ลมและการหมุนเวียนของบรรณยากาศโลก

Topic : ลมและการหมุนเวียนของชั้นบรรยากาศโลก

กลับหน้าเดิม
  1. ประเภทของลม
    1. ลมชั้นบน
      1. Geotrophic Wind
      2. Gradient Wind
    2. ลมพื้นผิว
  2. การแบ่งภูมิอากาศของโลก
  3. การหมุนเวัยนของบรรณยากาศโล
    1. Model การหมุนเวียนของบรรยากาศโลก
      1. Hadley Single cell model
      2. Three cells Model
    2. Jes Stream (ลมกรด)
    3. สรุปเกี่ยวกับการหมุนเวียนของบรรยากาศโลก
  4. ลมประจำถิ่นของไทย
    1. ลมมรสุม
    2. ลมตะเภาหรือลมว่าว
  5. เอกสารอ้างอิง

ประเภทของลม

   ลมคือการเคลื่อนที่ของอากาศในแนวราบ  สำหรับการเคลื่อนที่ของกาศในแนวดิ่งเรียกว่ากระแสอากาศ  สาเหตุของการเกิดลเนื่องจาก เกิดความแตกต่างของความกดอากาศในแต่ละพื้นที่ ทำให้เกิดกระแสลมเคลื่อนที่จากที่ที่มีความกดอาการสูงไปสู่พื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำ  แบ่งประเภทของลมตามระดับความสูงจากระดับพื้นดิน  ได้ดังนี้

1.ลมชั้นบน 

ลมชั้นบนคือลมที่พัดในระดับความสูงมากกว่า 1 กม.ขึ้นไป ทำให้ไม่มีแรงฝืดจากความหยาบของพื้นผิวโลก ได้แก่

1.1 ลมจีโอสโทรปิค (Geotrophic Wind : V) 

  เป็นลมที่พัดขนานกับเส้น Isobar ประกอบด้วย 2 แรงที่สมดุลกัน ระหว่าง แรงความชันความกดอากาศในแนวนอน (Horzontal Pressure gradient ; PH) ที่แรงที่เกิดจากความกดอากาศที่เส้น isobar แตกต่างกัน และแรงเฉหรือแรงคอริออลิส (Coriolis force;C) ที่เกิดจากการหมุนของโลกทำให้เกิดแรงผลักให้ลมเฉไปทางขวา (ซีกโลกเหนือ)  เนื่องจากแรงคอริออลิสจะน้อยมากเมื่อใกล้เส้นศูนย์สูตร เพราะฉะนั้นลมจีโอสโทรปิค  จะเกิดเหนือเส้นรุ้งที่มากกว่า 10-150  เหนือหรือใต้ 

เมื่อลมเริ่มเคลื่อนที่จากที่ที่มีความกดอากาศสูงไปสู่ความกดอากาศต่ำ  แรงคอริออลิสค่อยๆเพิ่มขึ้น จากตำแหน่ง 1 เฉไปทางขวา จนไปถึงจุดสมดุลที่ตำแหน่งที่ 6   ที่จุดนี้แรงทั้ง 2 จะอยู่ตรงข้ามกัน โดยทิศทางลม Geostropic จะตั้งฉากกับแรงทั้ง 2 และขนานกับเส้น Isobar  ในซึกโลกเหนือความกดอากาศสูงจะอยู่ทางขวาของทิศทางลม ส่วนในซึกโลกใต้จะอยู่ทางซ้ายของทิศทางลม ส่วนแรงคอริออลิสในซึกโลกเหนือจะเฉไปทางขวา ส่วนทางซีกโลกใต้จะเฉไปทางซ้าย

1.2 Gradient Wind

   Gradient wind เป็นลมที่เกิดจาก 3 แรง คือ แรง Horizontal pressure gradient  (PH ) ,แรงเฉ ( C ) และแรงหนีศูนย์กลาง (CF)

บริเวณความกดอากาศสูงในซีกโลกเหนือ  

แรง PH จะชี้ไปที่ตำแหน่งความกดอากาศต่ำ (ชี้ออกศูนย์กลาง) แรงเฉ (C ) จะอยู่ตรงข้ามกับแรง PH (ชี้เข้าศูนย์กลาง) และแรงหนีศูนย์กลาง (FC) จะชี้ออกจากศูนย์กลางเสมอ และทิศทางลม Gradient จะตั้งฉากกับแรง PH และ แรง C โดยแรง C จะทางขวาของทิศทางลม โดยลมนี้จะหมุนขนานไปกับศูนย์กลางความกดอากาศต่ำแบบตามเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือและทวนเข็มในซึกโลกใต้  โดย PH + CF = C

บริเวณความกดอากาศต่ำในซีกโลกเหนือ

แรง PH จะชี้ไปที่ตำแหน่งความกดอากาศต่ำ แรงเฉ (C ) จะอยู่ตรงข้ามกับแรง PH และแรงหนีศูนย์กลาง (FC) จะชี้ออกจากศูนย์กลาง และทิศทางลม Gradient จะตั้งฉากกับแรง PH และ C และ C อยู่ทางขวาของทิศทางลม ลมนี้จะหมุนขนานไปกับศูนย์กลางความกดอากาศต่ำแบบทวนเข็มนาฬิกาในซีกโลกเหนือและตามเข็มในซีกโลกใต้ (ลมใต้ฝุ่นเกิดจากความกดอากาศต่ำ ทำให้ทิศทางการหมุนของลมใต้ฝุ่น ทวนเข็มในซีกโลกเหนือและตามเข็มในซึกโลกใต้ เช่นกัน)  โดย PH = CF+C

2.ลมพื้นผิว (Surface Wind)

ลมพื้นผิว คือลมพัดในระดับความสูงไม่เกิน 1 กม. จึงถูกแรงเสียดทานจากความหยาบของพื้นผิว เช่น สิ่งก่อสร้าง ต้นไม้ ภูเขา เป็นต้น ลมพื้นผิวในตำแหน่งสูงไม่เกิน 1 กม.จากพื้นซีกโลกเหนือลมพื้นผิวจะมีแรงเสียดทาน หรือแรงฝืดเข้ามาเกี่ยวข้อง เพราะฉะนั้นทิศทางของลมพื้นผิวจะไม่ขนากับเส้น Isobar แต่จะทำมุมกับเส้น isobar ขึ้นกับความหยาบของพื้นผิว ถ้าเป็นทะเลที่ราบเรียบจะทำมุม 10-200   ถ้าเป็นพื้นดินจะทำมุม 20-30 องศา ถ้าเป็นป่าไม่หนาทึบอาจจะทำมุม 90 องศา  ที่ระดับความสูง 10 เมตร และมุมขึ้นกับความสูงด้วย โดยถ้าขึ้นสูงกว่า 10 เมตรเหนือพื้นดิน ความฝืดลดลง ความเร็วสูงขึ้นมุมจะลดลง ระดับสูงกว่า 1 กม.แทบจะไม่มีความฝืด จะทำมุมเป็น 0 องศา

 

 

การแบ่งภูมิอากาศของโลก

เนื่องจากแกนโลกเอียง 23.5 องศา  เส้นรุ้งที่ 23.5 องศา  เหนือและใต้ จึงเป็นเส้นที่แสงอาทิตย์ตั้งฉากกับเส้นนี้มากที่สุด โดยฤดูกาลของซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้จะตรงข้ามกัน   เส้นรุ้ง 23.5 องศาเหนือ จึงมีชื่อเรียกว่า Tropical Cancer ส่วน 23.5 องศาใต้   เรียก Tropical Capricon  พื้นที่ที่อยู่ระหว่าง 2 เส้นนี้จึงเรียกว่าเขตร้อน  ส่วนเส้นรุ้งที่มากกว่า 23.5 องศา  ถึง 66.5 องศา  เรียกเขตหนาว และมากกว่า 66.5 องศา เรียกเขตหนาวขั้วโลก แบ่งเป็นขั้วโลกเหนือเรีนก Artic circle และขั้วโลกใต้เรียก Antarctica  อุณหภูมิของแต่ละเขตนั้นจะส่งผลต่อความกดอากาศ และความกดอากาศที่แตกต่างกันจะทำห้เกิดลม  การไหลเวียนของอากาศของโลกและลมในภูมิภาคต่างๆของโลก ก็ขึ้นกับว่าอยู่ในเขตร้อน หรือหนาว หรือเขตหนาวขั้วโลกด้วย


วงจรการไหลของบรรยากาศโลก

แบบวงจรเดี่ยว (Single Cell Model) 

 แบบวงจรเดี่ยว (Hadley)  เป็นแบบง่ายๆ ภายใต้แนวคิดว่า เขตเส้นศูนย์สูตรอากาศร้อน ความกดอากาศต่ำ ส่วนขั้วโลกอากาศหนาว ความกดอากาศสูง จึงเกิดวงจรอากาศ คือลมพัดจากขั้วโลกเหนือและใต้นำอากาศหนาวมายังเส้นศูนย์สูตร  และความร้อนจากเส้นศูนย์สูตรถ่ายเทไปยังขั้วโลก  แบบจำลองนี้ไม่ตรงกับความเป็นจริงเนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเอง มีแรงเฉ (Coriolis) ทำให้ทิศทางของลมเฉไปด้านขวาในซีกโลกเหนือ และเฉไปด้านซ้ายในซีกโลกใต้ อีกอย่างบนโลกมีพื้นน้ำแลพื้นดินที่มีความหยาบของพื้นผิวไม่เท่ากันทำให้ทิศทางของลมเปลี่ยนแปลงไปด้วย

แบบ 3 วงจร (3 Cells Model)

เนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเอง การหมุนรอบตัวเองทำให้เกิด Coriolis Force หรือแรงเฉ หรือ FC  ทำให้กระแสลมเปลี่ยนทิศทางแต่ไม่เปลี่ยนแปลงความเร็ว  โดย FC จะทำให้ทิศทางเฉไปทางขวา ในเขตซีกโลกเหนือ และเฉไปทางซ้ายในเขตซีกโลกใต้ ประกอบกับภูมิประเทศของโลกมีทั้งพื้นทวีปและมหาสมุทร และภูมิประเทศในพื้นทวีปก็มีความแตกต่างกัน  การใช้แบบจำลอง 3 cells จะมีความใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่า โดยรายละเอียดเป็นดังนี้
  1. Hadley Cell
    1. Intertropiccal Convergence Zone(ITCZ) ชื่อเรียกไม่เป็นทางการคือ Doldrums (ลมสงบ)
      1. พื้นที่ใกล้เส้นศูนย์สูตร อากาศร้อน ,Horizontal  Pressure Gradient Force (PH) ต่ำ ,ความเร็วลมต่ำ อากาศร้อนยกขึ้นด้านบนทำให้เกิดเมฆประเภท Cumulus และมีพายุฝนได้
      2. อากาศร้อนที่ลอยสูงขึ้นไปถึงบรรยากาศระดับ Tropopause  แล้วเคลื่อนตัวไปทิศทางของขั้วโลก เนื่องจากโลกหมุนรอบตัวเองเกิดแรงเฉไปด้านขวา ในซีกโลกเหนือ และด้านซ้านในซีกโลกใต้  โดยอากาศด้านบนเคลื่อนที่มาจากตะวันตกเฉียงใต้
    2. Subtropical high (anticyclone) หรือความกดอากาศสูงกึ่งโซนร้อน
      1. ในระดับพื้นดินมีความกดอากาศสูง เนื่องจากบริเวณนี้มีอากาศเย็น ประกอบกับลมจากด้านบนที่พัดมาจากเส้นศูนย์สูตรจมตัวลงที่บริเวณเส้นรุ้งนี้ ทำให้ความกดอากาศสูงขึ้น ความกดอากาศสูงทำให้อากาศแจ่มใส เมฆน้อย อากาศแห้ง จึงเป็นเขตทะเลทราย
      2. เรียกไม่เป็นทางการว่า horse latitudes เนื่องจากบริเวณนี้ลมสงบ ทำให้สมัยก่อนการเดินเรือไปบริเวณนี้ล่าช้า จำเป็นต้องทิ้งสัมภาระลงเพื่อให้เรือเบาลง เพื่อให้เคลื่อนไปได้ โดยมีการทิ้งม้าลงทะเล
      3. ลมภาคพื้นดินพัดมาทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ เรียกลมสินค้าหรือ Trade wind
  2. Ferrel Cell
    1. บางส่วนของอากาศที่จมที่เส้นรุ้งม้า เคลื่อนไปยังขั้วโลก เฉไปทางตะวันออกจากแรงเฉ
    2. ลมที่พื้นผิวเคลื่อนมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้ (westerlies)
    3. อากาศเย็นที่ขั้วโลกเคลื่อนที่ลงมาด้านล่าง ปะทะกับอากาศร้อนที่เคลื่อนขึ้นไปที่ขั้วโลก เกิดแนวปะทะอากาศเย็นขั้วโลกที่เคลื่อนที่ลงล่าง และยกอากาศร้อนขึ้นบน อากาศบางส่วนเคลื่อนลงมาที่เส้นรุ้งม้า (complete Ferrel cell) บางส่วนเคลื่อนไปยังขั้วโลก
    4. อากาศด้านบนพัดมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ
  3. Polar cell ลักษณะของ cell เหมือน Hadley cell
    1. ลมที่พื้นผิวพัดมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ (polar easterlines)
    2. ลมด้านบนพัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้

Jet Stream (ลมกรด)

Jet Stream (ลมกรด)  คือลมบนที่อยู่สูง 10-15 ก.ม จากพื้นดิน ซึ่งอยู่ในเขต Tropopause คือเขตแบ่งระหว่างบรรยากาศชั้น Troprosphere กับ Stratosphere . มีความยาวหลายพันกิโลเมตร มีความกว้างหลายร้อยกิโลเมตร แต่มีความหนาเพียง 2-3  กิโลเมตร .ที่มีความเร็วสูงมาก คือ 150-300 กม./ชั่วโมง ถ้าอยู่สูงจากระดับพื้นดินในระดับ 12 กม.จะมีความเร็ว 400 กม/ชม.  สามารถพบได้ในจุดที่ลมมีการเบียดเข้าหากัน หรือจุดที่วงจรของแต่ละ Cells เบียดตัวเข้าหากัน ซึ่งมี 4 บริเวณที่เกิด  Jet Stream ซึกโลกเหนือ 2 จุด ซีกโลกใต้ 2 จุด ดังนี้

  1. ลดกรดโซนร้อน อยู่บริเวณเส้นรุ้ง 300 N และ 300 S หรือ Sub tropical High ในจุดที่ วงจร Hadley เบียดกับ(Convergence) วงจร Forrel อยู่สูงจากระดับ Sub Tropical High 13 กม.
  2. ลมกรดขั้วโลก วงจร Forrel เบียดกับ(Convergence) วงจร Polar  อยู่บริเวณเส้นรุ้ง 600 N และ 600 S และอยู่เหนือแนวปะทะขั้วโลก (Polar Front) ประมาณ 10 กม.

สรุป

  1. แนวความกดอากาศต่ำ มี 2 บริเวณ คือ ที่  เส้นศูนย์สูตร (ITCZ) และ ที่ Sub polar low
  2. แนวความกดอากาศสูงมี 2 บริเวณ คือ  ที่ขั้วโลก (Polar)  และที่เส้นรุ้งม้า( Subtropical High)
  3. บริเวณที่มี convergence อากาศลอยขึ้นบน เกิดเมฆและมีฝน/หิมะตก (Cyclone) ความกดอากาศที่พื้นผิวต่ำ ได้แก่ บริเวณเส้นศูนย์สูตร (ITCZ)   และบริเวณ subpolar Low เส้นรุ้งที่ 600 N , 600 S
  4. บริเวณที่มี Divergence คือบริเวณที่อากาศจมลง  อากาศแห้ง (Anticyclone) ความกดอากาศที่พื้นผิวสูง ได้แก่ บริเวณ subtropical High (300 N , 300 S) และบริเวณขั้วโลก (Polar)
  5. ลมบน มีความแตกต่างจากลมพื้นผิว คือ
    1. ลมบนประกอบด้วย Geotropic wind และ Gradient Wind  เป็นลมที่อยู่สูงจากพื้นดินมากกว่า 1 กม.และไม่มีแรงเสียดทานจากความหยาบของพื้นผิว (surface rougness)
    2. ลมบน ประเภท Geotropic Wind เกิดจาก 2 แรงคือ Horizontal Pressure gradient force (PH ) และ Coriolis Force (C) โดยแรงทั้ง 2 มีทิศทางตรงข้ามกัน และตั้งฉากกับทิศทางลม โดยจุดที่แรงทั้ง 2 สมดุลกันนั้นลมจะ เคลื่อนที่ขนานกับเส้น isobar  สำหรับ Gradiend Wind ประกอบด้วย 3 แรง คือ PH,C  และ แรงหนีศูนย์กลาง (CF) และที่จุดสมดุลจะทิศทางลมจะขนานกับเส้น isobar ส่วนลมพื้นผิวนั้นจะอยู่สูงกว่าพื้นผิวไม่เกิน 1 กม. โดยเฉพาะในระดับสูงไม่เกิน 10 ม. จะมีแรงเสียดทานของพื้นผิวเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยมาก  จึงทำให้ทิศทางของลมพื้นผิวทำมุมกับเส้น Isobar โดยทำมุมมากน้อยขึ้นกับความหยาบของพื้นผิว หยาบมากจะทำมุมมาก
    3. ลมบนมีความเร็วลมมากกว่าลมพื้นผิว และในหน้าหนาวจะมีความแตกต่างของ pressure gradient มากกว่า ทำให้ความเร็วลมมากกว่า
    4. ลมจากบริเวณที่มีอากาศร้อนเช่นเส้นศูนย์สูตร ที่มีความกดอากาศที่พื้นผิวต่ำ อากาศจะลอยขึ้นในบรรณยากาศชั้นสูง แล้วเคลื่อนไปสู่ขั้วโลก ส่วนใหญ่เป็นลมบน  ส่วนลมจากบริเวณที่ความกดอากาศที่พื้นผิวสูง ที่จะเคลื่อนมาที่เส้นศูนย์สูตรที่มีความกดอากาศพื้นผิวต่ำ จะเป็นลมพื้นผิว
    5. Three Cell model เป็นทฤษฏีอธิบายพร้อมรวมของการเคลื่อนที่ของอากาศที่ห่อหุ้มโลก  แต่ในโลกแห่งความเป็นจริงนั้นกระแสลมและความกดอากาศนั้นมีลักษณะ
      1. เปลี่ยนแปลงได้ ไม่ถาวร (Semipermanent)  ภาวะความกดอากาศสูงและต่ำในบริเวณพื้นที่เดียวกันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ขึ้นกับการ convergence หรือ Divergence ของอากาศด้านบน
      2. เปลี่ยนแปลงได้ตามฤดูกาล (Seasonal)   ขึ้นกับภูมิประเทศของแต่ละพื้นที่ เล่นพื้นที่ในกลางทวีปนั้นร้อนกว่า และเย็นเร็วกว่า พื้นที่ที่ติดทะเล แม้จะอยู่ที่เส้นรุ้งเดียวกัน

ลมประจำถิ่นในประเทศไทย

ลมมรสุม (Monsoon)

   ลมมรสุมคือลมประจำถิ่นของบริเวณเอเชียตะวันออกและเอเชียใต้  โดยฤดูร้อน (กลาง พค.- กลาง ต.ค)จะพัดมาจากทิศตะวันตกเฉียงใต้ ส่วนฤดูหนาว (กลางเดือน ต.ค ถึง กลาง ก.พ) จะพัดมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ในฤดูหนาวพื้นทวีปแถบไซบีเรียมีอากาศหนาว (ความกดอากาศสูง) ส่วนในมหาสมุทรอินเดียมีอากาศร้อนกว่า (ความกดอากาศต่ำ) อากาศร้อนลอยตัวขึ้น อากาศเย็นจากไซบเรียจึงไหลไปแทนที่ โดยอากาศเย็นไหลแบบจมลงตามเข็มนาฬิกาเบนไปทางขวากลายเป็นลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือผ่านเอเชียตะวันออก(จีน ญี่ปุ่น ไต้หวัน เกาหลี)และเอเชียใต้ (อินเดีย ปากีสถานและประเทศอาเซียน )  เป็นลมที่พัดจากฝั่งออกสู่ทะเล จึงหอบความเย็นและความแห้งมาด้วย และอากาศแจ่มใส มีเมฆน้อย (Anticyclone) ส่วนในฤดูร้อน อากาศในพื้นทวีปร้อนกว่าในมหาสมุทร  อากาศร้อนในพื้นทวีปจึงลอยตัวขึ้นทำให้ความกดอากาศต่ำ  อากาศเย็นจากมหาสมุทรจึงไหลเข้ามาแทนที่ อากาศร้อนลอยขึ้นแบบทวนเข็มนาฬิกา และเบนไปทางขวา ทำให้เกิดลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ เนื่องจากเป็นลมที่พัดจากทะเลมาหาฝั่งจึงหอบเอาไอน้ำมาด้วย บรรยากาศจึงไม่แจ่มใส มีเมฆมาก (cyclone)    

ลมตะเภาและลมว่าว

เป็นลมท้องถิ่นในประเทศไทย โดยลมตะเภาเป็นที่พัดจากทิศใต้ไปยังทิศเหนือคือ พัดจากอ่าวไทยเข้าสู่ภาคกลางตอนล่าง พัดในช่วงเดือนกุมภาพันธ์ถึงเดือนเมษายน ซึ่งเป็นช่วงที่ลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ จะเปลี่ยนเป็นลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ เป็นลมที่นำความชื้นมาสู่ภาคกลางตอนล่าง ในสมัยโบราณลมนี้ จะช่วยพัดเรือสำเภาซึ่งเข้ามาค้าขายให้แล่นไปตามลำน้ำเจ้าพระยา และพัดในช่วงที่ลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ จะเปลี่ยนเป็นลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ หรืออาจจะเรียกว่าลมข้าวเบา เพราะพัดในช่วงที่ข้าวเบากำลังออกรวง

Credit ภาพสีจาก Web Site ส่วนภาพขาวดำทั้งหมดจาก www.marine.tmd.go.th
สมาคมส่งเสริมความรอบรู้ด้านสุขภาพไทย
Copyright © 2019 Thai Health Literacy Promotion Association.(THLA)