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 प्रदेशांमधे विशिष्ट ऋतूंमधे वाहणाऱ्या वाऱ्यांबद्दल माहिती मिळाली होती ज्याचा उपयोग नौकानयनासाठी केला जात असे. मात्र हे विशिष्ट वारे जागतिक अभिसरणाचा एक भाग आहेत ह्याची कल्पना 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, वाऱ्याचा 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 द्वितीयार्धामधे गॅलिलिओने तापमापक निर्माण केला. सतराव्या शतकामध्ये काचेच्या परिक्षानळीत पारा भरून ती नळी बशीत उपडी ठेवल्यास परिक्षानळीतील पाऱ्याची उंची आणि स्थानिक वातावरणाचा दाब ह्यामधला संबंध टोरिसेलीने दाखवून दिला. अशाप्रकारे वातावरणीय दाब पाऱ्याच्या 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 गणितज्ज्ञाने वातावरणीय दाबाच्या बदलाचा अभ्यास करून काही महत्वपूर्ण निष्कर्ष नोंदवले. सध्या वातावरणीय दाब हा 'पास्कल' ह्या एककामधे 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 हे त्याने सप्रयोग सिद्ध केले. ह्या शोधांचा पुढे वातावरणीय अभिसरणाचे आकलन वाढण्यासाठी उपयोग झाला. १७१४ मधे गॅब्रिएल फॅरनहाईटने पाऱ्याचा तापमापक तयार केला. तसेच त्याने पाण्याच्या गोठणबिंदू व उत्कलनबिंदूवर आधारित अशी पाऱ्याची काचेच्या नळीतील लांबी आणि तापमान यांचा संबंध दर्शविणारी मापनश्रेणी तयार केली. पुढे १७४२ मधे अँडर्स सेल्सिअस ने तापमानमापनासाठी दुसरी मापनश्रेणी सुचवली जी लवकरच लोकप्रिय झाली. 

हवामानमापक उपकरणांच्या निर्मितीमुळे हवामानीय घटकांची नोंद ठेवणे सोपे झाल्याने युरोप आणि उत्तर अमेरिकेमधे 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. सनातन हवामानशास्त्राचा ( classical meteorology) उगम हा सनातन 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 व संवेग अक्षय्यतेचा नियम ह्या दोन महत्वाच्या तत्वांमुळे हवामानशास्त्रातील प्रगतीस अधिक चालना मिळाली. ह्याच काळात शोधले गेले आणि महत्वाचे ठरलेले आणखी दोन नियम म्हणजे बॉयलचा नियम आणि चार्लस् चा नियम. आयरिश भौतिकशास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉयल (१६२७ ते १६९१) ह्यांनी सिद्ध केले की वायूचे 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. सूर्यशक्ती ही पृथ्वीवर सर्वत्र सारख्या प्रमाणात उपलब्ध होत नसल्याने वातावरण असमान तापते (differential heating) ज्यामुळे वातावरणामधे हालचाल निर्माण होऊन वारे वाहतात असे हॅलेने प्रतिपादन केले. हवेचा दाब व समुद्रसपाटीपासूनची उंची ह्यातील संबंध दर्शविणारी सारणी हॅलेने मांडली तसेच हा संबंध अक्षांशानुसार बदलत असल्याचे त्याने दाखवून दिले. व्यापारी वाऱ्यांच्या उगमाबद्दल त्याने असा सिद्धांत मांडला की विषुववृत्तावर सर्वात जास्त प्रमाणात उपलब्ध होणाऱ्या 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 बऱ्याच प्रमाणात अचूक असला तरीही व्यापारी वाऱ्यांच्या 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 वाऱ्यांच्या उगमाविषयीचा व निर्मितीविषयीचा हॅलेचा हा सिद्धांत हवामानशास्त्राच्या प्रगतीतील तसेच वातावरणीय अभिसरणाच्या ज्ञानातील एक महत्वाचा टप्पा होता.

व्यापारी वाऱ्यांसंदर्भातील दुसरा महत्वाचा टप्पा म्हणजे जॉर्ज हॅडलीने मांडलेला सिद्धांत. इंग्लंडमधे रहाणारा जॉर्ज हॅडली (१६८५ ते १७६८) हा व्यवसायाने वकील असला तरी त्याला हवामानशास्त्राची आवड होती. व्यापारी वाऱ्यांविषयीचा हॅलेचा सिद्धांत आणि प्रत्यक्ष निरीक्षण यात आढळणाऱ्या तफावतीची कारणमीमांसा करणारा एक शोधनिबंध हॅडलीने १७३५ मधे प्रसिद्ध केला. हॅलेचा व्यापारी वाऱ्यांच्या उगमाबद्दलचा सिद्धांत हॅडलीला मान्य होता. गोलाकार असलेली पृथ्वी स्वतःभोवती फिरते त्यावेळी पृथ्वीचा विषुववृत्तीय भाग 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 उत्तरेकडून वा दक्षिणेकडून न येता अनुक्रमे इशान्येकडून 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 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 तीव्रतेतील दीर्घकालीन बदलांच्या अभ्यासाचा आणि विश्लेषणांचा हवामानशास्त्रातील प्रगतीमधे मोलाचा वाटा आहे. अमेरिकी पंडित बेंजामिन फ्रँकलीन (१७०६ ते १७९०) हा वादळांच्या अभ्यासपूर्वक नोंदी ठेवणारा पहिला शास्त्रज्ञ. चक्रीवादळाच्या मार्गाची नोंद ठेवण्यासाठी हा शास्त्रज्ञ घोड्यावरून त्या वादळाचा पाठलाग करत असे. १७४३ मधे त्याच्या चक्रीवादळांविषयीच्या नोंदी प्रसिद्ध झाल्या होत्या.

१५ ते १७ व्या शतकातील शास्त्रज्ञांच्या अभ्यासू व निरीक्षणात्मक वृत्तीमुळे हवामानशास्त्रविषयक ज्ञानामधे महत्वाची भर पडली. एकोणिसाव्या शतकामधील प्रगती पुढील लेखामधे पाहू.