचे नवनवे परिणाम आणि त्याची रुंदावणारी व्याप्ती जाणवू लागते. नवनव्या संशोधनांमधून आजवर न जाणवलेले परिणामही लक्षात येऊ लागले आहेत. तुम्ही जगात कुठेही राहा, प्रशांत महासागराच्या स्वभावाचा परिणाम कमी-जास्त प्रमाणात आणि लवकर किंवा उशीरा तुमच्यावर होतच असतो आणि होणारच असतो.

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २००९ | Varada V. Vaidya, October 2009

संदर्भसूची –

१. ‘Tropical Climatology: An Introduction to the Climates of the Low Latitudes’ by Simon Nieuwolt, Glenn R. McGregor, Publishers: Wiley, John & Sons, Incorporated, 1998, pp. 101 – 110.
२. NOAA चे एल निन्यो संकेतपान
३. The International Research Institute for Climate and Society (IRI) चे संकेतस्थळ
४. अर्बाना शॅंपेन येथील इलिनॉय विद्यापीठातील वातावरण विज्ञान विभागाचे WW2010 संकेतपान, El Nino: Online Guide

विसाव्या शतकातील गरूडझेप – उत्तरार्ध

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎
भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎
भाग ३- मध्ययुगीन अभिसरणविचार
भाग ४- १५वे ते १८वे शतक
भाग ५- १९व्या शतकातील प्रगती
भाग ६- विसाव्या शतकातील गरूडझेप – पूर्वार्ध

वातावरणीय अभिसरण-७
विसाव्या शतकातील गरूडझेप – उत्तरार्ध

विसाव्या शतकात अस्तित्वात आलेल्या आणि हवामानशास्त्राच्या प्रगतीस मोठ्या प्रमाणात साहाय्यभूत ठरलेल्या तांत्रिक व तांत्रज्ञानिक प्रगतीचा थोडा आढावा घेऊ. संगणक आणि कृत्रिम उपग्रह ह्या दोन्ही तंत्रज्ञानांमुळे वातावरणीय अभिसरण समजण्यामधील प्रगती गेल्या काही वर्षांमध्ये आधीच्या काळाच्या तुलनेत मोठ्या प्रमाणात साध्य करता आली.

संगणकामुळे आतापर्यंत गोळा झालेल्या नोंदींची साठवण आणि पर्यायाने उपयोग ह्या गोष्टी तर सुकर झाल्याच, पण हवामान अंदाज करण्याच्या प्रक्रियेचा वेग बराच वाढला. संगणकांपूर्वीच्या काळात हवामान अंदाज करण्यासाठीची आकडेमोड तोंडी वा गणकयंत्र (calculator) वापरून करण्यामध्ये बरेचदा अशी परिस्थिती येई की भविष्यातील एखाद्या विशिष्ट दिवसाचा हवामान अंदाज करण्यासाठीची आकडेमोड पूर्ण होईपर्यंत तो दिवस मावळलेला असे. संगणकामुळे ही नामुष्कीची वेळ येण्याचे प्रमाण संगणकाचा गणनशक्तीचा वेग वाढत गेला तसे कमी होत गेले. आज तर संगणकाशिवाय हवामान अंदाज ह्या गोष्टीची कल्पनाही करवत नाही. हवामानाचा अंदाज करण्याच्या वेगाबरोबरच हवामानाला जाणून घेण्यामध्येही संगणकाचा हातभार आहे. वातावरणीय घडामोडींना क्लिष्ट समीकरणांच्या भाषेत मांडून त्यांची पडताळणी करायची तर संगणक हवाच. हवामानातील विविध प्रक्रियांची (processes) समीकरणे योग्य क्रमाने लावून, प्रसंगी क्रम बदलून जो एक क्लिष्ट समीकरण संच मिळतो तो म्हणजे हवामान प्रारूप (climate model). ही प्रारुपे संगणकाशिवाय चालवणे अशक्यच. अनेक गणिती (numerical), वर्णपटीय (spectral) आणि सांख्यिकी (statistical) प्रारुपे आजच्या घडीला स्थानिक, प्रादेशिक आणि जागतिक हवामानाचा अंदाज करण्यात गर्क आहेत.

आज अनेक देशांमध्ये आंतरराष्ट्रीय दर्जाच्या हवामान संस्था आणि वेधशाळा कार्यरत आहेत. तेथील शास्त्रज्ञ सतत हवामान शास्त्राच्या प्रगतीत भर घालत आहेत. जागतिक हवामान संस्था अर्थात  World Meteorological Organization ही हवामानशास्त्राची मध्यवर्ती संस्था १९४८ मध्ये स्थापन करण्यात आली. ही आंतरराष्ट्रीय दर्जाची संस्था जगभरातील विविध वेधशाळांकडून हवामान नोंदी मागवते. ह्या जगभरातील नोंदींचा साठा ह्या संस्थेकडे आहे. हा साठा विविध प्रादेशिक हवामानातील परस्परसंबंध, जागतिक स्तरावर कार्यरत असलेली हवामान चक्रे वगैरेंच्या अभ्यासासाठी वापरला जातो. अशा अभ्यासासाठी लागणा-या हवामाननोंदी ह्या सर्वत्र एकाच वेळी व एकाच प्रकारच्या उपकरणांद्वारे गोळा करणे महत्त्वाचे ठरते. ह्यासाठी आंतरराष्ट्रीय प्रमाणित वेळेनुसार व ठराविक कालफरकानुसार ह्या नोंदी जगभरात नोंदविल्या जातात. प्रत्येक दिवसाच्या हवामाननोंदींची सुरुवात जागतिक प्रमाणित वेळेनुसार रात्री १२ वाजता केली जात असल्याने भारतामधे दिवसातील पहिली नोंद ही भारतीय प्रमाणवेळेनुसार पहाटे साडेपाचाला केली जाते. दूरदर्शनवरील बातम्यांमध्ये ह्या साडेपाचाला घेतलेल्या नोंदी दाखविल्याचे अनेकांनी पाहिले असेल. अनेक देशांतील अनेक वेधशाळा हवामान घटकांच्या नोंदी करते. ह्या नोंदी एकत्रितरीत्या, दिवसभरात ठराविक वेळी कृत्रिम उपग्रहाकडे प्रक्षेपित केल्या जातात व हा कृत्रिम उपग्रह ह्या नोंदी जागतिक हवामान संस्थेकडे प्रक्षेपित करतो. अशा त-हेने रोजच्या रोज जगभरातील नोंदी ही संस्था साठवून ठेवते.

पर्वतराजी, वाळवंटे व इतर दुर्गम भागांमध्ये आज अनेक स्वयंचलित वेधशाळा कार्यरत आहेत. ह्या वेधशाळांमध्ये स्वयंचलित उपकरणांच्या साहाय्याने गोळा केलेल्या हवामाननोंदी स्वयंचलित तंत्रज्ञानाचा वापर करून कृत्रिम उपग्रहांकडे प्रक्षेपित केल्या जातात. अशा पद्धतीने जेथे मानवाला वास्तव्य करून राहणे व हवामान नोंदी करणे अशक्य आहे अशा दुर्गम ठिकाणांच्या हवामानाची नोंदही करता येते.

विसाव्या शतकामध्ये अनेक देशांतील विविध विद्यापीठांनी हवामानशास्त्र हा विषय अभ्यासक्रमांमध्ये अंतर्भूत केला. सुरुवातीला हा विषय भौतिक/रसायन/पर्यावरण शास्त्रांची उपशाखा म्हणून शिकविला जात असे. मात्र पुढे ह्या शाखेचा विस्तार व महत्त्व लक्षात घेऊन अनेक विद्यापीठांनी ह्या विषयामध्ये पदवी व पदव्युत्तर पातळीचे शिक्षण देण्यास सुरुवात केली. उदाहरणार्थ, भारतामध्ये पुणे विद्यापिठामध्ये हवामानशास्त्र हा भौतिकशास्त्राचा उपविषय म्हणून विज्ञान विशारद (B.Sc.) व विज्ञान निष्णात (M.Sc.) ह्या पदव्यांसाठीच्या अभ्यासक्रमांमध्ये निवडता येतो. शिवाय हवामानशात्र ह्या विषयात स्वतंत्रपणे विज्ञान निष्णात (M.Sc. Space Sciences) ही पदवी मिळवता येऊ शकते. ह्या व्यतिरिक्त पुणे विद्यापीठ व आंध्र विद्यापिठामध्ये हवामानशास्त्र विषयात तंत्रविद्या निष्णात (M.Tech in Atmospheric Science) असा अभ्यासक्रम निवडता येतो. मात्र त्यासाठी आधी भौतिकशास्त्र, गणित अथवा सांख्यिकी ह्यापैकी एका विषयाची विज्ञान निष्णात (M.Sc.) पदवी मिळवलेली असावी लागते. युरोपातील व उत्तर अमेरिकेतील अनेक विद्यापीठांमध्येही विशारद, निष्णात व विद्यावाचस्पती (Ph.D) पातळीवर हवामानशास्त्राचा अभ्यासक्रम निवडता येतो. ह्या अभ्यासक्रमांमुळे विविध शासकीय संस्थांव्यतिरिक्त विद्यापीठे ही हवामानशास्त्र विषयाची संशोधन केंद्रे बनली आहेत.

हवामान उपग्रहांच्या (weather satellites) उपयोगामुळे १९७० मध्ये हवामानशास्त्रामध्ये मोठीच क्रांती घडून आली. स्वयंचलित वेधशाळांमुळे दुर्गम भागातील हवामाननोंदी ठेवता येऊ लागल्या असल्या तरी किनारपट्टी व सागरी महामार्ग वगळता समुद्राच्या पाण्याच्या व समुद्रावरील हवामानाच्या नोंदी ठेवणे थोडे जिकिरीचे काम होते. कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने ही त्रुटी ब-याच प्रमाणात भरून काढता आली. वातावरणाच्या वरच्या थरातील हवामाननोंदी करणेही कृत्रिम उपग्रहांमुळे सुकर झाले. पूर्वी हवामान फुगे (weather balloons) पाठवून ही माहिती मिळविली जात असली तरी फुग्यांचा मार्ग हा वा-याच्या दिशेवर अवलंबून असल्याने, तसेच वर जाणारे फुगे काही अंतरावर फुटत असल्याने हवामाननोंदींवर खूपच मर्यादा होत्या. फुगे फुटून उपकरणे जमिनीवर आदळून फुटत असल्याने प्रत्येक उड्डाणासाठी नवीन उपकरणे वापरणे खर्चिकही होते. नंतर विमानांद्वारे हवामाननोंदी ठेवता येणे शक्य झाले तरी ते ही बरेच खर्चिक असते. कृत्रिम उपग्रहांमुळे अशा अनेक मर्यादा ओलांडता येऊन हवामाननोंदी व्यापक प्रमाणात व कमी खर्चात करता येणे ही विसाव्या शतकाची देणगीच आहे. कृत्रिम उपग्रहांमुळे वातावरणाच्या सर्व थरांतील, वातावरणाच्या शेवटापर्यंत, भूपृष्ठाजवळील व जमीनीखालील घटकांच्या तसेच समुद्रपातळीच्या वरील व खालील नोंदी ठेवता येणे शक्य झाले. चक्रीवादळ येणार असल्याची पूर्वसूचना ह्या कृत्रिम उपग्रहांमुळेच मिळू शकते. जोपर्यंत पृथ्वीभोवती हे कृत्रिम उपग्रह प्रदक्षिणा घालत आहेत तोपर्यंत त्यांची नजर चुकवून चक्रीवादळाने माणसाला अकस्मात गाठले असे घडणे आता केवळ अशक्यच.

विसाव्या शतकामध्ये सौरऊर्जा, वातावरण, समुद्र, बर्फाळ प्रदेश आणि जमीन ह्या विविध गोष्टींच्या परस्परसंबंधांची उकल मानवाला होऊ लागली. हे परस्परसंबंध गणिती समीकरणांमध्ये मांडून भविष्यातील हवामानाचा वेध घेता येणे शक्य होऊ लागले आणि त्याच बरोबर वातावरणीय अभिसरणाचे मानवी आकलन अनेक पटींनी वाढले. वातावरणाच्या विविध स्तरांतील वस्तुमान, उर्जा व संवेग हे वातावरणातील विचलनांच्या (atmospheric disturbances) साहाय्याने वरच्या व खालच्या थरांत संक्रमित होतात आणि हवामान घटनांच्या स्वरूपात आपल्यावर परिणाम करतात हे आता लक्षात आले आहे. हे वातावरणीय विचलन समीकरणांच्या स्वरूपात मांडून, त्यांची प्रारुपे तयार करून ती नजिकच्या व दूर भविष्यातील हवामानाचा अंदाज करण्यासाठी वापरली जात आहेत. खारे व मतलई वारे (दैनिक अभिसरण), मौसमी वारे (मौसमी-ऋतूनुसार बदलणारे- अभिसरण),  जेट प्रवाह, द्वैवार्षिक (सुमारे २३ महिन्यांचे चक्र) आंदोलन अशा सारखे कमी काळासाठी कार्यरत असलेले अभिसरण, एल् निन्यो-ला निन्या (२ ते ८ वर्षांचे चक्र), उत्तर अटलांटिक आंदोलन (सुमारे ७ वर्षांचे चक्र) ह्या सारखे मध्यम काळासाठी कार्यरत असणारे अभिसरण ते आर्क्टिक आंदोलन, सौरडाग चक्र (१० ते १२ वर्षे) यासारखे मोठ्या काळासाठी कार्यरत असणारे अभिसरण, त्यांच्याशी निगडीत हवामान घटना, त्यांचा परस्परसंबंध, त्यांचे परिणाम अशा अनेक गोष्टींची उकल मानवाला होत आहे. त्याचप्रमाणे अक्षवृत्तीय (zonal)- जसे पूर्ववारे (easterlies), पश्चिमवारे (westerlies), व जेट प्रवाह; रेखावृत्तीय (meridional) – जसे व्यापारी वारे, हॅडली, फेरेल व ध्रुवीय चक्रे; व ऊर्ध्वाधर (vertical) – जसे ऊर्ध्वगामी वारे, मेघनिर्मिती, द्वैवार्षिक कंपने; असे विविध वातावरणीय घटक (atmospheric components) त्यांची कारणे, त्यांच्यातील बदल व त्यांचे परिणाम हेही आता ब-याच प्रमाणात समजले आहेत असे म्हणायला हरकत नाही.

मात्र वातावरणीय अभिसरण आणि हवामान ह्या अत्यंत गुंतागुंतीच्या गोष्टींना आणि पर्यायाने निसर्गाला पुरते जाणून घ्यायचे असेल तर अजूनही संशोधनास भरपूर वाव आहे हे खरेच!!

समाप्त.

वरदा व. वैद्य, सप्टेंबर २००५।Varada V. Vaidya, September 2005

विसाव्या शतकातील गरूडझेप – पूर्वार्ध

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎
भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎
भाग ३- मध्ययुगीन अभिसरणविचार
भाग ४- १५वे ते १८वे शतक
भाग ५- १९ व्या शतकातील प्रगती

वातावरणीय अभिसरण -६
विसाव्या शतकातील गरूडझेप- पूर्वार्ध

विसाव्या शतकात तंत्रज्ञानातील प्रगतीने वातावरणीय अभिसरणाच्या आकलनातील प्रगतीसही बरोबर घेतले. दळणवळणाच्या साधनांमध्ये झालेल्या प्रगतीने जगभरातील शास्त्रज्ञांना जवळ आणले आणि जगभरात हवामाननोंदी ठेवणा-या वेधशाळांचे एक मोठे जाळे तयार झाले.

सर गिल्बर्ट वॉकर (१८६८ते १९५८) हे ब्रिटिश गणितज्ञ व हवामानशास्त्रज्ञ. १९२३ मध्ये त्यांनी विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या (Equatorial Pacific Ocean) पूर्वेकडील व पश्चिमेकडील प्रदेशातील वातावरणीय दाबामध्ये परस्परसंबंध असल्याचे सिद्ध केले. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्वप्रदेशातील वातावरणीय दाब अधिक असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो सहसा कमी असतो आणि पूर्वप्रदेशात वातावरणीय दाब कमी असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो अधिक असतो. अशाप्रकारे पूर्व-पश्चिमेकडील प्रदेशांमध्ये वातावरणीय दाबाचा ‘सीसॉ’ चालू असतो. ह्या ‘सीसॉ’ला त्यांनी ‘दक्षिण आंदोलन’ (Southern Oscillation) असे नाव दिले. ह्या काळात वॉकर ह्यांची ब्रिटिश सरकारी अधिकारी म्हणून भारतात नियुक्ती झाली होती. १९०४ ते १९२४ च्या दरम्यान वॉकर हे भारतीय हवामान खात्याचे मुख्याधिकारी म्हणून कार्यभार सांभाळत होते. भारतातील मौसमी पाऊस, पश्चिम कॅनडातील तापमान आणि ऑस्ट्रेलिया व आफ्रिकेतील दुष्काळ अशा विविध घटनांचा संबंध दक्षिण आंदोलनाशी असल्याचे त्यांनी ह्या संशोधनाअंती दाखवून दिले. अशाप्रकारे दक्षिण आंदोलनाचा जागतिक हवामानाशी असलेला संबंध माहीत झाला व पुढे अनेक संशोधकांनी ह्या विषयामध्ये संशोधन केले. भारतातील वास्तव्यामध्ये त्यांनी दूरगामी हवामान अंदाज वर्तविण्याच्या पद्धतींवर मूलभूत संशोधन केले. वॉकर ह्यांच्या स्मृतीप्रीत्यर्थ भारत मौसम विज्ञान विभागाकडून (India Meteorological Department) गेल्या काही वर्षांपासून मौसमी हवामानशास्त्रामध्ये विशेष संशोधन करणा-या देशस्थ/परदेशस्थ शास्त्रज्ञास दरवर्षी ‘सर गिल्बर्ट वॉकर पुरस्कार’ प्रदान केला जातो. ह्या पुरस्कारांतर्गत २२ कॅरट प्रतिच्या सोन्याचे ५० ग्रॅम वजनाचे पदक व प्रशस्तिपत्र ह्यांचा समावेश असतो.

आकृती ४. वॉकर अभिसरण (www.bom.gov.au येथून सुधारित)

नॉर्वेतील हवामानशास्त्रज्ञ जेकब जर्कनेज (१८९७ ते १९७५) ह्यांना विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि त्याच्या पूर्व व पश्चिमेकडील प्रदेश मिळून तयार होणा-या मोठ्या प्रदेशावर एक मोठे वातावरणीय अभिसरण चक्र कार्यरत असल्याचे आढळून आले. ह्या अभिसरणचक्राचा ‘दक्षिण आंदोलना’शी जवळचा संबंध असल्यामुळे त्यांनी ह्या अभिसरणास ‘वॉकर अभिसरण’ (Walker Circulation) असे नाव दिले. वॉकर अभिसरण चक्रामध्ये इंडोनेशिया व आसपासच्या प्रदेशावरील ऊर्ध्वदिशेने जाणारी हवा नंतर पूर्वेकडे प्रवास करून पूर्व प्रशांत महासागरावर खाली उतरते. इंडोनेशीय प्रदेशावरील हवा वर उचलली गेल्याने भूपृष्ठाजवळ कमी दाबाचा पट्टा निर्माण होऊन इतर दिशांकडून ह्या प्रदेशाकडे वारे वाहतात (आकृती ४), ज्यामध्ये पूर्व प्रशांत महासागरी प्रदेशाकडून (विषुववृत्तीय दक्षिण अमेरिकेच्या आसपासच्या प्रदेशाकडून) इंडोनेशीय प्रदेशाकडे वाहणा-या वा-यांचाही समावेश असतो. अशाप्रकारे हे अभिसरण चक्र चालू असते. ह्या चक्राचा आसपासच्या प्रदेशातील पर्जन्यमानाशी निकटचा संबंध आहे. जर्कनेज़ यांचा वादळांचाही अभ्यास होता. १९३३ मध्ये भूपृष्ठीय दाबातील बदल हा वादळ निर्मितीचा निर्देशक असू शकतो असे त्यांनी दाखवून दिले.

आकृती ५. ३५ अंश उत्तर अक्षवृत्तावर १० मीटर प्रति सेकंद वेगाने वाहणाऱ्या वाऱ्याने
निर्माण केलेला एकमन प्रवाह व एकमन स्तर. Stewart, R.H., ‘Introduction to Oceanography’, Chapter 9, Texas A and M University येथून सुधारित. 

विसाव्या शतकामध्ये समुद्रशास्त्र ही हवामानशास्त्राची एक उपशाखा निर्माण केली गेली. ह्या शास्त्रशाखेमध्ये विसाव्या शतकात मोठी प्रगती होऊन अनेक सिद्धांत मांडले गेले, अनेक प्रयोग केले गेले व मोठ्या प्रमाणात संशोधन झाले, होत आहे. ह्या उपशाखेमध्ये समुद्रपृष्ठाच्या तापमानाचा किना-याजवळील प्रदेशांच्या हवामानावर तसेच जागतिक हवामानावर होणारा परिणाम, समुद्र व जमिनीवरच्या वातावरणातील अन्योन्यक्रिया, वगैरे, अशा अनेक विषयांचा सखोल अभ्यास विसाव्या शतकात होऊन समुद्राचे वातावरणीय अभिसरणाच्या व पर्यायाने जागतिक हवामानाच्या दृष्टीकोणातून असलेले महत्त्व ब-याच प्रमाणात समजले. समुद्रप्रवाहांच्या स्थितीगतीविषयक संशोधनामुळे वॉलफ्रिड एकमन (१८७४ ते १९५४) यांचे नाव समुद्रशास्त्रामध्ये अजरामर झाले आहे. समीकरणांच्या साहाय्याने एकमनने वा-यामुळे समुद्रामधील ऊर्ध्व-अधर दिशेत प्रवाह कसे तयार होतात ह्यासंबंधी सिद्धांत मांडला. वा-याचा दाब समुद्रपृष्ठावर अधिक असतो व तो समुद्रामध्ये  जसजसे खोल जावे तसतसा कमी होत जातो. वा-याच्या दाबाच्या दिशेनुसार पृष्ठीय पाणी वाहते. मात्र जसजसे खोल जावे तसतशी पाण्याच्या प्रवाहाची दिशाही बदलते व काही ठराविक खोलीवर पाण्याचा प्रवाह हा पृष्ठावरील पाण्याच्या प्रवाहाच्या विरूद्ध दिशेत वाहतो. ही खोली किती असेल ते पृष्ठीय वा-याच्या दाबावर ठरते. पाण्याच्या पृष्ठापासून जेथे पाण्याच्या प्रवाहाची दिशा उलट होते तोपर्यंतच्या स्तरास ‘एकमन स्तर’ असे म्हणतात (आकृती ५). एकमनने असे सिद्ध केले की वा-याच्या दाबाचा समुद्रपाण्यावर उभ्या (ऊर्ध्व-अधर) दिशेत होणारा परिणाम अक्षांशानुसार बदलतो.

आकृती ६. ध्रुवीय व उपविषुववृत्तीय जेट प्रवाहांचे स्थान. http://www.physicalgeography.net येथून सुधारित.

दुस-या महायुद्धाच्या काळात क्षेपणास्त्रे घेऊन आकाशात युद्धविमाने उडविणा-या विमानचालकांना प्रथम वातावरणातील जेट प्रवाहांचा शोध लागला. जेट प्रवाह म्हणजे वातावरणाच्या वरच्या स्तरांत वेगाने वाहणा-या वा-यांचा प्रवाह. ह्या वा-यांचे त्यांच्या स्थानांनुसार ध्रुवीय जेट आणि उपविषुववृत्तीय जेट असे दोन प्रकार आहेत (आकृती ६). ध्रुवीय जेट प्रवाहाचा वेग उपविषुववृत्तीय जेट प्रवाहाच्या तुलनेत बराच जास्त असतो.

आकृती ७. आंतरविषुववृत्तीय ऊर्ध्वप्रवाह प्रदेशाचे जानेवारी व जुलै महिन्यातील स्थान.
http://www.newmediastudio.org/ येथून सुधारित.

विषुववृत्तीय प्रदेशांमध्ये भूपृष्ठाजवळील वातावरणीय स्तरांमध्ये ईशान्य व अग्नेय व्यापारी वा-यांची एकमेकांशी टक्कर होऊन हवा ऊर्ध्वदिशेने वाहते. हा टक्कर होणारा प्रदेश ‘आंतरविषुववृत्तीय ऊर्ध्वप्रवाह प्रदेश’ (Intertropical Convergence Zone (ITCZ)) म्हणून ओळखला जातो (आकृती ७). ह्या प्रदेशाचे वास्तव्य कायम विषुववृत्तानजिक असले तरी ते ऋतूनुसार व जमीन-पाण्याच्या वितरणानुसार बदलते. उत्तर गोलार्धातील उन्हाळ्याच्या दिवसांत हा प्रदेश विषुववृत्ताच्या उत्तरेस सरकतो, तर दक्षिण गोलार्धातील उन्हाळ्याच्या दिवसांत हा प्रदेश विषुववृत्ताच्या दक्षिणेस सरकतो. ह्या प्रदेशामध्ये वारे ऊर्ध्वदिशेने वाहत असल्याने मेघनिर्मितीस व पर्यायाने पर्जन्यास चालना मिळते. विषुववृत्तीय प्रदेशांतील पर्जन्यमान ठरविण्यामध्ये आंतरविषुववृत्तीय ऊर्ध्वप्रवाह प्रदेशाच्या सरकण्याचा मोठा वाटा असतो. विसाव्या शतकामध्ये ह्या प्रदेशाच्या नेमक्या ठिकाणाच्या नोंदींचा हवामान अंदाज करण्यासाठी वापर होऊ लागला.

विसाव्या शतकामध्ये जागतिक वातावरणामध्ये कार्यरत असणा-या विविध अभिसरण चक्रांचा, वातावरणीय घटनांचा शोध लागला आणि ह्या घटना का आणि कशा घडतात हे जाणून घेण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात संशोधन झाले, अजूनही होत आहे. ह्यातील काही ठळक घटना म्हणजे एल् निन्यो व ला निन्या (विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराचे तापमान-दाब आणि दक्षिण आंदोलन ह्याचा दृढसंबंध असल्याने एल निन्यो व दक्षिण कंपन मिळून तयार होणा-या संयुक्त घटनेस एन्सो- ENSO: El Nino – Southern Oscillation- असे म्हटले जाते), द्विवार्षिक आंदोलने (Quasi Biennial Oscillations), ध्रुवीय कोन(Polar Vortex) , उत्तर अटलांटिक आंदोलने (North Atlantic Oscillations), आर्क्टिक आंदोलने (arctic Oscillations) वगैरे. ह्या हवामानीय घटना विविध प्रदेशांमध्ये घडत असतात, त्यांची भौगोलिक व्याप्ती व कालव्याप्ती भिन्न आहेत, मात्र वातावरणीय अभिसरणामुळे ह्या सर्व घटना आणि जागतिक हवामान ह्यांचा निकटचा संबंध आहे.

ह्यापुढे – विसाव्या शतकातील गरूडझेप – उत्तरार्ध

१९ व्या शतकातील प्रगती

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎
भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎
भाग ३- मध्ययुगीन अभिसरणविचार
भाग ४- १५वे ते १८वे शतक

वातावरणीय अभिसरण -५
१९ व्या शतकातील प्रगती

उष्णकटिबंधातील (Tropical Region) प्रदेशामधील तापलेली हवा उर्ध्वदिशेने जाते व त्यामुळे भूपृष्ठाजवळील हवेचा दाब कमी होऊन उत्तर व दक्षिण दिशांकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने हवा वाहते. उष्णकटिबंधातील ऊर्ध्वदिशेला गेलेली हवा ही वातावरणाच्या वरच्या स्तरांमध्ये पृष्ठालगतच्या हवेच्या विरुद्ध दिशेने, म्हणजे ध्रुवाच्या दिशेने प्रवास करते. ही वर गेलेली तप्त हवा थंड होऊन ध्रुवीय प्रदेशापर्यंत न जाता साधारण ३० अंश अक्षवृत्तावर खाली उतरते. अशा पद्धतीने विषुववृत्त व ३० अंश अक्षवृत्तांदरम्यान हवेचे एक चक्र (cell) कार्यरत असते. ह्या चक्राचे नियमन हे औष्णिक (thermal) स्वरूपाचे असते असा सिद्धांत जॉर्ज हॅडलीने मांडला. हॅडलीच्या स्मृतीप्रीत्यर्थ हवेच्या ह्या चक्रास हॅडली चक्र (Hadley Cell) असे म्हटले जाते (आकृती २). उषणकटिबंधातील अभिसरणाचे स्पष्टीकरण अशाप्रकारे देणे शक्य झाले असले तरी समशीतोष्ण तसेच ध्रुवीय प्रदेशातील अभिसरणाचे स्पष्टीकरण करण्याचे आव्हान एकोणीसाव्या शतकातील शास्त्रज्ञांपुढे होते.

आकृती २. वातावरणीय अभिसरणाचे त्रिचक्र प्रारूप. www.met.tamu.edu येथील आकृतीवरून सुधारित.

एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस जॉन डाल्टन ने अंशी दाबाचा (partial pressure) नियम सिद्ध केला. जॉन डाल्टन (१७६६ ते १८४४) हा ब्रिटिश रसायन-भौतिकी तज्ज्ञ. अंशी दाबाचा नियम असे सांगतो की वायूच्या मिश्रणाचा दाब हा त्या मिश्रणातील वायूंनी स्वतंत्ररितीने दिलेल्या दाबाच्या बेरजे एवढा असतो. थोडक्यात,

वायूंच्या मिश्रणाचा एकूण दाब = वायू क्र. १ चा दाब + वायू क्र. २ चा दाब + —– + वायू क्र. क्ष चा दाब

हवामानशास्त्रज्ञांना ह्या नियमाचा वापर हवेतील बाष्पाचे प्रमाण मोजण्यासाठी, तसेच वातावरणाबद्दलचे औष्णिकगतिविषयक (thermodynamic) ज्ञान वाढविण्यासाठी होऊ लागला.

ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जेम्स प्रेस्कॉट ज्यूल्स (१८१८ ते १८८९) ह्याने औष्णिक व गतिज उर्जा यांच्या परस्परसंबंधाचा अभ्यास केला. ह्या अभ्यासाचे निष्कर्ष त्याने नियमांच्या स्वरूपात मांडले, तेच औष्णिकगतिशास्त्राचे नियम (laws of thermodynamics). ह्या नियमांना हवामानशास्त्रामध्ये मोठेच महत्त्व आहे. वातावरणीय अभिसरण ह्या नियमांनुसार होत असते. औष्णिकगतिशास्त्राचा पहिला नियम हा ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Energy) म्हणूनही ओळखला जातो, जो वातावरणीय अभिसरणाचे कोडे सोडविण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतो.

एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरूवातील ‘द्रव स्थितिगतिशास्त्र’ (fluid dynamics) व ‘जलस्थितिगतिशास्त्र’ (Hydrodynamics) ह्या नवीन शास्त्रशाखा उदयास आल्या. ह्या शाखांच्या प्रगतीस हातभार लावणा-या अनेक शास्त्रज्ञांनी वातावरणीय अभिसरणाच्या आकलनातील प्रगतीस प्रत्यक्ष-अप्रत्यक्षरित्या चालना दिली. इंग्लिश भौतिकशास्त्रज्ञ व गणितज्ञ सर ओसबॉर्न रेनोल्ड्स (१८४२ ते १९१२), फ्रेंचच पंडित क्लॉड लुइस मरी हेन्री नेवियर (१७८५ ते १८३६) आणि इंग्लिश शास्त्रज्ञ जॉर्ज गॅब्रिएल स्टोक्स (१८१९ ते १९०३) ह्या तीन शास्त्रज्ञांनी ‘द्रव स्थितिगतिशास्त्र’ शाखेमधे मोठे योगदान दिले आहे. नळीतून वाहणा-या द्रवासंदर्भात रेनॉल्डने असे दाखवून दिले की द्रवाची घनता (घ), द्रवाची गती (ग) आणि नळीचा व्यास (न) ह्या तीन राशींच्या गुणाकाराचे त्या द्रवाच्या स्थितिज विष्यंदितेशी (व) (विष्यंदिता = viscosity, स्थितीज विष्यंदिता = dynamic viscosity) गुणोत्तर घेतल्यास मिळणारा अंक हा एक महत्त्वाचा अंक असून तो त्या द्रवाच्या वाहण्याविषयी महत्त्वाची माहिती पुरवतो. ह्या महत्त्वपूर्ण अंकाला रेनॉल्डचा अंक (र) असे म्हणतात. थोडक्यात,

र = (घ x ग x न) / (व)

‘र’ हा मितिविरहित (dimensionless) अंक आहे. एखाद्या वाहत्या द्रवासाठी ‘र’ ची किंमत ३० पेक्षा कमी असल्यास द्रवाचा प्रवाह संथ-सलग ( laminar अथवा Poiseuille प्रवाह), तर ‘र’ ची किंमत ३० पेक्षा अधिक असल्यास प्रवाह खळाळता, उसळणारा (Turbulant) असतो.

नेवियर व स्टोक्स ह्या दोन्ही शास्त्रज्ञांनी मांडलेली द्रवस्थितिगतिशास्त्रातील व हवामानशास्त्रातील दोन महत्त्वाची समीकरणे हा एकोणीसाव्या शतकातील हवामानशास्त्रातील प्रगतीचा एक महत्त्वाचा टप्पा. वातावरण वा हवा हा एक प्रवाही पदार्थ असल्याने द्रवस्थितिगतिशास्त्रातील प्रगतीचा प्रत्येक टप्पा हा वातावरणीय अभिसरणाचे आकलन वाढविण्यास हातभार लावत असतो.

अठराव्या शतकापर्यंत हवामान नोंदी ह्या भूपृष्ठालगतच्या हवामानाच्या नोंदी असत. तप्तवायूच्या फुग्याची निर्मिती १८ व्या शतकाच्या अखेरीस झाली असली तरी ह्या फुग्यांतून हवामानमापक उपकरणे पाठवणे शक्य झाले नव्हते. अशा फुग्यातून पाठवलेली उपकरणे वातावरणाच्या वरच्या स्तरांपर्यंत पोहोचल्यावर उपकरणांनी घेतलेल्या हवामानाच्या नोंदी ह्या उपकरणांमध्ये साठवून ठेवणे, ही उपकरणे सुखरूप जमीनीवर आणणे, तशी आणता आल्यास उपकरणांनी साठवलेल्या नोंदी उतरवून घेता येणे, अशा असंख्य अडचणी त्यावेळी होत्या. तरीही फुग्यांमधून वातावरणाच्या वरच्या स्तरांत उपकरणे पाठवण्याचे काही प्रयत्न त्यावेळी लोकांनी केले होते. १९ व्या शतकामध्ये वातावरणाच्या वरच्या स्तरांतील हवामान नोंदींची आवश्यकता शास्त्रीय जगाला पटलेली होती. वातावरणीय अभिसरण जाणून घेण्यासाठी ह्या नोंदी अत्यावश्यक होत्या. फुग्यातून उपकरणे पाठवून अशा नोंदी मिळविण्याच्या पद्धतीत ह्या काळात अनेक सुधारणा झाल्या. १९ व्या शतकाच्या मध्यापर्यंत असे फुगे वातावरणात सोडून हवामाननोंदी मिळविण्याचे अनेक प्रयत्न यशस्वी ठरले आणि नियमितपणे हवेच्या वरच्या स्तरातील हवामानाच्या नोंदी ठेवण्याची परंपरा सुरू झाली. ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जेम्स ग्लेइशर (१८४८ ते १९२८) यांनी १८६२ ते १८६६ च्या दरम्यान २८ फुग्यांच्या झेपा (flights) यशस्वी करून वातावरणीय घटकांच्या नोंदी मिळविल्या.

वातावरणाच्या वरच्या स्तरांतील हवामान नोंदींबरोवरच सागरीपृष्ठावरील वातावरणाच्या नोंदी मिळविणेही आवश्यक आहे ह्याची शास्त्रज्ञांना एव्हाना खात्री पटली होती. त्यावेळी बोटींवर शास्त्रीय उपकरणे ठेवून बोटीवरील लोकांनी सागरी पाण्याच्या व सागरीपृष्ठावरील हवामानाच्या नोंदी ठेवणे हा एकमेव पर्याय उपलब्ध होता.

अमेरिकी हवामानतज्ञ विल्यम रेड्फील्ड (१७८९ ते १८५७) ह्यांनी अमेरिका खंडाला धडक देणा-या चक्रीवादळांची निरीक्षणे केली. त्यांचे निष्कर्ष १८३१ आणि १८३३ मधे दोन शोधनिबंधांद्वारे प्रसिद्ध झाले. त्यांच्या निष्कर्षांनुसार प्रत्येक चक्रीवादळाशी संबंधित असा वा-याचा एक आकृतिबंध (wind system) असतो.  चक्रीवादळाच्या मध्यभागी शांत प्रदेश (वादळाचा डोळा) असतो तर ह्या शांत प्रदेशाच्या भोवतीच्या प्रदेशात घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने वारे वाहत असतात. चक्रीवादळाची गती खूप नसली तरी ह्या वा-यांची गती मात्र खूपच असते.

१८४८ मधे लॉर्ड विल्यम थॉमस केल्विन ने तापमान मोजण्याची नवीन निरपेक्ष (absolute) मापनश्रेणी तयार केली. आज ही मापनश्रेणी विशेषतः शास्त्रीय समीकरणांमध्ये व आकडमोडींमध्ये प्रमाणित तापमान परिस्थिती ठरविण्यासाठी वापरली जाते.

हॅडलीच्या वातावरणीय अभिसरणविषयक संकल्पनांमध्ये एकोणीसाव्या शतकामध्ये दोन मोठ्या सुधारणा करण्यात आल्या. ह्या सुधारणा फ्रेंच शास्त्रज्ञ गॅस्पार्ड-गुस्ताव कॉरिऑलिस (१७९२ ते १८४३) व अमेरिकी शास्त्रज्ञ विल्यम फेरेल (१८१७-१८९१) ह्या दोन शास्त्रज्ञांच्या वातावरणीय हालचालींच्या अभ्यासावर आधारित होत्या. १८५६ मधे फेरेलचा ‘वारे व समुद्रपवाह यांविषयी’ असे शीर्षक असलेला निबंध प्रसिद्ध झाला. हा निबंध म्हणजे हवामानशास्त्रज्ञांच्या हातात आलेली सोन्याची खाणच. फेरेल ने लागोपाठ १८८२, १८८४, १८८६ आणि १८८९ मधे वातावरण आणि हवामानविषयक शोधनिबंध प्रसिद्ध करून हवामानशास्त्रीय प्रगतीमध्ये मोठीच भर घातली. दोन्ही गोलार्धातील ३० अंश अक्षवृत्त आणि ६० अंश अक्षवृत्तांदरम्यान आढळणारे वातावरणीय अभिसरणचक्र हे फेरेल च्या नावाने ओळखले जाते. हे ‘फेरेल चक्र’ दुय्यम मानले जाते कारण ह्या चक्राचे सामर्थ्य आणि अस्तित्व हे ‘हॅडली चक्र’ आणि ‘ध्रुवीय चक्रा’वर अवलंबून असते (आकृती २). फेरेल चक्राचे अस्तित्व हे उप-उष्णकटिबंधीय अधिक दाबाचा पट्टा (subtropical high) ते ध्रुवीय कमी दाबाचा पट्टा (polar low) ह्या दोन पट्ट्यांदरम्यान आढळते.

कॉरिऑलिस ने असे दाखवून दिले की न्यूटनचे स्थिर संदर्भचौकटीतील (frame of reference) गतिविषयक नियम फिरत्या संदर्भचौकटीमधील (rotating frame of reference) वस्तूंसाठी वापरावयाचे असतील तर त्या समीकरणांमध्ये जडत्वीय बलाचा (inertial force) अंतर्भाव करणे जरूरीचे आहे. पृथ्वी स्वतःभोवती फिरते. पृथ्वीवरील वस्तूंच्या पृथ्वीसापेक्ष हालचालींची समीकरणे मांडायची झाली तर त्या समीकरणांमध्ये पृथ्वी फिरत असल्याने घडणारे परिणाम दाखविणारा घटक अंतर्भूत केला पाहिजे. कॉरिऑलिसच्या ह्या सिद्धांतामुळॆ वा-यांच्या दिशाविषयक कोड्यांची उत्तरे चुटकीसरशी सापडली. कॉरिऑलीस च्या सिद्धांतानुसार वाहणारी हवा ही उत्तर गोलार्धामधे मूळ दिशेच्या उजवीकडे तर दक्षिण गोलार्धामधे मूळ दिशेच्या डावीकडे ढकलली जाते (आकृती ३). हा ढकलले जाण्याचा परिणाम पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्याच्या क्रियेतून निर्माण झालेल्या बलामुले असतो ज्याला आता आपण ‘कॉरिऑलिस बल’ (Coriolis Force) म्हणून ओळखतो.

फेरेल चक्रातील ३० अंश अक्षवृत्तांकडून ध्रुवाकडे जाणारी भूपृष्ठालगतची हवा कॉरिऑलिस बलामुळे पूर्वेला वळते. कॉरिऑलीसच्या सिद्धांताने हे दाखवून दिले की कॉरिओलीस बल हे जसजसे विषुववृताकडे जाऊ तसतसे कमी होत जाऊन प्रत्यक्ष विषुववृत्तावर शून्य असते, तसेच हे बल भूपृष्ठापासून जसजसे दूर जावे तसेही कमी होत जाते.

हॅडली चक्राप्रमाणे ध्रुवीय चक्राचे नियमनही औष्णिक स्वरूपाचे असल्याचे ह्याच शतकामध्ये सिद्ध झाले. ध्रुवीय चक्रामधे  ६० अंश (कमी दाबाचा प्रदेश) अक्षवृत्तांच्या आसपासच्या प्रदेशातील हवा ही ध्रुवांच्या तुलनेत अधिक तापत असल्यामुळे वर जाऊन धृवांच्या दिशेने जाते तर ध्रुवांकडून ह्या अक्षवृत्तांच्या दिशेने पृष्ठालगतच्या हवेचा प्रवाह वाहतो. मात्र ध्रुवीय चक्राची खोली हॅडली चक्राच्या तुलनेत बरीच कमी असते.

आकृती ३. कॉरिऑलिस बलामुळे हलणारी वस्तू उत्तर गोलार्धात मूळ दिशेच्या उजवीकडे तर दक्षिण गोलार्धात मूळ दिशेच्या डावीकडे ढकलली जाते.

एकोणीसाव्या शतकामध्ये निर्माण झालेल्या तारायंत्राचा (Telegraph) वापर एखाद्या ठिकाणच्या हवामान नोंदी दुस-या ठिकाणी पाठवण्यासाठी होऊ लागला आणि जागतिक हवामानाचा आढावा घेण्याचे प्रयत्न सुरू झाले. हवामान नोंदी जास्तीतजास्त अचूकतेने करण्याबरोबरच जगातील हवामानतज्ज्ञांचा एकमेकांशी होणारा संपर्कही हवामानशास्त्राच्या प्रगतीस मोठ्या प्रमाणात कारणीभूत ठरला. अठराव्या शतकाच्या अखेरीस मान्यता पावलेल्या वातावरणाभिसरणाच्या हॅडली प्रारूपामध्ये बदल होऊन एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत वातावरणाभिसरणाचे ‘त्रिचक्र प्रारूप – हॅडली, फेरेल व ध्रुवीय चक्र’ (आकृती २) सर्वत्र मान्य झाले.

विसाव्या शतकामध्ये हवामानशास्त्राच्या प्रगतीने मोठी झेप घेतली, त्याबद्दल पुढील दोन लेखांमध्ये विस्ताराने पाहू.

वरदा व. वैद्य, ऑगस्ट २००५ । Varada V. Vaidya, August 2005

ह्यानंतर – भाग ६- विसाव्या शतकातील गरूडझेप – पूर्वार्ध

१५ वे ते १८ वे शतक

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎
भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎
भाग ३- मध्ययुगीन अभिसरणविचार

वातावरणीय अभिसरण -४
१५ ते १८ वे शतक

सोळाव्या शतकापासून वातावरणातील अभिसरणाचे महत्त्व लोकांच्या हळूहळू लक्षात यावयास लागले होते. हवामानशास्त्र हे तेंव्हा ‘निसर्ग शास्त्र’ म्हणून ओळखले जाई. हवामान अंदाजातील अचूकतेच्या दृष्टीने वातावरणातील अभिसरणाचे असलेले महत्त्वही पटू लागले होते. ह्या वेळेपर्यंत अनेक दर्यावर्दींना काही विशिष्ट प्रदेशांमध्ये विशिष्ट ऋतूंमध्ये वाहणा-या वा-यांबद्दल माहिती मिळाली होती ज्याचा उपयोग नौकानयनासाठी केला जात असे. मात्र हे विशिष्ट वारे जागतिक अभिसरणाचा एक भाग आहेत ह्याची कल्पना मात्र तेंव्हा आलेली नव्हती.

हवामानमापनाचे व नोंदींचे महत्त्व पटलेले होते आणि हवामान नोंदी ठेवायच्या तर नेमक्या कोणत्या घटकांच्या नोंदींची हवामान अंदाजासाठी आवश्यकता आहे ह्याचा अभ्यास सुरू झाला होता. नोंदी अचूक असण्याचे महत्त्व पटून हवामानघटकांचे मापन करणारी शास्त्रीय उपकरणे निर्माण होऊ लागली होती. सोळाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत हवेचा दाब, तापमान, वा-याचा वेग आणि दिशा इत्यादी घटकांच्या मापनासाठी शास्त्रीय उपकरणे निर्माण झाली होती. १४५० च्या सुमारास कार्डिनल निकोलस डी कुसा (Cardinal Nicholas De Cusa) ह्या जर्मन गणितज्ञाने हवेतील दमटपणा मोजण्याचे यंत्र (hygrometer) तयार केले. सोळाव्या शतकाच्या द्वितीयार्धामध्ये गॅलिलिओने तापमापक तयार केला. सतराव्या शतकामध्ये टॉरिसेलीने काचेच्या परीक्षानळीत पारा भरून ती नळी बशीत उपडी ठेवली आणि परीक्षानळीतील पा-याची उंची आणि स्थानिक वातावरणाचा दाब ह्यामध्ये संबंध असतो हे सप्रयोग दाखवून दिले. अशाप्रकारे वातावरणीय दाब पा-याच्या परिक्षानळीतील उंचीच्या स्वरूपात मोजता येऊ लागला. पुढे हा दाबमापक वापरण्याच्या दृष्टीने अधिकाधिक सुटसुटीत व्हावा म्हणून प्रयत्न केले गेले. ह्या दाबमापकाचा वापर करून ब्लेझ पास्कल ह्या फ्रेंच गणितज्ञाने वातावरणीय दाबाच्या बदलाचा अभ्यास करून काही महत्त्वपूर्ण निष्कर्ष नोंदवले. सध्या वातावरणीय दाब हा ‘पास्कल’ ह्या एककामध्ये मोजला जातो. मात्र हेक्टोपास्कल हे एकक अधिक प्रचलित आहे.

१०० पास्कल = १ हेक्टोपास्कल = १ मिलिबार

ह्या दाबमापकाचा वापर करून पास्कलने ‘हवेला वजन असून डोक्यावरच्या हवेच्या राशीत बदल झाला तर वातावरणीय दाबही बदलतो’ हे सिद्ध केले. भूपृष्ठापासून जसजसे दूर जावे तसतसा वातावरणीय दाब कमी होत जातो हेही त्याने सप्रयोग सिद्ध केले. ह्या शोधांचा पुढे वातावरणीय अभिसरणाचे आकलन वाढण्यासाठी उपयोग झाला. १७१४ मधे गॅब्रिएल फॅरनहाईटने पा-याचा तापमापक तयार केला. तसेच त्याने पाण्याच्या गोठणबिंदू व उत्कलनबिंदूवर आधारित अशी पा-याची काचेच्या नळीतील लांबी आणि तापमान यांचा संबंध दर्शविणारी मापनश्रेणीही (scale) तयार केली. पुढे १७४२ मधे अँडर्स सेल्सिअस ने तापमान-मापनासाठी दुसरी मापनश्रेणी सुचवली जी लवकरच लोकप्रिय झाली.

हवामानमापक उपकरणांच्या निर्मितीमुळे हवामानीय घटकांची नोंद ठेवणे सोपे झाल्याने युरोप आणि उत्तर अमेरिकेमध्ये हवामानाच्या नियमित नोंदी ठेवण्याची पद्धत सुरू झाली. ह्या सुमारास सुरू असलेल्या भौतिकशास्त्रातील सैद्धांतिक (theoretical) व प्रायोगिक विश्लेषणात्मक (experimental analysis) प्रगतीचा वातावरणीय अभिसरणविषयक आकलन वाढण्यास खूपच उपयोग झाला. अभिजात हवामानशास्त्राचा ( classical meteorology) उगम हा अभिजात भौतिकशास्त्र ( classical physics)आणि औष्णिकगतिशास्त्रामधे (thermodynamics) सापडतो.

सतराव्या शतकाच्या शेवटी सर आयझॅक न्यूटन (१६२३ ते १७२७) यांनी गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लावला, तसेच गतिविषयक नियमही मांडले. या शोधांबरोबरच वस्तुमान अक्षय्यता (mass conservation) व संवेग अक्षय्यतेचा (momentum conservation) नियम ह्या दोन महत्वाच्या तत्वांमुळे हवामानशास्त्रातील प्रगतीस अधिक चालना मिळाली. ह्याच काळात शोधले गेलेले आणि महत्त्वाचे ठरलेले आणखी दोन नियम म्हणजे बॉयलचा नियम (Boyle’s LAw) आणि चार्लस् चा नियम (Charles’ LAw). आयरिश भौतिकशास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉयल (१६२७ ते १६९१) ह्यांनी सिद्ध केले की ‘तापमान स्थिर असताना वायूचे आकारमान त्याच्या दाबाच्या व्यस्त प्रमाणात बदलते’.  जॅक्वेस चार्लस् (१७४६ ते १८२३) ने सिद्ध केलेला नियम सांगतो की ‘दाब स्थिर असताना वायूचे तापमान हे त्याच्या आकारमानाच्या सम प्रमाणात बदलते’.

एडमंड हॅले हा इंग्लंडमधील एक नावाजलेला खगोलशास्त्रज्ञ, गणितज्ञ, भूगोलतज्ञ तसेच हवामानशास्त्रज्ञ. १६८६ मधे हॅलेने व्यापारी वारे आणि मान्सून वारे ह्यांचा अभ्यास करून काही तर्कशुद्ध अडाखे बांधले. सौरप्रारण (solar radiation) हे पृथ्वीवर सर्वत्र सारख्या प्रमाणात उपलब्ध होत नसल्याने वातावरण असमान तापते (differential heating) ज्यामुळे वातावरणामध्ये हालचाल निर्माण होऊन वारे वाहतात असा आडाखा हॅलेने मांडला. हवेचा दाब व समुद्रसपाटीपासूनची उंची ह्यातील संबंध दर्शविणारी सारणी हॅलेने तयार केली. तसेच; हा संबंध अक्षांशांनुसार (latitudinal) बदलत असल्याचे त्याने दाखवून दिले. व्यापारी वा-यांच्या उगमाबद्दल त्याने असा सिद्धांत मांडला की ‘विषुववृत्तावर सर्वात जास्त प्रमाणात उपलब्ध होणा-या सूर्यशक्तीमुळे वातावरण तापते व हवा वर जाते. ह्यामुळे विषुववृत्तीय प्रदेश हे उत्तर व दक्षिणेकडून हवा खेचून घेतात. ही उत्तरेकडून व दक्षिणेकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने खेचली जाणारी हवा म्हणजेच व्यापारी वारे’. हॅलेचा हा सिद्धांत ब-याच प्रमाणात अचूक असला तरीही व्यापारी वा-यांच्या दिशांची निरीक्षणे मात्र ह्या सिद्धांतानुसार नाहीत असे आढळून आले. व्यापारी वारे उत्तर वा दक्षिणेकडून नव्हे तर उत्तर गोलार्धात इशान्येकडून तर दक्षिण गोलार्धात आग्नेयेकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने वाहतात. तरीही, व्यापारी वा-यांच्या उगमाविषयीचा व निर्मितीविषयीचा हॅलेचा हा सिद्धांत हवामानशास्त्राच्या प्रगतीतील तसेच वातावरणीय अभिसरणाच्या ज्ञानातील एक महत्त्वाचा टप्पा होता.

व्यापारी वा-यांसंदर्भातील दुसरा महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे जॉर्ज हॅडलीने मांडलेला सिद्धांत. इंग्लंडमध्ये रहाणारा जॉर्ज हॅडली (१६८५ ते १७६८) हा व्यवसायाने वकील असला तरी त्याला हवामानशास्त्राची आवड होती. व्यापारी वा-यांविषयीचा हॅलेचा सिद्धांत आणि प्रत्यक्ष निरीक्षणे ह्यात आढळणा-या तफावतीची कारणमीमांसा करणारा एक शोधनिबंध हॅडलीने १७३५ मध्ये प्रसिद्ध केला. हॅलेचा व्यापारी वा-यांच्या उगमाबद्दलचा सिद्धांत हॅडलीला मान्य होता. गोलाकार असलेली पृथ्वी स्वतःभोवती फिरते त्यावेळी पृथ्वीचा विषुववृत्तीय भाग (equatorial region) हा इतर भागाच्या मानाने अधिक वेगाने फिरतो. त्यामुळे उत्तर वा दक्षिणेकडील अक्षवृत्तांकडून वाहणारे वारे विषुववृत्तावर पोहोचेपर्यंत विषुववृत्ताचा भाग पुढे गेलेला असतो, आणि वारे मागे पडून मूळ रेखावृत्ताच्या पश्चिमेकडील रेखावृत्तावर पोहोचतात. त्यामुळे वारे हे उत्तर वा दक्षिणेऐवजी अनुक्रमे इशान्य व अग्नेयेकडून आल्यासारखे भासतात. हॅडलीने हॅलेच्या सिद्धंतातील त्रुटींची दिलेली ही कारणमीमांसा नक्कीच पटण्यायोग्य होती. अशाप्रकारे विषुववृत्तीय भागातील वातावरणीय अभिसरणाबद्दल महत्वाची माहिती मिळाली होती.

१५ ते १८ व्या शतकातील आणखी दोन महत्त्वाचे शास्त्रज्ञ म्हणजे फ्रान्सिस बेकन व बेंजामिन फ्रँकलीन.  फ्रान्सिस बेकन ( १५६१ ते १६२६) हा इंग्लिश पंडित केम्ब्रिज विद्यापीठाचा विद्यार्थी होता. वातावरणातील दीर्घकालीन बदलांचा अभ्यास करणारा आणि अशा अभ्यासाचे महत्त्व पटवून देणारा हा पहिला शास्त्रज्ञ. बेकनने केलेल्या मौसमी हवामानाच्या (seasonal climate) तीव्रतेतील दीर्घकालीन बदलांच्या (long-term changes) अभ्यासाचा आणि विश्लेषणांचा हवामानशास्त्रातील प्रगतीमधे मोलाचा वाटा आहे. अमेरिकी पंडित बेंजामिन फ्रँकलिन (१७०६ ते १७९०) हा वादळांच्या अभ्यासपूर्वक नोंदी ठेवणारा पहिला शास्त्रज्ञ. चक्रीवादळाच्या मार्गाची नोंद ठेवण्यासाठी हा शास्त्रज्ञ घोड्यावरून त्या वादळाचा पाठलाग करत असे. १७४३ मध्ये त्याच्या चक्रीवादळांविषयीच्या नोंदी प्रसिद्ध झाल्या होत्या.

१५ ते १७ व्या शतकातील शास्त्रज्ञांच्या अभ्यासू व निरीक्षणात्मक वृत्तीमुळे हवामानशास्त्रविषयक ज्ञानामधे महत्त्वाची भर पडली. एकोणीसाव्या शतकामधील प्रगती पुढील लेखामध्ये पाहू.

वरदा व. वैद्य,  ऑगस्ट २००५ । Varada V. Vaidya, August 2005

ह्यानंतर – भाग ५- १९व्या शतकातील प्रगती

मध्ययुगीन अभिसरणविचार

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎
भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎

वातावरणातील अभिसरण – ३
मध्ययुगीन अभिसरणविचार

मध्ययुगातील ऍरिस्टॉटल (इ. स. पूर्व ४८३ ते ४२०) हा एक प्रसिद्ध हवामानशास्त्रज्ञ. त्याने लिहिलेला ‘हवामानशास्त्र’ (Meteorology) हा ग्रंथ तत्कालीन हवामानशास्त्रातील प्रगतीवर प्रकाश टाकतो. ऍरिस्टॉटल च्या मते हवामानीय घटनांची व्याख्या ‘सर्वसाधारणपणे हवा आणि पाण्याशी निगडीत असलेल्या व पृथ्वीवरील विविध प्रदेशांमध्ये अनुभवास येणा-या घटना’ अशी होती.  वातावरणातील घडामोडींसाठी सूर्यशक्ती कारणीभूत असते असे त्याचे मत होते. ‘हवा थंड प्रदेशाकडून उष्ण प्रदेशाकडे वाहते’ असे ऍरिस्टॉटलने सर्वप्रथम प्रतिपादन केले. सूर्यामुळे पृथ्वी आणि वातावरण तापते, परंतु ते सर्वत्र सारख्या प्रमाणात तापत नाही. त्यामुळे थंड व उष्ण प्रदेश निर्माण होऊन वारे वाहण्यास चालना मिळते, ह्याची ऍरिस्टॉटलला जाणीव होती. ह्या सिद्धांतामागील शास्त्रीय कारणांची माहिती त्याला होती अथवा नाही ह्याची माहिती त्याच्या लेखनातून मिळत नाही. ऍरिस्टॉटलच्या मते वा-याचा उगम जरी भूपृष्ठावर होत असला तरी वा-याची दिशा मात्र अवकाशातील हालचालींवर (उदाहरणार्थ सूर्याची हालचाल) अवलंबून असते. विविध ऋतूमधील सूर्याच्या अवकाशातील स्थानावर आणि सूर्योदय व सूर्यास्ताच्या स्थानिक वेळांवर आधारित वा-याची दिशा ठरवणारे एक चक्र त्याने आखले होते (आकृती १). ह्या चक्रानुसार विविध ऋतूंमध्ये वा-याची सर्वसाधारण दिशा कोणती असेल ह्याची माहिती मिळणे शक्य होत असे.

आकृती १ – ऍरिस्टॉटल च्या वाराविषयक माहितीवर आधारित आधुनिक वाराचक्र. मूळ संदर्भ-‘Meteorologica’, trans, H.D.P. Lee (1952) Cambridge, MA, Harvard University Press, Loeb Classical Library, 187. साभार संदर्भ- Taub, L., 2003, ‘Ancient Meteorology’, Routledge Publishers, Taylor and Francis Group.

ऍरिस्टॉटलने लिहिलेल्या ‘कॉसमॉस’ ह्या ग्रंथामध्ये वारा हा भूकंपास कारणीभूत असतो असे म्हटले आहे. वा-यामुळे समुद्राच्या पाण्यावर लाटा निर्माण व्हाव्यात त्याप्रमाणॆ वा-यामुळे जमिनीखाली लाटा तयार होऊन भूकंप होतो अशी त्याची समजूत होती. ऍरिस्टॉटलचा सहकारी ‘थिओप्रॅस्टस ऑफ इरेसस’ (Theophrastus of Eresus) (इ. स. पूर्व ३७२ ते २८८) ह्याने लिहिलेल्या ‘वा-यासंदर्भात’ ह्या ग्रंथामध्ये असे मत मांडले आहे की ‘वारा हा वाफेपासून तयार होतो. वारा वातारवणाच्या वरच्या अथवा खालच्या थरात निर्माण होऊ शकतो. खालच्या थरात निर्माण झालेले वारे जमीन व पाण्यापासून तयार होतात.’ थिओप्रॅटस ने लिहिलेल्या ग्रंथामध्ये त्याने वा-यांचे जोरकस, संतत, उष्ण, शीत, कोरडे व दमट असे वर्गीकरण केले आहे. त्याच्यामते सूर्य व चंद्राच्या पृथ्वीसापेक्ष हालचालींमुळे वारे निर्माण होण्यास चालना मिळते. तसेच हवा समतोल रहाण्यासाठी वारे वाहतात असा सिद्धांतही त्याने मांडला.

इ. स. पूर्व ४थ्या शतकाच्या सुमारास रोमन पंडित ‘सेनेका’ ह्याने लिहिलेल्या ‘नैसर्गिक प्रश्न’ ह्या ग्रंथामध्ये हवामानीय घटनांचे विवेचन आढळते. मात्र आज ह्या ग्रंथाचा काही भागच केवळ उपलब्ध आहे. ह्या ग्रंथामध्ये सेनेका ने गारा कशा तयार होतात ह्याविषयी अनेक सिद्धांत मांडले आहेत. तसेच ह्या ग्रंथामध्ये संधिप्रकाश, खगोलीय घटनांचे हवामानशास्त्रातील महत्व, आणि सेनेकाचे वारेविषयक विचार यांचेही विवेचन आहे. सेनेकानेही वा-यांच्या वर्गीकरणाचे काही प्रकार मांडले आहेत‌. ऍरिस्टॉटलप्रमाणे सेनेकाचेही वारा हा भूकंपास कारणीभूत असल्याचे मत होते. ऍरिस्टॉटलच्या ‘हवामानशास्त्र’ ह्या ग्रंथाचा प्रभाव पुढील अनेक वर्षे रोम, ग्रीस आणि इजिप्त मधील लोकांवर होता. दीर्घकाळ त्याच्या मतांच्या विरोधी मते मांडली गेली नाहीत.

मध्ययुगामध्ये हवामानीय घडामोडींवर असलेला ‘दैवी’पणाचा शिक्का बराच पुसट झाला होता. ह्या घडामोडी नैसर्गिक असून त्यांचे नियमन देवतांद्वारे होत नाही हे लोकांना काही प्रमाणात तरी पटले होते. वा-याच्या तीव्रतेचे, तापमानाचे वा इतर हवामान घटकांचे मापन करण्यासाठी उपकरणांचा अभाव व असे मापन करण्याच्या पद्धतीचा अभाव असल्याने हवामानाचा अंदाज मात्र हवामानशास्त्राच्या आधाराशिवाय आकाशातील ग्रहस्थिती पाहूनच केला जात असे.

उन्हाळी कालखंडात अरबी समुद्राकडून भारतीय भूखंडाकडे तर हिवाळ्यात विरूद्ध दिशेने वाहणा-या मौसमी वा-यांची माहिती अरबस्तानातून भारताशी व्यापार करणा-या आणि नियमितपणे भारतभेटीला जाणा-या अरबी दर्यावर्दी व्यापा-यांना फार पूर्वीपासून होती. हे दर्यावर्दी भारतात येण्यासाठी उन्हाळ्यात प्रवास करत. त्यावेळी भारताच्या दिशेने वाहणा-या मौसमी वा-याचा त्यांना उपयोग होई, तर अरबस्तानात परतण्यासाठी हिवाळ्यात प्रवास करत, ज्यावेळी मौसमी वा-यांनी दिशा बदललेली असे. अरबी व्यापा-यांच्या नोंदींमध्ये भारतीय मौसमी वा-यांबद्दल महत्त्वाची माहिती आढळली आहे. मौसमी वारे हे वातावरणीय अभिसरणाचाच एक भाग आहेत.

दक्षिण अमेरिकेच्या विषुववृत्तानजिकच्या प्रशांत महासागराचे पाणी अकालीच नेहमीपेक्षा गरम अथवा थंड असण्याचे उल्लेख काही मच्छीमारांच्या नोंदींमध्ये आढळतात. दक्षिण अमेरिकेच्या पूर्व किना-यावर गेलेल्या पर्यटकांनीही ह्या समुद्रपाण्याच्या तापमानातील विचित्र बदलांच्या नोंदी ठेवल्या आहेत. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागरातील पाण्याचे तापमान मधेच वाढण्याच्या घटनेला आज आपण एल निन्यो (El Niño) आणि तापमान कमी होण्याच्या घटनेला ला निन्या (La Niña) असे म्हणतो. ह्या दोन्ही घटना मध्ययुगातील लोकांना माहित असल्याचे जुन्या नोंदींवरून लक्षात येते. ह्या दोन्ही घटनांचा आणि जगभरातील हवामानाचा प्रत्यक्ष-अप्रत्यक्ष असलेला संबंध आता शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आलेला आहे. हा संबंध असण्यामागचे कारण अर्थातच वातावरणीय अभिसरण हेच.

पंधराव्या ते अठराव्या शतकादरम्यान झालेली प्रगती पुढच्या लेखात पाहू.

वरदा व. वैद्य, ऑगस्ट, २००५ ।Varada V. Vaidya, August 2005

ह्यापुढे – भाग ४- १५वे ते १८वे शतक

प्राचीन काळातील वाराविचार

ह्यापूर्वी – भाग १- प्रस्तावना‎

वातावरणातील अभिसरण
भाग २ – प्राचीन काळातील वाराविचार

प्राचीनकाळी वारा वाहणे, वादळ होणे, विजा चमकणे, पाऊस पडणे अशा नैसर्गिक घटनांकडे ‘दैवी चमत्कार’ म्हणून पाहिले जाई. निसर्गातील विविध गोष्टींचे नियमन करण्यासाठी परमेश्वराने विविध देवता योजलेल्या आहेत अशी कल्पना होती. ह्या विविध देवता ह्या सर्व घटनांद्वारे माणसांशी संपर्क साधतात असा समज होता. ह्या देवता संतुष्ट आहेत तोपर्यंत योग्य प्रमाणात पाऊस पडेल, योग्य प्रमाणात आणि योग्य दिशेने वारे वाहतील, मात्र ह्या देवतांचा कोप झाल्यास वादळ होईल, पूर येतील, अवर्षण होईल असाही समज होता. त्यामुळे ह्या देवतांना संतुष्ट ठेवण्यासाठी प्रयत्न केला जाई. ह्या नैसर्गिक घटनांमागील कारणे व त्यांचा एकमेकांशी असलेला संबंध माहीत नसल्याने ह्या देवतांना विशेष महत्त्व होते. विविध दिशांनी वाहणा-या वा-यांसंबंधात अनेक गैरसमज आणि अंधश्रद्धा अलीकडील काळापर्यंत प्रचलित होत्या. काही विशिष्ट दिशांनी वाहणारे वारे हे वाईट हवामान घेऊन येतात आणि ह्या वाईट हवामानामुळे प्रकृतीअस्वास्थ्य निर्माण होते असे गैरसमज होते.

प्राचीन रोमन आणि ग्रीक वाङ्मयात हवामानशास्त्र आणि वा-यांसंबंधी लिखाण आढळते. ‘होमेरिक’ आणि ‘हेसॉडिक’ महाकाव्यांमध्ये काही हवामानीय घडामोडींचा उल्लेख आढळतो. ख्रिस्तपूर्व आठव्या शतकात ‘होमर’ने रचलेल्या ‘इलियाड’ आणि ‘ओडिसी’ ह्या काव्यग्रंथांमध्येही हवामानीय घडामोडींचा उल्लेख आढळतो. ह्या महाकाव्यांमध्ये हवामानीय घडामोडींना ‘देवाची करणी’ मानलेले आहे. ‘झ्यूस’ (Z

eus) देवाला ‘ढग जमविणारा’ मानलेले असून झ्यूसची मुलगी ‘अथीन’ (Athene) ही वा-यांची नियामक; तर टार्टारस (Tartarus) आणि गाया (Gaia-पृथ्वी) चा मुलगा ‘टायपोयस’ (Typoeus) हा वा-याचा निर्माता मानलेला आहे.

ग्रीक चार प्रकारचे वारे आणि संबंधित चार देवता मानत असत. ग्रीक देव ‘ओलस’  (Aeolus) हा ‘वा-यांचा देव’ मानला जाई. काही ग्रीक पौराणिक कथांनुसार ‘ऍस्ट्रस’ (Astraeus) हा चार वा-यांचा देव आणि चार वारे म्हणजे त्याची चार मुले – ‘बोरिआज’ (Boreas), ‘झेफिरस’ (zephyrus), ‘युरस’  (Eurus)  आणि ‘नोटस’ (Notus) – असे मानत. ‘बोरिआज’ हा ग्रीसच्या ‘थ्रेस’ ह्या सुपीक प्रांतामध्ये राहणारा ‘उत्तरवारा’; वादळी आणि विनाशक वृत्तीचा मानला जाई. रोमन ह्या उत्तरवा-यास ‘अक्विलो’ म्हणून ओळखत. ‘युरस’ हा जोरकस ‘पूर्ववारा’ पूर्वेहून ऊब आणि पाऊस घेऊन येतो असे मानले जाई. ‘नोटस’ हा ‘दक्षिण आणि अग्नेय वारा’ हा उबदार आणि दमट असून धुके आणि पाऊस आणणारा मानला जाई.  हा वारा धुके पसरवत असल्याने डोंगरमाथ्यावर गुरे चारणा-या गुराख्यांचा आणि दर्यावर्दींचा शत्रू तर चोर-दरवडेखोरांचा मित्र मानला जाई. ‘झेफिरस’ हा ‘पश्चिमवारा’ ‘थ्रेस’मधील एका गुहेत रहातो असे मानत असत.

प्राचीन काळापासून मानवास हवामान अंदाज, विशेषतः पर्जन्यमान अंदाज वर्तविण्याची गरज भासली आहे. शेती-उत्पन्न हे पर्जन्यमानावर अवलंबून असल्याने पर्जन्यमानाचा अंदाज पेरणी करण्यापूर्वीच माहित होणे महत्त्वाचे ठरते. प्राचीनकाळी ढगांशी-ढगांच्या राशी व प्रकार यांच्याशी – पर्जन्याचा संबंध असतो हे मानवाच्या लक्षात आले असले तरी वातावरणीय अभिसरणाचे ढग व पर्जन्यासंबंधातील महत्त्व मात्र तेवढे लक्षात आले नव्हते.

हवामानाचा अभ्यास करण्याची भारतीय परंपरा प्राचीन कालापासूनची आहे. वेदांमध्ये विविध नैसर्गिक गोष्टी/स्थितींना देवतास्वरूप देऊन त्यांना आवाहन करणारी सूक्ते लिहिली आहेत. उषा, निशा, दिशा, मरुत्, वरूण वगैरे नैसर्गिक गोष्टींवर मानवी आरोपण करून त्यांची स्तुती करणारी, त्यांचे वर्णन करणारी, त्यांना आवाहन करणारी सूक्ते ही सर्व मानवी व्यवहार नैसर्गिक संकटांशिवाय सुरळीत चालावे ह्यासाठी देवतांची प्रार्थना करतात.

इ‌. स. पूर्व ३००० च्या सुमारास लिहिल्या गेलेल्या उपनिषदांमध्ये मेघनिर्मिती, पर्जन्य, पृथ्वीच्या सूर्याभोवतीच्या परिभ्रमणामुळे निर्माण होणारे ऋतुचक्र ह्यांचे विवेचन आढळते. इ. स. ५०० मध्ये लिहिल्या गेलेल्या बृहत्संहितेमध्ये सूर्याचे पर्जन्यविषयक (आदित्यात् जायते वृष्टि) महत्त्व आणि पर्जन्य-शेत्योत्पादन संबंध यांची चिकित्सा केलेली आहे. कौटिलीय अर्थशास्त्रामध्ये पर्जन्यमानाचे मापन व त्यांची नोंद ठेवण्याची आवश्यकता आणि महत्त्व नोंदलेले आहे. तसेच ह्या ग्रंथामध्ये पर्जन्यमान-शेती उत्पन्न-शेतसारा-अर्थशास्त्र ह्यांची परस्पर सांगड घातलेली आहे. सुमारे सातव्या शतकामध्ये महाकवि कालिदासाने लिहिलेल्या मेघदूतामधील ‘आषाढस्य प्रथमदिवसे’ मध्य भारतावरील आकाशात गोळा होणा-या, मौसमी पावसाची वर्दी देणा-या मेघांची आणि ह्या मेघांच्या मार्गक्रमणाची वर्णने सर्वश्रुत आहेत.

पराशर ऋषींनी लिहिलेल्या ‘कृषि-पराशर’ ह्या ग्रंथामधे कृषितंत्राबरोबरच ढग, ढगांचे प्रकार व विविध प्रकारच्या ढगांचा आणि पर्जन्यराशीचा परस्परसंबंध ह्यांचेही सविस्तर विवेचन आहे. मात्र वातावरणीय अभिसरणाची वा वा-याची भूमिका केवळ ‘बाष्प वाहून नेणारा’ एवढीच मानली गेली आहे. तत्कालीन ऋषींचा ग्रहस्थिती व पर्जन्यमान ह्याचाही अभ्यास होता. ग्रहस्थितीचा व पर्जन्यमानाचा प्रत्यक्ष संबंध असणे अशक्य असले तरी अनेक वर्षांच्या अनुभवावरून आणि अवलोकनावरून लक्षात आलेला असा सांख्यिकीय संबंध (statistical corelation) विचारात घेऊन दरवर्षी हवामान अंदाज करणे हे ज्योतिषांचे एक काम असे. मात्र ह्या सांख्यिकीय अभ्यासात हवामानकारक असलेले वातावरणीय अभिसरण लक्षात घेतल्याचे आढळत नाही.

प्राचीन काळातील पंडितांनी मिळवलेल्या ज्ञानाचा अभ्यास करून आणि त्यात भर टाकून मानवी पिढ्या आपले निसर्गाबद्दलचे कुतूहल अधिक ज्ञान मिळवून शमविण्याच्या प्रयत्नात आहेत. ह्या प्रयत्नांमध्ये मध्ययुगामध्ये पडलेली भर पुढच्या लेखात पाहू.

वरदा व. वैद्य, ऑगस्ट २००५ । Varada V. Vaidya, August 2005

ह्यानंतर – भाग ३- मध्ययुगीन अभिसरणविचार

वातावरणातील अभिसरण – प्रस्तावना

वातावरणातील अभिसरण
भाग १ – प्रस्तावना

वातावरणाचे अभिसरण कसे, कुठे, केव्हा आणि का होते हे समजून घेण्यामधे हवामानशास्त्रज्ञांनी मोठी मजल गाठली आहे. मात्र ही मजल गाठण्यासाठी अनेक वर्षे लागली, अनेक भौतिक, रासायनिक, इतर शास्त्रीय व गणितीय शोधांचा त्यासाठी उपयोग झाला. वातावरण म्हणजे नक्की काय? हवामान का आणि कसे बदलते? हे समजून घेण्यासाठी, वातावरणीय घडामोडींना गणिती प्रमेयांमधे बसवण्यासाठी पूर्वीपासून अनेक प्रयत्न झाले. ‘हलणा-या वा वाहणा-या हवेला वारा म्हणतात’ ह्या सामान्यज्ञानापासून ते वातावरणीय घडामोडींना, त्या घडामोडींसाठी कारणीभूत असणा-या घटकांना गुंतागुंतीच्या समीकरणांमधे मांडून क्लिष्ट हवामान प्रारुपे (climate models) तयार करण्यापर्यंतची मानवाची प्रगती प्रशंसनीय आहे. वातावरणीय अभिसरणाचे मानवाचे ज्ञान आजच्या टप्प्यापर्यंत कसे पोहोचले, त्यासाठी कारणीभूत ठरलेल्या घटना, शोध, समज, शक्यता आणि उपयोग ह्याचा आढावा घेण्याचा प्रयत्न ह्या लेखमालेमध्ये करणार आहे.

भोवताल जाणून घेण्याचे मानवाचे कुतूहल मानवाच्या प्रगतीस कारणीभूत ठरले आहे. हवा आणि वा-याचे ज्ञान मानवाला फार पूर्वीपासून होते. प्राचीन काळी ढग, वारा, वीज, पाऊस ह्या गोष्टी म्हणजे देवाने माणसाशी संपर्क साधण्याचे माध्यम आहे असे मानले जाई. ज्या नैसर्गिक घटनांचे तार्किक विश्लेषण करणे व अंदाज करणे सहजशक्य नव्हते त्या गोष्टी आकलनाबाहेरच्या आणि म्हणून ‘दैवी’ मानल्या जात. सर्व संस्कृतींमध्ये पूर्वी विविध ‘दैवी’ घटनांशी निगडीत अशा विविध देवता असत. उदाहरणार्थ भारतीय संस्कृतीमधे पावसाची देवता वरूण मानली जात असे तर ग्रीक संस्कृतीमधे चार दिशांनी वाहणा-या वा-यांचे नियमन करण्यासाठी चार वेगवेगळ्या देवता आहेत असे मानले जात असे.

भोवताल जाणून घेताना जसजशी मानवाच्या निसर्गाबद्दलच्या ज्ञानात भर पडली तसतशी मानवाची नैसर्गिक घटनांमागील तत्व, कारणे जाणून घेण्याची आकलनशक्ती वाढत गेली. पाऊस का पडतो? वारा का वाहतो? ह्याची कारणे शोधली गेली. नैसर्गिक घटनांमागील तत्वे लक्षात येऊ लागली तसे ह्या घटनांचे ‘दैवी’पण कमी होत जाऊन विविध देवतांचे महत्त्व कमी होऊ लागले.

दर्यावर्दी आणि नौकानयन करणारे हे वारे, वा-याच्या वेगातील आणि दिशेतील बदल ह्यांचा अभ्यास करून मगच सफरीवर निघत. गणितातील प्रगतीने आकाशस्थ ग्रहगोलांची स्थाने निश्चित करता येऊ लागली, त्यांच्या गती, स्थानबदल ह्यांचे अंदाज मांडता येऊ लागले. पुढे ग्रहता-यांच्या आकाशातील स्थानांवर आधारित असा हवामान अंदाज वर्तविण्याचे प्रयत्न झाले. पृथ्वीवरील जवळपास सर्व गोष्टींचे, हवामान, हवामानबदलांसह सर्व घटनांचे मूळ सूर्यशक्ती हे आहे हेही मानवाच्या लक्षात येऊ लागले होते. ऍरिस्टॉटल ने असे लिहून ठेवले होते की ‘वारा हा थंड प्रदेशाकडून उष्ण प्रदेशाकडे वाहतो’. मात्र त्याकाळी हवेचा दाब, तापमान आणि वारा ह्यांचा परस्परसंबंध लोकांच्या लक्षात आला नव्हता.

सतराव्या शतकामध्ये शोधल्या गेलेल्या काही शास्त्रीय उपकरणांमुळे मानवाच्या  निसर्ग जाणून घेण्यातील प्रगतीस आणखी चालना मिळाली. गॅलिलिओ चा तापमापक, हूक चे हवामान घड्याळ, टॉरिसेलीचा दाबमापक अशा एकेक उपरकणांच्या शोधांमुळे हवामानघटकांचे मापन करणे शक्य होऊ लागले. वातावरणीय दाब आणि वारा ह्यांचा परस्परसंबंध लक्षात येऊ लागला. सतराव्या शतकाच्या अखेरीस युरोप आणि उत्तर अमेरिकेमध्ये वारा आणि हवामान स्थितीच्या नियमित नोंदी ठेवल्या जाऊ लागल्या. जर्मन शास्त्रज्ञ फ़्रान्सिस बेकन (खंडीय हालचाल-continental drift चा सिद्धांत मांडल्यामुळे प्रसिद्ध झालेले) ह्यांनी केलेल्या संशोधनाचा हवामानबदलातील काही दीर्घकालीन मौसमी चक्रे (seasonal cycles) लक्षात येण्यास उपयोग झाला, तसेच सर आयझॅक न्यूटन यांनी मांडलेल्या सिद्धांतांचा निसर्गनियम समजून घेण्यासाठी उपयोग झाला.

न्यूटन, बॉयल आणि चार्ल्स यांनी सिद्ध केलेले भौतिक नियम हे वातावरणीय अभिसरण समजून घेण्यासाठी फारच महत्त्वाचे आणि उपयुक्त ठरले. अठराव्या शतकामध्ये इंग्लिश वकील आणि शास्त्रज्ञ असलेल्या हॅड्ली यांनी व्यापारी वा-यांविषयक काही ठोकताळे मांडले. व्यापारी वा-यांचे नियमन औष्णिक स्वरूपाचे असल्याचा सिद्धांत त्यांनी मांडला. व्यापारी वा-यांशी निगडीत असलेल्या रेखावृत्तीय अभिसरणास ‘हॅडली चक्र’ (Hadley Cell) म्हटले जाते. हॅडलींच्या सिद्धांताने सिद्ध न होऊ शकलेल्या काही गोष्टींची कारणमीमांसा पुढे फ़ेरेल आणि कोरिऑलिस ह्यांनी केली. सामान्य वातावरणीय अभिसरणाच्या ( general atmospheric circulation) मानवाच्या आकलनात ह्याने मोठी भर पडली.

एकोणिसाव्या शतकामध्ये मानवाला वातावरणाच्या उच्चस्तरातील अभिसरणाचे महत्त्व लक्षात आले. ह्या शतकामध्ये उच्च स्तरातील वातावरणीय घटकांचे मापन करता येण्याच्या दृष्टीने संशोधनास सुरुवात झाली. हवामान मापक फुग्यांचा प्रयोग आणि वापर होऊ लागला. दीर्घकालीन हवामानाचा अंदाज वर्तवायचा असेल तर केवळ स्थानिक पातळीवरील नोंदी पुरेशा नाहीत तर जागतिक पातळीवरील हवामान नोंदींचा एकत्रित अभ्यास करणे आवश्यक आहे हे ह्या शतकात लक्षात आले. त्यानुसार विविध देशातील दर्यावर्दी, पाद्री, व्यापारी यांनी लिहून ठेवलेल्या नोंदींचा अभ्यास करण्यास सुरूवात झाली. त्यातून जागतिक पातळीवर हवामानबदलास कारणीभूत अशा वातावरणीय अभिसरणाचे अनन्यसाधारण महत्त्व शास्त्रज्ञांच्या लक्षात येऊ लागले. ही प्रगती विसाव्या शतकातही चालू राहिली. संगणक, विमान, यांसारख्या तंत्रज्ञानातील प्रगतीने माणसाचे वातावरणीय अभिसरणाबद्दलचे आकलन अधिक विस्तारित करण्यास हातभार लावला. ह्यातून हवामान प्रारूपांचा जन्म होऊन मानव दूरभविष्यातील हवामान बदलांचा समाचार घेण्यास उत्सुक झाला आहे.

वरदा व. वैद्य, जुलै २००५ । Varada V. Vaidya, July 2005

ह्यानंतर – भाग २- प्राचीन काळातील वाराविचार‎