Bài giảng Cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu (Đại cương về BĐKH) – Phần I: Bài 5 – ĐH KHTN Hà Nội

Bài giảng Cơ sở khoa học của biến đổi khí hậu (Đại cương về BĐKH) – Phần I: Bài 5: Độ ẩm khí quyển. Những nội dung chính được trình bày trong bài này gồm có: Nhắc lại về chu trình nước, các pha của nước và sự bão hoà, áp suất hơi nước, các đặc trưng độ ẩm, điểm sương và hàm lượng hơi nước, sự ngưng kết trong khí quyển,... Mời các bạn cùng tham khảo.

VNU HANOI UNIVERSITY OF SCIENCE REGIONAL CLIMATE MODELING AND CLIMATE CHANGE CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU (Đại cương BĐKH) Phần I Phan Van Tan phanvantan@hus.edu.vn B5: Độ ẩm khí Nhắc lại chu trình nước |  Lượng nước tham gia vào chu trình nước hàng năm tương đương lớp nước dày 1m phủ bề mặt Trái đất |  Lượng nước tồn khí tương đương lớp nước dày 2.5cm phủ bề mặt Trái đất Các pha nước bão hồ |  Nước tồn ba trạng thái khác (ba pha): {  Trạng thái khí: Hơi nước {  Trạng thái lỏng: Nước lỏng {  Trạng thái rắn: Băng, tuyết |  Sự bão hoà nước (của khơng khí) Khơng khí khơ Khơng khí chưa bão hồ Khơng khí bão hồ Bão hồ |  Sự chuyển pha: {  Nước lỏng à Hơi nước: Bốc {  Băng, tuyết à Hơi nước: Thăng hoa {  Hơi nước à Nước lỏng: Ngưng kết {  Nước lỏng à Băng/tuyết; Đông kết {  Hơi nước à Băng/tuyết: Kết tủa q trình nước chuyển từ pha khí sang pha rắn (ví dụ hình thành sương muối) |  Chưa bão hồ: Ở nhiệt độ cho trước, khơng khí chứa lượng nước nhỏ lượng mà chứa |  Bão hồ: Ở nhiệt độ cho trước, khơng khí chứa lượng nước tối đa mà bổ sung thêm ngưng kết |  Siêu bão hoà: Ở nhiệt độ cho trước khơng khí chứa lượng nước nhiều khả chứa Áp suất nước |  Áp suất nước khí áp suất riêng nước, gọi sức trương nước {  Áp lực cột khơng khí chứa nước tuý {  Phụ thuộc vào nhiệt độ mật độ phân tử nước |  Áp suất nước bão hoà áp suất riêng nước cột khơng khí bão hồ nước {  Nhiệt độ cao khả chứa nước cột khơng khí lớn nên áp suất nước bão hoà phụ thuộc vào nhiệt độ Lưu ý |  Áp suất nước biểu thị khơng khí chứa nước |  Áp suất nước bão hồ biểu thị khơng khí chứa nước (phụ thuộc vào nhiệt độ) Các đặc trưng độ ẩm |  Độ ẩm riêng: Là khối lượng nước đơn vị khối lượng khơng khí (g/kg) {  Độ ẩm riêng bão hồ (qs) mv mv q= = m mv + md |  Độ ẩm tuyệt đối: Là khối lượng nước đơn vị thể tích khơng khí (g/m3) {  Độ ẩm tuyệt đối bão hoà mv a= V |  Tỷ số xáo trộn hay tỷ hỗn hợp tỷ số khối lượng nước khối lượng khơng khí khơ (g/kg) {  Tỷ số xáo trộn bão hồ mv s= md Các đặc trưng độ ẩm |  Độ ẩm tương đối: Là tỷ số lượng nước khơng khí lượng nước điều kiện bão hồ (%) q RH ≡ r ≡ U = ×100% qs |  Chú ý: {  RH không phản ánh lượng ẩm chứa khơng khí {  RH cho biết mức độ “khơ” khơng khí (mức độ háo nước), phản ánh khả bốc |  Q: Tại ta cần máy hút ẩm? Và cần trường hợp nào? Các đặc trưng độ ẩm |  Sự phụ thuộc vào nhiệt độ độ ẩm tương đối Cùng lượng ẩm khơng khí, nhiệt độ khác độ ẩm tương đồi khác Một ví dụ biến thiên độ ẩm tương đối nhiệt độ Ngưng kết aerosols Surface tension |  Giọt nước vơ nhỏ (có aerosol hồ tan) Surface tension Surface tension Surface tension Mây bình |  Nén khí vào bình, chờ lúc mở nắp bình Water Water Mây bình |  Nén khí vào bình, chờ lúc mở nắp bình Water Water No Cloud!! Cloud!! Nhân băng |  Nhân băng hạt băng trơng hạt bụi (aerosol) băng hình thành bão hoà {  Nhân băng phụ thuộc vào nhiệt độ {  0oC > T > -4oC {  -4oC > T > -10oC {  -10oC > T Khơng có nhân băng Có nhân băng Tương đối nhiều nhân băng |  Kết nước siêu lạnh tồn sương mù mây nhiệt độ khoảng 0oC -10oC |  Dưới -10oC có pha trộn nước băng siêu lạnh Ngưng kết khí |  Sự ngưng kết tạo thành mây sương mù từ việc làm lạnh theo hai hình thức {  Làm lạnh phi đoạn nhiệt: Khơng khí nhiệt trao đổi với xung quanh (khơng khí bề mặt lạnh ban đêm) {  Làm lạnh đoạn nhiệt: Không khí mật nhiệt khơng có q trình trao đổi với xung quanh (khơng khí bị lạnh thăng lên) Làm lạnh đốt nóng đoạn nhiệt |  1)  2)  3)  |  1)  2)  3)  Xét phần tử không khí (quả bóng thám khơng) Khơng khí chuyển động lên Khí áp mơi trường xung quanh giảm Phần tử khơng khí giãn nở (địi hỏi cơng sinh ra) Khơng khí bị lạnh công sinh từ nội Khơng khí chuyển động xuống Khí áp mơi trường xung quanh tăng Phần tử khơng khí bị nén (địi hỏi cơng sinh ra) Khơng khí bị làm nóng lên cơng thực phần tử khơng khí (nội năng) Làm lạnh đốt nóng đoạn nhiệt |  Gradient đoạn nhiệt khô (Dry adiabatic lapse rate): Mức độ làm lạnh (đốt nóng) khơng khí chưa bão hồ chuyển động lên (chuyển động xuống) = 9.8oC/km (là số) |  Gradient đoạn nhiệt ẩm (Moist adiabatic lapse rate): Mức độ làm lạnh (đốt nóng) khơng khí bão hồ chuyển động lên (chuyển động xuống) ~ 5oC/km (variable) à Nhỏ gradient đoạn nhiệt khô? Gradient đoạn nhiệt khô đoạn nhiệt ẩm Air temp 2km 1km = -9.6oC Air temp = 0.2oC Không khí chưa bão hồ (9.8oC/km) Air temp 2km 1km = 0oC Air temp = 5oC Khơng khí bão hồ (5oC/km) Làm lạnh đốt nóng đoạn nhiệt |  Gradient nhiệt độ môi trường: Mức độ thay đổi nhiệt độ khơng khí theo độ cao 2km 1km Các dạng ngưng kết |  Sương: Sự ngưng kết nước bề mặt vật bề mặt Các dạng ngưng kết |  Sương giá, băng giá: Sự đông kết nước bề mặt vật bề mặt Các dạng ngưng kết |  Đóng băng, đơng lạnh: Ngưng kết thành băng |  Sương mù: Sự ngưng kết nước gần bề mặt đất hình thành đám mây tiếp xúc với bề mặt |  Mây: Sự ngưng kết nước cao Sương mù |  Sương mù xạ: Hình thành ban đêm khơng khí bị làm lạnh tiếp xúc với bề mặt |  Liên quan với tượng nghịch nhiệt |  Sương mù bình lưu: Hình thành khơng khí nóng, ẩm di chuyển bề mặt lạnh bị làm lạnh |  Sương mù sườn dốc: Hình thành lạnh khơng khí di chuyển lên dọc sườn dốc |  Sương mù bốc (Steam fog): Hình thành khơng khí nóng, ẩm trộn lẫn với khơng khí lạnh |  Sương mù giáng thuỷ (Precipitation fog): Hình thành hạt nước mưa bị bốc bổ sung nước vào môi trường xung quanh sau ngưng kết Sương mù bình lưu Sương mù bốc ... khơng) Khơng khí chuyển động lên Khí áp mơi trường xung quanh giảm Phần tử khơng khí giãn nở (địi hỏi cơng sinh ra) Khơng khí bị lạnh cơng sinh từ nội Khơng khí chuyển động xuống Khí áp mơi trường... động xuống Khí áp mơi trường xung quanh tăng Phần tử khơng khí bị nén (địi hỏi cơng sinh ra) Khơng khí bị làm nóng lên cơng thực phần tử khơng khí (nội năng) Làm lạnh đốt nóng đoạn nhiệt |  Gradient... pha): {  Trạng thái khí: Hơi nước {  Trạng thái lỏng: Nước lỏng {  Trạng thái rắn: Băng, tuyết |  Sự bão hoà nước (của khơng khí) Khơng khí khơ Khơng khí chưa bão hồ Khơng khí bão hồ Bão hồ