Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 85 ðộ ẩm tuyệt ñối là lượng nước trong ñất tính theo phần trăm trọng lượng ñất ñã sấy khô kiệt. ðộ ẩm tuyệt ñối là ñộ ẩm thực tế khảo sát trên ñồng ruộng. e) ðộ ẩm tương ñối: Ðộ ẩm tương ñối hay ñộ bão hòa nước của ñất là tỷ số giữa ñộ ẩm tuyệt ñối và sức chứa ẩm cực ñại (ñộ ẩm ñồng ruộng). ðộ ẩm tương ñối ñược tính theo công thức: Ðộ ẩm tuyệt ñối Ðộ ẩm tương ñối (%) = Ðộ ẩm ñồng ruộng x 100 (18) 6.4. ðặc tính vật lý nước và ñộng thái ñộ ẩm của ñất feralit a) ðất feralit trên phù sa cổ: Dung trọng là 1,31 - 1,40 g/cm 3 , tỷ trọng từ 1,65 - 1,73, thành phần cơ giới thịt, thịt nặng, sét nhẹ, hàm lượng sét vật lý 45 - 71%, tương ñối tơi xốp. ðộ ẩm cây héo từ 5 - 10%, SCACð 33,9 - 36,5%. ðịa ñiểm khảo sát trên vườn trồng dâu 2 năm. Kết quả khảo sát ñộ ẩm tuyệt ñối các tháng mùa khô ( từ tháng 11 ñến tháng 3 năm sau) trên tầng ñất mặt 0 - 10cm là 11 - 16%, ñạt mức 40 - 50% SCACð. Trong mùa mưa (từ tháng 5 ñến tháng 10) ñộ ẩm tuyệt ñối trung bình ñạt từ 15 - 25%, tương ñương với 40 - 65% SCACð. b) ðất feralit phát triển trên phiến thạch: Dung trọng là 1,3 - 1,4 g/cm 3 , tỷ trọng từ 2,6 - 2,7, thành phần cơ giới thịt trung bình, hàm lượng sét vật lý 34 - 45%, ñộ xốp tổng số 47 -48%. ðộ ẩm cây héo từ 10 - 11%, SCACð 24 - 25%. ðiểm khảo sát ñặt ở khu ñồi bỏ hoang khoảng 3 năm gần ñây, các năm trước trồng sả, ñộ dốc 7-8 0 . Kết quả khảo sát trong mùa khô (từ tháng 11 ñến tháng 3 năm sau) tầng ñất mặt có ñộ ẩm tuyệt ñối 8 - 9%, ñạt 30 - 40% SCACð. Trong mùa mưa (từ tháng 5 ñến tháng 10) ñộ ẩm tuyệt ñối 12 - 15%, ñạt mức 50 - 60% SCACð. c) ðất feralit phát triển trên sa thạch: Dung trọng là 1,4 -1,5 g/cm 3 , tỷ trọng từ 2,73, thành phần cơ giới thịt nhẹ, cát pha, hàm lượng sét vật lý 23 - 26%, tương ñối tơi xốp. ðộ ẩm cây héo từ 3 - 8%, SCACð 18 - 23%. ðiểm khảo sát diễn biến ñộ ẩm ñất tiến hành trên ñất trồng trọt, luân canh ngô, mạch hoa, cốt khí… Theo các số liệu khảo sát cho thấy, ở lớp ñất mặt vào mùa khô (từ tháng 11 ñến tháng 3 năm sau) ñộ ẩm tuyệt ñối của ñất khoảng 5 - 10%, ñạt mức 40 - 50% so với SCACð. Trong mùa mưa (từ tháng 5 ñến tháng 10) ñộ ẩm tuyệt ñối ñạt 15 - 18%, bằng 70 - 90% SCACð. 6.5. Cải thiện ñộ ẩm ñất Muốn cho cây trồng có ñược sản lượng cao trước hết phải thỏa mãn nhu cầu nước ở các thời kỳ sinh trưởng. Nhưng trong tự nhiên ở các vùng, một thời kỳ phát dục nào ñó của cây trồng thường thiếu hoặc thừa nước. Lượng nước hoặc ñộ ẩm ñất cao quá hoặc thấp quá ñều có hại cho cây trồng. Do ñó phải dùng nhiều biện pháp ñể giữ cho ñất có ñộ ẩm thích hợp. Nhiệm vụ chủ yếu vẫn là tạo ra trạng thái cân bằng nước của ñất phù hợp nhất với nhu cầu ở từng giai ñoạn sinh trưởng của cây trồng, tạo cho cây trồng luôn luôn có ñiều kiện ñộ ẩm hữu hiệu cao. Ðộ ẩm hữu hiệu là giới hạn ñộ ẩm ñất mà cây trồng có thể hút ñược nước. Ðộ ẩm hữu hiệu phụ thuộc vào mực nước ngầm, tính chất ñất và khả năng sử dụng nước của cây. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 86 Những biện pháp cơ bản nhằm cải thiện ñộ ẩm ñất: - Tưới ñủ nước và tiêu nước kịp thời. - Cải tạo ñất làm cho ñất mầu mỡ: ñất trồng mầu cần phải tơi xốp, nhiều mùn, giữ ẩm tốt. Sức giữ ẩm của ñất phụ thuộc vào thành phần cơ giới và tỷ lệ mùn chứa trong nó. - Làm ñất kịp thời vụ khi ñất vừa ñộ ẩm, làm ñất kỹ. - Ðất trồng màu cần ñược ñánh luống, khơi rãnh, phá váng sau mưa và thường xuyên xới xáo. - Trồng ñai rừng, cây che phủ mặt ñất, che phủ ñất bằng polyetylen hay giấy không ngấm nước, tàn dư thực vật hoặc các loại vật liệu khác. - Có thể sử dụng các loại vật liệu giữ ẩm, hút ẩm tổng hợp trong công nghiệp. 7. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Phân tích chu trình nước trong tự nhiên ? trong chu trình nước, những quá trình vật lý nào xảy ra ? 2. Quá trình bốc hơi nước trên mặt ñất ? Những yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bộc hơi ? 3. Hãy nêu các phương pháp tính lượng bốc hơi trong ñiều kiện tự nhiên ? Ưu nhược ñiểm của các phương pháp ñó ? 4. Hãy nêu các chỉ tiêu ñộ ẩm không khí (ñộ ẩm tuyệt ñối, sức trương hơi nước, sức trương hơi nước bão hòa, ñộ ẩm tương ñối, ñiểm sương) ? Công thức xác ñịnh các chỉ tiêu ñó ? 5. Diễn biến ñộ ẩm tuyệt ñối và ñộ ẩm tương ñối hàng ngày và hàng năm ? 6. Cho biết lúc 13 giờ nhiệt ñộ không khí là 25 0 C, ñộ ẩm tương ñối 80%. ðến 19 giờ nhiệt ñộ giảm xuống 20 0 C. Hãy tính ñộ ẩm tuyệt ñối, sức trương hơi nước thực tế, sức trương hơi nước bão hòa ở 2 thời ñiểm trên và cho biết lúc 19 giờ có sương không ? tính thời ñiểm bắt ñầu có sương ? 7. Có một khối không khí ở mặt ñất nhiệt ñộ 24 0 C, ñộ ẩm 85%. Do có dông nhiệt nên khối không khí này bị ñẩy lên cao. Biết rằng quá trình thăng (ñi lên), khối không khí ñó thay ñổi nhiệt ñộ theo hiệu ứng ñoạn nhiệt ẩm. Cứ lên cao 100 mét nhiệt ñộ giảm ñi 0,5 0 C. Anh (chị) hãy tính ñộ cao chân mây sẽ hình thành ? 8. Phương pháp ñiều tiết ñộ ẩm không khí và quá trình bốc hơi nước ? 9. ðiều kiện của quá trình ngưng kết hơi nước ? trong tự nhiên những ñiều kiện này xảy ra như thế nào ? 10. Các dạng sản phẩm ngưng kết chính (sương, sương mù, sương muối) ? nguyên nhân hình thành và ý nghĩa thực tiễn của chúng ? 11. Hãy nêu phương pháp phân loại mây theo ñộ cao chân mây ? Những loại mây nào thường gây ra mưa ? 12. Nguyên nhân hình thành mưa ? Diễn biến lượng mưa theo không gian và thời gian như thế nào ? 13. Ảnh hưởng của mưa ñối với sản xuất nông nghiệp và phương pháp ñiều tiết lượng mưa ? 14. Hãy nêu các ñại lượng ñộ ẩm ñất ? ý nghĩa của mỗi ñại lượng vật lý ñó ? 15. Diễn biến ñộ ẩm ñất và phương pháp ñiều tiết ñộ ẩm ñất ? Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 87 Chương V. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN VÀ GIÓ 1. ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN 1.1. Khái niệm Trong khí tượng, người ta ñịnh nghĩa áp suất khí quyển như sau: Áp suất khí quyển là trọng lượng của cột không khí thẳng ñứng có tiết diện bằng một ñơn vị diện tích và có chiều cao từ mực quan trắc ñến giới hạn trên của khí quyển. Như vậy càng lên cao, chiều cao cột không khí càng giảm nên áp suất khí quyển càng giảm. Áp suất khí quyển thường ñược ño bằng hai ñơn vị là milimét thuỷ ngân (mmHg) và milibar (mb). Khí áp kế thủy ngân ñược Tô ri xen li (1608 -1647) sáng chế dùng ñộ cao cột thuỷ ngân tính bằng milimet (mmHg) ñể ño áp suất khí quyển. Dựa vào nguyên tắc cân bằng giữa áp một ñầu dốc ngược vào một chậu cũng chứa thủy ngân (xem phần thực tập). lực của khí quyển và trọng lượng cột thuỷ ngân chứa trong một ổng thủy tinh ñược hàn kín Khi áp suất khí quyển tăng thì ñộ cao của cột thuỷ ngân cũng tăng. 1 mb = 0,75 mmHg 1mb = 10 -3 Bar = 10 3 dyn/cm 2 = 10 2 N/m 2 Người ta gọi áp suất khí quyển trong ñiều kiện là 0 o C, ở vĩ ñộ 45 o trên mực nước biển là áp suất tiêu chuẩn. Trị số áp suất tiêu chuẩn bằng 760 mmHg hay 1013,25 mb. Giữa áp suất khí quyển, mật ñộ không khí và nhiệt ñộ quan hệ với nhau theo biểu thức sau: (1) Trong ñó: ρ là mật ñộ không khí (số phân tử không khí chứa trong một ñơn vị thể tích). R là hằng số chất khí (R = 8,3114 Jun/mol.ñộ =1/0,4845 cal/mol.ñộ). T là nhiệt ñộ tuyệt ñối của không khí (T 0 K = t 0 C +273) 1.2. Sự biến ñổi của áp suất khí quyển. Giống như các yếu tố khí tượng khác, áp suất khí quyển cũng biến ñổi theo thời gian và không gian. Biến ñổi của áp suất khí quyển theo không gian bao gồm biến ñổi theo phương thẳng ñứng và phương nằm ngang. Theo thời gian, áp suất khí quyển có diễn biến tuần hoàn Mọi vật trên mặt ñất ñược xem như nằm ở ñáy của bầu khí quyển và do ñó ch ịu một sức ép của không khí do trọng lượng của nó gây ra. Sức ép của khí quyển còn gọi là áp su ất khí quyển. Quan ñiểm ñộng học phân tử cho rằng áp suất khí quyển là k ết quả tổng hợp của chuyển ñộng phân tử không khí và trường trọng lực trái ñất. Dư ới tác dụng tổng hợp ñó, sức va chạm của nhiều phân tử không khí có tốc ñộ trung bình tác dụng lên m ột bề mặt có diện tích bằng một ñơn v ị trong thời gian ngắn sinh ra áp suất. Trong khí quyển không khí có thể chuyển ñộng ñi lên, ñi xuống, chuyển ñộng loạn lưu, chuy ển ñộng xoáy, giật hoặc kết hợp nhiều dạng chuyển ñộng, chẳng hạn như v ới một xoáy thuận nó ñồng thời tham gia cả 3 dạng chuyển ñộng như vừa chuyển ñộng xoáy tròn từ ngoài vào trong, v ừa chuyển ñộng từ dưới thấp ñi lên cao và v ừa chuyển ñộng tịnh tiến. Chỉ những dạng chuyển ñộng theo phương nằm ngang mới ñược gọi là gió. Gió là nguồn nămg lượng sạch vô tận nh ưng gió cũng gây ra nhiều ảnh hưởng xấu ñối với sản xuất nông nghiệp. P = ρ.RT Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 88 hàng ngày và hàng năm. Ngoài ra áp suất khí quyển còn biến ñổi bất thường liên quan tới sự thay ñổi thời tiết. a) Biến ñổi của áp suất khí quyển theo chiều cao Áp suất khí quyển càng lên cao càng giảm, mặt khác do các lớp khí quyển thấp hơn có mật ñộ không khí lớn hơn so với các lớp khí quyển trên cao nên áp suất khí quyển giảm không ñều theo ñộ cao. Ở các lớp khí quyển dưới thấp áp suất khí quyển giảm nhanh hơn so với các lớp khí khí quyển trên cao. Ví dụ, ở mặt ñất áp suất khí quyển là 1013,2 mb, ở ñộ cao 1000 mét áp suất là 898,5 mb, ñộ cao 5000 mét áp suất là 539,5 mb và ñộ cao 11000 mét áp suất chỉ còn 225,6 mb. Giới hạn trên của KQ P + dP P P o (mặt ñất) Z + dZ Z Xét 1 cột không khí thẳng ñứng ở ñộ cao Z áp suất khí quyển l à P, khi ñó ở ñộ cao Z + dZ, áp suất sẽ l à P - dP, rõ ràng dP chính là tr ọng lượng cột không khí có ñ ộ cao dZ, gi ới hạn từ ñộ cao Z ñến Z+dZ. (hình 5.3.). Do vậy: dP = - ρ.g.dZ (2) Trong ñó: ρ là mật ñộ không khí. g là gia tốc trọng trư ờng (g = 9,82m/s 2 ) Phương trình (2) ñược gọi l à phương trình tĩnh học cơ b ản. Phương trình này chỉ áp dụng khi nghiên cứu khí quyển tĩnh. Hình 5.3. Sơ ñồ biến ñổi của áp suất khí quyển Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 89 Từ phương trình (1) ta có ρ = P/RT, thay vào phương trình (2) ta có : P dP g dP = - ── gdZ hay — = - —— dZ RT P RT ðối với P lấy tích phân từ P o ñến P, với Z lấy từ Z o ñến Z, ta có : P Z dP g ―― = - ―― dZ Po P RT Zo Cho T giá trị trung bình và g giá trị không ñổi thì: P g ln ― = - ― ( Z - Z o ) (3) P 0 RT g (z-zo) P = P o e RT (4) Nếu P o là áp suất ở mặt ñất thì Z o = 0 do ñó ta có : g z P = P o e RT (5) Từ công thức (4) chúng ta có 2 nhận xét như sau: − Càng lên cao khí áp càng giảm − Ở ñiều kiện nhiệt ñộ thấp thì khí áp giảm nhanh hơn so với ở ñiều kiện nhiệt ñộ cao khi ñộ cao tăng lên. Khi triển khai công thức (3) người ta cũng thu ñược một công thức ñơn giản hơn gọi là công thức Babinê về sự biến thiên áp suất khí quyển theo ñộ cao. P - P h Z = 16000 (1 + αt) ——— (6) P + P h Trong ñó: Z - chênh lệch ñộ cao giữa 2 trạm ño áp suất khí quyển. P, P h là áp suất khí quyển ở trạm dưới và áp suất ở trạm trên t - nhiệt ñộ trung bình của cột không khí giữa 2 trạm. α - hệ số giãn nở của không khí, α = 0,00366. Công thức Babinê cho phép giải quyết một số vấn ñề thực tiễn như: 1. Tìm chênh lệch ñộ cao giữa 2 ñịa ñiểm có áp suất là P 1 và P 2 . Việc ño ñộ cao bằng phương pháp này khá chính xác và thuận tiện thay thế cho phương pháp ño bằng máy trắc ñịa. ðặc biệt, khi ñường ngắm của máy trắc ñịa bị che khuất hoặc phải ño ñộ cao ở hai ñịa ñiểm cách nhau quá xa. 2. Tính toán ñược khí áp ở bất kỳ một ñộ cao nào ñó nếu biết khí áp ở mặt ñất, nội suy khí áp về cùng một mực ñộ cao ở các ñịa ñiểm quan trắc ñể vẽ bản ñồ khí áp phục vụ công việc dự báo thời tiết. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 90 Bậc khí áp: Khảo sát một cột không khí, các tiết diện chênh lệch áp suất khí quyển 1 mb tạo thành những bậc thang khí áp. ðộ cao của mỗi bậc thang khí áp gọi là bậc khí áp ñược tính theo công thức sau: (1 + αt) h = 8000 —— (7) P Trong ñó: P là áp suất khí quyển t là nhiệt ñộ của không khí α là hệ số giãn nở thể tích của không khí (α = 0,00366 = 1/273) Từ công thức (7) ta thấy bậc khí áp tỷ lệ nghịch với áp suất và tỷ lệ thuận với nhiệt ñộ. Càng lên cao bậc khí áp càng lớn và ở cùng giá trị khí áp thì vùng nóng có bậc khí áp lớn hơn vùng lạnh. Như vậy, những vùng không khí lạnh khí áp giảm nhanh hơn, những vùng không khí nóng khí áp giảm chậm hơn theo chiều cao. Hệ quả là khi có 2 cột không khí nóng, lạnh khác nhau ở cạnh nhau thì trên cùng một ñộ cao cột không khí nóng có áp suất cao hơn cột không khí lạnh. Nóng Lạnh 650mb 780mb 800mb 650mb 780mb 900mb 800mb 900mb 1000mb 1000mb Cột 1 Cột 2 Hình 5.4. Sơ ñồ chênh lệch bậc khí áp Do chênh lệch khí áp, ở trên cao, không khí nóng sẽ di chuyển về phía cột không khí lạnh. Tuy nhiên, ở mặt ñất khí áp cột không khí lạnh lại cao hơn cột không khí nóng. Do ñó không khí chuyển ñộng ở dưới thấp và trên cao có chiều ngược nhau, tạo thành những hoàn lưu khép kín. b) Biến ñổi của áp suất khí quyển theo phương nằm ngang . Các vùng khác nhau trên bề mặt trái ñất luôn có sự khác nhau về nhiệt ñộ do vậy áp suất khí quyển theo phương nằm ngang cũng không ñồng nhất. ðể biểu diễn sự khác nhau về khí áp theo phương nằm ngang người ta dùng một ñại lượng gọi là gradient khí áp ngang (G). P 1 - P 2 dP G = = (8) L 1 - L 2 dL Trong ñó: dP: là chênh lệch khí áp giữa 2 ñịa ñiểm dL: khoảng cách theo phương nằm ngang giữa 2 ñịa ñiểm. Gradient khí áp theo phương nằm ngang thường ñược xác ñịnh cho mỗi ñộ vĩ ñịa lý (1 ñộ vĩ khoảng 111km), ñơn vị G là mb/111km. ðể biểu diễn biến thiên khí áp theo phương nằm ngang người ta thường vẽ bản ñồ các ñường ñẳng áp (hình 5.5). ðường ñẳng áp là những ñường liền nét, khép kín nối liền các ñiểm có trị số khí áp như nhau. Do mật ñộ các trạm ño khí áp quá ít nên phải dùng phương pháp nội suy ñể xác ñịnh khí áp trên mặt ñất. Trên bản ñồ khí áp, các ñường ñẳng áp thường ñược vẽ cách nhau 5mb. Tuỳ theo sự phân bố khí áp mà trên bản ñồ các ñường ñẳng áp có những hình dạng khác nhau: • •• • Vùng khí áp cao là vùng có các ñường ñẳng áp khép kín, từ ngoại vi vào trung tâm áp suất khí quyển tăng dần. Trong vùng khí áp cao, gradient khí áp có hướng từ ngoại vi vào trung tâm. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 91 • •• • Vùng khí áp thấp là vùng có các ñường ñẳng áp khép kín, từ ngoại vi vào trung tâm áp suất khí quyển giảm dần, gradient khí áp hướng từ trung tâm ra ngoại vi. • •• • Rãnh khí áp là phần khí áp thấp nhô ra, trục nằm giữa hai vùng có khí áp cao hơn. • •• • Lưỡi khí áp là vùng khí áp cao nhô ra, trục nằm giữa hai vùng có khí áp thấp hơn. • •• • Yên khí áp là vùng nằm giữa hai vùng khí áp cao và khí áp thấp sắp xếp xen kẽ nhau. ðặc ñiểm của gradient khí áp nằm ngang là luôn luôn vuông góc với các ñường ñẳng áp và hướng từ nơi có khí áp cao về nơi có khí áp thấp. Không khí thường di chuyển theo chiều Gradient khí áp nằm ngang tạo thành gió. Khi gradient khí áp nằm ngang càng lớn thì gió thổi càng mạnh. Trên bản ñồ ñẳng áp, những vùng mà ñường ñẳng áp càng dày thì trị số gradient khí áp càng lớn. c) Diễn biến hàng ngày của áp suất khí quyển Diễn biến hàng ngày của khí áp có 2 cực ñại và 2 cực tiểu. Cực ñại của khí áp xảy ra vào lúc 10 giờ và 22 giờ, cực tiểu xảy ra lúc 4 giờ và 16 giờ. Hàng ngày, khí áp tăng từ 4 giờ sáng ñến 10 giờ thì ñạt cực ñại, sau ñó giảm dần ñến 16 giờ ñạt cực tiểu. Từ 16 giờ khí áp lại tăng dần ñến 22 giờ thì ñạt cực ñại thứ hai và tiếp tục giảm dần ñến 4 giờ sáng hôm sau lại ñạt cực tiểu thứ hai. Diễn biến hàng ngày của khí áp ñặc biệt thể hiện rõ ở vùng xích ñạo và nhiệt ñới, biên ñộ ngày của khí áp vào khoảng 3 - 4 mb. Càng lên vĩ ñộ cao biên ñộ dao ñộng của khí áp càng giảm dần, ở vĩ ñộ 60 o biên ñộ khí áp chỉ vào khoảng 0,3 mb. Khi thời tiết thay ñổi ñột ngột khí áp có sự biến thiên mạnh mẽ, biên ñộ ngày ñêm có thể ñạt tới 10 - 15 mb. Ví dụ, khi có một cơn bão tiến ñến thì khí áp giảm ñột ngột và tăng nhanh trở lại khi cơn bão ñi qua. Hình 5.5. Bản ñồ các ñường ñẳng áp trên mực nước biển Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 92 d) Diễn biến hàng năm của áp suất khí quyển. Hàng năm, khí áp thay ñổi tuỳ từng vùng và tuỳ từng mùa. Ở lục ñịa, cực ñại áp suất khí quyển quan sát thấy vào mùa ñông còn cực tiểu vào mùa hè, ngược lại ở trên biển và ñại dương cực ñại áp suất quan sát thấy vào mùa hè, còn cực tiểu vào mùa ñông. Sở dĩ như vậy là vì mùa hè không khí trên lục ñịa nóng hơn so với không khí trên ñại dương, còn mùa ñông thì ngược lại nên trên biển khí áp cao hơn so với trên lục ñịa, vào mùa ñông thì khí áp trên lục ñịa lại lớn hơn so với trên biển. Biên ñộ dao ñộng hàng năm của khí áp trên lục ñịa thường lớn hơn nhiều so với trên ñại dương, ñôi khi ñạt ñến 40 mb. Ví dụ: Ở Luctrum (Trung Á), vĩ ñộ 42 0 41’ N; kinh ñộ 89 0 42’; ñộ cao âm 17 mét có khí áp lớn nhất vào tháng 12 là 1041,3mb, khí áp nhỏ nhất vào tháng 7 là 1004,0mb, biên ñộ 37,3mb. Tuy nhiên, khí áp trung bình trên ñại dương luôn lớn hơn so với lục ñịa. Biên ñộ dao ñộng hàng năm của khí áp tăng dần khi lên vĩ ñộ cao, ở vùng nhiệt ñới dao ñộng hàng năm của khí áp không thể hiện rõ. 2. Gió 2.1. Nguyên nhân sinh ra gió a) Khái niệm: Gió là sự chuyển ñộng của không khí theo phương nằm ngang so sánh tương ñối với mặt ñất. Trong khí quyển không khí có thể chuyển ñộng ñi lên, ñi xuống, chuyển ñộng loạn lưu, chuyển ñộng xoáy, giật hoặc kết hợp nhiều dạng chuyển ñộng, chẳng hạn như với một xoáy thuận nó ñồng thời tham gia cả 3 dạng chuyển ñộng như chuyển ñộng xoáy tròn từ ngoài vào trong, chuyển ñộng từ dưới thấp lên cao và chuyển ñộng tịnh tiến. Chỉ những dạng chuyển ñộng theo phương nằm ngang mới ñược gọi là gió. b) Nguyên nhân sinh ra gió: Nguyên nhân sinh ra gió là do sự phân bố của khí áp trên bề mặt trái ñất không ñồng ñều tại các ñịa ñiểm. Khi có sự chênh lệch khí áp theo phương nằm ngang thì không khí sẽ chuyển dịch từ nơi có khí áp cao ñến nơi có khí áp thấp tạo thành gió. Có thể tóm tắt sự hình thành gió theo sơ ñồ sau: Chênh lệch nhiệt ñộ Chênh lệch khí áp GIÓ t o cao t o th ấp K A th ấp KA cao Gió th ổi từ n ơi KA cao về nơi KA thấp Hình 5.6. Sơ ñồ giải thích nguyên nhân sinh ra gió Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 93 Qua sơ ñồ trên ta thấy, giữa 2 vùng ñịa lý nếu có sự chênh lệch về nhiệt ñộ thì dẫn ñến chênh lệch về khí áp và sinh ra gió. − Chênh lệch về nhiệt ñộ dẫn ñến chênh lệch về khí áp: − Chênh lệch khí áp dẫn ñến có gió thổi: Ta sẽ xem xét lực phát ñộng gradient khí áp nằm ngang (Gn), lực này sẽ làm cho khối không khí chuyển ñộng. Giả sử ta có một khối không khí hình lập phương mỗi cạnh là 1 cm. Khối không khí này có 2 mặt bên song song với hai ñường ñẳng áp, ñường thứ nhất có trị số 1005 mb, ñường thứ hai có trị số 1010 mb. Gọi các lực F 1 , F 2 , F 3 , F 4 , F 5 , F 6 tác ñộng vào lần lượt các mặt 1, 2, 3, 4, 5, và 6. Mặt 2 và mặt 5 chịu một áp suất như nhau nên lực tổng hợp của F 2 và F 5 bằng 0. Mặt 4 chịu áp suất lớn hơn mặt 1 do chịu thêm áp lực trọng lượng của khối không khí. F = F 6 - F 3 = P - (P + dP/dx) = - dP/dx (9) Nếu ñem nhân lực này với khối lượng không khí, nghĩa là ñại lượng nghịch ñảo của mật ñộ không khí (ρ), ta sẽ ñược trị số của lực gradient khí áp (Gn): Paz Pbz Vùng A (nóng) Vùng B (lạnh ) Pz o a Pz o b Giả sử có 2 vùng A và B n ằm cạnh nhau (hình 5.7), ban ñầu nhiệt ñộ ở 2 vùng b ằng nhau, Ta = Tb và áp suất không khí ở mặt ñ ất bằng nhau Pa = Pb. Sau ñó nếu vùng A nóng lên thì nhiệt ñộ vùng A cao hơn vùng B, Ta > Tb. L úc này áp suất cột không khí ở vùng A gi ảm theo ñộ cao sẽ chậm hơn so với vùng B (xem ph ần 1.2.1), kết quả là từ một ñộ cao Z nào ñó áp su ất khí quyển ở vùng A là Paz sẽ lớn hơn áp su ất Pbz ở vùng B. Vì thế ở ñộ cao z, không khí s ẽ di chuyển từ vùng A sang vùng B và sẽ l àm tăng khối lượng của cột không khí ở vùng B. Ở mặt ñất, áp suất cột không khí ở vùng B sẽ lớn h ơn vùng A, tức là Pz o a < Pz o b. Tóm lại, do có s ự chênh lệch nhiệt ñộ giữa vùng A và vùng B ñ ã tạo ra sự chênh lệch khí áp giữa 2 vùng ñó. Hình 5.7. Sơ ñồ giải thích chênh lệch nhiệt ñộ dẫn ñến chênh lệch khí áp 1005 mb F 1 F 2 F 6 1010 mb F 3 P F 5 (P+ dp)/dx F 4 Hình 5.8. Sơ ñồ giải thích lực gradient khí áp T ổng hợp của hai lực F 1 và F 4 là m ột lực hướng lên trên và cân bằng với trọng lư ợng của kh ối không khí. Mặt 3 chịu áp lực lớn hơn mặt 6 vì nó b ị tác ñộng bởi lực gradient khí áp (Gn), tổng hợp của F 3 và F 6 là một lực có cùng hư ớng với gradient khí áp. Chính lực này là lực ñã làm cho kh ối không khí chuyển ñộng tạo thành gió. N ếu ta vẽ ñường ñ ẳng áp tiếp xúc với mặt 3 có trị số khí áp là P, ñư ờng ñẳng áp tiếp xúc với mặt 6 có trị số khí áp sẽ l à P + dP/dx. Khi ñó F 6 = P và F 3 = P + dP/dx. T ổng hợp lực của F 6 và F 3 là F: Lực F là lực tác dụng lên một ñơn v ị thể tích không khí. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 94 1 dP Gn = - — x — (10) ρ dx Lực Gn gọi là lực phát ñộng gradient khí áp, dưới tác dụng của lực này sẽ làm cho không khí chuyển ñộng theo hướng của gradient khí áp, hay là lực sinh ra gió. 2.2. Các lực ảnh hưởng tới gió Khi không khí chuyển ñộng theo chiều nằm ngang thì sẽ chịu tác dụng của nhiều loại lực khác nhau như lực Côriôlít, lực ly tâm, lực ma sát a) Lực làm lệch hướng gió do chuyển ñộng quay của trái ñất . Năm 1838, Côriôlít ñã chứng minh ñược rằng, mọi vật chuyển ñộng trên mặt ñất ñều có khuynh hướng lệch khỏi hướng chuyển ñộng ban ñầu của nó về bên phải ở Bắc bán cầu và về bên trái ở Nam bán cầu. Nguyên nhân của sự lệch hướng là do trái ñất tự quay xung quanh mình nó ñồng thời mọi chuyển ñộng ñều có khuynh hướng duy trì hướng ban ñầu của nó theo quán tính. Giả sử các phần tử không khí (ở Bắc bán cầu) dưới tác dụng của lực gradient khí áp bắt ñầu chuyển ñộng theo phương kinh tuyến NS, hướng AC. Vì trái ñất quay xung quanh trục của nó từ Tây sang ðông nên kinh tuyến NS, sau một khoảng thời gian nào ñó sẽ tới vị trí NS 1 , hướng chuyển ñộng của các phần tử A 1 C 1 vẫn song song với hướng ban ñầu AC của nó. (Hình 5.9). N C c 1 A A 1 W E S S1 (ω = 2π/24.60.60 = 7,27.10 -5 Rad/giây) Như vậy, ở xích ñạo (φ = 0 o ) nên lực Côriôlít bị triệt tiêu, càng lên vĩ ñộ cao lực Côriôlít càng lớn và ñạt cực ñại ở 2 cực (φ = 90 o ). Trong tự nhiên có nhiều hiện tượng như bờ sông ở Bắc bán cầu thì phía phải là bên lở, phía trái là bên bồi, còn ở Nam bán cầu thì ngược lại; trong hai thanh ñường ray có một thanh bị mòn nhiều hơn ñối với ñường tàu chỉ chạy một chiều; các cơn bão không thể hình thành ở vùng biển có vĩ ñộ thấp (5 0 N ñến 5 0 S) ñều là do chịu ảnh hưởng của lực Côriôlít. Lực Côriôlít chỉ ảnh hưởng ñến hướng của dòng chuyển ñộng chứ không ảnh hưởng ñến tốc ñộ của dòng chuyển ñộng ñó. Lực này bao giờ cũng tác dụng theo phương thẳng góc với hướng của dòng chuyển ñộng. Trên hình vẽ ta thấy dòng không khí ở Bắc bán c ầu ñang chuyển ñộng bị lệch khỏi kinh tuyến và do ñó lệch khỏi hư ớng của gradient khí áp về bên phải. Tương tự như v ậy, ở Nam bán cầu các phần tử không khí bị lệch về b ên trái hư ớng chuyển ñộng. ðộ lớn của lực Côriôlít (CF) tác dụng lên một ñơn v ị khối lượng ñược biểu diễn bằng công thức: CF = 2.ω.V.sinφ (11) Trong ñó: ω - vận tốc góc quay của trái ñất V - vận tốc của phần tử chuyển ñộng φ - vĩ ñộ ñịa lý Hình 5.9 . Tác dụng của lực làm lệch hướng do sự quay của trái ñất [...]... Gió bão d 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 32,7 - 37,9 28 ,5 - 32,6 24 ,5 - 28,4 20,8 - 24,4 17,2 - 20,7 13,9 - 17,1 10,8 - 13,8 8,0 - 10,7 5, 5 - 7,9 3,4 - 5, 4 1,6 - 3,3 0,3 - 1 ,5 0 - 0,2 m/s 64 - 71 56 - 63 48 - 55 41 - 47 34 - 40 28 - 33 22 - 27 17 - 21 11 - 16 7 - 10 4-6 1-3 . ñược 5, 5 - 7 ,5 9 Gió rất mạnh 20,8 - 24,4 41 - 47 75 - 88 Mái ngói nhà cấp 4 bị lật 7,0 - 10,0 10 Gió bão 24 ,5 - 28,4 48 - 55 89 - 102 Rễ cây to bật lên 9,0 - 12,0 11 Gió bão lớn 28 ,5 - 32,6 56 . 3,4 - 5, 4 7 - 10 12 - 19 Cành cây rung, cờ bay nhẹ 0,6 - 1,0 4 Gió nhẹ 5, 5 - 7,9 11 - 16 20 - 28 Bụi và giấy bị thổi bay 1,0 - 1 ,5 5 Gió vừa 8,0 - 10,7 17 - 21 29 - 38 Cây nhỏ ñu ñưa 2,0 - 2 ,5. Gió hơi mạnh 10,8 - 13,8 22 - 27 39 - 49 Mặt ao, hồ gợn sóng 3,0 - 4,0 7 Gió khá mạnh 13,9 - 17,1 28 - 33 50 - 61 Dây ñiện kêu vu vu 4,0 - 5, 5 8 Gió mạnh 17,2 - 20,7 34 - 40 62 - 74 người không