“สภาพอากาศเป็นพื้นฐานของทุกการดำรงชีวิต”
ขอขึ้นต้นด้วยข้อความข้างต้นเพราะเป็นแนวคิดทั้งหมดของสถานีตรวจวัดสภาพอากาศแบบองค์รวมที่พวกเรากำลังออกแบบและพัฒนาขึ้นภายใต้ชื่อ ARMOGAN โดยที่ที่มาและการทำงานของมัน คุณสามารถติดตามเรื่องราวทั้งหมดแบบโนกั๊กได้ที่ medium.com/discovery
สำหรับเนื้อหาในตอนนี้ เราจะขออธิบายกลไกเบื้องต้น ของสภาพอากาศเพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดสภาพอากาศจึงปราฏอย่างที่เห็น และเหตุใดการพยากรณ์จึงยากที่จะแม่นยำในเขตเส้นศูนย์สูตร ก่อนจะนำไปสู่การออกแบบเพื่อตรวจวัดสภาพอากาศแบบองค์รวม
ก่อนอื่นขอบอกก่อนว่าเรื่องอากาศไม่ใช่เรื่องยาก แต่เป็นเรื่องที่ย๊ากยากต่างหาก ล้อเล่นนะครับ ยากในทีนี้ หมายถึง การทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้งและการพยากรณ์ให้แม่นยำครับ แต่หากจะทำความเข้าใจเรื่องความสัมพันธ์พื้นฐานก็ง่ายนิดเดียว
“สิ่งที่เคลื่อนไหวได้ย่อมมีพลังงาน”
แนวคิดนี้เป็นเรื่องพื้นฐานที่สุดครับ มีตัวอย่างอยู่รอบตัวเรา สิ่งมีชีวิตเคลื่อนไหวใช้ชีวิตได้เพราะกินอาหารแล้วแปรเป็นพลังงาน โลกเราหมุนรอบตัวเองได้เพราะมีพลังงาน โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ได้เพราะมีพลังงาน อากาศ ลม เมฆ ฝน เกิดการเคลื่อนที่ไปมาได้เพราะมีพลังานเช่นเดียวกันซึ่งได้รับมาจากดวงอาทิตย์
ชั้นบรรยากาศที่ห่อหุ้มโลกไว้ ให้เราได้มีชีวิตอาศัยอยู่ได้นี้ อยู่ในรูป “ของไหล” ซึ่งมีคุณสมบัติแปรเปลี่ยนไปตามพลังงานและภาชนะที่บรรจุตัวมันอยู่ บรรยากาศของโลกเราได้รับพลังงานหลักจากดวงอาทิตย์ ก่อให้เกิดการแปรเปลี่ยนไปมาอยู่ตลอดเวลา โดยอยู่ในชั้นบรรยากาศที่โลกได้ดึงดูดและป้องกันเอาไว้
อากาศที่เราหายใจอยู่มีส่วนประกอบหลายอย่าง มีแก็ส N2 O2 CO2 และอื่นๆ กับไอน้ำเป็นสำคัญ เมื่อโลกได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ ส่วนประกอบในอากาศรวมไปถึงพื้นผิวของโลกจะกักเก็บพลังงานไว้กับตัวเอง บางตัวเก็บพลังงานไว้เยอะจนทำให้ตัวเองลอยสูงขึ้น เช่น ไอน้ำที่เกิดรวมตัวกันเป็นเมฆ บางตัวเก็บพลังงานไว้มากจนต้องปลดปล่อยออกมาในรูปแบบความร้อน ก่อเกิดเป็นกลไลซับซ้อนที่แปรเปลี่ยนตลอดเวลา เหมือนของผสมที่ไม่ยอมเข้ากัน
พื้นผิวของโลกในแต่ละบริเวณได้รับพลังงานไม่เท่ากัน บริเวณประเทศไทยอยู่ใกล้เส้นศูนย์สูตร เป็นพื้นที่ที่ได้รับพลังงานสูงเมื่อเทียบกับประเทศที่อยู่เหนือขึ้นไป ทำให้บริเวณนี้จะมีการถ่ายเทพลังงานไปสู่บริเวณที่ได้รับพลังงานน้อยกว่า ในรูปของสภาพอากาศแบบต่างๆ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอากาศชื้นและพายุ เพราะเมื่อน้ำได้รับแสงมากก็ระเหยมาก ไอน้ำมากก็ถ่ายเทไปยังที่ที่มีไอน้ำน้อย
ทำให้ไทยเราเป็นเขตร้อนชื้นอยู่ตลอดทั้งปี แม้เราจะบ่นกันว่าจะมีฤดูร้อนเพียงฤดูกาลเดียวก็ตาม
อีกหนึ่งคุณสมบัติของของไหลคือเปลี่ยนไปตามภาชนะ ซึ่งสำหรับมวลอากาศที่เคลื่อนที่ไปมา ภาชนะของมันก็คือภูมิประเทศนั่นเอง ดังที่เราเคยได้ยินข่าวฝุ่นละอองและหมอกควันที่อยู่ในจังหวัดเชียงใหม่และไม่ยอมไปไหนก็เพราะตัวจังหวัดมีลักษณะเป็นแอ่งขังมวลอากาศไว้ได้ดีนั่นเอง
ภูมิประเทศมีผลโดยตรงต่อการเคลื่อนที่และการเกิดสภาพอากาศต่างๆ ที่เราเห็นอยู่ทุกวัน ซึ่งแตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่ และความต่างของพื้นที่ก็ส่งผลกระทบต่อมวลอากาศบริเวณนั้นเช่นเดียวกัน เช่น เมื่อมีอากาศแห้งพัดพาไปอยู่เหนือสวนผลไม้หนาแน่นหรือแหล่งน้ำในตอนกลางวัน ไม่นานอากาศในบริเวณนั้นก็จะชื้นขึ้น เพราะพืชคายน้ำหรือการระเหยของน้ำและเกิดการเคลื่อนที่ต่อไป เป็นต้น
ละอองหรือสิ่งเจือปนในอากาศ เช่น ไอน้ำยิ่งเพิ่มให้อากาศมีน้ำหนักมากขึ้นที่เรามักได้ยินคำว่า “ความกดอากาศ” คืออากาศที่กดลงบนพื้นที่หนึ่งๆ ยิ่งบริเวณใกล้กันมีความต่างของความกดอากาศมาก ก็ยิ่งเกิดการถ่ายเทรุนแรงมาก เรารู้จักมันในชื่อ ลม นั่นเอง
ในทางอุตุนิยมวิทยาเราจะได้ยินและได้เห็นสัญลักษณ์สำคัญ 2 อย่าง ได้แก่
L คือความกดอากาศต่ำ (Low) หรือบริเวณที่มีอากาศร้อน โมเลกุลอากาศมันจะเบา หรืออีกนัยหนึ่งคือน้ำหนักของอากาศที่กดมาพื้นที่หนึ่งจะมีค่าน้อย
และ H คือความกดอากาศสูง (High) หรือบริเวณที่มีอากาศเย็น โมเลกุลอากาศมันจะหนัก หรืออีกนัยหนึ่งคือน้ำหนักของอากาศที่กดมาพื้นที่หนึ่งจะมีค่าน้อย
จากแผ่นที่เส้นความกดอากาศก่อให้เกิดลม ยิ่งเส้นติดกันก็ยิ่งมีความชันมาก ยิ่งชันมาก ลมยิ่งแรงมากตามไปด้วยซึ่งการถ่ายเทไปมานี้เองที่ก่อเกิดพายุตั้งแต่ฝนฟ้าคะนองทั่วไป จนถึงเฮอริเคนได้
นักอุตุนิยมวิทยาใช้เครื่องมือ “บารอมิเตอร์” อย่างละเอียดสำหรับวัดความกดอากาศ หน่วยที่ใช้วัดความกดของอากาศนั้นอาจจะเป็นความสูงของปรอทเป็นนิ้วหรือเซนติเมตร ปอนด์ต่อตารางนิ้ว หรือกิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตรก็ได้ แต่ในปัจจุบันส่วนมากนิยมใช้หน่วยเป็นเฮกโตพาสคาล (Hecto Pascal เขียนย่อว่า hPa) หรือ มิลลิบาร์ (millibar)
เมื่อรวมเอาความแปรเปลี่ยนอยู่ตลอดเวลาในแง่ของการส่งพลังงาน การเปลี่ยนความเร็วและทิศทางการเคลื่อนที่ กับการส่งผลกระทบต่อกันไปมาระหว่างสภาพอากาศกับสภาพพื้นที่ภูมิประเทศ ประกอบกับที่ตั้งประเทศไทยอยู่บริเวณที่รับพลังงานมาก มีภูมิประเทศหลากหลายตั้งแต่ชายฝั่ง ราบลุ่ม ราบสูง ไปจนถึงทิวเขาสลับซับซ้อน ทำให้ที่ผ่านมาพื้นที่ในบริเวณเส้นศูนย์สูตรจึงยากต่อการคาดการณ์พยากรณ์อย่างยิ่ง
เห็นได้จากหลายกรณีไม่เฉพาะประเทศไทย ที่มีการคาดการณ์เส้นทางของพายุหลายลูกที่จะเข้าประเทศแต่กลับพบว่าเกิดการเลี้ยวเปลี่ยนทิศทางออกไป หรือกลับกันก็เลี้ยวเข้าประเทศจนตั้งรับแทบไม่ทัน สาเหตุได้มีการวิเคราะห์และทำการศึกษามามากมาย แต่ปัจจุบันเรากำลังเผชิญกับสถานการณ์ที่ชื่อว่า “สภาวะโลกร้อน” ที่แสดงตัวอย่างให้เราได้เห็นชัดเจนมากขึ้นถึงความรุนแรงและคาดเดาได้ยากขึ้นทุกทีของสภาพอากาศ
ดังนั้นการทำงานของโครงการ ARMOGAN ซึ่งจะตรวจวัดสภาพอากาศนั้นจึงต้องพิจารณากันอย่างละเอียดรอบคอบกันเลยทีเดียว
ในตอนหน้าเราจะมาเล่าถึงการออกแบบการตรวจวัดสภาพอากาศกันครับ…
