वातावरणविज्ञान : पृथ्वीचे वातावरण, त्याची भौतिकी, गतिकी, ऊष्मागतिकी, तसेच त्यात निर्माण होणाऱ्या दाब प्रणाली, विविध वातावरणीय आविष्कार आणि हवामान यांच्या अभ्यासाचा प्रामुख्याने वातावरणविज्ञानात समावेश केला जातो. वातावरणविज्ञान हा ⇨ भूभौतिकीचा एक महत्त्वाचा विभाग आहे. प्रारण (तरंगरूपी ऊर्जा), वाऱ्यांची दिशा व वेग, हवेचा दाब व तापमान, ढग व त्यांची उंची, प्रकार व प्रमाण, आर्द्रता, दृश्यमानता, वर्षण, वातावरणातील हवामानाचा आविष्कार (विद्यमान व गतकालीन), तसेच निरनिराळ्या उंचीवरील तापमान, आर्द्रता आणि वाऱ्याची दिशा व गती हे हवामानाचे महत्त्वाचे घटक आहेत. यांत सातत्याने बदल होतात तसेच परस्परांत क्रिया-प्रक्रियाही होत असतात. कोणत्याही एखाद्या वेळी असलेल्या वातावरणाच्या स्थितीस त्या वेळचे हवामान असे म्हणतात. वर्षण, हिमवर्षाव, गडगडाटी वादळ, गारांचा पाऊस, वीज, धुळी वादळ, चंडवात, घूर्णवाती वादळ, धुके, स्त्रोत वारा इ. वातावरणात निर्माण होणारे प्रमुख आविष्कार आहेत. काही क्षेत्रांवर हवेच्या दाबाचे प्रमाण कमी होऊन न्यून दाब आणि चक्री वादळ अशा नीच दाब प्रणाली निर्माण होतात. तसेच दाबाचे प्रमाण वाढून काही क्षेत्रांवर उच्च दाब प्रणाली निर्माण होतात. वातावरणातील विविध आविष्कार, प्रारणांचे परिणाम, निर्माण होणाऱ्या दाब प्रणाली, त्यांचे गमन मार्ग व त्यांच्या तीव्रतेत होणारे बदल व हवामानातील बदल यांचा वातावरणविज्ञानात अभ्यास केला जातो. उच्च वातावरणीय थरांत घडणाऱ्या प्रकाशरासायनिक [⟶ प्रकाशरसायनशास्त्र] आणि ⇨ चुंबकीय द्रवगतिकीय प्रक्रियांचा भौतिक घटनांवर पडणारा प्रभाव, क्षोभावरणातील (वातावरणाच्या खालच्या १०-१५ किमी. जाडीच्या थरातील) घटनांचे वातावरण ध्वनिकी [⟶ ध्वनिकी], ⇨ वातावरणीय विद्युत् व रेडिओ तरंग प्रसारण यांवर होणारे परिणाम यांचाही वातावरणविज्ञानात अभ्यास केला जातो. सौर प्रारणात होणारे महत्त्वाचे बदल, त्यांचा उच्च वातावरणातील स्थितीवर होणारा परिणाम व त्या परिणामामुळे क्षोभावरणात होणारे बदल यांचाही वातावरणविज्ञानात अभ्यास करण्यास सुरुवात झालेली आहे.
मराठी विश्वकोशात वातावरणविज्ञानातील विविध विषयांवर स्वतंत्र नोंदी आलेल्या आहेत. यांपैकी काही महत्त्वाचे विषय असे आहेत : आयनांबर, आर्द्रता, उच्चतर वातावरणविज्ञान, उष्ण कटिबंधी वातावरणविज्ञान, ऋतू, औद्योगिक, वातावरणविज्ञान, कृषी वातावरणविज्ञान, चक्रवात, जलवायुविज्ञान, जलीय वातावरणविज्ञान, जागतिक हवामान निरीक्षण योजना, जीवजलवायुविज्ञान, जीवावरण, ध्रुवीय वातावरणविज्ञान, नाविक वातावरणविज्ञान, पुराजलवायुविज्ञान, रडार वातावरणविज्ञान, वर्षण, वातावरण, वादळ, वारे, ‘वेधशाहा, वातावरणविज्ञानीय’, वैमानिकीय वातावरणविज्ञान, सूक्ष्म जलवायुविज्ञान, सूक्ष्म वातावरणविज्ञान, हवामान, हवामानाचा अंदाज व पूर्वकथन वगैरे. यांशिवाय निरनिराळे वातावरणीय आविष्कार व गुणधर्म, वाऱ्यांचे व वादळांचे निरनिराळे प्रकार यांच्यावरही स्वतंत्र नोंदी आहेत. तसेच ‘उपग्रह, कृत्रिम’, ‘महासागर व महासागरविज्ञान’, ‘पृथ्वी’ इ. नोंदींमध्ये वातावरणविज्ञानाशी निगडित माहिती आलेली आहे.
प्रस्तुत नोंदीत इतिहास, शाखा, संघटन व तापमानीय संरचना, प्रारण, संद्रवण, जलबाष्प चक्र, दैनंदिन निरीक्षण, नकाशे व त्यांचे विश्लेषण, सर्वसाधारण अभिसरण, गतिकी, मानवाच्या दृष्टीने उपयोग, संस्था व संघटना, शिक्षण आणि नियतकालिके व मुद्यांना धरून वातावरणविज्ञानाचे विवेचन केले आहे. वातावरणविज्ञानाचा एकूण सर्वसाधारण इतिहास येथे दिला आहे. विविध शाखांवरच्या नोंदीत त्या त्या शाखेचा इतिहास आलेला आहे.
इतिहास : फार पूर्वीपासून वातावरणातील विनाशकारी आविष्कार म्हणजे दैवी कोप असे मानव मानत असे आणि हा कोप होऊ नये ह्याकरिता तो देवदेवतांची पूजा करी तसेच यज्ञयाग व प्रार्थना करी. हळूहळू मानवी संस्कृतीचा विकास होऊन हवामानाची निरीक्षण घेणे आणि वातावरणाचा अभ्यास यांस चालना मिळाली. वातावरणविज्ञानाचे विवेचन असलेला पहिला ग्रंथ ॲरिस्टॉअल (इ.स.पू. ३८४-३२२) यांनी मिटिऑरॉलॉजिका या नावाने प्रसिद्ध केला. त्यांचे शिष्य थीओफ्रॅस्टस यांनी ‘वारा आणि हवामानाची अभिलक्षणे’ या विषयावर अनेक प्रबंध लिहिले. नंतरच्या २०० वर्षात वातावरणविज्ञानावर अनेक पुस्तके लिहिली गेली परंतु हे लेखन डोळ्यांनी केलेल्या निरीक्षणांवरच आधारित असून व्यक्तिनिष्ठ होते. त्यामुळे महत्त्वपूर्ण ज्ञानाची भर पडली नाही पण सतराव्या शतकाच्या सुरुवातीपासून शास्त्रज्ञांनी वातावरणीय घटकांचे विश्वासार्ह मापन करण्याच्या पद्धती अंमलात आणल्या आणि अनेक प्रकारची उपकरणे तयार केली. निरनिराळ्या संकल्पना, सिद्धांत व परिकल्पना मांडण्यात आल्या. गणित, भौतिकी व रसायन या शास्त्रांतील प्रगतीची वातावरणविज्ञानाच्या अभ्यासास बरीच मदत झाली. गॅलिलीओ यांनी पहिला तापमापक १६०७ साली तयार केला. एव्हांजेलिस्ता टोरिचेल्ली यांनी पहिला वायुदाबमापक १९४३ साली तयार केला. चार्ल्‌स बॉइल यांनी १६५९ मध्ये वायुदाब P, घनफळ V, निरपेक्ष तापमान T यांच्यातील सहसंबंध दाखविणारे सूत्र (PV = RT) प्रस्थापित केले. १७३५ साली जॉर्ज हॅड्ली यांनी व्यापारी वाऱ्यासंबंधी प्रबंध सादर केला. आंत्वान लव्हॉयझर यांनी १७८३ मध्ये वातावरणीय हवेचे खरे स्वरूप व संघटन सिद्ध करण्याचा प्रयत्न केला. १८०० साली जॉन डाल्टन यांनी काही उपयुक्त सिद्धांत सुचविले.
एकोणिसाव्या शतकात अनेक ठिकाणी वातावरणविज्ञानीय वेधशाळांनी स्थापना होऊन वातावरणीय घटकांची नियमितपणे आणि पद्धतशीर निरीक्षणे घेण्यास सुरुवात झाली. तारायंत्रविद्या १८६० च्या सुमारास प्रचारात आली त्यामुळे केंद्रीय कार्यालयात ही निरीक्षणे लवकर उपलब्ध करणे शक्य झाले. तेव्हापासून निरीक्षणांतील माहिती नकाशावर निरीक्षणस्थलाजवळ लिहिली जाऊ लागली. अशा प्रकारे तयार केलेल्या ⇨हवामान नकाशाचे विश्लेषण करून वातावरणाच्या त्या वेळेच्या स्थितीसंबंधी शास्त्रज्ञांना माहिती मिळू शकली. चालू स्थिती आणि पूर्वीची स्थिती यांचा सूक्ष्म अभ्यास करून या दोहोंत महत्त्वाचा फरक कोणत्या क्षेत्रांवर आणि कोणत्या बाबतीत झाला आहे, तसेच न्यून दाब (कमी दाबाची) क्षेत्रे कोणत्या दिशेकडे आणि किती वेगाने सरकत आहेत, हे शास्त्रज्ञांस कळू लागले. शास्त्रज्ञ या माहितीच्या आधारे जहाजांस तारा पाठवून चक्री वादळ सध्या कोठे आहे आणि कोणीकडे आणि किती वेगाने सरकत आहे यांसंबंधी संदेश पाठवू लागले. या माहितीचा उपयोग करून जहाजचालक चक्री वादळापासून बचाव करण्याचा मार्ग निश्चित करू शकले. याशिवाय वातावरणविज्ञ पुढील दिवसाच्या हवामानाचा अंदाज वर्तवू लागले. १८६० ते १९५० या काळात वेधशाळांचे जाळे दाट होऊन ते सर्व खंडांवर पसरले. त्यानंतर वेधशाळांची संख्या बरीच वाढली.
वातावरणास राष्ट्रीय सीमा नाहीत हे लक्षात घेऊन अनेक देशांनी १८७३ मध्ये व्हिएन्ना (ऑस्ट्रिया) येथे आंतरराष्ट्रीय वातावरणविज्ञान संघटना स्थापन केली. या संघटनेने हवामानाची निरीक्षणे शास्त्रशुद्ध पद्धतीने घेणे, योग्य उपकरणे वापरणे, प्रमाण उपकरणांशी तुलना करून वापरात असलेल्या उपकरणांत किती त्रुटी आहे हे निश्चित करणे यांसंबंधी नियम घालून दिले. बरेच देश या संघटनेचे सभासद झाले. त्यामुळे घालून दिलेल्या पद्धतीने आणि योग्य उपकरणांच्या साहाय्याने निरीक्षणे घेण्यात येऊ लागली. स्मिथसोनियन संस्था (वॉशिंग्टन डी.सी) या संस्थेने १९२० च्या आधीची सर्व निरीक्षणे आणि १९२१-३०, १९३१-४०, १९४१-५० या काळातील निरीक्षणे गोळा करून निरीक्षणांचे ४ ग्रंथ प्रकाशित करून फार मौलिक कामगिरी केली. हवामानाचे नकाशेही काही देशांत प्रकाशित करण्यात आले. त्यामुळे वातावरणविज्ञानाच्या अभ्यासाला चालना व गती मिळाली.
इ.स. १९०० पर्यंत फक्त भूपृष्ठभागावरूनच निरीक्षणे घेतली जात असत पण त्यानंतर हायड्रोजनाने भरलेले फुगे हवेत पाठवून जमिनीवरील थिओडोलाइटच्या मदतीने त्यांचे मार्गनिरीक्षण करून वातावरणातील निरनिराळ्या उंचींवरील वाऱ्याची दिशा आणि गती यांचे मापन करण्यास सुरुवात झाली. आणखी काही वर्षानंतर हायड्रोजनाने भरलेल्या मोठ्या फुग्यांबरोबर २०-३० किमी. उंचीपर्यंत दाबमापक, तापमापक आणि आर्द्रतामापक पाठवून वातावरणातील निरनिराळ्या उंचीवरील हवेचा दाब, तापमान व आर्द्रता मापण्यात येऊ लागली. या मापकांनी तयार केलेला आलेख फुगा फुटल्यावर जमिनीवर पडतो. तो आलेख मिळाल्यावर त्यावरून निरनिराळ्या उंचीवरील हवेचा दाब, तापमान व आर्द्रता यांसंबंधीची त्या वेळेची माहिती मिळते. दुसऱ्या महायुद्धानंतर फुग्याबरोबर जोडलेल्या रेडिओ प्रेषकाने पाठविलेले हवेचा दाब, तापमान व आर्द्रता यांसबंधीचे संकेत रेडिओ ग्राहीद्वारे मिळून लगेच हवेचा दाब, तापमान व आर्द्रता यांसंबंधी माहिती मिळू लागली. त्याशिवाय रडारच्या साहाय्याने निरनिराळ्या उंचीवरील वाऱ्यांची दिशा व गती प्राप्त होऊ लागली. १९५० नंतर निरनिराळ्या उंचीवरील तापमान व वारा यांची विमान चालकांनी घेतलेली निरीक्षणे उपलब्ध होऊ लागली. १९६० नंतर रॉकेटद्वारे जास्त उंचीपर्यंत तापमान व वारे यांसंबंधी माहिती मिळू लागली. दुसऱ्या महायुद्धात लागलेला एक महत्त्वाचा शोध म्हणजे वातावरणातील स्त्रोतवारे [अधिक संथपणे वाहणारे प्रवाह ज्याच्या दोन्ही बाजूंस आहेत असे सापेक्षतः अरुंद व जोराने वाहणारे वारे ⟶ स्त्रोतवारे] हा होय. लढाईच्या काळात अमेरिकेचे वैमानिक पॅसिफिक महासागर ओलांडून १० किमी. उंचीवरून जपानवर बाँब टाकण्यासाठी पूर्वेकडून जपानजवळ जाण्याचा प्रयत्न करूनही जमिनीच्या सापेक्षतेने विमाने स्थिर होती. त्यावरून त्यांनी अनुमान काढले की, विमानाच्या उंचीवर पश्चिमेकडून पूर्वेकडे वाहणारे वारे विमानाच्याच गतीने वाहत आहेत. नंतरच्या संशोधनावरून स्त्रोतवाऱ्यासंबंधी बरची माहिती मिळून हे समजले की, सर्वांत गतिमान स्त्रोतवारे सु. १०-१२ किमी. उंचीवर जपानजवळ असतात.
पहिल्या महायुद्धाच्या अखेरीस व्ही. ब्यर्कनेस, एच्. सोलबर्ग, टी. बर्गेरॉन इ. वातावरणविज्ञांच्या गटाने नॉर्वेतील बर्गेन येथे संशोधन केंद्र स्थापन करून अनेक वातावरण निरीक्षणे मिळविली आणि ध्रुवीय सीमापृष्ठावर [भिन्न घनता किंवा तापमान असणाऱ्या वायुराशींना विभागणाऱ्या वातावरणातील पृष्ठभागावर ⟶ सीमापृष्ठ] निर्माण होणाऱ्या समशीतोष्ण कटिबंधीय न्यूनदाब क्षेत्रांच्या संरचनेचा सखोल अभ्याल केला. त्यांनी हे सिद्ध केले की, अशा क्षेत्रांत शीत आणि उष्ण अशी दोन सीमापृष्ठे निगडित असतात. शीत व उष्ण सीमापृष्ठांशी निगडित असलेले मेघ, वारे व हवामानाचे आविष्कार यांसंबंधी विस्तृत माहिती या शास्त्रज्ञांनी उपलब्ध करून दिली. [→ सीमापृष्ठ].
व्ही. ब्यर्कनेस यांनी १९०४ साली सर्वात प्रथम प्रतिपादन केले की, वातावरणाची गती, ऊष्मागतिकी, द्रवस्थितिकी यांसंबंधीची तसेच वस्तुमान सातत्यासंबंधीची अवकल समीकरणे [⟶ अवकलन व समाकलन] सोडवून हवामानाचे पूर्वकथन शक्य आहे. अर्थात ही समीकरणे आकडेमोडी करूनच सोडविली जाऊ शकतात, त्यानंतर १९२० मध्ये ब्रिटिश शास्त्रज्ञ एल्. एफ्. रिचर्डसन यांनी ही समीकरणे आकडेमोडीने सोडविण्याचा एक प्रयोग केला. पश्चिम यूरोपवरील एका विशिष्ट वेळेच्या हवेच्या दाबापासून सुरुवात करून आणि समीकरणे आकडेमोडीने सोडविण्यासाठी अनेकांची मदत घेऊन सहा तासानंतर पश्चिम यूरोपवर हवेचा दाब निरनिराळ्या ठिकाणी किती राहील हे काढले. सहा तासांनंतर निरनिराळ्या ठिकाणी असलेल्या हवेच्या दाबाची जेव्हा त्यांनी पूर्वकथित दाबाशी तुलना केली तेव्हा त्यांना कळून आले की, हा प्रयोग पूर्णपणे अयशस्वी झाला आहे. यानंतर केलेल्या गणिती संशोधनावरून कळून आले की, रिचर्डसन यांची एक मोठी चूक झाली होती. त्यांच्या प्रयोगात दोन बिंदूंमधील जे अंतर होते त्याकरिता सहा तासांचे कालावधीचे टप्पे फारच मोठे होते. काही सेकंदांच्या कालावधीचे अनेक टप्पे घेऊन अनेक समीकरणे सोडवून सहा तासांनंतरचा हवेचा दाब संगणन करणे आवश्यक होते. त्यामुळे आकडेमोडीने पूर्वकथन करण्यासाठी सामर्थ्यशाली संगणकाचा विकास होईपर्यंत थांबणे आवश्यक होते. १९५० नंतर संगणकाच्या निर्मितीस सुरुवात झाली. प्रारंभी त्यांची स्मृती आणि आकडेमोडीची गती कमी होती पण हळूहळू ह्या दोन्हीही बाबतींत बरीच प्रगती झाली. १९९० नंतर अस्तित्वात असलेल्या संगणकांची स्मृती आणि गती इतकी अफाट आहे की, त्यामुळे पृथ्वीच्या संपूर्ण वातावरणासंबंधी पूर्वकथन करणे शक्य झाले आहे. इतकेच नव्हे, तर वातावरणाच्या विकसित केलेल्या प्रतिकृतीच्या साहाय्याने जलवायुविज्ञानीय (दीर्घकालीन सरासरी हवामानाचा) अभ्यास करण्यासाठी प्रचलित शक्तिमान संगणकाचा उपयोग केला जात आहे. १९७० नंतर वातावरणविज्ञांनी प्रतिकृतीचा विकास करण्याच्या कार्यात बरीच प्रगती केली आहे. प्रचलित प्रतिकृतीत वातावरणात घडणाऱ्या बऱ्याच प्रक्रियांचा समावेश केलेला आहे.
निरनिराळ्या शाखा : वातावरणविज्ञानाच्या पाच प्रमुख शाखा आहेत : (१) भौतिकीय वातावरणविज्ञान : यामध्ये प्रारण (सौर व पार्थिव), प्रारण प्रक्रिया, वातावरणाचे ऊष्मीय अंदाजपत्रक, ढग आणि वर्षणनिर्मिती, प्रकीर्णन (विखुरणे), प्रणमन (एका माध्यमातून दुसऱ्यात जाताना प्रकाशाच्या दिशेत होणारा बदल) व विवर्तन (प्रकाशतरंगांच्या तीव्रतेचे अवकाशात फेरवाटप होणे) यांमुळे होणारे वातावरणातील आविष्कार, उच्च वातावरणाचे भौतिक गुणधर्म, वातावरणाचे संघटन व संरचना यांच्या अभ्यासाचा समावेश होतो. (२) गतिकीय वातावरणविज्ञान : यात मूलभूत अक्षय्यता नियम, हवेच्या गतीसंबंधी समीकरण, वातावरणीय ऊष्मागतिकी, पृथ्वीलगतचा हवेचा थर, हवामानाच्या नकाशात आढळणाऱ्या दाबप्रणालीची गतिकी, वातावरणीय स्पंदन, संख्यात्मक हवामान पूर्वकथन, प्रतिकृतीद्वारे वातावरणाचा शास्त्रीय निर्णयाला अनुरूप असा अभ्यास आणि स्तरावरणाची गतिकी यांचा समावेश होतो. (३) निरीक्षणाधारित वातावरणविज्ञान : रोज काही ठराविक वेळी वेधशाळेत नियमितपणे घेतलेली निरीक्षणे व त्यांच्यावरून तयार केलेले हवामानाचे नकाशे, या नकाशांच्या आधारे वातावरणातील दाबप्रणालींची उत्क्रांती (क्रमाने होत जाणारा विकास) व गती, हवामानाचे आविष्कार यांचा अभ्यास केला जातो. (४) जलवायुविज्ञान : यात होणारे निरनिराळ्या कालावधींतील बदल, तसेच वातावरणीय घटकांची व आविष्कारांची वारंवारता यांचा सखोल विचार केला जातो. [⟶ जलवायुविज्ञान]. (५) जलीय वातावरणविज्ञान : यात वातावरणीय जलबाष्पचक्र (बाष्पीभवन-संद्रवण म्हणजे वाफेचे पाण्यात रूपांतर-मेघनिर्मिती–वर्षण–समुद्राकडे पाणलोट–बाष्पीभवन), निरनिराळ्या आकारमानांच्या क्षेत्रांवरील निरनिराळ्या कालावधींकरिता कमाल वर्षणाचा संभव, वर्षणाच्या प्रतिकृती यांचा समावेश होतो. [⟶ जलीय वातावरणविज्ञान].
यांशिवाय वातावरणविज्ञानाच्या इतर अनेक प्रकारच्या शाखा आहेत. पहिल्या प्रकारात वातावरणाच्या काही विशिष्ट भागांचा सखोल अभ्यास केला जातो. दुसऱ्या प्रकारात काही ठराविक उपकरणांच्या साहाय्याने अथवा एका ठराविक पद्धतीने वातावरणाचे ज्ञान प्राप्त केले जाते. तिसऱ्या प्रकारात काही विशिष्ट मानवी उद्योगांसाठी अथवा जीवसृष्टीसाठी आवश्यक असणाऱ्या वातावरणाच्या ज्ञानासंबंधी अभ्यास केला जातो. पहिल्या प्रकारात उष्ण कटिबंधी (अक्षांश सु. ३० उ. ते ३० द.) वातावरणविज्ञान [⟶ उष्ण कटिबंधी वातावरणविज्ञान], सूक्ष्म वातावरणविज्ञान [पृथ्वीपृष्ठालगतच्या वातावरणाच्या थरांसंबंधी अभ्यास ⟶ सूक्ष्म वातावरणविज्ञान], ध्रुवीय (अक्षांश सु. ७० ते ध्रुव) वातावरणविज्ञान [⟶ ध्रुवीय वातावरणविज्ञान], ⇨ उच्चतर वातावरणविज्ञान यांचा समावेश होतो. दुसऱ्या प्रकारात रॉकेट वातावरणविज्ञान [⟶ रॉकेट], ⇨ रडार वातावरणविज्ञान, उपग्रह वातावरणविज्ञान [⟶ उपग्रह, कृत्रिम], सांख्यिकीय वातावरणविज्ञान (संख्याशास्त्राच्या आधारे वातावरणाचा अभ्यास) यांचा समावेश होतो. तिसऱ्या प्रकारात ⇨ वैमानिकीय वातावरणविज्ञान, ⇨ कृषी वातावरणविज्ञान, ⇨ औद्योगिक वातावरणविज्ञान, ⇨ नाविक वातावरणविज्ञान व जीववातावरणविज्ञान [⟶ जीवावरण] या शाखांचा समावेश होतो.
वातावरणाचे संघटन आणि तापमानिक संरचना : पृथ्वीचे वातावरण अनेक वायूंचे मिश्रण आहे व त्याची संरचना वैशिष्ट्यपूर्ण आहे.
शुष्क हवेचे संघटन : १०० किमी. उंचीपर्यंत वातावरणात निरनिराळ्या वायूंचे प्रमाण स्थिर असते. आकारमानाच्या दृष्टीने त्यांचे शेकडा प्रमाण असे आहे : नायट्रोजन (७८.०९), ऑक्सिजन (२०.९५), आर्‌गॉन (०.९३), कार्बन डाय-ऑक्साइड (०.०३ बदलते), निऑन (०.००२), हीलियम (०.०००५).
या मिश्रणाचा रेणुभार साधारणपणे २८.९७ आहे. १०० किमी. उंचीपर्यंत वातावरणाचे थर ढवळले जात असल्यामुळे हवेच्या घटकांचे प्रमाण जवळजवळ स्थिर असते, म्हणून ह्या थरांस समांगावरण असे म्हणतात. पृथ्वीपासून उत्सर्जित होणारे दीर्घ तरंगलांबीचे प्रारण म्हणजे पार्थिव प्रारण वातावरणातील जलबाष्पाकडून शोषिले जाते. त्यामुळे वातावरणातील तापमानावर नियंत्रण राहते. अशा प्रकारे हा घटक वातावरणाचा हरितगृह परिणाम निर्माण करतो.
सुमारे ६० किमी. उंचीनंतर सौर प्रारणातील जंबुपार (दृश्य वर्णपटातील जांभळ्या रंगापलीकडील अदृश्य प्रारणाच्या) भागाची तीव्रता बरीच असल्यामुळे विविध प्रकारच्या वायुरेणूंचे विदलन (दुसऱ्या पदार्थाशी टक्कर होऊन किंवा विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे शोषण होऊन रेणूचे दोन वा अधिक खंडांत – अणू, आयन, अणुगट यांत-विभाजन) होऊन आयन (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट) निर्माण होतात. ऑक्सिजन वायुरेणूंचे विदलन होऊन ओझोन वायू निर्माण होतो. ओझोन हा अत्यल्प प्रमाणात (०.० ते ०.०१%) आढळणारा घटक असून त्याचे महत्तम प्रमाण सु. २५ किमी. उंचीवर आढळते. ओझोनामुळे सौर प्रारणातील जंबुपार भाग शोषून घेतला जाऊन पृथ्वीवरील जीवसृष्टीचे हानिकारक जंबुपार प्रारणापासून रक्षण होते.
सुमारे १०० ते ८०० किमी. उंचीच्या थरात भिन्न पातळ्यांवर विशिष्ट घटक वायूंच्या आयनांचे प्रमाणाधिक्य आढळते. हलक्या घटक वायूचे प्रमाण उंचीप्रमाणे वाढत जाते. ह्या थरास विषमांगावरण असे म्हणतात. ८०० किमी. उंचीनंतर हायड्रोजनाच्या आयनांच्या संख्येत लक्षणीय वाढ होते. ८०० किमी. नंतरच्या थरास बाह्यावरण म्हणतात.
आधी निर्देशिलेल्या घटक वायूंशिवाय रेडॉन, क्रिप्टॉन, झेनॉन, मिथेन, नायट्रस व नायट्रिक ऑक्साइड, नायट्रोजन डाय-ऑक्साइड, सल्फर डाय – ऑक्साइड व कार्बन मोनॉक्साइड हे वायू वातावरणात अत्यल्प आणि नेहमी बदलत्या प्रमाणात असतात.
वातावरणातील आर्द्रता : वातावरणाचा पाणी वा जलबाष्प हा एक महत्त्वाचा घटक असून याच्या प्रमाणात पुष्कळ बदल होतो. घन, द्रव व वायू या तीनही अवस्थांत हा आढळतो. भूपृष्ठालगतच्या वातावरणातील जलबाष्पाच्या प्रमाणात बराच फरक असतो. उष्ण कटिबंधात समुद्रसपाटीवर हे प्रमाण एक किग्रॅ. कोरड्या हवेमध्ये २० ग्रॅ. असते, तर ध्रुवीय प्रदेशांत ७.५ ग्रॅ. इतके कमी असते. स्तरावरणात ते २ x १०–३ ग्रॅ. इतके अल्प असते. हवेची जलबाष्पधारणक्षमता हवेचा दाब व तापमान यांबरोबर वाढते. वाढत्या उंचीबरोबर हवेचा दाब व तापमान कमी होत जाते. त्यामुळे जलबाष्पाचे प्रमाण वाढत्या उंचीबरोबर झपाट्याने कमी होते व १० किमी.पेक्षा जास्त उंचीवर ते अत्यल्प होते.
पुरेसे जलबाष्प असलेली हवा थंड होऊन हवेचे तापमान दवबिंदूच्या (दव निर्माण होण्यास आवश्यक असलेल्या तापमानाच्या) खाली पोहोचले म्हणजे हवेतील बाष्पाचे संद्रवण होते आणि निरनिराळ्या प्रकारचे ढग निर्माण होतात. संद्रवण पृथ्वीपृष्ठावर झाले, तर ढगास धुके असे संबोधिले जाते. निरनिराळ्या उंचींवर ढगांचे निरनिराळे प्रकार निर्माण होतात. विशिष्ट परिस्थितीत ढगांपासून पाऊस, बर्फ, गारा निर्माण होऊन ते भूपृष्ठावर पडतात. सौर प्रारणामुळे बाष्पीभवन होऊन जलबाष्पाची वातावरणात भर पडते. त्याशिवाय वनस्पतींकडून बाष्पोत्सर्जन वा बाष्पोच्छवास होऊन वातावरणात जलबाष्पाची भर पडते. वातावरणातील जलबाष्प एक महत्त्वाचे कार्य करते. ते म्हणजे वातावरणास ऊष्मीय ऊर्जा उपलब्ध करून देते. हवेचा दाब वाढत्या उंचीप्रमाणे कमी होत असल्यामुळे, हवेस कोणत्याही कारणामुळे ऊर्ध्व (उभ्या दिशेतील) गती प्राप्त झाली म्हणजे ती प्रसरण पावते आणि थंड होते. थंड होत होत तापमान दवबिंदूपर्यंत पोहोचते. त्यानंतर हवेतील बाष्पाचे संद्रवण होते. संद्रवण प्रक्रियेत प्रत्येक ग्रॅ. बाष्पापासून सु. ६०० कॅलरी उष्णता (सुप्त उष्णता) वातावरणास प्राप्त होते. त्याचप्रमाणे हवेत असलेल्या प्रत्येक ग्रॅ. पाण्याचे जेव्हा बर्फ होते तेव्हा वातावरणास सु. ८० कॅलरी उष्णता प्राप्त होते. याशिवाय वातावरणातील बाष्प पार्थिव प्रारण शोषून घेते. अशा प्रकारे संद्रवण प्रक्रिया आणि पार्थिव प्रारणाचे जलबाष्पामुळे होणारे शोषण यांच्यामुळे वातावरणीय तापमानावर नियंत्रण रहाते.
तापमानिक संरचना : विविध तरंगलांबींचे सौर प्रारण निरनिराळ्या वायूंकडून निरनिराळ्या उंचींवर वेगवेगळ्या प्रमाणांत शोषिले जाते. त्यामुळे वातावरणीय वायूंमध्ये आयनीभवन, तापन, विदलन आणि गतिशीलता निर्माण होते. काही प्रक्रिया ठराविक उंचीवर काही विशिष्ट घटकांपुरत्याच घडून येतात. वातावरणाने शोषिलेले सौर प्रारणांचे प्रमाण बरेच कमी असते. न शोषिलेले सौर प्रारण पृथ्वीपृष्ठास प्राप्त होते. त्यापैकी काही सौर प्रारण पृथ्वीपृष्ठाकडून परावर्तित होते. पृथ्वीवरून उत्सर्जित होणारे पार्थिव प्रारण काही प्रमाणात वातावरणातील काही घटक शोषून घेतात व बाकीचे पार्थिव प्रारण अवकाशात निघून जाते. सौर प्रारण आणि पार्थिव प्रारण यांच्या निरनिराळ्या क्षेत्रांवरील तसेच निरनिराळ्या ऋतूंतील संतुलनावर वातावरणाच्या निरनिराळ्या थरांतील तापमान व तापमानऱ्हास अवलंबून असतात. तापमानऱ्हासाच्या दृष्टीने वातावरणाचे सर्वांत खालचा म्हणजे क्षोभावरण, स्तरावरण, मध्यावरण आणि त्यानंतर आयनांबर किंवा ऊष्मावरण असे विभाग करता येतात. उन्हाळा व हिवाळा या दोन ऋतूंमधील अक्षयवृत्तीय तापमान व वातावरणाचे ११० किमी. उंचीपर्यंतचे चार विभाग आ. १ मध्ये दाखविले आहेत. [⟶ वातावरण].
हवेचा दाब आणि उंची यांचे सहसंबंध : हवेचा दाब हा वातावरणीय निरीक्षणांतील एक अत्यंत महत्त्वाचा घटक आहे. वाढत्या उंचीबरोबर हवेचा दाब कमी होत जातो. हवेला जर ऊर्ध्व दिशेने प्रवेग प्राप्त झाला नसेल, तर एकक क्षेत्रफळावरील वातावरणीय स्तंभातील कोणत्याही दोन पातळ्यांमधील हवेच्या दाबांतील फरक हा त्या दोन पातळ्यांत सामावलेल्या हवेच्या वजनाइतका असतो. रेडिओसाँडच्या साहाय्याने वातावरणातील निरनिराळ्या उंचींवरील तापमान, आर्द्रता आणि हवेचा दाब यांचे रोज दिवसातून २ किंवा ४ वेळा मापन केले जाते आणि ते रेडिओ प्रेषक व ग्राही यांच्या यंत्रणेद्वारे जमिनीवरील केंद्राला लगेच उपलब्ध होते. ह्या निरीक्षणांवरून वातावरणाच्या आवश्यक त्या कमी जाडीच्या थरांचे सरासरी तापमान मिळू शकते.
समुद्रसपाटीवरील हवेच्या दाबाचे संगणन : वेधशाळा समुद्रसपाटीपासून निरनिराळ्या उंचींवर असतात. तसेच तेथील तापमान निरनिराळे असते आणि पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाने निर्माण होणाऱ्या प्रवेगाचे म्हणजे g मूल्यही निरनिराळे असते (विषुववृत्तावरील समुद्रसपाटीवर g चे मूल्य ९७८ सेंमी. सेकंद –२ आणि ध्रुवाजवळ समुद्रसपाटीवर ९८३ सेंमी. सेकंद –२ असते). या सर्व कारणांमुळे निरनिराळ्या वेधशाळांनी मोजलेल्या हवेच्या दाबाची तुलना करणे शक्य होत नाही. अशी तुलना करता यावी यासाठी एका प्रमाण तापमानावर दाब काय राहील याचे संगणन करून त्याला शुद्धी (उंचीकरिता, तसेच g करिता) लावून समुद्रसपाटीवरील दाब काढणे आवश्यक असते. प्रत्येक निरीक्षण केंद्रात समुद्रसपाटीवरील दाबाचे संगणन केले जाते. समुद्रसपाटीवरील हवेचा दाब सु. १ किग्रॅ./सेंमी.२ (अंदाजे १०१३ मिलिबार = १.०१३ x १०६ डाइन/सेंमी.२) पेक्षा थोडासा जास्त असतो. पृथ्वीलगतच्या हवेच्या थरात दाब-ऱ्हास सु. १ मिलिबार प्रती १० मी. याप्रमाणे असतो. वाढत्या उंचीबरोबर दाबऱ्हास कमी होत जातो. ऊर्ध्व दिशेने घडून येणारे वातावरणीय बदल क्षैतिज दिशेने होणाऱ्या बदलांच्या चार दशसहस्त्रपटींनी अधिक असतात.
तापमानाचे वितरण : वातावरणात उंची व अक्षांश ह्याप्रमाणे हिवाळ्यात व उन्हाळ्यात असणाऱ्या सरासरी तापमानाचे वितरण आ. २ मध्ये दाखविले आहे. हिवाळ्यात सु. १० किमी. उंचीपर्यंत तापमान विषुववृत्तापासून अक्षांस ७० पर्यंत कमी होत जाते व १५ किमी.च्यावर ते विषुववृत्तपासून ध्रुवापर्यंत वाढत जाते. १० ते १५ किमी. या थरात कोणत्याही उंचीवर उष्ण कटिबंधाच्या बाहेर तापमान अक्षवृत्तानुसार वाढत जाते. उन्हाळ्यात उष्ण कटिबंधाबाहेर क्षोभावरण सीमेच्या खाली तापमान वाढत्या अक्षांशाप्रमाणे कमी होत जाते पण क्षोभावरण सीमेच्या वर विषुववृत्तापासून ध्रुवापर्यंत तापमान वाढत जाते. वातावरण उंचीबरोबर होणारा तापमानऱ्हास (γ) सर्वसाधारण ६० सें./किमी. असतो परंतु पृथ्वीपृष्ठालगतच्या हवेच्या थरांत तो १२० से./किमी.पेक्षा बराच जास्त असतो.
प्रारण : पृथ्वीपृष्ठ व सभोवतालचे वातावरण यांस मिळणारी उष्णता जवळजवळ संपूर्णपणे सूर्यापासून प्राप्त होते. पृथ्वीपृष्ठ आणि वातावरण यांपासून उष्णतेचे प्रारणोत्सर्जन होते आणि हे ऊष्मीय प्रारण अवकाशात निसटते. साधारणपणे दीर्घावधीत पृथ्वी व वातावरण यांच्या प्रारणाद्वारे होणारा ऊष्मीय ऊर्जेचा व्यय आणि पृथ्वी वातावरण प्रणालीत सौर ऊर्जेची व इतर प्रकारच्या ऊर्जेचा आय (आवक) यांची मूल्ये जवळजवळ समान असतात. थोडक्यात ऊर्जेचा आय आणि व्यय यांत संतुलन प्रस्थापित झालेले आढळते. [⟶ वातावरणीय प्रारण].
संद्रवण क्रिया आणि मेघानिर्मिती : शुद्ध, स्वच्छ, आर्द्रतायुक्त हवा हळूहळू थंड केली आणि तिचे तापमान दवबिंदूच्या खाली आणले, तर ती वाफेने संतृप्त (पूर्ण भरलेली) आणि अतिसंतृप्त (प्रमाणापेक्षा जास्त भरलेली) होईल पण हवेतील जलबाष्पाचे संद्रवण होऊन जलबिंदू निर्माण होतीलच असे नाही. बाह्य अवकाशातून येणारे अतिशय भेदक असे विश्वकिरण किंवा उच्च ऊर्जायुक्त प्रारणांमुळे वातावरणात सातत्याने अगणित आयन (माध्य व्यास सु. १०–७ सेंमी.) निर्माण होतात. ह्या आयनांवर अतिसंतृप्त हवेतील जलबाष्पाचे संद्रवण होऊन जलबिंदू निर्माण होतात. इतक्या लहान जलबिंदूच्या पृष्ठभागावरील संतृप्त जलबाष्पदाबाचे मूल्य साधारणपणे समतल पृष्ठभागावरील जलबाष्पदाबाच्या चौपट असते. त्यामुळे सूक्ष्म आयनांवर जलबाष्पाचे संद्रवण होण्यासाठी हवेचे तापमान दवबिंदूच्या खूपच खाली येणे आवश्यक असते. आयनांच्या किंवा कणांच्या वाढत्या व्यासाबरोबर त्यांवरील संद्रवण क्रियेसाठी आवश्यक असलेला संतृप्त जलबाष्पदाब कमी होत जातो. १०–५ सेंमी. व्यासाच्या कणांवर संद्रवण होण्यासाठी आवश्यक असलेला जलबाष्पदाब संतृप्त दाबापेक्षा १ ते २ टक्क्यांनीच अधिक असतो. ह्या किंवा ह्यापेक्षा मोठ्या आकारमानाचे कण मिठासारख्या आर्द्रताग्राही (पाण्याची वाफ शोषून घेणाऱ्या) पदार्थांचे असल्यास सापेक्ष आर्द्रता १०० टक्क्यांपेक्षा थोडी कमी असली, तरी (म्हणजे तापमान दवबिंदूपेक्षा थोडे जास्त असले तरी) ह्या कणांवर संद्रवण होऊ शकते.
ज्या कणांवर संद्रवण होऊ शकते त्या कणांना संद्रवण केंद्रे असे संबोधिले जाते. अशी संद्रवण केंद्रे वातावरणात मोठ्या संख्येने असतात. त्यांतील बरीच आर्द्रताग्राही असतात. समुद्राकडून भूपृष्ठावर येणाऱ्या वाऱ्याबरोबर मिठाचे अनेक कण वातावरणात मिसळत असतात. अशा मोठ्या कणांचा व्यास एक मायक्रॉन (१०–४ सेंमी.) असतो व एक घ.सेंमी. हवेत अशा कणांची संख्या सु. १०० असते. अनेक कण यापेक्षा लहान असतात. असे लहान कण १ घ.सेंमी.मध्ये १०६ पेक्षा अधिक असू शकतात. ते नैसर्गिक किंवा मानवनिर्मित ज्वलन क्रियेमुळे निर्माण होऊन वातावरणात मिसळतात. अशा लहान कणांत सल्फर डाय-ऑक्साइड आणि इतर विक्रियाशील वायुरेणूंचाही समावेश होतो. सर्व आर्द्रताग्राही कण आपापल्या परीने संद्रवण क्रियेत भाग घेत असले, तरी आकारमानाने मोठ्या कणांचा संद्रवण क्रियेत महत्त्वाचा वाटा असतो.
वाढत्या उंचीप्रमाणे आर्द्रताग्राही संद्रवण केंद्राचे प्रमाण (संख्या) कमी होत असले, तरी विशिष्ट परिस्थितीमुळे निर्माण झालेल्या ऊर्ध्व प्रवाहात हे कण सापडून खूप उंच जाऊ शकतात. त्यामुळे ऊर्ध्वगामी हवा संतृप्त झाल्यावर वर जाऊ लागली, तर कोणत्याही उंचीवर संद्रवण क्रियेस आवश्यक अशा विविध आकारमानांची संद्रवण केंद्रे वातावरणात उपलब्ध असतात. ऊर्ध्वगामी हवा संतृप्त झाल्यावर किंवा त्याच्याही आधी जलबाष्पाचे आर्द्रताग्राही कणांवर संद्रवण होते आणि मेघनिर्मिती होऊ लागते. मेघ म्हणजे असंख्य जलबिंदूचे एकत्रीकरण होय. मेघात प्रभावी संद्रवण केंद्रांची संख्या १०० ते १,००० प्रती घ.सेमी. याप्रमाणे असते. मेघकणांचा व्यास ४० मायक्रॉनच्या आसपास असतो. रात्री भूपृष्ठ थंड होऊन हवा संतृप्त किंवा अतिसंतृप्त झाली, तर धुके निर्माण होते. धुके म्हणजे भूपृष्ठालगतच्या वातावरणातील स्तरमेघ होय. जसजसे भूपृष्ठ अधिक थंड होत जाते, तसतसे अधिक जलबाष्प संद्रवण केंद्रांवर संद्रवित होते आणि धुक्यातील मेघकणाचे आकारमान वाढत जाते. त्यामुळे दृश्यमानता लक्षवेधी प्रमाणात कमी होते. धुक्यातील कणांचा सरासरी व्यास १० ते १५ मायक्रॉन एवढा असतो, औद्योगिक क्षेत्रांवरील धुक्यात हा व्यास ३० मायक्रॉनपर्यंत असू शकतो.
संतृप्त हवा ०० से. तापमान असलेल्या उंचीपेक्षा जास्त वर गेली आणि तिचे तापमान ०० से.पेक्षा अनेक अंशांनी कमी झाले, तरी हवेतील संद्रवित झालेले जलबाष्प अतिशीतित द्रवरूपात (पाण्याच्या स्वरूपात) काही काळ राहू शकते. हवेचे तापमान -४०० से. किंवा त्यापेक्षा खाली गेल्यास बाष्पांचे उत्स्फूर्तरीत्या एकदम हिमकणांत रूपांतर होते पण त्यासाठी अतिशीतित जलबिंदूंत विशिष्ट गुणधर्म असलेली हिमकेंद्रे उपस्थित असणे आवश्यक आहे. हिमकेंद्रे खनिज द्रव्यांपासून उत्पन्न होतात. खनिज द्रव्याच्या स्फटिकांच्या आंतररचनेत आणि हिमाच्या स्फटिकांच्या आंतररचनेत खूपच साम्य असते. हिमस्फटिक षट्‌कोणी वर्गात मोडतात. -१०० से. तापमानाच्या जवळपास हिमकेंद्रे आपला प्रभाव दाखवू लागतात. जसजसे तापमान कमी होत जाते, तसतसा हिमकेंद्राचा प्रभाव वाढत जातो.
मेघातील हवेत जर सिल्व्हर आयोडाइड किंवा लेड आयोडाइडाचे सूक्ष्म कण सोडले, तर -५० ते -७० से. तापमान असलेल्या मेघांत हिमकण तयार होऊ शकतात. ही क्रिया घडवून आणण्यासाठी हिमकण फार प्रभावी आहेत. हिमकण ०० से. तापमान असले, तरीसुद्धा आपला प्रभाव दाखवू शकतात. असे हिमकण मेघाच्या अतिशीतित शिरोभागावर तयार झाले किंवा फवारले, तर ते गुरुत्वाकर्षणामुळे किंवा मेघातील अधःप्रवाहामुळे हळूहळू खाली येऊ लागतात आणि मेघांच्या अनेक पातळ्यांवर हिम तयार होण्याच्या क्रियेला प्रारंभ करू शकतात. पाऊस पडण्याच्या दृष्टीने अतिशीतित जलबिंदूंचे हिमस्फटिकांत रूपांतर होणे अत्यंत आवश्यक आहे.
मोठ्या प्रमाणावर हवेचे शीतलीकरण (थंड होण्याची क्रिया) होऊन संद्रवण क्रिया घडून येण्यास पुढील तीन घटना कारणीभूत होतात : (१) हवा कमी दाबाच्या क्षेत्रात गेल्यामुळे प्रसरण पावून तिचे होणारे शीतलीकरण. हवामानाच्या काही विशिष्ट आविष्कारांत हवेत निर्माण झालेल्या संनयनी (अभिसरणातील) प्रवाहाबरोबर वर जाऊन किंवा मार्गात आलेल्या पर्वतांची चढण चढून भूपृष्ठावरील हवा द्रुतगतीने उच्च वातावरणातील कमी दाबाच्या क्षेत्रात गेल्याने प्रसरण पावते, तिचे तापमान घटते आणि ती संतृप्त होते. त्यानंतर जलबाष्पाचे संद्रवण होऊन संनयनी ढग निर्माण होतात. उच्च पातळीवर जाणारी हवा आणि भोवतालची हवा यांच्यात साधारणपणे ऊर्जा विनिमय होत नसल्यामुळे ही शीतलीकरणाची क्रिया अक्रमी स्वरूपाची (जिच्यात उष्णता बाहेर टाकली वा आत घेतली जात नाही अशी) असते. (२) उष्णतर आर्द्रतायुक्त हवा शीत भूपृष्ठावर वाहू लागली, तर वरील हवेच्या उष्णतेचे भूपृष्ठाकडे संवहन वा संक्रमण होऊ लागते. हे संवहन संक्षोभकारी असते. त्यामुळे वातावरणात लहानसहान ऊष्मीय आवर्त निर्माण होतात. वारा प्रबल असल्यामुळे हवेत ऊर्ध्व आवर्त निर्माण होऊन भूपृष्ठावरील थंड हवा वरच्या पातळ्यांवर जाते. त्यामुळे जलबाष्पाचे संद्रवण होऊन ढग निर्माण होतात. (३) प्रारणजन्य शीतलीकरण : जर एखाद्या थरात प्रारण शोषणापेक्षा प्रारणोत्सर्जन अधिक असेल, तर काही काळात असा हवेचा थर थंड होतो व ह्या थरातील जलबाष्पाचे संद्रवण होऊन ढग निर्माण होतात.
मेघांचे प्रकार : आर्द्रतायुक्त हवेचे संद्रवण घडल्यामुळे मेघनिर्मिती होते. विविध पातळ्यांवरील मेघांना विविध प्रकारचा आकार आणि रूप मिळालेले असते. आकाशात दिसणाऱ्या ढगांचे प्रकार, त्यांची उंची आणि प्रमाण ही माहिती साधारणपणे भूपृष्ठावरून केलेल्या निरीक्षणांवरून मिळते. ढगांचे मुख्यतः तीन प्रकार आहेत : स्तराकार मेघ, संनयनी राशिमेघ, स्तराकार (किंवा स्तरयुक्त) राशिमेघ. या प्रत्येकात नीच, मध्य व उच्च असे तीन उपप्रकार आहेत. पृथ्वीपृष्ठावरून निरीक्षणे घेऊन ढगाच्या प्रत्येक प्रकाराने आकाशाचा किती दशांश भाग व्यापला आहे, उंची किती आहे, सर्व प्रकारच्या ढगांनी मिळून आकाशाचा किती भाग व्यापला आहे ह्या सर्वांचा अंदाज केला जातो. [⟶ धुके मेघ].
वर्षण : एक घ.सेंमी. हवेत साधारणपणे १०–४ सेंमी. व्यासाची १०० आर्द्रताग्राही संद्रवण केंद्रे असतात. जलबिंदुनिर्मितीत ह्या व्यासाच्या कणांचा महत्त्वाचा भाग असतो. जलबिंदुनिर्मितीत ह्या व्यासाच्या कणांचा महत्त्वाचा भाग असतो. ह्यापेक्षा खूपच लहान आकारमानाची अगणित संद्रवण केंद्रे मेघातील हवेत असतात परंतु ती जलबिंदुनिर्मितीत भाग घेऊ शकत नाहीत. मंदतुषारवृष्टीत जलबिंदूचा व्यास सु. ०.१ मिमी. इतका असतो. मेघातील सर्व जलबाष्प १०–४ सेंमी. व्यासाच्या संद्रवण केंद्रांवर साठले गेले, तरी ०.१ मिमी. व्यासाचे जलबिंदू निर्माण होऊ शकणारी नाहीत. पृथ्वीवर वर्षण होण्यासाठी मेघात मोठे जलबिंदू तयार होणे आवश्यक असते. त्याकरिता मेघात खाली दिल्याप्रमाणे प्रक्रिया कार्यान्वित व्हाव्या लागतात.
‘आघात व संमीलन’ प्रक्रिया : समुद्राने फवारलेल्या लवणयुक्त पाण्याचे बाष्पीभवन झाल्यानंतर लवणकण (व्यास सु. ३० मायक्रॉन) हवेत मिसळतात. असे लवणकण मेघात शिरले आणि जलबाष्पाशी त्यांचा संयोग झाला, तर तो मेघ पर्जन्यक्षम होऊ शकतो. मेघात अगणित अतिसूक्ष्मकण असतात. त्यांचा पतन वेग फारच अल्प असल्यामुळे ते पृथ्वीवर पर्जन्यरूपाने पडू शकत नाहीत. हवेतील ऊर्ध्व व क्षैतिज प्रवाहांबरोबर ते मेघात इतस्ततः भ्रमण करत राहतात. कधीकधी ते एकमेकांवर आदळतात व फुटतात. कधीकधी त्यांचे संमीलन (एकत्रीकरण) होते. आघात व संमीलन प्रक्रियेमुळे अनेक मेघकण एकत्र येऊन त्यांचे मोठ्या आकारमानाच्या जलबिंदूत रूपांतर होते. जलबिंदूंचे आकारमान वाढल्यामुळे त्यांचा पतन वेग वाढतो आणि ढगांतून वर्षण होऊ लागते. उष्ण कटिबंधातील व्यापारी वाऱ्यांच्या क्षेत्रातील राशिमेघांतून अशाच प्रक्रियेमुळे पाऊस पडतो. हे ढग उष्णतर असून त्यांना भरपूर आर्द्रता लाभलेली असते. ते क्वचितच हिमरेषेपर्यंत पोहोचतात. ह्या मेघांत ऊर्ध्व प्रवाह विशेष बलशाही नसतात. १,८०० मी.पेक्षा कमी जाडी असलेल्या उष्ण कटिबंधीय राशिमेघांतून पावसाची मुळीच शक्यता नसते. पर्जन्यासाठी मेघांची जाडी कमीतकमी ३,६०० मी. असणे आवश्यक असते.
‘बर्गेरॉन’ प्रक्रिया : ह्या प्रक्रियेत हिमकणांची निर्मिती तसेच उपस्थिती आवश्यक असते. हिमकणांच्या निर्मितीसाठी मेघ हिमरेषेपेक्षा खूपच उंच वाढलेला असावा लागतो. अशा मेघांना गर्जन्मेघ असे म्हणतात. ह्या ढगांमध्ये ०० ते -१०० से. तापमान असलेल्या भागांत सर्वत्र शीतित जलबिंदू आढळतात. -१२० ते -३०० से. तापमान असलेल्या ढगांच्या भागात अतिशीतित जलबिंदू व हिमस्फटिक यांचे मिश्रण आढळते. ह्या भागांत बऱ्याच वेळा हिमस्फटिक व अतिशीतित जलबिंदू समोरासमोर येतात. हिमस्फटिकावरील संतृप्त बाष्पदाब अतिशीतित बिंदूवरील संतृप्त बाष्पदाबापेक्षा कमी असतो. त्यात संतुलन साधण्याच्या क्रियेत अतिशीतित बिंदूवरील बाष्प उडून हिमस्फटिकावर जमा होते आणि हिमकणांचे आकारमान वाढते. ते मोठे व जड झाले की, त्यांचा पतन वेग वाढून ते पृथ्वीपृष्ठाकडे येऊ लागतात. हवेच्या अधिकतर तापमानामुळे हिमकणांचे पाण्यात रूपांतर होऊन पाऊस पडू लागतो. मोठे पर्जन्यबिंदू खाली पडताना मार्गातील इतर लहान बिंदूंना ते त्यांच्यात सामावून घेतात. त्यामुळे पर्जन्यबिंदू बरेच मोठे होऊन जोरदार वृष्टी होते. ह्या प्रक्रियेसंबंधीचा शोध नॉर्वेतील शास्त्रज्ञ टी. बर्गेरॉन यांनी १९२८ मध्ये लावला म्हणून त्यांचे नाव या प्रक्रियेला देण्यात आले आहे.
मेघातील ऊर्ध्व प्रवाहांवर वृष्टिकणांचे आकारमान व पर्जन्यत्वरा अवलंबून असते. ऊर्ध्व प्रवाह १० सेंमी./सेकंद असा असेल, तर मेघकण मध्यम गतीने वर जातात व मेघात प्रथम हिमशकले निर्माण होतात. ती खाली आल्यामुळे मंदवृष्टी होते. ऊर्ध्व प्रवाह यापेक्षा प्रबल असला, तर मेघातील जलबिंदू द्रुतगतीने वर जातात आणि हिमस्फटिक व क्वचित प्रसंगी गाराही निर्माण होतात. द्रुतवेगी ऊर्ध्व प्रवाहामुळे वृष्टिकण बरेच मोठे होऊन जोरदार वृष्टी होते. विस्तृत प्रमाणावर पसरलेल्या मेघांत ऊर्ध्व प्रवाहांचा वेग सु. १० सेंमी/सेकंद असा असतो. अशा मेघांतून जोरदार वृष्टी क्वचितच होते. गर्जन्मेघासारख्या कमी क्षैतिज विस्ताराच्या पण खूप उंच वाढलेल्या मेघांत ऊर्ध्व प्रवाह अतिप्रबल असतात. त्यामुळे अशा मेघांतून जोरदार वृष्टी किंवा गारांचा पाऊस पडतो. [⟶ वर्षण].
जागतिक जलबाष्पचक्र : पृथ्वीवर उपलब्ध असलेले पाणी समुद्र, ध्रुवांच्या आसपास असणारे हिमबर्फ, जमिनीवरील सरोवरे, नद्या, भूमिजल यांत असून वातावरणातील पाणी जलबाष्प आणि जलबिंदू या रूपांत आहे. यांचे प्रमाण खालील कोष्टकात दिले आहे.पाण्याचे सर्वांत जास्त प्रमाण (९३ टक्के) महासागरात आहे आणि नगण्य प्रमाण वातावरणात आहे. वातावरणात असणारे सर्व पाणी गोळा करून जर महासागरात टाकले, तर महासागरांची पातळी फक्त ३.५ सेंमी.च वाढेल. वातावरणातील पाणी इतक्या नगण्य प्रमाणात जरी असले, तरी त्यामुळे वातावरणात आणि पृथ्वीपृष्ठावर काही उग्र स्वरूपाचे, तर काही सौम्य स्वरूपाचे अनेक आविष्कार होतात.
|
पाण्याचे जागतिक साठे |
क्षेत्रफळ (कोटी चौ. किमी.) |
घनफळ (कोटी घ. किमी.) |
टक्के |
|
जागतिक महासागर |
३६ |
१३७ |
९३ |
|
ध्रुवांच्या आसपासचे हिमबर्फ |
१.६ |
२.४ |
२ |
|
जमिनीवरील पाणी |
१३.४ |
६.४ |
५ |
|
वातावरणातील पाणी |
५१ |
०.००१३ |
०.००१ |
|
एकूण |
१०२ |
सु. १५० |
१०० |
पाण्याचे संक्रमण महासागराकडून वातावरणात बाष्पीभवनामुळे, पृथ्वीवरील वनस्पतींपासून वातावरणात बाष्पोच्छ्‌वासाने किंवा बाष्पोत्सर्जनाने आणि वातावरणातून वर्षणामुळे परत महासागरात, तसेच जमिनीवर व नंतर जमिनीवरून नद्यांच्या द्वारे, बर्फाच्या वितळण्यामुळे आणि जमिनीखाली भूमिजलांच्या द्वारे महासागरांत असे आहे. यास जलबाष्पचक्र असे संबोधिले जाते. तसेच या सर्व पाण्याच्या प्रणालीस पृथ्वी-वातावरण जलीय प्रणाली असे म्हणतात. आ. ३ मध्ये या जलीय प्रणालीचे मुख्य घटक, तसेच जलबाष्पचक्र दाखविले आहे. या च्रकात महत्त्वाचे घटक म्हणजे पाण्याच्या पृष्ठावरून होणारे बाष्पीभवन आणि वनस्पतींकडून होणारे बाष्पोत्सर्जन, वर्षण आणि पाणलोट (पृष्ठभागावरील प्रवाह) हे होत.
बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन : यांचे वार्षिक सरासरी मूल्य उष्ण कटिबंधात सु. १,३०० मिमी. असते आणि ध्रुवांकडे ते कमी होत जाऊन ध्रुवांवर शून्यापर्यंत पोहाचते.
वर्षण : विषुववृत्तीय पट्ट्यात वार्षिक वर्षण सर्वांत जास्त (सु. १,९०० मिमी.) अक्षांस ३० उ. व ३० द.पर्यंत ते कमी होत जाते आणि ह्या दोन्हीही अक्षांशावर ते सु. ८०० मिमी. असते. त्यानंतर ते वाढून अक्षांस ६० उ.च्या आसपास ८५० मिमी.पर्यंत पोहोचते. अक्षांश ६० द.च्या आसपास १२,०० मिमी.च्या जवळपास पोहोचते. त्यानंतर दोन्ही ध्रुवांकडे वार्षिक वर्षण कमी होऊन शून्याच्या जवळपास पोहोचते.
पाणलोट : जेथे बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन वर्षणापेक्षा कमी आहे अशाच क्षेत्रात पाणलोट राहील. अशी क्षेत्रे १०० उ. ते १०० द. आणि ३५० उ. ते ७०० उ. आणि ३५० द. ते ७०० द. या पट्ट्यातील आहेत.
ह्या तीनही घटकांचे निरनिराळ्या अक्षांशांवरील वार्षिक वितरण आ. ४ मध्ये दाखविले आहे.
ह्या जागतिक वितरणावरून दिसणारी पाणलोटाची ठळक वैशिष्ट्ये अशी आहेत : (अ) महत्तम पाणलोट विषुववृत्तावर असून त्याचे मूल्य उत्तरेकडे आणि दक्षिणेकडे कमी होत जाऊन अक्षांस १० उ. व १० द.पर्यंत ते शून्य होते. याचे कारण विषुववृत्तावर पर्जन्य सर्वांत अधिक होतो आणि तो उत्तरेकडे आणि दक्षिणेकडे कमी होत जातो पण बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन विषुववृत्तावर कमी असून अक्षांश २० उ. व २० द.पर्यंत ते वाढत जाऊन सौर प्रारणधिक्यामुळे ते अक्षांश २० उ. व २० द. येथे सर्वांत जास्त होते. (आ) २५ उ. व २५ द. या अक्षांशावर पाणलोट ऋण असून न्यूनतम असते. याचे कारण या अक्षांशांच्या आसपास उच्च-दाब पट्टे असल्यामुळे ह्या पट्ट्यांवर हवेस अधोगती असते. त्यामुळे पावसाचे प्रमाण अत्यल्प असते, ढगांचे प्रमाण फारच कमी असते आणि सौर प्रारणाचे प्रमाण बरेच असते. अशा परिस्थितीमुळे बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जनाचे प्रमाण बरेच असते. ह्या अक्षांशांच्या दोन्ही बाजूंस पाणलोटाचे मूल्य वाढत जाऊन अक्षांश १० उ. आणि ४० उ. तसेच १० द. आणि ४० द.पर्यंत ते शून्यापर्यंत पोहोचते. (इ) पाणलोटाचे द्वितीयक महत्तम मूल्य अक्षांस ५० उ. व ६० द.च्या आसपास असते आणि ध्रुवांकडे साधारणपणे ते कमी होत जाते. याचे कारण समशीतोष्ण कटिबंधातील पूर्वेकडे सरकणाऱ्या चक्रवातामुळे ह्या क्षेत्रांवर पाऊस चांगला पडतो व हवेच्या कमी असलेल्या तापमानामुळे बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन बरेच कमी असते. ह्या अक्षांशापासून पाऊस तसेच बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन ध्रुवाकडे कमी होत जातात.
कोणत्याही एखाद्या क्षेत्रावरील पाणलोट त्या क्षेत्रावरील वर्षण, वर्षणाची तीव्रता, तापमान, जमिनीचा प्रकार, वनस्पती, जमिनीचा उतार इ. गोष्टींवर अवलंबून असतो. वर्षणाचे किमी पाणी जमीन व वनस्पती साठवू शकतात यावर पाणलोटाचे प्रमाण अवलंबून असते. वनस्पतींमुळे वर्षणाच्या थेंबाची गती कमी होते तसेच पाणलोटाची गती कमी होते. वनस्पतींची मुळे जमिनीत खोल जात असल्यामुळे वर्षणाचे पाणी त्यांच्याद्वारे जमिनीत खोलवर जाते आणि त्यामुळे जमिनीखालील पाण्याच्या साठ्यात भर पडते. सच्छिद्र जमीन घट्ट जमिनीपेक्षा पाण्याचे जास्त शोषण करते. सच्छिद्र जमीन संतृप्त असेल, तर पाण्याचे शोषण बरचे कमी होते.
जमिनीच्या पृष्ठभागावरील पाणलोटाचे प्रमाण वादळाच्या गुणधर्मावर अवलंबून असते. दीर्घ मुदतीच्या वर्षणामुळे जमीन पाण्याने संतृप्त होते आणि पाणलोटाचे प्रमाण सारखे वाढत जाते पण हिम पडत असेल तर आणि जमिनीचे तापमान शून्य अंश से.च्या बरेच खाली असेल, तर पाणी जमिनीवर गोठून राहते. ते वितळू लागले म्हणजे पाणलोट सुरू होतो.
वादळामुळे अतिशय वर्षण होते तेव्हा पुराचा धोका निर्माण होतो. पूर लहान किंवा मोठ्या क्षेत्रावर अतिवृष्टीमुळे निर्माण होऊ शकतात. लहान क्षेत्रावर पूर साधारणपणे अतितीव्र वादळी वर्षणामुळे निर्माण होतात. मोठ्या शहरातील जलनिसःसारण व्यवस्था अल्पकाळात अतिवृष्टी झाल्यास अपुरी पडते आणि त्यामुळे शहरात चटकन पूर निर्माण होतात. मोठ्या क्षेत्रावरील पूर साधारणपणे चक्री वादळ किंवा न्यून दाब क्षेत्र यांच्यामुळे जे प्रदीर्घ वर्षण होते त्यामुळे येतो. नदीवर धरणे असल्यास योग्य वेळी धरणातून पाणी सोडून पुरावर नियंत्रण ठेवले जाऊ शकते. [⟶ पूर पूरनियंत्रण].
वातावरणाची दैनंदिन निरीक्षणे : साधारणपणे निरीक्षणांचे (वेधांचे) दोन मुख्य प्रकार करता येतील : (१) भूपृष्ठावरून घेतलेली निरीक्षणे आणि (२) कृत्रिम उपग्रहांद्वारे घेतलेली निरीक्षणे.
भूपृष्ठावरून घेतलेली निरीक्षणे : १७५०च्या सुमारास फारच थोड्या वातावरणविज्ञानीय वेधशाळा होत्या आणि त्यादेखील पश्चिम यूरोपातील काही देशांतच होत्या. १८५० च्या सुमारास वेधशाळांचे जाळे बरचे वाढले. ही वाढ यूरोप, अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांचा ईशान्य भाग, दक्षिण अमेरिकेचा उत्तर किनारा, आग्नेय आशिया व चीन या भागांत झाली पण १९५० च्या सुमारास वेधशाळांचे जाळे जगभर पसरले आणि बरेच दाट झाले. त्यानंतर वेधशाळांच्या संख्येत बरीच भर पडली आहे.
या वेधशाळा भूपृष्ठास लागून असलेल्या वातावरणाच्या थरांतील निरीक्षणे ठरविलेल्या वेळी घेतात. या वेळा ग्रीनिच माध्य वेळेप्रमाणे ००.००, ०३.००, ०६.००, ०९.००, १२.००, १५.००, १८.००, आणि २१.०० अशा आहेत. हवेचा दाब व त्यात झालेला बदल, तापमान, दवबिंदू, वाऱ्याची दिशा व गती, ढगांचे प्रमाण, प्रकार आणि उंची, ढगांची सरकण्याची दिशा आणि गती, वातावरणाची क्षैतिज दृश्यमानता, सध्याचे आणि आधीचे वातावरणातील आविष्कार (उदा., धुके, वीज चमकणे, वादळ, पाऊस, हिम, गारा इ.), आधीच्या २४ तासांतील वर्षण किंवा आधीच्या निरीक्षणाच्या वेळेपासून झालेले वर्षण यांसंबंधी निरीक्षणे घेतली जातात. वेधशाळा समुद्रकिनाऱ्यावर असेल, तर समुद्रपृष्ठाचे तापमान, समुद्रावरील लाटांची उंची व दिशा आणि समुद्रावर होणारे आविष्कार यांसंबंधीही निरीक्षणे घेतली जातात. मुख्यत्वे वाहतूक करणाऱ्या जहाजांवर असलेले अधिकारी समुद्रपृष्ठावरील निरीक्षणे ठरलेल्या वेळी (००.००, ०६.००, १२.०० व १८.०० ग्रीनिच माध्य वेळेप्रमाणे) घेतात आणि ती किनाऱ्यावर योग्य ठिकाणी बिनतारी संदेशाने पाठवितात. तसेच काही जहाजे समुद्रावर काही निश्चित ठिकाणी नांगर टाकून स्थिर ठेवलेली आहेत आणि या जहाजांतील अधिकारी ठरलेल्या वेळी निरीक्षणे घेतात. ही जहाजे निरीक्षणांकरिता समुद्रावर ठेवण्याचा खर्च संबंधित देश वाटून घेतात. अशा जहाजांस सागरी हवामान असे म्हणतात. त्याशिवाय समुद्रात काही विशिष्ट ठिकाणी तरंगणारे स्थिर ठोकळे म्हणजे बोयरे ठेवून तेथून निरीक्षणे ठरलेल्या वेळी घेतली जाऊन बिनतारी संदेशाने किनाऱ्यावरील संबंधित वेधशाळांना पाठविली जातात. अधूनमधून काही संशोधन संस्थांच्या जहाजांवरून त्या संस्थेतील कर्मचारी समुद्रावरील निरीक्षणे घेण्याचे कार्य करतात. ह्या जहाजांवरून समुद्रपृष्ठावरील नेहमीच्या निरीक्षणांशिवाय समुद्रपृष्ठाच्या खाली एखाद्या विशिष्ट खोलीपर्यंत निरनिराळ्या पातळ्यांवरील पाण्याचे तापमान, घनता, लवणता, समुद्र प्रवाह यांसबंधीची निरीक्षणे घेतली जातात. समुद्रावरील निरीक्षण केंद्राचे प्रमाण अद्यापही अत्यल्प आहे. हे प्रमाण बरेच वाढवून समुद्रासंबंधी ज्ञान, तसेच समुद्र-वातावरण यांच्यात होणाऱ्या विनिमयासंबंधीचे सखोल ज्ञान प्राप्त करून घेणे ही सध्याची फार मोठी गरज आहे. भूपृष्ठावरील निरीक्षणांच्या साहाय्याने भूपृष्ठावर निर्माण होणाऱ्या वातावरणीय दाब प्रणालींचा आणि भूपृष्ठावरील हवेच्या संक्रमणाचा, तसेच त्यात होणाऱ्या बदलांचा अभ्यास केला जातो.
काही वेधशाळा बाष्पीभवन-बाष्पोत्सर्जन, एक एकक क्षैतिज क्षेत्रफळावरील आपाती सौर प्रारण, पृथ्वीपृष्ठापासून होणारे अवरक्त प्रारणोत्सर्जन यांसंबंधीही निरीक्षणे घेतात.
काही ठराविक वेधशाळा फुग्याबरोबर जोडलेल्या उपकरणांच्या आणि जमिनीवर ठेवलेल्या सामग्रीच्या साहाय्याने वातावरणातील निरनिराळ्या समदाबपृष्ठांवरील तापमान, आर्द्रता, वाऱ्याची दिशा आणि गती, तसेच समदाबपृष्ठाची उंची यांसंबंधी निरीक्षणे घेतात. ह्या निरीक्षणांच्या साहाय्याने वातावरणाच्या निरनिराळ्या समदाबपृष्ठावरील तापमान, आर्द्रता आणि हवेचे संक्रमण व त्यात होणारे बदल यांसंबंधी अभ्यास केला जातो. समुद्रावर अशी निरीक्षणे सागरी हवामान जहाजांवरील, तसेच कधीकधी संशोधन संस्थांच्या जहाजांवरील कर्मचारी घेतात.
कधीकधी ठराविक कालावधीकरिता प्रयोग व मोहीम आयोजिली जाते. यांचा उद्देश जास्त प्रमाणात निरीक्षणे मिळवून काही ठराविक वातावरणीय आविष्कारांचा विशेष आणि सखोल अभ्यास करणे हा असतो उदा., आंतरराष्ट्रीय हिंदी महासागर मोहीम (१९६३-६४), भारत-सोव्हिएट मॉन्सून प्रयोग (१९७३, १९७७), जागतिक हवामान संस्थेने आयोजिलेल्या मॉन्सून प्रयोग (मॉन्सून एक्स्पेरिमेंट, मोनेक्स १९७९). निरीक्षणे घेण्यासाठी विशेष व्यवस्था करून या प्रयोगांद्वारे ठरविलेल्या क्षेत्रांवरील (जमिनीवरील तसेच समुद्रावरील) निरीक्षणे बऱ्याच जास्त प्रमाणात उपलब्ध करून घेतली जातात. मॉन्सून प्रयोगांत मिळविलेल्या निरीक्षणांच्या (भूपृष्ठीय आणि वातावरणातील निरनिराळ्या समदाबपृष्ठीय) अभ्यासाने मॉन्सूनसंबंधीच्या ज्ञानात बरीच भर पडली.
कृत्रिम उपग्रहांनी घेतलेली निरीक्षणे : अशा कृत्रिम उपग्रहांना वातावरणविज्ञानीय उपग्रह असे संबोधिले जाते. ह्या उपग्रहांचे त्यांच्या पृथ्वीभोवतीच्या गतीवर आधारित दोन प्रकार आहेत : (१) विषुववृत्तावर एखाद्या आधी ठरविलेल्या रेखांशावर पृथ्वीसापेक्ष स्थिर ठेवलेला उपग्रह (उंची सु. ३६,००० किमी.) आणि (२) दोन्ही ध्रुवांभोवती फिरणारा. कृत्रिम उपग्रहांद्वारे ढगांचे जागतिक वितरण, सागरी पृष्ठभागाचे तापमान आणि वातावरणातील निरनिराळ्या उंचीवरील तापमान, वारे, उपग्रहाच्या उंचीवरील म्हणजेच वातावरणाच्या बाह्य सीमेवरील आपाती सौर प्रारण, अवकाशात जाणारे अवरक्त प्रारण यांसंबंधी माहिती मिळते. या माहितीची सारखी नोंद होत असते. ही नोंदलेली माहिती जशी पाहिजे तशी उपलब्ध करून घेता येते. वातावरणातील घडामोडींचा अभ्यास आणि संशोधन यांसाठी ही माहिती फार उपयुक्त आहे. ढगांच्या जागतिक चित्रावरून समुद्रावरील चक्री वादळासंबंधी माहिती मिळते. कधीकधी जेव्हा ही वादळे ज्या भागात जहाजांची वाहतूक नसते अशा भागांत निर्माण होतात तेव्हा ढगांच्या अशा चित्रावरूनच या चक्री वादळाचे अस्तित्व कळते. [⟶ उपग्रह, कृत्रिम].
हवामानाचा नकाशा आणि निरनिराळे वातावरणीय आविष्कार : हवामान कार्यालयात हवामानाची ठरवून दिलेल्या वेळांची निरनिराळ्या प्रकारांची निरीक्षणे देशातील तसेच परदेशांतील अनेक वेधशाळांकडून उपलब्ध होतात. या निरीक्षणांवरून ठरविलेल्या वेळांचे हवामानाचे नकाशे तयार केले जातात. प्राप्त झालेल्या निरीक्षणांत हवामान घटकांसंबंधीची माहिती सांकेतिक अंकात असते. ही माहिती नकाशावर वेधशाळांच्या ठिकाणाजवळ एका विशिष्ट क्रमाने व पद्धतीने नोंदली जाते. अशा प्रकारे निरीक्षणांवरून तयार केलेल्या एखाद्या वेळेच्या नकाशास त्या वेळेचा हवामान नकाशा असे संबोधिले जाते. ह्या नकाशावरून त्या वेळी असलेल्या वातावरणाच्या हवामानविषयक स्थितीसंबंधी माहिती मिळते. अनेक प्रकारचे आणि अनेक वेळांचे नकाशे हवामान कार्यालयात तयार केले जातात. हवामानतज्ञ या नकाशांचे विश्लेषण करून दाबप्रणाली कशी आहे, न्यून व उच्च दाब क्षेत्रे कोठे आहेत, त्यांची तीव्रता किती आहे, ती कोणत्या दिशेने आणि गतीने सरकत आहेत, सीमापृष्ठांचा विस्तार कसा आणि कोठे आहे, कोणत्या भागातील हवामानावर कोणत्या दाब-प्रणालींचा प्रभाव पडत आहे इ. माहिती मिळवितो.
पृष्ठभागीय वातावरणातील निरनिराळ्या पातळ्यांतील अतिरिक्त असे हवामान नकाशांचे प्रकार असून त्यांचे विश्लेषण करून हवामानाच्या पूर्वकथनाला उपयुक्त माहिती मिळवितात उदा., चालू नकाशांच्या विश्लेषणावरून वातावरणाच्या सद्यःस्थितीची माहिती मिळते. तसेच आधीच्या वेळांच्या नकाशांचा सखोल अभ्यास करून आतापर्यंत कसा, किती, कोणत्या बाबतीत आणि कोणत्या क्षेत्रांवर वातावरणाच्या स्थितीत विशेष बदल झाला आहे हे समजून येते. या दोहोंचा विचार करून पुढील २४ तासांत हवामान कसे राहील, याचा अंदाज बांधता येऊ शकतो. [⟶ हवामान नकाशा].
वातावरणातील दाब प्रणाली : समुद्रपृष्ठावरील हवेच्या दाबाच्या नकाशावर समदाब रेषा काढून नकाशाचे विश्लेषण करताना असे आढळून येते की, समुद्रपृष्ठाच्या काही भागावर दाब कमी आणि काही भागांवर तो जास्त आहे. अशा प्रकारे समुद्रपृष्ठाच्या नकाशाच्या विश्लेषणावरून चालू दाब प्रणालीसंबंधी माहिती मिळते. दाब प्रणालीचे दोन मुख्य प्रकार आहेत : न्यून दाब प्रणाली आणि उच्च दाब प्रणाली. समदाब रेषा बंद असतील, तर कमी दाबाच्या क्षेत्रास न्यून दाब असे म्हणतात आणि समदाब रेषा बंद नसतील त्यास गर्त असे म्हणतात. समदाब रेषा बंद असतील, तर जास्त दाबाच्या क्षेत्रास उच्च दाब क्षेत्र असे संबोधिले जाते आणि बंद नसतील, तर त्यास कटक असे संबोधिले जाते. [⟶ वारे].
वातावरणातील अभिसरण प्रणाली : उत्तर गोलार्धात एखाद्या क्षेत्रावरील निरनिराळ्या ठिकाणांचे वारे घड्याळ्याच्या काट्यांच्या विरुद्ध दिशेत बदलत असतील, तर त्या क्षेत्रावरील अभिसरण प्रणालीस आवर्ती अभिसरण व घड्याळातील काट्यांप्रमाणे बदलत असतील, तर प्रत्यावर्ती अभिसरण असे म्हणतात. दक्षिण गोलार्धात परिस्थिती याच्या उलट असते. याचे मुख्य कारण पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्याच्या दिशेवर अभिसरण प्रणालीच्या व्याख्या आधारित आहेत. वाऱ्याचे अभिसरण आणि पृथ्वीचे स्वतःभोवती फिरणे एकाच दिशेत असेल, तर वाऱ्याच्या अभिसरणास आवर्ती अभिसरण आणि विरुद्ध दिशेत असेल, तर प्रत्यावर्ती अभिसरण म्हणतात. अभिसरण वर्तुळाकार नसेल आणि वाऱ्याच्या दिशेवरून असे दिसून येत असले की, वारे आवर्ती अभिसरणासारखे बदलत असल्यास अशा प्रणालीस गर्त आणि प्रत्यावर्ती अभिसरणातील वाऱ्यासारखे बदलत असल्यास अशा प्रणालीस कटक असे म्हणतात. न्यून दाब क्षेत्रावर आवर्ती अभिसरण असते. ह्या क्षेत्रावर काही उंचीपर्यंत हवेस ऊर्ध्व गती असते. त्या उंचीनंतर कधीकधी प्रत्यावर्ती अभिसरण असते. उच्च दाब क्षेत्रावर काही उंचीपर्यंत अधोगती असते व त्या उंचीनंतर कधीकधी आवर्ती अभिसरण असते. निरनिराळ्या समदाबपृष्ठांच्या नकाशांवर जेव्हा तत्कालीन दिशा रेषा काढतात तेव्हा आवर्ती अभिसरण, प्रत्यावर्ती अभिसरण, गर्त व कटक पृथ्वीच्या कोणत्या भागांवर आहेत हे कळते.
इ.स. १९२० च्या सुमारास जे. व्यर्कनेस आणि एच्. सोलबर्ग यांनी समशीतोष्ण कटिबंधातील अभिसारी चक्रवाताच्या निर्मितीच्या ध्रुवीय सीमापृष्ठ सिद्धांताचा विकास केला. ह्याचा हवामानाच्या पूर्वकथनांत बराच उपयोग झाला. अशा चक्रवाताच्या निर्मितीत तापमान आणि बाष्पाचे प्रमाण भिन्न असलेल्यादोन वायुराशी [हवामानची गुणवैशिष्ट्यात (विशेषतः तापमान, आर्द्रता यांच्या वितरणात) क्षैतिज दृष्ट्या जवळजवळ एकसारखेपणा असलेला वातावरणाचा विस्तृत भाग ⟶ वायुराशि] आवश्यक असतात. यांपैकी एक उत्तरेकडून आलेली ध्रुवीय थंड व शुष्क हवा असते आणि दुसरी दक्षिणेकडून आलेली उबदार व दमट हवा असते. उत्तर गोलार्धात मध्य अक्षांशांजवळ या दोन वायुराशी जवळजवळ येतात आणि एकमेकींशी समांतर राहून वाहतात. उबदार, दमट हवा पूर्वेकडे तर थंड व शुष्क हवा पश्चिमेकडे वाहते. ह्या दोन वायुराशींमध्ये ध्रुवीय सीमापृष्ठ असते. ह्या सीमापृष्ठावर तरंग निर्माण होतात. ह्या तरंगांत कधीकधी अस्थिरता निर्माण होऊन अभिसारी चक्रवाताची निर्मिती होते. चक्रवातात शीत आणि ऊबदार सीमापृष्ठे विकसित होतात. काही कालावधीनंतर शीत सीमापृष्ठाची गती उबदार सीमापृष्ठाच्या गतीपेक्षा जास्त होऊन शीत सीमापृष्ठ उबदार सीमापृष्ठाच्या जवळ येत जाते व अखेरीस अभिसारी चक्रवाताचा ऱ्हास होतो.
उबदार सीमापृष्ठ : उबदार हवा शीत हवेवर वाहत वाहत वर चढते. सीमापृष्ठाचा चढ (प्रवणता) १ : १०० किंवा १ : १५० यप्रमाणे असतो. उबदार हवा वर चढल्यामुळे अक्रमी शीतलीकरण होऊन ढग व पाऊस यांची निर्मिती होते. भूपृष्ठावरच्या उबदार सीमापृष्ठाच्या ठिकाणापासून सु. २०० किमी. अंतरापर्यंत पाऊस पडतो. भूपृष्ठावरील एखाद्या ठिकाणाकडे जर उबदार सीमापृष्ठ सरकत असेल, तर त्या ठिकाणी विशिष्ट प्रकारचे ढग क्रमाने येतात.
उबदार विभाग : उबदार व दमट हवेत स्थिरता असल्यामुळे येथे आकाश निरभ्र असते किंवा धुके अथवा तुषारवृष्टी होते. हवेचा दाब हळूहळू कमी होतो.
शीत सीमापृष्ठ : सीमापृष्ठाचा चढ १ : ५० ते १ : १०० असा असतो. शीत हवा उबदार हवेला पुढे ढकलते, त्यामुळे उबदार हवा थंड हवेवर चढते. भूपृष्ठास लागून असलेल्या थंड हवेची गती घर्षणामुळे कमी होते पण वाढत्या उंचीबरोबर घर्षणाचा प्रभाव कमी होत जातो. त्यामुळे ठराविक उंचीपर्यंत हवेची गती उंचीप्रमाणे वाढत जाते आणि थंड हवा नाकासारखा आकार धारण करते. नाकाच्या टोकाजवळील हवेत बरीच अस्थिरता निर्माण होऊन गर्जन्मेघ, गडगडाटी वादळ, वीज चमकणे, पाऊस, हिमगारा, झंझावात इ. आविष्कार होतात. जसे थंड हवेचे नाक पुढे सरकते तसे ढगांचे प्रमाण कमी होऊन आकाश निरभ्र होते. शीत सीमापृष्ठाची गती उबदार सीमापृष्ठाच्या गतीपेक्षा जास्त असल्यामुळे काही कालावधीनंतर भूपृष्ठावरील उबदार हवा वर ढकलली जाते. उबदार हवा जेव्हा भूपृष्ठावर राहत नाही तेव्हा अभिसारी चक्रवाताचे संशोषण झाले असे म्हणतात [⟶ सीमापृष्ठ].
उष्ण कटिबंधीय चक्री वादळे : चक्री वादळाचा क्षैतिज विस्तार १५० ते ८०० किमी. असतो. साधारणपणे ज्या भागांवर समुद्रपृष्ठाचे तापमान २७० से. किंवा त्यापेक्षा जास्त असते, त्या भागांवर ही वादळे निर्माण होतात. अक्षांश सु. ५-१५ या पट्ट्यात त्यांची निर्मिती होते. समुद्रपृष्ठापासून वातावरणास प्राप्त होणारी बाष्पातील सुप्त उष्णता चक्री वादळांच्या निर्मितीत फार महत्त्वाची असते. अशा क्षेत्रावर सुरुवातीस न्यून दाब निर्माण होतो. वातावरणास समुद्रापासून सुप्त उष्णता प्राप्त होत राहिली आणि न्यून दाब क्षेत्रावर वरील वातावरणात अभिसरण होऊ लागले म्हणजे न्यून दाबाचे न्यूनतर दाबात रूपांतर होते. काही अज्ञात कारणांमुळे न्यूनतर दाब कमी होत जातो आणि दाब प्रणालीची तीव्रता वाढत जाते. ज्या वेळी दाब प्रणालीशी संबंधित वाऱ्याची गती ३४ नॉट किंवा त्यापेक्षा जास्त होते तेव्हा दाब प्रणालीस उष्ण कटिबंधीय चक्री वादळ असे संबोधिले जाते. ह्या वादळांची तीव्रता वाढून संबंधित वाऱ्याची गती ६४ नॉट किंवा त्यापेक्षा जास्त होते तेव्हा त्यांस अटलांटिक महासागरात हरिकेन, पॅसिफिक महासागरात टायफून, ऑस्ट्रेलियाच्या आसपासच्या समुद्रात विलि-विली, हिंदी महासागरात सायक्लोन या नावांनी ओळखले जाते. [⟶ चक्रवात टायफून हरिकेन].
वातावरणात निर्माण होणारे निरनिराळे आविष्कार : वातावरणात विविध प्रकारचे आणि विविध तीव्रतेचे आविष्कार निर्माण होतात. त्यांची क्षेत्रीय प्रमाणे (व्याप) निरनिराळी असतात. निरनिराळे आविष्कार खाली दिले आहेत.
धुळी वावटळ : लहान क्षेत्र खूप तापले म्हणजे त्या क्षेत्रावर तीव्र संनयन (वरच्या दिशेतील हालचाल) सुरू होऊन हवेस घूर्णता (चक्राकार गती) प्राप्त होते. ऊर्ध्व आणि घूर्णाकार गतीमुळे या क्षेत्रावर धूळ उधळली जाते. क्षेत्रावरील हवेचा स्तंभ घूर्णाकार होऊन तो सरकू लागतो. अशा स्तंभास वावटळ किंवा धुळी वावटळ असे संबोधिले जाते. वावटळीची उंची सु. २०० ते ५०० मी. (कधीकधी ८०० मी.) असते आणि गती बरीच बदलणारी असते. भूपृष्ठावरील वावटळीचे क्षेत्र १००-२०० चौ. मी. इतके लहान असून शकते. यातील चक्राकार गती घड्याळाच्या काट्याप्रमाणे तसेच त्याविरुद्धही आढळते. वावटळी साधारणपणे दुपारी व संध्याकाळी निर्माण होतात. [⟶ वावटळ].
घूर्णवाती वादळ : हा आविष्कार वावटळीसारख्या लहान क्षेत्रावर होतो पण त्याची तीव्रता भयंकर असते. वावटळीच्या केंद्राजवळ हवेचा दाब इतका कमी झालेला असतो आणि उदग्र गती इतकी तीव्र असते की, अशा वादळाच्या सपाट्यात सापडलेल्या इमारतींचे छप्पर, माणसे, गाई, म्हशी इ. तीव्र चोषणामुळे (आत ओढल्या जाऊन) वर फेकल्या जातात. यात नलिकाकृती ढग निर्माण झालेला असतो. या ढगाचा खालचा भाग ५०० ते १,००० मी. उंच असतो पण कधीकधी तो २०० ते ३०० मी. उंच इतका खाली येऊ शकतो. या वादळामुळे मालमत्ता आणि जीवित यांचे अतोनात नुकसान होते. उत्तर गोलार्धात या वादळात चक्राकार गती घड्याळ्याच्या काट्याच्या विरुद्ध असते. वाऱ्याची गती ३०० ते ४०० किमी./तास असू शकते. वादळाची गती सु. ५० किमी./तास असते. अशी वादळे अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांच्या मध्य भागात उन्हाळ्यात बरीच होतात. ती पश्चिम आफ्रिका आणि ऑस्ट्रेलियातही होतात. भारतात अशा वादळांचे प्रमाण अत्यल्प आहे. घूर्णवाती वादळात जोरदार वृष्टी, गडगडाट, वीज चमकणे इ. हवामानाचे आविष्कार होतात. [⟶ घूर्णवाती वादळ].
जलशुंडा : सागरावर होणारा हा आविष्कार घूर्णवाती वादळासारखा आहे पण हवेची चक्राकार गती घड्याळ्याच्या काट्यासारखी काही जलशुंडांत पाहण्यात आली आहे. हा आविष्कार साधारणपणे उष्ण कटिबंधीय प्रदेशात होतो. [⟶ जलशुंडा].
गडगडाटी वादळ : हा आविष्कार गर्जन्मेघाशी निगडित आहे. यात वाऱ्याची उदग्र गती बरीच तीव्र असते. त्यामुळे जोरदार वृष्टी, गारांचा पाऊस, वीज चमकणे, गडगडाट आणि थंड झालेली हवा तीव्र गतीने खाली येण्यामुळे होणारा चंडवात इ. आविष्कार गडगडाटी वादळात होतात. गडगडाटी वादळे उष्ण कटिबंधीय प्रदेशात साधारणपणे दुपारी वा संध्याकाळी होतात. समशीतोष्ण कटिबंधात ती शीत पृष्ठाशी निगडित असतात. [⟶ गडगडाटी वादळ].
धुळी वादळ : हे गडगडाटी वादळासारखे असते पण हवा बरीच कोरडी असल्यामुळे यात पाऊस किंवा गारा पडत नाहीत मात्र धूळ बरीच उंच उधळली जाते. [⟶ धुळी वादळ].
गारा : गारांची निर्मिती गर्जन्मेघात होते. ढगाचा माथा किती उंच पोहोचला आहे, उदग्र गती असलेल्या हवेत बाष्प किती आहे, ढगातील अतिशीतित पाण्याचे प्रमाण किती आहे, हवेची उदग्र गती किती आहे इ. गोष्टींवर गारांचे आकारमान अवलंबून असते. [⟶ गार].
पाऊस : ऊर्ध्व गतीमुळे हवेतील बाष्पाचे संद्रवण होते आणि ढगाचे कण निर्माण होतात. ते कण ठराविक प्रक्रियांमुळे जेव्हा बरेच मोठे होतात, तेव्हा पावसाचे थेंब म्हणून भूपृष्ठावर पडतात.[⟶ पर्जन्य वर्षण].
हिमवृष्टी : जेव्हा तापमान ००से.च्या खाली असते, तेव्हा वर्षण हिमाच्या रूपात होते.
चंडवात : या आविष्कारात वाऱ्याचा वेग अगदी थोड्या वेळात ३ बोफर्ट क्रमाकांनी [⟶ वारे] वाढून ६ किंवा त्यापेक्षा जास्त बोफर्ट क्रमांकापर्यंत (म्हणजे २७ नॉटपर्यंत किंवा त्यापेक्षा जास्त) पोहोचतो आणि हा वेग कमीत कमी एक मिनिट टिकू राहतो. [⟶ चंडवात].
धुके : जमिनीवरील हवेचे शीतलीकरण होऊन तापमान दवबिंदूखाली पोहोचते तेव्हा हवेतील बाष्पाचे संद्रवण होते आणि धुके निर्माण होते. धुक्यात दृश्यमानता १,००० मी. किंवा त्यापेक्षा कमी असते. शीतलीकरण रात्री व पहाटे जमिनीपासून तीव्र प्रारणोत्सर्जनामुळे होऊ शकते (प्रारणोत्सर्जनजन्य धुके) किंवा उबदार व आर्द्र हवा थंड भूपृष्ठावर आल्याने (अभिवहन धुके) किंवा थंड व अतृप्त हवा संतृप्त बाष्पदाब असलेल्या जलपृष्ठावर आल्याने (बाष्प धुके) होऊ शकते. धुके म्हणजे भूपृष्ठावरील ढग होत. [⟶ धुके].
झाकळ : भूपृष्ठाच्या शीतलीकरणामुळे हवेतील बाष्पाचे संद्रवण होऊन दृश्यमानता जर १,००० ते २,००० मी. इतकी कमी झाली, तर अशा आविष्कारास झाकळ असे म्हणतात. [⟶ झाकळ].
धूसर : भूृपृष्ठाच्या शीतलीकरणामुळे बाष्पाचे संद्रवण होऊन दृश्यमानता २,००० ते ४,००० मी. इतकी कमी झाली, तर अशा आविष्कारास धूसर असे संबोधिले जाते. [→ धूसर].
वारे : जेव्हा वातावरणातील हवेस क्षैतिज गती प्राप्त होते तेव्हा सरकणाऱ्या हवेस वारा असे संबोधिले जाते. एखाद्या ठिकाणच्या वाऱ्याची पूर्ण माहिती होण्यासाठी त्या ठिकाणी वारा कोणत्या दिशेकडून येत आहे, तसेच त्याची गती किती आहे हे माहीत करून घ्यावे लागते. अशा प्रकारे वारा हा वातावरणाचा सदिश घटक आहे.
वाऱ्याचे मापन : ज्या दिशेकडून वारा येतो ती वाऱ्याची दिशा होय. उदा., वारा जर पूर्वेकडून येत असेल, तर वाऱ्याची दिशा पूर्व धरली जाते. वाऱ्याची दिशा १६ दिशा-उपदिशांत दिशामापकाच्या साहाय्याने मोजली जाते. वाऱ्याची गती किमी./तास या एककात मोजली जाते. पवनवेगमापकाच्या साहाय्याने वाऱ्याची गती मोजली जाते. वाऱ्याची दिशा आणि गती सारखे बदलत असतात. त्यामुळे एखाद्या क्षणाची वाऱ्याची गती व दिशा यांचे मापन करताना एक ते तीन मिनिटांची सरासरी गती व दिशा यांचे अंदाज केले जातात. वाऱ्याची गती नॉट आणि मी./सेकंद या एककांतही मोजली जाते.
सागरपृष्ठाजवळील वाऱ्याची दिशा व गती यांसंबंधी निरीक्षणे वाहतूक करणारी जहाजे, सागरावर काही विशिष्ट ठिकाणी स्थिर करून ठेवलेली जहाजे किंवा तरंगणारे ठोकळे यांवरील मापकांच्या साहाय्याने घेतली जातात.
मापकांच्या साहाय्याने क्षैतिज वाऱ्याची दिशा व गती मिळते. ऊर्ध्व दिशेतील हवेचे प्रवाह साधारणपणे अतिमंद असतात. त्यांचे सरळ मापन होत नाही.
वातावरणातील निरनिराळ्या उंचीवरील वाऱ्याचे मापन अप्रत्यक्षपणे केले जाते. हवेपेक्षा हलक्या हायड्रोजन वायूने भरलेले फुगे वातावरणात सोडले जातात. वाऱ्याबरोबर आणि वर जाणाऱ्या अशा फुग्यांचे वेध घेऊन त्यावरून वेगवेगळ्या उंचीवरील वाऱ्यांची गती व दिशा काढता येतात. फुग्यांचे वेध प्रकाशीय थिओडोलाइट पद्धती, रेडिओ थिओडोलाइट पद्धती आणि रडार या तीन पद्धतींनी घेण्यात येतात. या मापनाने ३० किमी. उंचीपर्यंत ठरविलेल्या प्रमाण उंचीवरील किंवा प्रमाण समदाबपृष्ठावरील वाऱ्याची दिशा व गती प्राप्त होते. दिशा उत्तरेपासून अंशामध्ये आणि गती नॉटमध्ये असते. ३६०० म्हणजे उत्तर, ९०० म्हणजे पूर्व, १८०० म्हणजे दक्षिण आणि २७०० पश्चिम होय.
सुमारे ३० ते ६० किमी. उंचीवरील वाऱ्याची दिशा व गती प्राप्त करून घेण्यासाठी रॉकेटचा उपयोग १९६० पासून केला जात आहे. रॉकेटबरोबरच उपकरण वर फेकून ते हवाई छत्रीच्या साहाय्याने सावकाश खाली उतरत असताना त्याचे वेध घेण्यात येतात. या वेधांच्या साहाय्याने ३०-६० किमी. या थरांतील वाऱ्यांची दिशा व गती प्राप्त करून घेतल्या जातात.
यांशिवाय पृथ्वीभोवती ध्रुवीय कक्षेत भ्रमण करणारा कृत्रिम उपग्रह व त्यावरील लेसर उपकरण यांच्या साहाय्याने उच्च वातावरणातील वाऱ्यांची दिशा व गती प्राप्त करून घेण्याचे तंत्र विकसित केले जाते आहे. [⟶ पवनवेगमापन].
हवेवर प्रभाव पाडणाऱ्या प्रेरणा : खाली प्रेरणांचा हवेवर प्रभाव पडतो : (अ) पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव ऊर्ध्व दिशेतील गतीवरच होतो. (आ) हवादाब प्रवणता : वायुदाबाची प्रवणता जास्त असेल (म्हणजे समदाब रेषा जवळजवळ असतील), तर वाऱ्याचा वेग जास्त असतो. याच्या उलट प्रवणता कमी असेल (म्हणजे समदाबरेषा दूर दूर असतील), तर वाऱ्याचा वेग कमी असतो. हवेवर प्रभाव पाडणारी ही फार महत्त्वाची प्रेरणा आहे. (इ) कोरिऑलिस परिणाम : पृथ्वी स्वतःच्या आसाभोवती २४ तासांत एकदा पूर्णपणे फिरते. त्यामुळे हवेवर एक प्रेरणा कार्य करते, हे फ्रेंच शास्त्रज्ञ जी. जी. कोरिऑलिस यांनी निदर्शनास आणून दिले. स्वतःभोवती फिरणाऱ्या पृथ्वीवर कोरिऑलिस प्रेरणेमुळे उत्तर गोलार्धात उत्तरेकडून दक्षिणेकडे वाहणारा वारा उजवीकडे सरकत जाऊन वाऱ्याची दिशा ईशान्य होईल. याच्या उलट दक्षिण गोलार्धात दक्षिणेकडून उत्तरेकडे वाहणारा वारा डावीकडे सरकत जाऊन वाऱ्याची दिशा आग्नेय होईल. नीच अक्षवृत्तावर या प्रेरणेचे मूल्य अत्यल्प असते आणि ध्रुवाजवळ ते अधिकतम असते [⟶ कोरिऑलिस परिणाम]. (ई) हवेचा मार्ग वक्र असेल, तर हवेवर केंद्रोत्सारी प्रेरणेचा प्रभाव पडतो. (उ) घर्षण प्रेरणा : पृथ्वीच्या पृष्ठावरून वारा वाहतो तेव्हा पृथ्वीपृष्ठालगतची हवा पृथ्वीपृष्ठाशी घर्षण होत असल्यामुळे मंदावते. पृष्ठालगतचा हवेचा थर व त्यावरचा थर यांमध्ये घर्षण होत असल्यामुळे वरच्या थराची गती काही प्रमाणात कमी होते. अशा रीतीने घर्षणाचा परिणाम सु. एक किमी. उंचीपर्यंत होतो. पृथ्वीपृष्ठास लागून असणाऱ्या ८०० मी. जाडीच्या थरास घर्षण थर म्हणतात. याच्या वरच्या भागात दाब प्रवणता, कोरिऑलिस परिणाम यांसारख्या इतर प्रेरणांचा प्रभाव पडतो आणि घर्षणाचा परिणाम मोठ्या क्षेत्रावरील हवेच्या गतीवर नगण्य असतो. जमिनीवर घर्षण जास्त असल्यामुळे घर्षणाचा जमिनीलगतच्या थराच्या गतीवर बराच परिणाम होतो. समुद्रपृष्ठावर घर्षण त्यामानाने बरेच कमी असल्यामुळे समुद्रपृष्ठालगतच्या थरांच्या गतीवर त्याचा बराच कमी परिणाम होतो. जर घर्षण नसते, तर वाऱ्याची दिशा समदाब रेषांना समांतर राहिली असती परंतु घर्षणामुळे वारा समदाब रेषांशी १० ते ३० अंशांचा कोन करून न्यूनदाब क्षेत्राकडे वाहतो.
पर्वतरांगांचा वाऱ्यावर होणारा परिणाम : पर्वतरांग बरीच लांब असेल आणि वारा जर लंब दिशेने पर्वतरांगेकडे वाहत असेल, तर पर्वतरांगेच्या अलीकडे वाऱ्याची गती मंदावू लागते. वाऱ्याची गती किती अलीकडे आणि किती प्रमाणात मंदावेल हे पर्वतरांगेच्या उंचीवर आणि वाऱ्याची गती या दोहोंवर अवलंबून असते. पर्वताची उंची जास्त असेल, तर वारा मंदावणे बरेच अलीकडे सुरू होईल आणि वाऱ्याची मंदावण्याचे प्रमाण जास्त राहील.
वाऱ्यात होणारे बदल : (अ) दैनंदिन : वाऱ्याची गती साधारणपणे दिवसा सर्वांत जास्त असते. दिवसा सूर्यापासून प्राप्त होणाऱ्या उष्णतेमुळे वातावरणातील खालचे थर ढवळले जातात. त्यामुळे वरच्या थरांतील संवेग (कणाचे वस्तुमान व वेग यांच्या गुणाकाराला संवेग म्हणतात, येथे कणांच्या अशा संवेगांची सदिश बेरीज करून येणारा संवेग) खाली येतो व खालच्या थरातील संवेग वर जातो. वरच्या थरांतील संवेग दिवसा खाली आल्यामुळे पृष्ठालगतच्या वाऱ्याची गती दुपारी सर्वांत जास्त होते पण सूर्यास्तानंतर ती हळूहळू कमी होऊन पहाटेपर्यंत अत्यल्प होते. हा नियमित दैनंदिन बदल आकाश निरभ्र असेल, तरच आढळतो. ढगाळ हवेत हा बदल गुंतागुंतीचा असतो.
(आ) ऋतुमानाप्रमाणे होणारे बदल : ऋतुमानाप्रमाणे हवेच्या दाबाचे जागतिक वितरण बदलते. त्यामुळे वाऱ्याची दिशा व गती यांत ऋतुमानाप्रमाणे बदल होतात. एक प्रमुख बदल म्हणजे उन्हाळ्यात समुद्राकडून जमिनीकडे वाहणारे मॉन्सून वारे होत. यास उन्हाळी मॉन्सून वारे असे म्हणतात. हे वारे दक्षिण आशिया, पश्चिम आफ्रिकेचा सहारा वाळवंटाच्या दक्षिणेस असलेला भाग, उत्तर ऑस्ट्रेलिया या भागांवर येतात आणि त्यामुळे या भागांवर पाऊस पडतो. हिवाळ्यात या भागांवर जमिनीकडून समुद्राकडे जवळजवळ विरुद्ध दिशेने वारे वाहतात. यांस हिवाळी मॉन्सून वारे असे म्हणतात. या वाऱ्यांमुळे पाऊस फार थोड्या क्षेत्रांवर पडतो. हिवाळी गोलार्धात उन्हाळी गोलार्धापेक्षा दाब प्रवणता बरीच कमी असते. त्यामुळे हिवाळी गोलार्धातील वारे उन्हाळी गोलार्धातील वाऱ्यांपेक्षा कमी जोराने वाहतात.
स्थानिक वारे : (अ) खारे व मतलई वारे : सौर प्रारणामुळे जमीन दिवसा तापते. मध्यान्हानंतर सु. दोन तासांनी तापमान अधिकतम असते. त्या वेळी जमिनीलगतची हवा गरम होऊन ती वर जाते. जमिनीवर हवेचा दाब कमी झालेला असतो. याच्या उलट किनाऱ्याच्या पलीकडील समुद्रपृष्ठ विशेष तापत नाही. त्यामुळे समुद्रपृष्ठावर हवेचा दाब जमिनीवरील हवेच्या दाबापेक्षा बराच जास्त असतो. त्यामुळे दुपारी २ वाजल्यानंतर समुद्राकडून जमिनीकडे वारा वाहू लागतो. ह्यास खारा किंवा सागरी वारा असे म्हणतात. हा वारा गार असल्यामुळे आल्हाददायक असतो. तो संध्याकाळनंतर बराच मंदावतो. प्रारणोत्सर्जनामुळे पहाटे जमीन थंड झालेली असते पण समुद्र त्या प्रमाणात थंड होत नाही. त्यामुळे जमिनीवरील तापमान समुद्रावरील तापमानापेक्षा कमी असते आणि जमिनीवर हवेचा दाब वाढलेला असतो आणि समुद्रावर तो कमी असतो. त्यामुळे पहाटे जमिनीकडून समुद्राकडे वारा वाहतो. यास मतलई वारा असे म्हणतात. इतक्या लहान क्षेत्रावरील वाऱ्यावर कोरिऑलिस प्रेरणेचा काहीही परिणाम होत नाही. खाऱ्या-मतलई वाऱ्यामुळे एक किमी. उंचीपर्यंतच अभिसरण होते. एक किमी. उंचीवर वारा दुपारी/ संध्याकाळी जमिनीकडून समुद्राकडे तर पहाटे समुद्राकडून जमिनीकडे वाहतो.
(आ) अवरोही आणि आरोही वारे : एखाद्या खोऱ्याच्या आसपास असलेले पर्वतांचे उतार रात्री प्रारणोत्सर्जनामुळे थंड होतात आणि त्या उतारालगतची हवा थंड होऊन तिची घनता वाढते परंतु त्याच उंचीवर खोऱ्यातील मोकळ्या वातावरणात हवा तितकी थंड होत नसल्यामुळे तिची घनता कमी असते. या परिस्थितीमुळे जास्त घनता असलेली थंड हवा पर्वतांच्या उतारावरून गडगडत खाली खोऱ्याकडे वाहते. पर्वतांच्या उतारावरून रात्री व पहाटे वाहणाऱ्या अशा वाऱ्यांस अवरोही वारे असे म्हणतात. याच्या उलट दिवसा सौर प्रारणामुळे पर्वतांचे उतार बरेच तापतात आणि उतारालगतची हवा गरम होऊन हलकी होते परंतु खोऱ्यावरील मोकळ्या वातावरणातील त्याच उंचीवरील हवा तितकी गरम होत नसल्यामुळे तिची घनता जास्त असते. अशा परिस्थितीत हलकी हवा पर्वतांच्या चढावर खालून वर जाते. पर्वतावर चढून जाणाऱ्या वाऱ्यास आरोही वारे असे म्हणतात. असे वारे प्रामुख्याने दुपारी व संध्याकाळी वाहतात.
(इ) जगाच्या निरनिराळ्या भागांतील वैशिष्ट्यपूर्ण स्थानिक वारे : आल्प्स पर्वत चढल्यानंतर उत्तरेकडील उतारावरून खाली उतरणाऱ्या उष्ण व कोरड्या वाऱ्याला ‘फोन’ म्हणतात. हा जर्मनी व आसपासच्या देशांवर दक्षिणेकडून वाहतो. उतारावरून खाली येताना हवेचे तापमान १° से./२०० मी. याप्रमाणे वाढते. त्यामुळे सापेक्ष आर्द्रता कमी होऊन हवा कोरडी होते.
अमेरिकेतील रॉकी पर्वत ओलांडल्यावर उतारावरून खाली वाहणाऱ्या उष्ण व कोरड्या वाऱ्याला ‘चिनूक’ म्हणतात. जमलेला बर्फ वितळण्यात ह्या वाऱ्याची कधीकधी बरीच मदत होते.
एड्रिॲटिक समुद्राच्या पूर्व किनाऱ्यावरील पर्वतावरून खाली वाहणाऱ्या थंड वाऱ्याला ‘बोरा’ म्हणतात. हिवाळ्यात ह्याची गती सर्वांत जास्त असते.
दक्षिण फ्रान्समध्ये ऱ्होन नदीच्या खोऱ्यातून वायव्येकडून किंवा उत्तरेकडून वाहणाऱ्या वाऱ्याला ‘मिस्ट्रल’ म्हणतात.
जिब्राल्टरच्या सामुद्रधुनीतून पूर्वेकडे वाहणाऱ्या वाऱ्याला ‘लेव्हँटर’ म्हणतात. साधारणपणे हा वारा जुलै ते ऑक्टोबर आणि मार्चमध्ये वाहतो.
वायव्य आफ्रिकेवर ईशान्य व पूर्व दिशेकडून वाहणाऱ्या कोरड्या व थोड्याशा थंड वाऱ्याला ‘हरमाटन’ म्हणतात. ह्या वाऱ्याबरोबर बरीच धूळ येते.
दक्षिण वा आग्नेय दिशेकडून सहारा वाळवंट ओलांडून भूमध्यसमुद्राकडे वाहणाऱ्या गरम व कोरड्या वाऱ्याला ‘सिरोक्को’ म्हणतात. मेक्सिकोच्या आखाताच्या किनाऱ्यावर हिवाळ्यात जोराने उत्तरेकडून वाहणाऱ्या थंड वाऱ्याला ‘नॉर्दर’ म्हणतात.
ईजिप्तवर दक्षिणकडून (विशेषतः एप्रिल ते जून या काळात) वाहणाऱ्या गरम व शुष्क वाऱ्याला ‘खामसिन’ म्हणतात. वाळवंटातून येताना हा वारा आपल्याबरोबर वाळू व धूळ आणतो. त्यामुळे दृश्यमानता कमी होते. [⟶ वारे].
वातावरणाचे सर्वसाधारण अभिसरण : वातावरणाच्या अभिसरणाचे मुख्य कारण म्हणजे नक्त प्रारणात होणारा अक्षांशीय बदल होय. विषुववृत्तावर सरासरी वार्षिक नक्त प्रारण घन असते, अक्षांश ४० जवळ ते शून्याच्या आसपास असते आणि ध्रुव प्रदेशावर ते ऋण असते. त्यामुळे हवेचे अभिसरण निर्माण होऊन उष्णता ध्रुवीय प्रदेशांकडे वाहून नेली जाते.
विषुववृत्तीय पट्ट्यावरील हवा बरीच तापून प्रसरण पावते आणि हलकी होऊन वर जाते. त्यामुळे भूपृष्ठाजवळ ह्या पट्ट्यावर हवेचा दाब कमी होतो. विषुववृत्तीय पट्ट्यावर हवा खालून वर गेल्यामुळे क्षोभावरणाच्या माथ्याकडे अधिक हवा येऊन तेथील दाब वाढतो. याच्या उलट ध्रुवीय प्रदेशांतील भूपृष्ठाजवळची हवा कमी तापमानामुळे आकुंचन पावते आणि हवेची घनता वाढते. त्यामुळे क्षोभावरणाच्या माथ्याकडे हवेचा दाब कमी होतो. विषुववृत्तीय पट्ट्यावर क्षोभावरणाच्या वरच्या भागात हवा ध्रुवीय प्रदेशांकडे वाहू लागते. ही हवा सु. ३० अक्षांशावर येईपर्यत थंड होत होत खाली येते आणि त्यामुळे अक्षांश ३० च्या आसपास उच्च दाबाचा पट्टा निर्माण होतो. ध्रुवीय प्रदेशावर भूपृष्ठाजवळ थंड व घन हवेमुळे उच्च दाब निर्माण होतो. भूपृष्ठावर हवा ध्रुवांकडून विषुववृत्ताकडे वाहू लागते. अक्षांश ६० च्या आसपास ध्रुवीय थंड हवा जास्त तापमान असलेल्या हलक्या हवेच्या सान्निध्यात येते. त्यामुळे ६० अक्षांशाच्या आसपास भूपृष्ठावर कमी दाबाचा पट्टा निर्माण होतो. ३० अक्षांशाजवळ उच्च दाबाचा पट्टा असल्यामुळे भूपृष्ठावर हवा अक्षांश ३० कडून अक्षांश ६० कडे वाहू लागते. तसेच अक्षांश ३० जवळच्या उच्च दाबाच्या पट्ट्यापासून हवा भूपृष्ठावरील विषुववृत्तावरील कमी दाबाच्या पट्ट्याकडे वाहू लागते. याच्या उलट हवा उच्च वातावरणात विषुववृत्ताकडून अक्षांश ३० कडे, अक्षांश ६० कडून अक्षांस ३० कडे वाहते आणि अक्षांश ६० कडून ध्रुवाकडे वाहते. कोरिऑलिस प्रेरणेमुळे अक्षांश ३० कडून विषुववृत्ताकडे भूपृष्ठावरून वाहणारे वारे उत्तर गोलार्धात उजवीकडे वळून ईशान्येकडून वाहतात आणि दक्षिण गोलार्धात डावीकडे वळून आग्नेय दिशेकडून वाहतात. यांना अनुक्रमे ईशान्य आणि आग्नेय व्यापारी वारे असे म्हणतात. या प्रेरणेमुळे अक्षांश ३० उ. कडून अक्षांश ६० उ. कडे वाहणारे वारे उजवीकडे वळून नैर्ऋत्येकडून वाहतात आणि अक्षांश ३० द. कडून अक्षांश ६० इ. कडे वाहणारे वारे डावीकडे वळून वायव्येकडून वाहतात. ध्रुवाकडून अक्षांश ६० कडे वाहणारे वारे या प्रेरणेमुळे उत्तर गोलार्धात उजवीकडे वळून ईशान्येकडून वाहतात आणि दक्षिण गोलार्धात डावीकडे वळून आग्नेय दिशेकडून वाहतात. उच्च वातावरणात वारा विरुद्ध दिशेने वाहतो. उदा., उच्च वातावरणात उत्तर गोलार्धातील भूपृष्ठीय ईशान्य व्यापारी वाऱ्यांच्या वर वाऱ्याची दिशा नैर्ऋत्य असते. उत्तर गोलार्धातील ईशान्य व्यापारी वारे आणि दक्षिण गोलार्धातील आग्नेय व्यापारी वारे विषुववृत्तावर समोरासमोर येतात आणि हवा वर जाते. विषुववृत्ताजवळील ज्या भागावर हे व्यापारी वारे एकत्र येतात त्यास आंतरकटिबंधीय अभिसरण क्षेत्रविभाग म्हणतात. येथे हवेस गती अगदी कमी असल्यामुळे ह्या क्षेत्र विभागाला ⇨ विषुव प्रशांत मंडल असेही म्हणतात. हा पट्टा थोडाफार दक्षिण-उत्तर सरकतो. तसेच त्याच्या तीव्रतेतही बदल होतो. कधीकधी तो पृथ्वीभोवती सलग नसून खंडित असतो. अक्षांश ३० च्या आसपास असणारे उच्च दाबाचे पट्टे संपूर्ण पृथ्वीभोवती नसून खंडित असतात आणि ऋतुमानाप्रमाणे उत्तर-दक्षिण सरकतात. ही सरक सु. ५० ते १०० असते ही सरक उन्हाळ्यात ध्रुवांकडे आणि हिवाळ्यात विषुववृत्ताकडे असते.
प्रत्यक्ष पृथ्वीवर पृष्ठभाग एकसारखा नाही. निरनिराळ्या अक्षांशीय पट्ट्यांत जमिनीचे प्रमाण निरनिराळे आहे. परिणामी जानेवारीत (उत्तर गोलार्धातील हिवाळ्यात) प्रत्यक्ष पृथ्वीवर मध्य आशियात (अक्षांश सु. ५० उ.) एक तीव्र अपसारी चक्रवात असतो. जमिनीपासून होणाऱ्या तीव्र प्रारणोत्सर्जनामुळे याची निर्मिती होते. मध्य आशियावरील या तीव्र अपसारी चक्रवातामुळे आग्नेय आशियावर ईशान्य वारे वाहतात. या वाऱ्यास हिवाळी मॉन्सून वारे असे संबोधिले जाते. या वाऱ्यामुळे दक्षिण व्हिएटनाम, कंबोडिया, मलेशिया इ. भागांवर हिवाळ्यात पाऊस पडतो. जुलैमध्ये (उत्तर गोलार्धातील उन्हाळ्यात) प्रखर सौर प्रारणामुळे दक्षिण आशियातील जमीन बरीच तापलेली असते आणि पाकिस्तान व आसपासच्या भागावर एक न्यून दाब क्षेत्र निर्माण झालेले असते. याला ‘उष्ण न्यून दाब’ असे संबोधिले जाते. त्याशिवाय ईशान्य आफ्रिकेपासून आग्नेय आशियापर्यंत इराण, पाकिस्तान, उत्तर भारत, बांगला देश, म्यानमार (ब्रह्मदेश), थायलंड आणि व्हिएटनाम या प्रदेशांतून जाणारी एक विस्तृत गर्त निर्माण झालेली असते. या परिस्थितीमुळे दक्षिण आशिया व दक्षिण चीन या भागांवर उन्हाळी मॉन्सून वारे (समुद्राकडून दक्षिण आशियावर) वाहतात. या वाऱ्यांमुळे या भागांत चांगला पाऊस पडतो. दक्षिण आशियाच्या बहुतेक भागांवर पश्चिमी वारे वाहतात. पृष्ठभाग एकसारखा असता, तर दक्षिण आशिया, अरबी समुद्र आणि बंगालचा उपसागर या भागांवर पश्चिम वा नैर्ऋत्य मॉन्सून वाऱ्यांच्या ऐवजी ईशान्य व्यापारी वारे वाहत राहिले असते. मॉन्सून वाऱ्याच्या प्रदेशावर हिवाळ्यात व उन्हाळ्यात वारे परस्परविरोधी दिशांनी वाहतात. रामेज ह्यांच्या अंदाजाप्रमाणे अक्षांश ३५ उ. ते २५ द. आणि रेखांश ३० पश्चिम ते १६५ पूर्व हा मॉन्सून वाऱ्यांचा प्रदेश आहे. [⟶ मॉन्सून वारे वारे].
वातावरणीय गतिकी : वातावरणविज्ञानाच्या या शाखेत मुख्यत्वे वातावरणीय गतीचा सैद्धांतिक दृष्टीने अभ्यास करतात. वातावरणात निर्माण होणारी हवेची गती, तसेच संबंधित हवेचा दाब, तापमान व आर्द्रता यांचे वितरण यांचा अभ्यास या शाखेत ⇨ऊष्मागतिकीय व द्रवगतिकीय सिद्धांतांच्या आधारे करण्यात येतो. वारे व हवामान यांचे आकृतिबंध, तसेच त्यांच्या निर्मितीस कारणीभूत ठरलेल्या प्रेरणा यांचाही अभ्यास या अनुषंगाने या शाखेत होतो. द्रवगतिकीची मूलभूत समीकरणे आणि वातावरणातील विक्षोभाच्या सांख्यिकीय (संख्याशास्त्रीय) सिद्धांतासारख्या खास ठिकाणी लागू पडणारी समीकरणांची प्रणाली व या समीकरणांचे निर्वाह मिळविण्यासाठी हा सर्व अभ्यास करतात. वातावरणातील विक्षोभाप्रमाणेच त्यामधील उदग्र गती, सीमा थर, मध्य अक्षांशांतील पश्चिमी वाऱ्यांमधील दीर्घ तरंग इ. गोष्टीही या शाखेत अभ्यासण्यात येतात. वातावरणातील सर्वसाधारण अभिसरणाचा अभ्यास करताना प्रयोगांची मदत घेतली जातेच पण जेथे प्रयोग तोकडे पडतात, तेथे वातावरणाच्या शक्य तेवढ्या वास्तव प्रतिकृती बनवून त्यांच्या मदतीने अशा अभिसरणाचा सैद्धांतिक अभ्यास या शाखेत केला जातो. हवामानाचे पूर्वकथन व अंदाज आणि जलवायुविज्ञान या शाखांचा वातावरणीय गतिकी हा मुख्य वैज्ञानिक आधार झाला आहे. [⟶ द्रायुयामिकी वायुयामिकी स्थिति समीकरणे].
मानवी उद्योगांसाठी वातावरणविज्ञानाचा उपयोग : पृथ्वीच्या वातावरणाच्या तळाशी माणूस राहतो. त्यामुळे माणूस व त्याचे उद्योग यांवर वातावरणातील घडामोडींचा प्रभाव पडतो. बऱ्याच मानवी उद्योगांच्या योजना आखताना संबंधित हवामानाचे घटक व त्यांच्या वारंवारतेचे वितरण, तसेच हवामानाचे आविष्कार व त्यांची वारंवारता यांचा विचार करावा लागतो. यांशिवाय दैनंदिन व्यवहारात उद्योगांच्या दृष्टीने महत्त्वाचे असलेले वातावरणाचे घटक व वातावरणाची स्थिती यांसंबंधी माहिती आवश्यक असते. महत्त्वाचे मानवी उद्योग आणि त्यासाठी लागणारी वातावरणाची माहिती खाली दिली आहे.
विमान वाहतूक : दुसऱ्या महायुद्धानंतर विमान वाहतूक बरीच वाढल्यामुळे वातावरणाच्या अभ्यासास बरीच चालना मिळाली. विमानाच्या उड्डाणाचा पल्ला लहान असेल, तर उड्डाणाच्या मार्गावरील हवामान कसे राहील, निरनिराळ्या उंचींवरील तापमान, वाऱ्याची दिशा कोणती आणि गती किती राहील, ढग कोणत्या प्रकारचे राहतील व त्यांची आकाशातील व्याप्ती व उंची किती राहील, दृश्यमानता किती राहील यांसंबंधीचे पूर्वकथन वैमानिकांस उड्डाणाच्या वेळेच्या सु. एक तास आधी हवामान कार्यालयातून दिले जाते. त्याशिवाय वैमानिकाच्या निरीक्षणाकरिता चालू हवामानाचे नकाशे विमातळावरील हवामान कार्यालयात तयार ठेवण्यात येतात. हे नकाशे पाहून वैमानिकाला वातावरणाच्या सद्यःस्थितीची माहिती होते.
लांब पल्ल्याच्या विमानाच्या उड्डाणाची योजना आखावी लागते. त्यासाठी विमान कंपन्यांना मार्गावरील हवामान, तापमान, वारा, ढग यांसंबंधी माहिती हवामान कार्यालयातून उड्डाणाच्या सु. १२ तास आधी दिली जाते. ह्या माहितीवरून विमान कोणत्या उंचीवर चालविणे फायदेशीर होईल हे ठरविले जाते. त्यानंतर वैमानिक, उप-वैमानिक आणि मार्गनिर्देशक हवामानविषयक परिस्थिती जाणून घेण्यासाठी, तसेच मार्गावरील तापमान, वाऱ्यांची दिशा व गती, हवामानाचे आविष्कार व ढग यांसंबंधी पूर्वकथन पत्रक घेण्यासाठी हवामान कार्यालयात उड्डाणाच्या सु. २ तास आधी येतात. त्यांना काही पूर्वकथन केलेले हवामानाचे नकाशेही दिले जातात.
प्रत्येक विमानतळावरून दर तासाला किंवा अर्ध्या तासाला त्या विमानतळावरील चालू हवामान, वाऱ्याची दिशा व गती, दृश्यमानता, ढग व त्यांचे प्रकार व त्यांची उंची यांसंबंधीचे बिनतारी संदेशांचे प्रेषण केले जाते. धावपट्टीवर उतरण्यास येणाऱ्या विमानांस या संदेशांचा बराच उपयोग होतो. ह्या संदेशांतील माहितीच्या आधारावर विमानचालकास विमान धावपट्टीवर उतरविता येईल किंवा नाही, हे ठरविता येते. उतरणे अशक्य असेल, तर त्याला जवळच्या दुसऱ्या सुरक्षित हवामान असलेल्या विमानतळावर जाण्यास सांगितले जाते. [⟶ वैमानिकीय अभियांत्रिकी].
कृषी : मानवी उद्योगावर हवामानाचा बराच परिणाम होतो. लोकसंख्या जलद गतीने वाढत असल्यामुळे अन्नधान्यांची व इतर पिकांची गरज झपाट्याने वाढत आहे. अशा परिस्थितीत प्रतिकूल हवामानामुळे उत्पादन ५ टक्क्यांनी जरी घटले, तरी देशावर त्याचे फार दुष्परिणाम होतात. त्यामुळे पिकांच्या योजनेत हवामानास फार महत्त्वाचे स्थान प्राप्त आहे आणि कृषी वातावरणविज्ञानाच्या अभ्यासास बरीच चालना मिळाली आहे.
हवामानाच्या खालील घटकांचा पिकांच्या उत्पादनावर बराच परिणाम होतो.
तापमान : प्रत्येक पिकाची तापमानविषयक गरज पिकाच्या अवस्थेवर अवलंबून असते. साधारणपणे उष्ण कटिबंधात तापमानविषयक गरजा भागतात पण कधीकधी उच्च तापमानामुळे पिकांवर प्रतिकूल परिणाम होतो. बाकीच्या प्रदेशात नीच तापमान आणि तुहिन यांचा पिकांवर प्रतिकूल परिणाम होतो. विशेषतः फळांच्या वाढीवर नीच तापमान व तुहिन यांचे फार दुष्परिणाम होतात.
पाऊस : प्रत्येक पाण्याची गरज पिकाच्या अवस्थेवर अवलंबून असते.
सूर्यप्रकाश : पिकांच्या काही ठराविक अवस्थांमध्ये सूर्यप्रकाशाची बरीच गजर असते. देशाच्या निरनिराळ्या भागांतील जलवायुमान व त्यात होणारे बदल विचारांत घेऊन त्या त्या भागात कोणकोणती पिके किंवा एखाद्या पिकाची कोणती जात लावणे सर्वांत जास्त फायदेशीर होईल, हे ठरविणे काही प्रमाणात शक्य आहे. अशा रीतीने जलवायुविज्ञानाचा उपयोग करून अन्नधान्याचे उत्पादन काही प्रमाणात वाढविणे शक्य आहे. [⟶ कृषि वातावरणविज्ञान].
उद्योगधंदे : एखादा उद्योगधंदा एखाद्या ठिकाणी काढावयाचा असला म्हणजे त्या ठिकाणचे हवामान विचारात घ्यावे लागते. जवळच्या वस्तीला धंद्याच्या प्रदूषणामुळे उपद्रव होणार नाही असे ठिकाण हवामान व त्यात ऋतुमानाप्रमाणे होणारे बदल यांचा अभ्यास करून ठरवावे लागते. अतिवृष्टीमुळे कारखान्यास पुराचा किती धोका होण्याची शक्यता आहे, याचाही विचार करावा लागतो. यांशिवाय चालू उद्योगधंद्यासाठी लागणारी हवामानविषयक माहिती हवामान कार्यालयातून मिळविली जाते. [⟶ औद्योगिक वातावरणविज्ञान].
वातावरणीय प्रदूषण : दगडी कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू या इंधनांच्या वाढत्या वापरामुळे, तसेच कारखान्यांच्या धुराड्यांतून निघणाऱ्या रासायनिक वायूंमुळे वातावरणातील प्रदूषण वाढत आहे. त्याचा मानवाच्या शरीरप्रकृतीवर परिणाम होतो तसेच जलवायुमानावरही हळूहळू परिणाम होऊन जलवायुमानात बदल होतो. उदा., कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे प्रमाण सारखे वाढत आहे. त्यामुळे पृथ्वी-वातावरण प्रणालीचे तापमान वाढत राहण्याची शक्यता आहे. तापमान सारखे वाढतच राहिले, तर पृथ्वीपृष्ठावरील बर्फ वितळून समुद्रपातळी वाढेल आणि त्यामुळे किनाऱ्यावरील शहरे व वस्त्या जलमय होतील. पृथ्वीपृष्ठावरील सर्व बर्फ वितळून नाहीसा झाला, तर पृथ्वी-वातावरण आणखी तापण्याची शक्यता आहे. ह्या सर्व गोष्टींचा विचार केला, तर उद्योगधंद्यांवर नियंत्रण आणणे अगदी आवश्यक झाले आहे. हे नियंत्रण आणताना स्थानिक वातावरणाची स्थिती व त्यात ऋतुमानाप्रमाणे होणारे बदल यांचा विचार करणे आवश्यक आहे. वातावरणाची स्थिती जेव्हा प्रदूषण क्षैतिज दिशेने पसरण्यास अनुकूल असेल तेव्हा नियंत्रण ठेवणे अत्यंत आवश्यक असते. किती प्रमाणात आणि केव्हा नियंत्रण आणावयाचे यासाठी उद्योगधंद्याचे प्रतिनिधी, सरकारचे प्रतिनिधी आणि पर्यावरणशास्त्रज्ञ यांनी विचारविनिमय करून ठरवावे लागेल. [⟶ प्रदूषण].
जलनिःसारण व्यवस्था : बऱ्याच शहरांत लोकसंख्येच्या अफाट वाढीमुळे वाहितमल संस्करण व त्याची विल्हेवाट लावण्याच्या जलनिःसारण व्यवस्थेवर बराच ताण पडला असून ती अपुरी पडत आहे. त्याचे कारण अतिवृष्टीची शक्यता किती आणि लोकसंख्या कोणत्या वेगाने वाढेल यांसंबंधीचा विचार जलनिःसारण व्यवस्थेची योजना आखताना केला नव्हता. चालू व्यवस्थेत योग्य सुधारणा करताना ह्या दोन्ही गोष्टींचा विचार करणे अत्यंत आवश्यक आहे. [⟶ वाहितमल संस्करण व विल्हेवाट].
इंधनाच्या गरजेसंबंधी योजना आखणे : शीत प्रदेशात इंधनाची बरीच पण बदलती गरज असते. निरनिराळ्या महिन्यांत गरज साधारणपणे किती आहे हे स्थानिक तापमानासंबंधी पूर्ण विचार करून ठरवावयाचे असते. त्यासाठी शीत प्रदेशातील प्रत्येक ठिकाणी दिवसाचे सरासरी तापमान प्रत्येक महिन्यात किती दिवशी ०० से. पेक्षा कमी असते ही माहिती प्रत्येक वर्षाकरिता काढावी लागते. त्यानंतर अशा दिवसांची प्रत्येक महिन्याकरिता सरासरी काढावी लागते. तसेच अशा दिवसांच्या संख्येत निरनिराळ्या वर्षात किती प्रमाणात बदल होऊ शकतो, यासंबंधी माहिती मिळविणेदेखील आवश्यक असते.
सौर व पवन शक्तीच्या उपयोगासंबंधी आयोजन : दगडी, कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू ही इंधने केव्हा ना केव्हातरी संपुष्टात येणार आहेत. त्यामुळे आता सौर व पवन ऊर्जा वापरण्याच्या दृष्टीने प्रयोग सुरू झाले आहेत. या ऊर्जेविषयीची योजना आखण्यासाठी पुरेशी माहिती उपलब्ध झाली आहे. या माहितीवरून कोणत्या भागात सौर व पवन ऊर्जा यांचा उपयोग करणे श्रेयस्कर होईल आणि ह्या भागांत किती ऊर्जा उपलब्ध होऊ शकेल, हे ठरविता येते. सौर किंवा पवन ऊर्जा हा संतत ऊर्जा उद्‌गम नाही. या दोन्ही उदगमांपासून वीज निर्माण करणे फार खर्चाचे आहे. खर्च कसा कमी करता येईल यासंबंधी विचार आणि प्रयत्न चालू आहेत. सध्या सौर कुकर, घराचे तापन, विहिरीतून पाणी वर काढणे इ. कामांकरिता ह्या ऊर्जा उद्‌गमांचा वापर होत आहे. [⟶ शक्ति-उद्‌गम].
रॉकेट, अवकाशयान, क्षेपणास्त्रे सोडणे : रॉकेट व अवकाशयान किंवा क्षेपणास्त्रे यांचे आधी योजलेले उद्दिष्ट असते. ते साधण्यासाठी वातावरणाचा तसेच त्यात वाहणाऱ्या वाऱ्यांचा यांच्यावर किती आणि कसा परिणाम होईल याचे संगणन करून ते सोडण्याची दिशा आणि उन्नतांश यांत योग्य ते बदल करावे लागतात. अवकाशयान जमिनीवर उतरविण्यासाठी यानावर होणाऱ्या वातावरणाच्या परिणामांचा विचार करून त्याप्रमाणे यान उतरविण्याची संगणकाद्वारे योग्य सूचना द्याव्या लागतात. वातावरणातील निरनिराळ्या उंचींवरील तापमान व वारे यांच्या माहितीवरून रॉकेट, अवकाशयान किंवा क्षेपणास्त्र यांवर वातावरणामुळे होणाऱ्या परिणामाचे संगणन करावे लागते.
निरनिराळी कार्यालये, तंत्रज्ञ व व्यक्ती यांस त्यांच्या गरजेनुसार धोक्याच्या सूचना देणे : अशा सूचना काही विशिष्ट वातावरणीय आविष्कार, विशिष्ट तापमान मर्यादा, विशिष्ट वर्षण मर्यादा, विशिष्ट वर्षण तीव्रता, वाऱ्याची ठराविक गती यांसंबंधी दिल्या जातात. प्रत्येक कार्यालय तंत्रज्ञ व व्यक्तीने त्याचे कार्यक्षेत्र आणि त्या कार्यक्षेत्रावर होणारे हानिकारक वातावरणीय आविष्कार व वातावरणीय घटकांची मूल्ये यांसंबंधी हवामान कार्यालयास आधी लिहून कळविलेले असते. अशी परिस्थिती निर्माण होण्याची जेव्हा शक्यता असते, तेव्हा हवामान कार्यालय धोक्याच्या सूचना तारेने पाठविते.
गिर्यारोहण मोहिमेसाठी आवश्यक माहिती पुरविणे : मोहिमेची योजना आखण्यासाठी, तसेच मोहीम चालू असताना ही माहिती संबंधित हवामान कार्यालयाकडून पुरविले जाते तसेच धोक्यासंबंधी पूर्वसूचना पाठविली जाते. ही माहिती विशेषेकरून तापमान, हवामानांचे आविष्कार, वर्षण, वाऱ्याची दिशा व गती यांसंबंधी असते. ही माहिती मोहिमेच्या कार्यालयास तारेने पुरविली जाते आणि मोहिमेच्या कार्यालयातून बिनतारी यंत्रणेने मोहिमेच्या लोकांपर्यंत पोहोचविली जाते.
हवामानाचे पूर्वकथन : सर्वसाधारण जनतेसाठी ही माहिती दूरचित्रवाणी व आकाशवाणीवर दिली जाते. ती न्यूनतम व अधिकतम तापमान, वर्षण, विशेष आविष्कार, विशेष दाब प्रणाली, उदा., चक्री वादळ इ. गोष्टींबद्दल असते. तसेच २४ तासांकरिता स्थानिक पूर्वकथन आणि देशाकरिता पूर्वकथन प्रक्षेपित केले जाते. बऱ्याच निरनिराळ्या कालावधींसाठी आणि क्षेत्रीय प्रमाणांसाठी पूर्वकथनाची आवश्यकता असते. विमानाच्या उड्डाणाचा काल १ तास ते २४ तास असतो. त्यामुळे विमानवाहतुकीसाठी १ तासापासून २४ तासांपर्यंतच्या निरनिराळ्या कालावधींकरिता पूर्वकथनाची आवश्यकता असते. ज्या क्षेत्राकरिता पूर्वकथनाची आवश्यकता असते ते विमानाच्या मार्गाच्या लांबीवर अवलंबून असते. क्षेत्राची लांबी मार्गाच्या लांबीएवढी असते आणि रुंदी साधारणपणे २०० ते ४०० किमी. (मार्गाच्या दोन्ही बाजूंस १०० ते २०० किमी.) असते. त्याशिवाय विमानतळ व आसपासचा भाग यांकरिता पूर्वकथन आवश्यक असते.
कृषी उद्योगासाठी पूर्वकथन २ ते ५ दिवसांकरिता लागते आणि पूर्वकथनाचे क्षेत्र जिल्हा किंवा राज्याचा विभाग किंवा संपूर्ण राज्याएवढे असू शकते.
कार्यालये, तंत्रज्ञ व व्यक्ती यांच्यासाठी पूर्वकथन बहुधा दोन दिवसांकरिता असते. प्रत्येकाचे क्षेत्र निरनिराळ्या आकारमानांचे असते. साधारणपणे क्षेत्राचे क्षेत्रफळ जिल्हा ते संपूर्ण राज्य एवढे असू शकते.
यांशिवाय सर्वसाधारण योजनेसाठी एखाद्या ऋतूकरिता संपूर्ण देशासाठी पूर्वकथनाची गरज असते. भारत सरकारला नैर्ऋत्य मॉन्सून ऋतूतील सरासरी पावसासंबंधी पूर्वकथनाची आवश्यकता असते.
पूर्वकथनाच्या तीन पद्धती आहेत : (१) सांख्यिकीय पद्धत : या पद्धतीत ज्या वातवरणीय घटकांचे पूर्वकथन करावयाचे आहे त्या घटकांचे कोणकोणत्या इतर घटकांशी महत्त्वूपर्ण संबंध आहेत, हे निरीक्षणांचा उपयोग करून ठरविले जाते. त्यानंतर पूर्वकथनाचा घटक व त्याच्याशी महत्त्वपूर्ण संबंध असलेले घटक यांच्यामधील संबंधाचे सांख्यिकीय समाश्रयण समीकरण प्राप्त केले जाते. या समाश्रणय समीकरणाचा उपयोग करून त्याचा पूर्वकथन केले जाते. लहान क्षेत्रापासून मोठ्या क्षेत्रापर्यत समाश्रयण समीकरण प्राप्त करून त्याचा पूर्वकथनाकरता उपयोग करता येऊ शकतो. भारतावरील उन्हाळी मॉन्सून ऋतूतील पर्जन्याच्या पूर्वकथनासाठी याच पद्धतीचा उपयोग करण्यात आला आहे.
(२) सिनॉप्टिक पद्धत : वातावरणाच्या सद्यःस्थितीचे बहुव्यापक व जवळजवळ तात्कालिन चित्र सादर करण्यासाठी एकाच वेळी मिळविलेल्या वातावरणविज्ञानीय माहितीचा या पद्धतीत अंतर्भाव होतो. ही पद्धती निरीक्षणांवर आधारलेली असते. हिच्यात सिनॉप्टिक नकाशांचे विश्लेषण करून वातावरणाची सद्यःस्थिती आणि पूर्वकथन करणाऱ्याचा अनुभव या दोहोंवर आधारित पूर्वकथन केले जाते. क्षेत्र जर लहान असेल, तर ही पद्धत योग्य नाही पण दीर्घ कालावधीच्या अनुभवाने प्राप्त झालेल्या ज्ञानाच्या आधारे लहान क्षेत्राकरिता पूर्वकथन केले जाते. निरनिराळी कार्यालये, तंत्रज्ञ वा व्यक्ती यांना त्यांच्या गरजेनुसार ज्या सूचना दिल्या जातात, त्या साधारणपणे याच पद्धतीवर आधारित असतात. विमान वाहतूक व कृषी या उद्योगांकरिता दिले जाणारे पूर्वकथनही याच पद्धतीवर आधारित असते.
(३) संख्यात्मक पूर्वकथन पद्धत : या पद्धतीत वातावरणाची अवकल समीकरणे सोडवून १२, २४, ३६, ४८, ७२, ९६ व १२० तासांच्या शेवटी निरनिराळ्या समदाबपृष्ठांवरील वातावरणाच्या स्थितीचे पूर्वकथन केले जाते आणि विस्तृत क्षेत्रावरील हवामानाचा अंदाज दिला जातो. या पद्धतीत ग्रिड म्हणजे नकाशावरील एकक क्षेत्रफळ साधारणपणे २१/२ अक्षांश x २१/२ रेखांश एवढे असते. त्यामुळे या पद्धतीत लहान क्षेत्राचा विचारच होऊ शकत नाही. विमानाच्या उड्डाणाचा पल्ला लांबचा असेल, तर वैमानिकांना या पद्धतीने पूर्वकथन केलेले नकाशे उड्डाणाच्या आधी दिले जातात. सिनॉप्टिक पद्धतीने पूर्वकथन करताना अशा पूर्वकथित नकाशांचाही उपयोग केला जातो. [⟶ हवामानाचा अंदाज व पूर्वकथन].
हवामान व जलवायुमान यांचे रूपांतरण : रूपांतरणाचे दोन प्रकार करता येतात. पहिला निर्हेतुक रूपांतरण आणि दुसरा हेतुपूर्वक रूपांतरण. या दोहोंचाही विचार करणे आवश्यक आहे.
निर्हेतुक रूपांतरण : जेव्हापासून मानवाने झाडे लावून छाया निर्माण केली, अन्न शिजविण्यासाठी तसेच थंडीपासून रक्षण करण्यासाठी अग्नी वापरण्यास सुरुवात केली व राहण्यासाठी घरे बांधली तेव्हापासूनच हवामान व जलवायुमान यांच्या निर्हेतुक रूपांतरणास सुरुवात झाली. जसजशी संस्कृती आणि लोकसंख्या यांची वाढ झाली, तसतसे मानवाचे उद्योग व उद्योगधंदे वाढत गेले आणि घरे व इमारती बांधण्याच्या कामात वाढ झाली आणि वाढ होत आहे. या सर्वांचा परिणाम खाली दिल्याप्रमाणे होत आहे.
(अ) वनांची व्याप्ती बरीच कमी झाली. त्यामुळे पृथ्वीचा परावर्तनांक वाढून प्रारणीय संतुलनावर परिणाम होत आहे तसेच पुराचे प्रमाण वाढून वरची सुपीक मृदा वाहून नेली जात आहे. त्याशिवाय वनांचे प्रमाण कमी झाल्यामुळे वातावरणात कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे प्रमाण वाढून प्रारणीय संतुलनावर परिणाम होत आहे.
(आ) दगडी कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू या इंधनांच्या वाढत्या वापरामुळे, तसेच शहरांच्या अपार वाढीमुळे वातावरणातील कार्बन डाय-ऑक्साइडाचे व उष्णतेचे प्रमाण बरेच वाढून शहरांची ‘ऊष्मा बेटे’ झाली आहेत. अशा प्रकारे लहान क्षेत्रावरील हवामान व जलवायुमान यांत रूपांतरण होत आहे.
(इ) शहरातील वाढत्या वातावरणीय प्रदूषणामुळे प्रारणीय संतुलनावर परिणाम होत आहे.
अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांमध्ये केलेल्या सर्वेक्षणावरून शहरीकरणाचे जे परिणाम दृष्टोत्पत्तीस आले आहेत ते मुख्यत्वे याप्रमाणे मांडता येतील. ग्रामीण भागांच्या मानाने प्रदूषण घन कणांचे १० पट जास्त, वायूंचे ५ ते २५ टक्के जास्त ढग ५ ते १० टक्के जास्त, धुके हिवाळ्यातील १०० टक्के जास्त, वर्षण ५ ते १० टक्के जास्त, प्रारण १५-२० टक्के कमी सूर्यप्रकाश ५ ते १५ टक्के कमी वार्षिक सरासरी तापमान ००.५ ते १०.० से. जास्त वार्षिक सरासरी वाऱ्याची गती २० ते ३० टक्के कमी. यांवरून शहरीकरणामुळे शहरी हवामान व जलवायुमान यांत होणारे रूपांतरण स्पष्ट होते.
पृथ्वीच्या पृष्ठभागाजवळचे सरासरी तापमान २,०५० सालापर्यंत सु. १०-२० से. एवढे वाढले, तर बर्फ वितळून समुद्रकिनाऱ्यावरील काही शहरे जलमय होतील.
वातावरणाच्या रासायनिक संघटनातील बदल, प्रत्यक्ष तापमानातील बदल आणि जमिनीच्या पृष्ठांवर होणारे बदल हे सर्व असेच दीर्घ काल चालू राहिले, तर जगाच्या हवामानात आणि जलवायुमानात बदल होऊ शकतील, असा अंदाज व्यक्त केला जात आहे. उत्तर गोलार्धात सरासरी तापमान १८८५ पासून १९४० पर्यंत सु. ००.६ से.ने वाढले पण त्यानंतर ते १९७० पर्यंत हळूहळू थोडे कमी झाले. नंतर त्यात थोडी वाढ होत आहे, असा अंदाज आहे. सागर व वनस्पती कार्बन डाय-ऑक्साइड साठवून ठेवतात पण जलवायुमान आणि कार्बन डाय-ऑक्साइड यांच्या संतुलनातील इतर घटकांसंबंधी ज्ञान अद्याप प्राप्त करून घ्यावयाचे आहे.
हेतुपूर्व रूपांतरण : वातावरण, त्यात होणाऱ्या प्रक्रिया आणि आविष्कार यांसंबंधी प्राप्त झालेल्या ज्ञानावर आधारित प्रयोगांद्वारे वातावरणविज्ञ हवामान आणि जलवायुमान यांत मानवास अनुकूल होतील असे रूपांतरण करण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. असे प्रयोग पर्जन्यवाढ, धुके विरळ करणे, गारांचा प्रतिबंध, चक्री वादळाची तीव्रता कमी करणे यांसाठी करण्यात आले आहेत.
(१) पर्जन्यवाढीसाठी प्रयोग : समशीतोष्ण कटिबंधात ढग हिमरेषेच्या वर पोहोचतात आणि ढगांचे कण बर्गेरॉन प्रक्रियेने मोठे होऊन त्यांचे पावसाच्या बिंदूंत रूपांतर होते. कोरडा बर्फ किंवा सिल्व्हर आयोडाइड यांचे कण ढगांत पेरल्याने बर्गेरॉन प्रक्रियेत वाढ होऊन वर्षण होऊ शकते. ह्या क्रियेस ‘शीत बीजारोपण’ असे म्हणतात. उष्ण कटिबंधात साधारणपणे ढग हिमरेषेपर्यंत पोहोचत नाहीत. अशा ढगांना ‘उबदार’ ढग असे संबोधिले जाते. ह्यामध्ये ढगांच्या कणांची वाढ आणि त्यांचे पर्जन्यबिंदूंत रूपांतरण आघात व संमीलन प्रक्रियेने होते. ह्या प्रक्रियेस लवणाच्या कणांमुळे चालना मिळते. त्यामुळे ‘उबदार’ ढगांतून पर्जन्यनिर्मितीसाठी लवणाच्या कणांचे बीजारोपण करावे लागते. अशा क्रियेस ‘उबदार बीजारोपण’ असे म्हणतात.
पर्जन्यनिर्मितीसाठी १९५० नंतर बरेच प्रयोग करण्यात आले पण त्यांची फले परस्परविरोधी आहेत. याची मुख्य कारणे प्रयोगांच्या आयोजनात त्रुटी, प्रयोग कार्यान्वित करण्यात त्रुटी, पर्जन्यमापनात त्रुटी आणि फले पडताळून पाहण्याच्या पद्धतीत त्रुटी अशी आहेत.
पुणे येथील भारतीय उष्णदेशीय वातावरणविज्ञान संस्थेने १९७३ व १९८६ या काळातील ११ नैर्ऋत्य मॉन्सून ऋतूंमध्ये ढगाच्या बीजारोपणाचे योजनाबद्ध प्रयोग केले आणि प्रयोगांची फले पडताळून पाहिली. त्यांचे असे अनुमान आहे की, प्रयोगामुळे पर्जन्यात २४ टक्के वाढ झाली.
आतापावेतो झालेल्या प्रयोगांवरून असे दिसते की, बीजारोपणाने लहान क्षेत्रावर पर्जन्य वाढविणे शक्य आहे. या प्रयोगांची फले पडताळून पाहण्यात काही अडचणी आहेत. त्या अशा : (अ) ढगांच्या कोणत्या अवस्थांमध्ये बीजारोपण केले यावर पडणारा पाऊस अवलंबून असतो. (आ) क्षेत्रावरील पर्जन्याच्या अचूक मापनासाठी पर्जन्यमापक केंद्रांची संख्या बरीच असली पाहिजे पण तितक्या केंद्रांची देखभाल ठेवणे बरेच कठीण होते. (इ) पर्जन्यात क्षेत्रीय परिवर्तनशीलता (बदलाचे प्रमाणे) बरीच असते. त्यामुळे प्रयोग केल्याने जी पर्जन्यवाढ दिसून येते ती पर्जन्याच्या नैसर्गिक परिवर्तनशीलतेच्या आत आहे की बाहेर आहे, हे सांगणे कठीण असते.
(२) धुक्याच्या विसरणासाठी प्रयोग : समशीतोष्ण कटिबंधात हिवाळ्यात वारंवार धुके पडते. त्यांमुळे धुकी विसरणाचे (विरळ करण्याचे) प्रयोग प्रामुख्याने या भागात करण्यात आले. या भागातील धुक्यात अतिशीतित ढगांचे कण असतात. धुक्यांच्या विसरणासाठी आवश्यक यंत्रणेचा विकास करण्यात आला आहे. फ्रान्समध्ये धुक्यता द्रव प्रोपेन फवारून, अमेरिकेत आणि रशियात कोरडा बर्फ किंवा सिल्व्हर आयोडाइड किंवा लेड आयोडाइड यांचे कण फवारून धुक्यांचे विसरण केले जाते. ‘उबदार’ धुक्याचे (म्हणजे ज्याच्यातील कणांचे तापमान ०० से.पेक्षा जास्त आहे) विसरण वातावरणात उष्णता सोडून केले जाते. गजबजलेल्या विमानतळावरील धुक्याचे लगेच विसरण करणे फार आवश्यक असते.
(३) गारांच्या प्रतिबंधासाठी प्रयोग : असे प्रयोग रशिया, अमेरिका आणि फ्रान्स या देशांत झाले आहेत. रशियात रडारच्या साहाय्याने ढगाच्या कोणत्या भागांत गारांची बरीच निर्मिती होत आहे, हे निश्चित केले जाते. रॉकेटाच्या साहाय्याने ढगाच्या या भागात सिल्व्हर आयोडाइड किंवा लेड आयोडाइडाने बीजारोपण केले जाते. शास्त्रज्ञांच्या अंदाजाप्रमाणे गारांमुळे होणारे नुकसान प्रयोग करून ८० ते ९० टक्क्यांनी कमी करता येऊ शकते. अमेरिकेत तीन वर्षे केलेल्या क्षेत्रीय प्रयोगांच्या विश्लेषणावरून असे दिसून आले की, बीजारोपणाचा विशेष परिणाम झाला नाही.
फ्रान्समध्ये जमिनीवर ठेवलेल्या यंत्रणेच्या साहाय्याने गारांच्या ऋतूमध्ये ढगांत बीजारोपण केले. प्रयोगांच्या विश्लेषणावरून असे दिसले की, प्रयोग यशस्वी झाले.
गारांची वादळे तुरळक असून त्यांत परिवर्तनशीलता बरीच असते. बीजारोपण ढगाच्या योग्य भागात आणि योग्य वेळी झाले, तरच ते परिणामकारक होऊ शकते.
(४) चक्री वादळाची तीव्रता कमी करण्यासाठी प्रयोग : अमेरिकेत १९६० च्या सुमारास स्टॉर्मफ्यूरी नावाचा एक प्रकल्प आखण्यात आला. त्याचा मुख्य उद्देश बीजारोपणाने हरिकेनची तीव्रता कमी करणे हा होता. अंदाज असा होता की, बीजारोपणामुळे हवेच्या दाबाच्या क्षेत्रात बदल होऊन वाऱ्याची तीव्रता कमी होईल. बीजारोपणाचे प्रयोग १९६१, १९६३ आणि १९६९ मध्ये अटलांटिक महासागरातील हरिकेनवर करण्यात आले. बीजारोपणानंतर वाऱ्याची गती कमी झाल्याचे आढळले परंतु बीजारोपणामुळे वाऱ्याची गती कमी झाली की, हरिकेनच्या तीव्रतेत नैसर्गिक बदल होऊन वाऱ्याची गती कमी झाली, हे नक्की सांगण शक्य नाही. काही कारणांमुळे कालावधीनंतर स्टॉर्मफ्यूरी प्रकल्प बंद करण्यात आला.
या निरनिराळ्या प्रयोगांच्या फलांवरून असे अनुमान करता येईल की, मानवाच्या नियोजित प्रयोगांमुळे मोठ्या क्षेत्रावरील हवामान आणि जलवायुमान यांत बदल करणे अशक्य आहे.
हवामानाचे रूपांतरण करण्याच्या प्रयोगांतून एक नाजुक प्रश्न उपस्थित होतो. तो असा की, एखाद्या क्षेत्रावर हवामान अनुकूल करून घेण्याच्या प्रयोगात दुसऱ्या क्षेत्रावर हवामान प्रतिकूल होण्याची शक्यता असते. [⟶ हवामानाचे रूपांतरण].
वातावरणवैज्ञानिक संस्था व संघटना : दुसऱ्या महायुद्धानंतर वातावरणविज्ञानाच्या अभ्यासास बरीच चालना मिळाली. त्याचे मुख्य कारण म्हणजे मानवास ही जाणीव झाली की, वातावरणविज्ञानाचा मानवाच्या कल्याणासाठी बराच उपयोग होऊ शकतो. हळूहळू या क्षेत्रात बऱ्याच संघटना आणि संस्था सुरू झाल्या.
जागतिक वातावरणविज्ञान संघटना : १८७३ मध्ये आंतरराष्ट्रीय वातावरणविज्ञान संघटनेची व्हिएन्ना शहरी स्थापना झाली. हवामानाची निरीक्षणे शास्त्रशुद्ध पद्धतीने घेणे, योग्य उपकरणांचा वापर, प्रमाण उपकरणांशी तुलना करून वापरात असलेल्या उपकरणांतील त्रुटी निश्चित करणे यांसंबंधी वेळोवेळी नियम घालून देणे हे या संघटनेचे कार्य होते. संयुक्त राष्ट्रांच्या स्थापनेनंतर १९५१ मध्ये आंतरराष्ट्रीय वातावरणविज्ञान संघटनेचे रूपांतर जागतिक वातावरणविज्ञान संघटनेत (जिनीव्हा) झाले. वातावरणविज्ञानाच्या क्षेत्रात ही संघटना संयुक्त राष्ट्रांचा एक भाग आहे. ह्या संघटनेचे मुख्य उद्देश पुढे दिल्याप्रमाणे आहेत : (अ) वातावरणविज्ञानाच्या अभ्यासास आणि संशोधनास उत्तेजन देणे. (आ) निरीक्षणे, उपकरणे, कार्यपद्धती, संकेतावली यांसंबंधी वेळोवेळी नियम करणे आणि हे नियम सदस्य देशांना कळविणे. (इ) वातावरणविज्ञानाच्या काही विशिष्ट क्षेत्रांत जास्त ज्ञान प्राप्त करून घेण्यासाठी आंतरराष्ट्रीय मोहिमेचे व प्रयोगाचे आयोजन करणे. (ई) निरीक्षण सामग्रीची संग्रह केंद्रे निर्माण करून ती चालविण्याची व्यवस्था करणे. (उ) विकसनशील देशांना वातावरणविज्ञानाच्या क्षेत्रात प्रगती करण्यासाठी मदत करणे. तसेच अविकसित देशांना वातावरणविज्ञानीय सेवा निर्माण करण्याच्या दृष्टीने मदत करणे. (ऊ) मानवाच्या दृष्टीने महत्त्वाचे असलेले विशिष्ट वातावरणीय संशोधन कार्यक्रम आखणे आणि सदस्य देशांत त्यांसंबंधीच्या माहितीचा प्रसार करणे. (ए) वातावरणविज्ञानातील उपयुक्त आणि महत्त्वाच्या विषयांवर तज्ञांकडून पुस्तिका लिहून घेणे आणि त्यांचे प्रकाशन करणे.
संघटनेचे १५५ देश सदस्य आहेत (१९९२). यांपैकी बहुतेक देशांत वातावरणविज्ञानीय सेवा उपलब्ध आहेत.
खालील संस्थांमध्ये व संघटनांतर्फे वातावरणविज्ञानविषयक अभ्यास आणि संशोधन केले जाते. यांशिवाय काही वातावरणविज्ञानीय सेवा पुरविणाऱ्या संघटनांतही बरेच संशोधन केले जाते.
अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांतील काही महत्त्वाच्या संस्था अशा आहेत : नॅशनल फॉर ॲट्मॉस्फेरिक रिसर्च (बोल्डर, कोलोरॅडो) जिओफिजिकल फ्ल्युइड डायनॅमिक्स लॅबोरेटरी (प्रिन्स्टन, न्यू जर्सी) गॉडर्ड लॅबोरेटरी ऑफ ॲट्मॉस्फेरिक सायन्सेस (ग्रीनबेल्ट, मेरिलँड) मॅसॅचूसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (केंब्रिज, मॅसॅचूसेट्स). ऑस्ट्रेलियातील कौन्सिल ऑफ सायंटिफिक अँड इंडस्ट्रियल रिसर्च ऑर्गनायझेशन (ॲस्पेंडल, व्हिक्टोरिया) ही संघटना वातावरणवैज्ञानिक संशोधन करते. यूरोपियन सेंटर ऑफ मिडियम रेंज वेदर फोरकास्ट (रीडिंग, ग्रेट ब्रिटन) ही यूरोपच्या दृष्टीने महत्त्वाची संस्था आहे. इन्स्टिट्यूट ऑफ ॲट्मॉस्फेरिक फिजिक्स (बीजिंग) व चेंडो इन्स्टिट्यूट ऑफ मिटिऑरॉलॉजिक (चेंडो) या चीनमधील, तर मिटिऑरॉलॉजीक रिसर्च इन्स्टिट्यूट (टोकिओ) ही जपानमधील महत्त्वाची संस्था आहे. माक्स प्लांक इन्स्टिट्यूट फॉर मिटिऑरॉलॉजी (हँबर्ग, जर्मनी) रॉयल नदर्लंड्स मिटिऑरॉलॉजिकल रिसर्च इन्स्टिट्यूट (द बिल्ट) नॉर्वेजियन मिटिऑरॉलॉजिकल इन्स्टिट्यूट (ब्लिंडन), लॅबोरेटरी डायनॅमिकल मिटिऑरॉलॉजी (पॅरिस) आणि स्वीडिश मिटिऑरॉलॉजिकल अँड हायड्रॉलॉजिकल इन्स्टिट्यूट (नॉरचापिंग) याही यूरोपातील महत्त्वाच्या संस्था आहेत. शिवाय रशियातील हायड्रोमिटिऑरॉलॉजिकल इन्स्टिट्यूट (लेनिनग्राड) पण महत्त्वाची आहे.
भारतात इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ ट्रॉपिकल मिटिऑरॉलॉजी (पुणे), तसेच इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीची नवी दिल्ली व बंगलोर येथील ॲट्मॉस्फेरिक फिजिक्स सेंटर ही केंद्रे, येथे महत्त्वाचे वातावरणवैज्ञानिक संशोधन होत असते.
वातावरणवैज्ञानिक नियतकालिके : वातावरणविज्ञानविषयक संशोधन, प्रगती व पुनर्विलोकन (रिव्ह्यू) यांविषयीची माहिती विविध नियतकालिके, विज्ञानपत्रिका वगैरेंमधून प्रसिद्ध होत असते. यांपैकी काही महत्त्वाची नियतकालिके पुढे दिली आहेत. वर्ल्ड मिटिऑरॉलॉजिकल ऑर्गनायझेशन बुलेटिन तसेच वर्ल्ड वेदर वॉच, गलोबल ॲट्मॉस्फेरिक रिसर्च प्रोग्रॅम व वर्ल्ड क्लायमेट प्रोग्रॅम यांच्यातर्फे विशेष कार्यक्रमपत्रिका प्रसिद्ध केल्या जातात.
अमेरिकेच्या संयुक्त संस्थानांत अमेरिकन मिटिऑरॉलॉजिक सोसायटी आपले बुलेटिन व पुढील नियतकालिके प्रसिद्ध करते : मंथली वेदर रिव्ह्यू, जर्नल ऑफ ॲट्मॉस्फेरिक सायन्सेस, जर्नल ऑफ क्लाथमेट, जर्नल ऑफ ॲप्लाइड मिटिऑरॉलॉजी व जर्नल ऑफ ॲट्मॉस्फेरिक अँड ओशिॲनिक टेक्नॉलॉजी वेदरवाइज, ऑस्ट्रेलियन मिटिऑरॉजिकल मॅगझीन, ॲदमॉस्फिअर-ओशन (कॅनडा), चायनीज जर्नल ऑफ ॲट्मॉस्फेरिक सायन्स व ॲडव्हान्सेस इन ॲट्मॉस्फेरिक सायन्सेस (चीन) आणि जर्नल ऑफ जपानीज मिटिऑरॉलॉजिकल सोसायटी ही काही महत्त्वाची नियतकालिके आहेत. काँट्रिब्यूशन्स टू ॲट्मॉस्फेरिक फिजिक्स (जर्मन व इंग्रजी भाषांत) मिटिऑरॉलॉजी अँड ॲट्मॉस्फेरिक फिजिक्स (ऑस्ट्रिया) क्वाटर्ली जर्नल ऑफ द रॉयल मिटिऑरॉलॉजिकल सोसायटी, इंटरनॅशनल जर्नल ऑफ क्लायमेटॉलॉजी, वेदर व ॲट्मॉस्फेरिक एन्व्हायर्नमेंट (सर्व ग्रेट ब्रिटन), बाउंड्री लेयर व मिटिऑरॉलॉजी (नेदर्लंड्स), टेलस (स्वीडन) आणि ॲटमॉस्फेरिक अँड ओशिॲनिक फिजिक्स व सोव्हिएट मिटिऑरॉलॉजी (रशियन व इंग्रजी भाषांतील रशिया ) ही यूरोपातील काही महत्त्वाची नियतकालिके होत. मौसम, वायुमंडल व महासागर ही भारतातील वातावरणवैज्ञानिक नियतकालिके आहेत.
वातावरणवैज्ञानिक शिक्षणाच्या सुविधा : पुढील विद्यापीठांतून वातावरणविज्ञानाचे व त्यातील विविध शाखा व उपशाखा यांचे शिक्षण देण्यात येते. पदवी व पदव्युत्तर (एम्.एससी. पीएच्.डी) शिक्षणाची सोय तेथे आहे. हेल्‌सिंकी (फिनलंड) बॉन, म्यूनिक व गटेनबर्ग (जर्मनी) बर्गेन (नॉर्वे) रीडिंग, ईस्ट अँग्लिया व एडिंबरो (ग्रेट ब्रिटन) आणि शिकागो, कोलोरॅडो स्टेट, फ्लॉरिडा स्टेट, हवाई, इलिनॉय, कॅलिफोर्निया (लॉस अँजेल्स), मेरिलंड, मिआमी, न्यूयॉर्क स्टेट, ओक्लाहोमा, ऑरेगन स्टेट, प्रिन्स्टन, टेक्सस ए. अँड. एम., उटा, वॉशिंग्टन व विस्कॉन्सिन (अमेरिकेची संयुक्त संस्थाने) ही विद्यापीठे अशा शिक्षणाकरिता विशेष प्रसिद्ध आहेत.
आंध्र विद्यापीठ (वॉल्टेअर), बनारस हिंदू विश्वविद्यालय, कोचीन विद्यापीठ व पुणे विद्यापीठ ही भारतातील वातावरणविज्ञानविषयक शिक्षणाची अशीच महत्त्वाची केंद्रे आहेत.
पहा : उच्चतर वातावरणविज्ञान उष्णकटिबंधी वातावरणविज्ञान औद्योगिक वातावरणविज्ञान कृषि वातावरणविज्ञान जलवायुविज्ञान जलीय वातावरणविज्ञान ध्रुवीय वातावरणविज्ञान नाविक वातावरणविज्ञान मेघ रडार वातावरणविज्ञान वातावरण वेधशाळा वातावरणविज्ञानीय वैमानिकीय वातावरणविज्ञान सूक्ष्मवातावरणविज्ञान हवामान.
संदर्भ : 1. Battan, L. J. Radar Observation of the Atmosphere, Chicago, 1973.
2. Blair, T. A. Weather Elements : A Text in Elementary Meteorology, London, 1965.
3. Budyko, M. I. Heat Balance of the Earth’s Surface, Leningrad, 1958.
4. Byers, H. R. General Meteorology, New York, 1974.
5. Craig, R. A. The Upper Atmosphere : Meteorology and Physics. New York, 1965.
6. Demis, A. S. Weather Modification by Cloud Seeding, New York, 1980.
7. Eagleman, J. R. Severe and Unusual Weather, New York, 1983.
8. Eliassen, A. Penderson, K. Meteorology, 2 Vols., Osio, 1977.
9. Ferguson, M. Clark, C. Understanding Weather and Climate, London, 1987.
10. Haltiner, G. J. Numerical Weather Prediction, New York, 1971.
11. Hanwell, J. Atmospheric Processes, London, 1980.
12. O’Hare, G. Sweeney, J. Atmospheric System : Introduction to Meteorology and Climatology, Edinburg, 1988.
13. Hess, S. L. Introduction to Theoretical Meteorology, New York, 1959
14. Holten, J. R. An Introduction to Dynamic Meteorology, New York, 1979.
15. Houghton, H. G. Physical Meteorology, Cambridge, Mass., 1985
16. Lutgens, F. K. Tarbuk, E. J. Atmosphere : Introduction to Meteorology, 1986.
17. Mcllveen, R. Basic Meteorology Physical Outline, London, 1986.
18. Petterson, S. Introduction to Meteorology, New York, 1969.
19. Shaw, D. B., Ed., Meteorology Over Tropical Oceans, London, 1978.
20. Washington, W. M. Parkinson, C. L. An Introduction of Three Dimensional Climate Modeling, Oxford, 1986.
मुळे, दि. आ. चारघडे, शं. ल.
“