Chương 2 cơ sở về khí tượng học

Bài giảng Môn Biến Đổi Khí Hậu Là tài liệu học tập tham khảo có các bạn chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường Nguồn: Ts. Trần Trí Dũng Bài giảng làm rõ các công thức sau: Công thức chuyển đổi giữa độ K và độ C Công thức tính áp suất khí quyển Công tính tính độ ẩm không khí (độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm tương đối) Công thức tính phát xạ Phương trình tĩnh học khí quyển Mô hình biến đổi tốc độ gió theo quy luật logarit, quy luật lũy thừa Công thức tính tốc độ gió

Trang 1

CƠ SỞ VỀ KHÍ TƯỢNG HỌC

Trang 2

2.1 Các yếu tố khí tượng

Trang 4

Các yếu tố khí tượng

-Nhiệt độ không khí: đặc trưng cho mức nóng

hay lạnh của không khí

+ Liên quan giữa thang Kelvin và thang Celsius:

trong đó:

T - nhiệt độ theo thang Kelvin;

t - nhiệt độ theo thang Celsius;

α - hệ số giãn nở thể tích của chất khí (≈ 1/273)

Trang 5

Trang 6

-Áp suất khí quyển: áp lực thủy tĩnh của không khí tác động lên một đơn vị diện tích

Trang 7

Trang 8

Áp suất khí quyển (nguồn: http://vobmapping.vn)

Trang 9

+Áp suất khí quyển (giả sử nhiệt độ khí quyển tiêu chuẩn 20 0C) theo độ cao có thể được tính theo công thức (theo FAO):

trong đó:

P - áp suất khí quyển (kPa);

z - độ cao trên mực nước biển (m)

Trang 10

trong đó: a - độ ẩm tuyệt đối (g/m3); t - nhiệt độ không khí (°C); α - hệ số dãn nở của không khí (α = 0,0036); e - áp suất hơi nước đo bằng mm Hg (nếu e tính bằng mb thì

hệ số trước e (1,06) sẽ được thay bằng giá trị 0,8)

1,06

1 + α.t 

Trang 11

+Độ ẩm tương đối (f): là tỷ số giữa áp suất hơi nước ở trạng thái thực tế e với áp suất hơi nước ở trạng thái bão hòa E trong cùng một nhiệt độ (thường được đo bằng %) Công thức tính f như sau:

f cũng có thể được tính gần đúng:

trong đó: T - nhiệt độ không khí (độ Celsius); Td - nhiệt độ điểm sương, là nhiệt độ mà ở đó hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hòa, cũng chính là nhiệt độ mà e = E

Trang 12

Các dạng tồn tại thiên nhiên của độ ẩm trong khí quyển

(nguồn: http://ocw.usu.edu)

Trang 13

Thiết bị đo độ ẩm và nhiệt độ

không khí có vỏ bảo vệ bên ngoài

(nguồn: http://www.emltd.net)

Trang 14

+Độ thiếu hụt bão hòa (d): là hiệu số giữa áp suất hơi nước bão hòa E và áp suất hơi nước e trong không khí ở một giá trị nhiệt độ nào đó Đơn vị: mm Hg hoặc mb

Độ ẩm không khí cao sẽ làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mưa nhưng lại giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển

d = E - e

Trang 15

- Giáng thủy và mưa

+ Sự giáng thủy (precipitation) là quá trình nước từ thể hơi chuyển sang thể lỏng (mưa, sương) hoặc thể rắn (mưa

đá, tuyết) và rơi xuống mặt đất;

+ Mưa (rainfall) là hiện tượng các hạt nước nước có từ sự ngưng tụ hơi nước trong mây và rơi xuống đất

Trang 16

Các hình thức giáng thủy

(nguồn: http://civilengineersforum.com)

Trang 17

Ở nước ta, lượng giáng thủy và lượng mưa rơi có giá trị gần như nhau

Trang 18

+Lượng mưa (mm) trong một thời đoạn nào đó là chiều dày lớp nước mưa đo được tại một hay nhiều trạm đo mưa trong thời đoạn đó Dụng cụ để đo mưa gọi là thùng đo mưa (raingauge)

Thùng đo mưa kiểu gầu lật (nguồn: 2501-A-Tipping-Bucket-Rain-Gauge-p227.htm; www.qld.gov.au/environment)

Trang 19

có thể bố trí tại các khu vực hẻo lánh xa xôi

# Độ chính xác của cả hai loại thùng đo mưa thường vào khoảng 0,25 mm cho mỗi trận mưa

Trang 20

thành phần nằm ngang

của vận tốc gió là gió

Trang 22

+Hoa gió: công cụ đồ

họa được sử dụng bởi

các nhà khí tượng học

để biểu diễn tóm tắt về

tốc độ và hướng gió

thường được phân phối

tại một địa điểm cụ thể

Hoa gió (nguồn: https://electrogenerate5.wikispaces.com)

Trang 23

Các loại thiết bị đo gió

(nguồn: : http://txwx.com/sensors

và http://ppsystems.com/3-axis-ultrasonic-anemometers)

Trang 24

-Bức xạ:

+Định nghĩa: năng lượng truyền dưới dạng sóng điện từ (electromagnetic wave) gọi là bức xạ

+Bức xạ tổng cộng tới trái đất từ mặt trời chia làm 2 dạng:

#Trực xạ tới trái đất dưới dạng chùm tia song song

#Tán xạ là bức xạ mặt trời bị khuyếch tán khi đi qua khí quyển

+Khi bị đốt nóng, trái đất trở thành nguồn phát xạ nhiệt vào khí quyển

Trang 25

(nguồn: http://science-u.org)

Trang 26

Phân loại năng lượng điện từ theo bước sóng

Trang 27

(nguồn: http://infonet.vn)

Trang 29

(nguồn: https://vietadsgroup.vn)

Trang 30

#Truyền xạ: phần lớn bức xạ mặt trời có thể đến trái đất nếu không

bị tác động của khí quyển trên dọc đường đi, quá trình này gọi là truyền xạ

#Tán xạ: tán xạ của khí quyển xảy ra khi các phần tử cực nhỏ khuyếch tán bức xạ đi tới

*Tán xạ Raley: xảy ra khi các phân tử khí có bán kính nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của bức xạ

*Tán xạ Mie: xảy ra khi các phần tử cực nhỏ của khí quyển

có cùng kích thước với bước sóng của bức xạ tới

*Tán xạ không lựa chọn: không phụ thuộc vào bước sóng,

nó tác động lên tất cả các màu, gần như nhau trong các dải thị phổ và cận hồng ngoại

Trang 31

xạ từ đối tượng đó là bao nhiêu

Albedo của đối tượng là tỷ số giữa bức xạ phản xạ và bức

xạ mặt trời đi tới một đối tượng

Trang 32

Trang 33

Giá trị của Albedo

(nguồn: https://mavdisk.mnsu.edu)

Trang 34

Hệ thống gương mặt trời tạo 11 MW gần Seville ở Tây Ban Nha

(nguồn: http://www.happonomy.org)

Trang 35

Giới hạn trên của khí quyển (250 kcal/cm 2 năm)

Phản xạ (105 kcal/cm 2 năm)

Bốc hơi nước

(46 kcal/cm 2 năm) (50 kcal/cmPhát xạ sóng dài 2 năm)

Truyền nhiệt rối (14 kcal/cm 2 năm)

Trang 36

Thiết bị đo bức xạ mặt trời (nguồn: www.arachem.com.)

Trang 38

Trạm khí tượng

(nguồn: www.wcc.nrcs.usda.gov)

Trang 39

2.2 Quy luật biến đổi nhiệt độ

theo độ cao

Trang 40

Quy luật biến đổi nhiệt độ theo độ cao

-Phương trình biểu diễn nguyên lý thứ nhất của nhiệt động học khí quyển:

Trang 41

-Gradien đoạn nhiệt của không khí khô: nếu nhiệt độ riêng không khí khô là T* thì:

Tức là khi không khí khô di chuyển lên cao thì nhiệt độ của

nó sẽ giảm 0,98 0C/100 m

-Gradien đoạn nhiệt của không khí ẩm chưa bão hòa: cũng tương tự như không khí khô, khi không khí ẩm chưa bão hòa di chuyển lên cao thì nhiệt độ của nó sẽ giảm 0,98 0C/100 m

* a

p

*

0 a

p

g T = -

Trang 42

-Gradien đoạn nhiệt của không khí bão hòa hơi nước:

trong đó:

E - sức trương hơi nước bão hòa;

L - ẩn nhiệt do hóa hơi hoặc ngưng kết

Gradien đoạn nhiệt của không khí bão hòa hơi nước đạt:

-Giá trị lớn nhất ở điều kiện áp suất cao và nhiệt độ thấp;

-Giá trị nhỏ nhất khi nhiệt độ cao và áp suất thấp

p

* p

g p+a =

Trang 43

Nhiệt độ khí quyển thay đổi theo độ cao (nguồn: http://www.richhoffmanclass.com)

Trang 44

2.3 Biến đổi áp suất và khối lượng

riêng trong lớp sát đất

Trang 45

Biến đổi áp suất và khối lượng riêng trong lớp sát đất

ρ - khối lượng riêng không khí

Kết hơp phương trình tĩnh học khí quyển với phương trình trạng thái:

-dp = ρ × g × dz

= - × dz

Trang 46

Biến đổi áp suất và khối lượng riêng trong lớp sát đất

Giả thiết T không đổi :

trong đó:

ρ0 - khối lượng riêng không khí tại bề mặt;

ρz - khối lượng riêng không khí tại độ cao z

gz R

0,279z 3048

Trang 47

2.4 Biến đổi tốc độ gió theo độ cao

và năng lượng gió

Trang 48

Biến đổi tốc độ gió theo độ cao và năng lượng gió

- Mô hình biến đổi tốc độ gió theo quy luật logarit:

Trang 49

Tốc độ gió tại độ cao nào đó tính theo tốc độ gió ở một độ cao

đã biết:

trong đó:

Vz - vận tốc gió tại độ cao z;

Vz1 - vận tốc gió tại độ cao z1;

z0 - độ cao mực gồ ghề (mà bên dưới chỉ tồn tại nhiễu động của gió)

Lưu ý: quy luật biến đổi logarit của tốc độ gió nói chung chỉ áp

dụng được trong giới hạn ở phần thấp nhất 100 m của khí quyển

z1

0 z

Trang 50

Hệ số z0 phụ thuộc vào điều kiện mặt đệm:

Loại mặt đệm Z 0 (cm)

Đất bằng phẳng, mặt tuyết phủ 0,5

Trang 51

- Mô hình biến đổi tốc độ gió theo quy luật lũy thừa:

trong đó:

Vz - vận tốc gió tại độ cao z;

V10m - vận tốc gió tại độ cao 10 m;

n - tham số liên hệ với các cấp ổn định Pasquill - Hana

10m z

n 10m

Trang 52

Sự thay đổi của gió theo khu vực (nguồn: http://www.cleanenergybrands.com)

Trang 53

Tài liệu tham khảo

1 - Lương Văn Việt (2017) Biến đổi khí hậu Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh

2 - Lê Văn Mai (2001) Vi khí hậu học NXB Đại học Quốc gia Hà Nội

3 - Trần Công Minh (2007) Khí hậu và khí tượng đại cương NXB Đại học quốc gia Hà Nội

4 - Edward Aguado và James E Burt (2003) Understanding Weather and Climate Prentice Hall (Người dịch: Đặng Thị Hồng Thủy và Nguyễn Thị Lan Oanh)

5 - http://www.fao.org

6 - Một số tư liệu khác

Định dạng
Số trang	53
Dung lượng	1,96 MB