อุตุนิยมวิทยา คือ วิทยาศาสตร์ของบรรยากาศและปรากฏการณ์ต่างๆ ของอากาศ เช่น ฝน พายุ ฟ้าร้อง ฟ้าแลบ เป็นต้น อุตุนิยมวิทยาเป็นวิชาสาขาหนึ่งของวิชาภูมิฟิสิกส์ (geophysics) การศึกษาอุตุนิยมวิทยาต้องอาศัยวิชาคำนวณฟิสิกส์ และข้อมูลที่ได้จากการตรวจอากาศตามระดับต่างๆ บนพื้นดินและตามบริเวณต่างๆ ของโลก

         อุตุนิยมวิทยา แบ่งออกเป็นสาขาใหญ่ๆ ได้ดังต่อไปนี้ คือ
                  อุตุนิยมวิทยาไดนามิก (dynamic meteorology)
                  อุตุนิยมวิทยาแผนที่อากาศ (synoptic meteorology)
                  ภูมิอากาศ (climatology)

          การศึกษาอุตุนิยมวิทยาไดนามิกและอุตุนิยมวิทยาแผนที่อากาศ  เป็นการศึกษาปรากฏการณ์หรือลักษณะอากาศปัจจุบัน หรือในระยะเวลาใกล้ๆซึ่งเรียกว่า "กาลอากาศ" (weather) ในการศึกษาอุตุนิยมวิทยาไดนามิก  ต้องอาศัยการศึกษากฎและทฤษฎีกลศาสตร์ของของเหลว (fluid mechanics of  hydro-dynamic) เพื่อที่จะนำมาอธิบายพฤติการณ์ของบรร-ยากาศในขณะนั้น   และเพื่อการพยากรณ์อากาศล่วงหน้า ส่วนการศึกษาอุตุนิยมวิทยาแผนที่อากาศนั้นอาศัยการศึกษาข้อมูลตรวจอากาศจากบริเวณกว้างๆเพื่อที่จะทราบสภาวะของบรรยากาศและเพื่อการพยากรณ์อากาศล่วงหน้าเช่นกัน  หรืออาจกล่าวได้ว่าอุตุนิยมวิทยาไดนามิก เป็นการศึกษาด้านทฤษฎีส่วนอุตุนิยมวิทยาแผนที่อากาศเป็นการศึกษาลักษณะของอากาศในปัจจุบันหรือประจำวัน ซึ่งเรียกว่า "กาลอากาศ"
[กลับหัวข้อหลัก]

          ภูมิอากาศหมายถึงการศึกษาสภาพของบรร-ยากาศ ลมฟ้าอากาศ หรืออากาศประจำถิ่นของบริเวณใดบริเวณหนึ่ง เพื่อที่จะนำไปช่วยในการพยากรณ์อากาศและนำไปใช้เป็นประโยชน์ในกิจการต่างๆ จากคำอธิบายนี้ จะเห็นได้ว่า  ภูมิ-อากาศก็คือผลเฉลี่ยระยะยาวของอุณหภูมิ ฝน ลมและสารประกอบอุตุนิยมวิทยาอื่นๆ ของกาลอากาศนั่นเอง หรืออาจจะกล่าวได้ว่า กาลอากาศ คือพฤติ-การณ์หรือปรากฏการณ์ของกาลอากาศปัจจุบัน ส่วนภูมิอากาศเป็นผลเฉลี่ยของกาลอากาศในระยะยาว (ตามธรรมดาตั้งแต่ ๓๐ หรือ ๓๕ ปีขึ้นไป) ตัวอย่างเช่น  วันนี้ กาลอากาศของกรุงเทพมหานครมีฝนตกส่วนกรุงเทพมหานครนั้น อยู่ในภูมิอากาศของโซนร้อนและชื้น เป็นต้น


[กลับหัวข้อหลัก]

          อากาศซึ่งหุ้มห่อโลกของเราเป็นสิ่งจำเป็นยิ่งอย่างหนึ่งสำหรับการดำรงชีวิต  เพราะมนุษย์จำเป็นต้องใช้อากาศสำหรับหายใจ จึงจะมีชีวิตอยู่ได้ นอกจากนี้ธุรกิจประจำวันเกือบทุกๆ อย่างของมนุษย์ย่อมขึ้นอยู่กับภาวะของอากาศเสมอ ในธุรกิจบางอย่างภาวะของอากาศมีส่วนเกี่ยวข้องอยู่ด้วยเพียงเล็กน้อยแต่ในธุรกิจบางอย่าง ภาวะของอากาศมีส่วนเกี่ยวข้องอยู่มาก บางครั้งอากาศอาจจะทำให้เกิดภัยอันตรายและความเสียหายได้มาก หรืออาจจะทำให้เป็นอันตรายถึงแก่ชีวิตได้ ฉะนั้นไม่ว่าเราจะประกอบอาชีพอะไร อากาศย่อมมีส่วนเกี่ยวข้องกับอาชีพนั้นเสมอไม่มากก็น้อย เช่น
          ถ้าเราเป็นเกษตรกร เราย่อมอยากจะทราบว่าดินฟ้าอากาศในบริเวณนั้นๆ เป็นอย่างไร มีฝนมากน้อยเพียงใด การกระจายของฝนตกเป็นอย่างใด และพืชที่เราจะทำการเพาะปลูกนั้น เหมาะสมกับสภาวะของอากาศในบริเวณนั้นหรือไม่
          ถ้าเราทำงานที่เกี่ยวข้องกับการบิน เราย่อมต้องการทราบสภาวะของอากาศในขณะที่จะออกบินเพราะความปลอดภัยในการเดินทางขึ้นอยู่กับสภาวะของอากาศด้วย บริการอุตุนิยมวิทยาสำหรับการบินจึงมีไว้เพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้โดยสารและอีกประการหนึ่งเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเดินอากาศ ข่าวอุตุนิยมวิทยานั้นมีประโยชน์ต่อการบินหลายอย่าง นับตั้งแต่การวางแผนการบินสำหรับระยะทางไกลจนถึงการให้คำแนะนำชี้แจงลักษณะอากาศแก่นักบินทุกๆ ครั้งที่บิน สำหรับการบินระหว่างประเทศ หน่วยอุตุนิยมวิทยามีบริการข่าวอากาศ ซึ่งจัดทำเป็นแผนที่และภาพต่างๆ พร้อมด้วยคำอธิบายชี้แจงและแนะนำอย่างย่อๆ เพื่อให้ความสะดวกแก่เจ้าหน้าที่และนักบิน เพราะในการพิจารณาถึงสภาวะอากาศสำหรับเส้นทางบินนั้น สารประกอบอุตุนิยมวิทยา เช่น อุณหภูมิ ทิศ และความเร็วลมทัศนวิสัย ความสูงของฐานเมฆ ความปั่นป่วนของอากาศ เหล่านี้มีผลกระทบกระเทือนต่อประสิทธิภาพของเครื่องบิน บางครั้งอาจทำให้เกิดอันตรายถึงชีวิตหรือทำให้ทรัพย์สินเสียหายได้อย่างมาก
          การดำเนินกิจการของโครงการอวกาศก็เช่นกันต้องอาศัยการพยากรณ์อากาศอย่างแม่นยำ เพราะการที่จะส่งจรวดขึ้นไปต้องอาศัยลักษณะอากาศที่ดีไม่มีพายุแรงหรือฝน  และการที่นักบินอวกาศจะกลับลงมายังพื้นดินได้ เจ้าหน้าที่ของศูนย์อวกาศบนพื้นดินต้องเตรียมหาบริเวณพื้นที่ที่อากาศดีไม่มีฝน ไม่มีพายุรุนแรง มิฉะนั้นอาจจะเป็นอันตรายต่อชีวิตของนักบินอวกาศได้
          ในบางครั้งลักษณะอากาศที่เลวร้ายได้นำผลเสียหายมาสู่ประเทศชาติต่างๆ ได้เสมอ เช่น พายุไต้ฝุ่น เป็นต้น เมื่อพายุไต้ฝุ่นนี้ผ่านไปในบริเวณใดอาจจะทำให้ประชาชนในบริเวณนั้นเสียชีวิตเป็นจำนวนร้อย  และทรัพย์สมบัติเสียหายเป็นเงินหลายร้อยล้านบาทได้ เช่น เมื่อวันที่ ๑๒ พฤศจิกายน ๒๕๑๓ พายุไซโคลนพัดเข้าประเทศบังคลาเทศ ทำให้ประชาชนตายประมาณ ๒๕๐,๐๐๐ คน
[กลับหัวข้อหลัก]

          นอกจากความสำคัญหลายประการของอากาศดังที่ได้กล่าวมาแล้ว บรรยากาศยังทำหน้าที่เป็นร่มบังรังสีที่ร้อนแรงจากดวงอาทิตย์ โดยบรรยากาศชั้นสูงได้ดูดรังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) ไว้เกือบ หมด รังสีคลื่นสั้นนี้เป็นอันตรายต่อพืชและผิวหนังของมนุษย์ ยิ่งกว่านั้นในเวลากลางคืนบรรยากาศซึ่งมีไอน้ำอยู่ด้วย ยังทำหน้าที่เป็นร่มหรือหลังคากั้นความร้อน ซึ่งจะหนีออกไป จากโลกได้ด้วย ถ้าหากว่าไม่มีบรรยากาศแล้ว อุณหภูมิของโลกคงคล้ายอุณหภูมิของดวงจันทร์ คือในเวลากลางวันอุณหภูมิสูงสุดของโลกอาจจะพุ่งขึ้นสูงกว่า ๑๐๐ องศาเซลเซียส* และในเวลากลางคืนอุณหภูมิต่ำสุดของโลกจะดิ่งลงต่ำถึง -๑๘๐ องศาซลเซียล ในลักษณะเช่นนี้บรรยากาศจึงทำหน้าที่คล้ายกับเรือนกระจกที่ใช้ปลูกต้นไม้เมืองร้อนในเขตหนาว  คือเรือนกระจกยอมให้รังสีคลื่นสั้นจากดวงอาทิตย์ผ่านเข้ามาได้ แต่จะกั้นความร้อนของโลกซึ่งเป็นรังสีคลื่นยาวไม่ให้ออกไปจากเรือนกระจก ฉะนั้น ภายในเรือนกระจกจึงอบอุ่นอยู่เสมอ สามารถทำให้ต้นไม้เมืองร้อนเติบโตในเขตหนาวได้
          นอกจากนี้แล้ว อาจจะกล่าวได้ว่าบรรยากาศยังทำหน้าที่เป็นตะแกรงใสหรือเครื่องรับการตกของอุกกาบาต  แล้วทำให้อุกกาบาตเกิดการเผาไหม้ด้วยในวันหนึ่งๆ อาจจะมีผงอุกกาบาตตกมายังโลกได้ถึง ๑๐๐ ล้านเม็ด อุกกาบาตนี้มีตั้งแต่เม็ดเล็กมากๆ จนถึงขนาดใหญ่ แต่ส่วนมากอุกกาบาตเหล่านี้จะถูกเผาไหม้หมดไปด้วยความร้อนซึ่งเกิดจากการเสียดสีกับบรรยากาศ


[กลับหัวข้อหลัก]

          ดวงอาทิตย์ โลก บรรยากาศ และไอน้ำ ทั้ง ๔ สิ่งนี้ เป็นองค์ประกอบใหญ่ของกลจักรบรรยากาศ (atmospheric engine) อันมหึมา ซึ่งทำให้เกิดการหมุนเวียน (circulation) และเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ของบรรยากาศหรือกาลอากาศ (weather phenomena) ขึ้นในโลกของเรา ดวงอาทิตย์ทำหน้าที่คล้ายเป็นเตาเชื้อเพลิง ส่งความร้อนมายังพื้นโลก บริเวณพื้นโลกที่ได้รับความร้อนมากกว่า เช่น ที่บริเวณศูนย์สูตรก็จะทำให้บรรยากาศของบริเวณนั้นร้อนขึ้น เกิดการขยายตัว  และลอยสูงขึ้นไป อากาศในบริเวณพื้นโลกที่ได้รับความร้อนน้อยกว่าและเย็นกว่าก็จะเคลื่อนตัวเข้ามาแทนที่ กรรมวิธีนี้ทำให้เกิดการหมุนเวียนของอากาศขึ้น นอกจากนี้แล้ว การหมุนรอบตัวของโลกประมาณทุกๆ ๒๔ ชั่วโมง การเอียงของแกนหมุนของโลก การโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ประมาณ๓๖๕ ๑ /๒ วัน รวมทั้งคุณสมบัติและความแตกต่างของผิวพื้นดินและพื้นน้ำของโลก ทั้งหมดที่กล่าวมานี้จะทำให้การหมุนเวียนของบรรยากาศ ภูมิอากาศและปรากฏการณ์ของบรรยากาศเกิดความยุ่งยากขึ้นนานาประการ และแตกแยกออกไปเป็นหลายต่อหลายชนิด เช่น ลม ฝน พายุฟ้าคะนอง พายุไต้ฝุ่น เป็นต้น

[กลับหัวข้อหลัก]

          บรรยากาศหรืออากาศที่หุ้มห่อโลกคือส่วนผสมของก๊าซต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยก๊าซไนโตร-เจนและออกซิเจน ส่วนก๊าซชนิดอื่นๆ นั้นมีจำนวนน้อย ซึ่งจะเห็นได้จากตารางในหน้า ๗๔
          จากด้านซ้ายของตาราง จะเห็นว่า ส่วนประกอบของบรรยากาศบริสุทธิ์และแห้ง ซึ่งไม่มีไอน้ำปนอยู่เลย ประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจนประมาณร้อยละ ๗๘ ออกซิเจนร้อยละ ๒๑ และก๊าซอื่นๆ อีกประมาณร้อยละ ๑ ส่วนทางด้านขวาของตารางเป็นส่วนประกอบของอากาศที่เปลี่ยนแปลงได้ เราต้องสังเกตสิ่งสำคัญในข้อที่ว่า บรรยากาศชื้นจะมีไอน้ำปนอยู่ได้ตั้งแต่ร้อยละ ๐ ถึง ๔ และปริมาณไอน้ำระหว่างร้อยละ ๐ ถึง ๔ นี้ จะมีส่วนสำคัญยิ่งในการเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ ของบรรยากาศ เช่นปรากฏการณ์ฝนตก พายุไต้ฝุ่น ฟ้าแลบ ฟ้าร้องเหล่านี้เป็นต้น
[กลับหัวข้อหลัก]

          จากการศึกษาภูมิอากาศของโลกและจากการศึกษาประวัติของธรณีวิทยาเป็นล้านๆ ปี เราจะพบว่าภูมิอากาศของโลกได้เคยเย็นลงจนเกิดเป็นยุคน้ำแข็ง (ice age) และอุ่นขึ้นเป็นครั้งคราว  การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของโลกในระยะยาวๆ เช่นนั้น อาจเป็นเพราะการเปลี่ยน แปลงของความร้อนที่มาจากดวงอาทิตย์ หรือเพราะรังสีที่แผ่ออกไปจากโลก ซึ่งก็ยังไม่มีทฤษฎีที่จะอธิบายให้แน่นอนลงไปได้ อย่างไรก็ดี ถ้าเราพิจารณาถึงอุณหภูมิของโลกในระยะเพียง๑๐๐ ถึง ๑,๐๐๐ ปี จะเห็นว่าอุณหภูมิของโลกค่อนข้างจะคงที่ ทั้งนี้แสดงว่ารังสีที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์และรังสีที่โลกส่งออกไปยังนอกโลก(อวกาศ) นั้นสมดุลกัน  คือโลกรับรังสีไว้เท่าใดก็ส่งคลื่นกับออกไปอวกาศเท่านั้น เพราะเหตุนี้โลกจึงไม่ร้อนขึ้นหรือเย็นลง เพราะถ้าหากว่าโลกรับรังสีไว้มากกว่าส่งออกไป นานๆ เข้าโลกจะต้องร้อนขึ้นแน่นอน
[กลับหัวข้อหลัก]

          บรรยากาศของโลกถูกแบ่งออกเป็นหลายชั้นแต่ละชั้นก็มีคุณสมบัติพิเศษแตกต่างกัน  ชั้นของบรรยากาศที่ติดอยู่กับพื้นโลกเรียกว่า "ชั้นโทรโพส-เฟียร์" (troposphere) ในชั้นนี้เป็นชั้นซึ่งมีปรากฏการณ์ของกาลอากาศเกิดขึ้น เช่น ฝน เมฆ พายุต่างๆ อุณหภูมิของบรรยากาศในชั้นนี้ลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้น โดยเฉลี่ยอุณหภูมิในชั้นโทรโพสเฟียร์จะลดลงประมาณ ๖.๕ องศาเซลเซียลต่อ ๑ กิโลเมตรการลดลงของอุณหภูมิกับความสูงนี้ เรียกว่า "อัตราการเปลี่ยนของอุณหภูมิตามความสูง" (temperaturelapse rate) เขตของโทรโฟสเฟียร์ที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรสูงประมาณ ๑๖ ถึง ๑๗ กิโลเมตร และที่บริเวณขั้วโลกประมาณ ๘ ถึง ๑๐ กิโลเมตร สุดเขตของโทรโฟสเฟียร์ เรียกว่า "โทรโพพอส" (tropopause)ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรอุณหภูมิที่โทรโพพอสเย็นราวๆ  -๘๐ องศาเซลเซียส และในบริเวณขั้วโลกอุณหภูมิที่โทรโพพอสเย็นราวๆ -๕๕ องศาเซลเซียล
   


[กลับหัวข้อหลัก]

          บริเวณที่สูงจากโทรโพพอสขึ้นไปมีชื่อว่า ชั้นสตราโทสเฟียร์ (stratosphere)  เป็นชั้นบรรยากาศที่อุณหภูมิไม่ลดลงตามความสูง  ในชั้นสตราโทสเฟียร์บรรยากาศค่อนข้างเรียบและไม่ค่อยมีความปั่นป่วนมาก สุดเขตของสตราโทสเฟียร์เรียกว่า "สตราโท-พอส" (stratopause) สูงราวๆ ๕๕ กิโลเมตรจากพื้นดิน และเป็นระดับซึ่งเริ่มมีก๊าซโอโซนในบรรยากาศก๊าซโอโซนสามารถดูดรังสีอัลตราไวโอเลตไว้ได้มากจึงทำให้รังสีของดวงอาทิตย์ที่ผ่านมายังพื้นโลกไม่เป็นอันตรายต่อพืชและมนุษย์ ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว
[กลับหัวข้อหลัก]

          เมื่อเราขึ้นไปสูงกว่าสตราโทรพอส อุณหภูมิของบรรยากาศจะลดลงตามความสูง และบริเวณนี้มีชื่อเรียกว่า "เมโซสเฟียร์" ยอดของบริเวณนี้เรียกว่า  "เมโซพอส" (mesopause) ซึ่งอยู่สูงจากพื้นดินประมาณ๗๐ ถึง ๘๐ กิโลเมตร อุณหภูมิที่เมโซพอสเย็นราวๆ -๑๔๐ องศาเซลเซียส
[กลับหัวข้อหลัก]

          สูงขึ้นไปจากระดับเมโซพอส อุณหภูมิของบรรยากาศจะร้อนขึ้นรวดเร็วตามความสูง บรรยา-กาศในบริเวณนี้มีชื่อว่า "เทอร์มอสเฟียร์" (thermos-phere) ความร้อนในบริเวณนี้เกิดจากปรมาณูออกซิเจนซึ่งดูดรับรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์ ก๊าซในบรรยากาศนี้เริ่มมีการแตกแยกเป็นอิเล็กตรอนและไอออน (ion) ขึ้น  ไอออนคืออนุภาคอิสระซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกหรือลบ ฉะนั้นบางทีเราเรียกบริเวณเทอร์มอสเฟียร์ว่า "ไอโอโนสเฟียร์"  (ionosphere)
         ชั้นไอโอโนสเฟียร์ ยังแบ่งออกไปอีกคือ
         ชั้นดี   (D-layer) สูง  ๔๐ ถึง ๑๐๐ กิโลเมตร
         ชั้นอี   (E-leyer) สูง ๑๐๐ ถึง ๑๕๐ กิโลเมตร
         ชั้นเอฟ  (F-layer) สูง ๑๕๐ ถึง ๒๔๐ กิโลเมตร
         ชั้นไอโอโนสเฟียร์เป็นชั้นที่มีความสำคัญในการสื่อสารในระยะไกลๆ เพราะบรรยากาศชั้นนี้สามารถสะท้อนคลื่นของวิทยุได้ ทำให้สามารถส่งสัญญาณคลื่นวิทยุได้ระยะทางไกลๆ เป็นพันๆ กิโลเมตร ไปยังสถานีรับอีกแห่งหนึ่งได้
         จากระดับสูงกว่า ๘๐๐ กิโลเมตรขึ้นไป เราเรียกว่า ชั้นเอกโซเฟียร์ (exosphere) ซึ่ง "แนวรังสีแวนแอลเลน" (Van Allen radiation belts) ก็รวมอยู่ในชั้นนี้ด้วย บรรยากาศในชั้นนี้มีปรมาณูหรืออณูของก๊าซอยู่แยกกันและไม่ค่อยจะมีการปะทะกัน
         เราควรทราบด้วยว่า ความกดของอากาศและความแน่นของอากาศนั้นลดลงตามระดับความสูงภายใต้ระดับ ๕๐ กิโลเมตร น้ำหนักของบรรยากาศมีปริมาณร้อยละ ๙๙.๙ ของบรรยากาศทั้งหมดของโลก ฉะนั้น ระยะที่สูงจากระดับ ๕๐ กิโลเมตรขึ้นไปจะมีน้ำหนักของบรรยากาศเหลือเพียงร้อยละ ๐.๑ เท่านั้น
         น้ำหนักของบรรยากาศทั้งโลกมีประมาณ ๕.๗  x ๑๐^๑๕ ตัน และความแน่นของบรรยากาศที่ผิวพื้นโลกมีประมาณ ๐.๐๐๑๒ กรัม ต่อ ๑ ลูกบาศก์เซน-ติเมตร หรือประมาณ ๑/๑,๐๐๐ของความหนาแน่นของน้ำ
[กลับหัวข้อหลัก]