Lecture-3 Atmospheric weather variables; Atmospheric pressure, its variation with height

Atmospheric weather variables; Atmospheric pressure, its variation with height (वायुमंडलीय मौसम चर; वायुमंडलीय दाब और ऊँचाई के साथ इसका परिवर्तन):- Atmospheric weather variables are the measurable properties of the atmosphere that influence weather patterns and conditions. These variables interact in complex ways to determine local and global weather. 

(वायुमंडलीय मौसम चर वायुमंडल के मापनीय गुण हैं जो मौसम के पैटर्न और स्थितियों को प्रभावित करते हैं। ये चर स्थानीय और वैश्विक मौसम को निर्धारित करने के लिए जटिल तरीकों से संक्रिया करते हैं।)

Key atmospheric weather variables (मुख्य वायुमंडलीय मौसम चर):-

i. Air Pressure (वायुदाब):- The force exerted by the atmosphere at a given point. 

(किसी दिए गए स्थान पर वातावरण द्वारा डाला गया बल।

ii. Temperature (तापमान):- Measures the warmth or coldness of the air.

(हवा की गर्मी या ठंडक को मापता है।)

iii. Humidity (आर्द्रता):- The amount of water vapor in the air.

(हवा में मौजूद जलवाष्प की मात्रा।)

iv. Wind Speed and Direction (पवन गति और दिशा):- The movement of air, including its velocity and direction.

(हवा की गति और उसकी दिशा।)

v. Precipitation (वर्षा):- Any form of water (rain, snow, sleet, or hail) falling from the atmosphere.

[वायुमंडल से गिरने वाला जल (जैसे बारिश, बर्फ, ओलावृष्टि आदि)।]

vi. Cloud Cover (बादल आवरण):- The extent and type of clouds present in the sky. 

(आकाश में मौजूद बादलों की मात्रा और प्रकार।)

> Cloud cover is measured in eighths (oktas) of the sky covered by clouds, where:

[बादलों के आवरण को बादलों से ढके आकाश के आठवें हिस्से (ओक्टास) में मापा जाता है, जहाँ:]

0 oktas = Clear sky

(0 ओक्टा = साफ़ आसमान)

1 okta = 1/8 of the sky covered

(1 ओक्टा = 1/8 भाग ढका हुआ आसमान)

4 oktas = Half the sky covered

(4 ओक्टा = आधा आकाश ढका हुआ)

8 oktas = Fully overcast sky

(8 ओक्टा = पूरी तरह से बादलों से घिरा हुआ आसमान)

> Meteorologists use this scale to report cloud cover in weather observations.

(मौसम विज्ञानी मौसम संबंधी अवलोकन में बादलों के आवरण की रिपोर्ट करने के लिए इस पैमाने का उपयोग करते हैं।)

vii. Solar Radiation (सौर विकिरण):- The amount of sunlight reaching the Earth's surface.

(पृथ्वी की सतह तक पहुंचने वाली सूर्य की किरणें।)

viii. Dew Point (ओसांक बिंदु):- The temperature at which air becomes saturated with moisture and condensation begins.

(वह तापमान जिस पर हवा में नमी संतृप्त हो जाती है और संक्षेपण शुरू होता है।)

ix. Visibility (दृश्यता):- The distance at which objects can be clearly seen in the atmosphere.

(वातावरण में वस्तुओं को स्पष्ट रूप से देखने की दूरी।)

x. Air Quality (वायु गुणवत्ता):- The concentration of pollutants such as dust, smoke, and gases in the air.

(हवा में मौजूद प्रदूषकों (जैसे धूल, धुआं और गैसें) की मात्रा।)

Atmospheric pressure (वायुमंडलीय दाब):- Atmospheric pressure is the force exerted by the weight of the air above a given point. It decreases with increasing altitude because there is less air above to exert pressure as we move higher. 

(वायुमंडलीय दाब वह बल होता है जो किसी बिंदु के ऊपर स्थित वायु के भार द्वारा डाला जाता है। यह ऊँचाई बढ़ने के साथ घटता जाता है क्योंकि ऊपर कम वायु होती है जो दाब उत्पन्न कर सके।)

Key Concepts (मुख्य अवधारणाएँ):-

a. Atmospheric Pressure (वायुमंडलीय दाब):- At sea level, the average atmospheric pressure is 1013.25 hPa (hectopascals) or 1 atmosphere (atm).

[समुद्र तल पर औसत वायुमंडलीय दाब 1013.25 hPa (हेक्टोपास्कल) या 1 एटमॉस्फियर (atm) होता है।]

b. Barometric Formula (बैरोमेट्रिक सूत्र):- The relationship between atmospheric pressure and height is often approximated using the barometric formula:

(वायुमंडलीय दाब और ऊँचाई के बीच संबंध निम्नलिखित समीकरण से व्यक्त किया जा सकता है:)

Where (जहाँ):

P(h) is the atmospheric pressure at height 

[P(h) = ऊँचाई h पर वायुमंडलीय दाब]

P0 is the atmospheric pressure at sea level

(P0 = समुद्र तल पर वायुमंडलीय दाब)

L is the temperature lapse rate (temperature decrease with height, approximately 6.5°C per kilometer)

[L = तापमान घटने की दर (लगभग 6.5°C प्रति किमी)]

h is the height above sea level

[h = ऊँचाई (मीटर या किमी में)]

T0 is the standard temperature at sea level (approximately 288.15 K)

[T0 = समुद्र तल पर मानक तापमान (288.15 K)]

g is the acceleration due to gravity (9.81 m/s²)

[g = गुरुत्वाकर्षण त्वरण (9.81 m/s²)]

M is the molar mass of Earth's air (0.029 kg/mol)

[M = वायु का मोलर द्रव्यमान (0.029 kg/mol)]

R is the universal gas constant (8.314 J/mol·K)

[R = वैश्विक गैस नियतांक (8.314 J/mol·K)]

c. How Pressure Decreases with Height (ऊँचाई के साथ दाब में कमी):- Atmospheric pressure decreases exponentially with height in the lower atmosphere (troposphere). This is primarily due to the decreasing density of air molecules as we move higher.

[निचले वायुमंडल (क्षोभमंडल) में ऊंचाई के साथ वायुमंडलीय दबाव तेजी से घटता है। इसका मुख्य कारण जैसे-जैसे हम ऊपर बढ़ते हैं, हवा के अणुओं का घनत्व कम होना होता है।]

i. Troposphere (क्षोभमंडल):- In the troposphere, which is the lowest layer of the atmosphere extending from the Earth's surface to about 8-15 km, the rate of decrease in pressure with altitude is relatively steady. The temperature also decreases with height, causing the air density to decrease. For example:

(क्षोभमंडल में, जो पृथ्वी की सतह से लगभग 8-15 किमी तक फैली हुई वायुमंडल की सबसे निचली परत है, ऊंचाई के साथ दबाव में कमी की दर अपेक्षाकृत स्थिर है। ऊंचाई के साथ तापमान भी घटता जाता है, जिससे हवा का घनत्व कम हो जाता है। उदाहरण के लिए:)

> At 1 km above sea level, the pressure is around 900 hPa.

(1 किमी की ऊँचाई पर दाब लगभग 900 hPa होता है।)

> At 5 km above sea level, the pressure is roughly 540 hPa.

(5 किमी की ऊँचाई पर यह घटकर 540 hPa रह जाता है।)

> At 10 km (the approximate boundary of the troposphere), the pressure is around 26 hPa.

[10 किमी की ऊँचाई पर (जहाँ ट्रोपोस्फीयर समाप्त होता है), दाब लगभग 26 hPa होता है।]

ii. Stratosphere (समतापमण्डल):- In the stratosphere, which starts around 10-15 km above the Earth’s surface and extends to around 50 km, the pressure continues to decrease but at a slower rate than in the troposphere. The temperature also stabilizes or even increases with height due to the absorption of ultraviolet radiation.

(समताप मंडल में, जो पृथ्वी की सतह से लगभग 10-15 किमी ऊपर शुरू होता है और लगभग 50 किमी तक फैला होता है, दबाव कम होता रहता है लेकिन क्षोभमंडल की तुलना में धीमी गति से। पराबैंगनी विकिरण के अवशोषण के कारण ऊंचाई के साथ तापमान भी स्थिर हो जाता है या बढ़ भी जाता है।)

iii. Exponential Decrease (घातांकीय गिरावट):- The relationship between pressure and altitude is not linear but exponential. This means that a small increase in altitude near sea level leads to a noticeable decrease in pressure, while higher up (e.g., at 20 km), the pressure approaches very low values and decreases more slowly.

[दबाव और ऊंचाई के बीच संबंध रैखिक नहीं बल्कि चरघातांकीय है। इसका मतलब यह है कि समुद्र तल के पास ऊंचाई में थोड़ी वृद्धि से दबाव में उल्लेखनीय कमी आती है, जबकि ऊपर (उदाहरण के लिए, 20 किमी पर), दबाव बहुत कम मानों तक पहुंचता है और धीरे-धीरे कम हो जाता है।]

d. Formula for Approximate Pressure Decrease:- A simpler approximation for the pressure P at a height h (in kilometers) in the lower atmosphere (for altitudes below 11 km) is:

[निचले वायुमंडल में ऊंचाई h (किलोमीटर में) पर दबाव P के लिए एक सरल अनुमान (11 किमी से नीचे की ऊंचाई के लिए) है:]

Where (जहाँ):

P0 is the sea-level pressure (1013.25 hPa)

[P0 समुद्र-स्तर का दबाव (1013.25 hPa) है]

h is the height in kilometers

(h किलोमीटर में ऊँचाई है)

H is the scale height of the atmosphere (about 8.5 km).

[H वायुमंडल की स्केल ऊंचाई (लगभग 8.5 किमी) है।]

Note (नोट):- In practice, atmospheric pressure is measured using a barometer and the changes in pressure can be used to predict weather patterns, such as storm systems, by observing rising or falling pressures over time.

(व्यवहार में, वायुमंडलीय दबाव को बैरोमीटर का उपयोग करके मापा जाता है और दबाव में परिवर्तन का उपयोग समय के साथ बढ़ते या घटते दबाव को देखकर मौसम के पैटर्न, जैसे तूफान प्रणालियों की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है।)