AGRO PATH FINDER

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ICAR 6th Deans’ Committee • SKNAU Jobner

Degree & Semester B.Sc. (Hons.) Ag. | Sem V

Course Code AGMET 311 (2+1)

Course Title Introduction to Agro-meteorology

Lecture Number Lecture 10 of 16

व्याख्यान 10: संघनन की प्रक्रिया; ओस, कोहरा, कुहासा, पाला एवं मेघों का निर्माण

Lecture 10: Process of condensation; Formation of dew, fog, mist, frost and clouds

अध्ययन उद्देश्य (Learning Objectives)

इस व्याख्यान (Lecture 10) के गहन अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक एवं व्यावहारिक अवधारणाओं में दक्षता प्राप्त करेंगे:

संघनन की ऊष्मागतिकी (Thermodynamics of Condensation): वायुमंडल में अदृश्य जलवाष्प (Water Vapour) के द्रव जल-बूंदों (Liquid Droplets) अथवा हिम-क्रिस्टलों (Ice Crystals) में रूपांतरण की भौतिक प्रक्रिया, गुप्त ऊष्मा के विमोचन (Release of Latent Heat) तथा संतृप्ति (Saturation) की आवश्यक शर्तों को समझना।
शीतलन कार्यविधियाँ एवं आर्द्रताग्राही नाभिक (Cooling Mechanisms & Hygroscopic Nuclei): रुद्धोष्म शीतलन (Adiabatic Cooling) एवं अ-रुद्धोष्म शीतलन (Non-adiabatic/Diabatic Cooling — विकिरण, संपर्क एवं अभिवहन शीतलन) तथा संघनन नाभिकों (Condensation Nuclei) की अनिवार्य भूमिका का विश्लेषण करना।
धरातलीय संघनन के रूप (Surface Condensation Forms — Dew & Frost): ओस (Dew) एवं पाला (Frost — श्वेत/रवेदार पाला एवं कृष्ण पाला) के निर्माण की अनुकूल परिस्थितियों, डुडवेनी ओस मापी (Duvdevani Optical Dew Gauge) तथा रबी फसलों में इनके लाभ-हानि को समझना।
निम्न-स्तरीय मुक्त वायु संघनन (Near-Surface Free Air Condensation — Fog, Mist & Smog): कोहरा (Fog — विकिरण, अभिवहन, आरोहण एवं वाताग्री कोहरा), कुहासा (Mist) एवं धूम-कोहरा (Smog) की निर्माण प्रक्रिया और विश्व मौसम विज्ञान संगठन (WMO) के दृश्यता मानकों (Visibility Criteria — 1 km सीमा) का स्पष्ट अंतर जानना।
उच्च-स्तरीय संघनन एवं मेघ निर्माण (Upper-Level Condensation & Cloud Formation): उत्थापन संघनन स्तर (Lifting Condensation Level – LCL) तथा ऊर्ध्वाधर आरोहण की चार प्रमुख प्रक्रियाओं (संवहनीय, पर्वतकृत, चक्रवाती/वाताग्री एवं विक्षोभ उत्थापन) द्वारा मेघ निर्माण के आधार को आत्मसात करना।

प्रस्तावना (Introduction)

पिछले व्याख्यान (Lecture 09) में हमने अध्ययन किया कि सूर्य की विकिरण ऊर्जा से महासागरों, जलाशयों, मृदा एवं वनस्पतियों से जल का वाष्पीकरण (Evaporation) एवं वाष्पोत्सर्जन (Transpiration) होकर वायुमंडल में अदृश्य जलवाष्प (Water Vapour) के रूप में प्रवेश होता है। किंतु यह जलवाष्प पुनः पृथ्वी के धरातल और फसलों को तभी प्राप्त हो सकती है जब यह गैसीय अवस्था से द्रव (Liquid) अथवा ठोस (Solid) अवस्था में परिवर्तित हो। वायुमंडल में जलवाष्प के पुनः द्रव जल की सूक्ष्म बूंदों या हिम-कणों में बदलने की यही मूलभूत प्रक्रिया संघनन (Condensation) कहलाती है।

जलचक्र (Hydrological Cycle) में वाष्पीकरण और वर्षण (Precipitation) के बीच की सबसे महत्त्वपूर्ण कड़ी संघनन ही है। बिना संघनन के न तो आकाश में बादल (Clouds) बन सकते हैं और न ही वर्षा संभव है। कृषि मौसम विज्ञान (Agro-meteorology) में संघनन के विभिन्न रूपों—जैसे ओस (Dew), पाला (Frost), कोहरा (Fog), कुहासा (Mist) और मेघ (Clouds)—का सीधा प्रभाव फसलों की जल-माँग, पत्तियों की आर्द्रता अवधि (Leaf Wetness Duration – LWD), पादप रोगों के प्रकोप (जैसे आलू व टमाटर का झुलसा रोग तथा सरसों का सफेद रोली रोग) और शीतकालीन पाला क्षति (Frost Injury) पर पड़ता है।

कृषि मौसम वैज्ञानिक महत्त्व (Agro-meteorological Significance)

शुष्क एवं अर्ध-शुष्क क्षेत्रों (जैसे राजस्थान) में शीतकालीन रबी फसलों—चना (Chickpea), सरसों (Mustard) एवं बारानी गेहूँ—के लिए ओस (Dew) जीवनदायिनी नमी का कार्य करती है, जबकि तापमान 0°C से नीचे गिरने पर बनने वाला पाला (Frost) कुछ ही घंटों में सरसों, जीरा, धनिया, आलू एवं टमाटर की खड़ी फसल को नष्ट कर सकता है।

प्रमुख शब्दावली (Key Terminology — Hindi with English Terms)

संघनन (Condensation): वह भौतिक प्रक्रिया जिसमें वायुमंडलीय जलवाष्प (Water Vapour – Gas) शीतलन द्वारा अपनी गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Condensation ≈ 597.3 cal/g at 0°C) मुक्त करके द्रव जल की बूंदों (Liquid Water Droplets) में परिवर्तित हो जाती है।
निक्षेपण या ऊर्ध्वपातन-संघनन (Deposition / Sublimation): जब वायु का ओसांक तापमान हिमांक (Freezing Point, 0°C) से नीचे होता है, तब जलवाष्प बिना द्रव अवस्था में आए सीधे ठोस हिम-क्रिस्टलों (Ice Crystals / Hoar Frost) में बदल जाती है; इसे निक्षेपण (Deposition) या मौसम विज्ञान में प्रायः ऊर्ध्वपातन (Sublimation) कहा जाता है।
ओसांक तापमान (Dew Point Temperature – T_d): वह क्रांतिक तापमान जिस पर नियत वायुदाब एवं नियत जलवाष्प मात्रा पर किसी वायुराशि को ठंडा करने पर वह पूर्णतः संतृप्त (100% Relative Humidity) हो जाती है और उससे नीचे ठंडा करने पर संघनन प्रारंभ हो जाता है।
तुषारांक या हिमांक बिंदु (Frost Point): जब वायु का संतृप्ति तापमान 0°C या उससे नीचे (≤ 0°C) होता है, तो उस संतृप्ति तापमान को ओसांक के स्थान पर तुषारांक (Frost Point) कहते हैं।
आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Condensation Nuclei – CCN): वायुमंडल में निलंबित सूक्ष्म कण (0.1 से 10 μm व्यास)—जैसे समुद्री नमक के कण (Sea Salt – NaCl, MgCl₂), सल्फेट (SO₄^2-), नाइट्रेट एवं दहन के धुएँ के कण—जो जल के प्रति उच्च आकर्षण (Water Affinity) रखते हैं और जिन पर जलवाष्प सुगमता से संघनित होती है।
ओस (Dew): स्वच्छ, शांत रात्रियों में पार्थिव विकिरण (Terrestrial Radiation) द्वारा ठंडी हुई धरातलीय वस्तुओं (घास, पत्तियों, धातु आदि) की सतह का तापमान जब ओसांक (T_d > 0°C) से नीचे चला जाता है, तो उन पर जमने वाली छोटी-छोटी जल-बूंदें ओस कहलाती हैं।
पाला या तुषार (Frost / Hoar Frost): जब रात्रि में धरातल या पौधों की पत्तियों का तापमान ओसांक एवं हिमांक दोनों (0°C या 32°F) से नीचे चला जाता है, तो जलवाष्प सीधे सफेद बर्फीले रवों (White Ice Crystals) के रूप में पत्तियों पर जम जाती है, जिसे श्वेत पाला (White / Hoar Frost) कहते हैं।
कृष्ण पाला (Black Frost / Dry Freeze): जब हवा में नमी अत्यंत कम हो (ओसांक तापमान बहुत नीचे हो) और वायु का तापमान अचानक 0°C से काफी नीचे गिर जाए, तो सतह पर सफेद बर्फ की परत जमे बिना ही पौधों की कोशिकाओं का आंतरिक जीवद्रव्य व कोशिका रस जम जाता है, जिससे पत्तियाँ झुलसकर काली पड़ जाती हैं; इसे कृष्ण पाला कहते हैं।
कोहरा (Fog): धरातल के ठीक समीप की वायु में निलंबित अत्यंत सूक्ष्म जल-बूंदों (व्यास 1 से 20 μm) का ऐसा सघन बादल, जिससे क्षैतिज दृश्यता (Horizontal Visibility) घटकर 1 किलोमीटर (1000 मीटर) से कम रह जाती है।
कुहासा या धुंध (Mist): धरातल के समीप वायु में निलंबित सूक्ष्म जल-बूंदों का अपेक्षाकृत हल्का आवरण, जिसमें क्षैतिज दृश्यता 1 किलोमीटर से अधिक किंतु 2 किलोमीटर से कम (1000 m – 2000 m) होती है तथा सापेक्षिक आर्द्रता प्रायः 70% से 95% के बीच रहती है।
धूम-कोहरा (Smog = Smoke + Fog): कोहरे (Fog) की सूक्ष्म बूंदों के साथ औद्योगिक/वाहनों के धुएँ (Smoke), सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂), नाइट्रोजन ऑक्साइड (NO_x) एवं धूल कणों के मिश्रण से बना विषैला और अपारदर्शी वायुमंडलीय आवरण। (शब्द प्रस्तावक: डॉ. हेनरी एंटोनी डेस वोएक्स, 1905)।
उत्थापन संघनन स्तर (Lifting Condensation Level – LCL): वायुमंडल में वह ऊँचाई जहाँ धरातल से ऊपर उठती हुई असंतृप्त वायुराशि शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर (DALR = 9.8°C/km) से ठंडी होते हुए अपने ओसांक तापमान (T_d) तक पहुँचकर संतृप्त हो जाती है और बादल का आधार (Cloud Base) बनाती है।

विस्तृत अध्ययन सामग्री (Detailed Study Notes)

4.1 संघनन की प्रक्रिया एवं आवश्यक शर्तें (Process of Condensation and Essential Conditions)

वायुमंडल में जलवाष्प (Water Vapour) का द्रव जल (Liquid Water) में रूपांतरण संघनन (Condensation) कहलाता है। जब वाष्पीकरण होता है, तो जल लगभग 597.3 कैलोरी प्रति ग्राम (0°C पर) अथवा 540 कैलोरी प्रति ग्राम (100°C पर) गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Vaporization) अवशोषित करता है। इसके ठीक विपरीत, जब जलवाष्प संघनित होकर जल की बूंदों में बदलती है, तो उतनी ही मात्रा में संघनन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Condensation) वायुमंडल में मुक्त होती है। यही मुक्त ऊष्मा ऊपर उठती हुई वायुराशि को अतिरिक्त उछाल (Buoyancy) प्रदान करती है और कपासी-वर्षी मेघों (Cumulonimbus Clouds) तथा चक्रवातों को ऊर्जा देती है।

संघनन के लिए दो अनिवार्य शर्तें (Two Pre-requisites for Atmospheric Condensation):

वायु का संतृप्ति (Saturation) अथवा ओसांक (Dew Point) तक पहुँचना: वायु में संघनन तभी प्रारंभ होता है जब उसकी सापेक्षिक आर्द्रता (Relative Humidity – RH) 100% हो जाए अर्थात् वास्तविक वाष्प दाब (Actual Vapour Pressure, $e_a$) संतृप्ति वाष्प दाब (Saturation Vapour Pressure, $e_s$) के बराबर ($e_a = e_s$) हो जाए। यह स्थिति दो प्रकार से आ सकती है:
- वायु में बाहर से अतिरिक्त जलवाष्प जोड़कर (प्रकृति में यह प्रक्रिया धीमी और गौण है)।
- वायु के तापमान को घटाकर उसके ओसांक तापमान ($T_d$) तक या उससे नीचे ठंडा करके: चूँकि क्लॉसियस-क्लैपेरॉन समीकरण (Clausius-Clapeyron Equation) के अनुसार तापमान घटने पर वायु की जलवाष्प धारण क्षमता ($e_s$) चरघातांकी रूप से घटती है, अतः प्रकृति में 99% से अधिक संघनन वायु के शीतलन (Cooling of Air) द्वारा ही होता है।
आर्द्रताग्राही संघनन नाभिकों (Hygroscopic Condensation Nuclei – CCN) की उपस्थिति: यदि वायु पूर्णतः शुद्ध (धूल एवं कण-रहित) हो, तो केल्विन के वक्रता प्रभाव (Kelvin’s Curvature Effect) के कारण अत्यधिक सूक्ष्म बूंद के पृष्ठ तनाव (Surface Tension) से उत्पन्न वाष्प दाब बहुत अधिक होता है और शुद्ध वायु में 300%–400% अति-संतृप्ति (Supersaturation) के बिना स्वतः संघनन (Homogeneous Nucleation) नहीं हो सकता। वास्तविक वायुमंडल में सूक्ष्म ठोस/द्रव कण—जिन्हें संघनन नाभिक (Condensation Nuclei) कहते हैं—चपटी सतह उपलब्ध कराते हैं जिससे मात्र 100% (या 98%–100.5%) सापेक्षिक आर्द्रता पर ही विषमांगी संघनन (Heterogeneous Nucleation) प्रारंभ हो जाता है।

आर्द्रताग्राही एवं गैर-आर्द्रताग्राही नाभिकों का वर्गीकरण (Classification of Condensation Nuclei):

आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Nuclei): इनमें जल के प्रति रासायनिक आकर्षण (Affinity for Water) होता है। इसके कारण सापेक्षिक आर्द्रता 100% से कुछ कम (यथा 75%–90%) होने पर भी इन पर संघनन शुरू हो जाता है (राउल्ट का विलयन प्रभाव — Raoult’s Solute Effect)। प्रमुख उदाहरण: समुद्री झाग से निकले सोडियम क्लोराइड ($\text{NaCl}$) एवं मैग्नीशियम क्लोराइड ($\text{MgCl}_2$) के कण, ज्वालामुखी व औद्योगिक दहन से बने सल्फर डाइऑक्साइड ($\text{SO}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$ / सल्फेट कण) तथा नाइट्रिक अम्ल/नाइट्रेट के कण।
गैर-आर्द्रताग्राही नाभिक (Non-hygroscopic Nuclei): ये जल में अघुलनशील होते हैं और इन पर संघनन के लिए 100% या थोड़ी अति-संतृप्ति आवश्यक होती है। उदाहरण: मृदा धूल कण (Clay/Silica Dust), परागकण (Pollen Grains), बिना जला कार्बन (Soot)।
आकार के आधार पर ऐरोसॉल/नाभिक वर्गीकरण (Junge’s Size Classification):
- ऐटकेन नाभिक (Aitken Nuclei): त्रिज्या $r < 0.1\ \mu\text{m}$ (संख्या सर्वाधिक, किंतु मेघ संघनन में कम प्रभावी)।
- बड़े नाभिक (Large Nuclei): त्रिज्या $0.1\ \mu\text{m}$ से $1.0\ \mu\text{m}$ (मेघ निर्माण में अत्यधिक सक्रिय)।
- विशाल नाभिक (Giant Nuclei): त्रिज्या $r > 1.0\ \mu\text{m}$ (समुद्री नमक कण, जो बड़ी मेघ-बूंदों एवं कोष्ण वर्षा में मुख्य भूमिका निभाते हैं)।

4.2 वायुमंडलीय शीतलन की विधियाँ (Mechanisms of Atmospheric Cooling for Condensation)

वायुमंडल में किसी वायुराशि का तापमान ओसांक ($T_d$) तक गिराने वाली प्रक्रियाओं को दो मुख्य वर्गों में बाँटा जाता है:

अ-रुद्धोष्म या डायबैटिक शीतलन (Non-Adiabatic / Diabatic Cooling): इसमें वायुराशि और उसके बाह्य वातावरण के बीच ऊष्मा का आदान-प्रदान होता है। यह मुख्यतः धरातल के समीप होता है और ओस (Dew), पाला (Frost), कोहरा (Fog) एवं कुहासा (Mist) का निर्माण करता है:
- विकिरण शीतलन (Radiational Cooling): रात्रि में पृथ्वी के धरातल एवं वनस्पतियों से दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरण (Long-wave Terrestrial Radiation) का अंतरिक्ष में ह्रास होने से सतह और संपर्क की वायु ठंडी होती है।
- संपर्क या चालन शीतलन (Contact / Conductive Cooling): जब कोष्ण एवं आर्द्र वायु किसी पहले से ठंडी धरातलीय सतह (बर्फ, ठंडी मृदा या ठंडी जलधारा) के संपर्क में आती है, तो चालन (Conduction) द्वारा अपनी ऊष्मा खो देती है।
- क्षैतिज अभिवहन एवं मिश्रण शीतलन (Advective & Mixing Cooling): जब एक कोष्ण-आर्द्र वायुराशि क्षैतिज रूप से चलकर किसी ठंडे क्षेत्र के ऊपर पहुँचती है अथवा दो भिन्न तापमान वाली संतृप्त वायुराशियाँ आपस में मिलती हैं।
रुद्धोष्म शीतलन (Adiabatic Cooling): इसमें वायुराशि और बाह्य वातावरण के बीच ऊष्मा का कोई आदान-प्रदान ($\Delta Q = 0$) नहीं होता। जब वायु किसी कारण (संवहन, पर्वत अवरोध, चक्रवात या वाताग्र) से ऊपर उठती है, तो ऊँचाई के साथ वायुमंडलीय दाब घटने से वायु फैलती (Adiabatic Expansion) है। इस प्रसार कार्य में वायु की आंतरिक ऊर्जा खर्च होती है और उसका तापमान शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर (DALR = 9.8°C/km) की दर से गिरता है। यही प्रक्रिया समस्त मेघों (Clouds) और वर्षण (Precipitation) के निर्माण के लिए उत्तरदायी है।

4.3 ओस का निर्माण एवं कृषि में महत्त्व (Formation of Dew and Its Agricultural Role)

परिभाषा एवं प्रक्रिया: ओस (Dew) संघनन का वह धरातलीय रूप है जिसमें वायुमंडलीय जलवाष्प सीधे धरातल पर स्थित ठंडी वस्तुओं—जैसे फसलों की पत्तियों, घास के तिनकों, फूलों की पंखुड़ियों, पत्थरों एवं धातु की सतहों—पर छोटी-छोटी चमकदार जल-बूंदों के रूप में जमा हो जाती है। रात्रि में जब पार्थिव विकिरण के कारण पत्तियों एवं घास की सतह का तापमान तेजी से गिरकर संलग्न वायु के ओसांक तापमान ($T_d$) से नीचे चला जाता है, परंतु यह तापमान हिमांक ($0^\circ\text{C}$ या $32^\circ\text{F}$) से ऊपर ($T_{\text{surface}} \le T_d$ एवं $T_d > 0^\circ\text{C}$) रहता है, तब पत्तियों के संपर्क में आने वाली वायु की जलवाष्प संघनित होकर बूंदों में बदल जाती है।

ओस निर्माण के लिए अनुकूल मौसम परिस्थितियाँ (Favourable Conditions for Dew Formation):

स्वच्छ एवं मेघ-रहित आकाश (Clear and Cloudless Sky): यदि आकाश में बादल हों, तो वे पार्थिव दीर्घ-तरंग विकिरण को अवशोषित कर पुनः पृथ्वी की ओर परावर्तित (Counter-radiation) कर देते हैं जिससे धरातल ठंडा नहीं हो पाता। स्वच्छ आकाश होने पर पार्थिव विकिरण निर्बाध रूप से अंतरिक्ष में चला जाता है और पत्तियाँ तेजी से ठंडी होती हैं।
शांत वायु या अत्यंत मंद पवन (Calm Air or Very Light Wind: 1–3 km/hr): यदि हवा तेज चलेगी, तो ऊपरी गर्म हवा और निचली ठंडी हवा का मिश्रण (Turbulent Mixing) हो जाएगा जिससे पत्तियों का तापमान ओसांक तक नहीं गिर पाएगा। किंतु पूर्णतः शून्य पवन की तुलना में हल्की हलचल (1–3 km/hr) पत्तियों के पास नई आर्द्र वायु लाती रहती है जिससे अधिक ओस जमती है।
संध्या समय धरातल के पास उच्च सापेक्षिक आर्द्रता (High Relative Humidity near Surface): वायु में पर्याप्त नमी (RH > 75%–80%) होने पर थोड़ा-सा तापमान गिरते ही ओसांक आ जाता है।
लंबी शीतकालीन रात्रियाँ (Long Winter Nights): रबी ऋतु (अक्टूबर से फरवरी) में रातें लंबी होने के कारण विकिरण शीतलन के लिए पर्याप्त समय मिलता है।
ऊष्मा की कुचालक एवं अच्छी विकिरक सतहें (Good Radiators & Poor Conductors of Heat): पौधों की पत्तियाँ और घास की पत्तियाँ कृष्णिका (Blackbody, $\varepsilon \approx 0.96 – 0.98$) की भाँति ऊष्मा का तेजी से उत्सर्जन करती हैं और मृदा से ऊष्मा का चालन धीमा होने के कारण पत्थर/सड़क की तुलना में घास और पत्तियों पर ओस सबसे अधिक जमती है।

ओस बनाम बिंदुस्राव (Dew vs. Guttation — एक महत्त्वपूर्ण अंतर)

प्रातःकाल पत्तियों पर दिखने वाली हर बूंद ओस नहीं होती! ओस (Dew) वायुमंडलीय जलवाष्प के संघनन से पत्ती की पूरी ऊपरी सतह पर समान रूप से छोटी-छोटी बूंदों के रूप में बनती है और यह शुद्ध आसुत जल (Pure Water) होती है। इसके विपरीत, बिंदुस्राव (Guttation) उच्च मृदा नमी एवं मूल दाब (Root Pressure) के कारण पौधे के जाइलम रस का पत्तियों के किनारों या सिरों पर स्थित जलरंध्रों (Hydathodes) से बाहर निकलना है; इसमें लवण, शर्करा एवं अमीनो अम्ल घुले होते हैं और यह केवल पत्ती के किनारों/नोक पर मोती जैसी बूंदों में दिखाई देता है।

ओस का मापन — डुडवेनी प्रकाशीय ओस मापी (Measurement of Dew — Duvdevani Optical Dew Gauge):

कृषि मौसम वेधशालाओं में ओस की मात्रा मापने के लिए एस. डुडवेनी (S. Duvdevani, 1947 — इज़राइल) द्वारा विकसित डुडवेनी ओस मापी (Duvdevani Dew Gauge) का मानक उपयोग किया जाता है।

संरचना: यह विशेष लाल-भूरे रंग के लेप (Red Oxide Paint) से रंगा हुआ एक आयताकार मानक लकड़ी का गुटका (Wooden Block) होता है, जिसकी मानक विमाएँ $32\text{ cm} \times 5\text{ cm} \times 2.5\text{ cm}$ होती हैं।
स्थापना एवं कार्यविधि: इसे सूर्यास्त के समय खुले खेत या वेधशाला में धरातल से 1 मीटर (100 cm) की ऊँचाई पर (अथवा फसल वितान की ऊँचाई पर) क्षैतिज रूप से रखा जाता है। रात भर इस पर ओस जमती है।
पठन (Reading): सूर्योदय से ठीक पूर्व लकड़ी के गुटके पर बनी ओस की बूंदों के आकार, वितरण और घनत्व की तुलना डुडवेनी द्वारा तैयार 8 मानक प्रकाशीय फोटोग्राफों (Standard Optical Photographs: Scale 0 से 8) की एल्बम से की जाती है और इसे मिलीमीटर (mm of Dew — 0.02 mm से 0.45 mm प्रति रात्रि) में परिवर्तित कर लिया जाता है।

4.4 पाला या तुषार: निर्माण, प्रकार एवं फसल क्षति (Formation of Frost, Types & Crop Injury)

परिभाषा एवं वैज्ञानिक प्रक्रिया: जब रात्रि में विकिरण शीतलन अथवा ध्रुवीय ठंडी हवाओं के आगमन से धरातल एवं फसलों की पत्तियों का तापमान ओसांक तापमान ($T_d$) के साथ-साथ जल के हिमांक बिंदु ($0^\circ\text{C}$ या $32^\circ\text{F}$) से भी नीचे गिर जाता है, तब पाला (Frost) पड़ता है। जब संतृप्ति तापमान $0^\circ\text{C}$ से नीचे होता है, तो उसे तुषारांक (Frost Point) कहते हैं। इस अवस्था में जलवाष्प द्रव बूंदों में बदले बिना सीधे निक्षेपण/ऊर्ध्वपातन (Deposition / Sublimation) द्वारा बर्फ के बारीक सफेद रवों या क्रिस्टलों (Ice Crystals) में परिवर्तित हो जाती है।

पाले के प्रमुख प्रकार (Classification of Frost):

दिखने एवं आर्द्रता के आधार पर (Based on Appearance & Humidity):
- श्वेत पाला या रवेदार तुषार (White Frost / Hoar Frost): जब वायु में पर्याप्त जलवाष्प उपस्थित हो और तुषारांक (Frost Point) $0^\circ\text{C}$ से थोड़ा नीचे हो, तो रात्रि में तापमान $0^\circ\text{C}$ से नीचे जाने पर पत्तियों, टहनियों एवं घास पर सफेद पंख जैसे बर्फीले रवों (Feathery White Ice Crystals) की स्पष्ट परत जम जाती है। इसमें निक्षेपण की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Deposition ≈ 677 cal/g) मुक्त होने से पौधे के आंतरिक तापमान में गिरावट कुछ हद तक धीमी पड़ती है।
- कृष्ण पाला या शुष्क पाला (Black Frost / Dry Freeze / Killing Frost): जब वायु अत्यंत शुष्क हो (सापेक्षिक आर्द्रता बहुत कम हो तथा ओसांक तापमान बहुत नीचे, जैसे $-8^\circ\text{C}$ या $-10^\circ\text{C}$ हो) और वायु का तापमान गिरकर $-2^\circ\text{C}$ से $-4^\circ\text{C}$ हो जाए, तब वायु अपने ओसांक तक नहीं पहुँच पाती। फलस्वरूप पत्तियों के बाहर सफेद बर्फ का एक भी कण नहीं जमता, किंतु अत्यधिक ठंड से पौधे की कोशिकाओं के भीतर का जल (Intracellular & Intercellular Sap) जम जाता है। कोशिका भित्ति फटने और जीवद्रव्य के निर्जलीकरण से अगले दिन धूप निकलते ही पत्तियाँ व तने काले (Blackened & Necrotic) पड़कर सूख जाते हैं। कृषि के लिए कृष्ण पाला, श्वेत पाले की तुलना में कहीं अधिक घातक (More Destructive) होता है।
उत्पत्ति की मौसम वैज्ञानिक प्रक्रिया के आधार पर (Based on Meteorological Mechanism):
- विकिरण पाला (Radiation Frost): यह स्वच्छ आकाश, शांत पवन, शुष्क वायु और रात्रि में तीव्र पार्थिव विकिरण ह्रास के कारण धरातलीय तापीय व्युत्क्रमण (Surface Temperature Inversion) बनने से उत्पन्न होता है। यह स्थानीय प्रकृति का होता है और निचली घाटियों/गड्ढों (Frost Pockets/Hollows) में ठंडी-भारी हवा के एकत्र होने से अधिक गंभीर होता है। उत्तर-पश्चिमी भारत (राजस्थान, हरियाणा, पंजाब) में दिसंबर–जनवरी में पड़ने वाला पाला मुख्यतः विकिरण पाला ही होता है।
- अभिवहन पाला (Advection Frost / Wind Frost): जब उच्च अक्षांशों या हिमालय के हिमाच्छादित क्षेत्रों से हिमांक से नीचे तापमान वाली बर्फीली हवाएँ (Sub-zero Cold Air Masses / Cold Waves) मध्यम से तेज गति के साथ मैदानी क्षेत्रों में प्रवेश करती हैं, तो इसे अभिवहन पाला कहते हैं। यह बादल होने या हवा चलने पर भी पड़ सकता है और बड़े भू-भाग को प्रभावित करता है।

4.5 कोहरा: निर्माण प्रक्रिया एवं प्रकार (Formation and Classification of Fog)

परिभाषा: वैज्ञानिक दृष्टि से कोहरा (Fog) धरातल पर टिका हुआ एक स्तरी मेघ (Stratus Cloud resting on the ground) ही है। जब धरातल के समीप की वायु परत का तापमान उसके ओसांक ($T_d$) तक ठंडा हो जाता है, तो वायु में उपस्थित आर्द्रताग्राही नाभिकों पर जलवाष्प संघनित होकर अत्यंत सूक्ष्म जल-बूंदों (व्यास 1 से 20 माइक्रोमीटर, $\mu\text{m}$) के रूप में हवा में तैरने लगती है। विश्व मौसम विज्ञान संगठन (WMO) के अंतरराष्ट्रीय मानक के अनुसार, जब इन निलंबित जल-बूंदों के कारण धरातल पर क्षैतिज दृश्यता (Horizontal Visibility) घटकर 1 किलोमीटर (1000 मीटर) से कम रह जाती है और सापेक्षिक आर्द्रता लगभग 95% से 100% होती है, तब इसे कोहरा (Fog) कहा जाता है।

कोहरे के प्रमुख प्रकार (Major Types of Fog):

विकिरण कोहरा (Radiation Fog / Ground Fog):
- निर्माण प्रक्रिया: यह स्वच्छ आकाश, लंबी शीतकालीन रात्रि, उच्च सापेक्षिक आर्द्रता (जैसे सिंचाई या वर्षा के बाद की नमी) और अत्यंत हल्की पवन (2 से 5 km/hr) की स्थिति में पार्थिव विकिरण शीतलन तथा तापीय व्युत्क्रमण (Temperature Inversion) के कारण बनता है। (यदि हवा बिल्कुल शांत 0 km/hr हो तो केवल ओस जमेगी, कोहरा ऊपर नहीं फैलेगा; यदि हवा > 10 km/hr हो तो ऊर्ध्वाधर मिश्रण से कोहरा छँट जाएगा)।
- विशेषता: यह सूर्योदय के समय सर्वाधिक घना होता है और धूप निकलने पर 2–4 घंटे में नीचे से ऊपर की ओर वाष्पित होकर समाप्त (Burn-off) हो जाता है। उत्तर भारत के सिंधु-गंगा के मैदानों (Indo-Gangetic Plains) और पूर्वी राजस्थान में दिसंबर–जनवरी में छाने वाला कोहरा मुख्यतः विकिरण कोहरा है।
अभिवहन कोहरा (Advection Fog):
- निर्माण प्रक्रिया: जब कोष्ण एवं आर्द्र वायुराशि (Warm and Moist Air Mass) क्षैतिज रूप से प्रवाहित होकर किसी ठंडी सतह (जैसे ठंडी महासागरीय जलधारा या बर्फ से ढकी भूमि) के ऊपर से गुजरती है, तो नीचे से संपर्क शीतलन द्वारा उसका तापमान ओसांक से नीचे गिर जाता है और अत्यंत घना व व्यापक कोहरा बनता है।
- उदाहरण: कनाडा के न्यूफाउंडलैंड (Newfoundland / Grand Banks) के पास जहाँ कोष्ण गल्फ स्ट्रीम (Warm Gulf Stream) और ठंडी लैब्राडोर धारा (Cold Labrador Current) मिलती हैं, वहाँ विश्व का सबसे घना अभिवहन कोहरा बनता है। यह अपेक्षाकृत तेज हवा (10–25 km/hr) में भी बना रहता है और कई दिनों तक टिकता है।
आरोहण कोहरा या ढाल कोहरा (Upslope Fog): जब आर्द्र वायु पहाड़ी ढालों के सहारे धीरे-धीरे ऊपर चढ़ती है, तो रुद्धोष्म शीतलन (Adiabatic Cooling) द्वारा ओसांक तक पहुँचकर पहाड़ी ढलानों पर कोहरा बनाती है।
वाष्प कोहरा या समुद्री धुआँ (Steam Fog / Evaporation Fog / Arctic Sea Smoke): जब अत्यंत ठंडी हवा किसी अपेक्षाकृत गर्म जल सतह (झील या नदी) के ऊपर से गुजरती है, तो गर्म जल से तीव्र वाष्पीकरण होता है और वह वाष्प ऊपर की ठंडी हवा में तुरंत संघनित होकर भाप या धुएँ जैसी उठती दिखाई देती है।
वाताग्री कोहरा (Frontal Fog): जब कोष्ण वाताग्र (Warm Front) के सहारे ऊपर उठती गर्म हवा से गिरने वाली वर्षा की बूंदें नीचे स्थित ठंडी वायुराशि से गुजरते समय आंशिक रूप से वाष्पित होकर ठंडी हवा को संतृप्त कर देती हैं, तो वाताग्री कोहरा बनता है।

4.6 कुहासा (Mist), धुंध (Haze) एवं धूम-कोहरा (Smog)

कुहासा (Mist): कुहासा भी कोहरे की भाँति धरातल के समीप सूक्ष्म जल-बूंदों (व्यास 1–10 $\mu\text{m}$) के निलंबन से ही बनता है, किंतु इसमें बूंदों की सघनता कम होती है। WMO मानक के अनुसार, जब क्षैतिज दृश्यता 1 किलोमीटर (1000 m) से अधिक किंतु 2 किलोमीटर (2000 m) से कम होती है तथा सापेक्षिक आर्द्रता प्रायः 70% से 95% के मध्य होती है, तब उसे कुहासा (Mist) कहते हैं। यह प्रायः प्रातःकाल एवं सायंकाल खेतों और जलाशयों के ऊपर पतली सफेद चादर के रूप में दिखाई देता है।
शुष्क धुंध (Haze): जब वायुमंडल में दृश्यता घटने का कारण जल-बूंदें नहीं, अपितु शुष्क धूल कण (Dust), लवण कण, परागकण एवं धुएँ के कण होते हैं (सापेक्षिक आर्द्रता < 70% तथा दृश्यता 2 km से 5 km), तो उसे शुष्क धुंध (Haze) कहते हैं।
धूम-कोहरा (Smog = Smoke + Fog): औद्योगिक नगरों एवं पराली दहन (Crop Residue Burning) वाले क्षेत्रों में शीतकालीन तापीय व्युत्क्रमण के समय जब कोहरे की जल-बूंदें धुएँ के कणों (Particulate Matter $\text{PM}_{2.5}, \text{PM}_{10}$), सल्फर डाइऑक्साइड ($\text{SO}_2$) एवं नाइट्रोजन ऑक्साइड ($\text{NO}_x$) के साथ मिल जाती हैं, तो पीले-भूरे या काले रंग का विषैला धूम-कोहरा बनता है। यह दो प्रकार का होता है:
- लंदन या क्लासिकल स्मॉग (Sulfurous / Reducing Smog): शीत ऋतु में कोयले के दहन से निकली $\text{SO}_2$ एवं कोहरे से निर्मित (अपचायक प्रकृति)।
- लॉस एंजिल्स या प्रकाश-रासायनिक स्मॉग (Photochemical / Oxidizing Smog): सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में वाहनों के हाइड्रोकार्बन और $\text{NO}_x$ की अभिक्रिया से ओजोन ($\text{O}_3$) तथा पैन ($\text{PAN}$ – Peroxyacetyl Nitrate) के बनने से उत्पन्न (ऑक्सीकारक प्रकृति, जो फसलों के रंध्रों और क्लोरोफिल को गंभीर क्षति पहुँचाता है)।

4.7 मेघों का निर्माण: आधारभूत प्रक्रिया एवं उत्थापन कार्यविधियाँ (Cloud Formation: Fundamental Process & Lifting Mechanisms)

(नोट: मेघों के अंतरराष्ट्रीय वर्गीकरण, कृत्रिम वर्षा एवं मानसून का विस्तृत अध्ययन आगामी Lecture 12 में किया जाएगा; यहाँ पाठ्यक्रम के अनुसार मेघ निर्माण की संघनन प्रक्रिया का अध्ययन प्रस्तुत है।)

मेघ (Cloud) क्या है? धरातल से काफी अधिक ऊँचाई पर मुक्त वायुमंडल (Free Atmosphere) में वायु के रुद्धोष्म शीतलन (Adiabatic Cooling) द्वारा जलवाष्प के संघनन अथवा निक्षेपण से निर्मित सूक्ष्म जल-बूंदों (Cloud Droplets: औसत व्यास 10 से 20 $\mu\text{m}$) अथवा हिम-क्रिस्टलों (Ice Crystals) के विशाल दृश्यमान समूह को मेघ या बादल (Cloud) कहते हैं। चूँकि मेघ-बूंदों का आकार अत्यंत छोटा (10–20 $\mu\text{m}$) होता है और उनकी अंतिम पतन गति (Terminal Velocity) मात्र 1 cm/sec के लगभग होती है, अतः वायु की हल्की ऊर्ध्वाधर धाराएँ (Updrafts) उन्हें आसानी से आकाश में तैराए रखती हैं।

मेघ निर्माण के चरण (Step-by-Step Mechanism of Cloud Formation):

आर्द्र वायु का उत्थापन (Ascent of Moist Air): सूर्य के ताप से गर्म होकर या किसी यांत्रिक बल से धरातल की आर्द्र वायु ऊपर उठती है।
रुद्धोष्म प्रसार एवं शीतलन (Adiabatic Expansion & Cooling): ऊपर उठते समय वायुमंडलीय दाब घटने से वायु का आयतन बढ़ता है और उसका तापमान शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर (DALR = $9.8^\circ\text{C/km}$) से घटता है, जबकि उसका ओसांक तापमान ($T_d$) मात्र लगभग $1.8^\circ\text{C/km}$ की दर से घटता है।
उत्थापन संघनन स्तर (Lifting Condensation Level – LCL) की प्राप्ति: जिस ऊँचाई पर ऊपर उठती वायु का तापमान घटते-घटते उसके ओसांक तापमान के बराबर ($T = T_d$, RH = 100%) हो जाता है, उसे उत्थापन संघनन स्तर (LCL) कहते हैं। यही ऊँचाई बादलों का समतल आधार (Flat Cloud Base) निर्धारित करती है।
मेघ संघनन नाभिकों (CCN) पर संघनन एवं गुप्त ऊष्मा विमोचन: LCL के ऊपर वायु में उपस्थित आर्द्रताग्राही नाभिकों पर जलवाष्प संघनित होकर करोड़ों सूक्ष्म मेघ-बूंदों का निर्माण करती है। इस स्तर के ऊपर वायु आर्द्र रुद्धोष्म ह्रास दर (SALR / MALR ≈ $4^\circ\text{C}$ से $6^\circ\text{C/km}$) की धीमी दर से ठंडी होती है क्योंकि संघनन की गुप्त ऊष्मा वायु को गर्म करती रहती है।

मेघ निर्माण हेतु वायु उत्थापन की 4 प्रमुख विधियाँ (Four Atmospheric Lifting Mechanisms):

संवहनीय उत्थापन (Convective Lifting): धरातल के तीव्र तापन से हवा गर्म और हल्की होकर संवहन धाराओं (Thermals) के रूप में तेजी से ऊपर उठती है और कपासी (Cumulus) एवं कपासी-वर्षी (Cumulonimbus) मेघों का निर्माण करती है।
पर्वतकृत या स्थलाकृतिक उत्थापन (Orographic Lifting): जब आर्द्र पवन के मार्ग में कोई पर्वत श्रृंखला (जैसे पश्चिमी घाट या अरावली/हिमालय) आती है, तो वायु पवन-अभिमुख ढाल (Windward Slope) के सहारे ऊपर उठने को बाध्य होती है और सघन मेघ बनाती है, जबकि पवन-विमुख ढाल (Leeward Slope / Rain-shadow Zone) पर हवा नीचे उतरते समय गर्म होने से मेघ-रहित व शुष्क रहती है।
वाताग्री या चक्रवाती उत्थापन (Frontal / Cyclonic Lifting): जब दो भिन्न तापमान और घनत्व वाली वायुराशियाँ मिलती हैं, तो हल्की कोष्ण वायु भारी ठंडी वायु के ऊपर चढ़ती है (वाताग्री उत्थापन) अथवा निम्न वायुदाब केंद्र (चक्रवात) में चारों ओर से हवाएँ अभिसरित होकर ऊपर उठती हैं, जिससे विस्तृत स्तरी एवं वर्षा-स्तरी (Nimbostratus) मेघ बनते हैं।
यांत्रिक विक्षोभ या भँवर उत्थापन (Mechanical Turbulence / Eddy Lifting): धरातलीय घर्षण के कारण भँवर धाराओं से वायु का निचली परतों में उठना, जिससे प्रायः स्तरी-कपासी (Stratocumulus) मेघ बनते हैं।

वैज्ञानिक आरेख एवं सचित्र व्याख्या (Visual Scientific Diagrams)

चित्र 10.1: वायुमंडल में ऊँचाई, तापमान (0°C सीमा) एवं शीतलन प्रक्रिया के आधार पर संघनन के विभिन्न रूपों (ओस, पाला, कोहरा, कुहासा एवं मेघ) का तुलनात्मक निरूपण

चित्र 10.2: (A) आर्द्रताग्राही संघनन नाभिक (CCN) पर जलवाष्प संघनन की सूक्ष्म क्रियाविधि तथा (B) डुडवेनी प्रकाशीय ओस मापी (Duvdevani Optical Dew Gauge) की संरचना

चित्र 10.3: विकिरण कोहरा (Radiation Fog) एवं अभिवहन कोहरा (Advection Fog) की निर्माण क्रियाविधि एवं विशेषताओं की तुलना

विजुअल माइंड मैप (Visual Mind Map — Lecture 10 Complete Overview)

संपूर्ण व्याख्यान 10 के मुख्य बिंदुओं को एक ही दृष्टि में याद रखने के लिए नीचे 6-शाखाओं वाला इंटरएक्टिव-शैली विजुअल माइंड मैप (SVG) दिया गया है:

चित्र 10.4: व्याख्यान 10 (संघनन की प्रक्रिया; ओस, कोहरा, कुहासा, पाला एवं मेघ निर्माण) का संपूर्ण 6-शाखीय विजुअल माइंड मैप

प्रक्रिया प्रवाह चार्ट (Process Flowcharts)

प्रवाह चार्ट 7.1: धरातलीय विकिरण शीतलन द्वारा ओस, पाला, कोहरा एवं कुहासा निर्माण पथ

स्वच्छ एवं मेघ-रहित शीतकालीन रात्रि + शांत/मंद पवन (0–5 km/hr) + पर्याप्त आर्द्रता

↓

धरातल एवं फसलों की पत्तियों से तीव्र दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरण ह्रास (Radiational Cooling)

↓

संपर्क की वायु का तापमान गिरकर ओसांक तापमान (T ≤ T_d) पर पहुँचना (सापेक्षिक आर्द्रता = 100%)

↓

शाखा 1 (ठंडी सतह पर संपर्क संघनन):
• यदि T_d > 0°C → पत्तियों पर द्रव जल-बूंदें = ओस (Dew)
• यदि T_d ≤ 0°C → सीधे सफेद हिम-क्रिस्टल (Deposition) = श्वेत पाला (Hoar Frost)

↓

शाखा 2 (धरातल के समीप वायु परत में CCN पर निलंबित संघनन):
• यदि क्षैतिज दृश्यता < 1 km (1000 m) एवं RH ~95–100% = कोहरा (Fog)
• यदि क्षैतिज दृश्यता 1 km से 2 km एवं RH ~70–95% = कुहासा (Mist)

प्रवाह चार्ट 7.2: रुद्धोष्म शीतलन द्वारा उच्च-स्तरीय मेघ निर्माण (Cloud Formation) पथ

संवहन / पर्वत अवरोध / वाताग्र / चक्रवात द्वारा धरातल की आर्द्र वायु का ऊर्ध्वाधर उत्थापन (Ascent)

↓

ऊँचाई के साथ वायुदाब में कमी → वायुराशि का रुद्धोष्म प्रसार (Adiabatic Expansion)

↓

शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर (DALR = 9.8°C/km) से तापमान में गिरावट → उत्थापन संघनन स्तर (LCL) की प्राप्ति (T = T_d)

↓

आर्द्रताग्राही मेघ संघनन नाभिकों (CCN: 0.1–10 μm) पर जलवाष्प का संघनन + गुप्त ऊष्मा विमोचन → मेघ निर्माण (Clouds: Droplets 10–20 μm)

तुलनात्मक सारणियाँ (Comparison Tables)

सारणी 8.1: ओस (Dew) एवं पाला (Frost) में वैज्ञानिक अंतर

तुलना का आधार (Basis)	ओस (Dew)	पाला / तुषार (Frost / Hoar Frost)
1. संतृप्ति तापमान (ओसांक/तुषारांक)	ओसांक तापमान हिमांक से ऊपर होता है ($T_d > 0^\circ\text{C}$ या $> 32^\circ\text{F}$)।	तुषारांक तापमान हिमांक के बराबर या नीचे होता है ($T_d \le 0^\circ\text{C}$ या $\le 32^\circ\text{F}$)।
2. प्रावस्था परिवर्तन प्रक्रिया	जलवाष्प (Gas) का द्रव जल-बूंदों (Liquid Droplets) में संघनन (Condensation) होता है।	जलवाष्प (Gas) का बिना द्रव बने सीधे ठोस हिम-क्रिस्टलों (Ice Crystals) में निक्षेपण/ऊर्ध्वपातन (Deposition/Sublimation) होता है।
3. भौतिक स्वरूप	पत्तियों व घास पर पारदर्शी, मोती जैसी द्रव जल की बूंदें दिखाई देती हैं।	पत्तियों पर सफेद पंख जैसे बर्फीले रवे (White Frost) अथवा कोशिका रस जमने से काली झुलसी पत्तियाँ (Black Frost) दिखती हैं।
4. गुप्त ऊष्मा विमोचन	संघनन की गुप्त ऊष्मा $\approx 597.3\text{ cal/g}$ ($0^\circ\text{C}$ पर) मुक्त होती है।	निक्षेपण की गुप्त ऊष्मा $\approx 677\text{ cal/g}$ ($597.3 + 79.7\text{ cal/g}$) मुक्त होती है।
5. फसलों पर प्रभाव	बारानी रबी फसलों (चना, सरसों, मसूर) को नमी प्रदान करती है तथा वाष्पोत्सर्जन घटाती है (अधिक नमी से कवक रोग संभव)।	कोशिका भित्ति फटने एवं जीवद्रव्य निर्जलीकरण से सरसों, जीरा, आलू, टमाटर, मटर व पपीते की फसल नष्ट कर देता है।

सारणी 8.2: कोहरा (Fog), कुहासा (Mist), धुंध (Haze) एवं धूम-कोहरा (Smog) की तुलना

पैरामीटर (Parameter)	कोहरा (Fog)	कुहासा (Mist)	शुष्क धुंध (Haze)	धूम-कोहरा (Smog)
1. क्षैतिज दृश्यता (WMO Visibility)	$< 1\text{ km}$ ($< 1000\text{ m}$)	$1\text{ km}$ से $2\text{ km}$ ($1000 – 2000\text{ m}$)	$2\text{ km}$ से $5\text{ km}$	प्रायः $< 1\text{ km}$ (अत्यंत कम, कभी-कभी $< 200\text{ m}$)
2. सापेक्षिक आर्द्रता (RH)	$95\%$ से $100\%$	$70\%$ से $95\%$	$< 70\%$ (शुष्क वातावरण)	$80\%$ से $100\%$ (प्रदूषण सहित)
3. निलंबित कणों की प्रकृति	उच्च घनत्व वाली जल-बूंदें (व्यास $1 – 20\ \mu\text{m}$)	कम घनत्व वाली सूक्ष्म जल-बूंदें (व्यास $1 – 10\ \mu\text{m}$)	शुष्क धूल कण, परागकण, लवण एवं धुआँ	कोहरा + धुआँ ($\text{PM}_{2.5}, \text{SO}_2, \text{NO}_x, \text{O}_3, \text{PAN}$)
4. फसलों पर मुख्य प्रभाव	सौर विकिरण में कमी, पत्तियों पर नमी बढ़ने से झुलसा (Blight) व रतुआ (Rust) रोग	प्रातःकालीन हल्की नमी, वाष्पोत्सर्जन दर में अल्पकालीन कमी	सौर विकिरण का प्रकीर्णन एवं प्रकाश-संश्लेषण में हल्की कमी	पत्तियों के रंध्र अवरुद्ध होना, $\text{PAN}$ व $\text{O}_3$ से पर्ण ऊतक क्षय (Necrosis)

सारणी 8.3: विकिरण कोहरा (Radiation Fog) बनाम अभिवहन कोहरा (Advection Fog)

तुलना बिंदु	विकिरण कोहरा (Radiation Fog)	अभिवहन कोहरा (Advection Fog)
1. शीतलन की मूल विधि	रात्रि में धरातल से दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरण ह्रास (Radiational Cooling)।	कोष्ण-आर्द्र वायु का ठंडी सतह के ऊपर क्षैतिज प्रवाह एवं संपर्क शीतलन (Advective Contact Cooling)।
2. आवश्यक पवन गति	अत्यंत मंद पवन ($2$ से $5\text{ km/hr}$); तेज पवन में नष्ट हो जाता है।	मध्यम से तेज पवन ($10$ से $25\text{ km/hr}$) आवश्यक है।
3. भौगोलिक क्षेत्र	केवल स्थलीय भागों (विशेषतः मैदानी व घाटी क्षेत्रों) पर बनता है; महासागरों पर नहीं बनता।	महासागरों, तटीय क्षेत्रों एवं हिमाच्छादित महाद्वीपीय भागों दोनों पर बनता है।
4. ऊर्ध्वाधर गहराई एवं अवधि	उथला ($10\text{ m}$ से $300\text{ m}$); धूप निकलने पर कुछ घंटों में छँट जाता है।	अधिक गहरा ($300\text{ m}$ से $600\text{ m+}$); कई दिनों तक लगातार बना रह सकता है।

कृषि में व्यावहारिक उपयोग एवं प्रबंधन (Practical Applications in Indian & Rajasthan Agriculture)

9.1 भारतीय एवं राजस्थानी कृषि में ओस (Dew) के लाभ एवं हानियाँ

बारानी रबी फसलों के लिए नमी आपूर्ति: राजस्थान एवं मध्य भारत के शुष्क तथा अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में शीत ऋतु में कुल 15 से 30 mm तक ओस प्राप्त हो जाती है। चना (Chickpea – Cicer arietinum) की पत्तियों से स्रावित होने वाला मैलिक एवं ऑक्जेलिक अम्ल (Malic & Oxalic Acid — खारापन) प्रातःकालीन ओस में घुलकर पौधे द्वारा अवशोषित होता है तथा चने के फली छेदक (Pod Borer – Helicoverpa armigera) के प्रति प्राकृतिक प्रतिरोधकता प्रदान करता है।
वाष्पोत्सर्जन में बचत (Reduction in Transpiration): प्रातःकाल सूर्योदय के बाद जब तक पत्तियों की सतह से ओस वाष्पित नहीं हो जाती, तब तक सौर ऊर्जा ओस को सुखाने में खर्च होती है जिससे पौधे के रंध्रों से वाष्पोत्सर्जन (Transpiration) रुक जाता है और मृदा नमी संरक्षित रहती है।
पर्ण आर्द्रता अवधि (Leaf Wetness Duration – LWD) एवं पादप रोग: ओस और कोहरे का सबसे बड़ा ऋणात्मक प्रभाव यह है कि ये पत्तियों पर जल की परत (Free Water Film) को 6 से 12 घंटे तक बनाए रखते हैं, जिससे कवक बीजाणुओं (Fungal Spores) का अंकुरण तेजी से होता है:
- आलू एवं टमाटर का पछेती झुलसा रोग (Late Blight of Potato & Tomato — Phytophthora infestans)।
- सरसों का सफेद रोली रोग (White Rust of Mustard — Albugo candida) एवं मृदु रोमिल आसिता (Downy Mildew)।
- गेहूँ का पीला एवं भूरा रतुआ रोग (Stripe & Leaf Rust of Wheat — Puccinia spp.)।

9.2 राजस्थान में पाला (Frost — ‘पाला/शीतलहर’) से फसल क्षति एवं वैज्ञानिक बचाव के उपाय

राजस्थान (विशेषकर सीकर (फतेहपुर), चूरू, झुंझुनूं, जयपुर (जोबनेर), बीकानेर, श्रीगंगानगर एवं नागौर) में दिसंबर के अंतिम सप्ताह से जनवरी के मध्य तक रात्रि तापमान $0^\circ\text{C}$ से नीचे गिरने पर पाला पड़ता है। इससे सरसों (फलियाँ बनते समय), जीरा (Cumin), धनिया (Coriander), सौंफ (Fennel), इसबगोल, आलू, टमाटर, मटर, चना तथा पपीता व आंवला के बागों में 30% से 80% तक उपज हानि हो सकती है।

पाले से फसलों के बचाव के प्रमाणित कृषि-मौसम वैज्ञानिक उपाय (Frost Protection Measures)

रात्रि में हल्की सिंचाई करना (Light Irrigation — सर्वाधिक प्रभावी): जब मौसम विभाग द्वारा पाला पड़ने की चेतावनी दी जाए, तो खेत में तुरंत हल्की सिंचाई (विशेषतः फव्वारा विधि — Sprinkler Irrigation से) करनी चाहिए। जल की विशिष्ट ऊष्मा (Specific Heat = $1.0\text{ cal/g}^\circ\text{C}$) उच्च होती है तथा जल के जमने पर $79.7\text{ cal/g}$ गलन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Fusion) मुक्त होती है, जिससे खेत का सूक्ष्म-वायुमंडलीय तापमान $0^\circ\text{C}$ से नीचे नहीं गिर पाता और तापमान $1.5^\circ\text{C}$ से $2^\circ\text{C}$ तक बढ़ जाता है।
रासायनिक छिड़काव (Chemical Spray for Cryoprotection):
- गंधक का अम्ल (Sulphuric Acid – $\text{H}_2\text{SO}_4$): $0.1\%$ सांद्रता (अर्थात् 1 लीटर व्यापारिक $\text{H}_2\text{SO}_4$ को 1000 लीटर पानी में घोलकर) का फसल पर छिड़काव करने से पौधों की कोशिकाओं का परासरण दाब व आंतरिक तापमान बढ़ता है और 15 दिनों तक पाले से सुरक्षा मिलती है।
- थायोयूरिया (Thiourea): $500\text{ ppm}$ ($0.05\%$ अर्थात् $0.5\text{ g/litre}$) का छिड़काव।
- घुलनशील गंधक (Wettable Sulphur): $0.2\%$ ($2\text{ g/litre}$ पानी) अथवा डाइमिथाइल सल्फॉक्साइड (DMSO): $100\text{ ppm}$ या सैलिसिलिक अम्ल (Salicylic Acid): $100\text{ ppm}$ का छिड़काव।
खेत की उत्तर-पश्चिमी मेड़ पर धुआँ करना (Smudging / Smoke Screen): मध्यरात्रि के बाद खेत की उत्तर-पश्चिमी (North-West) दिशा में घास-फूस या कचरा जलाकर धुआँ करने से धुएँ की परत दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरण को अंतरिक्ष में जाने से रोकती है (Greenhouse Effect) और तापमान को $1^\circ\text{C}-2^\circ\text{C}$ गिरने से बचाती है।
वायुरोधक पट्टियाँ एवं टाटी बाँधना (Windbreaks & Thatching): खेत के उत्तर-पश्चिम में वायुरोधक वृक्ष लगाने से ठंडी शीतलहर रुकती है तथा नर्सरी के छोटे पौधों (पपीता, आम, टमाटर) को सरकंडे की टाटी (Thatch) या कम घनत्व की पॉलीथीन शीट से ढककर बचाया जाता है।

महत्त्वपूर्ण सूत्र एवं संख्यात्मक उदाहरण (Important Formulas & Solved Numericals)

1. उत्थापन संघनन स्तर (Lifting Condensation Level – LCL / Cloud Base Height) का एस्पि समीकरण (Espy’s Equation)

Z_LCL (meters) = 125 × (T − T_d) अथवा Z_LCL (km) = (T − T_d) / 8.0

जहाँ: Z_LCL = धरातल से बादल के आधार (Cloud Base) की ऊँचाई (मीटर या किलोमीटर में), T = धरातल पर शुष्क बल्ब वायु तापमान (°C), T_d = धरातल पर ओसांक तापमान (Dew Point Temperature, °C), तथा (T − T_d) = ओसांक अवनमन (Dew Point Depression)। (चूँकि DALR $\approx 9.8^\circ\text{C/km}$ एवं ओसांक ह्रास दर $\approx 1.8^\circ\text{C/km}$ होती है, अतः अभिसरण दर $= 9.8 – 1.8 = 8.0^\circ\text{C/km}$ या $1^\circ\text{C}$ प्रति $125\text{ m}$ होती है)।

2. संघनन एवं निक्षेपण की गुप्त ऊष्मा संबंध (Latent Heat of Condensation & Deposition)

L_c (T) = 597.3 − (0.566 × T) cal/g | L_d (0°C) = L_c + L_f = 597.3 + 79.7 = 677.0 cal/g

जहाँ: L_c = संघनन की गुप्त ऊष्मा (जलवाष्प $\rightarrow$ द्रव जल), L_f = गलन/हिमीकरण की गुप्त ऊष्मा ($79.7\text{ cal/g}$ या $334\text{ J/g}$), L_d = निक्षेपण/ऊर्ध्वपातन की गुप्त ऊष्मा (जलवाष्प $\rightarrow$ हिम रवे = $677\text{ cal/g}$ या $2834\text{ J/g}$)।

3. कोहरे के प्रेक्षण से ओसांक अवनमन एवं सापेक्षिक आर्द्रता का सन्निकट संबंध

T_d ≈ T − [ (100 − RH) / 5 ] ⇔ RH (%) ≈ 100 − 5 × (T − T_d)

उच्च सापेक्षिक आर्द्रता ($\text{RH} > 50\%$) पर प्रत्येक $1^\circ\text{C}$ ओसांक अवनमन $(T – T_d)$ के लिए सापेक्षिक आर्द्रता लगभग $5\%$ कम होती है। जब $T = T_d$, तब $\text{RH} = 100\%$ (संघनन/ओस/कोहरा प्रारंभ)।

हल सहित संख्यात्मक प्रश्न (Solved Numerical Examples):

उदाहरण 1 (LCL एवं मेघ आधार ऊँचाई की गणना):

प्रश्न: जोबनेर कृषि मौसम वेधशाला में दोपहर के समय धरातल पर वायु का तापमान ($T$) $32^\circ\text{C}$ तथा ओसांक तापमान ($T_d$) $16^\circ\text{C}$ दर्ज किया गया। यदि यह वायुराशि संवहन द्वारा ऊपर उठती है, तो कितनी ऊँचाई (LCL) पर संघनन प्रारंभ होगा और कपासी मेघ का आधार (Cloud Base) बनेगा?

हल:
दिया गया है: $T = 32^\circ\text{C}$, $T_d = 16^\circ\text{C}$
ओसांक अवनमन (Dew Point Depression) $= T – T_d = 32 – 16 = 16^\circ\text{C}$
सूत्र: $Z_{\text{LCL}} = 125 \times (T – T_d) = 125 \times 16 = \mathbf{2000\text{ meters}}$ (अथवा $\mathbf{2.0\text{ km}}$)।
अतः धरातल से ठीक 2000 मीटर (2 किमी) की ऊँचाई पर वायु संतृप्त हो जाएगी और बादल का आधार बनेगा।

उदाहरण 2 (ओस बनाम पाला पूर्वानुमान गणना):

प्रश्न: सायंकाल खेत में वायु का तापमान $12^\circ\text{C}$ तथा सापेक्षिक आर्द्रता $60\%$ है। यदि रात्रि में न्यूनतम तापमान गिरकर $2^\circ\text{C}$ होने का अनुमान है, तो क्या उस रात्रि ओस या पाला पड़ेगा?

हल:
सूत्र से ओसांक तापमान ($T_d$) $\approx T – \frac{100 – \text{RH}}{5} = 12 – \frac{100 – 60}{5} = 12 – \frac{40}{5} = 12 – 8 = \mathbf{4^\circ\text{C}}$।
चूँकि रात्रि का न्यूनतम तापमान ($2^\circ\text{C}$) ओसांक तापमान ($4^\circ\text{C}$) से नीचे जा रहा है परंतु $0^\circ\text{C}$ (हिमांक) से ऊपर है ($0^\circ\text{C} < T_{\min} \le T_d$), अतः उस रात्रि खेत में ओस (Dew) जमेगी, पाला नहीं पड़ेगा।

त्वरित पुनरावलोकन: परीक्षा कैप्सूल (Quick Revision Points)

1. संघनन की गुप्त ऊष्मा $0^\circ\text{C}$ पर संघनन की गुप्त ऊष्मा $+597.3\text{ cal/g}$ ($100^\circ\text{C}$ पर $540\text{ cal/g}$) तथा निक्षेपण (Sublimation/Deposition) की गुप्त ऊष्मा $+677\text{ cal/g}$ होती है।

2. आर्द्रताग्राही नाभिक (CCN) समुद्री नमक ($\text{NaCl}, \text{MgCl}_2$), सल्फेट एवं नाइट्रेट कण सर्वोत्तम आर्द्रताग्राही संघनन नाभिक हैं, जिनका आकार $0.1$ से $10\ \mu\text{m}$ होता है।

3. ओस मापन (Duvdevani Gauge) एस. डुडवेनी (1947) द्वारा विकसित लाल-ऑक्साइड लेपित लकड़ी के गुटके ($32 \times 5 \times 2.5\text{ cm}$) से 0–8 प्रकाशीय फोटो स्केल पर ओस मापी जाती है।

4. श्वेत पाला बनाम कृष्ण पाला $T_d \le 0^\circ\text{C}$ पर निक्षेपण से सफेद बर्फ के रवे जमना श्वेत पाला (Hoar Frost) है, जबकि शुष्क हवा में बिना बर्फ दिखे कोशिका रस जमना कृष्ण पाला (Black Frost) है।

5. पाले से सुरक्षा में $\text{H}_2\text{SO}_4$ रबी फसलों को पाले से बचाने के लिए $0.1\%$ सल्फ्यूरिक अम्ल ($\text{H}_2\text{SO}_4$) अथवा $0.05\%$ ($500\text{ ppm}$) थायोयूरिया का छिड़काव एवं रात्रि सिंचाई की जाती है।

6. कोहरा बनाम कुहासा (WMO मानक) कोहरे (Fog) में क्षैतिज दृश्यता $< 1\text{ km}$ ($< 1000\text{ m}$, $\text{RH} \approx 95-100\%$) होती है, जबकि कुहासे (Mist) में दृश्यता $1\text{ km}$ से $2\text{ km}$ ($\text{RH} \approx 70-95\%$) होती है।

7. मेघ निर्माण एवं LCL उच्च स्तर पर मेघ सदैव रुद्धोष्म शीतलन (Adiabatic Cooling) से उत्थापन संघनन स्तर ($Z_{\text{LCL}} = 125(T – T_d)\text{ m}$) के ऊपर बनते हैं।

8. मेघ-बूंद बनाम वर्षा-बूंद आकार सामान्य मेघ या कोहरे की बूंद का व्यास मात्र $10$ से $20\ \mu\text{m}$ ($0.01-0.02\text{ mm}$) होता है, जबकि वर्षा-बूंद का व्यास $> 500\ \mu\text{m}$ ($0.5\text{ mm}$) होता है।

बहुविकल्पीय प्रश्न (20 Multiple Choice Questions — University & Competitive Level)

प्रश्न 1. वायुमंडल में संघनन (Condensation) की प्रक्रिया के दौरान गुप्त ऊष्मा (Latent Heat) के संबंध में कौन-सा कथन सत्य है?

(A) लगभग 597.3 cal/g ऊष्मा वायुमंडल से अवशोषित होती है
(B) लगभग 597.3 cal/g ऊष्मा वायुमंडल में मुक्त (Release) होती है
(C) लगभग 79.7 cal/g ऊष्मा वायुमंडल से अवशोषित होती है
(D) संघनन में ऊष्मा का कोई आदान-प्रदान नहीं होता