bài 5 áp suất khí quyển và gió

1.1 Áp su ất khí quy ển – đơn v ị Áp su ất tiêu chu ẩn là áp su ất khí quy ển cân b ằng v ới c ột thu ỷ ngân cao 760mm ở nhi ệt độ 00C, tại v ĩ độ 450 ở mực nước biển, tương ứng 1 atm 1atm = 760mmHg = 1013.25 mb 1atm = 101.325 kPa 1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ

ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN VÀ GIÓ

Trần Thanh Vân

Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp

Khoa Môi trường

Nội dung bài học

1.  Áp suất khí quyển

–  Khái niệm

–  Sự biến đổi của áp suất

khí quyển –  Diễn biến của áp suất

khí quyển

2.  Gió

–  Nguyên nhân hình

thành gió –  Các ảnh hưởng tới gió –  Các đặc trưng của gió –  Hoàn lưu khí quyển

1.1 Áp suất khí quyển – khái niệm

•  Áp suất khí quyển là lực tác

động lên một đơn vị diện tích

bề mặt gây ra bởi trọng lượng

của cột không khí trên bề mặt

đó; hay nói cách khác, áp suất

khí quyển là trọng lượng của

cột không khí có tiết diện là

1.1 Áp suất khí quyển – đơn vị

Áp suất tiêu chuẩn

là áp suất khí quyển cân bằng với cột thuỷ ngân cao 760mm ở nhiệt độ

00C, tại vĩ độ 450 ở mực nước biển,

tương ứng 1 atm 1atm = 760mmHg = 1013.25 mb

1atm = 101.325 kPa

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao

•  Áp suất khí

quyển càng lên

cao càng giảm

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)

•  Phương trình tĩnh học - thể hiện sự biến thiên của áp suất khí quyển theo độ cao:

dP/dz = -ρg Trong đó:

-  dP/dz: mức độ chênh lệch của khí áp theo độ cao

-  ρ: mật độ không khí

-  g: gia tốc trọng trường

-  Dấu - biểu thị áp suất giảm theo độ cao

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)

•  Áp suất khí quyển tại một độ cao xác định:

Trong đó:

-  P: áp suất khí quyển tại độ cao z

-  Po: áp suất khí quyển tại độ cao zo

-  T: nhiệt độ không khí trung bình giữa zo và z

RT

z z

g o

o

xe P

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)

•  Nhiệt độ không khí quyết định độ cao của cột khí quyển

•  Vùng không khí nóng áp giảm chậm hơn theo chiều cao; vùng lạnh khí áp giảm nhanh hơn theo độ cao

•  Tại một độ cao: không khí nóng có áp suất cao hơn cột không khí lạnh không khí chuyển động về phía cột không khí lạnh

•  Ở mặt đất: cột không khí

lạnh có áp suất cao hơn không

khí nóng nên dòng khí

chuyển động về phía nóng

1.3 Biến đổi áp suất khí quyển theo phương

nằm ngang

•  Do khác nhau về nhiệt độ nên áp suất khí quyển

theo phương nằm ngang cũng không đồng nhất

•  Gradient khí áp nằm ngang G

Trong đó:

-  dP: chênh lệch áp suất giữa 2 địa điểm

-  dL: khoảng cách theo phương nằm ngang giữa hai địa điểm

dL

dP L

2 1

1.3 Biến đổi của khí áp theo phương nằm ngang

•  Bản đồ đường đẳng áp để thể hiện biến thiên khí áp theo phương nằm ngang

•  Đường đẳng áp: là những đường liền nét, khép kín nối liền các điểm có cùng trị số áp suất

•  Sử dụng trị số áp suất với đơn vị là mb (tránh ảnh

hưởng của độ cao)

Vùng áp cao và áp thấp

Vùng l ưỡi và vùng rãnh

Vùng Yên

1.4 Diễn biến của áp suất khí quyển

•  Diễn biến hàng ngày

–  Diễn biến kép: 02 cực đại (10 giờ và 22 giờ); 02 cực tiểu (4 giờ

và 16 giờ); rõ rệt nhất ở các vĩ độ nhiệt đới

–  Biên độ dao động đạt tới 3-4mb; có thể tới 10-15mb khi thời tiết thay đổi đột ngột Biên độ giảm dần theo vĩ độ: vĩ độ 60 khoảng 0,3mb

•  Diễn biến hàng năm:

–  Trên lục địa: cực đại vào mùa đông, cực tiểu vào mùa hè; rõ rệt khi vĩ độ càng tăng

–  Trên đại dương và vùng duyên hải: cực đại vào mùa hè, cực tiểu vào mùa đông hoặc cuối thu

–  Biên độ dao động: trên lục địa tới 20mb, trên đại dương nhỏ hơn

2.1 Nguyên nhân sinh ra gió

•  Gió là sự chuyển động tương đối của không khí theo

phương nằm ngang so với mặt đất

•  Nguyên nhân sinh ra gió: Do sự chênh lệch nhiệt độ

trên bề mặt Trái Đất

–  Theo vĩ độ địa lý (độ cao mặt trời)

–  Tính chất mặt đệm

•  Sự chênh lệch nhiệt độ gây ra sự chênh lệch về áp suất

chuyển dịch của không khí từ vùng áp suất cao đến vùng áp thấp

•  Sự dịch chuyển dừng khi có sự cân bằng áp suất theo phương nằm ngang

Các lực sinh ra và ảnh hưởng đến gió

•  Lực phát động gradient khí áp (PGF)

•  Lực Coriolis (CF)

•  Lực ly tâm (Fc)

•  Lực ma sát (F)

Lực sinh ra gió

•  Lực phát động gradient khí áp (PGF): xuất hiện khi

có sự chênh lệch khí áp theo chiều nằm ngang để đẩy không khí chuyển động từ nơi áp cao đến nơi có áp thấp

–  Hướng chuyển động trùng với hướng của gradient khí áp nằm ngang

–  Độ lớn của lực được tính theo công thức sau:

PGF = - (1/ρ) x (∆P/∆n)

Trong đó: ρ - mật độ không khí

Lực phát động gradient khí áp

Các lực ảnh

hưởng đến gió

•  Lực Coriolis: Là lực làm lệch hướng chuyển động của

các phần tử không khí do sự tự quay của trục trái đất

•  Lực Coriolis làm phần tử chuyển động lệch về phía tay phải ở Bắc bán cầu và về phía tay trái ở Nam bán cầu

Lực Coriolis

•  Độ lớn của lực:

CF = 2.ω.v sinφ

Trong đó: ω - tốc độ quay của trái đất (15 o /giờ)

v- tốc độ của phân tử chuyển động

φ- vĩ độ địa lý

•  Lực Coriolis chỉ ảnh hưởng đến hướng của dòng chuyển động chứ không ảnh hưởng đến tốc độ của dòng chuyển động đó

•  Lực Coriolis bao giờ cũng tác dụng theo phương thẳng góc với hướng của dòng chuyển động

Gió địa chuyển

nguồn: The Atmosphere, 8th edition, Lutgens and Tarbuck, 8th edition, 2001

Các lực ảnh hưởng đến gió (tiếp)

•  Lực Ly tâm: Lực ly tâm xuất hiện khi các phẩn tử không

khí chuyển động theo quỹ đạo cong

•  Độ lớn của lực ly tâm được tính theo công thức

Fc = v2/r Trong đó: v - vận tốc chuyển động của không khí

r – bán kính của quỹ đạo chuyển động

•  Lực ly tâm bao giờ cũng hướng từ tâm ra ngoài theo bán kính quỹ đạo chuyển động và có xu thế làm duỗi thẳng quỹ đạo chuyển động

Gió gradient

Nguồn: http://ww2010.atmos.uiuc.edu/%28Gh%29/guides/mtr/fw/grad.rxml

Các lực sinh ảnh hưởng đến gió (tiếp)

•  Lực ma sát: xuất hiện do không khí chuyển động cọ sát,

tiếp xúc với mặt đất và tính theo công thức:

F = -k x v Trong đó: v - vận tốc chuyển động của không khí

k – hệ số ma sát phụ thuộc độ gồ ghề mặt đệm và độ cao của không khí so với bề mặt

•  Hướng của lực ma sát thường được đơn giản là ngược hướng với hướng chuyển động

Các đại lượng đặc trưng cho gió

•  Hướng gió là hướng của khối không khí chuyển động đến Hướng gió có thể được xách định theo 3 cách:

–  Chọn hướng gió bằng hoa gió: phổ biến nhất, theo

cách này gió có thể xác định 16 hướng chính

–  Biểu thị hướng gió bằng góc độ: Dùng vòng tròn chân trời để biểu diễn hướng gió theo độ lớn của góc chia

độ

–  Xác định hướng gió theo địa danh: lấy ngay địa danh

để gọi tên hướng gió

Hoa gió và biểu

ENE Đông Đông Bắc 67.5°

Bảng cấp gió Beaufort

Gió hành tinh

Gió mùa

•  Gió mùa là gió thổi ổn định theo mùa

•  Nguyên nhân sinh ra gió mùa là do sự chênh lệch nhiệt độ không khí trên lục địa và đại dương dẫn đến sự chênh lệch áp suất giữa hai khu vực này

•  Về mùa đông: gió mùa hướng từ đất liền ra biển

•  Về mùa hạ: gió mùa hướng từ biển vào đất liền

•  Gió mùa : quy mô rất rộng lớn, bao trùm những khu vực rộng lớn và phát triển tới độ cao 1km về mùa đông và 4-5km về mùa hạ

Sự thay đổi các vùng khí áp theo mùa

Sự thay đổi vùng khí áp theo mùa

•  Gió thổi ban ngày từ biển vào đất liền gọi là gió biển,

•  Gió đất thổi vào ban đêm từ đất liền ra biển

(nguồn http://kids.britannica.com )

Gió núi – thung lũng

•  Gió núi-thung lũng là thứ gió đổi chiều một cách tuần hoàn (thay đổi theo nhịp điệu ngày đêm)

•  Nguyên nhân hình thành gió núi – thung lũng là do sự chênh lệch nhiệt độ của khối không khí sát sườn núi và khối không khí phía trên thung lũng có cùng độ cao

•  Ban ngày gió thổi từ dưới thung lũng lên cao dọc theo sườn núi, gọi là gió thung lũng

•  Ban đêm, gió thổi từ sườn núi xuống thung lũng dọc theo sườn núi, gọi là gió núi

Gió núi và thung lũng

(nguồn: http://www.colorado.edu/)

Gió phơn (foehn)

•  Gió Phơn cũng là thứ gió địa phương, là loại gió khô

và nóng do quá trình biến tính của khối không khí khi

đi qua các dãy núi cao

•  Điều kiện hình thành

– Có sự chênh lệch áp suất lớn ở hai khu vực

– Gió phải vượt qua những dãy núi kế tiếp nhau

•  Hiện tượng khối không khí ẩm khi vượt qua các dãy núi cao trở nên khô và nóng gọi là hiệu ứng phơn

Hiệu ứng phơn

(nguồn: http://www.billcasselman.com)