Các quá trình vật lý khí quyển cơ bản

SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK – GIÓ • Sự chuyển động theo phương nằm ngang của các phần tử KK gọi là gió • Lực gradient khí áp nằm ngang: lực phát động ra gió • Những lực xuất hiện khi KK chuyển

Trang 2

SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK – GIÓ

• Sự chuyển động theo phương nằm ngang của các phần tử KK gọi là gió

• Lực gradient khí áp nằm ngang: lực phát động ra gió

• Những lực xuất hiện khi KK chuyển động: khi lực gradient khí áp nằm ngang tác động lên một khối KK Æ ngay lập tức xuất hiện ra những lực mới tác động lên khối KK đó và ảnh hưởng đến tính chất chuyển động của nó, gồm:

• Lực Coriolis: Lực làm lệch do sự quay của trái đất - tác dụng theo hướng vuông góc với chuyển động của khối KK, về bên phải ở bán cầu Bắc và về bên trái ở bán cầu Nam Độ lớn của lực phụ thuộc vào

vĩ độ địa lý ϕ, tốc độ chuyển động của không khí V và tốc độ góc quay của trái đất ω

l P G

Trang 3

• Lực ly tâm: xuất hiện khi phần tử KK chuyển động theo quỹ đạo cong

• V tốc độ chuyển động của phần tử KK,

• r bán kính quĩ đạo cong của phần tử KK đó

• Lực ma sát: hãm chuyển động tịnh tiến, đồng thời làm lệch hướng chuyển động của phần tử KK Lực ma sát được gây ra bởi:

• Tác động giữ lại của mặt đất lên không khí chuyển động (ma sát ngoài)

• “Tính nhớt” của bản thân không khí (ma sát trong)

R = kV (k là hệ số ma sát)

2

V C

r

=

Trang 4

Đặc trưng của gió:

• Tốc độ gió: biểu thị đại lượng trị số tốc độ

• tính độ gió từ phía bắc theo chiều kim đồng hồ: hướng bắc tương ứng

360o, hướng đông bắc 45o, hướng đông 90o, hướng nam 180o, hướng tây 270o

Trang 6

Đặc trưng của gió:

hướng phụ

• Biểu đồ hoa gió: biểu diễn sự phân bố hướng gió

theo những hướng chính và những đoạn nối có

chiều dài tỷ lệ với tần suất gió

Trang 7

Đặc điểm gió:

• Đường dòng: là đường mà tại mỗi điểm của nó vectơ gió tiếp tuyến với

nó Đường dòng càng xít nhau nếu tốc độ gió ở đó càng lớn

• Đường dòng hội tụ trong xoáy thuận, phân kỳ trong xoáy nghịch

• Sự hội tụ của đường dòng phải kèm theo sự chuyển động của KK thăng lên

• Sự phân kỳ kèm theo chuyển động KK giáng xuống và tỏa ra xung quanh

Trang 8

• Trong khu vực xoáy nghịch ở mặt đất dòng khí phân kỳ và trên cao KK hội tụ, duy trì khí áp cao trong xoáy nghịch

Trang 9

Đặc điểm gió:

• Hội tụ và phân kỳ là bản chất của trường gió do sự phân bố của khí áp

• Các đường dòng hội tụ hay phân kỳ một phần là do ảnh hưởng của

ma sát đối với KK chuyển động, cũng có thể có liên quan với hình thế hay địa hình của mặt trải dưới

• Nếu KK chuyển động theo lòng khe hẹp dần lại, chẳng hạn như giữa các dãy núi, các đường dòng sẽ hội tụ lại; nếu chuyển động theo lòng khe mở rộng dần các đường dòng sẽ phân kỳ

Trang 10

chuyển động thẳng đều không có ma sát

• Trong điều kiện gió này, phần tử KK chịu tác dụng của lực gradient (G) khí áp và lực Coriolis (A) Vì chuyển động là chuyển động thẳng đều nên hai lực này phải cân bằng nhau, tức là bằng nhau về lượng và đối nhau về hướng

• Lực gradient có hướng thẳng góc với các đường đẳng áp Æ nghĩa làgió địa chuyển thổi dọc theo đường đẳng áp và giữ sao cho bên trái của hướng chuyển động là vùng áp thấp

Trang 11

chịu ảnh hưởng của lực ma sát

• Chỉ chịu ảnh hưởng của lực gradient, lực Coriolis và lực ly tâm (hướng

từ trong ra ngoài theo bán kính của quĩ đạo chuyển động cong)

• Trong điều kiện chuyển động đều thì ba lực này tác động lên phần tử

KK phải cân bằng

• Gió gradient có quĩ đạo chuyển động của KK trùng với các đường

đẳng áp cong

Trang 12

• Gió gradient trong xoáy thuận:

• lực ly tâm C huớng ra ngoài, ngược hướng của lực gradient G

• Thực tế, lực C < lực G Æ để thỏa mãn điều kiện của gió gradient, tức là các lực tác dụng vào các phần tử KK phải cân bằng thì lực Coriolis A phải hướng theo lực ly tâm C và tổng hợp lực C và A phải bằng lực gradient

• Hướng chuyển động của KK thẳng góc và nằm về phía trái của lực

A ở bán cầu Bắc, còn ở bán cầu Nam thì nằm về phía bên phải của lực A Î gió phải thổi theo các đường đẳng áp cong của xoáy thuận và ngược với chiều kim đồng hồ ở bán cầu Bắc, hoặc thuận với chiều kim đồng hồ ở bán cầu Nam

Gió gradient trong xoáy thuận:

G- lực gradient khí áp A- lực Coriolis

C- lực ly tâm V- tốc độ gió

Trang 13

• Gió gradient trong xoáy nghịch:

• Lực gradient khí áp G hướng từ tâm ra ngoài, lực ly tâm C cũng hướng ra ngoài, tức là cùng hướng với lực G Æ lực Coriolis A phải hướng vào tâm xoáy nghịch và phải cân bằng với hai lực G và C

• Nếu lực A hướng vào trung tâm thì chuyển động của phần tử KK

có hướng thẳng góc và nằm về phía bên trái của lực A ở bán cầu Bắc, và nằm phía bên phải của lực A ở bán cầu Nam Î trong xoáy nghịch gió phải thổi theo các đường đẳng áp cong và thuận với chiều kim đồng hồ ở bán cầu Bắc, hoặc ngược với chiều kim đồng

hồ ở bán cầu Nam

Gió gradient trong xoáy nghịch:

G- lực gradient khí áp A- lực Coriolis

C- lực ly tâm V- tốc độ gió

Trang 14

• Tốc độ gió gradient trong xoáy thuận và xoáy nghịch:

• Dấu (±): dấu (+) trường hợp xoáy thuận, dấu (–) trường hợp xoáy nghịch

• Cùng trị số gradient khí áp, tốc độ gió gradient trong xoáy thuận nhỏ hơn, còn ở trong xoáy nghịch lớn hơn tốc độ gió trong trường hợp các đường đẳng áp thẳng, nghĩa là lớn hơn gió địa chuyển

• Tốc độ gió tỉ lệ thuận với lực lệch hướng (Coriolis)

• Cùng trị số gradien khí áp, tốc độ gió trong xoáy nghịch lớn hơn trong xoáy thuận

• Gió thực tế trong xoáy thuận và xoáy nghịch ở trong các lớp KQ trên cao phù hợp với gió gradient hơn là với gió địa chuyển Nhưng ở các lớp KQ dưới thấp gần bề mặt địa cầu do ảnh hưởng của lực ma sát nên gió thực tế đều khác cả với gió gradient lẫn với gió địa chuyển

2 GR GR

Trang 15

• Hướng của gió nhiệt theo hướng của đường đẳng nhiệt sao cho nhiệt

độ thấp ở bên trái, còn nhiệt độ cao ở bên phải

Trang 16

• Do ma sát, tốc độ gió bị giảm nhỏ đi ít nhiều so với tốc độ gió địa chuyển tính được từ gradient khí áp trên mặt đất (độ cao của nơi đặt máy đo gió, khoảng 10 – 12 m trên mặt đất)

• Lực ma sát có hướng ngược với hướng chuyển động nên nó không nằm trên đường thẳng góc với lực Coriolis Æ lực gradient, lực cân bằng với tổng hợp của hai lực Coriolis và ma sát hợp thành với hướng chuyển động của KK một góc nhọn Nghĩa là, gió phải thổi dọc theo đường đẳng áp mà lệch về bên phải (ở bán cầu Bắc) của lực gradient một góc nhỏ hơn góc vuông Trong trường hợp này, hướng của gió cóthể phân thành hai thành phần – theo đường đẳng áp và theo lực gradient khí áp

Trang 17

• Xét chuyển động đều của KK ở bán cầu Bắc trong điều kiện các đường đẳng áp cong và chịu ảnh hưởng của lực ma sát Æ cũng thu được kết luận tương tự như trên:

• Trường hợp xoáy thuận, ở các lớp KK dưới thấp gió thổi ngược chiều kim đồng hồ và xoáy từ ngoài vào trong

• Trường hợp xoáy nghịch – gió thổi thuận theo chiều kim đồng hồ

và xoáy từ tâm ra ngoài

1000 990

1010

1020 Đường đẳng áp (đường liền

nét) và đường dòng (đường đứt quãng) ở lớp KK dưới thấp của xoáy thuận (bên trái) và xoáy nghịch (bên phải)

Trang 18

• ổ hình thành các khối KK:

• vùng địa lý có mặt nằm dưới đồng nhất

• hệ thống hoàn lưu (một xoáy thuận hay một xoáy nghịch)

• Khối KK ở mặt nằm dưới nhờ sự trao đổi loạn lưu về nhiệt và ẩm + các quá trình bức xạ làm cho chính khối KK lạnh đi hay nóng lên ở tất cả các

độ cao Æ Quá trình hình thành được coi là hoàn tất khi T của khối KK ởtất cả các mực đạt tới một giá trị cân bằng về nhiệt đối với một vùng địa

lý nhất định trong một mùa nhất định

Trang 19

• Các khối KK địa phương - là khối KK đã tồn tại lâu trong một miền nào đó Æ ổn định và không ổn định

Khối KK ổn định thì đối lưu không thể phát triển mạnh mẽ, đặc biệt khi

có nghịch nhiệt tồn tại ở lớp dưới Khối KK không ổn định thì đối lưu

và loạn lưu dễ phát triển

Trang 20

CÁC KHỐI KK VÀ FRONT KQ

Các khối KK: phân loại: 2 quan điểm:

• Theo miền địa lý

• Khối KK băng dương

• Khối KK vĩ độ trung bình (khối KK cực)

• Khối không khí nhiệt đới

• Khối không khí xích đạo

Trang 22

có khi đến 1 – 2 km Æ thời tiết đặc trưng của khối KK này trong mùa lạnh trên lục địa là rét và ít mây, có khi có sương mù bức xạ và có lúc nhiều mây và đôi khi kèm theo mưa tuyết nhỏ

Trang 23

• lạnh không ổn định: Mùa nóng trên lục địa khối KK không ổn định làkhối KK từ đại dương chuyển vào lục địa Æ đối lưu sẽ phát triển mạnh

và các loại mây dạng tích hình thành và phát triển, do đó giáng thủy

sẽ xảy ra (mưa rào, mưa dông) Mùa lạnh khối KK lạnh từ lục địa di chuyển ra biển, vì biển ấm hơn lục địa, đặc biệt là vào ban đêm nhân

tố bức xạ có một tầm quan trọng lớn đẩy mạnh sự phát triển đối lưu

và mây vũ tích (Cb) hình thành và phát triển mạnh nên có mưa rào, mưa dông mạnh, có khi đến mức rất to

Trang 24

• Khi đánh giá biến tính: chú ý biến thiên của T và độ ẩm KK

• Khi phân loại các khối KK theo địa lý: phân biệt sự biến tính tương đối và sự biến tính tuyệt đối Biến tính tương đối là biến thiên của các tính chất của khối KK, trong đó còn bảo toàn được những nét

cơ bản của khối KK và kiểu địa lý của nó - Biến tính tuyệt đối là sự thay đổi tận gốc của các tính chất của khối KK khi kiểu địa lý của

nó thay đổi

• Những biến thiên địa phương của T phụ thuộc vào: dòng nhiệt lan truyền tới, sự biến thiên địa phương của khí áp, sự biến thiên bình lưu địa phương của T và biến thiên của T do tốc độ thẳng đứng gây nên

Trang 25

• Front rộng từ vài kilômét đến mấy chục kilômét Ở các lớp trên cao bềrộng của mặt front thường lớn hơn, có thể tới 200 – 400 km hoặc hơn Theo chiều thẳng đứng mặt front cũng lên cao như các khối KK mà nó ngăn cách Chiều dài của front cũng tương ứng với phạm vi của các khối không khí, tức là có thể từ mấy trăm đến mấy nghìn kilômét

Trang 26

Front KQ: Phân loại theo ba quan điểm

• Theo phạm vi kéo dài với tác dụng đối với quá trình hoàn lưu KQ

• Front chính: phạm vi kéo dài tương đối lớn, trên front có các xoáy thuận phát triển

• Front phụ: phạm vi kéo dài nhỏ hơn (trong giới hạn của một xoáy thuận)

• Các đường không ổn định hoặc các đường tồ: phạm vi kéo dài và độ

ổn định kém hơn front phụ, có thể xuất hiện và biến mất trong vài giờ chủ yếu vào ban ngày do sự phát triển của đối lưu

• Theo hướng di chuyển của front

• Front nóng: di chuyển về phía không khí lạnh

• Front lạnh: di chuyển về phía không khí nóng

• Front tĩnh: ít hoặc không di chuyển

Trang 27

Front KQ: Phân loại theo ba quan điểm

• Front tầng đối lưu: phát triển đến đỉnh tầng đối lưu

• Front mặt đất: phát triển tới độ cao 1 – 2 km

Độ nghiêng của mặt Front

• hai khối KK không chuyển động Æ mặt front giữa chúng là mặt phẳng nằm ngang song song với mặt đẳng áp và khối KK nóng nằm trên khối

Trang 28

CÁC KHỐI KK VÀ FRONT

KQ

Front KQ:

• trong điều kiện của gió địa

chuyển trong hai khối không khí

ở gần mặt front có khả năng

xuất hiện dạng phân bố cơ bản

của trường áp và trường gió

• khi đi xuyên qua mặt front các

Trang 29

Front KQ:

• Phân bố gió: Nếu KK lạnh nằm ở phía Bắc,

KK nóng nằm ở phía Nam, front nghiêng

về phía Bắc Æ sẽ xuất hiện 3 kiểu trường

gió tương ứng:

• Gió Tây trong khối KK nóng và gió Đông

trong khối KK lạnh (trường hợp I)

• Đều thổi gió Tây trong cả hai khối KK,

nhưng trong khối KK nóng gió sẽ mạnh hơn (trường hợp II)

• Đều thổi gió Đông trong cả hai khối KK,

nhưng trong khối KK lạnh gió sẽ mạnh hơn (trường hợp III)

Trang 30

Front KQ: Sự di chuyển của Front

• front nằm trong rãnh khí áp, chỉ có thành phần

thẳng góc với đường front của tốc độ gió trong khối

KK lạnh mới có giá trị đối với sự di chuyển của front

• Thường thì đường front di chuyển về hướng của

thành phần thẳng góc của tốc độ gió gradient tính

theo bản đồ thời tiết mặt đất

• Qui tắc đơn giản trong thực hành: nếu nhìn dọc

theo front về hướng khí áp thấp trên bản đồ thời

tiết thì front di chuyển về bên phải (ở bán cầu Bắc)

• Tính trung bình, tốc độ di chuyển của front nóng

khoảng 0,7 và của front lạnh khoảng 0,8 của thành

phần vuông góc của tốc độ gió gradient ở mặt đất

Thành phần vuông góc với đường front của gió địa

chuyển

T

Trang 31

Front KQ: Sự sinh và tan front

• Điều kiện hình thành front: khi chuyển động của các phần tử KK không đồng nhất về T của khối KK nằm cận kề nhau (cơ chế động lực học) Khi những điều này không còn tồn tại thì front cũng mất đi

• Trong một khu vực nào đó gradient nhiệt độ theo phương nằm ngang tăng lên có thể sẽ dẫn tới sự hình thành front mới hay sự mạnh lên của các front đang tồn tại trong khu vực đó

• Muốn cho khả năng hình thành front trở thành hiện thực cần có thêm những điều kiện bổ sung sau đây:

• một là quá trình hình thành front phải kéo dài

• hai là trong lớp KK sát đất phải có sự hội tụ của gió

Trang 32

Trang 33

Trang 34

Gió mùa: Cơ chế hình thành

• Do sự tồn tại của lục địa và đại dương trên bề mặt trái đất Æ sự lưu thông của KK trên phạm vi bề mặt địa cầu luôn thay đổi

• Sự thu nhận bức xạ mặt trời của các bề mặt lục địa và đại dương khác nhau Bề mặt lục địa nóng lên nhanh và lạnh đi cũng nhanh hơn bề mặt đại dương Æ phân bố T trên bề mặt trái đất không đồng đều Trên lục địa mùa Hè có khuynh hướng nóng lên nhanh chóng, mùa Đông lạnh đi nhanh chóng, trong khi đó trên bề mặt đại dương thì giữ được một T ít biến đổi trong suốt năm Î khi bề mặt đại dương và lục địa thật là rộng lớn thì sự lưu thông không khí có thể được thiết lập trên qui mô rộng lớn: Mùa Hè KK thổi từ đại dương mát mẻ vào lục địa nóng bức, mùa Đông ngược lại, KK thổi từ lục địa lạnh giá ra đại dương ấm áp

2.4.Các kiểu thời tiết ảnh hưởng đến VN

Trang 35

• Hướng chiếm ưu thế của gradient khí áp thay đổi rõ rệt từ mùa này sang mùa khác thì đồng thời với chúng hướng gió cũng thay đổi theo

Trang 36

Các hệ gió mùa ở Việt Nam:

• Gió mùa mùa Đông

• Gió mùa mùa Hè

• Tín phong

Trang 37

Các hệ gió mùa ở Việt Nam:

• Hằng năm, sau ngày Thu phân (khoảng 22/IX) sự hoạt động biểu kiến của mặt trời đã chuyển từ bán cầu Bắc sang bán cầu Nam

• Các khu vực trên bán cầu Bắc thu nhận ít bức xạ mặt trời hơn Æ nhiệt

độ KK trên bán cầu Bắc hạ thấp dần, trời chuyển sang mùa lạnh Sự

hạ thấp nhiệt độ này trên lục địa nhiều hơn trên đại dương Æ phân bốnhiệt độ theo chiều nằm ngang có sự khác nhau giữa lục địa Âu Á vàTây Thái Bình Dương, làm cho gió mùa mùa Đông được thiết lập từven biển Đông Nam Trung Quốc qua Biển Đông, bán đảo Đông Dương

và lan dần xuống phía Nam đến tận bán đảo Malaysia và Indonesia

• Lúc này trên lục địa, áp cao lạnh lục địa phát triển, trên vùng duyên hải Đông Á thổi gió Tây Bắc, trong quá trình khuếch tán về phía Nam của bộ phận phía Nam của áp cao lạnh lục địa, gió Tây Bắc chuyển dần sang hướng Đông Bắc Ở tầng thấp gió có hướng trung bình đều

là hướng Đông Bắc lại thổi từ đất liền ra biển nên được gọi là gió mùa Đông Bắc

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	572,56 KB