Atmospheric tide
वायुमंडलीय ज्वार-भाटा वायुमण्डल के वैश्विक स्तर के आवधिक दोलन हैं। कई मायनों में वे समुद्री ज्वार के समान हैं। वायुमंडलीय ज्वार-भाटा इस प्रकार उत्तेजित किया जा सकता हैः सूर्य के वायुमंडल को गर्म करने में नियमित दिन-रात का चक्र (इन्सोलेशन) ज्वार-भाटा और ग्रहों की लहरों के बीच चंद्रमा के गैर-रैखिक अंतःक्रियाओं का गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र खिंचाव। उष्णकटिबंधीय में गहरे संवहन के कारण बड़े पैमाने पर अव्यक्त गर्मी जारी होती है। सामान्य विशेषताएं सबसे बड़े आयाम वाले वायुमंडलीय ज्वार-भाटा ज्यादातर क्षोभमंडल और समताप मंडल में उत्पन्न होते हैं जब वायुमंडल समय-समय पर गर्म होता है, क्योंकि जल वाष्प और ओजोन दिन के दौरान सौर विकिरण को अवशोषित करते हैं। ये ज्वार-भाटा स्रोत क्षेत्रों से दूर फैलते हैं और मेसोस्फेयर और थर्मोस्फियर में चढ़ते हैं। वायुमंडलीय ज्वार-भाटा को हवा, तापमान, घनत्व और दबाव में नियमित उतार-चढ़ाव के रूप में मापा जा सकता है। हालाँकि वायुमंडलीय ज्वार-भाटा समुद्री ज्वार-भाटा के साथ बहुत कुछ साझा करते हैं, लेकिन उनकी दो प्रमुख विशिष्टताएँ हैंः वायुमंडलीय ज्वार-भाटा मुख्य रूप से सूर्य के वायुमंडल के गर्म होने से उत्तेजित होते हैं, जबकि समुद्री ज्वार-भाटा चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव से और कुछ हद तक सूर्य के गुरुत्वाकर्षण से उत्तेजित होते हैं। इसका मतलब है कि अधिकांश वायुमंडलीय ज्वार में सौर दिवस की 24 घंटे की लंबाई से संबंधित दोलन की अवधि होती है, जबकि समुद्री ज्वार में दोलन की अवधि सौर दिवस के साथ-साथ लंबे चंद्र दिवस (क्रमिक चंद्र पारगमन के बीच का समय) दोनों से संबंधित होती है। वायुमंडलीय ज्वार-भाटा एक ऐसे वातावरण में फैलता है जहाँ घनत्व ऊंचाई के साथ काफी भिन्न होता है। इसका एक परिणाम यह है कि उनका आयाम स्वाभाविक रूप से तेजी से बढ़ता है क्योंकि ज्वार वायुमंडल के उत्तरोत्तर अधिक दुर्लभ क्षेत्रों में चढ़ता है (इस घटना की व्याख्या के लिए, नीचे देखें)। इसके विपरीत, महासागरों का घनत्व गहराई के साथ थोड़ा ही बदलता है और इसलिए वहाँ ज्वार-भाटा आवश्यक रूप से गहराई के साथ आयाम में भिन्न नहीं होता है। जमीनी स्तर पर, वायुमंडलीय ज्वार का पता 24 और 12 घंटे की अवधि के साथ सतह के दबाव में नियमित लेकिन छोटे दोलनों के रूप में लगाया जा सकता है। हालांकि, अधिक ऊंचाई पर, ज्वार का आयाम बहुत बड़ा हो सकता है। मध्यमंडल में (लगभग) वायुमंडलीय ज्वार-भाटा 50 मीटर/सेकंड से अधिक के आयाम तक पहुंच सकता है और अक्सर वायुमंडल की गति का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा होता है। भूमि के पास छोटे उतार-चढ़ाव से लेकर मध्यमंडल की गति पर हावी होने वाले दोलनों तक आयाम में इस नाटकीय वृद्धि का कारण इस तथ्य में निहित है कि वायुमंडल का घनत्व बढ़ती ऊंचाई के साथ कम होता जाता है। जैसे-जैसे ज्वार-भाटा या लहरें ऊपर की ओर बढ़ती हैं, वे कम और कम घनत्व वाले क्षेत्रों में चली जाती हैं। यदि ज्वार या लहर समाप्त नहीं हो रही है, तो इसके गतिज ऊर्जा घनत्व को संरक्षित किया जाना चाहिए। चूंकि घनत्व कम हो रहा है, इसलिए ज्वार या लहर का आयाम उसी के अनुसार बढ़ता है ताकि ऊर्जा संरक्षित रहे। ऊँचाई के साथ इस वृद्धि के बाद वायुमंडलीय ज्वार का मध्य और ऊपरी वायुमंडल में जमीनी स्तर की तुलना में बहुत बड़ा आयाम होता है। सौर वायुमंडलीय ज्वार-भाटा सबसे बड़ा आयाम वायुमंडलीय ज्वार-भाटा सूर्य द्वारा वायुमंडल के आवधिक ताप से उत्पन्न होता है-वायुमंडल दिन के दौरान गर्म होता है और रात में गर्म नहीं होता है। ताप में यह नियमित दैनिक (दैनिक) चक्र तापीय ज्वार पैदा करता है जिसकी अवधि सौर दिवस से संबंधित होती है। शुरू में यह उम्मीद की जा सकती है कि यह दैनिक ताप 24 घंटे की अवधि के साथ ज्वार-भाटा को जन्म देगा, जो ताप की आवधिकता के अनुरूप है। हालाँकि, प्रेक्षणों से पता चलता है कि 24 और 12 घंटे की अवधि के साथ बड़े आयाम वाले ज्वार-भाटा उत्पन्न होते हैं। ज्वार-भाटा 8 और 6 घंटे की अवधि के साथ भी देखा गया है, हालांकि इन बाद के ज्वार-भाटा में आम तौर पर छोटे आयाम होते हैं। अवधि का यह समूह इसलिए होता है क्योंकि वायुमंडल का सौर ताप एक अनुमानित वर्ग तरंग रूपरेखा में होता है और इसलिए हार्मोनिक्स में समृद्ध होता है। जब इस पैटर्न को एक फूरियर परिवर्तन का उपयोग करके अलग-अलग आवृत्ति घटकों में विघटित किया जाता है, साथ ही साथ औसत और दैनिक (24-घंटे) भिन्नता, 12,8 और 6 घंटे की अवधि के साथ महत्वपूर्ण दोलन उत्पन्न होते हैं। सूर्य के गुरुत्वाकर्षण प्रभाव से उत्पन्न ज्वार-भाटा सौर ताप से उत्पन्न ज्वार-भाटा की तुलना में बहुत छोटे होते हैं। सौर ज्वार-भाटा इस बिंदु से केवल तापीय सौर ज्वार-भाटा को संदर्भित करेगा। सौर ऊर्जा पूरे वायुमंडल में अवशोषित होती है, इस संदर्भ में कुछ सबसे महत्वपूर्ण हैं क्षोभमंडल में लगभग 0-15 किमी पर जल वाष्प, समताप मंडल में लगभग 30-60 किमी पर ओजोन और थर्मोस्फियर में लगभग 120-170 किमी पर आणविक ऑक्सीजन और आणविक नाइट्रोजन। इन प्रजातियों के वैश्विक वितरण और घनत्व में भिन्नताओं के परिणामस्वरूप सौर ज्वार के आयाम में परिवर्तन होता है। ज्वार-भाटा उस वातावरण से भी प्रभावित होता है जिसके माध्यम से वे यात्रा करते हैं। सौर ज्वार-भाटा को दो घटकों में विभाजित किया जा सकता हैः प्रवास और गैर-प्रवास। प्रवासी सौर ज्वार-भाटा सूर्य समकालिक होते हैं-जमीन पर एक स्थिर पर्यवेक्षक के दृष्टिकोण से वे सूर्य की स्पष्ट गति के साथ पश्चिम की ओर फैलते हैं। जैसे-जैसे प्रवासी ज्वार-भाटा सूर्य के सापेक्ष स्थिर रहता है, उत्तेजना का एक पैटर्न बनता है जो सूर्य के सापेक्ष भी स्थिर होता है। पृथ्वी की सतह पर एक स्थिर दृष्टिकोण से देखे गए ज्वार में परिवर्तन इस निश्चित पैटर्न के संबंध में पृथ्वी के घूर्णन के कारण होते हैं। ज्वार-भाटा के मौसमी बदलाव भी होते हैं क्योंकि पृथ्वी सूर्य के सापेक्ष झुकती है और इसलिए उत्तेजना के पैटर्न के सापेक्ष होती है। प्रवासी सौर ज्वार का अवलोकन और यंत्रवत् मॉडल दोनों के माध्यम से व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है। गैर-प्रवासी सौर ज्वार-भाटा गैर-प्रवासी ज्वार-भाटा को वैश्विक स्तर की लहरों के रूप में सोचा जा सकता है जिनकी अवधि प्रवासी ज्वार-भाटा के समान होती है। हालाँकि, गैर-प्रवासी ज्वार-भाटा सूर्य की स्पष्ट गति का अनुसरण नहीं करते हैं। या तो वे क्षैतिज रूप से नहीं फैलते हैं, वे पूर्व की ओर फैलते हैं या वे सूर्य से अलग गति से पश्चिम की ओर फैलते हैं। ये गैर-प्रवासी ज्वार-भाटा देशांतर, भूमि-समुद्र विरोधाभास और सतह की अंतःक्रियाओं के साथ स्थलाकृति में अंतर से उत्पन्न हो सकते हैं। उष्णकटिबंधीय में गहरे संवहन के कारण अव्यक्त गर्मी का मुक्त होना एक महत्वपूर्ण स्रोत है। 24 घंटे के ज्वार का प्राथमिक स्रोत निचले वायुमंडल में होता है जहाँ सतह के प्रभाव महत्वपूर्ण होते हैं। यह ज्वारीय आयामों में अनुदैर्ध्य अंतरों में देखे जाने वाले अपेक्षाकृत बड़े गैर-प्रवासी घटक में परिलक्षित होता है। दक्षिण अमेरिका, अफ्रीका और ऑस्ट्रेलिया में सबसे अधिक आयाम देखे गए हैं। चन्द्र वायुमंडलीय ज्वार-भाटा वायुमंडलीय ज्वार-भाटा भी चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण प्रभावों के माध्यम से उत्पन्न होते हैं। चंद्र (गुरुत्वाकर्षण) ज्वार सौर तापीय ज्वार की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं और पृथ्वी के महासागरों की गति (चंद्रमा के कारण) और कुछ हद तक चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव से उत्पन्न होते हैं। शास्त्रीय ज्वारीय सिद्धांत वायुमंडलीय ज्वार की बुनियादी विशेषताओं को शास्त्रीय ज्वारीय सिद्धांत द्वारा वर्णित किया गया है। यांत्रिक बल और अपव्यय की उपेक्षा करके, शास्त्रीय ज्वारीय सिद्धांत यह मानता है कि वायुमंडलीय तरंग गतियों को शुरू में गतिहीन क्षेत्रीय माध्य अवस्था के रैखिक विक्षोभ के रूप में माना जा सकता है जो क्षैतिज रूप से स्तरीकृत और सम-तापीय है। शास्त्रीय सिद्धांत के दो प्रमुख परिणाम वायुमंडलीय ज्वार-भाटा हैं जो हॉफ फ़ंक्शन आयामों द्वारा वर्णित वायुमंडल के आइगेनमोड हैं जो ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़ते हैं। बुनियादी समीकरण आदिम समीकरण एक गोलाकार समतापीय वातावरण में गड़बड़ी (प्राथमिक चर) के लिए रैखिक समीकरणों की ओर ले जाते हैंः परिभाषाओं के साथ पूर्व की ओर क्षेत्रीय हवा उत्तर की ओर मेरिडियनल हवा ऊर्ध्वाधर ऊर्ध्वाधर वायु भू-क्षमता, ब्रंट-वैसाला (उत्प्लावनता) का वर्ग आवृत्ति कोणीय वेग पृथ्वी घनत्व ऊंचाई भौगोलिक देशांतर भौगोलिक अक्षांश ताप दर प्रति इकाई द्रव्यमान त्रिज्या पृथ्वी गुरुत्वाकर्षण त्वरण निरंतर पैमाने की ऊंचाई समय चरों का पृथक्करण समीकरणों के सेट को वायुमंडलीय ज्वार के लिए हल किया जा सकता है, यानी, क्षेत्रीय तरंग संख्या और आवृत्ति की अनुदैर्ध्य प्रसार तरंगें। क्षेत्रीय तरंग संख्या एक सकारात्मक पूर्णांक है ताकि सकारात्मक मान पूर्व की ओर प्रसार करने वाले ज्वार-भाटा और नकारात्मक मान पश्चिम की ओर प्रसार करने वाले ज्वार-भाटा के अनुरूप हों। रूप को अलग करने और कुछ हेरफेर करने से ज्वार की अक्षांशीय और ऊर्ध्वाधर संरचना के लिए अभिव्यक्ति मिलती है। लाप्लास ज्वारीय समीकरण ज्वार-भाटा की अक्षांशीय संरचना को क्षैतिज संरचना समीकरण द्वारा वर्णित किया जाता है जिसे लाप्लास का ज्वारीय समीकरण भी कहा जाता हैः लाप्लास प्रचालक का उपयोग और आइगेनवैल्यू के साथ इसलिए, वायुमंडलीय ज्वार-भाटा आइगेनफंक्शंस के साथ पृथ्वी के वायुमंडल के आइगेनसिलेशन (आइगेनमोड) हैं, जिन्हें हॉफ फंक्शन और आइगेनवैल्यू कहा जाता है। उत्तरार्द्ध उस समतुल्य गहराई को परिभाषित करता है जो ज्वार की अक्षांशीय संरचना को उनकी ऊर्ध्वाधर संरचना के साथ जोड़ती है। लाप्लास के समीकरण लोंगुएट-हिगिंस के सामान्य समाधान ने लाप्लास के समीकरणों को पूरी तरह से हल कर दिया है और नकारात्मक आइगेनवैल्यू (चित्र 2) के साथ ज्वारीय मोड की खोज की है। दो प्रकार की तरंगें मौजूद हैंः वर्ग 1 तरंगें, (कभी-कभी गुरुत्वाकर्षण तरंगें कहा जाता है), सकारात्मक एन द्वारा लेबल की जाती हैं, और वर्ग 2 तरंगें (कभी-कभी घूर्णन तरंगें कहा जाता है), नकारात्मक एन द्वारा लेबल की जाती हैं। वर्ग 2 तरंगें अपने अस्तित्व का श्रेय कोरिओलिस बल को देती हैं और केवल 12 घंटे (या) से अधिक की अवधि के लिए मौजूद हो सकती हैं। ज्वारीय तरंगें या तो सकारात्मक आइगेनवैल्यू (या समकक्ष गहराई) के साथ आंतरिक (यात्रा तरंगें) हो सकती हैं जिनमें सीमित ऊर्ध्वाधर तरंग दैर्ध्य होते हैं और जो तरंग ऊर्जा को ऊपर की ओर ले जा सकते हैं, या नकारात्मक आइगेनवैल्यू और असीम रूप से बड़े ऊर्ध्वाधर तरंग दैर्ध्य के साथ बाहरी (अवनत तरंगें) हो सकती हैं जिसका अर्थ है कि उनके चरण ऊंचाई के साथ स्थिर रहते हैं। ये बाहरी तरंग मोड तरंग ऊर्जा का परिवहन नहीं कर सकते हैं, और उनके आयाम उनके स्रोत क्षेत्रों के बाहर ऊंचाई के साथ तेजी से कम हो जाते हैं। सम संख्याएँ n भूमध्य रेखा के संबंध में सममित तरंगों के अनुरूप होती हैं, और विषम संख्याएँ सममित विरोधी तरंगों के अनुरूप होती हैं। आंतरिक से बाहरी तरंगों में संक्रमण क्रमशः, या ऊर्ध्वाधर तरंग संख्या पर, और, दिखाई देता है। मौलिक सौर दैनिक ज्वारीय मोड जो सौर ताप इनपुट विन्यास से इष्टतम रूप से मेल खाता है और इस प्रकार सबसे अधिक उत्तेजित है, वह है हॉफ मोड (1,-2) (चित्र 3)। यह स्थानीय समय पर निर्भर करता है और सूर्य के साथ पश्चिम की ओर यात्रा करता है। यह वर्ग 2 का एक बाहरी मोड है और इसका आइगेन वैल्यू है। जमीन पर इसका अधिकतम दबाव आयाम लगभग 60 पा है। सबसे बड़ी सौर अर्ध-दैनिक तरंग मोड (2,2) है जिसका अधिकतम दबाव आयाम 120 पी. ए. है। यह एक आंतरिक वर्ग 1 लहर है। इसका आयाम ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़ता है। हालाँकि इसका सौर उत्तेजना मोड (1,-2) का आधा है, लेकिन जमीन पर इसका आयाम दो के कारक से बड़ा है। यह बाहरी तरंगों के दमन के प्रभाव को इंगित करता है, इस मामले में चार के कारक द्वारा। ऊर्ध्वाधर संरचना समीकरण बाध्य समाधानों के लिए और बल क्षेत्र से ऊपर की ऊंचाई पर, ऊर्ध्वाधर संरचना समीकरण अपने विहित रूप में हैः प्रोपेगेटिंग समाधानों की परिभाषाओं का उपयोग करके समाधान के साथ इसलिए, प्रत्येक तरंग संख्या/आवृत्ति जोड़ी (एक ज्वारीय घटक) सूचकांक एन के संबंधित हॉफ कार्यों (जिन्हें अक्सर साहित्य में ज्वारीय मोड कहा जाता है) का एक सुपरपोजिशन है। नामकरण ऐसा है कि एन का नकारात्मक मान इवानेसेंट मोड (कोई ऊर्ध्वाधर प्रसार नहीं) और प्रसार मोड के लिए एक सकारात्मक मान को संदर्भित करता है। समतुल्य गहराई ऊर्ध्वाधर तरंग दैर्ध्य से जुड़ी होती है, क्योंकि ऊर्ध्वाधर तरंग संख्या हैः समाधानों के प्रसार के लिए, ऊर्ध्वाधर समूह वेग केवल सकारात्मक (ऊपर की ओर ऊर्जा प्रसार) हो जाता है यदि पश्चिम की ओर या पूर्व की ओर प्रसार करने वाली तरंगों के लिए। एक निश्चित देशांतर के लिए, यह हमेशा समय के आगे बढ़ने के साथ नीचे की ओर चरण प्रगति में परिणाम देता है, जो प्रसार दिशा से स्वतंत्र होता है। यह टिप्पणियों की व्याख्या के लिए एक महत्वपूर्ण परिणाम हैः समय में नीचे की ओर चरण की प्रगति का अर्थ है ऊर्जा का ऊपर की ओर प्रसार और इसलिए वायुमंडल में एक ज्वारीय बल कम होना। ऊँचाई के साथ आयाम बढ़ता है, जैसे-जैसे घनत्व घटता है। ज्वार-भाटा का अपव्यय मुख्य रूप से निचले थर्मॉस्फियर क्षेत्र में होता है, और गुरुत्वाकर्षण तरंगों को तोड़ने से अशांति के कारण हो सकता है। समुद्र तट पर समुद्र की लहरों के टूटने के समान एक घटना, ऊर्जा पृष्ठभूमि के वातावरण में नष्ट हो जाती है। निम्न तापमंडल में उच्च स्तरों पर आणविक प्रसार भी तेजी से महत्वपूर्ण हो जाता है क्योंकि दुर्लभ वातावरण में औसत मुक्त मार्ग बढ़ जाता है। वायुमंडलीय ऊँचाइयों पर, वायुमंडलीय तरंगों का क्षीणन, मुख्य रूप से तटस्थ गैस और आयनोस्फेरिक प्लाज्मा के बीच टकराव के कारण, महत्वपूर्ण हो जाता है ताकि लगभग 150 किमी से अधिक ऊँचाई पर, सभी तरंग मोड धीरे-धीरे बाहरी तरंग बन जाएं, और हॉफ फ़ंक्शन गोलाकार कार्यों में पतित हो जाएं; उदाहरण के लिए, मोड (1,-2) गोलाकार फ़ंक्शन में विकसित होता है, मोड (2,2) सह-अक्षांश आदि के साथ बन जाता है। थर्मोस्फियर के भीतर, मोड (1,-2) प्रमुख मोड है जो कम से कम 140 केल्विन के एक्सोस्फियर पर दैनिक तापमान आयाम और 100 मीटर/सेकंड के क्रम की क्षैतिज हवाओं तक पहुंचता है और भू-चुंबकीय गतिविधि के साथ अधिक बढ़ता है। यह लगभग 100 और 200 कि. मी. की ऊँचाई के बीच आयनोस्फेरिक डायनेमो क्षेत्र के भीतर विद्युत वर्ग धाराओं के लिए जिम्मेदार है। आयनोस्फेरिक प्लाज्मा की ज्वारीय गति पर नज़र रखते हुए असंगत स्कैटर रडार के साथ आयनोस्फेरिक डायनेमो क्षेत्र में दैनिक और अर्ध-दैनिक ज्वार-भाटा दोनों को देखा जा सकता है। वायुमंडलीय ज्वार के प्रभाव ज्वार-भाटा निम्न वायुमंडल से ऊपरी वायुमंडल में ऊर्जा के परिवहन के लिए एक महत्वपूर्ण तंत्र बनाते हैं, जबकि मध्यमंडल और निम्न थर्मोस्फियर की गतिशीलता पर हावी होते हैं। इसलिए, पूरे वातावरण को समझने के लिए वायुमंडलीय ज्वार-भाटा को समझना आवश्यक है। पृथ्वी के वायुमंडल में परिवर्तनों की निगरानी और भविष्यवाणी करने के लिए वायुमंडलीय ज्वार-भाटा के प्रतिरूपण और अवलोकन की आवश्यकता है। वायुमंडलीय तरंग ज्वार-भाटा पृथ्वी ज्वार मेसोस्फेयर थर्मोस्फेयर आयनोस्फेयर डायनेमो क्षेत्र नोट्स और संदर्भ वायुमंडलीय गतिशीलता भी देखें।