Không khí và sự biến đổi khí hậu toàn cầu

Bài giảng con người và môi trường

Chương 3

Không khí và sự biến đổi

khí hậu toàn cầu

Chương 3: Không khí và sự biến đổi khí hậu toàn cầu

1 Giới thiệu chung

2 Khí quyển

 Thành phần khí quyển

 Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển

 Các yếu tố khí tượng chính hợp thành thời tiết – khí hậu

4 Khí hậu và sự biến đổi khí hậu

5 Những khả năng biến đổi môi trường không khí toàn cầu

1 Giới thiệu chung

 Khái niệm chung về thời tiết, khí hậu

 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành và biến đổi thời tiết khí hậu

 Các ngành khoa học liên quan đến thời tiết, khí hậu (TKTL)

 Ý nghĩa của thời tiết khí hậu đối với nền kinh tế quốc dân và quốc phòng (TKTL)

1 Giới thiệu chung

 Các yếu tố khí tượng hợp lại tạo nên thời tiết.

 Thời tiết là trạng thái khí quyển đặc trưng

bởi một tập hợp các yếu tố khí tượng quan sátđược ở từng lúc hoặc trong một khoảng thờigian nào đó

 Thời tiết trong những năm khác nhau đều diễn

ra khác nhau

 Khí hậu: là tập hợp các điều kiện khí quyển vốn có trên một khu vực nào đó.

 Khí hậu: phụ thuộc vào hoàn cảnh địa lý của khu vực.

 Hoàn cảnh địa lý khu vực bao gồm các đặc trưng địa phương như:

Khái niệm về khí hậu

Khí hậu là trạng thái trung bình của thời tiết tại một khu vực nào đó, ví dụ nh- một tỉnh, một n-ớc hay một châu lục Khi ta nói, khí hậu Việt Nam là khí hậu nhiệt đới gió mùa,

nóng và ẩm, điều đó có nghĩa là n-ớc ta

th-ờng xuyên có nhiệt độ trung bình hàng năm cao và l-ợng m-a trung bình hàng năm lớn, đồng thời có sự thay đổi theo mùa.

Khái niệm về thời tiết.

Thời tiết đ-ợc biểu hiện bằng các hiện t-ợng: nắng, m-a, mây, gió, nóng lạnh tại bất kỳ nơi nào, th-ờng thay đổi nhanh chóng trong một ngày hay từ ngày này qua ngày khác, năm này qua năm khác, ngay cả khi khí hậu không thay

đổi.

Ng-ợc lại, khí hậu th-ờng ít thay đổi Thời tiết tại một nơi nào đó có thể nay m-a, mai nắng, nh-ng khí hậu của một nơi th-ờng có tính ổn định t-ơng đối và khó thay đổi.

+ Ví dụ:

 Khí hậu tại Phan Thiết (Bình Thuận)

 Lượng mưa trung bình: 1115 mm

+ Khí hậu tại Phan Thiết (Bình Thuận)

 Nhiệt độ:

 Trung bình năm: 26.6oC

 Cao tuyệt đối: 37oC

 Thấp tuyệt đối: 12oC

 Số giờ nắng/ ngày: 7.3 giờ

 Gió: 2 hướng gió chính:

+ Gió Tây – Tây Nam: tháng 6 – 9

 Tốc độ trung bình: 3.9 – 4.1m/s; nhiều

giông, nóng ẩm

 Độ ẩm trung bình: 81.5 – 83.4%

+ Gió mùa Đông – Bắc: tháng 11 – 4

 Tốc độ trung bình: 4 – 4.5 m/s, khô hanh

 Độ ẩm trung bình: 75 – 78%

 Khí hậu nhiệt đới gió mùa hơi khô,

mưa hè (7-10)

Các kí hiệu thời tiết thường thấy

+ Các nhân tố ảnh hưởng đến sự hình thành và biến đổi thời tiết, khí hậu

 Nhân tố chi phối sự hình thành và biến

đổi của thời tiết, khí hậu bao gồm:

 Bức xạ mặt trời

 Hoàn lưu khí quyển (TKTL)

 Hoàn cảnh địa lý (TKTL)

 Bước sóng dài:

 Tia hồng ngoại (infrared rays: IR)

 Bước sóng > 0.76 µm

 ~ 45%

+ Bước sóng có thể nhìn thấy: (visible rays – VIS)

 0,4 – 0.76 µm

 ~ 48%

 Lưu ý: (1 µm = 10-3 mm)

 Lưu ý:

 Nhiệt lượng trong lòng đất cũng có thể làmột trong những nguồn nhiệt của khí quyển

 Loại nhiệt lượng này trong một năm:

54calo/cm 2, nhờ đó nhiệt độ trung bình tăngkhoảng 0.1 o C

 Mặt khác do bề mặt quá đất có 2/3 diện tíchnước bao phủ  so với bức xạ mặt trời thì

có thể bỏ qua

 Khí quyển hấp thu trực tiếp bức xạ mặt

trời rất ít

 Sau khi hấp thu bức xạ mặt trời: mặt đất

nóng lên và không ngừng bức xạ nhiệt năng ra ngoài.

 Loại nhiệt năng này dễ được khí quyển hấp thu

 Tóm lại: Bức xạ mặt trời là năng lượng

cơ bản khống chế thời tiết, khí hậu

 Thời tiết, khí hậu:

 Khác nhau theo vĩ độ

 Khác nhau theo mùa

 Do sự thay đổi năng lượng nhận được

+ Các ngành khoa học liên quan đến

thời tiết, khí hậu (TKTL)

+ Ý nghĩa của thời tiết khí hậu đối với nền kinh tế quốc dân và quốc phòng

 Sản xuất nông nghiệp

 Hoạt động của ngành hàng không

 Vận chuyển hàng hóa, khai thác trên biển

 Xây dựng, y tế, liên lạc viễn thông, du lịch, vui chơi, lễ hội,…

2 Khí quyển

 Đại cương

 Thành phần của khí quyển

 Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển

 Các quá trình vật lý khí quyển cơ bản

+ Đại cương

 Khí quyển là lớp không khí bao quanh

trái đất

 Bị tác động bởi lực hút của Trái đất

 Mật độ của không khí giảm theo độ cao

 Càng lên cao, không khí càng loãng

 Một nửa khối lượng của không khí nằm ở khoảng độ cao dưới 5 km, 9/10 ở độ cao

20 km

 Khí quyển vẫn tồn tại ở độ cao: ~ 1000

km hoặc hơn nữa (~ vài chục nghìn km vẫn tồn tại không khí).

+ Thành phần của khí quyển

 Không khí khô và sạch là một hỗn hợp gồm:

 Các khí Kripton ( Kr ), Neon ( Ne ), xenon

( Xe ), Heli ( He ), Hydro ( H ), ozone ( O3),

amoniac ( NH3), oxit nitơ ( N2O ), peroxyde hydro ( H2O2)… chiếm tỉ lệ rất nhỏ (ppm, ppb)

 Không khí khô và sạch không chứa hạt chất rắn, hơi nước, chất lỏng

+ Lưu ý:

 Lượng chứa tính theo phần trăm của các chất khí cơ bản rất ít thay đổi do khí quyển bị xáo trộn liên tục bởi các dòng khí

+ Khí cacbonic (dioxyt carbon) CO2

 Cacbonic trong khí quyển là sản phẩm của các quá trình:

 Sự hô hấp của con người, động vật, thực

 Thực vật hấp thu một phần các chất khí này qua quá trình quang hợp

 Quang hợp tạo ra hydrat cacbon (như tinh bột, đường, xellulose)

 CO2  là nguồn cung cacbon cho thực vật

 Thực vật lại được con người và động vật sử dụng

 Nói cách khác: Cacbon trong sinh vật có nguồn gốc từ CO2 trong khí quyển

 Nồng độ CO2 nhiều ở trong các đô thị, các khu công nghiệp (*) và ở ngay lớp sát mặt đất.

 Dưới tầng bình lưu:

 tỉ lệ CO2 ~ 0.05g/kg không khí khô.

+ Ozone

 Chiếm tỉ lệ nhỏ trong không khí

 Dưới tác động của UV (lamda < 0.32µ):

 Ở vùng này, các phân tử O3 hấp thu (ngăn

cản) bức xạ tử ngoại của mặt trời, ngăn khôngcho các tia này xuống TĐ

 Sự phân bố O3 trong không khí:

 Càng lên cao, nồng độ O3 càng tăng trong phạm vi 25km

 Giảm đến tối thiểu ở lớp trên của tầng bình lưu ở độ cao khoảng 50km, tiếp tục giảm xuống phía dưới của tầng trung quyển (xem thêm phần dưới)

+ O3

 Hấp thu các bức xạ có độ dài sóng từ 0.29 – 0.36 µm

 Đảm bảo sự sống trên TĐ

+ Hơi nước trong khí quyển

 Hơi nước luôn có mặt trong khí quyển

 Hàm lượng dao động: 0 – 4% về thể tích

 Trung bình ở vùng cực: 0.2%

 Vùng xích đạo: 2.5%.

 Hơi nước tạo nên do sự bốc hơi nước, sự

thoát hơi nước trên bề mặt trái đất

 Các đám mây hấp thu và phản xạ các tia bức

xạ mặt trời chiếu về trái đất

 Mật độ hơi nước trong khí quyển giảm theo độ cao

 Hầu hết hơi nước đều chứa trong tầng khí

quyển dưới thấp

+ Bụi trong khí quyển

 Trong khí quyển còn chứa các hạt bụi

 Tùy theo kích thước hạt mà ta có các tên gọi khác nhau:

 Theo kích thước(*):

 D >10µm: bụi;

 D: 0.1÷10µm: sương mù;

 D <0.1µm: khói

 Bụi còn ảnh hưởng đến tầm nhìn

 Lượng bụi tổng cộng trong không khí có thể rất lớn

 Ví dụ:

 Theo tính toán đã xảy ra trường hợp: gió đã thổi

tung một lớp đất khô có diện tích 4105 km 2 và lượng bụi bay vào khí quyển lên tới 15106 tấn

 Theo tiêu chuẩn về chất lượng không khí của Việt Nam (TCVN 5937: 2005), bụi cũng là một trong những thông số cần được kiểm soát

+ TCVN 5937: 2005 - Chất lượng không

khí xung quanhThông số Tb 1 giờ

+ Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển

 Có nhiều cách phân chia (*)

 Dưới đây đề cập đến phân chia theo sự

phân bố nhiệt độ theo độ cao:

 Khí quyển được chia thành 5 tầng :

1) Tầng đối lưu (troposphere)

Cấu trúc thành phần của khí quyển

 Cấu trúc khí quyển :

 Tầng đối lưu (troposphère): 0 – 11km

 Tầng bình lưu (stratosphère): 11 – 50km

 Tầng trung gian (mesosphère): 50 – 85 km

 Tầng nhiệt hay tầng ion (thermosphère):

 Tầng điện ly hay tầng ngoài (exosphère):

+ Tầng đối lưu (troposphere)

 Độ cao: 0 – 11 km từ mặt đất

 Nhiệt độ: thay đổi

 Thành phần chính: N2,O2, CO2, hơi nước

 Chiếm: ~ 70% khối lượng khí quyển

( ~ ¾ khối lượng khí quyển ở tầng này)

 Tầng này quyết định khí hậu của trái đất

 Các quá trình và hiện tượng khí quyển diễn ra trong tầng này (mây, giông, bão…)

 Có sự chuyển động đối lưu (dòng đi lên, đi

xuống của không khí) và sự trao đổi nhiệt với

bề mặt TĐ

 Các chất ô nhiễm trong không khí dễ dàng bị xáo trộn để pha loãng hoặc biến đổi trong tầng đối lưu

 Càng lên cao nhiệt độ càng giảm.

 Thực ra, tầng đối lưu có chiều cao thay đổi 8 - 9km ( ở các cực ), 17km ( ở xích đạo )

 Nhiệt độ khí quyển ở gần mặt đất nóng do sự phát nhiệt của TĐ.

 Đỉnh tầng đối lưu lạnh (~ - 50oC)

 Lớp tạm dừng (tropopause):

 ~ 1 km,

 ngăn tầng đối lưu và tầng bình lưu,

 biểu hiện bởi sự biến thiên nhiệt độ từ âm sang dương

 Các tầng được phân cách bởi những lớp mỏng gọi là lớp tạm dừng

 Mỗi tầng có những đặc trưng về nhiệt độ, áp suất, và những hiện tượng vật lý, hóa học…

 Càng lên cao, áp suất càng giảm

+ Tầng bình lưu (stratosphere)

 Độ cao: 11 – 55 km

 Nhiệt độ: -56oC  - 2oC

 Thành phần chính: O3, N2, O2 và một số gốc hóa học khác (TKTL)

 Sự xáo trộn không khí chậm so với tầng đối lưu

 Nếu chất ô nhiễm hiện diện trong tầng này 

sẽ gây nhiễm độc lâu dài

 Sự tăng nhiệt độ ở tầng này là do ozone hấp thu tia tử ngoại và tỏa nhiệt

+ Tầng bình lưu (stratosphere)

 Ở tầng bình lưu: có 1 vùng ở độ cao vào

khoảng 30 – 35 km nhiệt độ gần như không đổi

 lớp đẳng nhiệt

 Ở xích đạo: 70 – 80oC

 Ở cực: 55 - 60oC

 Từ 35km trở lên:

 nhiệt độ tăng theo độ cao

 gọi là hiện tượng nghịch nhiệt

 Đỉnh tầng bình lưu: nhiệt độ ~ nhiệt độ mặt

đất

Một số tính chất tầng bình lưu

 Phản ứng quang hóa của O3, O2, NO, NO2,

H2O…  sinh ra các gốc hóa học hoạt hoá, tiếp tục tham gia các phản ứng

 Nhiệt độ: - 56  - 2oC

 Thành phần chủ yếu: O3, N2, O2, và một số gốc hóa học khác

+ Tầng trung gian: mesosphere

 Từ mặt đất cho tới đỉnh tầng trung quyển (~

85km) Thành phần không khí của khí quyển giữ nguyên, trừ O3, hơi nước và một phần CO2

ở lớp thấp

 Do vậy lớp không khí từ tầng đối lưu đến tầng trung quyển gọi là tầng đồng quyển

+ Tầng điện ly hay tầng ngoài

+ Hoạt động con người gắn liền với

 Tầng cao sao băng: 40 – 100 km

 Tầng hoạt động của các tàu vũ trụ: 200 km

 Tầng ion hóa: 300 km

 Tầng hoạt động vệ tinh khí tượng: 1000 km