องค์ประกอบและการแบ่งชั้นบรรยากาศ

          เมื่อครั้งผู้เขียนเป็นเด็กเคยได้ฟังนิทานที่คุณพ่อคุณแม่เล่าให้ฟังว่าคนที่ทำความดีมาก ๆ เมื่อเสียชีวิตไปจะได้เกิดเป็นเทวดาอยู่บนสวรรค์ และสวรรค์นั้นอยู่บนฟ้า ผู้เขียนได้เชื่ออย่างนั้นมาจนกระทั่งได้เรียนเรื่อง การแบ่งชั้นบรรยากาศ จึงมีความเข้าใจที่ถูกต้อง และได้เห็นชัดมากกว่านั้นเมื่อได้มีโอกาสได้นั่งเครื่องบิน ทำให้ผู้เขียนได้เห็นด้วยตาตัวเองเลยว่าบนฟ้าไม่ได้มีเทวดา บนฟ้าไม่ได้เป็นสวรรค์อย่างที่เคยฟังในนิทาน วันนี้จึงขอนำเสนอความรู้เกี่ยวกับสิ่งที่อยู่บนฟ้า ว่าถัดจากพื้นดินที่เราอาศัยอยู่ขึ้นไปนั้น มีลักษณะเป็นอย่างไร แบ่งเป็นชั้น แต่ละชั้น เรียกว่าอย่างไร และมีประโยชน์ต่อมนุษย์เราอย่างไรบ้าง

             ก่อนอื่นเรามาทำความเข้าใจเกี่ยวกับคำว่า บรรยากาศ กันก่อน บรรยากาศ หมายถึง อากาศที่ห่อหุ้มโลก อยู่รอบตัวเราตั้งแต่พื้นโลกขึ้นไปจนถึงระดับความสูงหลายร้อยกิโลเมตร โดยอากาศจะมีความหนาแน่นมากในระดับที่อยู่ใกล้ผิวโลก และค่อย ๆ เบาบางลงเรื่อย ๆ เมื่ออยู่ห่างจากพื้นดินมากขึ้น โลกมีแรงดึงดูดต่อบรรยากาศทำให้บรรยากาศมีการเคลื่อนตัวตามการหมุนของโลกไปพร้อมกับพื้นโลก องค์ประกอบของบรรยากาศประกอบไปด้วยแก๊สไนโตรเจน ( 78% ) รองลงมาคือ แก๊สออกซิเจน ( 21% ) อาร์กอน ( 0.9 % ) นอกจากนั้นเป็นไอน้ำและแก๊สอื่น ๆ จำนวนเล็กน้อย

ภาพที่ 1 ภาพแสดงชั้นบรรยากาศต่าง ๆ ที่แบ่งโดยใช้อุณหภูมิเป็นเกณฑ์
ที่มา: ศุภาวิตา  จรรยา ดัดแปลงจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File: Layers_of_the_atmosphere.PNG, The High Fin Sperm Whale

ประโยชน์ของบรรยากาศ ที่มีต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกมีหลายประการ กล่าวคือ

1. ทำให้สภาวะอากาศบนโลกเหมาะสมกับการดำรงชีวิตและป้องกันอันตรายจากรังสีต่าง ๆ โดยในช่วงเวลากลางวันดวงอาทิตย์แผ่รังสีความร้อนมายังโลก แก๊สโอโซนในบรรยากาศจะดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ไว้บางส่วน เพื่อไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เพราะถ้ารังสีอัลตราไวโอเลตที่ลงมาสู่โลกมีความเข้มมากเกินไปจะส่งผลให้มนุษย์มีผิวหนังไหม้ เซลล์ผิวหนังถูกทำลาย และอาจเป็นมะเร็งผิวหนังได้ นอกจากนี้   ไอน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ มีเทน ไนตรัสออกไซด์  ถึงแม้จะมีอยู่ในบรรยากาศเพียงเล็กน้อย จะเป็นตัวดูดกลืนรังสีอินฟราเรด ทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกอบอุ่นเหมาะแก่การดำรงชีวิต ส่วนช่วงกลางคืนที่ไม่มีแสงแดด โลกจะมีการคายความร้อน บรรยากาศจะช่วยกักเก็บความร้อนบางส่วนไว้ ไม่ให้เกิดการคายความร้อนเร็วเกินไป   จนทำให้โลกมีอุณหภูมิลดลงต่ำมากจนไม่เหมาะต่อการดำรงชีวิต  ถ้าไม่มีอากาศห่อหุ้มโลกไว้แล้วในช่วงกลางวันอุณหภูมิบนผิวโลกจะสูงถึงประมาณ 110 องศาเซลเซียส และในช่วงกลางคืนอุณหภูมิบนผิวโลกจะลดต่ำลงจนถึงประมาณ -180 องศาเซลเซียส

2. บรรยากาศช่วยป้องกันอันตรายจากอนุภาคต่าง ๆ ที่อยู่นอกโลก ได้แก่ อุกกาบาต สะเก็ดดาวต่าง ๆ เมื่อสิ่งเหล่านั้นหลุดเข้ามายังชั้นบรรยากาศของโลกด้วยความเร็วสูง  จะเกิดการเสียดสีและลูกไหม้ทำให้มีขนาดเล็กลง จึงเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกน้อยลง

3. บรรยากาศเป็นแหล่งแก๊สที่สำคัญต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ บนโลก ได้แก่ ประกอบด้วยแก๊สออกซิเจน ซึ่งเป็นแหล่งสำหรับการหายใจของสิ่งมีชีวิต เป็นแหล่งคาร์บอนไดออกไซด์ให้พืชใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ไอน้ำในบรรยากาศ ทำให้เกิดฝน ซึ่งจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของทั้งพืชและสัตว์

             การแบ่งชั้นบรรยากาศนักวิทยาศาสตร์ได้แบ่งโดยใช้เกณฑ์ที่แตกต่างกัน ได้แก่ การแบ่งตามองค์ประกอบทางเคมี การแบ่งตามคุณสมบัติทางไฟฟ้า ในที่นี้จะขอกล่าวถึงการแบ่งชั้นบรรยากาศโลกตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ซึ่งมักใช้ในการศึกษาด้านอุตุนิยมวิทยา สามารถแบ่งชั้นบรรยากาศออกเป็น 5 ชั้น ดังนี้

ภาพที่ 2 ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในบรรยากาศแต่ละชั้น

ที่มา: http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7b.html, Pidwirny, M.

1. โทรโพสเฟียร์ ( Troposphere ) เป็นบรรยากาศชั้นล่างสุดที่อยู่ตั้งแต่ผิวโลกจนถึงระดับความสูง 10 - 12 กิโลเมตร เป็นชั้นที่มนุษย์อาศัยอยู่ ร้อยละ 80 ของมวลอากาศทั้งหมดอยู่ในบรรยากาศชั้นนี้ นอกจากนี้บรรยากาศชั้นนี้มีไอน้ำ เมฆ จึงทำให้เกิดปรากฏการณ์น้ำฟ้าต่างๆ เช่น เมฆ พายุ ฝน เป็นต้น จึงเหมาะแก่การดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ บนโลก การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในชั้นนี้ ยิ่งเมื่อความสูงเพิ่มขึ้น อุณหภูมิจะลดลง เนื่องจากว่า ในเวลากลางวันพื้นผิวโลกทำหน้าที่ดูดกลืนรังสีและความร้อนจากดวงอาทิตย์ แล้วแผ่รังสีอินฟราเรดออกมา ทำให้อุณหภูมิใกล้ผิวโลกอบอุ่น และอุณหภูมิจะลดลงเมื่อห่างจากผิวโลกออกไป ยิ่งสูงขึ้นไปอุณหภูมิจะยิ่งลดต่ำลงในอัตรา 6.5 °C ต่อ 1 กิโลเมตร จนกระทั่งถึงระยะสูงประมาณ 12 กิโลเมตร อุณหภูมิจะคงที่ - 56.5 °C    

2. สตราโทสเฟียร์ ( Stratosphere ) เริ่มตั้งแต่ระดับความสูง 12 กิโลเมตรจนถึงระดับความสูง 50 กิโลเมตร บรรยากาศชั้นนี้แปรปรวนน้อยกว่าโทรโพสเฟียร์มาก เนื่องจากไม่มีไอน้ำหรือความชื้น เครื่องบินจึงบินอยู่ที่ชั้นบรรยากาศชั้นนี้เพื่อหลีกเลี่ยงกระแสอากาศที่แปรปรวน บรรยากาศชั้นนี้ มีแก๊สโอโซนที่เป็นเกราะป้องกันรังสีอัลตราไวโอเล็ตให้กับสิ่งมีชีวิตบนผิวโลก ที่ชั้นนี้ที่ความสูงเพิ่มขึ้นอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น อัตรา 2°C ต่อ 1 กิโลเมตร เนื่องจากโอโซนที่ระยะสูง 48 กิโลเมตร ดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์เอาไว้จึงทำให้มีอุณหภูมิสูงขึ้น นอกจากนี้ บอลลูนตรวจอากาศสามารถลอยสูงได้เพียงบรรยากาศชั้นนี้  เพราะเมื่อบอลลูนลอยสูงขึ้นไปอีกก็จะแตกเนื่องจากความดันอากาศภายในและภายนอกแตกต่างกันมากจนเกินไป 

3. มีโซสเฟียร์ ( Mesosphere ) เริ่มตั้งแต่ระดับความสูง 50 - 80 กิโลเมตร ในชั้นนี้มีมวลอากาศเบาบางมากไม่ถึงร้อยละ 0.1 ของมวลอากาศทั้งหมด เมื่อความสูงเพิ่มขึ้นอุณหภูมิก็จะลดลง เนื่องจากห่างจากแหล่งความร้อนในชั้นโอโซนออกไป อุณหภูมิจะลดลงไปเรื่อย ๆ จนถึง -90 °C ที่ระยะสูง 80 กิโลเมตร อุกกาบาตส่วนมากที่ตกเข้ามายังโลกจะถูกเผาไหม้ที่บรรยากาศชั้นนี้

4. เทอร์โมสเฟียร์ ( Thermosphere ) เริ่มตั้งแต่เหนือระดับความสูง 80 กิโลเมตรจนถึงระดับความสูงราว ๆ 500 - 1,000 กิโลเมตร บรรยากาศชั้นนี้เองที่ปลดปล่อยแสงออโรราออกมา และเป็นบรรยากาศที่สถานีอวกาศนานาชาติ โคจรที่ระดับความสูง 350 - 420 กิโลเมตรด้วย ที่บรรยากาศชั้นนี้อุณหภูมิกลับสูงขึ้นอีกครั้ง โดยอุณหภูมิในชั้นนี้สามารถสูงได้ถึง 1200 °C อุณหภูมิที่สูงนี้ถูกปลดปล่อยจากโมเลกุลของแก๊สไนโตรเจนและออกซิเจนในบรรยากาศชั้นบนสุด ดูดกลืนรังสีแกมมาและรังสีเอกซ์ จนทำให้อะตอมของแก๊สมีอุณหภูมิสูงมากจนแตกตัวและสูญเสียอิเล็กตรอน กลายเป็นประจุ ( Ion ) บางครั้งเราเรียกบรรยากาศชั้นนี้ว่า "ไอโอโนสเฟียร์" ( Ionosphere ) มีสมบัติในการสะท้อนคลื่นวิทยุ ทำให้เกิดประโยชน์ในการสื่อสารโทรคมนาคมระยะไกล

5. เอ็กโซสเฟียร์ ( Exosphere ) เป็นบรรยากาศชั้นนอกสุดของโลก บรรยากาศชั้นนี้เบาบางและมีองค์ประกอบของแก๊สเบา ๆ อย่างไฮโดรเจนและฮีเลียม แม้ว่าโมเลกุลของอากาศจะมีอยู่เบาบางและอยู่ห่างกันมาก แต่ก็มีความหนาแน่นมากพอที่จะสร้างแรงเสียดทานให้กับดาวเทียมและยานอวกาศซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง ถัดจากชั้นนี้ขึ้นไปจะเป็นอาณาเขตซึ่งเรียกว่า อวกาศ ซึ่งมีสภาพเหมือนกับเป็นสุญญากาศ

แหล่งที่มา

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โลก และดาราศาสตร์.  ชั้นบรรยากาศ.   สืบค้นเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม 2562, จาก http://www.lesa.biz/earth/atmosphere/atm-structure

สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชน ฯ เล่มที่ 20. เรื่องที่ 8 เวชศาสตร์การบิน/บรรยากาศ. สืบค้นเมื่อวันที่ 18 ธันวาคม 2562, จาก  http://www.kanchanapisek.or.th/kp6/sub/book/book.php?book=20&chap=8&page=t20-8-infodetail04.html

Pidwirny, M. (2006). "The Layered Atmosphere". Fundamentals of Physical Geography,2nd Edition. Retrieved December 17, 2019 from http://www.physicalgeography.net/fundamentals/7b.html

The UCAR Center for Science Education. Layers of Earth's Atmosphere. Retrieved December 17, 2019 from https://scied.ucar.edu/atmosphere-layers

ลมฟ้าอากาศและองค์ประกอบของลมฟ้าอากาศ

          หากมีใครสักคน ถามคุณว่าสภาพอากาศวันนี้เป็นอย่างไร  คุณอาจตอบเพียงว่า วันนี้ร้อนมาก วันนี้ครึ้มฟ้าครึ้มฝน หรือวันนี้หนาวกว่าเมื่อวาน แต่หากต้องการรายละเอียดมากกว่านั้นคุณคงต้องใช้ข้อมูลของกรมอุตุนิยมวิทยา ซึ่งพิจารณาปัจจัยหลายอย่าง อาทิ อุณหภูมิอากาศ ความชื้น ความเร็วลม ปริมาณและประเภทของเมฆ เป็นต้น โดยข้อมูลเหล่านี้จะถูกรวบรวมและประมวลผลเป็นรายงานสภาพอากาศ รวมถึงการพยากรณ์อากาศทั้งแบบรายวันหรือรายสัปดาห์ ทำให้คุณได้ทราบข้อมูลเกี่ยวกับสภาพอากาศอย่างละเอียดและแม่นยำ ในบทเรียนนี้เราจะได้ทำความเข้าใจและเรียนรู้เกี่ยวกับสิ่งต่าง ๆ เหล่านี้ ซึ่งกล่าวโดยรวมว่า การศึกษาเกี่ยวกับลมฟ้าอากาศและองค์ประกอบของลมฟ้าอากาศ

ภาพที่ 1 ลมฟ้าอากาศ เป็นสภาวะของอากาศที่เกิดขึ้น ณ สถานที่ใดสถานที่หนึ่ง ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง
ที่มา :  https://www.pexels.com,  Marbel Amber

ลมฟ้าอากาศคืออะไร

          ลมฟ้าอากาศ ( Weather ) คือ ปรากฏการณ์หรือสภาวะของอากาศที่เกิดขึ้น ณ สถานที่ใดสถานที่หนึ่ง ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา

          ชวนคิด หากมีผู้กล่าวว่า “ปีนี้ประเทศไทย มีอุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปีเท่ากับ 28.5 องศาเซลเซียส” ข้อความนี้ถือเป็นการบอกสภาพลมฟ้าอากาศหรือไม่

           ตอบ ไม่เป็น เพราะข้อมูลสภาพลมฟ้าอากาศ ต้องเป็นข้อมูลที่เฉพาะเจาะจง ทั้งในแง่สถานที่ และเป็นช่วงเวลาอันสั้น  เช่น อุณหภูมิ ณ เวลาเที่ยงวัน ที่กรุงเทพมหานคร ในวันนี้ มีค่าเท่ากับ 32.2 องศาเซลเซียส

องค์ประกอบของลมฟ้าอากาศมีอะไรบ้าง

          ในพื้นที่หรือสถานที่หนึ่ง ๆ จะมีสภาพลมฟ้าอากาศแตกต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่าง ได้แก่ อุณหภูมิอากาศ ความกดอากาศ ลม ความชื้น เมฆ และหยาดน้ำฟ้า เป็นต้น สิ่งเหล่านี้เรียกว่า องค์ประกอบของลมฟ้าอากาศ ซึ่งมีรายละเอียดดังนี้

           1. อุณหภูมิอากาศ ( Air temperature ) เป็นค่าพื้นฐานที่ใช้บอกสภาพลมฟ้าอากาศในแต่ละช่วงเวลา ซึ่งปัจจัยหลักที่ทำให้อุณหภูมิอากาศในพื้นที่หนึ่ง ๆ มีค่าแตกต่างกัน คือ การหมุนรอบตัวเองของโลก ทำให้มุมที่ลำแสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบมายังผิวโลกนั้นมีค่าแตกต่างกัน จึงส่งผลให้ความเข้มของรังสีดวงอาทิตย์มีค่าแตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา เป็นผลให้อุณหภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงไป โดยในเวลากลางวันอุณหภูมิอากาศจะสูง และลดต่ำลงในช่วงเวลากลางคืน โดยเครื่องมือที่ใช้วัดอุณหภูมิ คือ เทอร์มอมิเตอร์

           อย่างไรก็ตาม ลักษณะทางภูมิศาสตร์และตำแหน่งของแต่ละพื้นที่ก็ส่งผลต่ออุณหภูมิอากาศด้วยเช่นกัน เช่น พื้นที่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีอุณหภูมิอากาศสูงกว่าบริเวณเขตขั้วโลก ที่ระดับความสูงเพิ่มขึ้นอุณหภูมิอากาศจะลดลง เป็นต้น นอกจากนี้ปริมาณเมฆก็ส่งผลต่ออุณหภูมิอากาศเช่นกัน โดยในพื้นที่หรือในบางช่วงเวลาที่มีปริมาณเมฆปกคลุมมาก จะมีอุณหภูมิอากาศต่ำกว่าบริเวณที่มีปริมาณเมฆปกคลุมน้อย

            2. ความกดอากาศ ( Air pressure ) เป็นค่าที่แสดงถึงน้ำหนักของโมเลกุลอากาศที่กดทับลงในหนึ่งหน่วยพื้นที่ที่พิจารณา เมื่อความกดอากาศเปลี่ยนแปลงจะมีผลต่อสภาพของลมฟ้าอากาศ โดยปัจจัยที่ส่งผลต่อความกดอากาศ คือระดับความสูงและอุณหภูมิของอากาศ โดยทั่วไปที่ระดับความสูงน้อยๆ ความกดอากาศจะมีค่าสูงและลดลงเรื่อย ๆ เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น และเมื่อพิจารณาอุณหภูมิของอากาศ จะพบว่าอุณหภูมิอากาศต่ำจะมีค่าความกดอากาศสูง

            เนื่องจากอากาศจะเคลื่อนที่จากพื้นที่ความกดอากาศสูงไปยังพื้นที่ที่มีความกดอากาศต่ำเสมอ หากการเคลื่อนที่นั้นเกิดขึ้นในระดับพื้นผิวโลก เราจะเรียกอากาศที่เคลื่อนที่นั้นว่า ลม  แต่ในระดับความสูงมาก ๆ ความกดอากาศมีค่าต่ำ ทำให้อากาศเคลื่อนที่จากผิวโลกขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ และเมื่อปะทะกับอุณหภูมิอากาศต่ำ จึงมีการก่อตัวเป็นเมฆ นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องเตรียมร่มในวันที่มีรายงานว่าความกดอากาศต่ำ เพราะเมฆที่ก่อตัวขึ้นนั้นอาจกลายเป็นฝนในที่สุด 

          เครื่องมือที่ใช้วัดความกดอากาศ คือ บารอมิเตอร์ โดยค่าความกดอากาศสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่หรือตำแหน่งที่เปลี่ยนไปของของเหลวที่ถูกอากาศกดทับ บารอมิเตอร์มี 3 ชนิดหลัก  ๆ คือ บารอมิเตอร์แบบปรอท แอนิรอยด์บารอมิเตอร์ และบารอกราฟ ดังภาพที่ 2

ภาพที่  2  บารอมิเตอร์ชนิดต่างๆ

ที่มา : ศุภาวิตา  จรรยา ดัดแปลงจาก https://pixabay.com/th/photos/barograph , https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Barometer_mercury_column_hg.jpg และhttps://publicdomainvectors.org/en/free-clipart/Barometer-image/71461.html

          3. ลม ( Wind ) เป็นการเคลื่อนที่ของอากาศจากบริเวณที่มีความกดอากาศสูงไปยังบริเวณที่มี ความกดอากาศต่ำ การเคลื่อนที่ของอากาศนี้เกิดจากความแตกต่างของแรงดันในแต่ละพื้นที่ ปรากฏการณ์ที่อากาศเคลื่อนที่จากความกดอากาศสูงไปยังความกดอากาศต่ำนั้น สามารถสังเกตได้ง่าย ๆ จากการเป่าลูกโป่งแล้วค่อย ๆ ปล่อยลมออก จะสังเกตว่าลมเคลื่อนที่ออกมาภายนอกแทนที่จะกลับเข้าไปในลูกโป่ง ทั้งนี้เพราะอากาศภายในลูกโป่งมีมากกว่า จึงมีแรงดันมากกว่า เมื่อมีแรงดันมากกว่าจึงต้องเคลื่อนที่ออกมาสู่ภายนอกนั่นเอง

          การเกิดลมบนพื้นผิวโลกนั้น เกิดจากพื้นผิวโลกบริเวณต่าง ๆ ได้รับพลังงานความร้อนจากดวงอาทิตย์แตกต่างกัน รวมถึงมีสภาพภูมิประเทศที่แตกต่างกัน ทำให้มีอุณหภูมิอากาศและความกดอากาศแตกต่างกันจึงทำให้เกิดลม การเกิดลมเป็นที่มาของการหมุนเวียนอากาศ จนกลายเป็นฝนและพายุ ทั้งนี้หากลมที่เกิดขึ้นในอันเนื่องจากอุณหภูมิพื้นดินที่แตกต่างจากอุณหภูมิบนผิวน้ำ เราจะเรียกว่า ลมมรสุม และเมื่อพื้นที่ 2 บริเวณมีความกดอากาศแตกต่างกันมาก จะเกิดลมที่ความรุนแรง เรียกว่า “ลมพายุ”

          เครื่องมือที่ใช้ในการวัดทิศทางลม เรียกว่า “ศรลม” มีลักษณะเป็นลูกศรยาว โดยปลายลูกศรจะชี้ไปในทางที่ลมพัดเข้ามา และความเร็วของลมสามารถวัดได้โดยใช้ “มาตรความเร็วลม (anemometer) ” แสดงดังภาพที่ 3

ภาพที่ 3 มาตรความเร็วลม ( anemometer ) 
ที่มา : https://pixabay.com, Hpgruesen

           4.ความชื้น ( Humidity ) คือ ปริมาณไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศ ส่วนความชื้นสัมพัทธ์ (relative humidity) เป็นอัตราส่วนของปริมาณของไอน้ำที่มีอยู่ในอากาศต่อปริมาณของไอน้ำที่ทำให้อากาศอิ่มตัว ( saturated air ) ปัจจัยที่ทำให้อากาศมีปริมาณไอน้ำที่แตกต่างกันนั้น คือ อุณหภูมิของอากาศ โดยอุณหภูมิสูงจะสามารถกักเก็บไอน้ำได้มากกว่าอุณหภูมิต่ำ สภาวะที่อากาศไม่สามารถกักเก็บไอน้ำได้อีก เรียกว่า อากาศอิ่มตัว หรืออากาศมีความชื้นสัมพัทธ์ 100% เครื่องวัดความชื้น เรียกว่า ไฮโกรมิเตอร์ ซึ่งมีหลายชนิด ดังตัวอย่างแสดงในภาพที่ 4

ภาพที่ 4 ไฮโกรมิเตอร์
ที่มา : https://pixabay.com, Rchanesa

         5. เมฆ ( Clouds ) คือ กลุ่มของหยดน้ำขนาดเล็กหรือเกล็ดน้ำแข็งที่รวมตัวกันลอยอยู่ในอากาศ เมฆเกิดจากการระเหยของน้ำจากแม่น้ำ ลำธาร หรือมหาสมุทร แล้วไอน้ำนั้นเคลื่อนที่สู่ชั้นบรรยากาศ เมื่ออยู่ในสภาพอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำและความกดอากาศต่ำ ทำให้ไอน้ำเหล่านี้รวมตัวกลายเป็นละอองน้ำขนาดเล็กที่จับกันเป็นกลุ่มก้อนได้โดยมีฝุ่นละอองขนาดเล็กเป็นแกน หรือเรียกว่า แกนควบแน่น ( condensation nuclei ) หรือหากรวมตัวกันในระดับสูงละอองน้ำนั้นจะกลายเป็นเกล็ดน้ำแข็งขนาดเล็ก โดยเมื่อแสงจากดวงอาทิตย์ตกกระทบไปยังพื้นผิวของเมฆจะสามารถสะท้อนเข้าสู่ตาเรา มองเห็นเป็นสีเทาหรือขาวได้

          เมฆ สามารถจัดแบ่งประเภทตามระดับความสูง โดยแบ่งได้เป็น เมฆชั้นต่ำ ( สูงจากพื้นดินไม่เกิน 2 กิโลเมตร ) เมฆชั้นกลาง ( สูงจากพื้นดิน 2 - 6 กิโลเมตร ) และเมฆชั้นสูง ( สูงจากพื้นดินมากกว่า 6 กิโลเมตร ) หากจัดแบ่งตามรูปร่างลักษณะของก้อนเมฆ สามารถแบ่งได้เป็น เมฆก้อน ( Cumulus ) และเมฆแผ่น          ( Stratus ) โดยลักษณะและชื่อของเมฆประเภทต่าง ๆ แสดงดังภาพที่ 5

ภาพที่ 5 ชื่อและลักษณะของเมฆประเภทต่างๆ
ที่มา : ศุภาวิตา  จรรยา ดัดแปลงจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cloud_types.jpg, Christopher M. Klaus

          ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณเมฆหรือการเกิดเมฆที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ เช่น ปริมาณของแกนควบแน่น ซึ่งแกนควบแน่นนั้นเกิดจากฝุ่นละอองขนาดเล็ก เขม่าควันจากการเผาไหม้ หรือไอเกลือทะเล ซึ่งสิ่งเหล่านี้เป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดเมฆ นอกจากนี้อุณหภูมิอากาศและลมยังส่งผลต่อการระเหยของน้ำซึ่งส่งผลต่อการเกิดเมฆและการเคลื่อนที่ของเมฆด้วยเช่นกัน เราสามารถสังเกตสภาพลมฟ้าอากาศจากการสังเกตรูปร่างลักษณะของเมฆได้ เช่น เมื่อเมฆก่อตัวในแนวตั้งสีเทา แสดงว่าจะเกิดพายุ ฝนฟ้าคะนอง หรือหากเมฆมีลักษณะเป็นแผ่นบางลอยอยู่ระดับต่ำ แสดงว่าสภาพอากาศเป็นปกติ เป็นต้น

          6. หยาดน้ำฟ้า ( Precipitation ) คือ หยดน้ำหรือน้ำแข็งทุกชนิดที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำที่ลอยขึ้นสู่บรรยากาศ แล้วตกลงสู่พื้นโดยไม่ระเหยกลายเป็นไอก่อนถึงพื้น ได้แก่ ละอองหมอก ฝน หิมะ ลูกเห็บ เป็นต้น ปริมาณของหยาดน้ำฟ้าที่วัดได้ในช่วงฤดูกาลต่าง ๆ จะบ่งชี้ถึงสภาพอากาศในบริเวณหรือภูมิภาคนั้นได้ ฝน เป็นหยาดน้ำฟ้าที่สำคัญสำหรับประเทศไทย โดยเกิดจากการกลั่นตัวของละอองน้ำขนาดเล็กภายในก้อนเมฆ กลายเป็นหยดน้ำขนาดประมาณ 0.5 – 5 มิลลิเมตร ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณฝน คือ ปริมาณเมฆ เครื่องมือวัดปริมาณน้ำฝน เรียกว่า เครื่องวัดน้ำฝน ( rain gauge ) ซึ่งมีหลายชนิด เช่น เครื่องวัดน้ำฝนแบบธรรมดาหรือแบบแก้วตวง เครื่องวัดน้ำฝนแบบบันทึก ดังแสดงในภาพที่ 6

          กล่าวโดยสรุป ในบทเรียนนี้ เป็นการศึกษาลมฟ้าอากาศ ซึ่งเป็นสภาวะของอากาศในเวลาหนึ่งของพื้นที่หนึ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาขึ้นอยู่กับองค์ประกอบลมฟ้าอากาศ ได้แก่ อุณหภูมิอากาศ ความกดอากาศ ลม ความชื้น เมฆ และหยาดน้ำฟ้า โดยหยาดน้ำฟ้าที่พบบ่อย ในประเทศไทย ได้แก่ ฝน องค์ประกอบ ของลมฟ้าอากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ เช่น ปริมาณรังสีจากดวงอาทิตย์และ ลักษณะพื้นผิวโลกส่งผลต่ออุณหภูมิอากาศ อุณหภูมิอากาศและปริมาณไอน้ำส่งผลต่อความชื้น ความกดอากาศส่งผลต่อลม ความชื้นและลมส่งผลต่อเมฆ

แหล่งที่มา

ทรูปลูกปัญญา.  บทเรียนออนไลน์ วิชาวิทยาศาสตร์ เรื่อง บรรยากาศ. สืบค้นเมื่อ 10 พฤศจิกายน 2562, จาก https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/31425/044023

ศูนย์การเรียนรู้วิทยาศาสตร์โลกและดาราศาสตร์.  บรรยากาศ.  สืบค้นเมื่อ 10 พฤศจิกายน 2562, จาก http://www.lesa.biz/earth/atmosphere

The Globe program.  Precipitation Protocols.  Retrieved November 20, 2019, from https://www.globe.gov/documents/348614/97b9939c-7fb5-4b12-8113-59f988781bf5

University Cooperation for Atmospheric Research. (2019).  Learning Zone.  Retrieved November 20, 2019, from https://scied.ucar.edu/resources