ฟิสิกส์บรรยากาศ การศึกษาโครงสร้างและพลวัตของชั้นบรรยากาศ

ฟิสิกส์บรรยากาศ คือการประยุกต์ใช้หลักการทางฟิสิกส์เพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศของโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ โดยนักฟิสิกส์บรรยากาศจะพยายามสร้างแบบจำลองของชั้นบรรยากาศโดยใช้สมการการไหลของของไหล (Fluid Flow Equations), งบประมาณการแผ่รังสี (Radiation Budget) และกระบวนการถ่ายโอนพลังงาน เพื่อทำความเข้าใจว่าปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อระบบพรมแดน เช่น มหาสมุทร อย่างไร

การสร้างแบบจำลองและเครื่องมือทางคณิตศาสตร์

ในการสร้างแบบจำลองระบบสภาพอากาศ นักฟิสิกส์บรรยากาศต้องใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงและทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่หลากหลาย เช่น:

• ทฤษฎีการกระเจิง (Scattering Theory): ใช้ในการศึกษาการเดินทางของแสงและรังสีผ่านชั้นบรรยากาศ
• แบบจำลองการแพร่กระจายของคลื่น (Wave Propagation Models): ศึกษาการเคลื่อนที่ของคลื่นในอากาศ
• ฟิสิกส์ของเมฆ (Cloud Physics): ศึกษาการก่อตัวของเมฆและหยาดน้ำฟ้า
• กลศาสตร์สถิติและสถิตเชิงพื้นที่ (Statistical Mechanics and Spatial Statistics): ใช้ในการวิเคราะห์ข้อมูลสภาพอากาศที่มีความซับซ้อน

ฟิสิกส์บรรยากาศมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับ อุตุนิยมวิทยา (Meteorology) และ ภูมิอากาศวิทยา (Climatology) นอกจากนี้ยังครอบคลุมถึงการออกแบบและสร้างเครื่องมือสำหรับศึกษาชั้นบรรยากาศ รวมถึงการตีความข้อมูลจากเครื่องมือตรวจวัดระยะไกล (Remote Sensing)

แอรอนอมิ (Aeronomy)

เมื่อเข้าสู่ยุคอวกาศและการใช้จรวดตรวจอากาศ (Sounding Rockets) สาขาวิชา แอรอนอมิ ได้กลายเป็นสาขาย่อยที่มุ่งเน้นการศึกษาชั้นบรรยากาศระดับบน ซึ่งเป็นบริเวณที่การแตกตัวของโมเลกุล (Dissociation) และการแตกตัวเป็นไอออน (Ionization) มีความสำคัญอย่างยิ่ง

การตรวจวัดระยะไกล (Remote Sensing)

การตรวจวัดระยะไกล คือการรวบรวมข้อมูลของวัตถุหรือปรากฏการณ์โดยใช้เครื่องมือบันทึกหรืออุปกรณ์ตรวจวัดแบบเรียลไทม์ โดยที่ตัวอุปกรณ์ไม่ได้สัมผัสกับวัตถุนั้นโดยตรง เช่น การใช้เครื่องบิน ยานอวกาศ ดาวเทียม ทุ่นลอย หรือเรือ

ประเภทของการตรวจวัดระยะไกล

การตรวจวัดระยะไกลแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่:

1. เซนเซอร์แบบพาสซีฟ (Passive Sensors): ตรวจจับรังสีธรรมชาติที่ปล่อยออกมาหรือสะท้อนจากวัตถุหรือพื้นที่ที่สังเกต เช่น แสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับ ซึ่งเป็นแหล่งรังสีที่พบบ่อยที่สุด ตัวอย่างเช่น การถ่ายภาพด้วยฟิล์ม, อินฟราเรด, อุปกรณ์ CCD และเรดิโอมิเตอร์
2. เซนเซอร์แบบแอคทีฟ (Active Sensors): ปล่อยพลังงานออกไปเพื่อสแกนวัตถุและพื้นที่ จากนั้นเซนเซอร์จะตรวจจับและวัดรังสีที่สะท้อนกลับหรือกระเจิงกลับจากเป้าหมาย ตัวอย่างที่สำคัญในฟิสิกส์บรรยากาศ ได้แก่ เรดาร์ (Radar), ไลดาร์ (Lidar) และโซดาร์ (SODAR)