Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 4 – Phan Văn Tân

Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học) - Chương 4: Cân bằng năng lượng bề mặt. Những nội dung chính trong chương gồm có: Lớp bề mặt, nguồn năng lượng bề mặt, tích lũy nhiệt ở bề mặt, sự đốt nóng bức xạ bề mặt, lớp biên khí quyển, các dòng hiển nhiệt và ẩn nhiệt trong lớp biên, biến động ngày đêm của cân bằng năng lượng bề mặt.

PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC Chương Cân lượng bề mặt 4.1 Lớp bề mặt |  Bề mặt Trái đất biên khí mặt đất đại dương |  Bề mặt xác định cách thích hợp: Là mặt phân cách đơn giản hai môi trường {  Khi xét đến trình trao đổi lượng quan trọng đưa vào lớp biên khí đại dương lớp vài mét lớp đất |  Cân lượng bề mặt định lượng lượng cung cấp cho trình bốc nước bề mặt làm tăng giảm nhiệt độ bề mặt |  Cân lượng bề mặt đòi hỏi xem xét dòng lượng truyền dẫn đối lưu nhiệt, ẩm thông qua chuyển động chất lỏng xạ |  Nguồn lượng bề mặt phụ thuộc vào độ chiếu nắng, đặc trưng bề mặt (trạng thái ẩm ướt, lớp phủ thực vật, albedo), tính chất khí phía |  Nguồn lượng bề mặt liên hệ mật thiết với chu trình nước, bốc từ bề mặt thành phần nguồn lượng nguồn nước 4.2 Nguồn lượng bề mặt |  Nguồn lượng bề mặt dòng lượng qua đơn vị diện tích mặt phân cách khơng khí - bề mặt theo phương thẳng đứng (W/m2) |  Các trình xác định truyền lượng bề mặt khí quyển: {  truyền xạ mặt trời xạ hồng ngoại, {  dòng lượng liên quan với chuyển động chất lỏng khí đại dương |  Tích luỹ lượng bề mặt xảy lớp biên khí độ sâu bề mặt (vài mét vùng đất khô đến vài kilômét vùng đại dương sâu) |  Đối với bề mặt nước, dòng lượng ngang sinh chuyển động chất lỏng đóng vai trị quan trọng Cân lượng bề mặt ∂ E s = G = R s − LE − SH − ΔFeo ∂t Đốt nóng bề mặt Làm lạnh bề mặt |  Những thành phần bỏ qua {  Ẩn nhiệt làm tan băng tuyết (có thể cần đến 10% NLBX dư thừa) {  Sự chuyển đổi động gió sóng thành nhiệt {  Truyền nhiệt giáng thuỷ (nếu nhiệt độ giáng thuỷ khác nhiệt độ bề mặt) {  Năng lượng mặt trời tích luỹ dạng liên kết hố học (quang hợp) Tính chung tồn cầu: > SH, vùng •  Bốc thực tế đất liền thường bị khí hậu lạnh hơn, SH lớn hạn chế nguồn nước sẵn có (thực bề mặt nước vật đất) Tỷ số cân Bowen điều kiện bão hoà |  Tỷ số Bowen thực tế bề mặt ướt thường nhỏ tỷ số FIGURE 4.10 Saturation specific humidity q*(g kg−1) and eq |  |  |  |  |  Bowen cân khơng khí ởofđộ cao tham chiếu thường as functions temperature khơng bão hồ Do phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ áp suất nước bão hoà nên nhiệt đới làm lạnh ẩnasnhiệt so hiển such thosechiếm in the ưu tropics, butvới in lạnh high latitudes d heat transport can vĩ be độ of greatest nhiệt bề mặt ướt, cao vàoimportance mùa đông To sho atmosphere, so that the actu vận chuyển hiển nhiệtsurface and đóngsaturated vai trị quan trọng equilibrium Bowen ratio, we can write that Giả thiết bề mặt ướt khơng khí bão hoà cho tỷ số LE Bowen thực tế tỷ số Bowen cân bằng, ta có: = LE + SH + Be Be=1 nhiệt độ khoảng 287K Ở nhiệt độ cao Be > vàBhầu bề mặt lạnh hiển transfer nhiệt The preceding discussion strictly applies only to 4.7 Biến động ngày đêm cân lượng bề mặt •  Albedo bề mặt khoảng 16% •  Bức xạ trung bình 24 ~155 Wm-2 (263 Wm-2 nhận từ mặt trời 108 Wm-2 phát xạ hồng ngoại) •  BXMT mặt đất đạt cực đại ~700Wm-2 lúc gần trưa •  BX sóng dài xuống ~300Wm-2 khơng biến đổi nhiều ngày (do nhiệt độ KK KQ tự biến động nhỏ) •  Phát xạ bề mặt lên ~350Wm-2 trước mặt trời mọc tăng đến ~500Wm-2 lúc gia tra ã Nhit b mt 10oC ữ 40oC è BX sóng dài từ bề mặt tăng từ 50Wm-2 đến Các thành phần cân ~200Wm-2 lượng xạ cánh đồng cỏ Matador, Saskatchewwan •  BXMT đồng 50 Wm-2 suốt thời gian làm lạnh sóng ngày hè trời quang có gió dài ban đêm thu nhận lại mạnh vào ban trung bình ngày đạt đỉnh gần 500 Wm-2 hồ khô cạn |  Nhớ lại Rs = SH + LE + G |  Rs phụ thuộc vào cosθ ngày |  Rs < vào ban đêm làm lạnh cánh đồng ngũ cốc sóng dài bề mặt |  Trên vùng khơ cằn, LE = (khơng có nước), Rs trước hết cân G, sau SH |  Trên bề mặt có thực vật, Rs cân ba thành phần LE, SH, G {  H+LE >> G {  Chú ý LE giảm lúc trưa … Tại sao? Cân lượng bình lưu |  SH < vào ban ngày, irrigated crops cánh đồng linh lăng tưới đẫm có bình lưu khơng khí từ vùng khơ nóng tới Rs lớn |  LE > Rs ?! |  Khơng khí nóng bình lưu từ cánh đồng hoang bên cạnh đến vùng tưới |  Nhu cầu bốc làm cho LE > Rs, dẫn đến làm lạnh bề mặt (SH < 0) 4.8 Biến động mùa cân lượng mặt đất |  Biến trình năm cân lượng bề mặt gắn liền với biến đổi độ chiếu nắng, nhiệt độ (vĩ độ trung bình vĩ độ cao) biến đổi lượng mưa (nhiệt đới) |  Biến trình năm Rs tuân theo độ chiếu nắng, phụ thuộc vào vĩ độ, điều kiện bầu trời albedo bề mặt |  Đặc điểm khí hậu ẩm ướt cân Rs LE |  Đặc điểm khí hậu khơ cân Rs SH •  Mùa đơng khơ, Tại vùng có vào mùa mưa nhiều mùa xuân độ chiếu hè, nơi bềnơi mặtkhí Ở nắng tăng lên trì tương đối ẩm, hậuđược khơ, làm lạnh cân làm lạnh khơng ẩn nhiệt nói ẩn nhiệt đáng làm lạnh chung bị giới hạn kể, ẩn ngoại trừ nhiệt hiển đốt nóng xạ tháng có mưa nhiệt bề mặt tuân theo chu kỳ năm •  Mùa hè, mưa đối lưu làm ướt bề mặt, làm lạnh •  Mọi nơi: bốc lại tiếp (SH, LE) >> G tục 4.10 Các thành phần lượng bề mặt đại dương |  Biến động năm hầu hết |  |  Biến trình năm thành phần nguồn nhiệt bề mặt cho khu vực gần 38oN, 71oW bị ảnh hưởng Gulf Stream |  |  thành phần lớn nhiều so với xạ Cường độ làm lạnh ẩn nhiệt cực lớn vào mùa đông chủ yếu cân giải phóng lượng tích luỹ nước ấm nhập nhiệt thơng qua dịng vận chuyển ngang Vào mùa đông nước bị làm lạnh (G+ΔF0 SH Rs biến đổi ngược 4.9 Biến động địa lý cân lượng bề mặt Các thành phần lượng xạ bề mặt trung bình năm |  |  |  |  |  Các thành phần cân lượng bề mặt trung bình năm Bức xạ bề mặt đạt cực đại nhiệt đới Bức xạ sóng dài lên xuống lớn nhiều so với xạ mặt trời xạ sóng dài xuống tương với dịng lên nên xạ sóng dài làm lạnh bề mặt yếu Thành phần làm lạnh ẩn nhiệt phản ánh xạ rõ tồn cầu hầu hết đốt nóng xạ bề mặt sử dụng cho bốc nước Làm lạnh hiển nhiệt nhỏ nhiều đồng với tăng nhẹ Bắc Bán cầu nơi nhiều lục địa Đại dương vận chuyển nhiệt từ xích đạo vùng ngoại nhiệt đới ảnh hưởng nhỏ hơncacs thành phần khác Biến động địa lý cân lượng bề mặt a)  Net radiation is greatest over the tropical oceans, where the surface albedo is low and the surface temperature is moderate b)  The evaporative heat loss from the surface has its greatest values over the mid-latitude, warm, western boundary currents, the Kuroshio and the Gulf Stream c)  The sensible heat loss is largest from relatively dry land areas The sensible heat loss from the ocean surface is small, except over the warm western boundary currents of the midlatitude oceans d)  The divergence of the heat flux in the ocean, or alternatively, the flux of heat from the atmosphere into the ocean, is large and negative over the western boundary currents ... mặt có ảnh hưởng mạnh mẽ đến độ nhạy khí hậu, biến đổi cách có hệ thống theo điều kiện khí hậu •  Cần phải xét đến trình hồi tiếp liên quan đến albedo bề mặt 4. 4.2 Sự đốt nóng bề mặt xạ sóng dài... 1.9×106 Chất hữu đất 1921 1300 2.5×106 Nước đất 41 82 1000 4. 2×106 Khơng khí đất 10 04 1.2 1.2ì103 ã Nhit dung ca khụng khớ t rt nhỏ, nên nước thay khơng khí đất nhiệt dung tăng lên nhiều •  Độ xốp... 102 /42 ) |  Lớp nước khoảng 70m đại dương tương tác với khí qui mơ thời gian khoảng năm, nhiệt dung đại dương gấp khoảng 25 lần khí |  è vai trị đại dương việc tích lũy lượng cho hệ thống khí hậu