Khí tượng đại cương Chương - Nhiệt động lực học khí (phần 4) Bùi Hồng Hải ĐH Khoa Học Tự Nhiên

Nội dung Hơi nước trong không khí  Quá trình đoạn nhiệt ẩm  Những điều kiện bất ổn định khí quyển... -Áp suất hơi nước bão hòa Các phát biểu thông thường:  “Không khí đã bão hòa hơi

Chương 3 - Nhiệt động lực học

khí quyển (phần 4)

Bùi Hoàng Hải

ĐH Khoa Học Tự Nhiên Email: haibh@vnu.vn

Khí tượng đại cương

Nội dung

 Hơi nước trong không khí

 Quá trình đoạn nhiệt ẩm

 Những điều kiện bất ổn định khí quyển

(Nhắc lại) một số tham số ẩm

 Tỷ lệ pha trộn có giá trị từ vài g/kg đến cỡ 20g/kg

 Nếu không có bốc hơi/ngưng kết, tỷ số xáo trộn của một phần tử khí bảo toàn.

m

m q

v d

v

+

= +

p M

m

M m

p n

n

p n n

n e

d v

w d

v

d v

d

v

1

1 1

1 1

1

+

= +

= +

= +

622

0 28.96

02 18

8

1026 622

0 10

5 5

10 5

r e

ε

+

=

với số mol của nước trong hợp phần không khí

p r

r e

-Áp suất hơi nước bão hòa

 Các phát biểu thông thường:

 “Không khí đã bão hòa hơi nước”

 “Không khí không thể chứa thêm được hơi nước”

 “Không khí nóng chứa được nhiều hơi nước hơi không khí lạnh”

 Bản chất của sự bão hòa hơi nước là gì?

Bản chất của sự bão hòa

 Nước bốc hơi vào không khí  làm tăng sức trương hơi nước e

 Sức trương hơi nước càng lớn  tăng tốc độ ngưng tụ từ không khí vào nước

 Quá trình bão hòa xảy ra khi tốc độ ngưng tụ=tốc độ bốc hơi,

khi đó e=e s

 Tốc độ bốc hơi tăng theo nhiệt độ T  e s tăng theo T!

Phụ thuộc của áp suất nước bão hòa vào nhiệt độ

67 17

e 112

s T

67 17

e 112

s T

e

Công thức Bolton (1980)

Chú ý, T Chú ý, T c c tính bằng tính bằng o o C C

Bảng tra cứu áp suất hơi bão hòa (đã làm tròn)

(Nhắc lại) một số tham số ẩm

s

s d

s v

s d

vs d

vs s

e p

e T

R

e

p T

R

e m

m r

Tỉ lệ pha trộn bão hòa

( ) ( ) T e

p

T

e r

s

s s

−

= ε

Tỉ số xáo trộn bão hòa là hàm của p và T

 có thể thể hiện trên giản đồ nhiệt động lực học!

Nhiệt độ điểm sương

“RH giảm 5% thì nhiệt độ điểm sương giảm ~ 1 o C”

VD: nhiệt độ 35oC, RH=85%  Td~33oC

Định nghĩa?

Bài tập 2

 Một khối khí tại 1000hPa có nhiệt độ 18oC và tỉ lệ pha trộn ẩm là 6g/kg Tính (ước lượng) độ ẩm tương đối và nhiệt độ điểm sương của khối khí

1000 006

0 622

0

006

0

≈

× +

= +

r

r e

s

s s

ε

Ẩn nhiệt

 Ẩn nhiệt nóng chảy (Lm) là nhiệt lượng cần cung cấp cho 1 đvkl (1 kg) một chất để chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng mà không làm thay đổi nhiệt độ.

 Với nước, tại 0oC và 1atm, Lm=3.34 × 105Jkg-1

 Ẩn nhiệt đông kết là năng lượng giải phóng khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn

 Ẩn hiệt hóa hơi (Lv) là nhiệt lượng cần cung cấp cho

1 đvkl một chất để chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi mà không làm thay đổi nhiệt độ.

 Với nước, tại 100oC và 1atm, Lm=2.25 × 106Jkg-1

 Ẩn nhiệt ngưng tụ, là năng lượng giải phóng khi chuyển từ trạng thái hơi sang trạng thái lỏng

Quá trình đoạn nhiệt ẩm

 Khi một phần tử khí

chưa bão hòa được

nâng lên  quá trình

đoạn nhiệt khô

 Nhiệt độ khối khí giảm

 Γs < Γd

Quá trình đoạn nhiệt ẩm

LCL

Γd ~ 1K/100m

Nhiệt tỏa ra trong quá trình ngưng kết

Quá trình đoạn nhiệt giả

Hiệu ứng Phơn

 Hiệu ứng Phơn (foehn/föhn wind ) chỉ việc gió sau khi vượt qua

núi trở nên khô và nóng Ở Việt Nam, hiện tượng foehn thường được dân gian gọi là gió Lào hoặc gió phơn Tây Nam khô nóng

 Bản chất: quá trình đoạn nhiệt giả

Giản đồ thiên khí (Skew-T Log-p)

 Trạng thái của một phần tử khí có thể biểu diễn trên giản đồ p-α, tuy nhiên các thám sát thường quan trắc các giá trị p-T

 Giản đồ thiên khí (aerological diagram/skew-T log-P)

 Trục tung được vẽ theo lnP (gần tuyến tính so với độ cao)

 Các đường đẳng T lệch 1 góc 45o.

 Một phần tử khí khô biểu thị bởi 1 điểm (p,T)

 Một phần tử khí ẩm biểu thị bởi 2 điểm (p,T) và (p,Td)

Bất ổn định khí quyển có điều kiện

Các đường thể hiện trên giản đồ thiên khí

Đoạn nhiệt ẩm

Đoạn nhiệt khô

Tỉ số xáo trộn ẩm bão hoà

Đoạn nhiệt

Đẳng áp

Một số ứng dụng của giản đồ thiên khí

r, θ const Đoạn nhiệt khô

Đẳng nhiệt

Bất ổn định loại 2 (bất ổn định có điều kiện)

 Nếu khối khí tiếp tục

được nâng lên đến B

(đoạn nhiệt ẩm) thì nhiệt

độ phần từ bắt đầu lớn

hơn so với môi trường 

A B

T giảm nhanh hơn MT

Bất ổn định loại 2 (bất ổn định có điều kiện)

 Khối khí từ O đến A

(đoạn nhiệt khô) thì xảy

ra ngưng kết

 Nếu khối khí tiếp tục

được nâng lên đến B

(đoạn nhiệt ẩm) thì

nhiệt độ phần từ bắt

đầu lớn hơn so với môi

trường  Bất ổn định!

Bất ổn định

có điều kiệnBất ổn định

tuyệt đối

Bài tập 3

 Ở điểm A, không khí có nhiệt độ 30oC, độ ẩm tương đối là 80%

Giả thiết ngưng kết thành mưa rơi toàn bộ bên sườn đón gió

 Hãy:

 Tính tỉ số xáo trộn ẩm tại A

 Tính nhiệt độ và độ ẩm không khí tại đỉnh núi

 Tính nhiệt độ và độ ẩm tương đối tại điểm B

 Giả thiết bằng cách nào đó, chúng ta giảm được 500m độ cao

của núi, nhiệt độ và độ ẩm của B bằng bao nhiêu?

Cho z LCL=500m, giả thiết Γd=1K/100m, Γs=0.5K/100m

Tra cứu số liệu khác ở bảng tra cứu áp suất hơi bão hòa

950hPa

Giải bài tập 3

 khối khí tại điểm A có:

 Nhiệt độ 30oC  Áp suất hơi bão hòa es≈ 42hPa.

 Tỉ số xáo trộn bão hòa đạt ~

026

0 1000

42 622

“Chỉ tính riêng việc giảm diện tích núi đá trọc không có rừng, cứ giảm được 100m chiều cao của núi thì hạ được 1 O C và tăng được 1,7% độ ẩm Chẳng hạn nếu giảm được 430m chiều cao của dãy núi Đại Huệ giữa Nam Đàn - Nghi Lộc thì chúng ta giảm được 4 O C và tăng được khoảng 7% độ ẩm ở Nghi Lộc.”

PGS TS Nguyễn Việt Cường, viện Cơ học

Biến gió Lào thành gió mát - Công trình khoa học đạt giải

thưởng sáng tạo khoa học công nghệ Việt Nam VIFOTEC

năm 2005