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 11 of 16

व्याख्यान 11: वर्षण की प्रक्रिया एवं प्रकार: वर्षा, हिमपात, सहिम वृष्टि एवं ओलावृष्टि

Lecture 11: Precipitation process and types: rain, snow, sleet and hail

अध्ययन उद्देश्य (Learning Objectives)

इस व्याख्यान (Lecture 11) के गहन अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक एवं कृषि-मौसम वैज्ञानिक अवधारणाओं में दक्षता प्राप्त करेंगे:

वर्षण की मूलभूत भौतिकी (Physics of Precipitation): यह समझना कि सभी बादल वर्षा क्यों नहीं करते तथा एक सूक्ष्म मेघ-बूंद (व्यास $\approx 20\ \mu\text{m}$) को एक मानक वर्षा-बूंद (व्यास $\approx 2000\ \mu\text{m}$ या $2\text{ mm}$) बनने के लिए अपने आयतन में लगभग 10 लाख ($10^6$) गुना वृद्धि कैसे करनी पड़ती है।
वर्षण निर्माण के दोनों प्रमुख सिद्धांत (Theories of Precipitation Formation): (1) शीत मेघों के लिए बर्गान-फिंडाइसेन हिम-क्रिस्टल सिद्धांत (Bergeron-Findeisen Ice Crystal Theory, 1933) तथा (2) कोष्ण मेघों के लिए संघट्ट-संलयन सिद्धांत (Collision-Coalescence / Langmuir Theory, 1948) की तुलनात्मक क्रियाविधि को आत्मसात करना।
वर्षण के भौतिक रूप (Forms of Precipitation — Rain, Drizzle, Snow, Sleet, Glaze & Hail): वर्षा (Rain), फुहार (Drizzle), हिमपात (Snow), सहिम वृष्टि (Sleet / Ice Pellets), हिमांक वर्षा (Freezing Rain / Glaze) एवं ओलावृष्टि (Hail) की निर्माण प्रक्रिया, बूंद/कण आकार और ऊर्ध्वाधर वायुमंडलीय तापमान प्रोफाइल को समझना।
वर्षा के आनुवंशिक प्रकार (Genetic Types of Rainfall): संवहनीय वर्षा (Convectional), पर्वतकृत वर्षा (Orographic) एवं चक्रवाती/वाताग्री वर्षा (Cyclonic/Frontal Rainfall) तथा भारत के मानसूनी व पश्चिमी विक्षोभ (मावठ) तंत्र में इनकी भूमिका जानना।
वर्षा मापन एवं कृषि अनुप्रयोग (Rainfall Measurement & Agricultural Applications): साइमन्स साधारण वर्षामापी (Symons Non-recording Rain Gauge), साइफन स्वतः अभिलेखी वर्षामापी (Natural Syphon Recording Rain Gauge), IMD के वर्षा दिवस मानदंड ($\ge 2.5\text{ mm/day}$), प्रभावी वर्षा (Effective Rainfall) एवं रबी फसलों में ओलावृष्टि (Hailstorm) क्षति प्रबंधन को समझना।

प्रस्तावना (Introduction)

पिछले व्याख्यान (Lecture 10) में हमने देखा कि वायु के शीतलन से जलवाष्प संघनित होकर मेघों (Clouds) का निर्माण करती है। परंतु यह एक अत्यंत रोचक वैज्ञानिक तथ्य है कि आकाश में दिखाई देने वाले अधिकांश बादल वर्षा नहीं करते! इसका मुख्य कारण यह है कि एक सामान्य मेघ-बूंद (Cloud Droplet) का व्यास मात्र $10$ से $20$ माइक्रोमीटर ($\mu\text{m}$, अर्थात् $0.02\text{ mm}$) होता है। इतनी सूक्ष्म बूंद का भार अत्यंत नगण्य होता है और उसकी अंतिम पतन गति (Terminal Fall Velocity) मात्र $1\text{ cm/sec}$ होती है; परिणामस्वरूप बादल के भीतर चलने वाली हल्की ऊर्ध्वाधर वायु धाराएँ (Updrafts) उन्हें ऊपर ही तैराए रखती हैं।

मेघ-बूंद को गुरुत्वाकर्षण बल के अधीन वायु के घर्षण और ऊर्ध्वाधर धाराओं को चीरते हुए पृथ्वी के धरातल तक पहुँचने के लिए उसका व्यास बढ़कर कम से कम $500\ \mu\text{m}$ ($0.5\text{ mm}$) से $2000\ \mu\text{m}$ ($2.0\text{ mm}$) होना आवश्यक है। त्रिज्या में $100$ गुना वृद्धि ($10\ \mu\text{m}$ से $1000\ \mu\text{m}$) का अर्थ है कि आयतन ($\frac{4}{3}\pi r^3$) में $100^3 = 10,00,000$ (दस लाख / One Million) सूक्ष्म मेघ-बूंदों के मिलने से मात्र एक वर्षा-बूंद बनती है! वायुमंडल से द्रव अथवा ठोस रूप में जल के धरातल पर गिरने की इसी प्रक्रिया को वर्षण (Precipitation) कहते हैं।

भारतीय कृषि का जीवन-आधार (Lifeline of Indian Agriculture)

भारत के कुल निवल बोए गए क्षेत्रफल (Net Sown Area $\approx 141\text{ Million ha}$) का लगभग $51\%$ से $52\%$ भाग आज भी वर्षा-आधारित (Rainfed) है तथा राजस्थान में तो लगभग 65%–70% कृषि मानसूनी वर्षा और शीतकालीन ‘मावठ’ (Western Disturbance Rainfall) पर निर्भर करती है। अतः वर्षण की प्रक्रिया, इसके रूपों (वर्षा, हिमपात, सहिम वृष्टि एवं ओलावृष्टि) तथा इसके सटीक मापन का ज्ञान प्रत्येक कृषि स्नातक के लिए अनिवार्य है।

प्रमुख शब्दावली (Key Terminology — Hindi with English Terms)

वर्षण (Precipitation): वायुमंडलीय मेघों से संघनित जल का गुरुत्वाकर्षण के अधीन किसी भी द्रव (Liquid — वर्षा, फुहार) अथवा ठोस (Solid — हिमपात, सहिम वृष्टि, ओला) रूप में पृथ्वी के धरातल पर पहुँचना वर्षण कहलाता है। (नोट: ओस, पाला, कोहरा और कुहासा संघनन के रूप हैं, वर्षण के नहीं, क्योंकि वे ऊपर से नहीं गिरते)।
अतिशीतित जल-बूंदें (Supercooled Water Droplets): मेघों के भीतर $0^\circ\text{C}$ से $-40^\circ\text{C}$ तापमान के बीच भी शुद्ध जल की ऐसी सूक्ष्म बूंदें जो हिमीकरण नाभिकों (Freezing Nuclei) के अभाव में बिना जमे द्रव अवस्था में ही रहती हैं, अतिशीतित जल-बूंदें कहलाती हैं।
हिमीकरण नाभिक (Ice / Freezing Nuclei): वायुमंडल में उपस्थित वे विशेष सूक्ष्म कण (जैसे काओलिन मृतिका कण, ज्वालामुखी राख, अथवा कृत्रिम वर्षा में प्रयुक्त सिल्वर आयोडाइड $\text{AgI}$) जिनकी षट्कोणीय क्रिस्टल संरचना बर्फ से मिलती-जुलती है और जिन पर $-5^\circ\text{C}$ से $-25^\circ\text{C}$ पर अतिशीतित जल जम जाता है।
वर्षा (Rain): द्रव जल की ऐसी बूंदों के रूप में वर्षण जिनका व्यास $0.5\text{ mm}$ ($500\ \mu\text{m}$) से $6.0\text{ mm}$ के मध्य होता है।
फुहार या बूंदाबांदी (Drizzle): अत्यंत छोटी एवं एकसमान द्रव जल-बूंदों का वर्षण जिनका व्यास $0.5\text{ mm}$ ($500\ \mu\text{m}$) से कम होता है और जो स्तरी (Stratus) मेघों से बहुत धीमी गति ($< 1\text{ mm/hr}$) से गिरती हैं।
विरगा या आकाश-विलुप्त वर्षा (Virga): शुष्क क्षेत्रों (जैसे पश्चिमी राजस्थान) में जब बादलों से वर्षा की बूंदें नीचे गिरती तो हैं, किंतु धरातल के नीचे की अत्यंत गर्म व शुष्क हवा में रास्ते में ही वाष्पित हो जाती हैं और जमीन तक नहीं पहुँच पातीं, तो उन लटकती हुई वर्षा-धारियों को ‘विरगा’ (Virga) कहते हैं।
हिमपात (Snow): जब मेघ से लेकर धरातल तक संपूर्ण वायुमंडलीय स्तंभ का तापमान हिमांक ($0^\circ\text{C}$) से नीचे रहता है, तब जलवाष्प के निक्षेपण से बने षट्कोणीय, पारभासी एवं रुई जैसे हल्के सफेद हिम-क्रिस्टलों (Hexagonal Ice Crystals / Snowflakes) के रूप में होने वाला ठोस वर्षण हिमपात कहलाता है।
सहिम वृष्टि (Sleet / Ice Pellets): जब ऊपरी बादलों से गिरता हुआ हिम बीच की किसी कोष्ण वायु परत ($T > 0^\circ\text{C}$) से गुजरकर पिघल जाता है और धरातल पर पहुँचने से पूर्व पुनः किसी गहरी उप-हिमांक ठंडी वायु परत ($T < 0^\circ\text{C}$) से गुजरते हुए जमकर छोटे, पारदर्शी बर्फीले छर्रों (व्यास $\le 5\text{ mm}$) के रूप में गिरता है, तो उसे सहिम वृष्टि (Sleet) कहते हैं। (ब्रिटिश मौसम विज्ञान में वर्षा और हिम के मिश्रण को भी Sleet कहा जाता है)।
हिमांक वर्षा या काँचाभ बर्फ (Freezing Rain / Glaze): जब वर्षा की बूंदें धरातल के ठीक ऊपर स्थित पतली उप-हिमांक वायु परत से गुजरते समय अतिशीतित (Supercooled) हो जाती हैं और धरातल की ठंडी वस्तुओं ($T < 0^\circ\text{C}$ — पेड़, तार, फसल, सड़क) से टकराते ही पारदर्शी काँच जैसी बर्फ की परत (Clear Ice Sheet) के रूप में जम जाती हैं, तो इसे ‘ग्लेज़’ (Glaze) कहते हैं।
ओलावृष्टि (Hail): तीव्र ऊर्ध्वाधर संवहन धाराओं वाले कपासी-वर्षी मेघों (Cumulonimbus Clouds) से गिरने वाले कठोर, गोलाकार या अनियमित आकार के बर्फ के गोले या ढेले जिनका व्यास $5\text{ mm}$ से $50\text{ mm}$ (या अधिक) होता है और जिनमें प्याज के छिलकों जैसी एकांतर पारदर्शी व अपारदर्शी बर्फ की संकेंद्रित परतें (Concentric Layers) पाई जाती हैं।
वर्षा दिवस एवं फसल वर्षा दिवस (Rainy Day & Crop Rainy Day — IMD): भारत मौसम विज्ञान विभाग (IMD) के अनुसार, यदि किसी 24 घंटे की अवधि (प्रातः 08:30 बजे से अगले दिन प्रातः 08:30 बजे तक) में $2.5\text{ mm}$ या उससे अधिक ($\ge 2.5\text{ mm}$) वर्षा दर्ज की जाती है, तो उसे एक ‘वर्षा दिवस’ (Rainy Day) कहते हैं; जबकि कृषि में $\ge 5.0\text{ mm}$ वर्षा वाले दिन को ‘फसल वर्षा दिवस’ (Crop Rainy Day) माना जाता है।
समवर्षा रेखा (Isohyet): मानचित्र पर समान मात्रा में वर्षा प्राप्त करने वाले स्थानों को मिलाने वाली काल्पनिक रेखा को समवर्षा रेखा (Isohyet) कहते हैं।

विस्तृत अध्ययन सामग्री (Detailed Study Notes)

4.1 वर्षण की प्रक्रिया: सूक्ष्म मेघ-बूंद से वर्षा-बूंद बनने का रहस्य (The Precipitation Process)

केवल संघनन (Condensation) द्वारा मेघ-बूंदें (Cloud Droplets) $20\ \mu\text{m}$ व्यास तक तो तेजी से बढ़ती हैं, किंतु उसके बाद केवल संघनन से $2000\ \mu\text{m}$ ($2\text{ mm}$) की वर्षा-बूंद बनने में कई दिनों का समय लग जाएगा, जबकि वास्तविकता में बादल बनने के $30$ से $60$ मिनट के भीतर ही भारी वर्षा शुरू हो जाती है।

एक मेघ-बूंद से वर्षा-बूंद के आकार व गति में अंतर नीचे स्पष्ट है:

मेघ संघनन नाभिक (CCN): व्यास $\approx 0.1 – 1.0\ \mu\text{m}$ | पतन गति $\approx 0.0001\text{ cm/sec}$
सामान्य मेघ-बूंद (Cloud Droplet): व्यास $\approx 20\ \mu\text{m}$ ($0.02\text{ mm}$) | पतन गति $\approx 1\text{ cm/sec}$ ($0.01\text{ m/s}$)
बूंदाबांदी/फुहार बूंद (Drizzle Drop): व्यास $\approx 200 – 400\ \mu\text{m}$ ($0.2 – 0.4\text{ mm}$) | पतन गति $\approx 70 – 150\text{ cm/sec}$
मानक वर्षा-बूंद (Raindrop): व्यास $\approx 2000\ \mu\text{m}$ ($2.0\text{ mm}$) | पतन गति $\approx 650\text{ cm/sec}$ ($6.5\text{ m/s}$) (लगभग $10^6$ मेघ-बूंदों के बराबर आयतन)।

मेघ-बूंदों के इस तीव्र एकत्रीकरण और वर्षण निर्माण को समझाने के लिए वायुमंडलीय भौतिकी में दो सर्वमान्य सिद्धांत (Two Fundamental Theories of Precipitation) प्रतिपादित किए गए हैं:

1. बर्गान-फिंडाइसेन हिम-क्रिस्टल सिद्धांत (Bergeron-Findeisen Ice Crystal Theory / Cold Cloud Process):

प्रतिपादक: नॉर्वे के मौसम विज्ञानी टोर बर्गान (Tor Bergeron, 1933) ने इसे प्रस्तावित किया और जर्मन वैज्ञानिक वाल्टर फिंडाइसेन (Walter Findeisen, 1938) तथा ए. वेगनर (Wegener, 1911) के कार्यों के आधार पर इसे विकसित किया। इसे वेगनर-बर्गान-फिंडाइसेन (WBF) प्रक्रिया भी कहते हैं।
लागू होने वाले मेघ (Cold Clouds): यह सिद्धांत उन शीत मेघों या मिश्रित मेघों (Cold / Mixed-phase Clouds) पर लागू होता है जिनका ऊपरी भाग हिमांक स्तर ($0^\circ\text{C}$) से काफी ऊपर extends करता है जहाँ तापमान $-10^\circ\text{C}$ से $-40^\circ\text{C}$ के बीच होता है। मध्य व उच्च अक्षांशों की समस्त वर्षा तथा उष्ण कटिबंध की गहरी संवहनीय वर्षा इसी प्रक्रिया से होती है।
मेघ की संघटन अवस्था: ऐसे बादलों में $-10^\circ\text{C}$ से $-30^\circ\text{C}$ तापमान पर अतिशीतित जल-बूंदें (Supercooled Liquid Water Droplets) और थोड़े से हिम-क्रिस्टल (Ice Crystals) एक साथ सह-अस्तित्व (Co-exist) में रहते हैं।
भौतिक सिद्धांत (मूल आधार): “किसी भी समान उप-हिमांक तापमान ($T < 0^\circ\text{C}$) पर बर्फ (Ice) की सतह के ऊपर संतृप्ति वाष्प दाब ($e_{si}$), अतिशीतित द्रव जल (Supercooled Water) की सतह के ऊपर संतृप्ति वाष्प दाब ($e_{sw}$) से कम होता है ($e_{si} < e_{sw}$)”। इसका कारण यह है कि ठोस बर्फ के क्रिस्टल जालक में जल के अणु द्रव जल की तुलना में अधिक मजबूती से बँधे होते हैं। यह संतृप्ति वाष्प दाब अंतर $-12^\circ\text{C}$ से $-15^\circ\text{C}$ तापमान पर सर्वाधिक ($\approx 0.27\text{ hPa}$) होता है।
वृद्धि की क्रियाविधि (Vapour Diffusion, Accretion & Aggregation):
1. जब वायु अतिशीतित जल-बूंदों के सापेक्ष मात्र संतृप्त ($\text{RH}_w = 100\%$) होती है, तो वही वायु हिम-क्रिस्टलों के सापेक्ष अति-संतृप्त ($\text{RH}_i \approx 110\% – 115\%$ at $-12^\circ\text{C}$) होती है!
2. अतः उच्च वाष्प दाब वाली अतिशीतित जल-बूंदों से जलवाष्प के अणु विसरित होकर कम वाष्प दाब वाले हिम-क्रिस्टलों पर तेजी से निक्षेपित (Deposition) होने लगते हैं।
3. इससे हिम-क्रिस्टल के आसपास की नमी घटती है, जिसकी पूर्ति के लिए अतिशीतित जल-बूंदें लगातार वाष्पित होती रहती हैं। अर्थात् “अतिशीतित जल-बूंदों की कीमत पर हिम-क्रिस्टल तेजी से बड़े होते जाते हैं” (Ice crystals grow at the expense of supercooled water droplets)।
4. बड़े और भारी होने पर ये हिम-क्रिस्टल नीचे गिरते हैं और रास्ते में अतिशीतित बूंदों से टकराकर उन्हें अपने ऊपर जमा लेते हैं (अभिवृद्धि / Accretion or Riming) तथा अन्य हिम-क्रिस्टलों से जुड़कर बड़े हिम-फाये (समूहन / Aggregation $\rightarrow$ Snowflakes) बनाते हैं।
5. यदि नीचे का वायुमंडल ठंडा ($< 0^\circ\text{C}$) है तो ये धरातल पर हिमपात (Snow) के रूप में गिरते हैं, और यदि धरातल के ऊपर तापमान $> 0^\circ\text{C}$ (जैसे भारत के मैदानी भागों में) है तो ये हिम-फाये नीचे गिरते समय पिघलकर बड़ी वर्षा-बूंदों (Raindrops) के रूप में बरसते हैं।

2. संघट्ट-संलयन सिद्धांत (Collision-Coalescence Theory / Warm Cloud Process):

प्रतिपादक: अमेरिकी नोबेल पुरस्कार विजेता वैज्ञानिक इरविंग लैंगम्यूर (Irving Langmuir, 1948) तथा ई.जी. बोवेन (E.G. Bowen, 1950)।
लागू होने वाले मेघ (Warm Clouds): उष्ण कटिबंधीय एवं मानसूनी क्षेत्रों में अनेक ऐसे बादल (जैसे कपासी एवं स्तरी-कपासी) होते हैं जिनका संपूर्ण भाग हिमांक स्तर ($0^\circ\text{C}$ समताप रेखा) के नीचे ही रहता है अर्थात् पूरे बादल का तापमान $0^\circ\text{C}$ से अधिक ($T > 0^\circ\text{C}$) होता है। इनमें एक भी हिम-क्रिस्टल नहीं होता, फिर भी ये भारी वर्षा करते हैं।
आवश्यक शर्त (असमान आकार की बूंदें): यदि बादल की सभी बूंदें एक समान आकार ($20\ \mu\text{m}$) की हों, तो सभी समान वेग से तैरेंगी और आपस में नहीं टकराएँगी। संघट्ट-संलयन के लिए बादल में कुछ विशाल आर्द्रताग्राही नाभिकों (Giant Hygroscopic Nuclei — जैसे समुद्री नमक $\text{NaCl}$ के बड़े कण, $r > 1-5\ \mu\text{m}$) की उपस्थिति आवश्यक है, जिन पर संघनन से बड़ी संग्राहक बूंदें (Large Collector Drops, व्यास $40 – 100\ \mu\text{m}$) बन जाती हैं।
क्रियाविधि (Collision, Coalescence & Chain Reaction):
1. स्टोक्स के नियम (Stokes’ Law) के अनुसार बड़ी संग्राहक बूंदों (Collector Drops) का अंतिम पतन वेग (Terminal Velocity) छोटी मेघ-बूंदों की तुलना में काफी अधिक होता है।
2. जब ये बड़ी बूंदें ऊर्ध्वाधर वायु धाराओं (Updrafts) में ऊपर-नीचे गति करती हैं, तो अपने मार्ग में आने वाली लाखों छोटी मेघ-बूंदों से टकराती हैं (संघट्ट / Collision) और पृष्ठ तनाव के कारण उन्हें अपने में मिला लेती हैं (संलयन / Coalescence)।
3. जैसे-जैसे बूंद बड़ी होती है, उसका अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल (Sweep Volume) और पतन वेग और बढ़ता जाता है जिससे वह और अधिक तेजी से बूंदों को निगलती है।
4. लैंगम्यूर श्रृंखला अभिक्रिया (Langmuir Chain Reaction): जब वर्षा-बूंद का व्यास बढ़कर $5\text{ mm}$ से $6\text{ mm}$ से अधिक हो जाता है, तो वायु प्रतिरोध से वह चपटी (पैराशूट जैसी) होकर अस्थिर हो जाती है और टूटकर $1-2\text{ mm}$ की कई बड़ी बूंदों में विखंडित (Break-up) हो जाती है। इनमें से प्रत्येक टुकड़ा पुनः नई संग्राहक बूंद बनकर फिर से लाखों छोटी बूंदों को समेटता है, जिससे पूरे बादल में श्रृंखला अभिक्रिया से मूसलाधार वर्षा होने लगती है।

4.2 वर्षण के प्रमुख प्रकार एवं रूप (Forms of Precipitation: Rain, Snow, Sleet, Hail & Others)

वायुमंडल से धरातल पर गिरने वाले वर्षण को उसकी भौतिक अवस्था (द्रव एवं ठोस) तथा कणों के आकार के आधार पर निम्नलिखित रूपों में वर्गीकृत किया जाता है:

1. वर्षा (Rain — द्रव वर्षण):

परिभाषा एवं आकार: मेघों से द्रव जल की बूंदों के रूप में होने वाला वर्षण, जिसमें जल-बूंदों का व्यास $0.5\text{ mm}$ ($500\ \mu\text{m}$) से लेकर $6.0\text{ mm}$ तक होता है, वर्षा (Rain) कहलाता है। ($6\text{ mm}$ से बड़ी बूंदें हवा के घर्षण से टूट जाती हैं)।
वर्षा की तीव्रता के अनुसार IMD वर्गीकरण (Rainfall Intensity Classification):
- हल्की वर्षा (Light Rain): तीव्रता $< 2.5\text{ mm/hr}$ (या $2.5$ से $15.5\text{ mm/day}$)।
- मध्यम वर्षा (Moderate Rain): तीव्रता $2.5$ से $7.5\text{ mm/hr}$ (या $15.6$ से $64.4\text{ mm/day}$)।
- भारी वर्षा (Heavy Rain): तीव्रता $> 7.5\text{ mm/hr}$ (या $64.5$ से $115.5\text{ mm/day}$); अति भारी वर्षा (Very Heavy): $115.6$ से $204.4\text{ mm/day}$; अत्यंत भारी (Extremely Heavy): $> 204.4\text{ mm/day}$।
- मेघ प्रस्फोट या बादल फटना (Cloudburst): जब किसी छोटे भौगोलिक क्षेत्र ($20-30\text{ km}^2$) में मात्र 1 घंटे में $100\text{ mm}$ ($10\text{ cm}$) या उससे अधिक मूसलाधार वर्षा हो जाती है, तो उसे बादल फटना (Cloudburst) कहते हैं।

2. फुहार या बूंदाबांदी (Drizzle — द्रव वर्षण):

इसमें जल की अत्यंत बारीक एवं एकसमान बूंदें गिरती हैं जिनका व्यास $0.5\text{ mm}$ से कम ($0.1$ से $0.5\text{ mm}$) होता है और ये एक-दूसरे के बहुत पास प्रतीत होती हैं। इनकी तीव्रता $< 1.0\text{ mm/hr}$ होती है और ये मुख्यतः कम ऊँचाई वाले स्तरी मेघों (Stratus Clouds) से गिरती हैं।

3. हिमपात (Snow — ठोस क्रिस्टलीय वर्षण):

निर्माण: जब बादल के स्तर से लेकर धरातल तक संपूर्ण वायुमंडल का तापमान हिमांक ($0^\circ\text{C}$ या $32^\circ\text{F}$) से नीचे रहता है, तब जलवाष्प के सीधे निक्षेपण (Deposition) से बने षट्कोणीय हिम-क्रिस्टल (Hexagonal Ice Crystals) आपस में जुड़कर रुई के फायों जैसे सफेद, नरम हिम-फाये (Snowflakes) के रूप में धरातल पर गिरते हैं।
जल तुल्यांक (Water Equivalent of Snow): ताजा गिरे हिम (Fresh Snow) का घनत्व लगभग $0.1\text{ g/cm}^3$ होता है (क्योंकि हिम-क्रिस्टलों के बीच हवा भरी रहती है)। अतः औसतन $10\text{ cm}$ से $12\text{ cm}$ गहरी हिम की परत पिघलने पर $1\text{ cm}$ ($10\text{ mm}$) द्रव जल के बराबर (10:1 अनुपात) होती है।
कृषि महत्त्व: भारत के हिमालयी राज्यों (जम्मू-कश्मीर, हिमाचल प्रदेश, उत्तराखंड) में सेब (Apple), नाशपाती, आड़ू, चेरी एवं केसर की फसलों की शीतलन आवश्यकता (Chilling Requirement: $< 7^\circ\text{C}$ फॉर 800–1200 घंटे) पूरी करने, मृदा को अत्यधिक ठंड से ऊष्मारोधी कंबल (Insulating Blanket) देने तथा वसंत ऋतु में धीरे-धीरे पिघलकर नदियों व मृदा को नमी देने में हिमपात अत्यंत लाभकारी है।

4. सहिम वृष्टि (Sleet / Ice Pellets — ठोस छर्रेदार वर्षण):

निर्माण एवं तापीय प्रोफाइल: सहिम वृष्टि (Sleet) तब बनती है जब वायुमंडल में तापीय व्युत्क्रमण (Temperature Inversion) के कारण तीन स्पष्ट परतें होती हैं: (1) ऊपरी ठंडे बादल ($T < 0^\circ\text{C}$) जहाँ से हिम-फाये गिरते हैं, (2) बीच में एक कोष्ण वायु परत ($T > 0^\circ\text{C}$) जिसमें से गुजरते समय हिम पिघलकर वर्षा की बूंदों में बदल जाता है, तथा (3) धरातल के ऊपर एक गहरी उप-हिमांक ठंडी वायु परत ($T < 0^\circ\text{C}$) जिसमें से गुजरते समय वे जल-बूंदें हवा में ही पुनः जमकर $5\text{ mm}$ या उससे कम व्यास के छोटे, गोल, पारदर्शी या अर्ध-पारदर्शी बर्फ के छर्रों (Small Clear Ice Pellets) के रूप में जमीन पर गिरती हैं और टकराने पर उछलती हैं।
नोट (अमेरिकी बनाम ब्रिटिश परिभाषा): अंतरराष्ट्रीय एवं अमेरिकी मौसम विज्ञान में उपर्युक्त $< 5\text{ mm}$ के जमे हुए वर्षा-छर्रों (Frozen Raindrops / Ice Pellets) को ‘Sleet’ कहते हैं, जबकि ब्रिटिश एवं भारतीय सामान्य शब्दावली में कभी-कभी वर्षा और आंशिक रूप से पिघले हिम के मिश्रण (Mixture of Rain and Melting Snow) को भी सहिम वृष्टि (Sleet) कहा जाता है। परीक्षा में दोनों तथ्य स्पष्ट लिखने चाहिए।

5. हिमांक वर्षा या काँचाभ बर्फ (Freezing Rain / Glaze):

यदि बीच की कोष्ण परत ($T > 0^\circ\text{C}$) मोटी हो और धरातल से लगी उप-हिमांक ठंडी परत ($T < 0^\circ\text{C}$) बहुत उथली (पतली) हो, तो वर्षा की बूंदें हवा में जमने का समय नहीं पातीं बल्कि अतिशीतित द्रव बूंदों (Supercooled Drops) के रूप में धरातल पर गिरती हैं। जैसे ही ये बूंदें $0^\circ\text{C}$ से नीचे तापमान वाली फसलों, फलों के वृक्षों या बिजली के तारों को छूती हैं, तुरंत जमकर पारदर्शी काँच जैसी बर्फ की भारी परत (Glaze) बना लेती हैं, जिसके भार से फलों के वृक्षों की शाखाएँ टूट जाती हैं।

6. ओलावृष्टि (Hail / Hailstones — विनाशकारी ठोस वर्षण):

परिभाषा एवं आकार: ओला (Hail) कठोर बर्फ के गोल, अंडाकार या अनियमित आकार के ढेलों (Lumps of Ice) के रूप में होने वाला ठोस वर्षण है, जिनका व्यास $5\text{ mm}$ ($0.5\text{ cm}$) से लेकर $50\text{ mm}$ ($5\text{ cm}$) या कभी-कभी $10\text{ cm}$ से भी अधिक होता है। ($5\text{ mm}$ से छोटे नरम बर्फीले कणों को ग्रौपेल / Graupel या Soft Hail / Snow Pellets कहते हैं)।
मेघ स्रोत: ओलावृष्टि सदैव और केवल तीव्र ऊर्ध्वाधर संवहन धाराओं वाले विशाल कपासी-वर्षी मेघों (Cumulonimbus Clouds — Cb) से ही होती है, कभी भी स्तरी (Stratus) मेघों से नहीं।
ओले के निर्माण की वैज्ञानिक प्रक्रिया (Concentric Layering Mechanism):
1. कपासी-वर्षी मेघ के भीतर $50$ से $100\text{ km/hr}$ (या अधिक) की गति से प्रबल ऊर्ध्वाधर वायु धाराएँ (Strong Updrafts) चलती हैं।
2. बादल के ऊपरी ठंडे भाग में बने छोटे बर्फ के कण (Graupel / Frozen Drops — जिन्हें ओले का भ्रूण / Hail Embryo कहते हैं) जब नीचे गिरते हैं, तो प्रबल ऊर्ध्वाधर धाराएँ (Updrafts) उन्हें बार-बार उछालकर हिमांक स्तर ($0^\circ\text{C}$ Freezing Level) के ऊपर-नीचे ले जाती हैं।
3. आर्द्र वृद्धि (Wet Growth — पारदर्शी परत): जब ओला बादल के निचले, अपेक्षाकृत कम ठंडे भाग ($0^\circ\text{C}$ से $-10^\circ\text{C}$) से गुजरता है जहाँ अतिशीतित जल की बड़ी बूंदें अधिक होती हैं, तो जल ओले की सतह पर फैलकर धीरे-धीरे जमता है। इसमें हवा के बुलबुले बाहर निकल जाते हैं जिससे पारदर्शी बर्फ की परत (Clear Ice Layer) बनती है।
4. शुष्क वृद्धि (Dry Growth — अपारदर्शी सफेद परत): जब प्रबल Updraft ओले को बादल के अत्यधिक ठंडे ऊपरी भाग ($-20^\circ\text{C}$ से $-40^\circ\text{C}$) में उछाल देता है, तो वहाँ सूक्ष्म अतिशीतित बूंदें ओले से टकराते ही तुरंत जम जाती हैं और उनके बीच हवा के सूक्ष्म बुलबुले फँस जाते हैं, जिससे अपारदर्शी दूधिया/सफेद बर्फ की परत (Opaque Milky Ice Layer) बनती है।
5. इस प्रकार बादल में बार-बार ऊपर-नीचे चक्कर लगाने से ओले को काटने पर उसमें प्याज के छिलकों की भाँति पारदर्शी और अपारदर्शी बर्फ की एकांतर संकेंद्रित परतें (Alternating Concentric Rings) दिखाई देती हैं। जब ओले का भार इतना अधिक हो जाता है कि ऊर्ध्वाधर वायु धारा (Updraft) उसे संभाल नहीं पाती, तो वह प्रचंड वेग से धरातल पर ओलावृष्टि के रूप में गिरता है।

4.3 वर्षा के उत्पत्तिमूलक (आनुवंशिक) प्रकार (Genetic Types of Rainfall)

वायुराशि के ऊपर उठने (Lifting Mechanism) और ठंडा होने की प्रक्रिया के आधार पर वर्षा को तीन मुख्य प्रकारों में बाँटा जाता है:

संवहनीय वर्षा (Convectional Rainfall):
- प्रक्रिया: दिन में तीव्र सूर्यातप से धरातल के गर्म होने पर संपर्क की आर्द्र वायु गर्म व हल्की होकर संवहन धाराओं के रूप में तेजी से ऊपर उठती है। रुद्धोष्म शीतलन से कपासी-वर्षी (Cumulonimbus) मेघ बनते हैं और अपराह्न (Afternoon) में बिजली की चमक व मेघगर्जन (Thunderstorm) के साथ थोड़े समय के लिए मूसलाधार वर्षा होती है।
- क्षेत्र: विषुवतरेखीय प्रदेश (जहाँ प्रतिदिन शाम 4 बजे ‘4 O’clock Rain’ होती है) तथा भारत में ग्रीष्मकाल व मानसून-पूर्व (Pre-monsoon — काल वैशाखी, आम्र वर्षा) की स्थानीय वर्षा।
पर्वतकृत या स्थलाकृतिक वर्षा (Orographic / Relief Rainfall):
- प्रक्रिया: जब जलवाष्प से भरी आर्द्र पवनें किसी पर्वत श्रृंखला से टकराती हैं, तो वे पवन-अभिमुख ढाल (Windward Slope) के सहारे ऊपर उठने को बाध्य होती हैं। रुद्धोष्म शीतलन से संघनन होकर पवन-अभिमुख ढाल पर अत्यधिक भारी वर्षा होती है। जब यही पवन पर्वत पार करके पवन-विमुख ढाल (Leeward Slope) पर नीचे उतरती है, तो रुद्धोष्म संपीडन (Adiabatic Compression) से गर्म हो जाती है और उसकी सापेक्षिक आर्द्रता घट जाती है, जिससे वहाँ बहुत कम वर्षा होती है। इस शुष्क क्षेत्र को वृष्टि-छाया प्रदेश (Rain-Shadow Area) कहते हैं।
- भारतीय उदाहरण: अरब सागर की मानसूनी शाखा से पश्चिमी घाट के पश्चिमी ढाल (महाबलेश्वर $\approx 600\text{ cm}$, मंगलुरु) पर भारी वर्षा होना, जबकि पूर्वी ढाल (पुणे $\approx 70\text{ cm}$, दक्कन का पठार) का वृष्टि-छाया क्षेत्र में रहना; तथा मेघालय की खासी पहाड़ियों (मासिनराम $\approx 1187\text{ cm}$ व चेरापूँजी) में विश्व की सर्वाधिक पर्वतकृत वर्षा होना। (राजस्थान में अरावली पर्वतमाला का विस्तार दक्षिण-पश्चिम से उत्तर-पूर्व की ओर अरब सागरीय मानसून के समानांतर होने के कारण पश्चिमी राजस्थान में पर्वतकृत वर्षा नहीं हो पाती)।
चक्रवाती या वाताग्री वर्षा (Cyclonic or Frontal Rainfall):
- प्रक्रिया: जब दो भिन्न तापमान व घनत्व वाली वायुराशियाँ मिलती हैं, तो हल्की कोष्ण वायु ठंडी भारी वायु के ऊपर वाताग्र (Front) के सहारे धीरे-धीरे ऊपर उठती है (शीतोष्ण चक्रवात), अथवा उष्णकटिबंधीय चक्रवात के निम्न दाब केंद्र में हवाएँ अभिसरित होकर ऊपर उठती हैं।
- भारतीय उदाहरण: शीत ऋतु (दिसंबर–फरवरी) में भूमध्य सागर से आने वाले पश्चिमी विक्षोभ (Western Disturbances — शीतोष्ण चक्रवात) से उत्तर-पश्चिमी भारत व राजस्थान में होने वाली ‘मावठ’ (Mawath) की वर्षा, जो रबी फसलों (गेहूँ, चना, सरसों) के लिए अमृत समान होती है।

4.4 वर्षा का मापन: वर्षामापी यंत्र (Measurement of Rainfall — Rain Gauges)

किसी स्थान पर निश्चित समय में गिरे वर्षण (वर्षा, पिघले हिम या ओले) से यदि धरातल पर जल का न तो अपवाह (Runoff) हो, न अंतःस्रवण (Percolation) हो और न ही वाष्पीकरण हो, तो उस समतल सतह पर जमा होने वाले जल की ऊर्ध्वाधर गहराई (Vertical Depth in mm or cm) को ही वर्षा की मात्रा कहते हैं। इसके मापन के लिए दो प्रकार के वर्षामापी प्रयुक्त होते हैं:

अ-अभिलेखी या साधारण वर्षामापी — साइमन्स वर्षामापी (Non-Recording Rain Gauge — Symons’ Rain Gauge / IMD FRP Gauge):
- भारत मौसम विज्ञान विभाग (IMD) द्वारा मानक रूप से साइमन्स वर्षामापी (Symons’ Rain Gauge) अथवा नवीन फाइबरग्लास प्रबलित पॉलिएस्टर (FRP) वर्षामापी का उपयोग किया जाता है।
- संरचना: इसमें धातु या फाइबर का एक बेलनाकार बाह्य पात्र, एक संग्राहक कीप (Funnel with gun-metal rim — मानक व्यास $12.7\text{ cm}$ या $5\text{ inch}$; आधुनिक FRP गेज में $200\text{ cm}^2$ या $100\text{ cm}^2$ क्षेत्रफल), अंदर रखी एक संग्राहक बोतल (Receiving Bottle) और एक अंशांकित मापक काँच का जार (Graduated Measuring Cylinder — जो $0.1\text{ mm}$ तक सटीक मापता है) होता है।
- स्थापना के मानक नियम (IMD Exposure Rules):
  - वर्षामापी के कीप का ऊपरी किनारा (Rim) समतल भूमि से ठीक $30\text{ cm}$ ($1\text{ foot}$) की ऊँचाई पर होना चाहिए ताकि जमीन से उछलने वाली बूंदें (Splash-in) अंदर न जाएँ।
  - इसे किसी भी अवरोध (वृक्ष या भवन) से उस अवरोध की ऊँचाई के कम से कम दोगुनी दूरी ($2 \times H$, आदर्श रूप से $4 \times H$) पर खुले स्थान में लगाया जाना चाहिए।
  - प्रतिदिन प्रातः 08:30 बजे (IST) पिछले 24 घंटों की वर्षा मिलीमीटर (mm) में मापी जाती है।
स्वतः अभिलेखी वर्षामापी (Self-Recording Rain Gauges):
- ये वर्षा की कुल मात्रा के साथ-साथ वर्षा के प्रारंभ व समाप्त होने का समय तथा वर्षा की तीव्रता (Rainfall Intensity in mm/hr) का भी ग्राफ (Pluviograph / Hyetograph) बनाते हैं।
- प्राकृतिक साइफन या फ्लोट प्रकार (Natural Syphon / Float Type Recording Rain Gauge): IMD की कृषि मौसम वेधशालाओं में यह मानक स्वतः अभिलेखी यंत्र है। इसमें वर्षा जल एक तैरते हुए फ्लोट (Float) वाले कक्ष में जाता है; जैसे-जैसे जल स्तर बढ़ता है, फ्लोट से जुड़ी कलम घड़ी से घूमने वाले ड्रम के चार्ट पर ग्राफ खींचती है। जब कक्ष में $10\text{ mm}$ वर्षा जल भर जाता है, तो साइफन नली स्वतः सारा पानी बाहर निकाल देती है और कलम वापस शून्य रेखा पर आ जाती है।
- टिपिंग बकेट प्रकार (Tipping Bucket Rain Gauge): स्वचालित मौसम केंद्रों (AWS) में प्रयुक्त होता है, जिसमें दो छोटी कटोरीनुमा बाल्टियाँ होती हैं जो प्रत्येक $0.2\text{ mm}$ या $0.25\text{ mm}$ वर्षा पर झुककर विद्युत संकेत (Electrical Pulse) देती हैं।

वैज्ञानिक आरेख एवं सचित्र व्याख्या (Visual Scientific Diagrams)

चित्र 11.1: वर्षण निर्माण के दो मूलभूत सिद्धांत — (A) बर्गान-फिंडाइसेन हिम-क्रिस्टल सिद्धांत (शीत मेघ) एवं (B) लैंगम्यूर का संघट्ट-संलयन सिद्धांत (कोष्ण मेघ)

चित्र 11.2: वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर तापीय परतों ($T > 0^\circ\text{C}$ कोष्ण परत एवं $T < 0^\circ\text{C}$ उप-हिमांक परत) के आधार पर वर्षा, हिमांक वर्षा, सहिम वृष्टि एवं हिमपात का निर्माण

चित्र 11.3: (A) कपासी-वर्षी मेघ में ओले (Hailstone) की संकेंद्रित परतों का निर्माण तथा (B) भारत मौसम विज्ञान विभाग (IMD) के मानक साइमन्स वर्षामापी (Symons’ Rain Gauge) की संरचना

विजुअल माइंड मैप (Visual Mind Map — Lecture 11 Complete Overview)

संपूर्ण व्याख्यान 11 के सिद्धांतों, वर्षण प्रकारों एवं मापन मानकों को एक ही दृष्टि में स्मरण रखने हेतु नीचे 6-शाखाओं वाला विजुअल माइंड मैप (SVG) प्रस्तुत है:

चित्र 11.4: व्याख्यान 11 (वर्षण की प्रक्रिया एवं प्रकार: वर्षा, हिमपात, सहिम वृष्टि एवं ओलावृष्टि) का संपूर्ण 6-शाखीय विजुअल माइंड मैप

प्रक्रिया प्रवाह चार्ट (Process Flowcharts)

प्रवाह चार्ट 7.1: बर्गान-फिंडाइसेन हिम-क्रिस्टल प्रक्रिया (Cold Cloud Precipitation Pathway)

शीत/मिश्रित मेघ के ऊपरी भाग में उप-हिमांक तापमान (-10°C से -30°C) पर अतिशीतित जल-बूंदों एवं हिम-क्रिस्टलों का सह-अस्तित्व

↓

समान तापमान पर अतिशीतित जल का संतृप्ति वाष्प दाब बर्फ से अधिक होना (e_sw > e_si; -12°C पर अधिकतम अंतर)

↓

अतिशीतित बूंदों का वाष्पीकरण एवं जलवाष्प अणुओं का हिम-क्रिस्टलों पर तीव्र निक्षेपण (Deposition Growth)

↓

हिम-क्रिस्टलों का भारी होकर नीचे गिरना + अभिवृद्धि (Accretion) एवं समूहन (Aggregation) द्वारा बड़े हिम-फायों (Snowflakes) का निर्माण

↓

धरातलीय तापीय स्थिति के अनुसार अंतिम वर्षण रूप:
• संपूर्ण स्तंभ T < 0°C → हिमपात (Snow) | • T > 0°C परत के बाद पुनः गहरी ठंडी परत → सहिम वृष्टि (Sleet) | • धरातल तक T > 0°C → पिघलकर वर्षा (Rain)

प्रवाह चार्ट 7.2: कपासी-वर्षी मेघ (Cumulonimbus) में ओलावृष्टि (Hailstorm) निर्माण चक्र

कपासी-वर्षी मेघ (Cb) में तीव्र ऊर्ध्वाधर संवहन धाराओं (Strong Updrafts: 50–100 km/hr) का विकास

↓

हिमांक रेखा (0°C) के ऊपर जमे हुए जल-कण / ग्रौपेल (Hail Embryo) का निर्माण

↓

Updrafts द्वारा ओले का बार-बार निचले कम ठंडे क्षेत्र (Wet Growth → पारदर्शी बर्फ परत) एवं ऊपरी अति-ठंडे क्षेत्र (Dry Growth → अपारदर्शी सफेद परत) में चक्कर लगाना

↓

संकेंद्रित परतों (Concentric Rings) वाले भारी ओले (व्यास ≥ 5 mm से 50 mm+) का गुरुत्वाकर्षण बल से Updraft को चीरते हुए धरातल पर गिरना = ओलावृष्टि (Hailstorm)

तुलनात्मक सारणियाँ (Comparison Tables)

सारणी 8.1: बर्गान-फिंडाइसेन सिद्धांत बनाम संघट्ट-संलयन सिद्धांत

तुलना का आधार (Basis)	बर्गान-फिंडाइसेन सिद्धांत (Bergeron-Findeisen Theory)	संघट्ट-संलयन सिद्धांत (Collision-Coalescence Theory)
1. प्रतिपादक एवं वर्ष	टोर बर्गान (1933), डब्ल्यू. फिंडाइसेन (1938) एवं वेगनर।	इरविंग लैंगम्यूर (Irving Langmuir, 1948) एवं ई.जी. बोवेन।
2. मेघ का प्रकार एवं तापमान	शीत एवं मिश्रित मेघ (Cold Clouds) जिनका तापमान $0^\circ\text{C}$ से नीचे ($-10^\circ\text{C}$ से $-40^\circ\text{C}$) होता है।	कोष्ण मेघ (Warm Clouds) जिनका संपूर्ण भाग हिमांक से ऊपर ($T > 0^\circ\text{C}$) रहता है।
3. मेघ के अवयव	अतिशीतित जल-बूंदें (Supercooled Droplets) एवं हिम-क्रिस्टल (Ice Crystals) दोनों का सह-अस्तित्व।	केवल विभिन्न आकारों की द्रव जल-बूंदें (हिम-क्रिस्टल पूर्णतः अनुपस्थित)।
4. वृद्धि का मूल भौतिक नियम	बर्फ की तुलना में अतिशीतित जल पर उच्च संतृप्ति वाष्प दाब ($e_{sw} > e_{si}$) के कारण वाष्प का हिम-क्रिस्टलों पर निक्षेपण।	बड़ी संग्राहक बूंदों (Collector Drops) का उच्च पतन वेग से गिरते हुए छोटी बूंदों से टकराना व मिलना।
5. भौगोलिक प्रमुखता एवं कृत्रिम वर्षा	शीतोष्ण व उच्च अक्षांश तथा गहरे संवहनीय मेघ; कृत्रिम वर्षा हेतु $\text{AgI}$ व ठोस $\text{CO}_2$ प्रयुक्त।	उष्ण कटिबंधीय एवं तटीय मानसूनी मेघ; कृत्रिम वर्षा हेतु साधारण नमक ($\text{NaCl}$) प्रयुक्त।

सारणी 8.2: वर्षण के विभिन्न रूपों (Rain, Drizzle, Snow, Sleet, Glaze & Hail) की तुलना

वर्षण का रूप (Form)	भौतिक अवस्था	कण/बूंद का व्यास (Size)	संबद्ध मेघ एवं निर्माण की विशेषता
1. वर्षा (Rain)	द्रव (Liquid)	$0.5\text{ mm}$ से $6.0\text{ mm}$	वर्षा-स्तरी (Ns), कपासी-वर्षी (Cb); $T > 0^\circ\text{C}$ धरातल तक।
2. फुहार (Drizzle)	द्रव (Liquid)	$< 0.5\text{ mm}$ ($0.1-0.5\text{ mm}$)	स्तरी (Stratus) मेघ; अत्यंत धीमी पतन गति, तीव्रता $< 1\text{ mm/hr}$।
3. हिमपात (Snow)	ठोस (Solid)	$1\text{ mm}$ से $20\text{ mm}$ (Snowflakes)	संपूर्ण वायुमंडल $T < 0^\circ\text{C}$; षट्कोणीय पारभासी रवे ($10\text{ cm}$ हिम $\approx 1\text{ cm}$ जल)।
4. सहिम वृष्टि (Sleet)	ठोस छर्रे (Solid Pellets)	$\le 5.0\text{ mm}$ ($1-5\text{ mm}$)	हिम का बीच की कोष्ण परत में पिघलकर निचली ठंडी परत में पुनः छर्रों के रूप में जमना (अथवा वर्षा + हिम मिश्रण)।
5. हिमांक वर्षा (Glaze)	अतिशीतित द्रव $\rightarrow$ ठोस परत	$0.5\text{ mm}$ से $4.0\text{ mm}$	अतिशीतित वर्षा-बूंदों का $0^\circ\text{C}$ से ठंडी धरातलीय वस्तुओं से टकराते ही काँच जैसी बर्फ में जमना।
6. ओलावृष्टि (Hail)	ठोस कठोर गोले (Hard Ice)	$5.0\text{ mm}$ से $> 50\text{ mm}$	केवल कपासी-वर्षी (Cumulonimbus) मेघ में प्रबल Updrafts से एकांतर पारदर्शी व अपारदर्शी संकेंद्रित परतों का बनना।

सारणी 8.3: संवहनीय, पर्वतकृत एवं चक्रवाती वर्षा का तुलनात्मक विश्लेषण

तुलना बिंदु	संवहनीय वर्षा (Convectional)	पर्वतकृत वर्षा (Orographic)	चक्रवाती/वाताग्री वर्षा (Cyclonic/Frontal)
1. वायु उत्थापन का कारण	धरातल के तीव्र तापन से गर्म हवा की ऊर्ध्वाधर संवहन धाराएँ।	आर्द्र पवन के मार्ग में पर्वत श्रृंखला का यांत्रिक अवरोध।	दो भिन्न वायुराशियों का अभिसरण (वाताग्र) या निम्न दाब चक्रवात।
2. प्रमुख मेघ प्रकार	कपासी एवं कपासी-वर्षी (Cumulonimbus)।	कपासी, स्तरी एवं वर्षा-स्तरी (Windward ढाल पर)।	वर्षा-स्तरी (Nimbostratus), उच्च-स्तरी एवं कपासी-वर्षी।
3. अवधि एवं क्षेत्र विस्तार	अल्पकालीन (कुछ घंटे), सीमित क्षेत्र, मूसलाधार बौछार व तड़ित-झंझा।	दीर्घकालीन एवं स्थायी; पवन-अभिमुख ढाल पर भारी व पवन-विमुख पर वृष्टि-छाया।	विस्तृत भू-भाग पर कई घंटों से लेकर कई दिनों तक मध्यम व निरंतर वर्षा।

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

9.1 प्रभावी वर्षा (Effective Rainfall) एवं फसल जल बजट

खेत में गिरने वाली कुल वर्षा (Total Rainfall) का संपूर्ण भाग फसलों के काम नहीं आता। कुल वर्षा में से जो भाग सतही अपवाह (Surface Runoff) के रूप में बह जाता है और जो भाग जड़ क्षेत्र (Root Zone) से नीचे गहराई में अंतःस्रवित (Deep Percolation) हो जाता है, उसे घटाने के बाद जड़ क्षेत्र की मृदा में संग्रहित वह वर्षा जल जो फसल की वाष्पन-वाष्पोत्सर्जन (ET / Consumptive Use) माँग को पूरा करने के लिए वास्तव में उपलब्ध होता है, ‘प्रभावी वर्षा’ (Effective Rainfall) कहलाता है। भारत के अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में कुल मानसूनी वर्षा का लगभग 60% से 70% भाग ही प्रभावी वर्षा होता है। समोच्च मेड़बंदी (Contour Bunding), गहरी जुताई और पलवार (Mulching) द्वारा प्रभावी वर्षा के प्रतिशत को बढ़ाया जाता है।

9.2 राजस्थान में पश्चिमी विक्षोभ से शीतकालीन वर्षा (‘मावठ’ — Mawath) एवं ओलावृष्टि प्रबंधन

मावठ का कृषि महत्त्व: दिसंबर से फरवरी के मध्य भूमध्य सागर से आने वाले पश्चिमी विक्षोभों (Western Disturbances) से राजस्थान एवं उत्तर भारत में होने वाली $10\text{ mm}$ से $40\text{ mm}$ चक्रवाती वर्षा स्थानीय भाषा में ‘मावठ’ (Golden Drops for Rabi Crops) कहलाती है। यह बारानी चना, सरसों, तारामीरा एवं गेहूँ की दाना भराव अवस्था (Grain Filling Stage) में उपज को 20%–35% तक बढ़ा देती है।
ओलावृष्टि (Hailstorm) से फसल क्षति एवं आकस्मिक प्रबंधन (Hailstorm Contingency Management):
- क्षति: फरवरी–मार्च में जब कपासी-वर्षी बादलों से ओलावृष्टि होती है, तो पकी हुई सरसों की फलियाँ झड़ जाती हैं (Shattering), गेहूँ व जौ की फसल आड़ी गिर जाती है (Lodging), तथा जीरा, धनिया, इसबगोल और अनार/पपीते के बागों में भारी यांत्रिक क्षति होती है।
- रोकथाम एवं प्रबंधन:
  1. उच्च मूल्य वाली उद्यानिकी फसलों (सेब, अनार, अंगूर, पपीता, सब्जियों) के ऊपर एंटी-हेल नेट (Anti-Hail Nets — HDPE जाल) लगाना सबसे अचूक भौतिक उपाय है।
  2. ओलावृष्टि से आंशिक रूप से क्षतिग्रस्त खड़ी फसलों (जब फसल हरी हो) में घाव भरने, द्वितीयक कवक संक्रमण रोकने और वानस्पतिक पुनर्वृद्धि (Regrowth) के लिए तुरंत $1\%$ से $2\%$ यूरिया घोल के साथ कार्बेन्डाजिम या मैनकोजेब ($2\text{ g/litre}$) कवकनाशी का पर्णीय छिड़काव करना चाहिए।
  3. कटाई के तुरंत बाद रबी फसलों के बंडलों को खेत में खुला न छोड़कर तिरपाल से ढकना तथा प्रधानमंत्री फसल बीमा योजना (PMFBY) में 72 घंटे के भीतर स्थानीय आपदा सूचना देना।

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

1. वर्षामापी में एकत्रित जल आयतन से वर्षा गहराई (Rainfall Depth in mm) का सूत्र

R (cm) = V (cm³) / A (cm²) = V / (π × r²) ⇒ R (mm) = [ 10 × V (cm³) ] / A (cm²)

जहाँ: R = वर्षा की गहराई (cm या mm में), V = वर्षामापी की बोतल में एकत्रित वर्षा जल का आयतन ($\text{cm}^3$ या $\text{ml}$ में), r = संग्राहक कीप (Collector Funnel Rim) की त्रिज्या ($\text{cm}$ में), तथा A = πr² = संग्राहक कीप के मुख का अनुप्रस्थ क्षेत्रफल ($\text{cm}^2$ में)। (साइमन्स वर्षामापी के लिए व्यास $D = 12.7\text{ cm} \Rightarrow r = 6.35\text{ cm} \Rightarrow A = 126.68\text{ cm}^2$)।

2. वर्षा की तीव्रता (Rainfall Intensity) एवं प्रभावी वर्षा (Effective Rainfall) समीकरण

I (mm/hr) = P (mm) / t (hours) | P_eff = P_total − ( R_runoff + D_percolation )

जहाँ: I = वर्षा तीव्रता ($\text{mm/hr}$), P = समय अवधि $t$ (घंटों) में हुई कुल वर्षा ($\text{mm}$), P_eff = प्रभावी वर्षा, R_runoff = सतही अपवाह हानि, तथा D_percolation = जड़ क्षेत्र से नीचे गहरा अंतःस्रवण।

3. 1 मिलीमीटर (1 mm) वर्षा का प्रति हेक्टेयर जल आयतन एवं भार संबंध

1 mm Rainfall on 1 Hectare (10,000 m²) = 10 m³ = 10,000 Litres = 10 Metric Tonnes of Water

चूँकि $1\text{ ha} = 10,000\text{ m}^2$ तथा $1\text{ mm} = 0.001\text{ m}$, अतः आयतन $= 10,000 \times 0.001 = 10\text{ m}^3 = 10,000\text{ Litres}$।

हल सहित संख्यात्मक प्रश्न (Solved Numerical Examples):

उदाहरण 1 (वर्षामापी के क्षेत्रफल एवं जल आयतन से वर्षा मिमी की गणना):

प्रश्न: एक मानक फाइबरग्लास (FRP) वर्षामापी के संग्राहक कीप के मुख का क्षेत्रफल ($A$) $200\text{ cm}^2$ है। यदि किसी दिन प्रातः 08:30 बजे बोतल में $640\text{ cm}^3$ ($\text{ml}$) वर्षा जल एकत्रित हुआ, तो उस दिन कितने मिलीमीटर (mm) वर्षा दर्ज की जाएगी? क्या वह दिन IMD के अनुसार ‘वर्षा दिवस’ (Rainy Day) कहलाएगा?

हल:
दिया गया है: $A = 200\text{ cm}^2$, एकत्रित जल आयतन $V = 640\text{ cm}^3$
वर्षा की गहराई $R (\text{cm}) = \frac{V}{A} = \frac{640}{200} = 3.2\text{ cm}$
मिलीमीटर में वर्षा $R (\text{mm}) = 3.2 \times 10 = \mathbf{32.0\text{ mm}}$।
चूँकि दर्ज वर्षा ($32.0\text{ mm}$) IMD के मानक $2.5\text{ mm}$ से अधिक ($\ge 2.5\text{ mm}$) है, अतः यह एक वर्षा दिवस (Rainy Day) तथा कृषि की दृष्टि से एक फसल वर्षा दिवस ($\ge 5.0\text{ mm}$) भी कहलाएगा।

उदाहरण 2 (खेत में प्राप्त कुल वर्षा जल की लीटर में गणना):

प्रश्न: जोबनेर के 2.5 हेक्टेयर के एक कृषि फार्म पर मानसून के एक तूफान में 40 mm वर्षा हुई। यदि इसमें से 25% जल अपवाह व गहरे रिसाव में नष्ट हो गया, तो फसल के जड़ क्षेत्र को कुल कितने लीटर ‘प्रभावी वर्षा जल’ (Effective Rainfall Water) प्राप्त हुआ?

हल:
कुल वर्षा $P_{\text{total}} = 40\text{ mm}$; नष्ट जल $= 40\text{ का }25\% = 10\text{ mm}$
प्रभावी वर्षा गहराई $P_{\text{eff}} = 40 – 10 = \mathbf{30\text{ mm}}$
हम जानते हैं कि $1\text{ ha}$ पर $1\text{ mm}$ वर्षा $= 10,000\text{ Litres}$
अतः $2.5\text{ ha}$ पर $30\text{ mm}$ प्रभावी वर्षा जल $= 2.5 \times 30 \times 10,000 = \mathbf{7,50,000\text{ Litres}}$ ($7.5$ लाख लीटर)।

त्वरित पुनरावलोकन: परीक्षा कैप्सूल (Quick Revision Points)

1. मेघ-बूंद से वर्षा-बूंद अनुपात एक सामान्य मेघ-बूंद ($20\ \mu\text{m}$) से एक मानक वर्षा-बूंद ($2000\ \mu\text{m} = 2\text{ mm}$) बनने के लिए लगभग $10^6$ (10 लाख) मेघ-बूंदों का मिलना आवश्यक है।

2. बर्गान-फिंडाइसेन सिद्धांत (1933) शीत मेघों ($T < 0^\circ\text{C}$) में अतिशीतित जल का संतृप्ति वाष्प दाब बर्फ से अधिक ($e_{sw} > e_{si}$, अधिकतम $-12^\circ\text{C}$ से $-15^\circ\text{C}$ पर) होने से हिम-क्रिस्टल बढ़ते हैं।

3. संघट्ट-संलयन सिद्धांत (1948) इरविंग लैंगम्यूर द्वारा प्रतिपादित यह सिद्धांत कोष्ण मेघों ($T > 0^\circ\text{C}$) में बड़ी संग्राहक बूंदों द्वारा छोटी बूंदों के टकराव व विलय से वर्षा समझाता है।

4. वर्षा बनाम फुहार (Drizzle) वर्षा (Rain) की बूंदों का व्यास $0.5\text{ mm}$ से $6.0\text{ mm}$ होता है, जबकि फुहार (Drizzle) की बूंदों का व्यास $0.5\text{ mm}$ से कम होता है।

5. सहिम वृष्टि (Sleet) व ग्लेज़ हवा में पुनः जमी $\le 5\text{ mm}$ की पारदर्शी बर्फीली गोलियाँ सहिम वृष्टि (Sleet) हैं, जबकि ठंडी वस्तुओं से टकराकर जमने वाली अतिशीतित वर्षा ग्लेज़ (Glaze) है।

6. ओलावृष्टि (Hailstorm) ओले (व्यास $5\text{ mm}$ से $> 50\text{ mm}$, संकेंद्रित परतें) सदैव कपासी-वर्षी मेघों (Cumulonimbus) के तीव्र Updrafts से ही बनते हैं।

7. साइमन्स वर्षामापी मानक साइमन्स वर्षामापी की कीप का व्यास $12.7\text{ cm}$ ($5\text{ inch}$) होता है और इसका ऊपरी किनारा जमीन से ठीक $30\text{ cm}$ ($1\text{ foot}$) ऊँचा रखा जाता है।

8. IMD वर्षा दिवस मानदंड 24 घंटे में $\ge 2.5\text{ mm}$ वर्षा होने पर ‘वर्षा दिवस’ (Rainy Day) तथा $\ge 5.0\text{ mm}$ होने पर ‘फसल वर्षा दिवस’ (Crop Rainy Day) कहलाता है।

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

प्रश्न 1. एक सामान्य मेघ-बूंद (व्यास 20 μm) से एक मानक वर्षा-बूंद (व्यास 2000 μm या 2 mm) के निर्माण के लिए लगभग कितनी मेघ-बूंदों का आयतन मिलना आवश्यक है?

(A) 100 मेघ-बूंदें
(B) 1,000 मेघ-बूंदें
(C) 10,000 मेघ-बूंदें
(D) 10,00,000 (10⁶ / दस लाख) मेघ-बूंदें