Bài giảng khí hậu học và khí hậu việt nam (phần 1 khí hậu học) chương 1 – phan văn tân

Giới thiệu môn học Tài liệu tham khảo: | Phần 1: { Khí hậu vật lý toàn cầu Global Physical Climatology, Dennis L... Nội dung chương trình Phần 1: Khí hậu học... Nội dung chương trình

KHÍ HẬU HỌC

& KHÍ HẬU VIỆT NAM

Phan Văn Tân

tanpv@vnu.edu.vn

Giới thiệu môn học

|   Thời lượng: 5 TC = 75 tiết TC

TC

Giới thiệu môn học

Tài liệu tham khảo:

|   Phần 1:

{   Khí hậu vật lý toàn cầu (Global Physical Climatology), Dennis L Hartmann:

Ch1 – Ch8

{   Nguyên lý khí hậu học – Tập 1, Yêu Trẩm Sinh (Bản dịch tiếng Việt)

{   Bài giảng và bài tập:

http://meteo.edu.vn/remoclic/Bai_giang/KHH_and_KHVN/

|   Phần 2:

{   Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc: Khí hậu Việt Nam Nhà xuất bản Khoa học

Kỹ thuật Hà Nội, 1993

{   Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu: Khí hậu và tài nguyên khí hậu Việt

Nam Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội, 2004

{   Nguyễn Vi Dân, Nguyễn Cao Huần, Trương Quang Hải: Cơ sở Địa lý tự

nhiên NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005

{   Lê Bá Thảo (chủ biên) và nnk., Cơ sở địa lý tự nhiên, tập 1, 2, 3 NXB Giáo

Dục, Hà Nội, 1987

{   Báo cáo Tổng kết Đề tài KC08.29/06-10:

http://meteo.edu.vn/~tanpv/KC08.29/Ch_4.pdf

{   Một số tài liệu khác: http://danida.vnu.edu.vn/cpis/vn/cat/59

Nội dung chương trình

Phần 1: Khí hậu học

Nội dung chương trình

Phần 2: Khí hậu Việt Nam

PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC

Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo

Thời gian giây s

Khối lượng gram hoặc kilogram g hoặc kg

Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo

|   Mật độ của các chất khác nhau

{   Nước 1000 kg/m 3

{   Nước biển 1023.6 kg/m 3

{   Thép 7800 kg/m 3

{   Không khí (ở mực nước biển) 1.2 kg/m 3

|   Năng lượng:

{   1 Calorie = 4.1868 Joules

{   1 Joule = 0.2388 Calories

{   1 Joule/s = 1 Watt

|   Lực = Khối lượng x Gia tốc: F = ma

{   [F] = kg x m/s 2

|   Trọng lượng = Khối lượng x Gia tốc trọng trường: W = mg

{   [W] = kg x m / s 2

|   K = o C +273.16

|   o F = 9/5 * o C + 32

Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo

|   Gia tốc trọng trường như là hàm của vĩ độ

Trong đó:

Chương 1 Giới thiệu về

hệ thống khí hậu

1.1 Mở đầu

Những câu hỏi thông thường

|   Khí hậu là gì? Thời tiết là gì?

|   Khí hậu khác với thời tiết như thế nào?

|   Khí hậu và thời tiết có liên hệ với nhau như thế nào?

|   Cái gì chi phối khí hậu?

|   Khí hậu có biến đổi không?

|   Có thể dự báo được khí hậu không?

|   …

1.1 Một số khái niệm cơ bản

S − α π R = π σ R T

Mặt trời phát xạ năng lượng

bức xạ xuống Trái đất

Trái đất hấp thụ năng lượng bức

vào không trung

Năng lượng đến = Năng lượng đi

o

18 C

T ≈ −

|   Từ phương trình cân bằng (mô hình 0-D):

Có gì thiếu sót?

|   Chưa tính đến:

{   Vai trò của khí quyển:

|   Hiệu ứng nhà kính

{   Tích lũy và vận chuyển năng lượng

|   Hoàn lưu khí quyển và đại dương

{   Đốt nóng và làm lạnh bề mặt

|   Các dòng hiển nhiệt và ẩn nhiệt

Vai trò của khí quyển !

|   Trái đất rất lớn, còn lớp Khí quyển của nó thì rất mỏng,

và hầu hết Khí quyển nằm gần bề mặt Trái đất

{   Bán kính Trái đất: 6,371 km

{   Khoảng cách từ Nam cực đến Bắc cực: 20,000 km

{   Khoảng 90% khối lượng khí quyển nằm dưới độ cao 30 km

{   99.99997% khí quyển nằm dưới 100 km

|   Sự tồn tại của khí quyển là nguyên nhân của Hiệu ứng

nhà kính

|   Hiệu ứng nhà kính giữ cho chúng ta khỏi bị chết vì lạnh

giá

Cấu trúc nhiệt thẳng đứng !

|   Bị đốt nóng từ phía

dưới: Bức xạ mặt trời, các dòng ẩn nhiệt và hiển nhiệt

|   Bị đốt nóng trong tầng

bình lưu do ozone hấp thụ bức xạ cực tím

|   Bị đốt nóng trong tầng

nhiệt quyển do bức xạ mặt trời làm phân ly các phân tử Oxy,

Nitơ,

Vai trò của hoàn lưu !

|   Đốt nóng bức xạ mặt trời lớn hơn làm lạnh sóng dài ở

Nhiệt đới: Năng lượng tích lũy ở đó, cả trong khí

quyển và đại dương

các cực: Năng lượng bị mất đi ở đó do bức xạ nhiệt

vào không gian vũ trụ

|   Công việc của khí quyển và đại dương là vận chuyển

năng lượng từ nơi nó tích lũy đến nơi nó có thể bị mất (vận chuyển hướng cực và vận chuyển đi lên)

|   Công việc này bị cản trở bởi lực Coriolis

N ă ng lượng được vận chuyển như thế nào?!

trò quyết định

Hoàn lưu khí quyển !

|   Không khí nóng đi lên (mưa

nhiều) ở các vùng nhiệt đới

|   Không khí bị lạnh đi và chìm

xuống ở các vùng cận nhiệt đới (các vùng sa mạc)

|   Dòng hướng cực bị lệch đi do lực Coriolis và hòa vào dòng xiết

|   Dòng xiết là hệ thống không ổn định , nên khi có xáo trộn nhỏ sẽ

dẫn đến phát sinh những xoáy khổng lồ (bão và front), và như vậy kết thúc công việc vận chuyển của khí quyển

ate an enormous amount of latent heat Th is heat makes

the air more buoyant and provides energy to drive the

Hadley cell Th e rising air reaches the tropopause, which

acts like a barrier, causing the air to move laterally toward

the poles Th e Coriolis force defl ects this poleward fl ow

toward the right in the Northern Hemisphere and to

the left in the Southern Hemisphere, providing westerly

winds aloft in both hemispheres (We will see later that

these westerly winds reach maximum velocity and

pro-duce jet streams near 30° latitude and 60° latitude.)

Air aloft moving poleward from the tropics

constant-ly cools by giving up infrared radiation, and at the same

time it also begins to converge, especially as it approaches

the middle latitudes.* Th is convergence (piling up) of air

aloft increases the mass of air above the surface, which

in turn causes the air pressure at the surface to increase

Hence, at latitudes near 30°, the convergence of air aloft

produces belts of high pressure called subtropical highs

(or anticyclones) As the converging, relatively dry air

above the highs slowly descends, it warms by

compres-sion Th is subsiding air produces generally clear skies

and warm surface temperatures; hence, on earth it is here

that we fi nd the major deserts of the world, such as the

◗ Fig 7.25)

Over the ocean, the weak pressure gradients in the center of the high produce only weak winds According

to legend, sailing ships traveling to the New World were frequently becalmed in this region; and, as food and sup-plies dwindled, horses were either thrown overboard or eaten As a consequence, this region is sometimes called the horse latitudes

From the horse latitudes near latitude 30°, some of the surface air moves back toward the equator It does not

fl ow straight back, however, because the Coriolis force defl ects the air, causing it to blow from the northeast in the Northern Hemisphere and from the southeast in the Southern Hemisphere Th ese steady winds provided sail-ing ships with an ocean route to the New World; hence,

these winds are called the trade winds Near the equator,

the northeast trades converge with the southeast trades

along a boundary called the intertropical convergence

zone (ITCZ) In this region of surface convergence, air

rises and continues its cellular journey Along the ITCZ,

it is usually very wet as the rising air develops into huge thunderstorms that drop copious amounts of rain in the form of heavy showers (see ◗ Fig 7.26)

Meanwhile, at latitude 30°, not all of the surface air moves equatorward Some air moves toward the poles and defl ects toward the east, resulting in a more or less westerly air fl ow—called the prevailing westerlies, or,

Active ◗ FIGURE 7.24 The idealized wind and surface-pressure distribution over a uniformly water-covered rotating earth.

*You can see why the air converges if you have a globe of the world Put

your fi ngers on meridian lines at the equator and then follow the

merid-ians poleward Notice how the lines and your fi ngers bunch together in the

middle latitudes.

Copyright 2010 Cengage Learning All Rights Reserved May not be copied, scanned, or duplicated, in whole or in part Due to electronic rights, some third party content may be suppressed from the eBook and/or eChapter(s)

Editorial review has deemed that any suppressed content does not materially affect the overall learning experience Cengage Learning reserves the right to remove additional content at any time if subsequent rights restrictions require it.

Global Winds 201

air aloft carried poleward by the Hadley cell produces sharp temperature diff erences, strong pressure gradi-ents, and high winds ◗ Figure 7.32 illustrates how the polar jet stream and the subtropical jet stream might ap-pear as they sweep around the earth in winter.

We can better see the looping pattern of the jet by studying ◗ Fig 7.33a, which shows the position of the polar jet stream and the subtropical jet stream at the 300-mb level (near 9 km or 30,000 ft ) on March 9, 2005

Th e fastest fl owing air, or jet core, is represented by the heavy dark arrows Th e map shows a strong polar jet stream sweeping south over the Great Plains with

an equally strong subtropical jet over the Gulf states

Notice that the polar jet has a number of loops, with one off the west coast of North America and another over eastern Canada Observe in the satellite image (Fig 7.33b) that the polar jet stream (blue arrow) is di-recting cold, polar air into the Plains States, while the subtropical jet stream (orange arrow) is sweeping sub-tropical moisture, in the form of a dense cloud cover, over the southeastern states.

Th e looping pattern of the polar jet stream has an important function In the Northern Hemisphere, where the air fl ows southward, swift ly moving air

di-rects cold air equatorward; where the air fl ows north-ward, warm air is carried toward the poles Jet streams, therefore, play a major role in the global transfer of heat

Moreover, since jet streams tend to meander around the world, we can easily understand how pollutants or vol-canic ash injected into the atmosphere in one part of the globe could eventually settle to the ground many thou-sands of kilometers downwind And, as we will see in

DID YOU KNOW?

Strong upper-level winds during April, 2010, blew tons of dust and ash from an Icelandic volcano over much of western Europe The ash cloud closed most of the continent’s airports for a week, which in turn aff ected more than a million passen-gers a day, and cost the airline industry more than $1.7 billion

in lost revenues.

Active ◗ FIGURE 7.32 Jet streams are swiftly fl owing cur-rents of air that move in a wavy west-to-east direction The

fi gure shows the position of the polar jet stream and subtrop-ical jet stream in winter Although jet streams are shown as one continuous river of air, in reality they are discontinuous, with their position varying from one day to the next.

◗FIGURE 7.33 (a) Position of the polar jet stream (blue arrows) and the subtropical jet stream (orange arrows) at the 300-mb level (about 9 km or 30,000 ft above sea level) on March 9, 2005 Solid lines are lines of equal wind speed (isotachs) in knots

(b) Satellite image showing clouds and positions of the jet streams for the same day.

Copyright 2010 Cengage Learning All Rights Reserved May not be copied, scanned, or duplicated, in whole or in part Due to electronic rights, some third party content may be suppressed from the eBook and/or eChapter(s)

Editorial review has deemed that any suppressed content does not materially affect the overall learning experience Cengage Learning reserves the right to remove additional content at any time if subsequent rights restrictions require it.

Thời tiết khác với khí hậu

khí quyển ở một địa điểm cụ thể,

được đặc trưng bởi các đại lượng đo

được, như nhiệt độ, độ ẩm, gió,

lượng mưa,… hoặc các hiện tượng

quan trắc được, như sương mù,

dông, mưa, nắng,…

|   Ví dụ:

núi phía bắc nhiệt độ có thể xuống dưới 5 o C ”

{   …

Thời tiết khác với khí hậu

đặc trưng bởi các giá trị trung bình thống

kê và các cực trị đo được hoặc quan trắc

được của các yếu tố và hiện tượng thời tiết

trong một khoảng thời gian đủ dài, thường

là hàng chục năm

|   Ví dụ:

{   “Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với miền

Bắc có mùa đông lạnh”

{   “Một đặc điểm quan trọng của khí hậu khu vực Hà

Nội là sự tương phản sâu sắc về nhiệt độ giữa mùa nóng và mùa lạnh: về mùa nóng nhiệt độ trung

bình tháng nóng nhất là 29,0 độ C, cao nhất có thể

lên tới trên 42,0 độ C, trong khi nhiệt độ trung

bình tháng lạnh nhất là 16,6 độ C, thấp nhất có thể

xuống tới dưới 3,0 độ C”