Sự bốc hơi trong không khí

SỰ BỐC HƠI : Quá trình bốc hơi • Các phân tử nước luôn chuyển động với những tốc độ khác nhau, trong đó có một số phân tử có tốc độ lớn và nằm ở mặt nước thắng được lực hút phân tử thì b

SỰ BỐC HƠI :

• là một trong những quá trình tham gia vào vòng tuần hoàn kín của nước trên trái đất, là con đường chủ yếu để nước từ mặt địa cầu (đại dương, biển, hồ, sông, cây cối ) bay vào KQ

• là quá trình chuyển pha của nước (thể lỏng Æ thể hơi)

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ BỐC HƠI :

Quá trình bốc hơi

• Các phân tử nước luôn chuyển động với những tốc độ khác nhau, trong

đó có một số phân tử có tốc độ lớn và nằm ở mặt nước thắng được lực hút phân tử thì bay từ nước vào lớp KK bên trên mặt nước Chính những hạt nước đó tạo ra lượng hơi ẩm dồn vào KQ

• Đồng thời, còn có một quá trình ngược lại tức là quá trình các phân tử hơi nước rơi từ KQ vào nước

• Nếu các hạt bay từ nước ra nhiều hơn số lượng các hạt rơi trở về Æ hiện tượng bốc hơi của nước

• Số hạt nước bay từ mặt nước ra = số hạt nước rơi từ lớp KK bên ngoài trở vào nước Æ sự bốc hơi ngừng lại Æ KQ ở ngay trên mặt nước trởthành bão hòa hơi nước Î sự bốc hơi chỉ có thể xảy ra trong trường hợp hơi nước ở ngay trong lớp KK bên trên mặt nước chưa đạt tới mức bão hòa hơi nước

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ BỐC HƠI :

Sức trương bão hò a

• Là sức trương của hơi nước ở trạng thái bão hòa

• Đơn vị tính: milimét thủy ngân (mmHg) hoặc miliba (mb)

• tăng lên theo T: T càng cao thì sức trương bão hòa càng lớn

• Các hạt nước (của mây và sương mù) thường xuất hiện trong trạng thái quá lạnh của KQ Trong điều kiện T -10oC, KQ thường ở vào trạng thái quálạnh, nhưng khi T xuống thấp hơn nữa thì một bộ phận các hạt nước sẽ đông lại Æ trong KQ những hạt nước và những hạt băng thường quan trắc thấy ở những vùng cận kề nhau

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• Điện tích của các giọt: điện tích làm giảm sức trương bão hòa của hơi nước (nhưng không đáng kể)

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ BỐC HƠI :

Tốc độ bốc hơi:

• Tốc độ bốc hơi V là lượng nước tính bằng gam (g) bốc hơi trong một đơn

vị thời gian (s) từ một đơn vị diện tích bốc hơi (cm2)

• (Es – e) là độ chênh lệch bão hòa giữa sức trương bão hòa hơi nước ở nhiệt độ của bề mặt bốc hơi và sức trương thực tế của

KK ở bên trên mặt bốc hơi

• Ví dụ, muốn tính toán lượng bốc hơi trên lục địa người ta dùng lượng mưa, dòng chảy và độ giữ nước của đất, nghĩa là bằng những yếu tố khác trong sự cân bằng lượng nước có quan hệ với lượng bốc hơi mà những yếu tố đó được xác định một cách dễ dàng bằng con đường đo đạc

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ BỐC HƠI :

Phân bố địa lý:

• Vùng cực, trong điều kiện T thấp của các bề mặt, Es gần bằng e và nhỏ Æ

độ hụt bão hòa (Es – e) nhỏ Î bốc hơi khả năng nhỏ

• Vùng nhiệt đới, bốc hơi khả năng dọc theo vùng bờ biển tương đối không lớn và tăng mạnh khi vào sâu trong đất liền, đặc biệt là ở các vùng sa mạc

• Vùng xích đạo, nơi thiếu hụt về độ ẩm, bốc hơi khả năng tương đối thấp

• Trên đại dương, bốc hơi thực tế lớn hơn trên đất liền khá nhiều (do lượng bốc hơi thực tế gần trùng với lượng bốc hơi khả năng) - khu vực vĩ độthấp và trung bình, lượng bốc hơi thực tế hàng năm ở vào khoảng 600 đến 2500 mm, cực đại đến 3000 mm

• Trên lục địa lượng bốc hơi hàng năm khoảng 100 – 200 mm

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

ĐỘ ẨM KK :

• Lượng nước chứa trong KK tại một vùng trước hết phụ thuộc vào lượng hơi nước bay vào KQ bằng quá trình bốc hơi của nước từ bề mặt trái đất tại chính vùng đó

• Lượng hơi nước tại mọi vùng còn phụ thuộc vào hoàn lưu khí quyển

• Ứng với mỗi nhiệt độ khác nhau có một trạng thái bão hòa hơi nước khác nhau, tức là trong KK chỉ tồn tại một lượng hơi nước bị giới hạn nào đó mà không bao giờ có thể vượt quá được

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• e biến đổi theo quá trình đoạn nhiệt Trong điều kiện KK dãn nở Æ

thể tích KK sẽ lớn lên Æ lượng hơi nước phải trải rộng theo tểh tích

đó Æ mật độ hơi nước nhỏ

• Ngược lại, trong điều kiện KK bị dồn lại Æ e lại lớn lên

• Độ ẩm tương đối (r) - tỉ lệ phần trăm giữa sức trương thực tế e và sức trương bão hòa hơi nước E ở cùng một nhiệt độ

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• Tỷ số hỗn hợp tức là lượng chứa hơi nước tính bằng gam (g) trong một kilogam (kg) KK khô (Đại lượng này gần giống như độ ẩm riêng của KK)

• Độ chênh lệch bão hòa (d) - mức độ khác nhau giữa sức trương bão hòa E

và sức trương thực tế của hơi nước trong cùng một nhiệt độ của KK

ĐỘ ẨM KK :

Đo độ ẩm KK lớp sát mặt đất (2m):

• bằng 2 nhiệt kế khô và ướt Æ sau đó dùng bảng tra có sẵn

Sự biến đổi của độ ẩm KK: theo thời gian và không gian phụ thuộc vào :

• quá trình bốc hơi và ngưng kết của hơi nước

• sự lan truyền của hơi nước trong không gian là do kết quả của các dòng đối lưu, loạn lưu và bình lưu của KK

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

ĐỘ ẨM KK :

Sự biến đổi của độ ẩm KK:

• Biến trình ngày

• Độ ẩm tuyệt đối: 2 kiểu cơ bản

1 biến trình ngày đơn giản, gần song song với biến trình ngày của

Tkk xảy ra nơi có nhiều hơi ẩm: một cực đại vào những giờ quá trưa và một cực tiểu vào sáng sớm (trên biển và trên lục địa mùa Đông)

2 biến trình kép, 2 cực đại khoảng 9 giờ sáng và 21 giờ tối - 2 cực tiểu vào sáng sớm và khoảng 15-16 giờ (trên các lục địa mùa Hè)

• Độ ẩm tương đối: Tkk tăng, r giảm và ngược lại Æ cực đại xảy ra trước lúc mặt trời mọc và cực tiểu xảy ra vào khoảng 15 – 16 giờ

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

ĐỘ ẨM KK :

Sự biến đổi của độ ẩm KK:

• Biến trình năm

• Độ ẩm tuyệt đối: như kiểu biến trình năm của T: lớn nhất vào mùa

Hè và nhỏ nhất vào mùa Đông

• Độ ẩm tương đối: Cực đại xảy ra vào mùa Đông và cực tiểu xảy ra vào mùa Hè

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

ĐỘ ẨM KK :

Sự biến đổi của độ ẩm KK:

• Biến đổi theo độ cao

• Độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm riêng của KK: giảm theo chiều cao, do:

• Áp suất và mật độ KK giảm theo độ cao, mật độ hơi nước giảm nhanh hơn do đến một độ cao nào đó bị ngưng kết thành hạt nước

• Vùng núi, lượng hơi nước nhiều hơn một ít so với cùng độ cao trong KQ tự do: vì độ cao cách bề mặt đất của vùng núi thấp hơn

SỰ NGƯNG KẾT :

là sự chuyển pha của nước từ thể hơi Æ thể lỏng xảy ra trong

KQ với những giọt nước rất nhỏ, đường kính vài micron (μ) Các hạt nhỏ vận chuyển khuếch tán Æ kết tụ lại Æ giọt nước lớn hơn

• Hiện tượng bắt đầu: KK đạt bão hòa nước + hạ nhiệt độ

• Lượng hơi nước trong KQ chưa đạt đến mức bão hòa nhưng nếu Tkk hạ

xuống tới T điểm sương Æ KK sẽ trở nên bão hòa

• T tiếp tục hạ thấp Æ trong KK có một lượng hơi nước dư thừa quá tiêu

chuẩn cần thiết cho sự bão hòa thì lượng hơi nước dư thừa này sẽchuyển sang trạng thái lỏng Æ tế bào mây Æ giọt mây

• T điểm sương < 0oC Æ xuất hiện tế bào mây Æ giọt quá lạnh Æ đông

đặc và xuất hiện tinh thể băng

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ NGƯNG KẾT :

• Sự lạnh đi của KK diễn ra theo quá trình đoạn nhiệt (KK không có sự trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh và sự dãn nở của KK diễn ra chủyếu bằng cách thăng lên của nó)

• KK chưa bão hòa hơi nước khi thăng lên đoạn nhiệt, mức hạ T là

1oC/100m

• KK đã gần bão hòa hơi nước cần phải thăng lên một vài trăm mét, thậm chí đến một vài kilômét để cho sự ngưng kết bắt đầu

• Cơ chế thăng lên của khối KK:

• KK bốc lên trong quá trình loạn lưu dưới dạng các lốc xoáy

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

SỰ NGƯNG KẾT :

Quá trình ngưng hoa là sự hình thành hạt băng - là quá

trình nước chuyển pha từ thể hơi Æ thể đặc

• quan sát thấy trong các đám mây và các trận mưa

• xuất hiện trên mặt đất cũng như trên các vật thể khác (như sương giá, sương muối) khi T của chúng xuống < 0oC

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• Những hạt nhân quan trọng nhất là những hạt muối hút ẩm và hòa tan, đặc biệt là muối biển, được tìm thấy trong nước mưa

Chúng rơi vào KK với một lượng lớn dưới tác dụng của sóng biển và của

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• Khi độ ẩm tương đối tăng Æ những hạt dung dịch đó bắt đầu lớn lên và khi độ ẩm tương đối đạt đến gần 100% Æ chúng chuyển thành hạt mây

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

MÂY :

là kết quả của sự ngưng kết hơi nước trong KQ

• KK không chuyển động: Tốc độ rơi ổn định của các giọt nước khoảng 0,1 cm/s Tốc độ rơi của các tinh thể băng nhỏ hơn

• KK chuyển động loạn lưu: giọt nước và tinh thể băng rất nhỏ không rơi xuống mà trong thời gian dài vẫn lơ lửng trong KK và cùng với các thành phần loạn lưu hết đi xuống rồi lại bốc lên

• Mây di chuyển theo các dòng KK

• Nếu độ ẩm tương đối của KK trong đám mây giảm nhỏ Æ đám mây phải bốc hơi

• Trong những điều kiện được xác định, một phân tử của đám mây lớn lên, nặng thêm rồi rơi xuống Æ nước từ KQ quay trở về mặt đất

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

MÂY :

• Sự ngưng kết có khi xuất hiện ngay trên mặt đất Æ gọi là sương mù

• Cấu trúc của mây và sương mù về nguyên tắc không khác nhau Ở vùng núi, trường hợp một đám mây xuất hiện ngay trên sườn núi:

• nếu quan trắc viên đứng từ dưới nhìn lên thì đó là đám mây

• nếu quan trắc viên đứng ngay trên sườn núi ấy gọi là đám sương mù

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

z = 122 (t – τ)Trong đó: t - T của lớp KK mặt đất

τ - T điểm sương của lớp KK mặt đất z

ngưng hoa, ở khoảng độ cao có nhiệt độ t = -12oC

• Mực đối lưu là giới hạn trên của các dòng KK thăng lên

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

MÂY :

Giữa các mực:

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

đám mây chứa những giọt nước thường

đám mây chủ yếu những giọt nước quá lạnh cao hơn mực này trong

đám mây diễn ra quá trình

MÂY :

Phân hạng quốc tế: 10 loại cơ bản theo hình dáng bên

ngoài của mây

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

1 Mây ti – Cirrus (Ci)

2 Mây ti tích – Cirrocumulus (Cc)

3 Mây ti tầng – Cirrostratus (Cs)

4 Mây trung tích – Altocumulus (Ac)

5 Mây trung tầng – Altrostratus (As)

MÂY :

quan trắc thấy ở độ cao từ đỉnh tầng đối lưu trở xuống

Trong phạm vi độ cao này, chia thành 3 lớp:

• Lớp trên cùng của mây: mây ti, ti tích và mây ti tầng

4 Mây trung tích (Ac) Æ lớp giữa

5 Mây trung tầng (As) Æ hình thành lớp trên lan xuống lớp giữa

6 Mây vũ tầng (Ns) Æ hình thành lớp trên lan xuống lớp dưới cùng

• phần tử rắn – những tinh thể băng Æ khác nhau về hình dạng

• tinh thể băng hoàn chỉnh

• hoa tuyết

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

MÂY :

Cấu tạo vật lý: tùy theo các phân tử kiến trúc cấu thành

đám mây Æ chia mây 3 loại:

• gồm mây tầng trên Ci, Cc, Cs

• phân tử cấu thành mây gồm tinh thể băng hoàn chỉnh và hoa tuyết

• gồm mây Ac, Cu, Sc, St

• Phân tử mây là những giọt nước rất nhỏ, ở độ cao khá lớn các giọt nước nhỏ ở trạng thái quá lạnh

• gồm mây Cb, Ns, As

• Phân tử nước và phân tử rắn

• Có bề dày thẳng đứng vượt quá rất nhiều bề dày thẳng đứng của mây băng và mây nước

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

MÂY :

Phân bố thẳng đứng: từ dưới lên trên như sau:

• Vùng những giọt nước có T > 0oC

• Vùng những giọt nước quá lạnh

• Vùng rất dày gồm những giọt nước quá lạnh và tinh thể băng, phần lớn

là hoa tuyết

• Cuối cùng ở ngay lớp trên của đám mây chỉ gồm những tinh thể băng hoàn chỉnh và hoa tuyết

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

Là hiện tượng nước rơi xuống từ đám mây trong KQ

dưới các dạng lỏng hoặc rắn

Đôi khi giáng thủy còn bao gồm cả những phẩm vật

ngưng kết của hơi nước trực tiếp hình thành trên mặt đất (sương, sương muối )

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• Mưa đá (mảnh băng 5-8cm) Æ do đối lưu cực mạnh từ các đám mây dông gây ra Mưa đá chỉ rơi vào mùa nóng, khi Tkk ở mặt đất lớn Ở miền ôn đới mưa đá thường xuất hiện hơn, ở miền nhiệt đới mưa đá thường có cường độ lớn nhất

• Tuyết Æ cấu tạo bởi những tinh thể băng có dạng phức tạp (hoa tuyết - sáu cạnh)

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

3 quá trình kết tụ mây:

• Các phân tử mây kết tụ lại với nhau

• Hơi nước chuyển vận khuếch tán do kết quả bốc hơi của một số phần tử mây và ngưng kết của hơi nước trên những phần tử mây khác

• Do sự chuyển động loạn lưu hỗn độn hoặc do tốc độ rơi khác nhau của các phần tử mây có kích thước khác nhau

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

Sự hình thành mưa:

• nguyên nhân cơ bản: quá trình chuyển vận khuếch tán hơi nước từ phân

tử mây này sang phân tử mây khác Æ đặc biệt là trong những đám mây gồm các phần tử mây không đồng nhất về kích thước hoặc không đồng nhất về tính chất

• Do sức trương bão hòa của hơi nước trên những phân tử mây khác nhau

Æ kết quả:

• giọt nước nhỏ thì bị bốc hơi, giọt nước to thì lớn thêm

• giọt nước thì bị bốc hơi, tinh thể băng thì lớn thêm

• Khi các giọt nước (và các tinh thể băng) của đám mây đủ lớn, tức là khi chúng đủ nặng, thắng được sức cản của KK, hay nói cách khác, khi tốc

độ rơi của chúng thắng được tốc độ thăng của KK Æ chúng sẽ rơi từ đám mây xuống Æ giáng thủy xuất hiện

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

Khả năng một đám mây cho giáng thủy phụ thuộc vào độ bền

vững keo của nó Æliên quan đến cấu tạo vật lý của đám mây (tính chất của các phân tử mây cấu thành đám mây):

• Đám mây có cấu trúc đồng nhất, chỉ gồm những giọt nước hoặc những tinh thể băng thì bền vững theo kiểu chất keo Độ bền vững này đặc biệt lớn nếu các phần tử mây có kích thước bằng nhau Æ sự kết tụ hầu như hoàn toàn không xảy ra Æ những đám mây này không cho giáng thủy

(mây trung tích Ac, ti tích Cc)

• Đám mây cấu thành bởi những giọt nước có kích thước khác nhau có

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

• tốc độ giọt mưa rất nhỏ, mắt thường hầu như không nhìn thấy

• rơi từ đám mây St hoặc Sc

GIÁNG THỦY :

Lượng giáng thủy:

• được biểu thị bằng bề dày của một lớp nước (tuyết) tính bằng mm trên một mặt nằm ngang do giáng thủy rơi xuống trong điều kiện nước không bốc hơi, không ngấm xuống đất và không chảy tràn đi nơi khác

• Thông thường người ta tính lượng mưa (hay tuyết) rơi xuống trong một ngày đêm, tổng lượng mưa trong một tháng, một mùa và một năm

• Đặc trưng của mưa là cường độ của chúng - lượng mưa tính bằng mm trong một đơn vị thời gian - R(mm)

• Dụng cụ đo:

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

Lượng giáng thủy (R):

• Ví dụ, nói lượng giáng thuỷ là 60 mm - nếu nước của giáng thủy không chảy mất đi, không bốc hơi và không thấm vào thổ nhưỡng, thì sẽ phủtrên mặt trải dưới một lớp nước dày 60 mm

• Một mm giáng thủy tương ứng với thể tích nước rơi bằng 1 lít trên 1m2

hay 1 triệu lít trên 1km2 Tính bằng đơn vị trọng lượng, thì với độ chính xác tương đối lượng giáng thủy này bằng 1 kg trên 1m2 hay 1000 tấn trên 1 km2

• Người ta coi ngày có giáng thủy là ngày có lượng giáng thủy ít ra phải bằng 0,1 mm

• Có thể biểu diễn giáng thủy ở thể rắn bằng chiều dày của lớp nước nếu

nó tan ra

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

GIÁNG THỦY :

Phân bố địa lý giáng thủy:

• Phụ thuộc vào nhiều nguyên nhân, chủ yếu là sự phân bố mây, lượng mây và nhiệt độ

• R trên lục địa lớn hơn trên biển, vì trên biển, trong các khu vực tín phong, mây ít khi đạt đến mực băng kết

• R miền nhiệt đới lớn nhất (2000 – 3000mm)

• R miền cận nhiệt đới thuộc 2 bán cầu giảm rõ rệt trong các khu vực

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản

ÁP SUẤT KQ (khí áp) :

Định nghĩa:

• Là trọng lượng cột KK trên 1 đơn vị diện tích (cm2 hoặc m2)

• Trong khí tượng khí áp được biểu thị bằng mmHg (khí áp được so sánh với áp lực của cột thủy ngân)

• Ví dụ, nói rằng khí áp tại một địa điểm nào đó trên bề mặt trái đất là 750

mm, tức là trọng lượng của cột thủy ngân cao 750 mm nếu cân trên mặt đất cũng bằng trọng lượng của KK

• Ngoài ra, còn có đơn vị milibar (mb) Một milibar là áp lực gây ra bởi một lực 1000 đyn trên một diện tích 1 cm2

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản