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