सूर्यताप और वायुदाब पेटियां - भाग 2

कोरिओलिस बल और तापमान क्षेत्र - पवनों का विक्षेपण और तापीय कटिबंध

वायुमंडलीय परिसंचरण दो मूलभूत कारकों पर टिका है - तापमान में अंतर और पृथ्वी का घूर्णन। तापमान में अंतर से दाब प्रवणता बल उत्पन्न होता है जो वायु को उच्च से निम्न दाब की ओर धकेलता है, जबकि पृथ्वी के घूर्णन से उत्पन्न कोरिओलिस बल इस वायु की दिशा को मोड़ देता है। इसी दो बलों की अंतर्क्रिया से व्यापारिक पवन, पछुआ और ध्रुवीय पवनों की दिशा निर्धारित होती है। तापमान के अक्षांशीय वितरण के आधार पर पृथ्वी को उष्ण, शीतोष्ण और शीत कटिबंधों में बाँटा जाता है तथा समताप रेखाओं (Isotherms) द्वारा इसका मानचित्रण किया जाता है। UPSC में कोरिओलिस का सूत्र, फेरेल का नियम और जनवरी-जुलाई की समताप रेखाओं का झुकाव प्रत्येक वर्ष पूछा जाता है।

1. कोरिओलिस बल - उत्पत्ति, सूत्र और फेरेल का नियम

उत्पत्ति: पृथ्वी पश्चिम से पूर्व 1670 किमी/घंटा (विषुवत पर) की गति से घूर्णन करती है। कोई वस्तु जब अक्षांश बदलती है तो उसका रैखिक वेग बदलता है - विषुवत पर अधिक, ध्रुव पर 0। कोणीय संवेग संरक्षण के कारण वस्तु अपने मूल अक्षांश का वेग बनाए रखना चाहती है, इसलिए मार्ग मुड़ा हुआ दिखता है। यह वास्तविक बल नहीं, बल्कि जड़त्वीय पर्यवेक्षक को लगने वाला आभासी बल है। 1835 में फ्रांसीसी गणितज्ञ गुस्टाव कोरिओलिस ने घूर्णन मशीनों में इसकी गणना की।

सूत्र और गणना: Fc = 2mVΩsinφ। यहाँ m = वायु का द्रव्यमान, V = वेग, Ω = पृथ्वी का कोणीय वेग = 2π/86164 सेकंड = 7.29×10⁻⁵ rad/s, φ = अक्षांश। कोरिओलिस पैरामीटर f = 2Ωsinφ प्रति इकाई द्रव्यमान बल है। उदाहरण - 45°N पर sin45°=0.707, f = 2×7.29×10⁻⁵×0.707 = 10.3×10⁻⁵/s। यदि V=20 मी/से, तो त्वरण = f×V = 2.06×10⁻³ मी/से², अर्थात 1 घंटे में पवन दिशा 10-15° मुड़ जाती है। विषुवत पर sin0°=0, इसलिए Fc=0 - पवन सीधी चलती है, इसलिए विषुवत पर चक्रवात नहीं बनते (5°N/S से दूर ही बनते हैं)। ध्रुव पर sin90°=1, अधिकतम।

प्रभाव: (i) पवन दिशा: दाब प्रवणता बल उच्च से निम्न की ओर सीधा धकेलता है, पर कोरिओलिस उसे मोड़ देता है, इसलिए पवनें समदाब रेखा के समानांतर चलती हैं - भूविक्षेपी पवन (Geostrophic Wind)। (ii) फेरेल का नियम (1856): अमेरिकी मौसम विज्ञानी विलियम फेरेल ने कहा - उत्तरी गोलार्ध में गतिमान वस्तु दायें मुड़ती है, दक्षिणी में बायें। पवनों पर - उत्तर-पूर्व व्यापारिक पवन सीधी उत्तर से नहीं बल्कि उत्तर-पूर्व से आती है। (iii) महासागरीय धाराएँ: उत्तरी गोलार्ध में दक्षिणावर्त चक्र (क्लॉकवाइज), दक्षिणी में वामावर्त, एकमैन स्पाइरल इसी से। (iv) चक्रवात: निम्न दाब में पवनें अंदर आते समय कोरिओलिस से उत्तरी में वामावर्त (Counter-clockwise) और दक्षिणी में दक्षिणावर्त घूमती हैं। (v) बायस-बैलट नियम: पीठ पवन की ओर होने पर निम्न दाब उत्तरी में बायें होगा।

2. तापमान को प्रभावित करने वाले कारक और वितरण

तापमान वितरण दो प्रकार का: (a) लंबवत - क्षोभमंडल में 6.5°C/किमी ह्रास दर, कभी-कभी तापमान व्युत्क्रमण (Inversion) - ठंडी वायु नीचे, गर्म ऊपर, जैसे शीतकाल में घाटियों में। (b) क्षैतिज - अक्षांश के साथ।

तापमान को प्रभावित करने वाले 8 कारक UPSC में पूछे जाते हैं: (i) अक्षांश: सूर्य की किरणों का कोण - विषुवत पर लंबवत, अधिकतम 27°C औसत, ध्रुव पर तिरछी, -30°C। 1° अक्षांश पर 0.5-0.7°C कमी। (ii) ऊँचाई: 165 मीटर पर 1°C कमी (ह्रास दर)। दार्जिलिंग (2200 मी) 15°C ठंडा कोलकाता से। (iii) समुद्र से दूरी: महाद्वीपीयता - समुद्र समकारी प्रभाव, स्थल जल्दी गर्म-ठंडा। मुंबई में वार्षिक तापांतर 6°C, दिल्ली में 20°C। (iv) महासागरीय धाराएँ: गर्म धारा (गल्फ स्ट्रीम) से नॉर्वे तट 60°N पर भी बर्फ रहित, ठंडी लैब्राडोर से कनाडा तट बर्फीला। (v) पवन: गर्म पवन (लू) तापमान बढ़ाती, ठंडी (मिस्ट्रल) घटाती। (vi) मेघ और वर्षा: मेघ दिन में अल्बेडो से ठंडा, रात में ग्रीनहाउस से गर्म। (vii) ढाल का अभिमुखीकरण: उत्तरी गोलार्ध में दक्षिणी ढाल अधिक गर्म (सूर्याभिमुख)। (viii) वनस्पति और मृदा: काली मिट्टी अधिक अवशोषण, रेतीली जल्दी गर्म।

विश्व तापमान वितरण: जनवरी में सबसे अधिक तापमान 30°C दक्षिणी गोलार्ध में 10-20°S (ऑस्ट्रेलिया, दक्षिण अफ्रीका) और सबसे कम -40°C साइबेरिया (वरखोयांस्क -50°C) में। जुलाई में सबसे अधिक 35°C सहारा-थार में, सबसे कम -30°C अंटार्कटिका में। तापीय विषुवत रेखा (सर्वाधिक औसत तापमान की रेखा) 5°N पर क्योंकि उत्तरी गोलार्ध में स्थल अधिक।

3. तापमान क्षेत्र और समताप रेखाएं - वर्गीकरण और मानचित्रण

तापमान क्षेत्रों का वर्गीकरण (Alexander Supan 1879, सबसे मान्य): (i) उष्ण कटिबंध (Torrid Zone - 0-23.5°): वार्षिक औसत >20°C, सबसे ठंडे महीने का औसत >18°C, दैनिक तापांतर वार्षिक से अधिक, भूमध्यरेखीय और मानसूनी जलवायु। (ii) उपोष्ण कटिबंध (Subtropical - 23.5-35°): सबसे ठंडे महीने का औसत 0-18°C, गर्म मरुस्थल। (iii) शीतोष्ण कटिबंध (Temperate - 35-66.5°): वार्षिक औसत 0-20°C, चार ऋतुएँ, सबसे गर्म महीने का औसत <22°C पर ठंडा शीतोष्ण। (iv) शीत कटिबंध (Frigid - 66.5-90°): सबसे गर्म महीने का औसत <10°C, टुंड्रा (0-10°C) और हिम टोपी (<0°C)। यह वर्गीकरण वनस्पति सीमा से मेल खाता है - 10°C समताप रेखा टुंड्रा की सीमा।

समताप रेखाएं (Isotherms): समान तापमान वाले स्थानों को जोड़ने वाली रेखा, समुद्र तल पर घटाकर (Sea Level Reduction - 6.5°C/किमी जोड़कर) बनाई जाती है ताकि ऊँचाई का प्रभाव हटे। विशेषताएँ - (i) पूर्व-पश्चिम दिशा में, अक्षांशों के समानांतर पर महाद्वीपों पर मुड़ती हैं। (ii) जनवरी में उत्तरी गोलार्ध में महाद्वीप ठंडे होने से समताप रेखाएँ दक्षिण की ओर (भूमध्य रेखा की ओर) झुकती हैं - जैसे 0°C समताप रेखा जनवरी में यूरोप में 60°N से साइबेरिया में 40°N तक दक्षिण आती है। महासागरों पर उत्तर की ओर मुड़ती हैं क्योंकि महासागर गर्म। जुलाई में विपरीत - महाद्वीप गर्म होने से समताप रेखाएँ उत्तर की ओर झुकती हैं। (iii) दक्षिणी गोलार्ध में जल अधिक होने से समताप रेखाएँ सीधी और अक्षांश के समानांतर। (iv) तापीय विषुवत रेखा (Thermal Equator) - उच्चतम औसत तापमान को जोड़ने वाली रेखा, औसतन 5°N पर, जुलाई में 15°N तक, जनवरी में 5°S तक खिसकती है। (v) तापमान प्रवणता - समताप रेखाएँ पास-पास = तीव्र परिवर्तन, जैसे साइबेरिया में जनवरी में।

Quick Revision - UPSC Prelims/Mains के लिए

• कोरिओलिस सूत्र Fc = 2mVΩsinφ, f = 2Ωsinφ, विषुवत पर 0, ध्रुव पर अधिकतम, उत्तर में दायें, दक्षिण में बायें - फेरेल का नियम 1856।
• कोरिओलिस के बिना - पवन उच्च से निम्न सीधी चलती, चक्रवात नहीं बनते, महासागरीय धाराएँ सीधी चलतीं। कोरिओलिस से भूविक्षेपी पवन समदाब रेखा के समानांतर।
• तापमान को प्रभावित करने वाले 8 कारक - अक्षांश, ऊँचाई (165मी=1°C), समुद्र दूरी, धाराएँ, पवन, मेघ, ढाल, वनस्पति - UPSC में क्रम पूछा जाता है।
• समताप रेखा समुद्र तल पर घटाकर बनती है, जनवरी में महाद्वीप ठंडे होने से दक्षिण झुकती, जुलाई में उत्तर - दक्षिणी गोलार्ध में सीधी क्योंकि जल अधिक।
• तापीय विषुवत रेखा औसत 5°N पर, सूर्य के साथ खिसकती है - जुलाई में 15°N, जनवरी में 5°S - यही ITCZ का आधार।
• उष्ण कटिबंध 0-23.5° में दैनिक तापांतर वार्षिक से अधिक, शीतोष्ण में वार्षिक अधिक। 18°C समताप उष्ण की सीमा, 10°C टुंड्रा की सीमा।
• UPSC ट्रिक - जनवरी में सबसे ठंडा स्थान वरखोयांस्क (-50°C, साइबेरिया), जुलाई में सबसे गर्म जैकोबाबाद (52°C, पाकिस्तान) / अल अजीजिया (58°C, लीबिया) - महाद्वीपीयता का प्रभाव।

FAQ - अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

Q1. कोरिओलिस बल विषुवत पर शून्य क्यों होता है और इसका चक्रवातों पर क्या प्रभाव है?
A. Fc = 2mVΩsinφ, विषुवत पर φ=0°, sin0°=0, इसलिए Fc=0। 5°N/S तक Fc इतना कम होता है कि पवनें मुड़ नहीं पातीं, निम्न दाब में अभिसरण तो होता है पर घूर्णन नहीं, इसलिए चक्रवात नहीं बनता। चक्रवात बनने के लिए कम से कम 5° अक्षांश और पर्याप्त कोरिओलिस आवश्यक है - इसलिए सभी उष्णकटिबंधीय चक्रवात 5-20° के बीच बनते हैं, विषुवत पर कभी नहीं। उत्तरी में वामावर्त, दक्षिणी में दक्षिणावर्त घूर्णन कोरिओलिस से ही।

Q2. फेरेल का नियम और बायस-बैलट नियम में क्या अंतर है?
A. फेरेल का नियम (1856) गतिमान वस्तु की दिशा के बारे में - उत्तरी में दायें, दक्षिणी में बायें मुड़ती है। बायस-बैलट नियम (1857) पवन और दाब संबंध के बारे में - पीठ पवन की ओर करके खड़े होने पर निम्न दाब उत्तरी में बायें और दक्षिणी में दायें होगा। फेरेल कारण बताता है (कोरिओलिस), बायस-बैलट परिणाम बताता है (निम्न दाब की स्थिति)। दोनों कोरिओलिस पर आधारित हैं और पवन दिशा पूर्वानुमान में उपयोगी हैं।

Q3. समताप रेखाएँ जनवरी और जुलाई में महाद्वीपों पर क्यों झुकती हैं?
A. समताप रेखाएँ समुद्र तल पर घटाकर बनती हैं पर स्थल-जल के तापांतर से प्रभावित होती हैं। जनवरी में उत्तरी गोलार्ध में महाद्वीप ठंडे (साइबेरिया -40°C) और महासागर गर्म (5°C) होते हैं, इसलिए 0°C समताप रेखा महाद्वीप पर दक्षिण (कम अक्षांश) की ओर झुकती है - साइबेरिया में 40°N तक आ जाती है, जबकि अटलांटिक में 70°N तक उत्तर में रहती है। जुलाई में महाद्वीप गर्म (40°C) और महासागर ठंडे (15°C), इसलिए समताप रेखा महाद्वीप पर उत्तर की ओर झुकती है। दक्षिणी गोलार्ध में जल अधिक होने से झुकाव कम, रेखाएँ सीधी।

Q4. तापमान क्षेत्र का वर्गीकरण 18°C और 10°C समताप रेखाओं से क्यों किया जाता है?
A. जर्मन भूगोलवेत्ता अलेक्जेंडर सूपन ने वनस्पति सीमा के आधार पर किया। 18°C शीतकालीन समताप रेखा - इससे अधिक ठंडे महीने का औसत होने पर उष्णकटिबंधीय वन (मैंग्रोव, वर्षा वन) जीवित रह सकते हैं, इससे कम पर पाले से मर जाते हैं - इसलिए उष्ण कटिबंध की सीमा। 10°C ग्रीष्मकालीन समताप रेखा - इससे कम गर्म महीने का औसत होने पर वृक्ष नहीं उगते, केवल टुंड्रा घास - इसलिए शीत कटिबंध/टुंड्रा की सीमा। कोपेन ने भी इसी आधार पर A (उष्ण) की सीमा 18°C और E (ध्रुवीय) की सीमा 10°C रखी।