6. การไหลเวียนมวลอากาศโลก

6. การไหลเวียนมวลอากาศโลก

ดังที่กล่าวมาแล้วว่ามุมของแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบมายังผิวโลกจะมีความแตกต่างกันเนื่องมาจากส่วนโค้งของโลก ในบริเวณขั้วโลกซึ่งมีน้ำแข็งอยู่เป็นจำนวนมากก็จะเกิดการสะท้อนรังสีจากดวงอาทิตย์ กลับออกไปได้มาก บริเวณที่อยู่ระหว่างละติจูด 30 องศาเหนือและ 40 องศาใต้ จะได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์มากและการสะท้อนกลับน้อยกว่า เมื่อเทียบกับบริเวณที่ถัดออกไป

ถ้าเราพิจารณาเฉพาะผลของการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์พบว่า ความร้อนที่ได้รับมากที่สุดจะอยู่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะทำให้อากาศลอยตัวขึ้นแล้วเคลื่อนตัวไปทางขั้วโลกซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าแล้วจะ จมตัวลงบริเวณขั้วโลก และจะเคลื่อนกลับมาที่เส้นศูนย์สูตรอีกครั้งเพื่อทดแทนอากาศเบาที่ลอยตัวขึ้นไป โดยเคลื่อนตัวไปตามผิวหน้าของโลก ขัดเป็นการหมุนเวียนของอากาศครบวงจรในกรณีที่โลกไม่มีการ หมุนรอบตัวเอง (ภาพที่ 6.10)

ภาพที่ 6.10 การไหลเวียนมวลอากาศโลกในทางทฤษฎี
ที่มา Garrison (2007)

จากความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและความดัน ทำให้เราสามารถทำนายลักษณะการไหลเวียน ของอากาศที่เกิดขึ้นประจำถิ่น หรือที่เกิดขึ้นเป็นครั้งคราวได้ ค่าความดันมาตรฐานของอากาศบริเวณ ผิวหน้าโลกที่ผิวหน้าน้ำทะเล ถือว่ามีค่าเท่ากับ 1013 มิลลิบาร์ บริเวณใดที่มีค่าความดันอากาศต่ำกว่า ค่าดังกล่าวจัดว่าเป็นบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำ ส่วนบริเวณใดที่มีค่าความดันอากาศสูงกว่า ค่าดัง กล่าวก็จะจัดเป็นบริเวณที่มีความกดอากาศสูง ซึ่งปัจจัยดังกล่าวจะมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดลม ในรูปแบบต่าง ๆ บริเวณผิวหน้าโลกทั้งในมหาสมุทร และพื้นทวีป

เนื่องจากโลกมีการหมุนรอบตัวเอง ดังนั้นจึงมีผลต่อการเคลื่อนตัวของมวลอากาศที่ผิวหน้าโลกด้วย จากหลักการที่ว่าวัตถุใด ๆ ที่อยู่บนพื้นผิวโลกมีการเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกล ๆ และใช้เวลานานวัตถุนั้นจะ มีทิศทางการเคลื่อนที่เบี่ยงหรือหันเหไปทางขวา ถ้าวัตถุนั้นอยู่บนซีกโลกเหนือ และจะมีทิศทางการเคลื่อนที่เบี่ยงหรือหันเหไปทางซ้าย ถ้าวัตถุนั้นอยู่บนซีกโลกใต้ ขนาดหรือการเบี่ยงเบนที่เกิดขึ้นนี้จะแปรผันไป ตามความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุบนผิวโลก กับตำแหน่งของละติจูดที่วัตถุนั้นเคลื่อนที่อยู่ ปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า coriolis effect ที่ตำแหน่งละติจูดที่ศูนย์หรือที่เส้นศูนย์สูตรจะมีค่าเป็นศูนย์ และจะมากที่สุดที่บริเวณขั้วโลกดังที่กล่าวไปแล้ว

จากการการศึกษาพบว่าในซีกโลกเหนืออากาศจะลอยตัวขึ้นสูงจากบริเวณเส้นศูนย์สูตรแล้ว เคลื่อนตัวไปทางเหนือในระดับที่สูงกว่าพื้นผิวหน้าโลก และจะเบี่ยงเบนไปทางขวามือจึงกลายเป็นมีทิศทาง มุ่งไปยังทิศตะวันออก เมื่อถึงละติจูดที่ 30 องศาเหนือ ก็จะเกิดการจมตัวของมวลอากาศดังกล่าว เคลื่อนตัวกลับมายังเส้นศูนย์สูตรบริเวณผิวหน้าโลก และขณะเคลื่อนที่กลับก็จะเบนไปทางขวามือเช่นกัน ดังนั้นผู้ที่อยู่ในบริเวณดังกล่าวจะเห็นว่าลมที่พัดประจำถิ่นในบริเวณเส้นศูนย์สูตรจนถึงละติจูดที่ 30 องศาเหนือจะมีทิศทางมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ เรียกว่าลมสินค้าตะวันออกเฉียงเหนือ (Northeast Trade Wind)

บริเวณขั้วโลกก็มีลักษณะเช่นเดียวกัน คืออากาศเย็นจมตัวลงและเคลื่อนลงมาทางใต้ และจะมีการเบี่ยงเบนไปทางขวามือ ลมประจำถิ่นจึงเป็นลมที่มาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือเรียกว่า Polar easterlies ส่วนบริเวณละติจูดปานกลางคือตั้งแต่ 30 ถึง 60 องศาเหนือ วงจรอากาศจะเริ่มจากการจมตัวของมวลอากาศบริเวณละติจูด 30 องศาเหนือ ที่มาจากอิทธิพลมวลอากาศที่มาจากเส้นศูนย์สูตร ที่กำลังจมตัวลงที่บริเวณดังกล่าว จากนั้นจึงเคลื่อนไปทางเหนือตามผิวหน้าโลก เมื่อถึงละติจูด 60 องศาเหนือก็จะเคลื่อนตัวขึ้นจากอิทธิพลการเคลื่อนตัวของมวลอากาศจากขั้วโลก ขณะที่มวลอากาศกำลังเคลื่อนตัวไปทางเหนือตามผิวหน้าโลกนั้น มันก็จะมีการเบี่ยงหรือมีการหันเหทิศทางการ เคลื่อนตัวไปทางขวาเช่นกัน ลมประจำถิ่นในบริเวณดังกล่าวจะเรียกว่าลมตะวันตก (Westerlies)

ส่วนทางซีกโลกใต้นั้นลักษณะการเคลื่อนตัวของมวลอากาศจะเป็นไปในหลักการเดียวกัน แต่ทิศทางการหันเหของการเคลื่อนตัวของมวลอากาศจะเบี่ยงไปทางด้านซ้ายมือ ดังนั้นลมประจำถิ่น บริเวณเส้นศูนย์สูตรจนถึงละติจูด 30 องศาใต้จะเป็นลมสินค้าตะวันออกเฉียงใต้ (Southeast Trade Wind) ระหว่างละติจูด 30-60 องศาใต้ก็จะเป็นลมตะวันตก (Westerlies) และถัดจากละติจูด 60 องศาใต้จนถึง ขั้วโลกก็จะเป็น Polar easterlies ตามลำดับ (ภาพที่ 6.11)

ภาพที่ 6.11 การไหลเวียนมวลอากาศของโลกในละติจูดต่างๆ
ที่มา Garrison (2007)

ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นจริงในการเคลื่อนที่ของมวลอากาศบริเวณผิวหน้าโลกนั้นมีความซับซ้อนมากเนื่องมาจากมีปัจจัยที่เกี่ยวข้องมากมายที่มีผลต่อการเคลื่อนที่ การเคลื่อนที่ของมวลอากาศหรือลม ที่เกิดขึ้นนี้จะส่งผลอย่างมากต่อผิวหน้าน้ำในมหาสมุทร ลมสินค้าในเขตร้อนที่พัดผ่านผิวหน้าน้ำไปทางทิศ ตะวันตกจะพัดพาเอาน้ำที่ผิวหน้าน้ำในมหาสมุทรไปด้วย ซึ่งจะถูกนำกลับมาที่มหาสมุทรทางด้าน ตะวันออกอีกครั้งโดยลมตะวันตกในบริเวณละติจูดสูง บริเวณละติจูดที่ 30 องศาเหนือซึ่งมวลอากาศ จมตัวลงจะเป็นบริเวณที่สงบเรียกว่า Horse latitude ส่วนบริเวณใกล้เส้นศูนย์สูตรอากาศ อุ่นจะลอยตัวสูงขึ้นเนื่องจากมีความกดอากาศต่ำ อากาศจึงเกิดการควบแน่นจึงเป็นเขตที่มีฝนตกชุกเรียกว่า Doldrum จัดเป็นบริเวณที่เกิดพายุได้ง่าย