जलवायु विज्ञान II: कोपेन और थॉर्नथवेट, ENSO, मौसम-संबंधी संकट और जलवायु परिवर्तन

व्लादिमीर कोपेन (पहली योजना 1900, 1918 से प्रचलित रूप, 1936 में रुडॉल्फ़ गाइगर के साथ संशोधित) ने जलवायु का वर्गीकरण उस वनस्पति से किया जिसे वह पोषित करती है, और मापने योग्य प्रतिनिधि के रूप में माध्य मासिक तापमान और वर्षण का प्रयोग किया। पाँच प्रमुख समूह बड़े अक्षरों से परिभाषित हैं। A — उष्णकटिबंधीय आर्द्र: हर महीने का औसत 18 °C या अधिक। B — शुष्क: वाष्पीकरण वर्षण से अधिक; BW मरुस्थल और BS स्टेपी। C — उष्ण शीतोष्ण (मध्यतापी): सबसे ठंडा महीना 18 °C और −3 °C के बीच। D — शीत हिम-वन (सूक्ष्मतापी): सबसे ठंडा महीना −3 °C से नीचे और सबसे गर्म 10 °C से ऊपर। E — ध्रुवीय: सबसे गर्म महीना 10 °C से नीचे; ET (टुंड्रा) में सबसे गर्म महीना 0 °C और 10 °C के बीच और EF (हिमटोप) में 0 °C से नीचे। उच्चभूमि समूह H बाद के विद्वानों ने जोड़ा, कोपेन ने नहीं।

सी.डब्ल्यू. थॉर्नथवेट ने दो प्रयास किए। उनकी 1931 की योजना ने वर्षण प्रभाविता — P-E सूचकांक, बारह महीनों में हर महीने के वर्षण-से-वाष्पीकरण अनुपात का योग — और ताप दक्षता (T-E सूचकांक) का प्रयोग किया। P-E सूचकांक ने वनस्पति से मेल खाते पाँच आर्द्रता प्रांत दिए: A आर्द्र (वर्षावन), B नम (वन), C उप-आर्द्र (घास-भूमि), D अर्ध-शुष्क (स्टेपी) और E शुष्क (मरुस्थल)। उनकी 1948 की योजना अधिक महत्त्वपूर्ण है और सिद्धांततः वास्तव में भिन्न है: इसने वनस्पति-प्रतिनिधियों के स्थान पर भौतिक रूप से परिकलित संभावित वाष्पोत्सर्जन (PE) रखा — वह जल जो वनस्पति-युक्त सतह से खोया जाता यदि जल कभी कम न पड़ता — जिसका अनुमान माध्य तापमान और दिन की लंबाई से लगाया जाता है। जल-संतुलन में महीने-दर-महीने PE की वर्षण से तुलना आर्द्र महीनों में जल अधिशेष (s) और शुष्क महीनों में जल घाटा (d) देती है।

इनसे थॉर्नथवेट ने एक आर्द्रता सूचकांक बनाया। 1948 में यह Im = (100s − 60d) ÷ PE था, घाटे को 0.6 का भार देते हुए क्योंकि मृदा-जल पौधों को शुष्क ऋतु के एक भाग तक सहारा दे सकता है; थॉर्नथवेट और मैथर (1955) ने यह भार हटा दिया: Im = 100(s − d) ÷ PE। धनात्मक मान नम जलवायु और ऋणात्मक मान शुष्क जलवायु दर्शाते हैं: A अति-आर्द्र (Im 100 और अधिक), B1 से B4 आर्द्र (20 से 100 तक 20 के चरणों में), C2 नम उप-आर्द्र (0 से 20), C1 शुष्क उप-आर्द्र, D अर्ध-शुष्क और E शुष्क। ताप दक्षता स्वयं वार्षिक PE से पढ़ी जाती है, महातापी (A') से तुषार (E') तक, और अधिशेष या घाटे की ऋतु के अक्षर कूट को पूरा करते हैं। चूँकि PE पौधों से अनुमानित नहीं बल्कि परिकलित होता है, 1948 की योजना मानचित्रण जितनी ही सिंचाई-नियोजन और कृषि जल-बजट में प्रयुक्त होती है।

सामान्य वर्ष में दक्षिण-पूर्वी व्यापारिक पवनें विषुवतीय प्रशांत के पार पूर्व से पश्चिम चलती हैं। वे गर्म सतही जल को पश्चिम में, इंडोनेशिया के आसपास, एक उष्ण कुंड में जमा करती हैं, जहाँ वायु उठती है और भारी वर्षा होती है; पेरू और इक्वाडोर के तट पर ठंडा, पोषक-समृद्ध जल ऊपर उठता है और विश्व के सबसे समृद्ध मत्स्य-क्षेत्रों में से एक को पोषित करता है। ताप-प्रवणता परत (थर्मोक्लाइन) — गर्म सतही और ठंडे गहरे जल की सीमा — पश्चिम में गहरी और पूर्व में उथली है। विषुवत के साथ वायु का पूर्व–पश्चिम उलटाव वॉकर परिसंचरण है। एल नीनो में व्यापारिक पवनें दुर्बल हो जाती हैं या उलट जाती हैं; गर्म जल केल्विन तरंगों के रूप में पूर्व की ओर लौटता है, पूर्व में थर्मोक्लाइन गहरी हो जाती है, पेरू के तट पर उत्प्रवाह विफल होता है और एंकोवी पकड़ ध्वस्त हो जाती है, पेरू और इक्वाडोर के शुष्क तट पर भारी वर्षा होती है, और इंडोनेशिया व ऑस्ट्रेलिया में सूखा पड़ता है। ला नीना विपरीत चरण है — एक अतिरंजित सामान्य वर्ष, प्रबल व्यापारिक पवनों, ठंडे पूर्वी प्रशांत और पश्चिम में भारी वर्षा के साथ।

तंत्र का वायुमंडलीय आधा भाग पहले खोजा गया। भारत में वेधशालाओं के महानिदेशक सर गिल्बर्ट वॉकर ने 1920 के दशक में मानसून-विफलता के पूर्वसूचकों की खोज करते हुए दक्षिणी दोलन की पहचान की: पूर्वी और पश्चिमी उष्णकटिबंधीय प्रशांत के बीच सतही दाब का झूला। इसे दक्षिणी दोलन सूचकांक (SOI) से मापा जाता है, जो ताहिती और डार्विन के बीच मानकीकृत दाब-अंतर है। प्रबल ऋणात्मक SOI (डार्विन पर उच्च, ताहिती पर निम्न दाब) एल नीनो के साथ, और धनात्मक ला नीना के साथ जाता है। जैकब बर्कनीज़ (1969) ने महासागर और वायुमंडल को एक युग्मित तंत्र में जोड़ा, इसीलिए ENSO। आज एल नीनो की घोषणा नीनो 3.4 क्षेत्र के समुद्र-सतह तापमान से होती है: NOAA का महासागरीय नीनो सूचकांक पाँच अतिव्यापी त्रैमासिक ऋतुओं तक +0.5 °C या अधिक रहना चाहिए। एल नीनो वर्ष प्रायः दुर्बल भारतीय मानसून लाते हैं, पर सदा नहीं — 1997 का प्रबल एल नीनो लगभग सामान्य मानसून के साथ आया, अंशतः धनात्मक हिंद महासागर द्विध्रुव के कारण, जो हिंद महासागर के आर-पार पश्चिम–पूर्व तापमान-विषमता है और जिसका वर्णन साजी और सहयोगियों ने 1999 में किया।

अतीत की जलवायुओं के साक्ष्य प्रतिनिधियों से मिलते हैं: अंटार्कटिका के हिम-क्रोड (वोस्तोक और EPICA, बाद वाला लगभग 8,00,000 वर्ष पीछे तक) समस्थानिक अनुपातों से तापमान और फँसे वायु-बुलबुलों में अतीत की हरितगृह गैसें दर्ज करते हैं; समुद्री फ़ोरामिनिफ़ेरा के कवचों में ऑक्सीजन समस्थानिक (δ¹⁸O) वैश्विक हिम-आयतन का अनुसरण करते हैं; वृक्ष-वलय, झील और दलदली अवसादों में पराग, वार्व, प्रवाल, हिमनदीय भू-आकृतियाँ और ऐतिहासिक अभिलेख निकट अतीत को भरते हैं, जिसमें मध्यकालीन उष्ण काल (लगभग 950–1250) और लघु हिमयुग (लगभग 1300–1850) सम्मिलित हैं। कारण भिन्न समय-पैमानों पर कार्य करते हैं। मिलनकोविच चक्र — उत्केंद्रता (लगभग 1,00,000 वर्ष), अक्षीय झुकाव (41,000 वर्ष, लगभग 22.1° और 24.5° के बीच) और पुरस्सरण (लगभग 19,000–23,000 वर्ष) में परिवर्तन — हिमनदीय–अंतर्हिमनदीय चक्रों की गति तय करते हैं। सौर परिवर्तनशीलता भी मायने रखती है (1645–1715 का मॉन्डर न्यूनतम, लगभग बिना सौर-कलंकों के, लघु हिमयुग में पड़ा); ज्वालामुखी उद्गार समतापमंडलीय सल्फ़ेट से पृथ्वी को एक-दो वर्ष ठंडा करते हैं — टैम्बोरा (1815) ने 1816 का "ग्रीष्म-रहित वर्ष" उत्पन्न किया और पिनाटूबो (1991) ने लगभग 0.5 °C शीतलन; लाखों वर्षों में प्लेट विवर्तनिकी महाद्वीपों और महासागरीय मार्गों को पुनर्व्यवस्थित करती है।

वैश्विक जलवायु पर मानवीय प्रभाव अब एक शताब्दी के पैमाने पर प्राकृतिक चालकों से भारी है। कार्बन डाइऑक्साइड औद्योगीकरण से पहले के लगभग 280 ppm से बढ़कर 420 ppm से अधिक हो गई है, मीथेन और नाइट्रस ऑक्साइड के साथ; भू-उपयोग परिवर्तन कार्बन मुक्त करता है और एल्बिडो बदलता है; दहन से निकले एरोसॉल सूर्यप्रकाश परावर्तित करके तापन को अंशतः ढँक देते हैं; नगर स्थानीय ऊष्मा जोड़ते हैं। IPCC की छठी आकलन रिपोर्ट (कार्यदल I, 2021) ने 2011–2020 में वैश्विक सतही तापमान को 1850–1900 से लगभग 1.1 °C अधिक पाया और वायुमंडल, महासागर और स्थल के तापन पर मानवीय प्रभाव को असंदिग्ध कहा।