Bức xạ Mặt Trời

Bức xạ Mặt Trời là dòng năng lượng và vật chất phát đi từ Mặt Trời đến Trái Đất.

CHƯƠNG 3: KHÍ QUYỂN

Trái Đất nhìn từ không gian vũ trụ 1: THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN

2: BỨC XẠ

3: NHIỆT ĐỘ

4: NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN

5: KHÍ ÁP VÀ GIÓ

1 Bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời

2 Bức xạ sóng dài của mặt đất và khí quyển

3 Cân bằng bức xạ mặt đất

III.2 BỨC XẠ

Cường độ phát xạ

 Cường độ phát xạ của vật tính bằng calo phát ra từ

một đơn vị diện tích (1 cm2) bề mặt của vật phát xạ

trong thời gian một phút

 Định luật Stêphan Bônsman: Tất cả các vật có

nhiệt độ trên 0oK phát xạ tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn

của nhiệt độ tuyệt đối trên bề mặt vật đó

E0=σT4 (cal/cm2/phút)

T: nhiệt độ tính bằng độ Kelvin

 E0– cường độ phát xạ

 σ: hằng số Stêphan Bônsman bằng

0,8157.10-10cal/cm2/phút/K4

a Khái niệm bức xạ Mặt Trời

Định nghĩa: Bức xạ Mặt Trời là dòng năng lượng và vật chất phát đi từ Mặt Trời đến Trái Đất

Quang phổ của bức xạ Mặt Trời-bức xạ sóng ngắn

b Hằng số Mặt Trời và Sự suy yếu của bức xạ Mặt Trời khi đi qua Khí quyển

c Bức xạ Mặt Trời trên bề Mặt Đất

1 Bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời

Bức xạ sóng ngắn của Mặt Trời

và sóng dài của mặt đất

bức xạ Mặt Trời khí đi qua khí quyển

I 0 =1,98 cal/cm².phút

Sự hấp thụ bức

xạ Mặt Trời trong khí quyển

Bị hấp thụ bởi các phần tử không khí

Bị tán xạ trong khí quyển

Bức xạ Mặt Trời bị suy yếu khi đi qua khí quyển phụ thuộc vào:

Khối lượng quang học

Độ trong của khí quyển - công thức Bughê

Sự suy yếu của bức xạ Mặt Trời khí đi qua khí quyển

Hằng số Mặt Trời (I 0 ) là cường độ BXMT ở giới hạn trên của khí

quyển

I 0 =1,98 cal/cm².phút

Cường độ bức xạ Mặt Trời (I): là năng lượng của Mặt Trời dồn xuống

một đơn vị diện tích mặt phẳng vuông góc với dòng bức xạ Mặt Trời

trong một đơn vị thời gian (cal/cm²/phút)

* Độ cao mặt trời (h 0 ): sinh 0 = sinφsinδ+cosφcosδcosω

* Độ chiếu nắng (I’): là năng lượng bức xạ chiếu tới một đơn vị diện

tích mặt phẳng nằm ngang trong một đơn vị thời gian

S 1

☼

☼

S 2

a 2

M 2 M 1

D

O

B

A

C

a 1

h 0

S 1

☼

☼

S 2

a 2

M 2 M 1

D

O

B

A

C

a 1

h 0

b Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển

C

(h0) độ 90 70 60 50 40 30 20 10 5 3 1 0 (m) 1 1.06 1.15 1.30 1.55 2.0 2.90 5.60 10.4 15.3 28.9 35.4 sinh0= sin φsinδ+cosφcosδcosω

Φ: vĩ độ; δ: xích vĩ; ω: góc giờ

I=I0Pm

Bức xạ Mặt Trời suy yếu khi đi qua khí quyển được tính theo công thức Bughê (Бугер)

- m là khối lượng quang học = m 2 /m 1

- P là độ trong suốt của khí quyển, P =0,75

Cường độ bức

xạ mặt trời (I):

Độ chiếu nắng:

I’=I sinh0

c Bức xạ Mặt Trời trên bề mặt đất

c Bức xạ Mặt Trời trên bề mặt đất

 Bức xạ Mặt Trời khuếch tán i: do tia bức xạ bị va chạm

với các phần tử khí và tạp chất nên bị khuếch tán

 Bức xạ Mặt Trời trực tiếp I: là bức xạ còn lại của bức xạ

mặt trời không bị khuếch tán

 Bức xạ Mặt trời tổng cộng Q: bao gồm bức xạ trực tiếp

và bức xạ khuếch tán

 Bức xạ hấp thụ và phản hồi, anbêđô

Bức xạ Mặt Trời tổng cộng

BXMT tổng cộng Q

Trạng thái KQ

Phân bố theo không gian

Phân bố theo thời gian Giảm từ xích đạo về cực

max ở vĩ độ 20-300

Tăng dần khi Mặt Trời mọc Mùa:

Qmùa hè>Qmùa đông Cực tiểu ở hai tâm

Áp thấp ôn đới (60)

Trong năm khi:

h0, ít mây Tăng theo độ cao Trong năm: vùng nội chí tuyến

Bức xạ hấp thụ và phản hồi- anbêđô

BX TC tới mặt đất phần lớn được mặt đất hấp thụ và

chuyển thành nhiệt, còn một phần nhỏ bị phản hồi

trả lại khí quyển gọi là bức xạ phản hồi:

 q - Bức xạ phản hồi

 Q-q Bức xạ hấp thụ

 Tăng khi góc nhập xạ giảm

 Trạng thái bề mặt (tính chất vật lý của bề mặt)

 Độ ẩm

 đối với măt nước A tương đối nhỏ, mặt tuyết A

rất lớn

2 Bức xạ sóng dài của mặt đất và khí quyển

Năng lượng bức xạ mặt đất Eđ

Eđ = σT4 (cal/cm2/phút)

Bức xạ nghịch của khí quyển Ek

- Mặt đất hấp thụ 99%

- Nó là nguồn nhiệt quan trọng làm mặt đất đỡ lạnh vào ban đêm

- Ek tỷ lệ thuận với độ ẩm không khí, lượng mây

Bức xạ hiệu dụng Eh

Bức xạ hiệu dụng Eh

Eh = Eđ - σEk

Trong đó σ là hệ số hấp thụ của bề mặt đất

Bức xạ hiệu dụng phụ thuộc vào các yếu tố:

1. Lớp phủ bề mặt, khoảng cách đến khu chứa nước

2. Độ cao tuyệt đối của địa phương

3 Cân bằng bức xạ mặt đất

B=QTC(1-A)-Eh

Biến đổi theo không gian và thời gian

Cõn bằng bức xạ mặt đất

B=(Q-q)-Eh

Bức xạ

súng ngắn

của Mặt Trời

Bức xạ

súng dài

I 0

Bức xạ MT suy yếu khi đi qua khớ quyển

Bức xạ MT tổng cộng Q

I

i

Mặt đất hấp thụ Q-q

Eđ

Mặt đất phản xạ q

Ek

Eh=Eđ-Ek

Cõn bằng bức xạ mặt đất (B) (dao động từ 10-120 kcal/cm 2 năm) Thay đổi theo thời gian Thay đổi theo khụng gian Tăng khi MT mọc,

max lỳc 13-14 giờ B=0 sau lỳc MT mọc, trước lỳc MT lặn 1 giờ

B mựa hố>B mựa đụng

Ở đại dương>lục địa

ĐD núng: 100-120 Lục địa núng:

60-90kcal/cm2.năm Giảm từ xớch đạo

về cực Nội chớ tuyến:

2 max, 2 min

Ngoại chớ tuyến:

1 max, 1 min

Giảm theo độ cao

Cỏc quỏ trỡnh thu chi năng lượng:

Sự biến đổi nhiệt của khụng khớ, đặc biệt là ở lớp khụng khớ

sỏt mặt đất chủ yếu do sự biến đổi nhiệt của mặt đất gõy ra

thụng qua cỏc quỏ trỡnh chủ yếu sau:

1. Hấp thụ và bức xạ

2. Ngưng kết và bốc hơi: sự chuyển pha của nước

3. Truyền dẫn: dẫn nhiệt từ nơi cú nhiệt độ cao đến nơi cú

nhiệt độ thấp hơn (bề mặt đất xuống tầng đất sõu hơn)

4. Trao đổi: loạn lưu, đối lưu (khụng khớ, bề mặt đất)

Vào ban ngày:

 Phần nhiệt lượng đến bề mặt đất: QT

 Phần nhiệt lượng đi:

- Phản xạ: Spx

- Bức xạ hiệu dụng : Eh

- Nhiệt chi cho bốc hơi: LE

- Nhiệt hao tổn do chuyển động loạn lưu: P

- Nhiệt truyền xuống tầng sõu hơn: A0

 PT cõn bằng nhiệt trờn bề mặt trỏi đất:

Qng = QT - Spx –Eh – LE – A0 – P

P

A0 Cân bằng nhiệt mặt đất ban ngày

Cõn bằng nhiệt trờn bề mặt đất

Vào ban đờm:

 Phần nhiệt lượng đến bề mặt đất:

- Nhiệt do ngưng kết: LE

- Nhiệt do loạn lưu: P

- Nhiệt do tầng sõu truyền lờn: A0

 Phần nhiệt mất đi:

- Bức xạ hữu hiệu: Eh

 PT cõn bằng nhiệt:

Qđ = LE +A 0 +P – E h

P

A0 Cân bằng nhiệt mặt đất ban đêm

a Gradien nhiệt độ thẳng đứng :

b Quỏ trỡnh đoạn nhiệt:

* Quỏ trỡnh đoạn nhiệt khụ

* Quỏ trỡnh đoạn nhiệt ẩm

* Quỏ trỡnh đoạn nhiệt giả

2 Sự thay đổi của nhiệt độ theo phương thẳng đứng

Sự thay đổi của nhiệt độ theo phương

thẳng đứng

độ/100m

• Theo chiều sâu trong đất:

• Biên độ biến thiên nhiệt độ theo ngày và

năm giảm dần theo độ sâu

• Mùa hạ nhiệt độ giảm theo chiều sâu,

mùa đông ngược lại

100

t z z

t t

t c

t















Sự thay đổi của nhiệt độ theo phương

thẳng đứng

độ/100m

• Theo chiều cao khí quyển:

• t  0,6 o C

100

t z z

t t t c

t















Sự thay đổi của nhiệt độ theo phương

thẳng đứng

b Quá trình đoạn nhiệt của không khí: là

quá trình trong đó diễn ra sự thay đổi trạng

thái của khối không khí, nhưng không có sự

trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh

(liên quan đến sự thay đổi áp suất của

không khí)

Khi không khí bốc lên, dãn nở, sản sinh

công nên mất nhiệt, dẫn tới nhiệt độ giảm

Khi không khí đi xuống, bị nén, năng lượng

giải phóng nên nhiệt độ tăng

b Quá trình đoạn nhiệt:

Quá trình đoạn nhiệt có thể: Quá trình

thăng, quá trình giáng, được chia làm

2 loại chuyển động:

- Chuyển động thăng giáng động lực:

- Chuyển động thăng, giáng nhiệt lực:

b Quá trình đoạn nhiệt

Quá trình đoạn nhiệt khô

Quá trình đoạn nhiệt ẩm

Quá trình đoạn nhiệt giả

Ta có k= 0.98 ~ 1 0 /100m

Quá trình đoạn nhiệt khô

Không khí khô hay chưa bão hoà ẩm

Không khí khô khi bốc lên sẽ lạnh đoạn nhiệt, cứ 100m giảm đi 1oC

Phương trình xác định nhiệt độ không khí tại 1 điểm

bất kỳ:

Đồ thị biểu diễn quá trình đoạn nhiệt khô

z

T

100

1 2

1 2

z z T

T z z k 



Quá trình đoạn nhiệt khô – công thức Foát-xông

Trong không khí có hơi nước (bão hoà ẩm)

Sự thay đổi nhiệt lượng:

- Nhiệt lượng chi cho quá trình tăng nhiệt độ không khí

- Chi cho quá trình thay đổi áp suất

- Được Cung cấp bởi quá trình ngưng tụ hơi nước

Quá trình đoạn nhiệt ẩm

a



T

Z

Quá trình đoạn nhiệt giả

z nk

T