Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ phơi ngày của tán xạ, tổng xạ và thời gian nắng ở Việt Nam

- Determi ning empirical formulas for calculating daily diffuse solar radiant e xpos ur e from the global one anti relative sunshine duration on base o f ihc.. mea[r]

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C ( Ỉ I A I I À N Ộ I

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tư NHIÊN

N G H IÊ N CỬ U MỐI Q U A N H Ệ G IỮ A ĐỘ PH Ơ I

N G À Y CỦ A T Ả N X Ạ , T ổ N G X Ạ V À T H Ờ I G IA N

Mõ sô": Ọ T 0 1 2 3 Chủ trì cTể lò i : P G S TS N g u y e n I h r ó n g Đ i ôn

Cóc thành viên tham g io : C N N g u y ễ n Đ á n g Q u a n g

đại h ọ c q u ố c g i a hà n ô i

TRUNG TÀM THÔNG tin thư viền

D T / Z 6 ^

- Xác định các cổng thức thực nghiệm lính toán dọ phííi ((ổng lương) rmny cùa

hức xạ Mặt Trời khuếch tán từ hức xạ tổng c ộ n g và thời giíin nắng (lựa Iron CÍÍC s ố

liỌu quan trác của ba đại lượng dó cho các vùng trên lãnh lliổ Việt Nam

- Đánh giá dọ chính xác và khả năng ứng dụng của các cổng thức thu dược.2) Nội dung:

a) Tìm hiểu mối quan hệ dịnh tính giữa tán xạ, tổng xạ và số giờ nắng

b) Nghiôn cứu phương pháp xác định và thính giá mối quan họ (.lịnh Iưựng

giữa các dại lượng cần nghiên cứu

c) Thi! thập số liệu về tán xạ, tổng xạ và số giờ nắnsi qiiíHi (rắc (lirợc líii các ĩrạm khí tượng trên lãnli thổ Việt Nam

(!) Lặp trình, lính toán lìm ra các c ổ n g thức Ilụrc neliiêm lien họ lĩiiNi c;ic đai

lượng nghiên cứu dối với từng vììne và (rên loíìn lãnh thổ Viê< Níim

e) Nhận xét kết quả, đánh giá dọ chính xác khả năng ứng dune cùa các cổng thức thu dược

6 C ác kết q u ả đ ạ t được:

- Sự phụ tluiộc cùa tỉ s ố giữa dọ phơi lán xạ Vít dô phoi tổng xạ ngày vào độ Iniy<?n qua khí quyển dối với lổng xạ VỈI vào lliời gian lift MÌ’ liíơnií (lối có Ihò x em là luyến lính.

- 92 công ill ức thực nghiệm (lược lliiế l lạp trone nhữtm trưừim hợp khác nil a 11 (ílp (lụnc cho lìíng tlìáng, cả năm (1 các vùng kliiíc nhíiu) (” ;íc cỏn ụ lliức thực

naliiỌm c lio lừng Iháng hoặc cả nìím ở Cíi 7 Irạm (lều có (lô chính XJK kh;í fill) (họ số

trung hìnli toàn phirtmg < 3 0 % , sai số hệ thống <1 (V7f )

- C á c g i á lrị c ủ a h ệ s ô Ihực n g h i ệ m a p a 7, a, trong c á c c ô m : 111 ức llui d ư ợ c

đ ề u ỔI1 đ ịnh về d ấ u (a, >0 ; a2 <0; a, <()) Trị luyệl doi c ủa các lie s ổ c ù a các

t h á n g dại cực dại v à o n h ữ n g llìời kì đ ô c a o Mật Trời lớn và cực lieu v ào n hữ ng

thời kì c ó đ ộ c a o M ặ t Trời nhỏ n h ư n g biên đ ộ d a o đ ộ n g k h ô n g lớn, nliất là

c á c v ù n g p h ía natn

ngày của bức xạ tán từ bức xạ tổng cộng và thời gian nắng với đọ chính xác chấp nhận dược

7 Tình hìiih kỉnh phí của đề tài

r ộn g m ạ n g lưới đ o đạc, n g h i ê n cứu q u y luật bi ến đổi ih co k h ô n g g i a n và ihời gian c ủ a c ác y ếu t ố bức xạ, tác đ ộ n g c ủa c h ú n g đ ế n s ự hiên đổi k h í hậu, đốn sự sống n ứ c xạ Mặl Trời k h u ế c h lán (lán xạ) là m ộ t trong n h ữ n g d ặ c trưng bức

xạ qua n Irọng, có h o ạ t tính q u a n g hợp cao, là m ộ l (rong n h ữn g đối lương càn

n gh iê n cứu T u y nh iê n, d o Itrơng đối k h ó q u a n liíic nên ở n hi ều nưi còn lliiốti các s ố liệu đ o trực liếp đại lượng này, vì vây việc tính toán nó từ c ác đai lượng

k há c dễ q u a n trắc hơn n h ư lổng xạ, s ố gi ờ n ắ n g là nil CÍÌII tliiêt

T r o n g đổ tài n ày , với n g u ồ n số liệu về tán xa, lổng xạ, sô giờ niìng <|ii;tn trắc tại m ộ t s ố t r ạ m t r ong n h i ề u n ă m , c h ú n g tỏi sẽ n g h i ê n cứu tính toán x ác líìp

c ác c ô ng thức lliực n g h i ệ m liên hệ giữa c ác l ổng l ượng n g à y của c ác đại lượng liên Sử d ụ n g c á c hệ ihức n h ư vậy ta có thể lính đ ưực l ổ n g l ư ợn g ( đ ộ phơi)

n g à y c ủa tán xạ khi c ó c á c s ố l iệu v ề l ổ n g xạ và s ố g i ờ n ắ n g ở n h ữ n g nơi h o ặ c

những thời kì thiếu n h ữ n g s ố liêu về tán xạ C ác kết quá của đổ lài tìược trình hầy trong nội d u n g h áo c á o c ủ a đề lài

T r o n g quá (rình tlụrc h i ệ n đổ tài, c h i ìn u tôi đã đircíc s ư h o i m l Ai l('m cún

Đại h ọ c Q u ố c gia, T r ư ờ n g Đại h ọ c K h o a h ọ c T ự nhiên í lit Nội VÌ! K h o a KÍ1Í lượng T h u ỷ văn và Hải d ư ơ n g hục C h ú n g tôi xin c h â n i hà nh c ả m ƠI1

C H Ư Ơ N G 1 T Ổ N G Q U A N1.1 C Á C D Ò N G B ú t X Ạ T R O N G K H Í Ọ U Y E N

Trái đất n h ậ n n ă n g ỉượng hức xạ chủ y ế u từ m ặ t trríi N ă n g l ượng đèn Trái Đ ấ t từ cád thiên thể k h á c trong vO trụ là k h ô n g đ á n g kể Khi t ruyền trong

M ứ c đ ộ h ấ p thụ bức xạ của m ặ t đ ệ m lớn hơn rất n h i ề u so với k h í q u y ể n

vì khí q u y ể n về c ơ b ả n là m ô i trường k h u ế c h tán bức xạ, c h ứ h ấ p ihụ thì râl lì, trờ mAý Nói c h u n g , p h ần hức xạ d o m ặ t đ ệ m h ấ p thụ i hư òn g g ấ p ha lần phần hức xạ d o k h í q u y ể n hâ'p ihụ

Đố n lượt m ì n h , d o bị đ ố t nó ng , m ậ t đất trở t hà nh n g u ồ n phíít xa nhiệt Inrríng tới k hí q u y ể n Bức xạ phát ra từ mặl đất gọi là hức xạ tnãl đííl T ươn g lự

n h ư vây k h í q u y ể n c ũ n g p h á t xạ về mọi h ư ớ ng và m ộ t phá n h ướng vổ mặt đấl, phẩn n à y gọi là h ức xạ n g h ị c h c ủa k h í q u y ể n

C á c d ò n g hức xạ k ể trên k h á c n h a u về t h à n h phầ n phổ Ph ẩ n c ơ hản c ủ a hức xạ m ặ t trời d o p h á t xạ ử nhi ệl đ ộ cao, n ê n n ằ m Irony k h o ả n u phổ nhìn

tliấy T r o n g khi đ ỏ b ứ c xạ m ặ t đấ l và b ứ c xạ k h í q u y ể n phán lớn ở h ư ớ c s ó n g

lứn bơn 4 Jim Do sự k h á c hiệt n à y mà hức xạ m ặ l Irời đ ư ợ c gọi là bức xạ s ó ng

n g ấ n c ò n bức xạ m ặ t đ ấ l và k h í qu y ổ n gọi là hức xạ s ó n g dài

N h ư v â y , trong k h í q u y ể n luôn (oil tại 1T1ỎI hê c á c tl òng bức Xí) k h á c

n h a u về Ihành phrìn p h ổ và h ư ớ n g Khi n g h i ê n c ứu CÍÌC d ò n g n à y la ilmrfnj: xét

p h ẩ n đ ư ợ c c h u y ể n vân ( tr u yề n đi), ph àn bị phả n xa và pliẩn hi hííp thụ c h u y ể n

3

t hà nh nhiệt, v ề m ặ t n ă n g lượng, tổ ng đại s ố c ủ a tất cả c á c d ò n g bức x ạ q u a

m ộ t bề m ặ t n à o đ ó (nă ng l ượng bức xạ tới- n ă n g l ượng b ức xạ rời khỏi Hề m ặ t )

đ ặ c t n m g c h o s ự thu- chi hức xạ, gọi là c á n cfln hức xạ

N g h i ê n c ứu tất cà c á c d ò n g bức xạ t ro ng k h í q u y ể n là n h i ệ m vụ của

cluiyôn n g à n h hức xạ học

K H Ỏ N G C Ó K H Í Q U Y Ể N

N ế u k h ô n g c ó k h í q u y ể n , b ức x ạ m ặ t trời sẽ tới m ặ t đ ấ l dưới d ạ n g

n h ữ n g tia s o n g s o n g K h i đ ó t r on g m ộ t đ ơ n vị thời gi an trên m ỏ i đ ơ n vị diện

lích m ặ t đ ấ t n ằ m n g a n g ở đi ổm hất k ỳ sẽ có n ă n g l ượng hức xạ m ậ t trừi đi tới,

tức đ ộ rợi Irực xạ ( mà t ro n g n h i ề u tài liệu cíí vã n gọi là c ườ ng đ ộ trực xạ) h ằ ng

R

Irời, R là k h o ả n g c á c h t ương đối g iữa

m ặ t trời và trái đất, b ằ n g tỷ s ố giữa

Đ ộ c a o m ặ t trời tại m ồ i đ i ể m p h ụ i h u ộ c v à o vì đ ộ địa lý <p, thời gian

trong n ă m và t r ong n gà y T r o n g thiên vãn h ọ c người la đ ã c h ứ n g m i n h đư ợ c

c ô n g 111 ức:

t r o n g đ ó 8 là xích vĩ (“ vĩ đ ộ ” c ủ a mậ t (lời), t h a y ttổt ỉlieo I Ilf ti gi;m t rong 11 rim

giữa hai giá trị ± 2 3 ° 2 7 \ còn 0) là g ó c g i ờ m ặ t n ờ i 0) = — 1 với ĩ ‘ lì) c hu kỳ

I

q u a y c ù a trái đ ấ t q u a n h trục c ủ a n ó (=s24 giờ), c ò n l là ihời đ i c m Iron*' n g à y

(i he o gicr t hực ứ n g với kinh đ ộ đ ịa p h ư ơ n g ) tính m ố c lúc g iữa Inra T h a y (1 2)

và o ( 1 1) ta được:

T í ch p hâ n bi ểu thức trên t ro ng m ộ t k h o ả n g thời gi an n à o đ ó c h o ta tính

n ăn g l ượ ng b ức x ạ từ m ặ t trời đ ế n m ỗ i đ ơ n vị d i ệ n tích m ặ t đ ấ l ử vị trí c ó vĩ đ ộ

ọ trong k h o ả n g thời g i a n đ ó (tức đ ộ phơi bức x ạ Irong k h o ả n g thời g i a n đó)

C h ẳ n g h ạ n , ta c ó thể tính đ ộ phơi b ức xạ t rong m ộ t n g à y đ ê m , tức n ă n g lượng bức xạ từ m ặ t trời tới m ặ t đ ấ t Irong s uốt thời g i a n từ lúc m ặ t trời m ọ c đ ế n lúc mặt trời lặn tại m ộ t địa p h ư ơ ng b ất kì Tại hai thời đ i ể m n à y h o- 0 , tức s i n h o= 0 nên:

s i n (psin 5 + COS (p COS 5 COS

Nlnr v ậy thời đ i ể m m ặ t trời m ọ c và lặn chỉ phụ t h u ộ c và o vT đ ộ và xích

vĩ Khi đ ó tích p h â n (1 3) ta đ ư ợ c đ ộ phơi ngày:

Vì tn đ ư ực x á c đ ị n h lỉieo c ô n g t hức (1 5) nên H n chỉ pliu 111 line và o vì đõ

đ ịa lý (p và Ihừi g i a n t ro n g n ă m T r o n g t hực h à n h , người ta thườ ng á p d ụ n g các

c ô n g thức s au đ â y c ủ a s p e n c e r [ xe m 6 | đ ể lính ỗ và R c h o mồi ngày:

5

đ ó n là s ố thứ tự c ủ a n g à y t rong n ă m , hắt đ ầ u từ giá trị 0 từ n g à y đÀu n ă m , đốn

36 4 ( ho ặc 365 n ế u là n ă m n h u â n ) vào n g à y cuối nă m

Tr ê n hình 1.2 trình b à y hiến trình n ă m c ủ a H n ở m ộ t s ố vĩ đ ọ kliác nhau, tính t h e o c ô n g thức (1.6)

T ừ hình n à y ta th ấy rằ n g ử g ẩ n x í c h đ ạ o ( đế n vì đ ộ ± 2 3 , 45 ° ) đ ộ phưi ( ho ặc nhíìp n hi ệt ) s au n g à y đ ê m có b i ế n trình k é p thể hiện hai cực tiểu và o

n g à y đ ô n g c h í và hạ chí Ở g iữa xích đ ạ o ihì hai cực đại rơi vào n g à y x u ân phâ n ( 22/3) và thu p h â n (22/9) Dịch lên phí a bắ c, nlnr ở V i ệ l N a m c h a n g h ạn, hai cực đại n à y x íc h lại gẩ n n h au hơn, lới c h í t u y ế n thì cluing nliâp lai t hà nh

m ột cực đại d u y n hấ t Ở v ù n g vì đ ộ t rung h ình ở h á n c ẩu Bắc, hiến trình nfim của H„ có tlạng d ơ n

Ở h á n c â u N a m s ự việc x ảy ra tưưng t ự n h ư n g về thời gi an lệch đi 6

t h á n g s o với bá n c ầ u Bắc T h ê m vào dó, d o q u ỹ đ ạ o Trái Đ â ì q u a n h m ậ t trời có

d ạ n g elíp và lúc Trái Đ ấ t x a M ặ t Trời n h ấ t lại và o n g à y m ù n g 5 t h á n g 7, g ầ n

n g à y đ ô n g c h í ở b á n c ầ u N a m (22/6), c h o n ê n lượng bức xạ tới lại c à n g ít

N g ư ợ c lại, Trái Đ ấ t g ầ n m ặ t trời n h ấ t và o n g à y m ù n g 3 i h á n g 1, g ần n g à y hạ

c h í ở bá n c ầu N a m , n ê n lượng bức xạ lới lại c à n g lã ng m ạ n h Sự tăng, g i ả m bức xạ d o k h o ả n g c á c h M ặ t Trời- Trái Đâ't t h a y đổi t ro n g m ộ t n ă m chỉ vào

k h o ả n g ± 3 % s o với m ứ c t rung bình n h ư n g c ũ n g là m ộ t t rong n h ữ n g n h a n tô

n h â n đ ộ p h ơ i t á n x ạ t r o n g Irời k h ô n g m â y H no với m ộ i h à m 1(a) p h ụ

t rong đ ó an, a p a 2 ( ở đ â y = H Do) là c á c hệ s ố thực n g h i ệ m C á c n g h i ê n cứu

c h o thấy đ ộ lớn của c á c hệ s ố n à y k h ô n g ổ n định lắm m à hiến đổi theo từng

thời kì t rong n ă m và từ địa p h ư ơ n g n à y s a n g địa p h ư ơ n g k h á c

M a y c ũ n g ả n h h ư ở n g tới t ổng xạ và trực xạ C ấ c kết q uả ngliiC'11 cứu chỉ

ra rằng khi lưựng m â y t ă n g lên thì đ ộ phơi ( t ổn g l ượng) t ổng xạ h o ặ c trực xạ thường g i ả m, t rong khi t án x ạ lại lãng Đ i ề u n à y c h ứ n g tỏ ba đại lưựng bức xạ

n à y có q u a n h ệ với n h a u (vì c ù n g q u a n hệ với l ượ ng m â y ) G i ữa lượng m â y Irung bì nh và thời g i a n n ắ n g Irong m ộ i thời kì n à o đ ó c ũ n g có m ối q u a n hệ tương tự: khi l ượng m â y tă ng thì thời g i a n n ắ n g g i ả m N h ư vậy, giữa ba đại lượng bức xạ n ê u trên và s ố g i ờ n ắ n g c ũ n g phải cổ mố i q u a n hộ với n ha u Đ a y

c ũ n g là c ơ sờ đ ể c h ú n g ta t ì m c ô n g t hức t hực n g h i ệ m l iê n hệ g i ữa đ ộ phơi tán

t rong đ ó a, b, c, d là c á c h ằn g s ố thực n g h i ệ m , Tc là đ ộ truyền qua của khí

q u y ể n đối với đ ộ phơi t ổng xạ n g à y , th eo đ ịn h ngliĩa là tỉ s ố :

H 0trong đ ó H 0 là đ ộ phơi t ổng xạ ( h o ặ c trực xạ) tại giới hạn trên c ủa k h í q u y ể n ( hoặ c tại m ặ t đ ấ t n ế u k h ô n g c ó k h í q u y ể n ) m à giá trị c ủ a n ó h o à n toàn tính

đ ư ự c ( x e m c ò n g thức (1.6)) Đ ại lượng T0 c ũ ng đ ặ c trưng c ho m ứ c đ ọ trong suốt c ủa k h í q u y ể n đối với t ổng xạ, c h o nên t rong m ộ t s ố tài liệu n ó cíĩng đư ợ c

gọi là “đ ộ t rong s uố t h ữu h i ệ u ” c ủ a k h í q u y ể n D ạ n g cụ t hể c ủa c ô n g thức d o Liu và J o r d a n [10] x á c l ập đ ưực n h ư sau:

H d _ J o , 06247 - 0 , 9 2 4 7 x o + 3 , 4 6 4 2x ị -1,7026x2; khi 0,189 < Tc < 1

H 0 [0 khi 0 < T0 <0, 189

( 1 1 4 )

Dựa v à o c ác hệ thức n h ư vậy và giá trị <Jộ phơi tổng xạ ỉ lr q u a n lĩắc

đ ượ c ta cỏ thể tính đ ượ c đ ộ phơi lán xa l ỉ D H ệ (hức tương lự n h ư ( 1 14) đ ượ c Liu-.lorđan [ I I ] p h á t triển c h o n h ữ n g k h o ả n g thời gi an pliơi khá c nil an và các vùng k h á c n ha u , c h ẳ n g h ạn đối với c ác giá trị đ ộ phơi n g à y t r ung hình i há ng

n g à y CỈU1 b ứ c xạ m ặ t trời ill ực tố và l l i i ê n v ă n ( k h i k l i õ n g c ó k h í ( Ịi i y ổ n )

t rê n m ặ t n ằ m n g a n g Hn c ó t h ể t í n h đ ư ợ c k hi b i ế t lliời đ i ể m và vĩ đ ộ nơi

t r o n g đ ó s là s ố gi('í n ắ n g t r o n g thời giíin p h ( t i , s„ là giií Ilị đ ó n ế u k h ổ n g

c ó k h í q u y ể n , h a y c ò n gọi là s ố g i ờ n ắ n g t h i ê n văn, c ó tliổ t í n h đ ư ợ c từ

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u

q u a n t r ắ c và v ĩ đ ộ đ ị a lí c ủ a nơi q u a n Ir ắc ), và s n = 2 l n với I,, l í nh t h e o

c ô n g t h ứ c ( 1 5 ) N h ư v ậ y , s a u khi x á c đ ị n h d ư ợ c d ạ n g c u Ihể c u a c ô n g

I h ứ c t h ự c n g h i ệ m , ta c ó t h ể d ù n g n ỏ d ể t í n h II,) k h i b i ế t I l r và s

2.2 M Ộ T S Ố T H Ô N G s ố Đ Á N H G Ĩ Á M Ứ C Đ Ô C H Í N H X Ấ C C Ủ A

C Ô N G TH Ứ C T H Ụ C N G H I Ệ M [3]

Đ ể đ á n h g iá m ứ c đ ộ c h í n h xác c ủ a c ô n g thức thực n g h i ệ m cluing tòi sử

clụng c ác đại lưựng sau:

-Với dãy s ố liệu phụ thuộc:

4 Sai sô t rung b ình toàn phương:

Trời m ọ c lạn

ITình 3.1 Đd giải thích sự qui toán số liỌu bức xạ tán

t heo phư ơn g pháp h ìn h ih a n g

N h ư v ậ y đ ộ phơi lán x ạ Irong k h o ả n g ihời g i a n lừ l,, đốn l, là d i ê n lích

I hơi đ i ể m m ặ t trời m ọ c t h e o g i ờ t h ự c dịa p h ư ơ n g t„ đ ư ợ c l í n h t h e o

c ô n g t h ứ c ( 1 5 ) , c ò n thời đ i ể m m ặ t trời l ặ n thì đ ố i x ứ n g v ới n ó q u a g i ữ a

Hình 3.2 Sự phụ thuộc cùa H D /H G vào S/So,

Hình 3.4 Sự phụ thuộc c ùa H D / H G vào S/Sr

trong Iháng 1 lại í là Nôi, khi 0,fí<Tr,<l

í ♦ HD/HG

Mình 3.7 Sự phụ thuộc c ùa H D / H G vào S/So,

T h án g 7 H à Nội, khi 0, 6 <x n <l0.4

X

0 1