Đại học quốc gia Hà Nội Trờng đại học khoa häc tù nhiªn Dennis L Hartmann KhÝ hËu vËt lý toàn cầu Biên dịch: Phan Văn Tân Trần Công Minh Phạm văn Huấn Hà Nội 2002 Global Physical Climatology Dennis L.Hartmann Department of atmospheric sciences Univercity of warshington Seatle warshington Academic press San Diego, New York, Boston London, Sydney, Tokyo, Toronto Lêi dÉn Khoa häc vỊ khÝ hËu b¾t đầu phát triển nhanh năm thuộc phần ba ci cïng cđa thÕ kû 20 Sù ph¸t triĨn nhanh vài nguyên nhân Trong khoảng thời gian quan sát trái đất từ mặt trăng đà làm cho ngời hiểu rõ chất khác thờng nhà hành tinh họ đồng thời điều làm cho ngời hiểu họ làm thay đổi môi trờng toàn cầu Sự phát triển khoa học kỹ thuật cho ta thông tin mới, định lợng biến động khí hậu khứ, số liệu quan trắc toàn cầu thông số khí hậu từ vũ trụ mô hình tính máy tính mà nhờ ta mô hệ thống khí hậu toàn cầu Những công cụ với liên quan đến biến đổi môi trờng toàn cầu hậu ngời đà thúc đẩy mạnh mẽ việc nghiên cứu khí hậu Nghiên cứu đại hệ thống khí hậu trái đất trở thành khoa học đa ngành kết hợp chặt chẽ khí quyển, đại dơng bề mặt đất chúng tơng tác với thông qua trình vật lý, hoá học sinh học Việc xử lý cách đầy đủ toàn hệ thống cha thể thực đợc việc hiểu biết bắt đầu phát triển Cuốn sách giới thiệu tơng tác vật lý hệ thống khí hậu từ quan điểm toàn cầu Đây vấn đề không dễ cần phải kết hợp nhiều môn học thuộc khoa học trái đất lại với nhau, nh khí tợng động lực, vật lý biển, truyền xạ, băng hà học, thuỷ văn học, khí tợng lớp biên cổ khí hậu Để cho sách bao quát đợc chủ đề phức tạp đòi hỏi nhiều lựa chọn khó khăn Tôi ®· cè g¾ng cung cÊp ý nghÜa cđa sù phøc tạp tính chất gắn kết với vấn đề khí hậu mà không chi tiết vào lĩnh vực Mặc dù cách tiếp cận đại nghiên cứu khí hậu xuất phát từ nhiều lĩnh vực khác nhau, việc lựa chọn gắn kết khái niệm lên vấn đề xác định xuất phát điểm cho ngành khoa học riêng biệt Trong sách cố gắng trình bày nguyên lý vật lý bản, bắt đầu kiến thức phụ trợ, để từ liên kết với nguyên lý hoá học sinh học Cuốn sách đợc dự định dùng làm giáo trình chuyên đề vật lý nâng cao cho đại học và, chơng cuối, sau đại học Tôi dùng chơng đầu nh kiến thức sở cho khoá học 10 tuần chơng trình đại học thuộc chuyên đề khoa học khí Chơng trình sau đại học cần phải đợc thay đổi cách bổ sung thêm kiến thức lấy từ tài liệu tham khảo có Phần lớn giáo trình khí hậu có tính mô tả đợc viết quan điểm nhà địa lý, nhng sách đợc viết theo quan điểm nhà vật lý Tôi cố gắng trình bày cách trực giác họat động hệ thống khí hậu dựa sở nguyên lý vật lý Khi đứng trớc việc lựa chọn cách tiếp cận đơn giản, cách xử lý xác cách xử lý toàn diện khái niệm quan trọng, chọn phơng án đơn giản Cách tiếp cận giúp sinh viên tiếp thu đợc ý tởng không khó khăn Ngời dạy chọn phơng án phức tạp trình bày vấn đề lý thú kinh nghiệm họ để làm cho đợc hấp dẫn Cuốn sách có đợc giúp đỡ nhiều ngời Nó đợc đúc rút qua 15 năm giảng dạy cho sinh viên đại học sau đại học, xin cám ơn sinh viên chuyên ngành ATMS 321 ATMS 571 trờng Đại học Tổng hợp Washington, ngời phải trải qua thử nghiệm góp ý cho thảo sách Giáo s Steve Esbensen lớp AtS 630 ông Đại học Tổng hợp bang Oregon đà góp ý cho thảo gần cuối chơng 17 vào mùa xuân năm 1993 Những ý kiến đóng góp đề xuất quí giá cho chơng riêng biệt nhận đợc từ David S Battisti, Robert J Charlson, James R Holton, Conway B Leovy, Gary A Maykut, Stephen G Porter, Edward S Sarachik, J Michael Wallace, Stephen G Warren Lời khuyên cổ vũ James R Holton quan trọng để hoàn thành sách Nhiều ngời đà đóng góp đồ thị, đặc biệt biết ơn cố gắng Otis Brown, Frank Carsey, Jim Coakley, Joey Comiso, Scott Katz, Gary Maykut, Pat McCormick, Robert Pincus, Norbert Untersteiner vµ Stephen Warren Grace C Gudmundson đà áp dụng kỹ nghề nghiệp biên tập bà để hoàn thành công trình với kiên trì, đức tính tốt Những cố gắng bà đà làm nâng cao đáng kể chất lợng sách sau in Cũng nh vây, kỹ máy tính nghệ thuật Kay M Dewar đà tạo số nhiều hình vẽ hấp dẫn Biệt tài Marc L Michelsen với máy tính đà trích số liệu từ nguồn lu trữ số hóa chuyển đổi chúng thành đồ thị máy tính chứa nhiều thông tin có sức quyến rũ Luanna Huynh Christine Rice đà giúp đỡ nhiệt tình làm phụ lục bảng biểu Những kết cố gắng để hiểu hệ thống khí hậu đà đợc hỗ trợ cách hào phóng nhiều năm qua khoản trợ cấp hợp đồng nghiên cứu phủ Liên bang Tôi đặc biệt hân hạnh tỏ lòng biết ơn hỗ trợ Chơng trình Động lực häc KhÝ hËu (the Climate Dynamics Program) Nhãm Khoa häc KhÝ qun cđa Q Khoa häc Qc gia (National Science Foundation), Chơng trình Thực nghiệm nguồn xạ Trái đất Hệ thống quan trắc Trái đất Cơ quan Vũ trụ Hàng không Quốc gia Tôi xin cám ơn tất đồng nghiệp tôi, ngời mà đà học đợc từ họ, ngời đà chia sẻ ý tởng họ với tôi, ngời đà tranh luận nghiêm túc Quyển sách đợc dành tặng cho gia đình tôi, đặc biệt vợ tôi, Lorraine, tôi, Alan Jennifer, tình yêu cống hiến họ cốt yếu để sách đợc hoàn thành Tôi hy vọng sách giúp cho việc giải thích đà phải sử dụng nhiều đêm nhiều ngày nghỉ cuối tuần trình nghiên cứu Tôi xin cám ơn bố mẹ tôi, Alfred Angeline, đà tạo cho khởi đầu sống tốt đẹp hỗ trợ suốt trình làm việc đầy hạnh phúc D L Hartman Chơng Mở đầu hệ thống khí hậu 1.1 Khí quyển, đại dơng bề mặt đất Khí hậu tổng hợp thời tiết vùng định Nó đợc xác định cách định lợng sử dụng giá trị yếu tố khí tợng địa phơng vào tháng mùa Giá trị trung bình yếu tố khí tợng đợc gọi yếu tố khí hậu bao gồm biến nh nhiệt độ, lợng ma, gió, khí áp, mây độ ẩm Trong định nghĩa khí hậu ta sử dụng giá trị yếu tố bề mặt trái đất Do ngời ta đặc tả khí hậu giá trị trung bình năm lợng ma 36 inch nhiệt độ trung bình năm 52oF Tuy nhiên, ngời ta cần lợng thông tin lớn giá trị trung bình năm Ví dụ, ngời nông dân muốn biết ma phân bố nh năm, lợng ma lớn tháng mùa hè Ngời kỹ s thuỷ điện cần biết biến đổi lợng ma nguồn tuyết dự trữ năm lớn đến mức Ngời xây dựng nhà cần biết thông số cần thiết để lắp đặt hệ thống sởi ấm làm mát phù hợp với thời tiết vïng TÇm quan träng cđa khÝ hËu lín nh− vËy nhng ta không ý tới Nếu khí hậu nh đà có sống văn minh hành tinh không phát triển nh Sự phân bố thực vật dạng đất đai mặt đất chủ yếu đợc xác định khí hậu địa phơng Khí hậu tác động đến đời sống loài ngời qua nhiều đờng; ví dụ khí hậu làm ảnh hởng đến kiểu quần áo nhà cửa Trong giới đại, với tiến kỹ thuật mạnh mẽ thÕ kû nµy, ng−êi ta cho r»ng khÝ hËu hình thành không sớm lịch sử loài ngời Trái lại, rõ ràng ta chịu ảnh hởng dao động biến đổi khí hậu lớn cha thấy Vì hệ thống cung cấp lơng thực, nớc, lợng gặp phải khó khăn nhu cầu đợc tối u hoá điều kiện khí hậu trung bình nay, dao động xu biến đổi khí hậu nguyên nhân khó khăn nghiêm trọng loài ngời Hơn nữa, dân số nớc phát triển tiêu thụ phần lớn sản phẩm nông nghiệp giới, số ngời gần nh sống bên bờ vực thẳm nghèo đói nh÷ng thêi kú khÝ hËu bÊt th−êng lín ch−a tõng thấy Cùng với dao động tự nhiên từ năm qua năm khác thời tiết có tác động quan trọng đến khí hậu, ta phải chịu trách nhiệm ảnh hởng hoạt động ngời việc gây xu biến đổi dài năm khí hậu Rõ ràng ngời tác động đến khí hậu địa phơng ảnh hởng đến khí hậu toàn cầu tăng lên tơng lai Những hoạt động loài ngời ảnh hởng đến khí hậu toàn cầu bao gồm làm biến đổi bề mặt tự nhiên trái đất làm biến đổi thành phần khí trái đất Khí hậu trái ®Êt biÕn ®ỉi tõ sù nãng bøc ë nh÷ng vïng nhiệt đới đến lạnh giá vùng cực từ khô hạn sa mạc đến ẩm ớt vùng rừng nhiệt đới Tuy nhiên, khí hậu trái đất cần cho sống sinh vật sống tồn cực đoan cđa khÝ hËu KhÝ hËu cđa mét vïng phơ thc vào vĩ độ, độ cao mặt biển hớng vực nớc, hớng núi hớng gió thịnh hành Trong sách ta quan tâm chủ yếu đến khí hậu toàn cầu biến đổi địa lý qui mô từ hàng trăm đến hàng nghìn km Để tập trung vào vấn đề này, biến đổi khí hậu qui mô không gian ngang nhỏ vài chục km đợc đề cập đến Khí hậu trái đất đợc xác định yếu tố thời tiết đo đợc Những yếu tố thời tiết đợc quan tâm trớc hết nhiệt độ ma Hai nhân tố định phân bố loài thực vật động vật phát triển chúng địa phơng định Tất nhiên yếu tố khác quan trọng Độ ẩm, lợng nớc không khí, nhân tố tiêu chuẩn khí hậu có liên quan chặt chẽ với nhiệt độ ma Sự ngng kết nớc khí tạo mây gồm giọt nớc tinh thể băng, làm biến đổi đáng kể tính chất xạ khí Mây ảnh hởng đến lợng xạ mặt trời tới mặt đất truyền phát xạ mặt đất tới khí Mây có tầm quan trọng hàng không hoạt động khác, mây đóng vai trò xác định ma nhiệt độ bề mặt Tốc độ hớng gió trung bình biến quan trọng cần xem xét khí hậu địa phơng, khuếch tán lan truyền chất ô nhiễm khí quyển, hàng không, hàng hải, lơng gió nhiều mục đích khác Hệ thống khí hậu trái đất xác định phân bố lợng nớc gần mặt đất chủ yếu gồm khí quyển, đại dơng mặt đất Nghiên cứu hệ thống toàn cầu mục đích sách (hình 1.1) 1.2 Nhiệt ®é khÝ qun NhiƯt ®é lµ biÕn khÝ hËu quan trọng Nhiệt độ trung bình toàn cầu bề mặt đất 288oK, hay 15oC 59oF Phạm vi biến thiên nhiệt độ bề mặt thích hợp sống tồn phát triển trái đất Các cực trị quan trắc đợc phạm vi biến thiên nhiệt độ bề mặt lạnh b»ng −89oC (−128,6oF) ë Vostok, Nam Cùc ®Õn nhiƯt ®é nãng nhÊt 58oC (136.4oF) ë Al Aziziyah, Libya Nh÷ng cùc trị nhiệt độ phản ánh giảm nhiệt độ từ vùng nhiệt đới, nóng, đến vùng cực lạnh nhiều Nhiệt độ thấp Vostok tác động vĩ độ độ cao mặt biển lớn (cao 3450m mực nớc biển) Hình 1.1 Toàn cảnh trái đất từ vũ trụ (Apollo Saturn, AS10, NASA, 1826 tháng năm 1969) Đặc điểm quan trọng phân bố nhiệt độ giảm nhiệt độ theo độ cao tính từ mặt đất đạt giá trị thấp khoảng 1015 km (hình 1.2) Tốc độ suy giảm đợc gọi tỷ lệ giảm nhiệt độ (hay gradient thẳng đứng nhiệt độ ND) đợc xác định = T z (1.1) T nhiệt độ z độ cao mực biển Tỷ lệ giảm nhiệt độ trung bình toàn cầu tầng đối lu vào khoảng 6,5oK/km, nhng tỷ lệ giảm biến đổi theo độ cao, theo mùa vĩ độ Trong tầng bình lu trên, nhiệt độ tăng theo độ cao khoảng 50 km Sự tăng nhiệt độ theo độ cao đặc điểm tầng bình lu, gây nên hấp thụ xạ mặt trời ozone Phía tầng bình lu, khoảng 50 km, nhiệt độ bắt đầu giảm theo độ cao tầng trung Nhiệt độ khí tăng nhanh khoảng 100 km đốt nóng hấp thụ xạ cực tím từ mặt trời làm phân ly phân tử oxy, nitơ ion khí tầng nhiệt Sự giảm nhiệt độ theo độ cao tầng đối lu yếu tố định đến nhiều chế, nhờ ấm áp bề mặt trái đất đợc trì Gradient thẳng đứng nhiệt độ tầng đối lu chế trì nhân tố việc xác định độ nhạy khí hậu, nh đợc thảo luận chơng Gradient thẳng đứng nhiệt độ tầng đối lu đợc xác định chủ yếu cân làm lạnh xạ đối lu nhiệt từ bề mặt Phân bố thẳng đứng nhiệt độ biến đổi theo vĩ độ mùa xích đạo nhiệt độ giảm theo độ cao đến khoảng 17 km mực biển (hình 1.3) Trung bình năm, đỉnh tầng đối lu miền nhiệt đới phần l¹nh nhÊt líp khÝ qun 20 km d−íi cïng vĩ độ trung bình vĩ độ cao nhiệt độ phần dới tầng bình lu hầu nh không phụ thuộc vào độ cao Gradient thẳng đứng nhiệt độ tầng đối lu vĩ độ cực nhỏ vùng gần xích đạo Về mùa đông mùa xuân vĩ độ cao nhiệt độ phần dới tầng đối lu thực tế tăng theo độ cao mực biển (hình 1.4) Vùng có gradient thẳng đứng nhiệt độ âm đợc gọi nghịch nhiệt Nghịch nhiệt cực có tác động quan trọng khí hậu vùng cực Nó xuất mặt đất lạnh mạnh thông qua phát xạ xạ hồng ngoại chiếu nắng mặt đất đêm đông bắc cực Trong không khí phát xạ không mạnh nh mặt đất nhiệt đợc truyền phía cực khí giữ cho không khí phần dới tầng đối lu ấm mặt đất Hình 1.2 Các tầng khí xác định theo profile nhiệt độ thẳng đứng 150N điều kiện trung bình năm (Số liệu từ US Standard Atmosphere Supplements,1966) Hình 1.3 Profile nhiệt độ trung bình năm lớp khí 20km dới dải vĩ độ (Số liệu từ Oort, 1983) Hình 1.4 Biến động mùa profile nhiệt độ 75oN (Số liệu từ Oort, 1983) Nhiệt độ bề mặt lớn gần xích đạo, vợt 26oC dải rộng nhiều vĩ độ (hình 1.5) Ngoài vành đai nhiệt độ bề mặt giảm phía hai cực Bắc bán cầu ta thấy nhiệt độ biến đổi theo mùa mạnh Nhiệt độ thấp vùng cực xuất vào tháng 2, thấp khoảng 26oC so với nhiệt độ tháng Biên độ mùa nhiệt độ giảm từ bắc cực phía xích đạo, nơi nhiệt độ trung bình vĩ hớng khoảng 27oC nam bán cầu chu kỳ mùa nhiệt độ nhỏ nhiều so với Bắc bán cầu Tơng phản lớn chu kỳ mùa nhiệt độ hai bán cầu xuất vành đai vĩ độ 4560 độ Biến đổi mùa nhiệt độ không khí vĩ độ trung bình Nam bán cầu nhỏ liên quan với tỷ lệ lớp phủ bề mặt đại dơng lớn Đại dơng tích trữ nhiệt hiệu Về mùa hè tích trữ nhiệt mặt trời cung cấp Vì để tăng nhiệt độ bề mặt biển đại dơng cần phải có lợng nhiệt lớn chiếu nắng mùa hè làm tăng nhiệt độ bề mặt lợng nhỏ Về mùa đông lợng nhiệt lớn đợc giải phóng cho khí với biến đổi tơng đối nhỏ nhiệt độ mặt biển Mặt đất đợc đốt nóng lạnh nhanh nhiều so với đại dơng Sự phân bố địa lý nhiệt độ bề mặt tháng tháng đợc hình 1.6 Phần sâu lục địa bắc bán cầu trở nên lạnh mùa đông, nhng mùa hè chúng nóng so với vùng đại dơng vĩ độ Biến đổi mùa nhiệt độ bề mặt sâu vùng Bắc Mỹ Châu lớn (hình 1.7) Biến đổi mùa Nam bán cầu nhỏ nhiều bề mặt đợc phủ phần lớn đại dơng 1.3 Thành phần khí Thành phần khí yếu tố định khí hậu trái đất Sự tơng tác chất khí khí với lợng xạ điều biến dòng lợng th«ng qua hƯ thèng khÝ hËu KhÝ qun cã khèi lợng khoảng 5,14 ì 1018 kg, nhỏ so với khối lợng đại dơng 1,39 ì 1021 kg khối lợng trái đất (thuần) 5,98 ì 1024 kg Không khí khô bao gồm hầu hết phân tử nitơ (78%) phân tử oxy (21%) Phần lại khí khí argon (1%) khí trơ Khoảng dới 1% khối lợng khí khí có vai trò quan trọng hấp thụ phát xạ lợng xạ Những khí bao gồm nớc (3,3 ì 103 tổng khối lợng khí quyển), carbon dioxide (5,3ì 107) ozone (6,42 ì 107), tiếp đến có methane, oxit nitơ khí khác (bảng 1.1) Hình 1.5 Sự phụ thuộc nhiệt độ không khí gần bề mặt vào vĩ độ tháng 1, tháng trung bình năm (Số liệu từ Oort, 1983) Hình 1.6 Bản đồ nhiệt độ bề mặt toàn cầu a) tháng b) tháng (Số liệu từ Shea, 1986, tái t¹o l¹i víi sù cho phÐp cđa NCAR − National Center for Atmospheric Research) 10 thô Ýt Sù hÊp thô tăng gần nh tuyến tính theo hàm lợng nớc mặt trời thiên đỉnh (các đờng đẳng trị cách góc thiên đỉnh gần − ND) H×nh 3.13 Sù phơ thc cđa a) albedo mây b) độ hấp thụ mây vào lợng nớc lỏng mây góc thiên đỉnh mặt trời Các giá trị đo % (Theo Stephens, 1978 In lại với cho phép Hiệp hội Khí tợng Mü − AMS) H×nh 3.14 Sù phơ thc cđa albedo hành tinh vào kích thớc giọt mây (Theo Slingo Schrecker, 1982 In lại với cho phép Hiệp hội Khí tợng Hoàng gia Royal Meteorological Society) Sự biến động albedo dạng mây tiêu biĨu khÝ qun bÞ chi phèi bëi sù biÕn động lợng nớc cột mây băng mây Tuy nhiên, albedo mây nhạy cảm kích thớc giọt nớc Hình 3.14 albedo tính toán mây thay đổi nh theo biến thiên bán kính giọt giữ cố định hàm lợng nớc lỏng Về nguyên tắc, kích thớc giọt 63 nhỏ albedo lớn, tổng diện tích bề mặt giọt nớc lớn so với trờng hợp khối lợng (nhng kích thớc giọt lớn ND) Mây hấp thụ xạ trái đất hiệu Hình 3.15 độ phát xạ mây nớc mây băng nh hàm hàm lợng nớc (lỏng ND) mây Mây trở nên mờ đục xạ sóng dài đờng biểu diễn nớc lỏng vợt khoảng 20g/m2 Nếu đờng nớc đạt tới độ cao mà nhiệt độ thực đồng nhất, bề mặt mây đợc giả thiết hấp thụ phát xạ xạ trái đất giống nh vật đen Giả thiết cho kết xác ngoại trừ mây mỏng nh mây cirrus mà thấu xạ phần xạ sóng dài Việc so sánh hình 3.13 3.15 albedo mây tiếp tục tăng với gia tăng hàm lợng nớc sau mây đà trở nên mờ đục xạ sóng dài 3.10 profile nhiệt độ Cân xạ đối lu Một phơng pháp đơn giản nhng hợp lý để hiểu đợc ảnh hởng truyền xạ khí hậu giải phơng trình truyền xạ điều kiện trung bình toàn cầu trái đất Điều bao gồm việc xây dựng mô hình thích hợp truyền (bức xạ ND) hệ thống băng dải quan trọng khác khí quyển, đa chúng vào cách tính toán phơng trình truyền xạ tơng tự dùng phơng pháp lặp để nhận đợc nghiệm cân ổn định Những mô hình nh phiên (version) đà đợc làm phức tạp nhiều mô hình cân xạ đơn giản đà nêu mục 3.8 Hình 3.15 Sự phụ thuộc phát xạ sóng dài vào a) hàm lợng nớc lỏng (Theo Slingo nnk, 1982; in l¹i víi sù cho phÐp cđa HiƯp héi Khí tợng Hoàng gia) b) hàm lợng băng (Theo Griffith nnk, 1980; in lại với cho phép Hiệp hội Khí tợng Mỹ) Các biến xác định dòng lợng xạ khí bao gồm thành phần khí khí quyển, tính chất xon khí mây, albedo bề mặt độ chiếu nắng Vì vận chuyển lợng theo phơng ngang chuyển động khí đại dơng làm ảnh hởng đến khí hậu địa phơng, nên đợc quan tâm để tính cân xạ điều kiện trung bình toàn cầu Trong mô hình 64 trung bình toàn cầu nhiệt độ tất biến khác phụ thuộc vào độ cao, độ chiếu nắng trung bình toàn cầu góc thiên đỉnh mặt trời đợc lấy cách thích hợp Để hiểu sở cân lợng xạ trái đất ta cần phải rõ điểm sau đây: 1) H2O: Hơi nớc chất khí quan trọng truyền xạ khí Sự phân bố biến động mạnh Nguồn cung cấp tiêu hao (sự bốc ngng tụ) đợc xác định khí hậu, mức độ biến đổi chúng nhanh nơi mà chuyển động khí làm xáo trộn không khí ẩm khô với Hơi nớc có dải dao động quay gần 6,3 àm liên tục quay bớc sóng dài khoảng 12 àm Nó chất hấp thụ xạ mặt trời tầng đối lu 2) CO2: Tỷ số xáo trộn carbon dioxide tăng khoảng 0,4% năm chủ yếu đốt cháy dầu than đá Năm 1990 có giá trị khoảng 350 ppmv Vì nguồn cung cấp tiêu hao CO2 lµ chËm so víi thêi gian nã hoµ trộn hoàn toàn vào khí quyển, tỷ số xáo trộn đợc giả thiết không đổi theo vĩ độ độ cao khoảng 100 km Dải dao động quay mạnh 15àm CO2 quan trọng truyền xạ sóng dài Một lợng đáng kể xạ mặt trêi bÞ hÊp thơ bëi carbon dioxide 3) O3: Ozone có nguồn cung cấp tiêu hao nhanh tầng bình lu, nơi hầu hết ozone khí khu trú Gần mặt đất ozone đợc tạo mối liên quan với sơng khói quang hoá Nồng độ tầng bình lu phụ thuộc vào nhiệt độ, độ chiếu nắng, loạt vết tích hoạt động quang hoá Ozone có dải dao động quay gần 9,6 àm, quan trọng truyền xạ sóng dài, có phân ly liên tục làm hấp thụ xạ mặt trời 200 300 nm Sự hấp thụ xạ mặt trời ozone làm đốt nóng khí gây nên tăng nhiệt độ theo độ cao tầng bình lu đỉnh tầng đối lu 4) Xon khí: Các dạng xon khí khác khí làm ảnh hởng đến truyền xạ mặt trời xạ trái đất Lớp xon khí axit sulfuric tồn gần 25 km tầng bình lu Xon khí sulfate tầng đối lu quan trọng xạ, dờng nh tăng kết hoạt động ngời, chủ yếu đốt cháy nhiên liệu hoá thạch 5) Albedo bề mặt: Albedo bề mặt biến đổi mạnh từ địa phơng đến địa phơng khác vùng lục địa, phụ thuộc vào dạng điều kiện chất bề mặt thực vật Trên biển thoáng hầu nh hàm góc thiên đỉnh mặt trời, nhng phụ thuộc vào trạng thái mặt biển Khi bề mặt bị tuyết phủ, albedo nói chung cao nhiều so với băng tuyết 6) Mây: Mây biến đổi đáng kể lợng dạng toàn cầu Chúng có ảnh hởng lớn đến truyền lợng xạ sóng dài xạ mặt trời khí Sự phân bố theo thời gian không gian tính chất quang học mây quan trọng khí hậu Để tính cân xạ trung bình toàn cầu cần phải tính chất xạ mây Cách tiếp cận đơn giản giả 65 thiết mặt phẳng mây song song rõ phân bố chúng theo phơng thẳng đứng Các tính chất quang học mây cần phải đợc làm rõ Đối với xạ mặt trời cần tỷ lệ chùm xạ bị mây hấp thụ phản xạ, tơng ứng chúng đợc gọi độ hấp thụ độ phản xạ Thông thờng mây nớc hấp thụ xạ mặt trời tơng đối yếu, nhng chúng làm tán xạ cách hiệu xạ mặt trời trở lại không gian vũ trụ có độ phản xạ lớn Mây dày đợc xem nh vật đen xạ sóng dài, chúng hấp thụ toàn xạ sóng dài đến phát xạ giống nh vật ®en víi nhiƯt ®é cđa khÝ qun ë cïng mùc với mây Một cách tiếp cận đơn giản thuộc tính ba dạng mây nh bảng 3.2 Những giá trị albedo dựa sở ớc lợng cũ không thiết tập tiêu biểu nhất, nhng chúng giá trị đợc sử dụng tính toán đợc nêu Hình 3.16 ®−a profile nhiƯt ®é tÝnh to¸n ®iỊu kiƯn cân xạ Nhiệt độ khí điều kiện cân xạ giảm nhanh theo độ cao gần bề mặt Trong tầng đối lu, profile nhiệt độ cân xạ bất ổn định thuỷ tĩnh theo nghĩa phần tử khí đợc nâng nhẹ lên bị tiếp tục lên Trong khÝ qun thùc, chun ®éng khÝ qun lÊy nhiƯt tõ bề mặt xáo trộn suốt tầng ®èi l−u H×nh 2.4 chØ r»ng chun ®éng khÝ lấy 60% lợng từ bề mặt vận chuyển nhiệt nớc, có 40% phát xạ xạ sóng dài Profile nhiệt độ trung bình toàn cầu khí trái đất profile cân xạ, mà profile cân xạ đối lu Để nhận đợc cân lợng thẳng đứng trung bình toàn cầu thực, cần phải đa vào dòng lợng thẳng ®øng chun ®éng khÝ qun H×nh 3.16 Profile nhiƯt độ tính toán theo cân xạ cân nhiệt với gradien nhiệt độ 9.80C/km 6.50C/km (Theo Manabe Strickler, 1964 In lại với cho phép Hiệp hội Khí tợng Mỹ) 66 Bảng 3.2 Giá trị độ phản xạ độ hấp thụ sóng ngắn mây tỷ lệ diện tích phủ đợc thừa nhận công trình Manabe Strickler (1964) Dạng Độ phản xạ sóng ngắn Độ hấp thụ sóng ng¾n % diƯn tÝch Cao (cirrus) 0.21 0.005 0.228 Trung (cumulus) 0.48 0.020 0.090 ThÊp (stratus) 0.69 0.035 0.313 Thñ thuật đơn giản để đa hiệu ứng vận chuyển lợng thẳng đứng chuyển động vào mô hình truyền xạ trung bình toàn cầu đợc gọi thủ thuật hiệu chỉnh đối lu Dới gò ép gradien nhiệt độ thẳng đứng không đợc phép vợt giá trị tới hạn 6,5 K/km Tại nơi mà trình xạ làm cho gradien nhiệt độ thẳng đứng lớn giá trị cực đại đà ra, truyền nhiệt phi xạ lên đợc giả thiết xuất để trì gradient nhiệt độ nói trên, cho lợng đợc bảo toàn Sự phân bố lại lợng thẳng đứng nhân tạo (artificial) đợc dùng để biểu diễn ¶nh h−ëng cđa chun ®éng khÝ qun ®Õn profile nhiƯt độ thẳng đứng, mà không tính toán cách rõ ràng dòng lợng phi xạ chuyển động khí Trong mô hình trung bình toàn cầu lớp đợc hiệu chỉnh kéo dài từ bề mặt đến đỉnh tầng đối lu Profile nhiệt độ cân lợng truyền xạ hiệu chỉnh đối lu đà đợc tính đến gọi profile cân xạ đối lu profile cân nhiệt Profile cân nhiệt cho trờng hợp gradien nhiệt độ cực đại giả thiết 6,5oC/km gradient đoạn nhiệt khô nhiệt độ 9,8oC/km đợc dẫn hình 3.16 Profile cân nhiệt nhận đợc với gradient nhiệt độ 6,5oC/km gần với profile nhiệt độ quan trắc trung bình toàn cầu Không có lý tồn trớc chọn gradient nhiệt độ hiệu chỉnh 6,5oC/km việc phù hợp với giá trị quan trắc trung bình toàn cầu Việc trì gradient thẳng đứng nhiệt độ khí phức tạp liên quan với nhiều trình qui mô chuyển động Việc sử dụng mô hình khí hậu nhằm để hiểu nhân tố quan trọng biến đổi nhân tố làm ảnh hởng tới khí hậu nh Đặc biệt, mô hình cân xạ đối lu chiều hữu ích để hiểu vai trò chất khí mây việc xác định profile nhiệt độ Hình 3.17 dẫn ba profile cân nhận đợc với thành phần khí khác nhng mây Khi có diện nớc nhận đợc profile xấp xỉ hợp lý với profile quan trắc, ngoại trừ tầng bình lu nớc Carbon dioxide có tỷ số xáo trộn 300 ppm làm tăng nhiệt độ khoảng 10K so với cân nhận đợc có mặt nớc Đỉnh tầng đối lu thể nét rõ tăng nhiệt độ theo độ cao, đặc trng cho tầng bình lu, xuất hấp thụ xạ mặt trời ozone đợc đa vào mô hình Sự đóng góp chất khí riêng biệt vào tốc độ đốt nóng cân xạ đối lu đợc hình 3.18 Trong tầng bình lu gradient thẳng đứng nhiệt độ cân xạ không lớn dơng, không đòi hỏi phải 67 hiệu chỉnh đối lu Cân bậc (firstorder) cân đốt nóng sinh ozone hấp thụ xạ mặt trời làm lạnh phát xạ sóng dài carbon dioxide Tầng đối lu không cân xạ, tốc độ làm lạnh xạ khoảng 1,5 K/ngày đợc cân truyền nhiệt đối lu từ bề mặt, nơi có không cân xạ dơng Trong khí làm lạnh sóng dài đợc lấy gần tốt làm lạnh nớc phát xạ Trong tầng đối lu, cách gần đúng, làm lạnh sóng dài từ carbon dioxide đợc cân hấp thụ xạ mặt trời nớc Từ kết tính toán cân xạ đối lu trình bày hình 3.17 3.18 ta kết luận rằng, nớc khí nhà kính quan trọng khí tự nhiên Các mô hình cân xạ đối lu đợc sử dụng để khảo sát ảnh hởng mây đơn đến profile nhiệt độ Hình 3.19 hiệu ứng việc đa vào loại mây có tính chất khác Mây thấp làm giảm mạnh nhiệt độ bề mặt tầng đối lu, việc đa thêm vào mây cao làm cho nhiệt độ bề mặt vợt giá trị nhận đợc điều kiện không mây Albedo mây thấp đợc giả thiết cao hơn, phản xạ xạ mặt trời lớn hơn, giải thích phần hiệu ứng làm lạnh mạnh chúng (bảng 3.2) Tuy nhiên, mây thấp có ảnh hởng yếu đến xạ sóng dài thoát ra, nhiệt độ đỉnh chúng cao hơn, điều giải thích phần tác dụng làm lạnh lớn mây thấp tính toán Hình 3.17 Các profile cân nhiệt cho ba trờng hợp khí có mây với gradien nhiệt độ thẳng đứng tới hạn 6.5 K/km Một trờng hợp khí có nớc; trờng hợp bao gồm nớc carbon dioxit; trờng hợp thứ bakhí chứa nớc, carbon dioxit ozone (Theo Manabe Strickler, 1964 In lại với sù cho phÐp cđa HiƯp héi KhÝ t−ỵng Mü) 68 Hình 3.18 Profile tốc độ đốt nóng xạ khí quang mây LH2O, LCO2 LO3 tốc độ đốt nóng tơng ứng liên quan với làm lạnh phát xạ sóng dài nớc, carbon dioxit ozone Tiếp đầu ngữ S tốc độ đốt nóng liên quan đến hấp thụ xạ mặt trời loại khí NET tổng đốt nóng xạ sóng dài xạ mặt trời tất chất khí (Theo Manabe Strikler, 1964 In lại với cho phép Hiệp hội Khí tợng Mỹ) Hình 3.19 Profile nhiệt độ cân nhiệt khí có phân bố mây khác Độ cao mây tơng ứng với dạng mây đợc ghi bên phải (L= m©y thÊp, M = m©y trung, H = m©y cao) Đờng đậm đứt qung profile cân ®iỊu kiƯn trêi quang (Theo Manabe vµ Strickler, 1964 In lại vơi cho phép Hiệp hội Khí tợng Mỹ) 3.11 Mô hình đơn giản hiệu ứng xạ mây Về tiềm năng, mây quan trọng độ nhạy khí hậu, chúng ảnh hởng đến truyền xạ mặt trời xạ sóng dài khí Mây đủ dày hầu nh chất hấp thụ tốt điển hình xạ trái đất đồng thời chất phản xạ tuyệt vời xạ mặt trời Hai tính chất mây tạo 69 hiệu ứng ngợc đến cân xạ Sự phản xạ xạ mặt trời có xu hớng làm lạnh trái đất Vì nhiệt độ giảm theo độ cao khí nên mây làm giảm dòng xạ trái đất thoát không gian vũ đỉnh khí quyển, dẫn đến làm khí hậu ấm lên Ta minh hoạ vai trò tơng đối mây phản xạ xạ mặt trời ngăn chặn xạ sóng dài mô hình đơn giản ảnh hởng chúng đến cân lợng toàn cầu giới hạn khí Cân lợng đỉnh khí hiệu xạ mặt trời hấp thụ đợc xạ sóng dài thoát kh«ng gian vị trơ (OLR) R TOA = ( ) S0 − α p − F↑ (∞ ) S0 số mặt trời, p albedo, ®ã (3.55) S0 (1 − α p ) = Qabs xạ mặt trời hấp thụ đợc Ta muốn tính sai khác xạ đa thêm vào lớp mây có tính chất định so với điều kiện trời quang ∆RTOA = Rcloudy − Rclear = ∆Qabs − ∆F↑(∞) (3.56) Giả sử ta biết đợc albedo hai điều kiện có mây trời quang, sai khác xạ mặt trời hấp thụ đợc là: ( ) S0 S α cloudy − (1 − α clear ) 4 S S = α cloudy − α clear = − ∆α p 4 ∆Q abs = ( (3.57) ) Để tính biến đổi OLR ta trõ (3.45) cho (3.39): ∆F↑(∞) = F↑cloudy(∞) − F↑clear(∞) ∆F↑(∞ ) = σTz4ct J (z ct , ∞ ) − σTs4 J (z s , ∞ ) + (3.58) J ( z ct ,∞ ) ∫ σT(z′) dJ (z′, ∞) (3.59) J ( z s ,∞ ) NÕu đỉnh mây nằm cao chất khí hấp thụ xạ sóng dài nớc, ta có thÓ lÊy xÊp xØ: J{zct,∞} = 1.0 (3.60) tr−êng hợp (3.59) trở thành: F ( ) = T z4 − σTs4 J (z s , ∞ ) + ct ∫ σT(z′) dJ (z′, ∞) (3.61) J(z s ,∞) hay: ↑ (∞ ) ∆F↑ (∞ ) = σTz4 − Fclear (3.62) ct Thay (3.57) vµ (3.62) vµo (3.56) nhận đợc công thức gần biến đổi xạ đỉnh khí sinh đa thêm mây vào khí 70 trêi quang ∆R TOA = − S0 ↑ (∞ ) − σTz4ct ∆α p + Fclear (3.63) NÕu ®Ønh mây nằm cao chất hấp thụ sóng dài, ®ã (3.63) chØ r»ng sù biÕn ®ỉi bøc x¹ sinh mây phụ thuộc vào tơng phản albedo điều kiện trời quang điều kiện có mây, phụ thuộc vào nhiệt độ đỉnh mây Vì hầu hết nớc nằm khoảng vài km d−íi cïng cđa khÝ qun nªn xÊp xØ (3.60) mặt định tính cho trờng hợp mây có đỉnh phía khoảng 45 km Từ (3.63), có khả là, tơng phản albedo nhiệt độ đỉnh mây phải cho mây không làm biến đổi xạ Muốn vậy, đặt RTOA = (3.63) tính đợc nhiệt độ đỉnh mây 1/ Tz ct (S0 / 4)∆α p + Fclear (∞) ⎫⎪ =⎨ ⎬ σ ⎪⎩ ⎪⎭ (3.64) NÕu ta gi¶ thiÕt r»ng nhiƯt độ giảm với tốc độ suy giảm (gradient thẳng đứng) từ giá trị bề mặt TS, nhiệt độ đỉnh mây liên hệ với độ cao cña nã TZct = TS − Γz ct (3.65) Ta sử dụng (3.64) (3.65) để tính độ cao đỉnh mây cho trờng hợp OLR giảm khử bỏ giảm xạ mặt trời hấp thụ đợc liên quan tới diện mây Để thay giá trị số vào ta sử dụng thông lợng xạ mặt trêi b»ng 1367 W/m2, OLR ®iỊu kiƯn trêi quang 265 W/m2, nhiệt độ bề mặt 288K, gradien nhiệt độ thẳng đứng 6,5K/km Tất giá trị hợp lý điều kiện trung bình toàn cầu Đờng cong kết tính độ cao đỉnh mây biểu diễn theo độ tơng phản albedo đợc cho đờng cong đậm nét hình 3.20 Mây có độ tơng phản độ cao dọc theo đờng đậm nét thực không ảnh hởng đến cân lợng đỉnh khí Mây có độ tơng phản độ cao chiếu dọc theo đờng phía dới làm giảm xạ thuần, hay làm lạnh, chiếu dọc theo đờng phía làm nóng lên Có thể nhận đợc giá trị albedo mây gần cho điều kiện trung bình toàn cầu cách thêm vào giá trị albedo điều kiện trời quang lợng khoảng 15% Khi đỉnh mây nâng lên độ tơng phản albedo điều kiện có mây trời quang, nhân tố làm cân biến đổi OLR, tăng lên Mây có đỉnh cao, lạnh albedo thấp gây nên biến đổi dơng đáng kể xạ thuần, mây thấp, sáng chói gây nên biến đổi âm lớn xạ đỉnh khí 71 Hình 3.20 Các đờng cong biến đổi xạ đỉnh khí gây nên đa mây vào khí quang mây đợc vẽ phụ thuộc vào độ cao đỉnh mây tơng phản albedo hành tinh điều kiện quang mây có mây Những biến đổi xạ đợc tính mô hình gần mô tả mục 3.8 mà không phù hợp mây có đỉnh thấp khoảng km Các đờng từ 100 đến +150W/m2 đợc vẽ với khoảng cách đờng 50W/m2 Đờng (zero), nơi mây thực ảnh hởng đến thành phần xạ đỉnh khí quyển, đợc tô đậm đờng có giá trị âm đờng đứt qung 3.12 Vai trò quan trắc mây cân lợng trái đất Có thể đo dòng lợng xạ vào thoát khỏi trái đất từ vệ tinh quĩ đạo Nếu độ phân giải không gian phép đo dòng lợng dụng cụ vệ tinh đủ lớn, nhận biết đợc phép đo điều kiện mây Những phép đo mây đợc lấy trung bình để ớc tính nguồn xạ điều kiện trời quang Nếu tình mây đợc lấy để biểu diễn khí điều kiện không mây sai khác nguồn xạ điều kiện không mây (nguồn xạ ND) trung bình tất phép đo biểu thị ảnh hởng mây đến nguồn xạ Ta gọi ảnh hởng mây đến nguồn xạ tác động xạ mây đến cân lợng Bảng 3.3 ớc lợng thành phần nguồn xạ đợc lấy trung bình năm toàn cầu điều kiện trung bình, điều kiện không mây, hiệu chúng mà đợc gọi tác động mây Độ không chắn ớc lợng vào khoảng 5W/m2, nh đà xạ trung bình W/m2, mà mặt lôgic phải Những trị số quan trắc làm tròn cho thấy mây làm tăng albedo từ 15% đến 30%, điều dẫn đến giảm xạ mặt trời hấp thụ đợc 50 W/m2 Sự làm lạnh đợc bù đắp phần hiệu ứng nhà kính mây làm giảm OLR khoảng 30 W/m2 Nh vậy, tác động tuý mây đến nguồn xạ đà làm khoảng 20 W/m2 ý nghĩa số chỗ mây đột ngột bị xoá bỏ mà không làm thay đổi biến khí hậu khác, trái đất thu nhận thêm đợc 20 W/m2 vào xạ bắt đầu nóng lên Mức độ tăng nhiệt độ hậu biến đổi cân 72 xạ đợc trình bày chơng Bảng 3.3 Tác động xạ mây ớc tính từ số liệu vệ tinh Trung bình Mây tự Tác động mây OLR 234 266 +31 Bức xạ mặt trời hấp thụ đợc 239 288 48 Bức xạ +5 +22 17 Albedo 30% 15% +15 Mật độ thông lợng xạ tÝnh b»ng W/m2 vµ albedo tÝnh b»ng % (Theo Harrison nnk, â American Geophysical Union) Sự phân bố mây quan trắc đợc ớc lợng hai cách Những quan trắc viên bề mặt ghi lại dạng tỷ lệ phân bố mây chuỗi dài số liệu quan trắc nh đợc biên tập đa vào khí hậu học mây (Warren nnk, 1986, 1988) Trong năm gần ngời ta đà cố gắng mô tả cách hệ thống đặc điểm phân bố mây từ số liệu quan trắc xạ hồng ngoại xạ nhìn thấy nhận đợc từ vệ tinh khí tợng (Rossow Schiffer, 1991) Mỗi tập số liệu có mặt mạnh mặt yếu liên quan đến vị trí quan trắc (từ dới lên khác với từ xuống) dụng cụ quan trắc (mắt ngời khác với xạ kế) Những quan trắc bề mặt quan sát đợc chân mây tốt nhiều, số liệu đo vệ tinh xác định xác đỉnh đám mây cao cung cấp trực tiếp trung bình ớc lợng độ dày quang học ánh sáng nhìn thấy mây Hình 3.21 dẫn đồ toàn cầu tỷ lệ diện tích che phủ mây có đỉnh mực khí áp nhỏ 440 mb (mây cao), mây có đỉnh mực khí áp lớn 680 mb (mây thấp) mây có đỉnh mực khí áp (tổng lợng mây) Mây cao tập trung dải đối lu nhiệt đới vùng xích đạo thuộc Nam Mỹ châu Phi, chủ yếu tập trung vùng Indonesia vùng lân cận đông ấn Độ tây Thái Bình Dơng Mây thấp phổ biến vùng bờ đông đại dơng cận nhiệt đới vĩ độ trung bình Mây thấp tập trung bờ đông đại dơng cận nhiệt đới có liên quan với nhiệt độ mặt biển thấp trung bình (hình 7.11) bao gồm mây tằng tích bị chặn dới lớp nghịch nhiệt Mây thấp tập trung nhiều vùng đại dơng nói chung đất liền quan trắc đợc Độ che phủ tổng cộng mây (lợng mây tổng quan ND) phản ánh u vùng đại dơng, vĩ độ trung bình, nơi lợng mây tổng quan lớn Cực tiểu lợng mây tổng quan xuất vùng sa mạc cận nhiệt đới, nhng vùng có lợng mây tổng quan thấp xuất biển Caribbe vùng cận nhiệt đới nam Thái Bình Dơng, Đại Tây Dơng ấn Độ Dơng Có thể nhận đợc ớc lợng ảnh hởng mây đến nguồn lợng xạ đỉnh khí từ số liệu đo dòng lợng dải rộng vệ tinh 73 (Harrison nnk, 1990) Tác động sóng dài mây làm giảm OLR mây góp phần làm tăng nguồn xạ có tác dụng làm khí hậu bề mặt ấm lên Sự đóng góp lớn xảy vùng đối lu dải hội tụ nhiệt đới (ITCZ) nhiệt đới, nơi nhiều mây cao với đỉnh lạnh (hình 3.22a) Sự giảm xạ mặt trời hấp thụ đợc lớn vùng này, mây đối lu sâu có albedo cao, mây thấp vĩ độ cao làm giảm xạ mặt trời hấp thụ đợc hiệu (hình 3.22b) ảnh hởng tuý mây đến nguồn lợng đỉnh khí nói chung nhỏ so với thành phần xạ sóng ngắn sóng dài nó, hầu hết trờng hợp chúng có dấu ngợc Đóng góp tuý mây lớn làm giảm xạ mây thấp vĩ độ cao vùng mây tầng phía đông đại dơng cận nhiệt đới (hình 3.22c) 74 Hình 3.21 Phần trăm diện tích mây bao phủ trung bình năm ớc lợng từ số liệu vệ tinh dự án Khí hậu mây vệ tinh quốc tế (International Satellite Cloud Climatology Project) (Theo Rossow vµ Schiffer, 1991) (a) Mây có đỉnh cao 440mb, (b) mây có đỉnh thấp 680 mb (c) tất loại mây Trong hình (a) (b) khoảng đờng 5%, với giá trị lớn 30% đợc tô nhạt, lớn 50% đợc tô đậm Trong (c) khoảng đờng 5% , nhng tô nhạt nơi có giá trị lớn 50% tô đậm giá trị lớn 80% 75 Hình 3.22 Nguồn xạ đỉnh khí trung bình năm tác động mây ớc lợng theo số liệu vệ tinh dự án Khảo sát thực nghiệm nguồn xạ Trái đất (Earth Radiation Budget Experiment ERBE; Harrison nnk, 1990) a) Sự giảm OLR gây nên mây, b) Sự tăng xạ mặt trời hấp thụ đợc mây (Chú ý giá trị âm), c) Sự tăng xạ mây Khoảng cách đờng 10W/m2 Các vùng đợc tô giá trị lớn +40 hình a), nhỏ 40 (nhạt) 80 (đậm) hình b), nhỏ 40 (đậm) lớn (nhạt) hình c) 76 Câu hỏi tập Giả sử chất khí hấp thụ xạ mặt trời có tỷ số xáo trộn đồng 1g/kg hệ số hấp thụ m2/kg Tại độ cao xuất cực đại cờng độ hấp thụ lợng đơn vị khối lợng? Giả thiết khí đẳng nhiệt có nhiệt độ T=260K, khí áp bề mặt 1,025 x 105 Pa, mặt trời chiếu thẳng đỉnh đầu Trong 1, phạm vi tần số hấp thụ xảy chiếm 5% dòng lợng mặt trời tổng cộng, tốc độ đốt nóng độ ngày mực hấp thụ lợng cực đại? Tốc độ đốt nóng độ cao qui mô phía phía dới mực hấp thụ lợng cực đại bao nhiêu? Sử dụng độ nắng trung bình toàn cầu Làm với góc thiên đỉnh mặt trời 45 độ Nhận xét khác góc thiên đỉnh gây Sử dụng mô hình hình 3.10, nhng phân bố đốt nóng xạ mặt trời cho 0,3 σTe4 bÞ hÊp thơ tõng líp cđa hai lớp khí 0,4 Te4 lại bị hấp thụ bề mặt Tính profile nhiệt độ cân xạ Nó khác so với trờng hợp tất xạ mặt trời đợc dùng đốt nóng bề mặt? Đặt hai lớp mô hình hình 3.10 độ cao 2,5 5,0 km Giả thiết cố định gradien nhiệt độ 6,5 K/km Tìm phơng trình cân lợng bao gồm dòng lợng đối lu cha biết từ bề mặt đến lớp dới thấp từ lớp thấp đến lớp Tìm profile nhiệt độ cân nhiệt tìm dòng lợng đối lu đòi hỏi từ bề mặt lớp dới thấp (Gợi ý: Thực đỉnh khí xuống lớp dới) So sánh dòng xạ đối lu nhận đợc với giá trị cho hình 2.4? Cũng với điều kiện 5, hÃy tính profile nhiệt độ cân xạ tuý hiệu chỉnh đối lu Vẽ profile nhiệt độ cân xạ tuý cân nhiệt từ mô hình với mực 2,5 5,0 km so sánh chúng với profile đà nêu hình 3.16 Điều xảy mực đợc dịch chuyển lên xuống km? Sự phụ thuộc lớp vào độ cao có hợp lý không? Giả sử mây đối lu nhiệt đới làm cho albedo hành tinh trung bình đạt khoảng 0,6 so với albedo điều kiện không mây khoảng 0,1 Độ chiếu nắng khoảng 400 W/m2 OLR điều kiện không mây khoảng 280 W/m2 Sử dụng mô hình đơn giản mục 3.11 để tìm nhiệt độ đỉnh mây mà nhiệt độ ảnh hởng xạ mây Nhiệt độ có quan trắc thấy tầng đối lu nhiệt đới không có đâu? (tham khảo hình 1.3) Nếu nhiệt độ bề mặt 300K gradien nhiệt độ thẳng đứng trung bình K/km, độ cao đỉnh mây sinh hiệu ứng sóng dài sóng ngắn mây thực ngợc nhau? Cũng với điều kiện 7, cờng độ (rate) lợng xạ albedo mây 0,7 0,6? Đỉnh mây cần hạ thấp để tạo giảm xạ nh− nhau? 77 ... không khí (g) (12 C =12 ) khô 5 ,13 6x10 21 Toàn khí Không khí khô 10 0,0% 5,ll9x10 21 Nitơ N2 78,08 % 3,87 x10 21 Oxy 02 20,95% 1, 185 x10 21 Argon Ar 0,934% 6,59 xl 019 Hơi nớc H2 Biến đổi 1, 7 x1 019 KhÝ... −2,76 x18 Neon Ne 18 ,18 ppmv 6,48 xl 016 Kripton Kr 1, 14 ppmv 1, 69x1 016 Hªli He 5,24 ppmv 3, 71 x1 015 Metan CH4 1, 72 ppmva −4,9x1 015 Xenon Xe 87ppbv 2,02xl 015 Ozone 03 BiÕn ®ỉi −3,3 xl 015 Oxide... N2O 310 pphva −2,3 xl 015 Oxide Carbon CO 12 0 ppbv −5,9 x1 014 Hydro H2 500ppbv ? ?1, 8x1 014 Amoniac NH3 10 0 ppbv −3,0 x1 013 Dioxide Nit¬ NO2 I pphv −8 ,1 x1 012 Sulfur dioxide SO2 200 pptv −2,3 x1 012