ตัวชี้วัด การเกิดลมฟ้าอากาศและภูมิอากาศ หน่วยการเรียนรู้ที่ • ว 3.2 ม.6/7 อธิบายปัจจัยส าคัญที่มีผลต่อการได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์แตกต่างกันในแต่ละบริเวณของโลก • ว 3.2 ม.6/8 อธิบายการหมุนเวียนของอากาศที่เป็นผลมาจากความแตกต่างของความกดอากาศ • ว 3.2 ม.6/9 อธิบายทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศที่เป็นผลมาจากการหมุนรอบตัวเองของโลก • ว 3.2 ม.6/10 อธิบายการหมุนเวียนของอากาศตามเขตละติจูด และผลที่มีต่อภูมิอากาศ • ว 3.2 ม.6/11 อธิบายปัจจัยที่ท าให้เกิดการหมุนเวียนของน าผิวหน้าในมหาสมุทร และรูปแบบการหมุนเวียนของน าผิวหน้าในมหาสมุทร • ว 3.2 ม.6/12 อธิบายผลของการหมุนเวียนของอากาศและน าผิวหน้าในมหาสมุทรที่มีต่อลักษณะภูมิอากาศ ลมฟ้าอากาศ สิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม 8
มุมตกกระทบ ตั้งฉาก ความเข้มรังสี มาก มุมตกกระทบ น้อย ความเข้มรังสี น้อย ปัจจัยที่ส่งผลต่อการรับรังสีดวงอาทิตย์ 1 สัณฐานโลก ท าให้รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบผิวโลกด้วยมุมต่างกัน
2 การเอียงของแกนโลก และการโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์ ท าให้ต าแหน่งที่รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบตั งฉากผิวโลกเปลี่ยนไปในรอบ 1 ปี
3 เมฆและละอองลอย
GHG หมายถึง แก๊สเรือนกระจก (greenhouse gas) สภาวะที่มีแก๊สเรือนกระจกในปริมาณปกติ สภาวะที่มีแก๊สเรือนกระจกในปริมาณมากกว่าปกติ แก๊สเรือนกระจก (greenhouse gas) มีสมบัติในการดูดกลืนรังสีอินฟาเรดบางส่วนที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวโลกและแผ่รังสีนั้นกลับสู่พื้นผิวโลกอีกครั้ง พลังงานความร้อน ส่วนนี้จะหมุนเวียนอยู่ภายในโลก ท าให้โลกมีอุณหภูมิเฉลี่ยของอากาศเหมาะสมต่อการด ารงชีวิต แต่ถ้าบรรยากาศมีปริมาณแก๊สเรือนกระจกเพิ่มขึ้นจะท าให้แก๊สเรือน กระจกดูดกลืนรังสีอินฟาเรดและแผ่กลับมาสู่ผิวโลกได้มากขึ้น ส่งผลให้มีพลังงานความร้อนหมุนเวียนอยู่ภายในโลกเพิ่มขึ้นเช่นกัน แก๊สเรือนกระจก (greenhouse gas)
4 ลักษณะพื้นผิวโลก พื้นผิวต่างกัน อัตราส่วนรังสีสะท้อนต่างกัน อัตราส่วนรังสีสะท้อน (albedo) = ความเข้มรังสีที่สะท้อนจากพื้นผิว ความเข้มรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบพื้นผิว พื้นผิวที่มีอัตราส่วนรังสีสะท้อนมาก จะสะท้อนรังสีมาก แต่ดูดกลืนรังสีน้อย
การหมุนเวียนของอากาศ
แรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศ (pressure gradient force; pgf) 1,030 1,026 1,022 1,018 1,016 1,014 1,010 1,006 Pgf มาก อากาศเคลื่อนที่เร็ว Pgf น้อย อากาศเคลื่อนที่ช้า
แรงคอริออลิส (Coriolis force) เส้นศูนย์สูตร ความกดอากาศต่่า ขั้วโลก ความกดอากาศสูง ขั้วโลก ความกดอากาศสูง ถ้าโลกไม่หมุนรอบตัวเอง อากาศที่เคลื่อนที่จากขั้วโลก มายังเส้นศูนย์สูตรจะเคลื่อนที่ เป็นเส้นตรง เมื่อโลกหมุนรอบตัวเอง อากาศที่เคลื่อนที่จากขั้วโลก มายังเส้นศูนย์สูตรจะเคลื่อนที่ เบี่ยงเบนไป : แรงที่เกิดขึ้นจากการหมุนรอบตัวเองของโลก
แรงสู่ศูนย์กลาง (centripetal force) เมื่ออากาศเคลื่อนที่เนื่องจากแรงที่เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศแล้ว แรงคอลิออลิส ท าให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศเปลี่ยนไปจากทิศเดิมในแนวโค้ง จะท าให้เกิด แรงสู่ศูนย์กลาง นอกจากนี้ แรงสู่ศูนย์กลางยังมีความสัมพันธ์กับความเร็วลมและรัศมีของการเคลื่อนที่ลม ถ้าแรงที่ เกิดจากความแตกต่างของความกดอากาศเพิ่มขึ้นท าให้ความเร็วเพิ่มขึ้นส่งผลให้มีแรงสู่ศูนย์กลาง มากขึ้น อาจจะเคลื่อนที่เป็นแนวโค้งมากขึ้นและในที่สุดเกิดการเคลื่อนที่เป็นวงกลม
แรงเสียดทาน (frictional force) เป็นแรงที่เกิดขึ้นระหว่างผิวสัมผัสของวัตถุเพื่อต้านการเคลื่อนที่ของวัตถุนั้น ดังนั้นเมื่ออากาศเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวโลกซึ่งมีลักษณะ แตกต่างกัน เช่น ภูเขา ป่าไม้ อาคาร สิ่งก่อสร้าง พื้นดิน มหาสมุทรจึงมีผลต่ออัตราเร็วในการเคลื่อนที่ของอากาศ หมายเหตุ ขนาของลูกศรแทนอัตราเร็วลม
แบบจ่าลองการหมุนเวียนอากาศแบบเซลล์เดียว สมมติฐาน - โลกมีพื้นผิวเหมือนกันทั้งหมด - รังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบบริเวณเส้นศูนย์สูตร - โลกไม่หมุนรอบตัวเอง
แบบจ่าลองการหมุนเวียนอากาศแบบทั่วไป
การหมุนเวียนอากาศแถบเขตร้อนหรือแฮดลีย์เซลล์ (hadley cell) - อากาศจากเส้นศูนย์สูตรเคลื่อนที่ไปยังละติจูดสูงแล้วจมตัวลงที่ละติจูด 30° - อากาศที่ละติจูด 30° เคลื่อนไปแทนที่อากาศที่เส้นศูนย์สูตร (เส้นศูนย์สูตร - 30°)
การหมุนเวียนอากาศแถบขั้วโลก หรือโพลาเซลล์ (polar cell) - อากาศจากขั้วโลกเคลื่อนที่ไปยังละติจูดต่ าเมื่ออากาศเย็นปะทะอากาศอุ่นที่ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวขึ้นแล้วเคลื่อนที่กลับไปยังขั้วโลก (60° - ขั้วโลก)
การหมุนเวียนอากาศแถบละติจูดกลางเฟอร์เรลเซลล์ (ferrell cell) (30° - 60°) - อากาศที่จมตัวที่ละติจูด 30° บางส่วนเคลื่อนที่ ไปทางเส้นศูนย์สูตร บางส่วนเคลื่อนที่ไปทาง ละติจูด 60° - อากาศอุ่นจากละติจูด 30° ปะทะกับอากาศเย็นที่ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวขึ้นแล้วเคลื่อนที่กลับไปที่ละติจูด 30° 0°
การหมุนเวียนของน้้าผิวหน้าในมหาสมุทร ซีกโลกเหนือ หมุนเวียนตามเข็มนาฬิกา ซีกโลกใต้ หมุนเวียนทวนเข็มนาฬิกา กระแสน้่าอุ่นไหลผ่าน - อากาศอุ่น - ความชื้นสูง - เมฆและฝนมาก กระแสน้่าเย็นไหลผ่าน - อากาศแห้ง - ความชื้นต่ า - เมฆและฝนน้อย
1 เอลนีโญ (El niño) ปรากฏการณ์เอลนีโญ - ลานีญา ลมค้าอ่อนก าลัง กระแสน้ าอุ่นถูกพัดไปทางตะวันตกของแปซิฟิกน้อยลง
ลมค้ามีก าลังแรง กระแสน้ าอุ่นถูกพัดไปทางตะวันตกของแปซิฟิกมากขึ้น 2 ลานีญา (La niña)
สรุป การรับรังสีดวงอาทิตย์ของพื้นโลก สัณฐานโลก ท าให้มุมตกกระทบของ รังสีดวงอาทิตย์ต่างกัน มุมตกกระทบตั้งฉาก ความเข้มรังสีมาก มุมตกกระทบน้อย ความเข้มรังสีน้อย การเอียงของแกนโลก ท าให้ในรอบปีรังสีดวงอาทิตย์ ตกกระทบตั งฉากที่บริเวณต่างกัน เมฆและละอองลอยมาก ความเข้มรังสีน้อย เมฆและละอองลอยน้อย ความเข้มรังสีมาก พื้นผิวต่างกัน มีอัตราส่วนรังสีสะท้อนต่างกัน อัตราส่วนรังสีสะท้อน = ความเข้มรังสีสะท้อน ความเข้มรังสีตกกระทบ
สรุป การหมุนเวียนของอากาศ - อากาศเคลื่อนที่จากบริเวณความกดอากาศสูงไปยังบริเวณความกดอากาศต่ า จึงเคลื่อนที่จากขั วโลกไปยังเส้นศูนย์สูตร - แรงคอริออลิส ท าให้ทิศทางการเคลื่อนที่ของอากาศเบี่ยงเบน การหมุนเวียนของอากาศตามเขตละติจูด 0° 30° 30° 60° 60° โพลาร์เซลล์ : บริเวณละติจูด 60° ถึงขั้วโลก อากาศจากขั วโลกเคลื่อนที่ไปยังละติจูดต่ า เกิดเป็นลมตะวันออก เมื่ออากาศเย็นปะทะอากาศอุ่น ที่ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวขึ นแล้วเคลื่อนที่กลับไปยังขั วโลก เฟอร์เรลเซลล์ : บริเวณละติจูด 30° - 60° อากาศที่จมตัวที่ละติจูด 30° บางส่วนเคลื่อนที่ไปทางเส้นศูนย์สูตร บางส่วนเคลื่อนที่ไปทาง ละติจูด 60° เกิดเป็นลมตะวันตก เมื่ออากาศที่อุ่นจากละติจูด 30° ปะทะกับอากาศเย็นที่ ละติจูด 60° อากาศจะยกตัวสูงขึ น แล้วเคลื่อนที่กลับไปยังละติจูด 30° แฮดลีย์เซลล์ : บริเวณเส้นศูนย์สูตรถึงละติจูด 30° อากาศจากเส้นศูนย์สูตรเคลื่อนที่ไปยังละติจูดสูง แล้วจมตัวลงที่ละติจูด 30° อากาศที่ละติจูด 30° เคลื่อนไปแทนที่อากาศบริเวณเส้นศูนย์สูตร เกิดเป็นลมค้า
ซีกโลกเหนือ หมุนเวียนตามเข็มนาฬิกา ซีกโลกใต้ หมุนเวียนทวนเข็มนาฬิกา กระแสน้้าอุ่นไหลผ่าน - อากาศอุ่น - ความชื นสูง - เมฆและฝนมาก กระแสน้้าเย็นไหลผ่าน - อากาศแห้ง - ความชื นต่ า - เมฆและฝนน้อย สรุป การหมุนเวียนของน้้าผิวหน้าในมหาสมุทร
สรุป เกิดจากการหมุนเวียนอากาศและน าผิวหน้าในมหาสมุทรเปลี่ยนแปลง ปรากฏการณ์เอลนีโญ-ลานีญา เอลนีโญ ลมค้าอ่อนก าลัง กระแสน าอุ่นถูกพัดไปทาง ตะวันตกของแปซิฟิกน้อยลง ลานีญา ลมค้ามีก าลังแรง กระแสน าอุ่นถูกพัดไปทาง ตะวันตกของแปซิฟิกมากขึ น อากาศแห้งแล้ง มีเมฆมาก ฝนตกชุก มีเมฆมาก ฝนตกชุก อากาศแห้งแล้ง