वातावरणीय अभिसरण -६
विसाव्या शतकातील गरूडझेप- पूर्वार्ध

विसाव्या शतकातील तंत्रज्ञानातील प्रगतीने वातावरणीय अभिसरणाच्या आकलनातील प्रगतीसही बरोबर घेतले. दळणवळणाच्या साधनांमधे झालेल्या प्रगतीने जगभरातील शास्त्रज्ञांना जवळ आणले आणि जगभरात हवामाननोंदी ठेवणाऱ्या वेधशाळांचे एक मोठे जाळे तयार झाले.

सर गिल्बर्ट वॉकर (१८६८ते १९५८) हे ब्रिटिश गणितज्ञ व हवामानशास्त्रज्ञ. १९२३ मध्ये त्यांनी विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या 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 कंपन' (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 कंपनाशी असल्याचे त्यांनी ह्या संशोधनाअंती दाखवून दिले. अशाप्रकारे दक्षिण कंपनाचा जागतिक हवामानाशी असलेला संबंध लक्षात आला 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 करणाऱ्या देशस्थ/परदेशस्थ शास्त्रज्ञास दरवर्षी 'सर गिल्बर्ट वॉकर पुरस्कार' प्रदान केला जातो. ह्या पुरस्कारांतर्गत २२ कॅरट प्रतिच्या सोन्याचे ५० ग्रॅम वजनाचे पदक व प्रशस्तिपत्र यांचा समावेश असतो. 

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

नॉर्वेतील हवामानशास्त्रज्ञ जेकब जर्कनेज (१८९७ ते १९७५) ह्यांना विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि त्याच्या पूर्व व पश्चिमेकडील प्रदेश मिळून तयार होणाऱ्या मोठ्या प्रदेशावर एक मोठे वातावरणीय अभिसरण चक्र कार्यरत असल्याचे आढळून आले. ह्या अभिसरणचक्राचा 'दक्षिण कंपना'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. इंडिनेशीय प्रदेशावरील हवा वर उचलल्याने भूपृष्ठाजवळ कमी दाबाचा पट्टा निर्माण होऊन इतर दिशांकडून ह्या प्रदेशाकडे वारे वाहतात (आकृती ४), ज्यामध्ये पूर्व प्रशांत महासागरी प्रदेशाकडून (विषुववृत्तीय दक्षिण अमेरिकेच्या आसपासच्या प्रदेशाकडून) इडोनेशिय प्रदेशाकडे वाहणाऱ्या वाऱ्यांचाही 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 सुधारीत.

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 किनाऱ्याजवळील प्रदेशांच्या हवामानावर तसेच जागतिक हवामानावर होणारा परिणाम, समुद्र व जमीनीवरील वातावरणातील अन्योन्यक्रिया इत्यादी व अशा अनेक विषयांचा सखोल अभ्यास विसाव्या शतकात होऊन समुद्राचे वातावरणीय अभिसरणाच्या व पर्यायाने जागतिक हवामानाच्या दृष्टीकोणातून असलेले महत्त्व बऱ्याच प्रमाणात समजले. समुद्रप्रवाहांच्या स्थितीगतीविषयक संशोधनामुळे वॉलफ्रिड एकमन (१८७४ ते १९५४) यांचे नाव समुद्रशास्त्रामधे अजरामर झाले आहे. समीकरणांच्या साहाय्याने एकमनने वाऱ्यामुळे समुद्रामधील ऊर्ध्व-अधर दिशेत प्रवाह कसे तयार होतात ह्यासंबंधी सिद्धांत मांडला. वाऱ्याचा दाब समुद्रपृष्ठावर अधिक असतो व तो समुद्रामध्ये  जसजसे खोल जावे तसतसा कमी होत जातो. वाऱ्याच्या 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 वाऱ्याच्या दाबावर ठरते. पाण्याच्या पृष्ठापासून जेथे पाण्याच्या प्रवाहाची दिशा उलट होते तोपर्यंतच्या स्तरास 'एकमन स्तर' असे म्हणतात (आकृती ५). एकमनने असे सिद्ध केले की वाऱ्याच्या दाबाचा समुद्रपाण्यावर ऊर्ध्व-अधर दिशेत होणारा परिणाम अक्षांशानुसार बदलतो.

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

दुसऱ्या महायुद्धाच्या काळात क्षेपणास्त्रे घेऊन आकाशात युद्धविमाने उडविणाऱ्या विमानचालकांना प्रथम वातावरणातील जेट प्रवाहांचा शोध लागला. जेट प्रवाह म्हणजे वातावरणाच्या वरच्या स्तरांत वेगाने वाहणारे वारे. ह्या वाऱ्यांचे 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 सुधारीत.

विषुववृत्तीय प्रदेशांमध्ये भूपृष्ठाजवळील वातावरणीय स्तरांमध्ये ईशान्य व अग्नेय व्यापारी वाऱ्यांची 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 असणाऱ्या विविध अभिसरण चक्रांचा, वातावरणीय घटनांचा शोध लागला आणि ह्या घटना का आणि अशा घडतात हे जाणून घेण्यासाठी मोठ्या प्रमाणात संशोधन झाले, होत आहे. ह्यातील काही ठळक घटना म्हणजे एल् निन्यो व ला निन्या (विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराचे तापमान व दाब आणि दक्षिण कंपन ह्याचा दृढसंबंध असल्याने एल निन्यो व दक्षिण कंपन मिळून तयार होणाऱ्या संयुक्त घटनेस एन्सो- ENSO: El Nino - Southern Oscillation- असे म्हटले जाते), द्विवार्षिक कंपने (Quasi Biennial Oscillations), ध्रुवीय कोन(Polar Vortex) , उत्तर अटलांटिक कंपने (North Atlantic Oscillations), आर्क्टिक कंपने (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. ह्या घटनांची तपशीलवार माहिती पुढील काही लेखांमध्ये पाहू.