सूक्ष्मजलवायुविज्ञान

सूक्ष्मजलवायुविज्ञान : दीर्घकालीन सरासरी हवामानाला जलवायुमान आणि त्याविषयीच्या शास्त्राला जलवायुविज्ञान म्हणतात. सूक्ष्मजलवायुविज्ञान ही जलवायुविज्ञानाची एक महत्त्वाची शाखा आहे. भूपृष्ठाची रचना व त्याचा प्रकार, पिके, वनस्पती, जंगले, औद्योगिक कारखाने इत्यादींचा वातावरणावर होणाऱ्या सूक्ष्म परिणामांमुळे भूपृष्ठास लागून असलेल्या वातावरणाच्या खालच्या थरांत तसेच भूपृष्ठाच्या वरच्या पातळ थरात जे जलवायुमान निर्माण होते, त्याचा अभ्यास सूक्ष्मजलवायुविज्ञानात केला जातो. एकीकडे ही भूपृष्ठाची वैशिष्ट्ये आणि दुसरीकडे वातावरणाचा भूपृष्ठास लागून असलेला १०० मी. जाडीचा थर व भूपृष्ठाचा अर्धा ते एक मी. जाडीचा थर, या दोहोंमध्ये अनेक प्रकारच्या परस्परक्रिया होऊन विनिमय होत असल्यामुळे असंख्य प्रकारचे सूक्ष्मजलवायुमान निर्माण होते. मानव व प्राणी यांना या असंख्य सूक्ष्मजलवायुमानांशी जुळवून घ्यावे लागते.

उघड्या व सपाट जमिनीवरील सूक्ष्मजलवायुमान : तापमान : उन्हाळ्यात भूपृष्ठास लागून असलेल्या हवेचे सरासरी मासिक तापमान दुपारी दोनच्या सुमारास सर्वांत जास्त असते आणि वाढत्या उंचीबरोबर ते कमी होत जाते. त्या वेळी उंचीबरोबर होणारा तापमान ऱ्हास (घट) वातावरणाच्या अगदी खालच्या थरांत अत्यंत तीव्र (असंक्रमी तापमान ऱ्हासाच्या मानाने पुष्कळच) असतो. हिवाळ्यातही अशीच परिस्थिती असते परंतु हा तापमान ऱ्हास उन्हाळ्यातील तापमान ऱ्हासापेक्षा कमी असतो. पहाटे परिस्थिती याच्या उलट असते. हिवाळ्यात तसेच उन्हाळ्यात सर्वांत कमी सरासरी मासिक तापमान पहाटे भूपृष्ठाजवळ असते आणि उंचीबरोबर ते वाढते. ढगाळ व पावसाळी महिन्यांत सर्वांत जास्त व सर्वांत कमी सरासरी तापमानांच्या वेळा साधारणपणे निराळ्या असतात आणि भूपृष्ठाजवळील हवेतील तापमान ऱ्हास निराळा असतो. आ. १ मध्ये ईजिप्तमधील वाळवंटी जमिनीवरील १·१, १६·२ व ६१·० मी. उंचीवरील जानेवारी व जुलै महिन्यांचे सरासरी दैनंदिन तापमान (०^० से. मध्ये) दाखविले आहे. ही आकृती डब्ल्यू. डी. फ्लॉवर (१९३७) यांच्या संशोधन पत्रिकेतून घेतलेली आहे. जमिनीच्या खाली सु. ४ मी. खोलीवर हिवाळ्यातील व उन्हाळ्यातील मातीच्या तापमानांतील फरक नगण्य असतो. भूपृष्ठावर तो सर्वांत जास्त असतो.

बाष्प : साधारणपणे बाष्पाचे प्रमाण रात्री भूपृष्ठापासून वाढत्या उंचीबरोबर कमी होत जाते परंतु दिवसा त्यात विशेष फरक आढळत नाही. सरासरी सापेक्ष आर्द्रता वाढत्या उंचीबरोबर कमी होत जाते. भूपृष्ठाखाली मातीतील बाष्पाचे प्रमाण खोलीबरोबर कमी होते.

वारा : भूपृष्ठावर घर्षण सर्वांत जास्त असल्यामुळे भूपृष्ठालगतच्या वाऱ्याची गती रात्री सर्वांत कमी असते आणि उंचीबरोबर ती वाढत जाते. दिवसा संनयनामुळे (अभिसरणामुळे) खालची हवा वर जाते आणि वरची हवा खाली येते. अशा प्रकारे खालचे वातावरण ढवळले जाते. त्यामुळे उंचीबरोबर वाऱ्याच्या गतीमध्ये विशेष फरक आढळत नाही. उंचीबरोबर बाऱ्यात होणारा बदल साधारणपणे ^du/_dz = cz^-β या  समीकरणाप्रमाणे होतो. येथे u वाऱ्याची गती, z उंची, c एक स्थिरांक असून β चे मूल्य तापमानीय रचनेवर अवलंबून असते. उंचीबरोबर तापमानात होणारा ऱ्हास असंक्रमी असेल, तर β चे मूल्य एक राहील.

भूपृष्ठ रचनेचा परिणाम : भूपृष्ठ फार ओबडधोबड असेल आणि वनस्पतीविरहित असेल, तर भूपृष्ठांचे तापमान आणि त्यावरील हवेचे सरासरी तापमान व आर्द्रता अगदी जवळच्या दोन ठिकाणी बरीच भिन्न असतील. सर्व बाजूंना पहाड असतील, तर साधारणपणे खोऱ्यातील सरासरी किमान तापमान सर्वांत कमी आणि कमाल तापमान सर्वांत जास्त राहील. त्याचप्रमाणे रात्री वारा पहाडावरून खाली खोऱ्याकडे वाहतो, तर दिवसा तो खोऱ्यातून पहाडाकडे वाहतो.

भूपृष्ठ प्रकाराचा परिणाम : भूपृष्ठ कोणत्या प्रकारचे आहे यावर तापमान अवलंबून असते. कमाल व किमान तापमानांतील फरक भूपृष्ठावर सर्वांत जास्त असतो परंतु प्रत्यक्ष भूपृष्ठावर तापमान मापन बरेच कठीण असते. निरनिराळ्या प्रकारच्या भूपृष्ठांखाली एक सेंमी. खोलीवर केलेल्या तापमान मापनाच्या आधारे प्राप्त झालेली माहिती पुढील कोष्टकात दिली आहे.

ही माहिती एन्. के. जॉन्सन आणि ई. एल्. डेव्हीस (१९२७) यांच्या संशोधन पत्रिकेतून घेतली आहे. या माहितीवरून असे दिसून येईल की, वातावरणाच्या अगदी खालच्या थरात (एक मी. जाडीचा थर) असणारे तापमान उन्हाळ्याच्या महिन्यांत  भूपृष्ठाच्या प्रकारावर अवलंबून असते.

वनस्पतीने आच्छादिलेले भूपृष्ठ : वनस्पतीच्या सलग आच्छादनामुळे वातावरणाच्या खालच्या थरात बरीच जागा व्यापली जाते. भूपृष्ठ व वातावरण यांमध्ये वनस्पतीचा संक्रमण पट्टा असतो. वनस्पतीची पाने व फांद्या घन पदार्थाप्रमाणे प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा) शोषण, प्रारण उत्सर्जन, बाष्पीभवन, आसपासच्या हवेशी उष्णता-विनिमय इ. क्रिया करतात. वनस्पती आच्छादनात हवा मोकळेपणाने संचरते. अशा प्रकारे वनस्पती जमिनीलगतच्या हवेच्या थरात एक नवीन घटक म्हणून निर्माण होते. वनस्पतीच्या वाढीबरोबर या घटकाच्या आकार व आकारमानात बदल होत जातो तसेच हवेच्या खालच्या थरात होणाऱ्या क्रियांतही बदल होत जातो. त्यामुळे वनस्पतिनिर्मित सूक्ष्मजलवायुस्थितीतही बदल होत जातो.

हिरवळीवर तापमान कमी व आर्द्रता जास्त आढळते परंतु त्याच ठिकाणी थोड्या उंचीवर तापमान जास्त व आर्द्रता कमी आढळते. तसेच १ ते १·५ मी. उंचीच्या हिरव्या पिकातील तापमान आसपासच्या हवेच्या तापमानापेक्षा कमी आणि आर्द्रता जास्त असते परंतु याच उंचीच्या वाळलेल्या पिकांत तापमानीय परिस्थिती उलट असते. ३ ते ४ मी. उंचीच्या उसात जमीन ओली असल्यामुळे आणि उसाच्या पानांच्या सावलीमुळे जमीन नेहमी थंड असते. त्यामुळे रात्री तापमान पानांच्या उंचीपर्यंत वाढत जाते परंतु त्यापेक्षा जास्त उंचीवर बाहेरील हवेशी संबंध आल्यामुळे तापमान कमी होते. दिवसा पानांच्या उंचीपर्यंत ते हळूहळू वाढते व नंतर ते झपाट्याने वाढते. सूर्यप्रकाश, जमिनीतील बाष्प व पाऊस यांचा उपयोग करून तसेच वातावरणाशी होणाऱ्या प्रक्रियेत सहभागी होऊन प्रत्येक प्रकारचे पीक एक विशिष्ट सूक्ष्मजलवायुमान निर्माण करते. कृषीच्या दृष्टीने अशा सूक्ष्मजलवायुमानांचा अभ्यास फार महत्त्वपूर्ण आहे.

जंगलांचा परिणाम : एका ठराविक उंचीवर झाडांच्या पानांमुळे भूपृष्ठ जवळजवळ पूर्णपणे झाकले जाते. त्यामुळे वातावरणाचे दोन भाग निर्माण होतात. पहिला भाग पानांच्या दाट आच्छादनाखाली असतो. या भागात बहुधा झाडांचे बुंधेच असतात. दुसरा भाग पानांच्या आच्छादनाच्या वर असतो. पहिल्या भागात सौर प्रारणाचा शिरकाव बऱ्याच कमी प्रमाणात होतो. जमिनीपासून उत्सर्जित होणारे प्रारण कमी प्रमाणात अवकाशात जाते त्यामुळे हवेचा संचार मुक्तपणे होत नाही. याच्या उलट परिस्थिती वृक्षांच्या माथ्यावर असते. माथ्यावर सौर प्रारण मोठ्या प्रमाणात प्राप्त होते. पालवीपृष्ठापासून उत्सर्जित होणारे दीर्घ तरंग प्रारण बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात अवकाशात जाते आणि पालवीपृष्ठाच्या वर हवेचा मुक्तपणे संचार होतो. यामुळे दिवसा तापमान पालवीपृष्ठाच्या खालच्या भागात कमी असते आणि वरील भागात ते जास्त असते. रात्री तापमान पालवीपृष्ठावरील भागात खालील भागापेक्षा कमी असते.

आ. २ मध्ये जर्मनीतील तरुण देवदार वृक्षांच्या जंगलातील निरनिराळ्या उंचीवरील प्रारणाचे दैनंदिन संतुलन (लघुतरंग सौर प्रारण उणे दीर्घतरंग प्रारण) दाखविले आहे. ही आकृती बोगार्टनर यांच्या संशोधन पत्रिकेतून घेतलेली असून उन्हाळ्यात (२९ जून ते ७ जुलै) या काळात हवा कोरडी असताना घेतलेल्या निरीक्षणांवर आधारलेली आहे. साधारणपणे ०·२ मी. हे जवळजवळ जंगलांचे भूपृष्ठ, ३ मी. हा बुंध्याचा भाग, ४ मी.ला वृक्षांच्या पानांची सुरुवात, ५ मी.ला वृक्षांचा माथा, १० मी. जंगलाच्या माथ्याच्या वर मोकळ्या वातावरणात याप्रमाणे या पाच उंचींवरील सरासरी प्रारण संतुलन आकृतीमध्ये दाखविले आहे. या आकृतीवरून दिसून येते की, दिवसा ५ मी. व १० मी. उंचींवरील प्रारण संतुलनातील फरक फार थोडा आहे. परंतु जशी उंची कमी होत जाते तसे प्रारण संतुलनाचे प्रमाण कमी होत जाते आणि शेवटी ३ मी. व ०·२ मी. या दोन उंचींवरील प्रारण संतुलनात फारच थोडा फरक असतो. रात्री ५ मी. व १० मी. उंचींवरील प्रारण संतुलन सारखेच असते आणि यांत व इतर उंचीवरील प्रारण संतुलनातील फरक दिवसाच्या मानाने बराच कमी असतो.

वाऱ्याची गती वृक्षांच्या माथ्यापर्यंत बरीच कमी असते परंतु माथ्याच्या वर उंचीबरोबर ती झपाट्याने वाढते. साधारणपणे वृक्षाच्या माथ्यापर्यंत बाष्पाचे प्रमाण जास्त असते आणि माथ्याच्या वर ते झपाट्याने घटते.

कारखान्यांचा परिणाम : यामुळे ‘उष्णता बेटाची’ निर्मिती होते. हे उष्णता बेट शहरातील कारखान्यांचा भाग आणि त्याच्या आसपासचा काही प्रदेश या क्षेत्रांवर निर्माण होते. या क्षेत्रांवरील तापमान जवळच्या ग्रामीण क्षेत्रातील तापमानापेक्षा जास्त असते. विशेषतः रात्री ते बरेच जास्त असते. शहरातील वाऱ्याची गती जवळच्या ग्रामीण भागातील वाऱ्याच्या गतीपेक्षा कमी असते.

सूक्ष्मजलवायुस्थितीत करता येणारे कृत्रिम बदल : (अ) जमिनीचा रंग बदलून तापमान कमी-जास्त करता येते. पांढऱ्या रंगाचा पदार्थ वापरून तापमान कमी केले जाते आणि काळ्या पदार्थाने तापमान जास्त केले जाते. (आ) जमिनीला पाणी देऊन तिचे तापमान उन्हाळ्यात कमी करता येते आणि हिवाळ्यात तापमान किमान तापमानाच्या वर ठेवता येते. याचा उपयोग हिवाळ्यात गारठ्यापासून फळबागांचे संरक्षण करण्यासाठी केला जातो. (इ) जमिनीवर वनस्पतीचे प्रमाण वाढवून तापमानातील वाढ वा घट रोखता येते. (ई) हिवाळ्यात शेतात अगर फळबागेत धुम्या पेटवून तापमान वाढविता येते. (उ) एखाद्या भागातील वाऱ्याची तीव्र गती त्या भागाच्या आसपास झाडे लावून बरीच कमी करता येते. (ऊ) ठराविक गुणधर्मांचे ढग असतात, परंतु पाऊस पडत नाही अशी परिस्थिती असेल, तर लहानशा क्षेत्रावर ढगांचे बीजारोपण करून पावसाचे प्रमाण वाढविता येते. (ए) विशिष्ट द्रवाचा अगदी बारीक थर पाण्याच्या पृष्ठावर पसरवून पाण्याच्या साठ्याच्या बाष्पीभवनाचा वेग कमी करता येतो.

पहा : कृषि वातावरणविज्ञान; जलवायुविज्ञान; जीवजलवायुविज्ञान; वातावरणविज्ञान; सूक्ष्मवातावरणविज्ञान; हवामानाचे रूपांतरण.

संदर्भ : 1. Geiger, R. The Climate near the Ground, Cambridge, 1965.

2. Rosenberg, N. J.; Blad, B. L.; Verma, S. B. Micro-climate : The Biological Environment, New York, 1983.

मुळे, दि. आ.; गद्रे, कृ. म.