বাতাসের গতি

আবহাওয়াবিজ্ঞানে বাতাসের গতি বা বায়ুপ্রবাহের গতি একটি মৌলিক বায়ুমণ্ডলীয় মাত্রা যা সাধারণত তাপমাত্রার পরিবর্তনের কারণে উচ্চ চাপ থেকে নিম্ন চাপে বায়ু প্রবাহের ফলে সৃষ্টি হয়। বর্তমানকালে বাতাসের গতি সাধারণত অ্যানিমোমিটার দিয়ে পরিমাপ করা হয়।
বাতাসের গতি আবহাওয়ার পূর্বাভাস, বিমান ও সামুদ্রিক পরিচালনা, নির্মাণ প্রকল্প, বিভিন্ন উদ্ভিদ প্রজাতির বৃদ্ধি ও বিপাক হারসহ বহু ক্ষেত্রে প্রভাব ফেলে। পৃথিবীর আবর্তনের কারণে বাতাসের দিক সাধারণত আইসোবারের সঙ্গে প্রায় সমান্তরাল হয় (লম্বভাবে নয়, যেমনটি আপাতদৃষ্টিতে মনে হতে পারে)।
মিটার প্রতি সেকেন্ড (m/s) হলো বেগের এসআই একক। এছাড়াও এটি বিশ্ব আবহাওয়া সংস্থা (WMO) দ্বারা বাতাসের গতি নির্দেশ করার জন্য প্রস্তাবিত একক। নর্ডিক দেশগুলোতে আবহাওয়ার পূর্বাভাসসহ বিভিন্ন ক্ষেত্রে এটি ব্যবহৃত হয়। ২০১০ সাল থেকে আন্তর্জাতিক বেসামরিক বিমান চলাচল সংস্থা (ICAO) রানওয়েতে অবতরণের সময় বাতাসের গতি নির্দেশ করার জন্য মিটার প্রতি সেকেন্ড ব্যবহার করছে। এর পূর্বে এর জায়গায় কিলোমিটার প্রতি ঘণ্টার (km/h) দ্বারা বাতাসের গতি নির্দেশ করা হত।
বিভিন্ন ঐতিহাসিক কারণে মাইল প্রতি ঘণ্টা (mph), নট (kn) এবং ফুট প্রতি সেকেন্ড (ft/s) এর মতো অন্যান্য এককও কখনও কখনও বাতাসের গতি পরিমাপের জন্য ব্যবহৃত হয়েছে। ঐতিহাসিকভাবে, বিউফোর্ট স্কেল ব্যবহার করে বাতাসের গতিকে বিভিন্ন শ্রেণিতে ভাগ করা হয়েছে। যা সমুদ্র বা স্থলে নির্দিষ্টভাবে সংজ্ঞায়িত বাতাসের প্রভাবের চাক্ষুষ পর্যবেক্ষণের ভিত্তিতে তৈরি করা হয়েছে।
বাতাসের গতি একাধিক কারণ ও পরিস্থিতির দ্বারা প্রভাবিত হয়, যা বিভিন্ন মাত্রায় (মাইক্রো থেকে ম্যাক্রো স্কেল পর্যন্ত) কাজ করে। এর মধ্যে রয়েছে চাপের নতিমাত্রা (Pressure Gradient), রসবি তরঙ্গ, জেট স্ট্রিম এবং স্থানীয় আবহাওয়া পরিস্থিতি। বাতাসের গতি ও দিকের মধ্যেও সম্পর্ক রয়েছে, বিশেষত চাপের নতিমাত্রা এবং ভূখণ্ডের অবস্থার সঙ্গে।
চাপের নতিমাত্রা বায়ুমণ্ডল বা পৃথিবীর পৃষ্ঠের দুটি স্থানের মধ্যে বায়ুর চাপের পার্থক্য নির্দেশ করে। এটি বাতাসের গতির জন্য গুরুত্বপূর্ণ কারণ যত বেশি চাপের পার্থক্য তত দ্রুত বাতাস প্রবাহিত হয়, (উচ্চ চাপ থেকে নিম্ন চাপের দিকে) ভারসাম্য তৈরি করতে। চাপের নতিমাত্রার সঙ্গে কোরিওলিস প্রভাব এবং ঘর্ষণ মিলিত হলে তা বাতাসের দিককেও প্রভাবিত করে।
রসবি তরঙ্গ হলো ট্রোপোস্ফিয়ারের উপরের দিকের শক্তিশালী বাতাস। এটি বৈশ্বিক স্কেলে কাজ করে এবং পশ্চিম থেকে পূর্বে প্রবাহিত হয় (এ কারণে একে পশ্চিমাঞ্চলীয় বাতাস বলা হয়)। রসবি তরঙ্গ বাতাসের গতি নিম্ন ট্রোপোস্ফিয়ারে অনুভূত বায়ুর গতি থেকে একদমই আলাদা।
স্থানীয় আবহাওয়া পরিস্থিতি বাতাসের গতির ওপর গুরুত্বপূর্ণ প্রভাব ফেলে। কারণ হারিকেন, মৌসুমি বায়ু এবং সাইক্লোনের মত অস্বাভাবিক আবহাওয়া পরিস্থিতি বাতাসের গতির প্রবাহকে ব্যাপকভাবে প্রভাবিত করতে পারে।
ঘূর্ণিঝড়ের সাথে সম্পর্কিত না হওয়া সবচেয়ে দ্রুত গতির বাতাসের গতিবেগ রেকর্ড করা হয়েছিল ১০ এপ্রিল ১৯৯৬ তারিখে ক্রান্তীয় ঘূর্ণিঝড় অলিভিয়া চলাকালীন: অস্ট্রেলিয়ার ব্যারো আইল্যান্ডে একটি সয়ংক্রিয় আবহাওয়া স্টেশন ১১৩.৩ m/s (২৫৩ mph) সর্বোচ্চ বাতাসের গতি রেকর্ড করেছিল। রেকর্ডটি ডব্লিউএমও মূল্যায়ন প্যানেল দ্বারা মূল্যায়িত হয়েছিল, যারা নিশ্চিত করেন যে অ্যানিমোমিটারটি যান্ত্রিকভাবে সঠিক ছিল এবং বাতাসের গতি পরিসংখ্যানগত সম্ভাব্যতার মধ্যে ছিল। ২০১০ সালে পরিমাপটি অনুমোদিত হয়। অ্যানিমোমিটারটি ১০ মিটার উচ্চতায় মাটির উপরে স্থাপন করা হয়েছিল (অর্থাৎ সমুদ্র পৃষ্ঠের ৬৪ মিটার উপরে)। ঘূর্ণিঝড়ের সময় ৮৩ m/s (১৯০ mph)-এর বেশি কয়েকটি চরম বাতাসের গতি রেকর্ড করা হয়েছিল। ৫ মিনিটের গড় সর্বোচ্চ গতিবেগ ছিল ৪৯ m/s (১১০ mph) এবং চরম বাতাসের গতি ছিল গড় বাতাসের গতির প্রায় ২.২৭-২.৭৫ গুণ। বাতাসের গতির প্যাটার্ন এবং স্কেল নির্দেশ করে যে ঘূর্ণিঝড়টির শক্তিশালী আইওয়ালের মধ্যে একটি মেসোভোর্টেক্স ছিল।
বর্তমানে আনুষ্ঠানিকভাবে রেকর্ডকৃত দ্বিতীয় সর্বোচ্চ ভূপৃষ্ঠীয় বাতাসের গতিবেগ হলো ১০৩.২৬৬ m/s (২৩১ mph)। মাউন্ট ওয়াশিংটন (নিউ হ্যাম্পশায়ার) অবজারভেটরিতে ১২ এপ্রিল ১৯৩৪ সালে সমুদ্র পৃষ্ঠের ১,৯১৭ মিটার (৬,২৮৮ ফুট) উপরে একটি হট-ওয়্যার অ্যানিমোমিটার ব্যবহার করে এটি রেকর্ড করা হয়। মাউন্ট ওয়াশিংটনে ব্যবহারের জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা অ্যানেমোমিটারটি পরবর্তীতে ইউএস ন্যাশনাল ওয়েদার ব্যুরো পরীক্ষা করেছিল এবং তা সঠিক বলে নিশ্চিত করা হয়েছিল।
কিছু বায়ুমণ্ডলীয় ঘটনার (যেমন ঘূর্ণিঝড়) মধ্যে বাতাসের গতিবেগ এই মানগুলো থেকে অনেক বেশি হতে পারে, যদিও তা কখনোই সঠিকভাবে পরিমাপ করা যায়নি। সরাসরি এই ঘূর্ণিবাত বাতাসের গতি প্রায় কখনোই পরিমাপ করা হয় না, কারণ প্রচণ্ড বাতাস যন্ত্রপাতি নষ্ট করে ফেলতে পারে। এই গতি অনুমান করার একটি পদ্ধতি হলো ডপলার অন হুইলস বা মোবাইল ডপলার আবহাওয়া রাডার ব্যবহার করে বাতাসের গতিবেগ দূর থেকে পরিমাপ করা। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে ইউনিভার্সিটি অফ ওকলাহোমার মালিকানাধীন এবং পরিচালিত একটি মোবাইল রাডার (RaXPol) ২০১৩ সালের এল রেনো ঘূর্ণিঝড়ে ১৫০ মিটার প্রতি সেকেন্ড (৩৪০ mph; ৫৪০ km/h) বাতাসের গতি রেকর্ড করে যা ইতিহাসে রাডারের মাধ্যমে পর্যবেক্ষণ করা সবচেয়ে দ্রুত বাতাসের গতি। ১৯৯৯ সালে একটি মোবাইল রাডার ১৯৯৯ সালের ব্রিজ ক্রিক–মুর ঘূর্ণিঝড়ে ৩ মে তারিখে ১৩৫ m/s (৪৯০ কিমি/ঘণ্টা; ৩০০ mph; ২৬২ kn; ৪৪০ ফুট/সেকেন্ড) পর্যন্ত বাতাসের গতি পরিমাপ করেছিল। যদিও একই ঘূর্ণিঝড়ে ১৪২ m/s (৫১০ km/h; ৩২০ mph; ২৭৬ kn; ৪৭০ ফুট/সেকেন্ড)-এর অন্য একটি মানও রেকর্ড করা হয়েছিল। সেন্টার ফর সিভিয়ার ওয়েদার রিসার্চ আবার এর জন্য আরেকটি মান ব্যবহার করেছে, যা হলো ১৩৫ ± ৯ m/s (৪৮৬ ± ৩২ কিমি/ঘণ্টা; ৩০২ ± ২০ mph; ২৬২ ± ১৭ kn; ৪৪৩ ± ৩০ ফুট/সেকেন্ড)। তবে ডপলার আবহাওয়া রাডারের মাধ্যমে পরিমাপ করা বাতাসের গতি আনুষ্ঠানিক রেকর্ড হিসেবে গন্য করা হয় না।
বহির্গ্রহে বাতাসের গতিবেগ অনেক বেশি হতে পারে। ২০১৫ সালে ওয়ারউইক বিশ্ববিদ্যালয়ের বিজ্ঞানীরা সিদ্ধান্ত নিয়েছিলেন যে এইচডি ১৮৯৭৩৩বি-তে বাতাসের গতি ২,৪০০ m/s (৮,৬০০ কিমি/ঘণ্টা; ৪,৭০০ kn)। এক প্রেস বিজ্ঞপ্তিতে বিশ্ববিদ্যালয়টি ঘোষণা করেছে যে এইচডি ১৮৯৭৩৩বি-এর বাতাসের গতির পরিমাপের পদ্ধতিগুলো পৃথিবী-সদৃশ বহির্গ্রহগুলিতে বাতাসের গতি পরিমাপ করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে।
অ্যানিমোমিটার বায়ুর গতি পরিমাপ করতে ব্যবহৃত সরঞ্জামগুলির মধ্যে একটি। এটি একটি উল্লম্ব স্তম্ভ এবং তিন বা চারটি অবতল কাপ নিয়ে গঠিত একটি যন্ত্র যা বায়ু কণার অনুভূমিক গতি (বায়ুর গতি) পরিমাপ করে।
আল্ট্রাসনিক বায়ু সেন্সর ঐতিহ্যবাহী কাপ-ও-ভেন অ্যানিমোমিটারের থেকে আলাদা। আল্ট্রাসনিক বায়ু সেন্সরের কোনো পরিবর্তনশীল অংশ নেই এবং তাই রক্ষণাবেক্ষণ-মুক্ত কর্মক্ষমতা প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বাতাসের গতি পরিমাপ করতে এগুলো ব্যবহৃত হয়, যেমন উইন্ড টারবাইনের শীর্ষে। এর নাম থেকেই বোঝা যায় আল্ট্রাসনিক উইন্ড সেন্সর উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দ ব্যবহার করে বাতাসের গতি পরিমাপ করে। একটি আল্ট্রাসনিক অ্যানিমোমিটারে দুই বা তিন জোড়া শব্দ ট্রান্সমিটার এবং রিসিভার থাকে। প্রতিটি ট্রান্সমিটার ক্রমাগত উচ্চ কম্পাঙ্কের শব্দ তার রিসিভারে প্রেরণ করে। ভিতরের ইলেকট্রনিক সার্কিট শব্দের প্রতিটি ট্রান্সমিটার থেকে সংশ্লিষ্ট রিসিভারে যেতে যে সময় নেয় তা পরিমাপ করে। বাতাস যেভাবে প্রবাহিত হয় তার উপর নির্ভর করে কিছু শব্দ তরঙ্গ অন্য তরঙ্গের চেয়ে বেশি প্রভাবিত হয়, যার ফলে এটি খুব সামান্য পরিমাণ ধীর বা দ্রুত হয়ে যায়। সার্কিটগুলি তরঙ্গের গতির পার্থক্য পরিমাপ করে এবং তা ব্যবহার করে বাতাস কত দ্রুত প্রবাহিত হচ্ছে তা হিসাব করে।
অ্যাকোস্টিক রেজোন্যান্স উইন্ড সেন্সর আল্ট্রাসনিক সেন্সরের একটি রূপ। সময় নিয়ে প্রচুর পরিমাণ গতিশীল বায়ু পরিমাপ করার পরিবর্তে, অ্যাকোস্টিক রেজোন্যান্স সেন্সর একটি ছোট উদ্দেশ্য-নির্মিত গহ্বরের মধ্যে অনুরণিত শব্দ তরঙ্গ ব্যবহার করে। গহ্বরের মধ্যে একটি আল্ট্রাসনিক ট্রান্সডিউসারের অ্যারে তৈরি করা হয় যা আল্ট্রাসনিক কম্পাঙ্কে পৃথক স্থায়ী তরঙ্গ প্যাটার্ন তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। বাতাস গহ্বরের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সাথে সাথে তরঙ্গের বৈশিষ্ট্যে পরিবর্তন ঘটে (ফেজ শিফট)। প্রতিটি ট্রান্সডিউসার দ্বারা প্রাপ্ত সংকেতগুলিতে ফেজ শিফটের পরিমাণ পরিমাপ করে এবং তারপর গাণিতিকভাবে ডেটা প্রক্রিয়া করে সেন্সরটি বাতাসের গতি এবং দিকের একটি সঠিক অনুভূমিক পরিমাপ প্রদান করতে সক্ষম হয়।
বাতাসের গতিবেগ পরিমাপের আরেকটি যন্ত্র হলো পিটোট টিউব সমন্বিত জিপিএস। তরলের প্রবাহ বেগ ব্যবহার করে পিটোট টিউব বায়ুর বেগ পরিমাপ করে। এটি প্রধানত বিমানের বায়ু বেগ পরিমাপ করতে ব্যবহৃত হয়।
বিশ্বজুড়ে স্থাপনা ও ভবন নকশায় বাতাসের গতি একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। এটি কোনো কাঠামোর নকশায় প্রয়োজনীয় পার্শ্বিক শক্তির প্রধান নির্ধারক হিসেবে কাজ করে।
যুক্তরাষ্ট্রে নকশায় ব্যবহৃত বাতাসের গতিকে "৩-সেকেন্ড গাস্ট" বলা হয়। এটি ৩ সেকেন্ডের মধ্যে সর্বোচ্চ স্থায়ী ঝড়ের গতিকে বোঝায়, যার বার্ষিক অতিক্রমণের সম্ভাবনা ৫০ বছরে ১ বার(এএসসিই ৭-০৫, যা এএসসিই ৭-১৬-এ হালনাগাদ করা হয়েছে)। এই নকশায় ব্যবহৃত বাতাসের গতি যুক্তরাষ্ট্রের বেশিরভাগ স্থাপনা কোড দ্বারা গৃহীত এবং এটি প্রায় ক্ষেত্রে ভবন ও কাঠামোর পার্শ্বীয় নকশার নির্ধারকের ভূমিকা পালন করে।
কানাডায় নকশার কাজে সম্পর্কিত বায়ু চাপ ব্যবহার করা হয়, যা "প্রতি ঘন্টায় গড়" বাতাসের গতির উপর ভিত্তি করে নির্ধারিত হয়। এরও বার্ষিক অতিক্রমণের সম্ভাবনা ৫০ বছরে ১ বার। সম্পর্কিত বায়ু চাপ q সমীকরণ q = ρv² / ২ ব্যবহার কর গণনা করা হয়, যেখানে ρ হলো বায়ুর ঘনত্ব এবং v হলো বাতাসের গতি।
ঐতিহাসিকভাবে বাতাসের গতি বিভিন্ন গড় সময়ে (যেমন দ্রুততম মাইল, ৩-সেকেন্ড গাস্ট, ১-মিনিট এবং গড় প্রতি ঘন্টা) রিপোর্ট করা হয়েছে, যা নকশাকারদের বিবেচনা করতে হতে পারে। এক সময়কালের গড় থেকে অন্য সময়কালের গড়ে বাতাসের গতি রূপান্তর করতে ডার্স্ট রেখা (Durst Curve) তৈরি করা হয়েছিল। এটি কয়েক সেকেন্ডের গড় সর্বোচ্চ সম্ভাব্য বাতাসের গতি এবং এক ঘন্টার গড় বাতাসের গতির মধ্যে সম্পর্ক নির্ধারণ করে।