Atmospheric tide
ماحولیاتی لہریں ماحول کے عالمی پیمانے پر وقتا فوقتا ارتعاش ہیں۔ بہت سے طریقوں سے وہ سمندری لہروں سے مشابہت رکھتے ہیں۔ ماحولیاتی جوار کو اس طرح پرجوش کیا جا سکتا ہے: سورج کے ماحول کو گرم کرنے میں دن اور رات کا باقاعدہ چکر (انسولیشن) جوار اور سیاروں کی لہروں کے درمیان غیر لکیری تعاملات کی وجہ سے چاند کی کشش ثقل کا میدان کھینچتا ہے۔ اشنکٹبندیی علاقوں میں گہرے کنویکشن کی وجہ سے بڑے پیمانے پر پوشیدہ گرمی خارج ہوتی ہے۔ عمومی خصوصیات سب سے بڑے طول و عرض کے ماحولیاتی جوار زیادہ تر ٹراپوسفیئر اور اسٹریٹوسفیئر میں پیدا ہوتے ہیں جب ماحول وقتا فوقتا گرم ہوتا ہے، کیونکہ پانی کے بخارات اور اوزون دن کے وقت شمسی تابکاری کو جذب کرتے ہیں۔ یہ لہریں منبع کے علاقوں سے دور پھیلتی ہیں اور میسوسفیئر اور تھرموسفیر میں چڑھتی ہیں۔ ماحولیاتی جوار کو ہوا، درجہ حرارت، کثافت اور دباؤ میں باقاعدگی سے اتار چڑھاؤ کے طور پر ماپا جا سکتا ہے۔ اگرچہ ماحولیاتی جوار سمندری جوار کے ساتھ بہت زیادہ مشترک ہیں لیکن ان کی دو کلیدی امتیازی خصوصیات ہیں: ماحولیاتی جوار بنیادی طور پر سورج کی فضا کے گرم ہونے سے پرجوش ہوتی ہیں جبکہ سمندری جوار چاند کی کشش ثقل سے اور سورج کی کشش ثقل سے کم حد تک پرجوش ہوتی ہیں۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ زیادہ تر ماحولیاتی لہروں میں دن شمسی کی 24 گھنٹے کی لمبائی سے متعلق ارتعاش کے ادوار ہوتے ہیں جبکہ سمندری لہروں میں دن شمسی کے ساتھ ساتھ طویل قمری دن (مسلسل قمری منتقلی کے درمیان کا وقت) دونوں سے متعلق ارتعاش کے ادوار ہوتے ہیں۔ ماحولیاتی جوار ایک ایسے ماحول میں پھیلتی ہے جہاں اونچائی کے ساتھ کثافت نمایاں طور پر مختلف ہوتی ہے۔ اس کا نتیجہ یہ ہے کہ ان کے طول و عرض میں قدرتی طور پر تیزی سے اضافہ ہوتا ہے جیسے جیسے لہر فضا کے بتدریج زیادہ نایاب علاقوں میں چڑھتی ہے (اس رجحان کی وضاحت کے لیے، نیچے دیکھیں)۔ اس کے برعکس، سمندروں کی کثافت گہرائی کے ساتھ صرف قدرے مختلف ہوتی ہے اور اس لیے ضروری نہیں کہ وہاں لہریں گہرائی کے ساتھ طول و عرض میں مختلف ہوں۔ زمینی سطح پر، ماحولیاتی جوار کا پتہ 24 اور 12 گھنٹے کی مدت کے ساتھ سطح کے دباؤ میں باقاعدہ لیکن چھوٹے ارتعاش کے طور پر لگایا جا سکتا ہے۔ تاہم، زیادہ اونچائیوں پر، جوار کا طول و عرض بہت بڑا ہو سکتا ہے۔ میسوسفیئر میں (تقریبا اونچائی) ماحولیاتی جوار 50 میٹر/سیکنڈ سے زیادہ کے طول و عرض تک پہنچ سکتے ہیں اور اکثر ماحول کی حرکت کا سب سے اہم حصہ ہوتے ہیں۔ طول و عرض میں اس ڈرامائی اضافے کی وجہ زمین کے قریب چھوٹے اتار چڑھاؤ سے لے کر میسوسفیئر کی حرکت پر حاوی ارتعاش تک اس حقیقت میں مضمر ہے کہ فضا کی کثافت بڑھتی ہوئی اونچائی کے ساتھ کم ہوتی جاتی ہے۔ جیسے جیسے لہریں یا لہریں اوپر کی طرف پھیلتی ہیں، وہ کم اور کم کثافت والے علاقوں میں منتقل ہو جاتی ہیں۔ اگر لہر یا لہر ختم نہیں ہو رہی ہے، تو اس کی حرکی توانائی کی کثافت کو محفوظ رکھنا ضروری ہے۔ چونکہ کثافت کم ہو رہی ہے، اس لیے لہر یا لہر کا طول و عرض اسی کے مطابق بڑھتا ہے تاکہ توانائی محفوظ رہے۔ اونچائی کے ساتھ اس ترقی کے بعد ماحولیاتی جوار کا درمیانی اور اوپری ماحول میں زمینی سطح کے مقابلے میں بہت زیادہ طول و عرض ہوتا ہے۔ شمسی ماحولیاتی جوار سب سے بڑا طول و عرض ماحولیاتی جوار سورج کے ذریعہ ماحول کو وقتا فوقتا گرم کرنے سے پیدا ہوتا ہے-ماحول دن کے وقت گرم ہوتا ہے اور رات کو گرم نہیں ہوتا ہے۔ حرارت میں یہ باقاعدہ (روزانہ) چکر تھرمل جوار پیدا کرتا ہے جس کے ادوار شمسی دن سے متعلق ہوتے ہیں۔ ابتدائی طور پر یہ توقع کی جا سکتی ہے کہ یہ روزانہ کی حرارت 24 گھنٹے کی مدت کے ساتھ جوار کو جنم دے گی، جو کہ حرارت کے وقفے کے مطابق ہے۔ تاہم، مشاہدات سے پتہ چلتا ہے کہ 24 اور 12 گھنٹے کی مدت کے ساتھ بڑے طول و عرض کے جوار پیدا ہوتے ہیں۔ 8 اور 6 گھنٹے کی مدت کے ساتھ جوار کا بھی مشاہدہ کیا گیا ہے، حالانکہ ان بعد کے جوار میں عام طور پر چھوٹے طول و عرض ہوتے ہیں۔ ادوار کا یہ مجموعہ اس لیے ہوتا ہے کیونکہ ماحول کی شمسی حرارت ایک لگ بھگ مربع لہر پروفائل میں ہوتی ہے اور اسی طرح ہم آہنگی سے بھرپور ہوتی ہے۔ جب اس نمونے کو فورئیر ٹرانسفارم کے ساتھ ساتھ اوسط اور روزانہ (24 گھنٹے) تغیر کا استعمال کرتے ہوئے علیحدہ فریکوئنسی اجزاء میں تحلیل کیا جاتا ہے، تو 12، 8 اور 6 گھنٹے کی مدت کے ساتھ اہم ارتعاش پیدا ہوتے ہیں۔ سورج کے کشش ثقل کے اثر سے پیدا ہونے والی لہریں شمسی حرارت سے پیدا ہونے والی لہروں سے بہت چھوٹی ہوتی ہیں۔ شمسی لہریں اس مقام سے صرف تھرمل شمسی لہروں کا حوالہ دیں گی۔ شمسی توانائی پورے ماحول میں جذب ہوتی ہے۔ اس تناظر میں کچھ سب سے اہم ہیں ٹراپوسفیئر میں تقریبا 0-15 کلومیٹر پر پانی کا بخارات، اسٹریٹوسفیئر میں تقریبا 30-60 کلومیٹر پر اوزون اور تھرموسفیر میں تقریبا 120-170 کلومیٹر پر مالیکیولر آکسیجن اور مالیکیولر نائٹروجن۔ ان انواع کی عالمی تقسیم اور کثافت میں تغیرات کے نتیجے میں شمسی لہروں کے طول و عرض میں تبدیلیاں آتی ہیں۔ جوار بھی اس ماحول سے متاثر ہوتے ہیں جس سے وہ سفر کرتے ہیں۔ شمسی لہروں کو دو اجزاء میں تقسیم کیا جا سکتا ہے: ہجرت اور غیر ہجرت۔ ہجرت کرنے والی شمسی لہریں سورج کے ہم وقت ہوتی ہیں-زمین پر ایک مستحکم مبصر کے نقطہ نظر سے وہ سورج کی ظاہری حرکت کے ساتھ مغرب کی طرف پھیلتی ہیں۔ جیسے جیسے نقل مکانی کرنے والی لہریں سورج کے مقابلے میں مستحکم رہتی ہیں، جوش و خروش کا ایک نمونہ بنتا ہے جو سورج کے مقابلے میں بھی مستحکم ہوتا ہے۔ زمین کی سطح پر ایک مستحکم نقطہ نظر سے مشاہدہ کیے جانے والے جوار میں تبدیلیاں اس مقررہ نمونے کے حوالے سے زمین کی گردش کی وجہ سے ہوتی ہیں۔ جوار کی موسمی تغیرات بھی اس وقت ہوتی ہیں جب زمین سورج کے مقابلے میں جھکی ہوتی ہے اور اس طرح جوش و خروش کے نمونے سے متعلق ہوتی ہے۔ نقل مکانی کرنے والی شمسی لہروں کا مشاہدات اور میکانکی نمونوں دونوں کے ذریعے بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ غیر نقل مکانی کرنے والی شمسی لہریں غیر نقل مکانی کرنے والی لہروں کو عالمی پیمانے کی لہروں کے طور پر سمجھا جا سکتا ہے جن کے ادوار ہجرت کرنے والی لہروں کے برابر ہوتے ہیں۔ تاہم، غیر نقل مکانی کرنے والی لہریں سورج کی ظاہری حرکت کی پیروی نہیں کرتی ہیں۔ یا تو وہ افقی طور پر نہیں پھیلتے، وہ مشرق کی طرف پھیلتے ہیں یا وہ سورج سے مختلف رفتار سے مغرب کی طرف پھیلتے ہیں۔ یہ غیر نقل مکانی کرنے والی لہریں طول بلد، زمینی سمندر کے برعکس، اور سطح کے تعاملات کے ساتھ ٹپوگرافی میں فرق سے پیدا ہو سکتی ہیں۔ اشنکٹبندیی علاقوں میں گہرے جذب کی وجہ سے پوشیدہ حرارت کا اخراج ایک اہم ذریعہ ہے۔ 24 گھنٹے کی لہر کا بنیادی ذریعہ نچلے ماحول میں ہوتا ہے جہاں سطح کے اثرات اہم ہوتے ہیں۔ یہ ایک نسبتا بڑے غیر نقل مکانی کرنے والے جزو میں ظاہر ہوتا ہے جو سمندری طول و عرض میں طول البلد فرق میں دیکھا جاتا ہے۔ سب سے زیادہ طول و عرض جنوبی امریکہ، افریقہ اور آسٹریلیا میں دیکھا گیا ہے۔ قمری ماحولیاتی جوار ماحولیاتی جوار بھی چاند کی کشش ثقل کے اثرات کے ذریعے پیدا ہوتے ہیں۔ قمری (کشش ثقل) جوار شمسی تھرمل جوار سے بہت کمزور ہوتے ہیں اور زمین کے سمندروں کی حرکت (چاند کی وجہ سے) اور ماحول پر چاند کی کشش ثقل کے اثر سے کم حد تک پیدا ہوتے ہیں۔ کلاسیکی جوار کا نظریہ ماحولیاتی جوار کی بنیادی خصوصیات کو کلاسیکی جوار کے نظریہ سے بیان کیا جاتا ہے۔ مکینیکل فورسنگ اور ڈسپیشن کو نظر انداز کرکے، کلاسیکی ٹائڈل تھیوری یہ فرض کرتی ہے کہ ماحولیاتی لہر کی حرکات کو ابتدائی طور پر بے حرکت زونل اوسط حالت کی لکیری رکاوٹ سمجھا جا سکتا ہے جو افقی طور پر مستحکم اور آئسوتھرمل ہے۔ کلاسیکی نظریہ کے دو بڑے نتائج ماحولیاتی جوار ہیں جو ہوف افعال کے طول و عرض کے ذریعہ بیان کردہ ماحول کے آئجن موڈ ہیں جو اونچائی کے ساتھ تیزی سے بڑھتے ہیں۔ بنیادی مساوات ابتدائی مساوات ایک کروی آئسوتھرمل ماحول میں پرٹربیشنز (بنیادی متغیرات) کے لیے لکیریائزڈ مساوات کی طرف لے جاتی ہیں: تعریفوں کے ساتھ مشرق کی طرف زونل ہوا شمال کی طرف مریڈینل ہوا اوپر کی طرف عمودی ہوا جیوپوٹینشل، زمین کی کثافت اونچائی جغرافیائی طول بلد جغرافیائی عرض البلد حرارتی شرح فی یونٹ بڑے پیمانے پر رداس زمین کشش ثقل کی ایکسلریشن مستقل پیمانے کی اونچائی وقت متغیرات کی علیحدگی مساوات کے سیٹ کو ماحولیاتی جوار کے لیے حل کیا جا سکتا ہے، یعنی زونل ویوینمبر اور فریکوئنسی کی طول البلد پھیلاؤ لہریں۔ زونل ویوین نمبر ایک مثبت عدد ہے تاکہ مثبت اقدار مشرق کی طرف پھیلنے والی لہروں اور منفی اقدار مغرب کی طرف پھیلنے والی لہروں سے مطابقت رکھتی ہیں۔ شکل کی علیحدگی کا نقطہ نظر اور کچھ ہیرا پھیری کرنے سے جوار کی عرض البلد اور عمودی ساخت کے لیے تاثرات حاصل ہوتے ہیں۔ لیپلیس کی ٹائڈل مساوات جوار کی عرض البلد ساخت کو افقی ساخت کی مساوات سے بیان کیا جاتا ہے جسے لیپلیس کی ٹائڈل مساوات بھی کہا جاتا ہے: لیپلیس آپریٹر کے استعمال کے ساتھ، اور آئجن ویلیو لہذا، ماحولیاتی جوار زمین کے ماحول کی آئجن فنکشنز کے ساتھ آئجنوسکیلیشنز (آئجن موڈز) ہیں، جنہیں ہاؤف فنکشنز اور آئجن ویلیوز کہا جاتا ہے۔ مؤخر الذکر اس مساوی گہرائی کی وضاحت کرتا ہے جو جوار کی عرض البلد ساخت کو ان کی عمودی ساخت کے ساتھ جوڑتا ہے۔ لیپلیس کی مساوات لانگویٹ-ہیگنس کے عمومی حل نے لیپلیس کی مساوات کو مکمل طور پر حل کر دیا ہے اور منفی آئجن ویلیوز (شکل 2) کے ساتھ ٹائڈل طریقوں کو دریافت کیا ہے۔ لہروں کی دو قسمیں موجود ہیں: کلاس 1 لہریں، (جنہیں بعض اوقات کشش ثقل کی لہریں کہا جاتا ہے)، جن کا لیبل مثبت n سے لگایا جاتا ہے، اور کلاس 2 لہریں (جنہیں بعض اوقات گردشی لہریں بھی کہا جاتا ہے)، جن کا لیبل منفی n سے لگایا جاتا ہے۔ کلاس 2 لہریں اپنے وجود کا سہرا کوریولیس قوت کو دیتی ہیں اور صرف 12 گھنٹے (یا) سے زیادہ کے ادوار کے لیے موجود ہو سکتی ہیں۔ سمندری لہریں یا تو مثبت آئجن ویلیوز (یا مساوی گہرائی) کے ساتھ اندرونی (سفر کرنے والی لہریں) ہو سکتی ہیں جن کی عمودی طول موج محدود ہوتی ہے اور وہ لہر کی توانائی کو اوپر کی طرف منتقل کر سکتی ہیں، یا منفی آئجن ویلیوز اور لامحدود بڑی عمودی طول موج کے ساتھ بیرونی (غیر معمولی لہریں) جس کا مطلب ہے کہ ان کے مراحل اونچائی کے ساتھ مستقل رہتے ہیں۔ یہ بیرونی لہر کے طریقے لہر کی توانائی کو منتقل نہیں کر سکتے، اور ان کے طول و عرض اپنے منبع علاقوں سے باہر اونچائی کے ساتھ تیزی سے کم ہوتے جاتے ہیں۔ n کی یکساں تعداد خط استوا کے حوالے سے متناسب لہروں سے مطابقت رکھتی ہے، اور غیر متناسب تعداد متناسب لہروں سے مطابقت رکھتی ہے۔ اندرونی سے بیرونی لہروں میں منتقلی بالترتیب، یا عمودی لہر نمبر پر، اور ظاہر ہوتی ہے۔ بنیادی سولر ڈائرنل ٹائڈل موڈ جو سولر ہیٹ ان پٹ کنفیگریشن سے بہتر طور پر میل کھاتا ہے اور اس طرح سب سے زیادہ پرجوش ہوتا ہے، ہوف موڈ (1، −2) (شکل 3) ہے۔ یہ مقامی وقت پر منحصر ہے اور سورج کے ساتھ مغرب کی طرف سفر کرتا ہے۔ یہ کلاس 2 کا ایک بیرونی موڈ ہے اور اس کی آئجن ویلیو ہے۔ زمین پر اس کا زیادہ سے زیادہ دباؤ طول و عرض تقریبا 60 پی اے ہے۔ سب سے بڑی شمسی سیمی ڈورنل لہر موڈ (2، 2) ہے جس کی زمین پر زیادہ سے زیادہ دباؤ طول و عرض 120 پی اے ہے۔ یہ ایک اندرونی کلاس 1 لہر ہے۔ اس کا طول و عرض اونچائی کے ساتھ تیزی سے بڑھتا ہے۔ اگرچہ اس کا شمسی جوش موڈ (1، −2) کا نصف ہے، لیکن زمین پر اس کا طول و عرض دو کے عنصر سے بڑا ہے۔ یہ بیرونی لہروں کو دبانے کے اثر کی نشاندہی کرتا ہے، اس معاملے میں چار کے عنصر سے۔ عمودی ساخت کی مساوات باؤنڈڈ سولیوشن کے لیے اور فورسنگ ریجن کے اوپر اونچائی پر، عمودی ساخت کی مساوات اس کی کینونکل شکل میں ہے: پروپیگیٹنگ سولیوشن کی تعریفیں استعمال کرتے ہوئے حل کے ساتھ۔ لہذا، ہر ویوینمبر/فریکوئنسی جوڑی (ایک ٹائڈل جزو) انڈیکس n کے متعلقہ ہاگ افعال (جسے اکثر ادب میں ٹائڈل موڈ کہا جاتا ہے) کی ایک سپرپوزیشن ہے۔ نامیات ایسی ہے کہ n کی منفی قیمت سے مراد ایونسینٹ موڈ (کوئی عمودی پھیلاؤ نہیں) اور پروپیگیٹنگ موڈ کی مثبت قیمت ہوتی ہے۔ مساوی گہرائی عمودی طول موج سے منسلک ہے، کیونکہ عمودی لہر نمبر ہے: حل کے پھیلاؤ کے لیے، عمودی گروپ کی رفتار مثبت (اوپر کی طرف توانائی کا پھیلاؤ) تب ہی ہوتی ہے جب مغرب کی طرف یا مشرق کی طرف پھیلی ہوئی لہروں کے لیے ہو۔ ایک مقررہ طول بلد کے لیے، اس کے نتیجے میں ہمیشہ وقت کے آگے بڑھنے کے ساتھ نیچے کی طرف مرحلے کی ترقی ہوتی ہے، جو پھیلاؤ کی سمت سے آزاد ہوتی ہے۔ یہ مشاہدات کی تشریح کے لیے ایک اہم نتیجہ ہے: وقت کے ساتھ نیچے کی طرف مرحلے کی ترقی کا مطلب توانائی کا اوپر کی طرف پھیلنا ہے اور اس وجہ سے ماحول میں جوار کی قوت کم ہوتی ہے۔ اونچائی کے ساتھ طول و عرض میں اضافہ ہوتا ہے، جیسے جیسے کثافت کم ہوتی جاتی ہے۔ جوار کا ڈمپنگ بنیادی طور پر نچلے تھرموسفیر کے علاقے میں ہوتا ہے، اور کشش ثقل کی لہروں کو توڑنے سے پیدا ہونے والی ہنگامہ آرائی کی وجہ سے ہو سکتا ہے۔ ساحل سمندر پر سمندری لہروں کے ٹوٹنے سے ملتا جلتا رجحان، توانائی پس منظر کے ماحول میں ختم ہو جاتی ہے۔ سالماتی پھیلاؤ بھی نچلے تھرمسفیر میں اعلی سطحوں پر تیزی سے اہم ہو جاتا ہے کیونکہ نایاب ماحول میں اوسط آزاد راستہ بڑھتا ہے۔ تھرموسفیرک اونچائیوں پر، ماحولیاتی لہروں کی تخفیف، بنیادی طور پر غیر جانبدار گیس اور آئناسفیئرک پلازما کے درمیان تصادم کی وجہ سے، اہم ہو جاتی ہے تاکہ تقریبا 150 کلومیٹر سے زیادہ اونچائی پر، تمام لہر کے طریقے بتدریج بیرونی لہریں بن جائیں، اور ہاف کے افعال کروی افعال میں تبدیل ہو جائیں۔ مثال کے طور پر، موڈ (1، −2) کروی فعل میں تیار ہوتا ہے، موڈ (2، 2) شریک عرض البلد وغیرہ کے ساتھ بن جاتا ہے۔ تھرموسفیر کے اندر، موڈ (1، −2) ایک غالب موڈ ہے جو کم از کم 140 K کے ایکسسفیر پر روزانہ کے درجہ حرارت کے طول و عرض تک پہنچتا ہے اور 100 میٹر/سیکنڈ کی ترتیب کی افقی ہوائیں اور جیومیگنیٹک سرگرمی کے ساتھ زیادہ بڑھتا ہے۔ یہ تقریبا 100 اور 200 کلومیٹر اونچائی کے درمیان آئناسفیئرک ڈائنامو خطے کے اندر برقی مربع دھاروں کے لیے ذمہ دار ہے۔ آئناسفیئرک پلازما کی سمندری حرکت کا سراغ لگا کر غیر متزلزل بکھرے ہوئے ریڈارز کے ساتھ آئناسفیئرک ڈائنامو خطے میں روزانہ اور نیم رات کی دونوں لہروں کا مشاہدہ کیا جا سکتا ہے۔ ماحولیاتی جوار کے اثرات جوار نچلے ماحول سے اوپری ماحول میں توانائی کی نقل و حمل کے لیے ایک اہم طریقہ کار تشکیل دیتے ہیں، جبکہ میسوسفیئر اور نچلے تھرموسفیر کی حرکیات پر غلبہ حاصل کرتے ہیں۔ لہذا، مجموعی طور پر ماحول کو سمجھنے کے لیے ماحولیاتی لہروں کو سمجھنا ضروری ہے۔ زمین کے ماحول میں ہونے والی تبدیلیوں کی نگرانی اور پیش گوئی کے لیے ماحولیاتی جوار کی ماڈلنگ اور مشاہدات کی ضرورت ہے۔ یہ بھی دیکھیں ایٹموسفیرک ویو ٹائیڈ ارتھ ٹائیڈ میسوسفیر تھرموسفیر آئناسفیئرک ڈائنامو ریجن نوٹ اور حوالہ جات ایٹموسفیرک ڈائنامکس