अध्याय 11: वायुमंडलीय दाब पेटियाँ और त्रिकोशिकीय परिसंचरण (Atmospheric Pressure Belts & Tri-Cellular Meridional Circulation)

1. भूमिका (Introduction):

अक्षांशीय ताप विषमता ($40^\circ\text{N}–40^\circ\text{S}$ ऊष्मा अधिशेष बनाम ध्रुवीय घाटा) और पृथ्वी के घूर्णन से उत्पन्न कोरिओलिस बल के कारण वायुमंडल का एकल संवहनीय घेरा प्रत्येक गोलार्द्ध में तीन संकेंद्रित याम्योत्तरीय कोशिकाओं—हेडली कोशिका, फेरल कोशिका और ध्रुवीय कोशिका—में विभक्त हो जाता है। इसे पॉल्मेन (Palmen, 1951) का 'त्रिकोशिकीय परिसंचरण मॉडल' कहते हैं।

2. मुख्य भाग: तीनों कोशिकाओं की संरचना एवं जलवायविक प्रभाव:

• 1. हेडली कोशिका (Hadley Cell: $0^\circ$ से $30^\circ\text{ N/S}$ — तापीय प्रत्यक्ष कोशिका):
  विषुवतीय निम्न दाब पेटी (ITCZ) पर तीव्र सूर्यातप से गर्म और आर्द्र हवा संवहनीय धाराओं के रूप में ट्रोपोपॉज़ (14–18 km) तक उठती है और विषुवतीय सदाबहार वर्षावन बनाती है। ऊपरी क्षोभमंडल में यह हवा ध्रुवों की ओर बढ़ते समय कोरिओलिस विक्षेपण के कारण $30^\circ\text{ N/S}$ (अश्व अक्षांश) पर नीचे उतरती (Subside करती) है। उतरती हुई शुष्क वायु रुद्धोष्म संपीडन से गर्म होकर विश्व के महान उपोष्ण मरुस्थलों (सहारा, थार, अटाकामा) का निर्माण करती है और धरातल पर व्यापारिक पवनों (Trade Winds) के रूप में विषुवत रेखा की ओर लौटती है।
• 2. फेरल कोशिका (Ferrel Cell: $30^\circ$ से $60^\circ\text{ N/S}$ — तापीय अप्रत्यक्ष कोशिका):
  यह कोशिका तापीय संवहन से नहीं बल्कि हेडली और ध्रुवीय कोशिकाओं के बीच यांत्रिक भंवर व घर्षण (Eddy Transfer) से संचालित होती है। इसमें धरातल पर हवा $30^\circ$ उच्च दाब से $60^\circ$ उपध्रुवीय निम्न दाब की ओर पछुआ पवनों (Westerlies) के रूप में बहती है, जो महाद्वीपों के पश्चिमी किनारों पर भूमध्यसागरीय और ब्रिटिश तुल्य जलवायु बनाती हैं।
• 3. ध्रुवीय कोशिका (Polar Cell: $60^\circ$ से $90^\circ\text{ N/S}$ — तापीय प्रत्यक्ष कोशिका):
  ध्रुवों ($90^\circ$) पर अत्यधिक ठंडी व भारी हवा नीचे बैठकर ध्रुवीय उच्च दाब बनाती है और धरातल पर ध्रुवीय पुरवा पवनों (Polar Easterlies) के रूप में $60^\circ$ की ओर बहती है। $60^\circ–65^\circ$ अक्षांश पर गर्म पछुआ और ठंडी ध्रुवीय पुरवा पवनों की टक्कर से ध्रुवीय वाताग्र (Polar Front) और शीतोष्ण चक्रवात उत्पन्न होते हैं।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

इस प्रकार त्रिकोशिकीय मॉडल न केवल पृथ्वी के 75–80% अक्षांशीय ऊष्मा स्थानांतरण को संपन्न करता है, बल्कि वैश्विक वर्षण और शुष्कता के भूगोल का मुख्य वास्तुकार भी है।

1. भूमिका (Introduction):

सामान्य भौतिक नियम के अनुसार तापमान और वायुदाब में व्युत्क्रम संबंध ($T \propto 1/P$) होता है, किंतु पृथ्वी के घूर्णन (कोरिओलिस बल) के कारण ग्लोब की सभी 7 वायुदाब पेटियाँ केवल तापमान से नियंत्रित नहीं होतीं। उत्पत्ति के आधार पर इन्हें 3 तापजन्य और 4 गतिजन्य पेटियों में बाँटा जाता है।

2. मुख्य भाग (Body):

(A) तापजन्य बनाम गतिजन्य वायुदाब पेटियाँ:

• तापजन्य पेटियाँ (3): प्रत्यक्ष सूर्यातप की अधिकता या कमी से निर्मित—(1) विषुवतीय निम्न दाब पेटी ($0^\circ–5^\circ$) जहाँ अत्यधिक ताप से हवा फैलकर ऊपर उठती है, और (2) दोनों गोलार्द्धों की ध्रुवीय उच्च दाब पेटियाँ ($80^\circ–90^\circ\text{ N/S}$) जहाँ अत्यधिक शीत से हवा भारी होकर नीचे बैठती है।
• गतिजन्य पेटियाँ (4): पृथ्वी के घूर्णन, कोरिओलिस विक्षेपण और वायुराशियों के यांत्रिक अभिसरण/अवतलन से निर्मित—दोनों गोलार्द्धों की उपोष्ण उच्च दाब पेटियाँ ($25^\circ–35^\circ\text{ N/S}$) और दोनों उपध्रुवीय निम्न दाब पेटियाँ ($60^\circ–65^\circ\text{ N/S}$)।

(B) $25^\circ–35^\circ$ में उच्च तापमान के बावजूद उच्च दाब और मरुस्थल निर्माण:

• विषुवत रेखा से संवहन द्वारा ऊपर उठी हवा जब ट्रोपोपॉज़ के सहारे ध्रुवों की ओर बढ़ती है, तो बढ़ते अक्षांश के साथ कोरिओलिस बल ($F_c \propto \sin\phi$) बढ़ता जाता है। $25^\circ–30^\circ$ अक्षांश तक पहुँचते-पहुँचते यह ऊपरी हवा पूर्णतः पूर्व की ओर (उपोष्ण पश्चिमी जेट स्ट्रीम के रूप में) मुड़ जाती है।
• ऊपरी वायुमंडल में हवा के इस अवरोध और जमाव (Piling up of air aloft) तथा विकिरण शीतलन के कारण भारी वायु नीचे धरातल की ओर उतरने (Subside करने) लगती है, जिससे धरातल पर उच्च वायुदाब (अश्व अक्षांश) बनता है।
• मरुस्थल निर्माण: नीचे उतरती हुई हवा बढ़ते वायुदाब से रुद्धोष्म रूप से संपीडित होकर गर्म हो जाती है, जिससे उसकी सापेक्ष आर्द्रता घट जाती है, अवतलन तापीय व्युत्क्रमण बनता है और बादल व वर्षा असंभव हो जाते हैं। साथ ही महाद्वीपों के पश्चिमी किनारों पर अपतटीय व्यापारिक पवनों (Offshore Trade Winds) और ठंडी महासागरीय धाराओं के कारण सहारा, अरब, थार, अटाकामा, कालाहारी और पश्चिमी ऑस्ट्रेलियाई मरुस्थल विकसित हुए हैं।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

अतः उपोष्ण मरुस्थलों की शुष्कता किसी स्थानीय कमी का नहीं बल्कि वैश्विक गतिजन्य उच्च वायुदाब पेटी और हेडली कोशिका के अवतलन का प्रत्यक्ष परिणाम है।

1. भूमिका (Introduction):

पृथ्वी के $23\frac{1}{2}^\circ$ अक्षीय झुकाव के कारण सूर्य की लंबवत किरणें वर्ष भर कर्क रेखा ($23.5^\circ\text{N}$) और मकर रेखा ($23.5^\circ\text{S}$) के बीच विस्थापित होती हैं। इसके अनुसरण में तापीय विषुवत रेखा और सभी 7 वायुदाब व पवन पेटियाँ उत्तरी ग्रीष्मकाल (जून) में $5^\circ–10^\circ$ उत्तर तथा उत्तरी शीतकाल (दिसंबर) में $5^\circ–10^\circ$ दक्षिण की ओर खिसक जाती हैं।

2. मुख्य भाग (Body):

(A) भूमध्यसागरीय प्रदेशों ($30^\circ–45^\circ\text{ N/S}$ पश्चिमी तट) में शीतकालीन वर्षा:

• $30^\circ$ से $45^\circ$ अक्षांश के मध्य स्थित क्षेत्र दो भिन्न पवन पेटियों के संक्रमण क्षेत्र में आते हैं।
• ग्रीष्म ऋतु में शुष्कता: जून-जुलाई में जब दाब पेटियाँ उत्तर खिसकती हैं, तो $25^\circ–35^\circ$ की उपोष्ण उच्च वायुदाब पेटी और अपतटीय (स्थल से समुद्र की ओर चलने वाली) व्यापारिक पवनें $30^\circ–45^\circ\text{N}$ क्षेत्र पर छा जाती हैं, जिससे आकाश स्वच्छ और ग्रीष्मकाल वर्षा-रहित रहता है।
• शीत ऋतु में वर्षा: दिसंबर-जनवरी में जब दाब पेटियाँ दक्षिण खिसकती हैं, तो $40^\circ–60^\circ$ की पछुआ पवनों (Westerlies) और शीतोष्ण कटिबंधीय चक्रवातों की पेटी नीचे उतरकर $30^\circ–45^\circ\text{N}$ पर आ जाती है। समुद्र से स्थल की ओर (Onshore) चलने वाली ये आर्द्र पछुआ पवनें भूमध्यसागरीय बेसिन, कैलिफोर्निया और मध्य चिली में शीतकालीन वर्षा कराती हैं (और इनकी एक शाखा पश्चिमी विक्षोभ के रूप में उत्तर भारत में रबी वर्षा लाती है)।

(B) दक्षिण एशिया में ग्रीष्मकालीन मानसून की उत्पत्ति:

• ग्रीष्मकाल में एशियाई महाद्वीप और तिब्बत के पठार के तीव्र तापन के कारण ITCZ सामान्य $5^\circ–10^\circ$ से कहीं अधिक—$20^\circ–25^\circ\text{ N}$ तक उत्तर खिसककर गंगा के मैदान पर 'मानसून गर्त' स्थापित करता है।
• इस निम्न दाब को भरने के लिए दक्षिणी गोलार्द्ध के मैस्करेन उच्च दाब से चलने वाली दक्षिण-पूर्वी व्यापारिक पवनें विषुवत रेखा पार करती हैं और उत्तरी गोलार्द्ध में कोरिओलिस बल के कारण अपनी दाहिनी ओर मुड़कर आर्द्र दक्षिण-पश्चिम मानसून बन जाती हैं।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

अतः वायुदाब पेटियों का मौसमी खिसकाव ही भूमध्यसागरीय रसदार फलों की कृषि (Viticulture) और मानसूनी एशिया की धान-आधारित अर्थव्यवस्था का मूल जलवायविक आधार है।

1. भूमिका (Introduction):

पृथ्वी के अपने अक्ष पर पश्चिम-से-पूर्व घूर्णन और विभिन्न अक्षांशों पर रेखीय घूर्णन वेग में अंतर (विषुवत पर $1,670\text{ km/h}$ बनाम ध्रुवों पर $0\text{ km/h}$) के कारण किसी भी गतिशील पिंड (पवन या जलधारा) पर लगने वाले आभासी विक्षेपक बल को 'कोरिओलिस बल' ($F_c = 2m v \omega \sin\phi$) कहते हैं।

2. मुख्य भाग (Body):

• कोरिओलिस बल की मुख्य विशेषताएँ: (i) यह अक्षांश कोण की ज्या ($\sin\phi$) और पवन वेग ($v$) के समानुपाती होता है; (ii) यह विषुवत रेखा ($0^\circ$) पर शून्य और ध्रुवों ($90^\circ$) पर अधिकतम होता है; (iii) फेरल के नियम के अनुसार यह पवनों को उत्तरी गोलार्द्ध में दाहिनी ओर तथा दक्षिणी गोलार्द्ध में बाईं ओर मोड़ता है।
• भू-विक्षेपी पवन (Geostrophic Wind) का निर्माण: धरातल से 2–3 km की ऊँचाई के ऊपर जहाँ धरातलीय घर्षण समाप्त हो जाता है, हवा दाब प्रवणता बल (PGF) के कारण उच्च दाब से निम्न दाब की ओर चलना शुरू करती है। जैसे-जैसे उसका वेग बढ़ता है, कोरिओलिस बल उसे दाहिनी ओर (उत्तरी गोलार्द्ध में) मोड़ता जाता है, जब तक कि कोरिओलिस बल PGF के ठीक विपरीत और बराबर नहीं हो जाता। इस संतुलन बिंदु पर पवन समदाब रेखाओं को काटने के बजाय समदाब रेखाओं के समानांतर बहने लगती है, जिसे भू-विक्षेपी पवन कहते हैं।
• विषुवत रेखा ($0^\circ–5^\circ\text{ N/S}$) पर चक्रवातों का अभाव: उष्णकटिबंधीय चक्रवात में हवाओं को निम्न दाब केंद्र के चारों ओर तीव्र चक्रीय भंवर (Cyclonic Vortex) में घूमने के लिए कोरिओलिस बल अनिवार्य है। विषुवत रेखा पर $\sin 0^\circ = 0$ होने से कोरिओलिस बल शून्य होता है, इसलिए हवाएँ भंवर बनाने के बजाय समदाब रेखाओं के सीधा लंबवत जाकर निम्न दाब केंद्र को तुरंत भर देती हैं।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

यही कारण है कि सभी उष्णकटिबंधीय चक्रवात विषुवत रेखा से कम-से-कम $5^\circ$ से $8^\circ$ उत्तर या दक्षिण के अक्षांशों में ही उत्पन्न होते हैं।

1. भूमिका (Introduction):

जहाँ हेडली, फेरल और ध्रुवीय कोशिकाएँ अक्षांशों के आर-पार उत्तर-दक्षिण (Meridional) दिशा में चलती हैं, वहीं उष्णकटिबंधीय प्रशांत महासागर के ऊपर पूर्व-से-पश्चिम (Zonal / देशांतरीय) दिशा में चलने वाले संवहनीय वायु घेरे को 'वाकर परिसंचरण' (Walker Circulation) कहा जाता है।

2. मुख्य भाग (Body):

• सामान्य वाकर कोशिका की यांत्रिकी: व्यापारिक पवनें प्रशांत महासागर के सतही गर्म जल को पूर्व से पश्चिम (इंडोनेशिया और उत्तरी ऑस्ट्रेलिया — डार्विन) की ओर धकेलती हैं। इससे पश्चिमी प्रशांत में 'वार्म पूल' और निम्न वायुदाब बनता है जहाँ हवा ऊपर उठकर भारी वर्षा करती है। वहीं पूर्वी प्रशांत (पेरू/इक्वाडोर तट) में ठंडे जल की अपवेलिंग (हम्बोल्ट धारा) से उच्च वायुदाब (ताहिती उच्च) और हवा का शुष्क अवतलन होता है।
• ला-नीना (प्रबल वाकर सेल): जब पूर्वी और पश्चिमी प्रशांत का दाब अंतर बढ़ता है, तो वाकर सेल और व्यापारिक पवनें अधिक सशक्त हो जाती हैं, जिससे इंडोनेशिया, ऑस्ट्रेलिया और भारत में सामान्य से अधिक मानसूनी वर्षा होती है।
• एल-नीनो (वाकर सेल का कमजोर पड़ना या विखंडन): जब व्यापारिक पवनें कमजोर पड़ने से गर्म जल मध्य और पूर्वी प्रशांत (पेरू तट) में फैल जाता है, तो वाकर सेल की आरोही भुजा पूर्व की ओर खिसक जाती है। इसके परिणामस्वरूप पेरू के मरुस्थल में बाढ़ आती है जबकि पश्चिमी प्रशांत और भारतीय उपमहाद्वीप में अवतलन (Subsidence) बढ़ने से सूखा पड़ता है।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

इस प्रकार वाकर परिसंचरण महासागर और वायुमंडल के युग्मन (Atmosphere-Ocean Coupling) का सबसे महत्वपूर्ण वैश्विक सूचक है।

1. भूमिका (Introduction):

यदि पृथ्वी की सतह पूर्णतः समरूपी (केवल जल या केवल स्थल) होती, तो वायुदाब पेटियाँ अक्षांशों के समानांतर सतत पट्टियों में होतीं (जैसा कि दक्षिणी गोलार्द्ध में $40^\circ–65^\circ\text{S}$ के बीच दिखाई देता है)। किंतु उत्तरी गोलार्द्ध में विशाल महाद्वीपों और महासागरों के एकांतर वितरण के कारण ये पेटियाँ अर्ध-स्थायी कोष्ठकों (Cells / Centres of Action) में टूट जाती हैं।

2. मुख्य भाग (Body):

• कोष्ठकों में विखंडन का कारण: शीतकाल (जनवरी) में महाद्वीप अत्यधिक ठंडे होकर उच्च दाब कोष्ठक (साइबेरियन व कनाडाई उच्च) बनाते हैं, जिससे $60^\circ\text{N}$ की उपध्रुवीय निम्न दाब पेटी केवल गर्म महासागरों के ऊपर दो कोष्ठकों—आइसलैंडिक निम्न और एल्यूशियन निम्न—तक सिमट जाती है। इसके विपरीत, ग्रीष्मकाल (जुलाई) में महाद्वीपों पर गहरे तापीय निम्न दाब कोष्ठक बनने से $30^\circ\text{N}$ की उपोष्ण उच्च दाब पेटी केवल ठंडे महासागरों के ऊपर अज़ोर्स-बरमूडा उच्च और हवाईयन उच्च के रूप में बची रहती है।
• साइबेरियन उच्च (Siberian High): शीतकाल में बैकाल झील के पास बनने वाला यह विश्व का सबसे शक्तिशाली प्रतिचक्रवात ($>1035\text{ mb}$) है जो पूर्वी एशिया में शीतकालीन मानसून और मध्य एशिया में बर्फीली हवाएँ चलाता है (जिन्हें हिमालय भारत में आने से रोकता है)।
• मैस्करेन उच्च (Mascarene High): दक्षिणी हिंद महासागर में मेडागास्कर के पास ($30^\circ\text{S}$) स्थित यह उपोष्ण उच्च दाब कोष्ठक ग्रीष्मकाल में उत्तर-पश्चिमी भारत के तापीय निम्न दाब के साथ मिलकर अंतर-गोलार्द्धीय दाब प्रवणता बनाता है, जो भारतीय दक्षिण-पश्चिम मानसून का मुख्य पंप (Engine) है।

3. निष्कर्ष (Conclusion):

इन अर्ध-स्थायी दाब कोष्ठकों की तीव्रता में होने वाले उतार-चढ़ाव से ही भारतीय मानसून, यूरोपीय शीतकाल और वैश्विक वर्षा प्रतिरूप नियंत्रित होते हैं।