మీరు మీ చుట్టూ ఉన్న గాలిని అనుభవిస్తున్నారా? మనం ఒక భారీ గాలి కుప్ప దిగువన జీవిస్తున్నామని మీకు తెలుసా? మనం ఊపిరి పీల్చుకుంటాము మరియు విడుదల చేస్తాము కానీ గాలి కదులుతున్నప్పుడు మాత్రమే దాన్ని అనుభవిస్తాము. అంటే కదిలే గాలిని పవనం అంటారు. భూమి చుట్టూ గాలి ఉందనే వాస్తవం గురించి మీరు ఇప్పటికే తెలుసుకున్నారు. ఈ గాలి ఆవరణాన్ని వాతావరణం అంటారు, ఇది అనేక వాయువులతో కూడి ఉంటుంది. ఈ వాయువులు భూమి ఉపరితలంపై జీవనానికి తోడ్పడతాయి.

భూమి దాదాపు అన్ని శక్తిని సూర్యుని నుండి పొందుతుంది. భూమి సూర్యుని నుండి పొందిన శక్తిని తిరిగి అంతరిక్షానికి వికిరణం చేస్తుంది. ఫలితంగా, భూమి కాలక్రమేణా వేడెక్కదు లేదా చల్లబరుస్తుంది. అందువల్ల, భూమి యొక్క వివిధ భాగాలు పొందే వేడి మొత్తం ఒకేలా ఉండదు. ఈ వైవిధ్యం వాతావరణంలో పీడన భేదాలను కలిగిస్తుంది. ఇది ఒక ప్రాంతం నుండి మరొక ప్రాంతానికి వేడి బదిలీకి దారి తీస్తుంది. ఈ అధ్యాయం వాతావరణం యొక్క వేడెక్కడం మరియు చల్లబరుకోవడం ప్రక్రియను మరియు భూమి ఉపరితలంపై ఫలితంగా ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని వివరిస్తుంది.

సౌర వికిరణం

భూమి ఉపరితలం దాని శక్తిలో ఎక్కువ భాగాన్ని చిన్న తరంగదైర్ఘ్యాలలో పొందుతుంది. భూమి పొందే శక్తిని ఆగమన సౌర వికిరణం అని పిలుస్తారు, దీనిని సంక్షిప్తంగా సౌరప్రకాశం (ఇన్సోలేషన్) అంటారు.

భూమి గోళాకారాన్ని పోలిన జియోయిడ్ కాబట్టి, సూర్యకిరణాలు వాతావరణం పైభాగంలో వాలుగా పడతాయి మరియు భూమి సూర్యుని శక్తిలో చాలా చిన్న భాగాన్ని అడ్డుకుంటుంది. సగటున, భూమి దాని వాతావరణం పైభాగంలో నిమిషానికి చదరపు $\mathrm{cm}$ కి 1.94 కేలరీలను పొందుతుంది. భూమి మరియు సూర్యుని మధ్య దూరంలోని వైవిధ్యాల కారణంగా, వాతావరణం పైభాగంలో పొందిన సౌర ఉత్పాదన ఒక సంవత్సరంలో కొద్దిగా మారుతుంది. సూర్యుని చుట్టూ తిరిగేటప్పుడు, భూమి సూర్యునికి చాలా దూరంలో ఉంటుంది (152 మిలియన్ $\mathrm{km})$ జూలై 4న. భూమి యొక్క ఈ స్థానాన్ని అపహీలియన్ అంటారు. జనవరి 3న, భూమి సూర్యునికి చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది (147 మిలియన్ $\mathrm{km}$). ఈ స్థానాన్ని పెరిహీలియన్ అంటారు. అందువల్ల, జనవరి 3న భూమి పొందే వార్షిక సౌరప్రకాశం జూలై 4న పొందిన మొత్తం కంటే కొద్దిగా ఎక్కువ. అయితే, ఈ సౌర ఉత్పాదన వైవిధ్యం యొక్క ప్రభావం భూమి మరియు సముద్రం పంపిణీ మరియు వాతావరణ ప్రసరణ వంటి ఇతర కారకాల ద్వారా మరుగున పడిపోతుంది. అందువల్ల, సౌర ఉత్పాదనలోని ఈ వైవిధ్యం భూమి ఉపరితలంపై రోజువారీ వాతావరణ మార్పులపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపదు.

భూమి ఉపరితలంపై సౌరప్రకాశం యొక్క వైవిధ్యం

సౌరప్రకాశం యొక్క మొత్తం మరియు తీవ్రత రోజులో, ఒక ఋతువులో మరియు ఒక సంవత్సరంలో మారుతూ ఉంటాయి. సౌరప్రకాశంలో ఈ వైవిధ్యాలను కలిగించే కారకాలు: (i) భూమి దాని అక్షంపై భ్రమణం; (ii) సూర్యకిరణాల వాలుకోణం; (iii) పగటి వెలుగు యొక్క పొడవు; (iv) వాతావరణం యొక్క పారదర్శకత; (v) దాని దృశ్యం పరంగా భూమి యొక్క ఆకృతి. చివరి రెండు, అయితే, తక్కువ ప్రభావాన్ని కలిగి ఉంటాయి.

భూమి యొక్క అక్షం సూర్యుని చుట్టూ దాని కక్ష్య సమతలంతో $66^{1 / 2}$ కోణాన్ని చేస్తుందనే వాస్తవం వివిధ అక్షాంశాల వద్ద పొందిన సౌరప్రకాశం మొత్తంపై ఎక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.

సౌరప్రకాశం మొత్తాన్ని నిర్ణయించే రెండవ కారకం కిరణాల వాలుకోణం. ఇది స్థలం యొక్క అక్షాంశంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అక్షాంశం ఎక్కువగా ఉంటే, అవి భూమి ఉపరితలంతో చేసే కోణం తక్కువగా ఉంటుంది, ఫలితంగా వాలుగా ఉన్న సూర్యకిరణాలు ఏర్పడతాయి. లంబ కిరణాల ద్వారా కవర్ చేయబడిన ప్రాంతం ఎల్లప్పుడూ వాలుగా ఉన్న కిరణాల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. ఎక్కువ ప్రాంతం కవర్ చేయబడితే, శక్తి పంపిణీ చేయబడుతుంది మరియు ప్రతి యూనిట్ ప్రాంతానికి పొందిన నికర శక్తి తగ్గుతుంది. అంతేకాకుండా, వాలుగా ఉన్న కిరణాలు వాతావరణం యొక్క ఎక్కువ లోతు గుండా వెళ్ళాల్సి ఉంటుంది, ఫలితంగా ఎక్కువ శోషణ, చెదరగొట్టడం మరియు వ్యాప్తి జరుగుతుంది.

చిత్రం 8.1 : గ్రీష్మ అయనాంతం

వాతావరణం ద్వారా సౌర వికిరణం యొక్క ప్రయాణం

వాతావరణం చిన్న తరంగ సౌర వికిరణానికి ఎక్కువగా పారదర్శకంగా ఉంటుంది. ఆగమన సౌర వికిరణం భూమి ఉపరితలాన్ని తాకే ముందు వాతావరణం గుండా వెళుతుంది. ట్రోపోస్ఫియర్లోని నీటి ఆవిరి, ఓజోన్ మరియు ఇతర వాయువులు దాదాపు అన్ని పరారుణ వికిరణాన్ని గ్రహిస్తాయి.

ట్రోపోస్ఫియర్లో చాలా చిన్నగా నిలిపివేయబడిన కణాలు దృశ్యమాన స్పెక్ట్రమ్ను అంతరిక్షం మరియు భూమి ఉపరితలం వైపు చెదరగొడతాయి. ఈ ప్రక్రియ ఆకాశానికి రంగును జోడిస్తుంది. ఉదయించే మరియు అస్తమించే సూర్యుని ఎరుపు రంగు మరియు ఆకాశం యొక్క నీలం రంగు వాతావరణంలో కాంతి చెదరగొట్టబడిన ఫలితం.

భూమి ఉపరితలంపై సౌరప్రకాశం యొక్క ప్రాదేశిక పంపిణీ

ఉపరితలంపై పొందిన సౌరప్రకాశం ఉష్ణమండలాలలో సుమారు $320 \mathrm{Watt} / \mathrm{m}^{2}$ నుండి ధ్రువాలలో సుమారు 70 వాట్ $/ \mathrm{m}^{2}$ వరకు మారుతూ ఉంటుంది. అధిక సౌరప్రకాశం ఉపఉష్ణమండల ఎడారులపై పొందబడుతుంది, ఇక్కడ మేఘావృతత తక్కువగా ఉంటుంది. భూమధ్యరేఖ ఉష్ణమండలాల కంటే తులనాత్మకంగా తక్కువ సౌరప్రకాశాన్ని పొందుతుంది. సాధారణంగా, ఒకే అక్షాంశంలో, మహాసముద్రాల కంటే ఖండంపై సౌరప్రకాశం ఎక్కువగా ఉంటుంది. శీతాకాలంలో, మధ్య మరియు ఎక్కువ అక్షాంశాలు వేసవి కంటే తక్కువ వికిరణాన్ని పొందుతాయి.

వాతావరణం యొక్క వేడెక్కడం మరియు చల్లబరుకోవడం

వాతావరణాన్ని వేడెక్కించడం మరియు చల్లబరచడానికి వివిధ మార్గాలు ఉన్నాయి.

సౌరప్రకాశం ద్వారా వేడెక్కిన తర్వాత, భూమి దీర్ఘ తరంగ రూపంలో భూమికి దగ్గరగా ఉన్న వాతావరణ పొరలకు వేడిని ప్రసారం చేస్తుంది. భూమితో సంప్రదించే గాలి నెమ్మదిగా వేడెక్కుతుంది మరియు దిగువ పొరలతో సంప్రదించే ఎగువ పొరలు కూడా వేడెక్కుతాయి. ఈ ప్రక్రియను వాహకత (కండక్షన్) అంటారు. వాహకత అసమాన ఉష్ణోగ్రత కలిగిన రెండు వస్తువులు ఒకదానితో ఒకటి సంప్రదించినప్పుడు జరుగుతుంది, వేడి వస్తువు నుండి చల్లటి వస్తువుకు శక్తి ప్రవహిస్తుంది. రెండు వస్తువులు ఒకే ఉష్ణోగ్రతను చేరుకునే వరకు లేదా సంప్రదింపు తెగిపోయే వరకు వేడి బదిలీ కొనసాగుతుంది. వాతావరణం యొక్క దిగువ పొరలను వేడెక్కించడంలో వాహకత ముఖ్యమైనది.

భూమితో సంప్రదించే గాలి వేడెక్కడంతో నిలువుగా ప్రవాహాల రూపంలో పైకి లేస్తుంది మరియు వాతావరణం యొక్క వేడిని మరింతగా ప్రసారం చేస్తుంది. వాతావరణం యొక్క నిలువు వేడెక్కడం ఈ ప్రక్రియను సంవహనం (కన్వెక్షన్) అంటారు. శక్తి యొక్క సంవహన బదిలీ ట్రోపోస్ఫియర్కు మాత్రమే పరిమితం చేయబడింది.

గాలి యొక్క అడ్డు కదలిక ద్వారా వేడి బదిలీని అడ్వెక్షన్ అంటారు. గాలి యొక్క అడ్డు కదలిక నిలువు కదలిక కంటే చాలా ముఖ్యమైనది. మధ్య అక్షాంశాలలో, రోజువారీ వాతావరణంలోని చాలా వరకు దినచర్య (పగలు మరియు రాత్రి) వైవిధ్యాలు అడ్వెక్షన్ ద్వారా మాత్రమే సంభవిస్తాయి. ఉష్ణమండల ప్రాంతాలలో, ప్రత్యేకించి వేసవి ఋతువులో ఉత్తర భారతదేశంలో, ‘లూ’ అని పిలువబడే స్థానిక గాలులు అడ్వెక్షన్ ప్రక్రియ యొక్క ఫలితం.

భూమ్యాతర వికిరణం

భూమి పొందే సౌరప్రకాశం చిన్న తరంగ రూపాలలో ఉంటుంది మరియు దాని ఉపరితలాన్ని వేడెక్కిస్తుంది. వేడెక్కిన తర్వాత, భూమి స్వయంగా ఒక వికిరణ వస్తువుగా మారుతుంది మరియు అది దీర్ఘ తరంగ రూపంలో వాతావరణానికి శక్తిని వికిరణం చేస్తుంది. ఈ శక్తి కింది నుండి వాతావరణాన్ని వేడెక్కిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియను భూమ్యాతర వికిరణం అంటారు.

దీర్ఘ తరంగ వికిరణం వాతావరణ వాయువులచే, ప్రత్యేకించి కార్బన్ డయాక్సైడ్ మరియు ఇతర గ్రీన్హౌస్ వాయువులచే గ్రహించబడుతుంది. అందువలన, వాతావరణం పరోక్షంగా భూమి యొక్క వికిరణం ద్వారా వేడెక్కుతుంది.

వాతావరణం ప్రతిగా వికిరణం చేస్తుంది మరియు అంతరిక్షానికి వేడిని ప్రసారం చేస్తుంది. చివరికి సూర్యుని నుండి పొందిన వేడి మొత్తం అంతరిక్షానికి తిరిగి వెళుతుంది, తద్వారా భూమి ఉపరితలంపై మరియు వాతావరణంలో స్థిరమైన ఉష్ణోగ్రతను నిర్వహిస్తుంది.

గ్రహం భూమి యొక్క ఉష్ణ బడ్జెట్

చిత్రం 9.2 గ్రహం భూమి యొక్క ఉష్ణ బడ్జెట్ను చూపిస్తుంది. భూమి మొత్తంగా వేడిని సంచితం చేయదు లేదా కోల్పోదు. ఇది దాని ఉష్ణోగ్రతను నిర్వహిస్తుంది. సౌరప్రకాశం రూపంలో పొందిన వేడి మొత్తం భూమ్యాతర వికిరణం ద్వారా భూమి కోల్పోయిన వేడి మొత్తానికి సమానమైతే మాత్రమే ఇది జరగగలదు.

వాతావరణం పైభాగంలో పొందిన సౌరప్రకాశం 100 శాతం అని భావించండి. వాతావరణం గుండా వెళ్ళేటప్పుడు కొంత శక్తి ప్రతిబింబిస్తుంది, చెదరగొట్టబడుతుంది మరియు గ్రహించబడుతుంది. మిగిలిన భాగం మాత్రమే భూమి ఉపరితలాన్ని చేరుతుంది. సుమారు 35 యూనిట్లు భూమి ఉపరితలాన్ని చేరే ముందే అంతరిక్షానికి తిరిగి ప్రతిబింబిస్తాయి. వీటిలో, 27 యూనిట్లు మేఘాల పైభాగం నుండి మరియు 2 యూనిట్లు భూమి యొక్క మంచు మరియు మంచు కప్పిన ప్రాంతాల నుండి ప్రతిబింబిస్తాయి. ప్రతిబింబించిన వికిరణ మొత్తాన్ని భూమి యొక్క ఆల్బెడో అంటారు.

మిగిలిన 65 యూనిట్లు గ్రహించబడతాయి, వాతావరణంలో 14 యూనిట్లు మరియు భూమి ఉపరితలం ద్వారా 51 యూనిట్లు. భూమి భూమ్యాతర వికిరణం రూపంలో 51 యూనిట్లను తిరిగి వికిరణం చేస్తుంది. వీటిలో, 17 యూనిట్లు నేరుగా అంతరిక్షానికి వికిరణం చేయబడతాయి మరియు మిగిలిన 34 యూనిట్లు వాతావరణం ద్వారా గ్రహించబడతాయి (6 యూనిట్లు నేరుగా వాతావరణం ద్వారా గ్రహించబడతాయి, 9 యూనిట్లు సంవహనం మరియు టర్బులెన్స్ ద్వారా మరియు 19 యూనిట్లు సంక్షేపణం యొక్క గుప్త ఉష్ణం ద్వారా). వాతావరణం ద్వారా గ్రహించబడిన 48 యూనిట్లు (సౌరప్రకాశం నుండి 14 యూనిట్లు + భూమ్యాతర వికిరణం నుండి 34 యూనిట్లు) కూడా అంతరిక్షానికి తిరిగి వికిరణం చేయబడతాయి. అందువలన, భూమి మరియు వాతావరణం నుండి వరుసగా తిరిగి వచ్చే మొత్తం వికిరణం $17+48=65$ యూనిట్లు, ఇది సూర్యుని నుండి పొందిన 65 యూనిట్ల మొత్తాన్ని సమతుల్యం చేస్తుంది. దీనిని భూమి యొక్క ఉష్ణ బడ్జెట్ లేదా ఉష్ణ సంతులనం అంటారు.

ఇది ఎందుకు భూమి జరిగే భారీ వేడి బదిలీ ఉన్నప్పటికీ వేడెక్కదు లేదా చల్లబరుస్తుందో వివరిస్తుంది.

చిత్రం 8.2 : భూమి యొక్క ఉష్ణ బడ్జెట్

భూమి ఉపరితలంపై నికర ఉష్ణ బడ్జెట్లో వైవిధ్యం

ఇంతకు ముందు వివరించినట్లుగా, భూమి ఉపరితలంపై పొందిన వికిరణం మొత్తంలో వైవిధ్యాలు ఉన్నాయి. భూమి యొక్క కొంత భాగానికి మిగులు వికిరణ సంతులనం ఉంటే, మరొక భాగానికి లోటు ఉంటుంది.

చిత్రం 8.3 భూమి-వాతావరణ వ్యవస్థ యొక్క నికర వికిరణ సంతులనంలో అక్షాంశ వైవిధ్యాన్ని చూపిస్తుంది. ఉత్తరం మరియు దక్షిణం 40 డిగ్రీల మధ్య నికర వికిరణ సంతులనం మిగులు ఉందని మరియు ధ్రువాల దగ్గర ఉన్న ప్రాంతాలు లోటు కలిగి ఉన్నాయని చిత్రం చూపిస్తుంది. ఉష్ణమండలాల నుండి మిగులు ఉష్ణ శక్తి ధ్రువాల వైపు పునఃపంపిణీ చేయబడుతుంది మరియు ఫలితంగా, అధిక వేడి సంచితం కారణంగా ఉష్ణమండలాలు క్రమంగా వేడెక్కవు లేదా అధిక లోటు కారణంగా ఎక్కువ అక్షాంశాలు శాశ్వతంగా గడ్డకట్టవు.

చిత్రం 8.3 : నికర వికిరణ సంతులనంలో అక్షాంశ వైవిధ్యం

ఉష్ణోగ్రత

సౌరప్రకాశం యొక్క వాతావరణం మరియు భూమి ఉపరితలంతో పరస్పర చర్య వేడిని సృష్టిస్తుంది, ఇది ఉష్ణోగ్రత పరంగా కొలుస్తారు. వేడి ఒక పదార్థాన్ని కలిగి ఉన్న కణాల యొక్క అణు చలనాన్ని సూచిస్తుంది, అయితే ఉష్ణోగ్రత ఒక వస్తువు (లేదా స్థలం) ఎంత వేడిగా (లేదా చల్లగా) ఉందో డిగ్రీలలో కొలత.

ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని నియంత్రించే కారకాలు

ఏదైనా ప్రదేశంలో గాలి యొక్క ఉష్ణోగ్రత (i) ప్రదేశం యొక్క అక్షాంశం; (ii) ప్రదేశం యొక్క ఎత్తు; (iii) సముద్రం నుండి దూరం, గాలి-సమూహ ప్రసరణ; (iv) వెచ్చని మరియు చల్లని సముద్ర ప్రవాహాల ఉనికి; (v) స్థానిక అంశాలచే ప్రభావితమవుతుంది.

అక్షాంశం : ఒక ప్రదేశం యొక్క ఉష్ణోగ్రత పొందిన సౌరప్రకాశంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సౌరప్రకాశం అక్షాంశం ప్రకారం మారుతుందని ఇంతకు ముందు వివరించబడింది, అందువల్ల ఉష్ణోగ్రత కూడా దాని ప్రకారం మారుతుంది.

ఎత్తు : వాతావరణం పరోక్షంగా కింది నుండి భూమ్యాతర వికిరణం ద్వారా వేడెక్కుతుంది. అందువల్ల, సముద్ర మట్టానికి దగ్గరగా ఉన్న ప్రదేశాలు ఎక్కువ ఎత్తులలో ఉన్న ప్రదేశాల కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతను నమోదు చేస్తాయి. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా ఎత్తు పెరిగేకొద్దీ తగ్గుతుంది. ఎత్తుతో పాటు ఉష్ణోగ్రత తగ్గుదల రేటును సాధారణ క్షీణత రేటు అంటారు. ఇది $6.5 \mathrm{C}$ ప్రతి $1,000 \mathrm{~m}$.

సముద్రం నుండి దూరం : ఉష్ణోగ్రతను ప్రభావితం చేసే మరొక కారకం సముద్రానికి సంబంధించి ఒక ప్రదేశం యొక్క స్థానం. భూమితో పోలిస్తే, సముద్రం నెమ్మదిగా వేడెక్కుతుంది మరియు నెమ్మదిగా వేడిని కోల్పోతుంది. భూమి త్వరగా వేడెక్కుతుంది మరియు చల్లబడుతుంది. అందువల్ల, భూమితో పోలిస్తే సముద్రంపై ఉష్ణోగ్రతలో వైవిధ్యం తక్కువగా ఉంటుంది. సముద్రానికి దగ్గరగా ఉన్న ప్రదేశాలు సముద్రం మరియు భూమి గాలుల మధ్యస్థ ప్రభావంలోకి వస్తాయి, ఇవి ఉష్ణోగ్రతను మధ్యస్థంగా ఉంచుతాయి.

గాలి-సమూహం మరియు సముద్ర ప్రవాహాలు : భూమి మరియు సముద్ర గాలుల మాదిరిగానే, గాలి సమూహాల ప్రయాణం కూడా ఉష్ణోగ్రతను ప్రభావితం చేస్తుంది. వెచ్చని గాలి-సమూహాల ప్రభావంలోకి వచ్చే ప్రదేశాలు ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతను అనుభవిస్తాయి మరియ