Giáo trình vật lý khí quyển

PGS TS NGUYỄN VĂN THẮNG GIÁO TRÌNH VẬT LÝ KHÍ QUYỂN NHÀ XUẤT BẢN TÀI NGUN-MƠI TRƯỜNG VÀ BẢN ĐỒ VIỆT NAM Giáo trình Vật lý khí V LỜI NĨI ĐẦU ật lý khí khoa học nghiên cứu tƣợng trình vật lý khác xảy khí nhƣ phát xạ, đốt nóng - làm lạnh, chu trình chuyển đổi pha: Hơi nƣớc - nƣớc - đá, chuyển động khí qui mơ mơi trƣờng khác Nói cách khác, theo nghĩa rộng, mơn vật lý khí khoa học nghiên cứu xạ mặt trời, cân nhiệt lƣợng, cân lƣợng nƣớc hồn lƣu khí coi mơn học vật lý khí khoa học sở lý luận khí hậu học Vật lý khí ln tiến đến kết cuối tìm kiếm cách thức dự báo tƣợng khí – đại dƣơng Tất nhiên, khó khăn dự báo phụ thuộc vào hiểu biết ngƣời qui luật vật lý điều khiển dịng chảy khơng khí cách định lƣợng Việc cung cấp kiến thức đầy đủ cho chƣơng trình đào tạo đại học sau đại học vật lý khí quyển: Thành phần khí quyển; Áp suất khí quyển; Bức xạ mặt trời; Chế độ nhiệt; Chuyển động đối lƣu khí quyển; Động lực học khí Hồn lƣu khí ln u cầu cấp thiết Giáo trình "Vật lý khí quyển" đƣợc biên soạn với mục đích đáp ứng yêu cầu chƣơng trình đào tạo đại học đại học chun ngành khí tƣợng thủy văn, phịng chống thiên tai phát triển bền vững Trong trình biên soạn giáo trình, chúng tơi nhận đƣợc giúp đỡ quý báu Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn Biến đổi khí hậu đơng đảo đồng nghiệp ngành Các tác giả chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Xin chân thành cảm ơn TÁC GIẢ 11 Giáo trình Vật lý khí CHƢƠNG I: THÀNH PHẦN VÀ CẦU TRÚC KHÍ QUYỂN 1.1 Thành phần khí + Thành phần khí phụ thuộc vào nhóm chất tồn khí quyển, là: - Các nhóm chất khí nhƣ: Nitơ (N2), Ơxi (O2) Acgơn (A) có lƣợng khơng thay đổi tồn đến độ cao tầng nhiệt (Turbopausa) Trong số cịn có nƣớc (H2O), nhiên lƣợng nƣớc không khí thay đổi mạnh theo thời gian khơng gian - Các chất khí ổn định chất hố học bền vững, nhƣng có lƣợng nhƣ khí Cácbonnic (CO2), Ơxít Các bon (CO), Mê tan (CH4) Thêm vào số cịn có Ozon tầng đối lƣu tầng bình lƣu, coi tƣơng đối ổn định - Các phân tử chƣa bão hồ khơng ổn định (trong hoá học gọi "xúc tác tự do") Các chất có số lƣợng nhƣng hoạt tính hố học mạnh, nhanh chóng tạo thành phân huỷ (thỉnh thoảng với nhóm 2) - CH3OOH, CH2O, NO, HO2, OH tƣơng tự Thêm vào số cịn có Ozon tầng cao khí - Các Sol khí hạt nhỏ cứng lỏng chất khác lơ lửng khơng khí (khói, bụi, hạt mây, sƣơng mù ) Trong khơng khí khơ (là khơng chứa nƣớc hạt chất rắn chất nƣớc cả), lƣợng chất nhƣ sau: Bảng 1.1: Các chất khí khí (khơng tính đến nước) Những chất N2 Nitơ (O2) A Ơxi Acgon CO2 Khí Cácbonnic Lƣợng chứa % 78,08 20,95 0,93 theo thể tích 0,03 Mật độ so với 0,97 1,11 khơng khí 1,38 1,53 Phân tử lƣợng 39,9 44 28 32 Ne CH4 Neon Mê tan Kr H2 Kripton Hydro 1,8x10-3 1,2-1.5x10-4 1,4x10-4 5x10-5 20,2 32 16 83,8 N2O 2-Ôxit Nitơ 3,5x10-3 44 Giáo trình Vật lý khí - Nitơ N2 chiếm 78,08% thể tích trơ (khí trơ) hầu nhƣ không tham gia hấp thụ lƣợng chuyển thành hợp chất khí Chỉ lớp thổ nhƣỡng có số loại vi khuẩn sử dụng Nitơ, cách chuyển vào thành phần thể sống đồng thời thả vào khí lƣợng khơng lớn 2-Ơxit Nitơ (N2O) có mặt tầng đối lƣu khoảng 3,510-5 % thể tích Hai Ơxit Nitơ sau tạo Ơxit Nitơ (NO) đóng vai trị định việc hình thành tầng ion Năng lƣợng cần để tách phân tử N2 khoảng 9,76ev (1ev = 1,60210-19J Lƣợng tử có lƣợng 1ev tƣơng ứng với bƣớc sóng l = 1,2394µm) Cịn Ơxi cần lƣợng 5,12ev với l = 127nm Nhƣ vậy, việc điện phân N2 xẩy độ cao cao (trên 100km) nơi khơng cịn có O2 Acgon (A) hầu nhƣ bị động (cũng nhƣ Neon, Kripton Csêton) Trong tầng nhiệt chất khí nặng nên khơng có Heli (He) đƣợc tạo thành thơng qua phản ứng phóng xạ 1.2 Cấu trúc khí lớp khí Khí vỏ bọc khí quanh trái đất có trọng lƣợng (kể phần thể tích lục địa chiếm bề mặt biển) 5,157x 1015 = 1/triệu trọng lƣợng trái đất (5,98x1021 tấn) Trái đất có dạng hình Elíp quay với nửa trục xích đạo 6.378,2km, nửa trục cực 6.356,9km (độ nén khoảng 1/298,24) Bề mặt trái đất mặt nƣớc biển 510.075.800km2, chu kỳ vòng quay quanh trục 23 56 phút 4,1 giây Đến gần độ cao 200km, khơng khí bám theo trái đất nhƣ lớp mỏng nơi (theo phƣơng ngang) Nhƣng cao 200km nhiệt độ mật độ khơng khí thay đổi mạnh theo thời gian khơng gian khí bị dao động, giãn nở, nén lại Dó khí bên ngồi có hình dáng khơng chuẩn 1.2.1 Các lớp khí + Trong khí có số lớp Đối lƣu, Bình lƣu, Tầng Mezo, Tầng nhiệt (thỉnh thoảng gọi tầng ion) - Tầng Đối lƣu: Có độ cao từ mặt đất đến 17km vùng từ 420B - 420N chiếm 67% bề mặt trái đất đến độ cao 11km ngồi vùng 34 Giáo trình Vật lý khí Trong tầng đối lƣu, nhiệt độ giảm theo độ cao, nhiều có bất ổn định, chuyển động vận chuyển phƣơng đứng mạnh, nhƣ điều kiện thuận lợi cho việc chuyển nhiệt thành động Do sƣởi ấm khác theo vĩ độ, lục địa biển, , dịng biển nóng, lạnh nên xuất dịng khơng khí nóng, lạnh tầng đối lƣu Chúng thƣờng đƣợc phân cách ranh giới rõ ràng Front Các dịng thăng, sóng Front tạo đám mây có dạng khác tầng đối lƣu mà từ gây tuyết, mƣa Phần dƣới tầng đối lƣu khoảng 1,0 - 1,5km gọi lớp biên Trong lớp biên có trao đổi tích cực chuyển động, nhiệt nƣớc khí bề mặt trái đất đại dƣơng hình thành rõ Front, xuất gió địa phƣơng (cục bộ) Phần dƣới lớp biên khoảng 50m gọi lớp sát đất khí quyển, gradient phƣơng đứng nhiệt độ lớn, vận tốc gió độ ẩm cao - Ranh giới chuyển từ tầng đối lƣu lên bình lƣu gọi đối lƣu hạn (tropopause) Phần dƣới tầng bình lƣu, gradient phƣơng đứng nhiệt độ nhỏ sau nhiệt độ tăng nhanh theo độ cao từ khoảng 34-36km đến bình lƣu hạn (Stratopause) gần 50m Tầng bình lƣu hầu nhƣ ấm nhƣ mặt đất (trung bình khoảng 2700K) Sự phân bố nhiệt độ nhƣ không thuận lợi cho việc phát triển chuyển động đứng bất ổn định Độ ẩm nhỏ mây đƣợc tạo thành Thành phần không khí khác đối lƣu hỗn hợp Ozon nhiều - Cao tầng bình lƣu tầng Mezo (tầng trung quyển), nhiệt độ lại tiếp tục giảm theo độ cao có đến -1100C (ở phần trên) xuất đám mây bạc mà hình dạng chứng tỏ tầng Mezo có tồn sóng xốy Lớp chuyển tiếp gọi Trung hạn Mezo hạn (Mezopause) độ cao khoảng 82km - Trên tầng Mezo (từ Mezo hạn) tầng nhiệt quyển, nhiệt độ tăng nhanh theo độ cao (ở độ cao 200-250km, có nhiệt độ lên tới 1800K) Ở độ cao khoảng 106km, khơng khí khí di chuyển nhiều dịng chảy khơng khí gió, thành phần khơng khí khắp nơi nhƣ nhau, nhƣng cao độ cao này, đƣợc gọi độ cao "nhiệt hạn" (Turbopause), khơng khí bị thay đổi: Phần lớn có Oxi nguyên tử (O), khơng có CO2 xuất 54 Giáo trình Vật lý khí ion hố mạnh Cho nên phần cuối hay gọi tầng ion Trên cao tầng ngoại Nhiệt KM 1000 - 300 - 100 - p = 0,6 10-6 atm 80 - Nhiệt hạn Mêzô Mêzô hạn 60 - Bình lưu hạn 40 - T Bình lưu 30 20 15 - Đối lưu hạn Đối lưu 10 - p = 1atm T = 200 250 300 Hình 1.1 Cấu trúc khí 1.2.2 Các yếu tố khí tượng + Những đại lượng đặc trưng cho trạng thái khí tượng thời tiết riêng biệt đối tượng quan trắc khí tượng chung, gọi yếu tố khí tượng - Những yếu tố khí tượng là: Áp suất khí Nhiệt độ khơng khí 56 Giáo trình Vật lý khí Độ ẩm khơng khí Lƣợng mây dạng mây Những giáng thuỷ khí lớp tuyết phủ Gió Tầm nhìn xa - Những yếu tố khí tƣợng bổ sung là: Nhiệt độ đất nhiệt độ nƣớc Độ bốc nƣớc 10 Thời gian mặt trời chiếu sáng Ngồi ra, ngƣời ta cịn ghi tƣợng khí khác (nhƣ tƣợng điện, quang, sấm, chớp ) Các tƣợng khí tƣợng đƣợc Tổ chức Khí tƣợng giới (WMO) phân loại gồm: Thuỷ, thạch, điện quang tƣợng nhƣ sau: Thuỷ tƣợng: Là tƣợng khí tƣợng sinh biến đổi trạng thái khác nƣớc khí nhƣ: Mƣa, mƣa phùn, mƣa đá, tuyết hay hạt nhiều lơ lửng khí nhƣ sƣơng mù, mù ; hạt bị gió nâng lên nhƣ nƣớc, bão tuyết, , kết ngƣng kết sát mặt đất nhƣ sƣơng móc, sƣơng muối, Thạch tƣợng: Là tƣợng đƣợc tố thành hạt phần lớn rắn khơ, lơ lửng khơng khí nhƣ mù khơ, khói, , bị gió nâng lên di chuyển mặt đất nhƣ bão, bụi, bão cát, Điện tƣợng: Gồm hình thức biểu điện khí mà ta thấy đƣợc, nghe đƣợc nhƣ chớp, sấm, cực quang, Quang tƣợng: Là tƣợng sinh phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa ánh sáng từ mặt trời, mặt trăng nhƣ quầng, tán, cầu vồng, vân ngũ sắc, Các tƣợng có quy định ghi theo ký hiệu + Bổ sung cho quan trắc yếu tố khí tƣợng cịn có tổ chức quan trắc đặc biệt nhƣ: - Những quan trắc cao không nhằm nghiên cứu lớp cao khí 76 Giáo trình Vật lý khí     2  2   v   y  x x  t      y  (7.25)  2   2  ( y  ct ) cos x L   d  (7.26)  Nghiệm ψ:   B cos  B: Biên độ L: Độ dài sóng c: Vận tốc pha chuyển động dọc đƣờng song song (vĩ tuyến) d: Độ rộng đai dao động Thay nghiệm vào phƣơng trình :  c v  d L2 x 4 L2  d (7.27) Vì b <  c < v (vận tốc pha nhỏ vận tốc dòng Tây v ) Khi c = 0,   L      4 v d     (7.28) Ở vòng cung vĩ độ θ, số bƣớc sóng k là: k 2r cos  L (7.29) (L = 5000  7000km, k =  10) Từ (7.27), d    161 160 Giáo trình Vật lý khí c v L2 x 4  L v L 4 1 d (7.30) (Công thức Rossbi K-G) Khi vận tốc gió Tây cho trƣớc chuyển động sóng bé, bƣớc sóng dài (L lớn) Đối với trƣờng hợp sóng dừng Ls (Stationary) c = theo (7.30)  v Ls  2 (7.31)  Trong đó:  2w cos  l  r0 x (7.32) (r0: Bán kính trái đất) gọi β tham số Rossbi Bảng 7.2: Bảng số liệu độ dài sóng dừng (km), (Ls) θ0 30 45 60 v (m/s) 3150 3490 4140 10 4460 4940 5850 15 5640 6050 7180 20 6310 6980 8300 25 7050 7790 9260 Nhƣ vậy, theo (7.31) v Ls   4 Hay theo (7.30)  L2  c  v1    Ls  Từ cho thấy: 162 161 (7.33) Giáo trình Vật lý khí - Các sóng có độ dài nhỏ Ls (L < Ls), chuyển động từ Tây sang Đơng (vận tốc pha dƣơng, c > 0) Cịn sóng mà bƣớc sóng lớn Ls (L > Ls) chuyển động từ Đơng sang Tây (c < 0) - Trƣờng hợp sóng dài có biên độ lớn L = Ls (c = 0) sóng chuyển động có liên quan với tƣợng gọi "Bloking" (Vây hãm): Các chuyển động lƣỡi rãnh chuyển động giữ (blok - kìm hãm) chuyển động sóng ngắn, nhƣ xoáy thuận xoáy nghịch mặt đất - Trƣờng hợp xét phạm vị hạn chế d  dH (ví dụ từ cực đến xích đạo d  10.000km)  Độ dài sóng dừng Ls' phạm vi hạn chế theo (7.27) Ls '  2 v (7.34)  4 v    x1   d    (c = 0) Nghĩa Ls' luôn lớn Ls theo (4.34) sóng dừng phạm vi mặt cắt hạn chế thực đƣợc điều kiện: d  2 v (7.35)  theo (4.31) d > Ls Bảng 7.3: Bảng tính d = 10.000km (từ cực đến xích đạo) θ0 30 45 60 v (m/s) 2940 3280 4000 4350 4820 6160 12 5600 4820 6160 16 5600 6440 11100 20 8120 9750 14980 Độ dài sóng dừng Ls' phạm vi cực - xích đạo Khi nghiệm phƣơng trình sóng có dạng phức:   A exp i ' t  m' x  n' y 163 162 (7.36) Giáo trình Vật lý khí η = A exp(-rt + αx + βy)[cos(ζt - mx - ny) + isin(ζt - mx - ny)] Ở ζ' = ζ + ir; m' = m + iα, n' = n + iβ - Khi r = 0, β = n = gọi sóng Sverđrúp Re η = A exp(αx)cos(ζt - mx) (7.37) (phần thực) - Còn r = 0, α = n = gọi Sóng Kenvin Re η = A exp(βy)cos(ζt - mx) (7.38) Dòng chảy xiết : - Trong tầng đối lƣu tầng bình lƣu có xuất dịng chảy xiết gọi dòng hẹp (bề dày từ 300 - 400km, có 40km) thƣờng dịng tây vận tốc lớn với độ dày phƣơng đứng - 4km, có đến - 7km chiều dài có 10.000km Dịng chảy xiết Đơng thƣờng thấy yếu Dòng chảy xiết xuất vùng có dày đặc lớn p T lớn, gần ranh giới đƣờng đẳng vị - gradient n n dòng biển ấm lạnh Vận tốc dòng chảy xiết khác với vận tốc địa chuyển Trong vùng bị uốn cong với xuất lực li tâm cần có: l (v g  v )  v2 r (7.39) Biên độ sóng dịng chảy xiết Ai lớn biên độ As đƣờng dòng: Ai v 4 v   As v  c  L2 7.3.4 Hồn lưu vùng cực Hồn lƣu vùng cực có loạt đặc điểm: 164 163 (7.40) Giáo trình Vật lý khí - Bắc cực: Vùng biển rộng đƣợc phủ từ - 11triệu km2 băng độ dày 3m hơn, trao đổi nhiệt nƣớc khơng khí mạnh - Nam cực: Có lục địa Nam cực rộng 13 triệu km2 đƣợc bao phủ chắn "băng đồi núi" có nơi có độ cao đến 4,0 – 4,2km mực nƣớc biển - Các nhiễu động lớn hoàn lƣu xuất hai cực ấm lên tầng bình lƣu Nhìn chung có tƣợng tăng nhiệt độ đột ngột mạnh 7.3.5 Hồn lưu khí tầng cao Ở phần dƣới tầng bình lƣu tới độ cao 20 km, vận chuyển Tây hồn lƣu xốy thuận nói chung sóng giống với quan trắc đƣợc tầng đối lƣu Trên độ cao 20 km hồn lƣu có thay đổi năm - gió tây mùa Đông với cực đại tốc độ vĩ hƣớng gần 80m/s θ = 450 độ cao 65km đƣợc thay gió Đơng mùa Hè, nghĩa xốy thuận cực đƣợc thay xốy nghịch Gió Đơng yếu hơn- gần 60m/s Đối với vùng bình lƣu xích đạo đƣợc đặc trƣng ln phiên gió Đông Tây với chy kỳ gần 26 tháng, tƣơng tự giống với tƣợng khác Trên 40km chu kỳ 26 tháng liền bị nhƣờng chỗ cho chu kỳ tháng với gió Đơng vùng xích đạo thời kỳ Hạ chí Đơng chí gió Tây thời kỳ Xn phân Thu phân Trên 60km sóng hàng năm đơn giản với gió Đơng gần 40m/s mùa Hè gió Tây với 80m/s mùa Đơng Cao 100km gió khơng ổn định chủ yếu gió Tây 60 80m/s hơn, chu kỳ 4- ngày 165 164 Giáo trình Vật lý khí TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu Tài nguyên khí hậu Việt Nam NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1985 Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu Khí hậu Tài nguyên khí hậu Việt Nam NXB Nơng nghiệp, Hà Nội, 2004 Phạm Ngọc Tồn, Phan Tất Đắc Khí hậu Việt Nam NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1993 Nguyễn Xiển, Phạm Ngọc Tồn, Phan Tất Đắc Đặc điểm khí hậu miền Bắc Việt Nam NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1968 Aveckiev M X Khí tƣợng học Bản dịch tiếng Việt Nha Khí tƣợng, 1963 Costin S I Khí hậu học Bản dịch tiếng Việt Nha Khí tƣợng, 1964 Yêu Trẩm Sinh Nguyên Lý khí hậu học Bản dịch tiếng Việt Nha Khí tƣợng, 1962 John G Harvey Khí Đại dƣơng NXB Tiến bộ, Mat x va, 1982 (tiếng Nga) Matvev L T Lý thuyết hồn lƣu chung khí khí hậu trái đất NXB KTTV Leningrat, 1991 (tiếng Nga) 10 Khrgian A Kh Vật lý khí quyển, tập 1, tập NXB KTTV Leningrat, 1978 (tiếng Nga) 166 165 Giáo trình Vật lý khí Mục lục LỜI NĨI ĐẦU CHƢƠNG I: THÀNH PHẦN VÀ CẦU TRÚC KHÍ QUYỂN 1.1 Thành phần khí 1.2 Cấu trúc khí lớp khí 1.2.1 Các lớp khí 1.2.2 Các yếu tố khí tượng 1.3 Hơi nƣớc khí 1.4 Ozon khí khí nhà kính 10 1.4.1 Ozon O3 10 1.4.2 Khí nhà kính 12 CHƢƠNG II: ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN 13 2.1 Khí tƣợng hóa phƣơng trình trạng thái phƣơng trình tĩnh học 13 2.1.1 Khí áp đơn vị dùng để đo khí áp 13 2.1.2 Áp suất tỷ trọng khơng khí 14 2.1.3 Phương trình trạng thái 14 2.1.4 Nhiệt độ ảo 16 2.1.5 Phương trình tĩnh học 17 2.2 Quy luật tổng quát giảm khí áp theo độ cao 21 2.2.1 Cơng thức khí áp dạng tổng quát 21 2.2.2 Công thức Ba bi nê 22 2.2.3 Gradient khí áp bậc khí áp 24 2.3 Cơng thức khí áp địa vị phân bố địa lý khí áp, biến thiên mật độ khơng khí theo độ cao 28 2.3.1 Khái niệm lực trọng trường 28 2.3.2 Phân bố địa lý khí áp 30 2.3.3 Sự biến thiên mật độ khơng khí theo độ cao 32 CHƢƠNG III: BỨC XẠ MẶT TRỜI 35 3.1 Vị trí mặt trời ngày mặt trời 35 167 166 Giáo trình Vật lý khí 3.1.1 Vị trí mặt trời 35 3.1.2 Ngày mặt trời (độ dài ban ngày) 37 3.2 Sự di chuyển trái đất phân bố nhiệt mặt trời bề mặt trái đất điều kiện khơng có khí 39 3.2.1 Sự di chuyển trái đất năm (sự dài ngắn mùa) 39 3.2.2 Sự phân bố nhiệt mặt trời 3.3 Khái niệm xạ mặt trời 40 41 3.3.1 Cường độ xạ 42 3.3.2 Định luật xạ 44 3.3.3 Hằng số mặt trời 47 3.4 Sự suy yếu xạ mặt trời khí 48 3.4.1 Sự khuyếch tán khí 48 3.4.2 Cơng thức Bugơ - Lambe 51 53 3.5 Bức xạ trực tiếp 3.5.1 Tính xạ trực đinh luật Bugơ- Lambe 53 3.5.2 Tính xạ trực tiếp dựa vào số vẩn đục hệ số vẩn đục55 3.6 Bức xạ tán xạ 57 3.7 Sự phản hồi xạ - An be đô 59 3.8 Bức xạ hữu hiệu 62 3.8.1 Khái niệm xạ hữu hiệu 62 3.8.2 Tính tốn xạ hữu hiệu 63 3.8.3 Phân bố xạ hữu hiệu 65 3.9 Hiệu ứng nhà kính 66 3.10 Cân xạ 69 3.10.1 Phương trình cân xạ 69 3.10.2 Phân bố trị số cân xạ 71 CHƢƠNG IV: CHẾ ĐỘ NHIỆT 72 4.1 Cán cân nhiệt 72 4.2 Cân nhiệt lƣợng 74 168 167 Giáo trình Vật lý khí 4.3 Lý thuyết gần vận chuyển xạ khí 78 4.4 Biến trình hàng ngày hàng năm nhiệt độ bề mặt 84 4.4.1 Khái niệm 84 4.4.2 Sự biến thiên nhiệt độ 84 4.4.3 Một số nhân tố ảnh hưởng đến biến trình ngày nhiệt độ mặt đất 85 4.4.4 Sự biến thiên nhiệt độ (yếu tố khí tượng) năm 86 4.4.5 Nhiệt độ bề mặt vùng chứa nước 87 4.5 Sự lan truyền nhiệt xuống lớp đất sâu nƣớc 87 4.5.1 Sự lan truyền nhiệt 87 4.5.2 Các quy luật lan truyền nhiệt độ 89 4.5.3 Sự lan truyền nhiệt nước 90 CHƢƠNG V: CHUYỂN ĐỘNG ĐỐI LƢU TRONG KHÍ QUYỂN 95 5.1 Khái niệm nhiệt động lực, trình đoạn nhiệt độ bền vững khí 95 5.1.1 Những biến đổi đoạn nhiệt nhiệt độ khơng khí khơ 95 5.1.2 Gradient đoạn nhiệt ẩm 97 5.1.3 Độ bền vững thẳng đứng khí 98 5.2 Năng lƣợng độ khơng bền vững, q trình đoạn nhiệt giả độ cao mực ngƣng kết 102 5.2.1 Năng lượng độ không bền vững 102 5.2.2 Những trình đoạn nhiệt giả 105 5.2.3 Độ cao mực ngưng kết 107 5.3 Nhiệt độ vị, trao đổi nhiệt độ tƣơng đƣơng 108 5.3.1 Nhiệt độ vị  108 5.3.2 Sự biến đổi nhiệt độ vị 109 5.3.3 Nhiệt độ tương đương nhiệt độ vị tương đương 111 5.4 Phân bố nhiệt độ theo độ cao khí (lớp sát đất, lớp biên, đối lƣu hạn) 113 169 168 Giáo trình Vật lý khí 5.4.1 Thay đổi nhiệt độ theo độ cao lớp khơng khí sát đất 113 5.4.2 Thay đổi nhiệt độ theo độ cao khí tự 114 5.5 Các khối khơng khí nóng, lạnh nghịch nhiệt 115 5.5.1 Các khối không khí nóng, lạnh 115 5.5.2 Những nghịch nhiệt 117 CHƢƠNG VI: ĐỘNG LỰC HỌC KHÍ QUYỂN 6.1 Các lực tác động lên khối khơng khí khí 120 120 6.1.1 Lực phát động gradient khí áp 121 6.1.2 Trọng lực 121 6.1.3 Lực lệch trái đất quay 121 6.1.4 Gió địa chuyển gió gradient 122 6.1.5 Lực ma sát 125 6.1.6 Lực thuỷ động từ 126 6.2 Hệ phƣơng trình chuyển động khí 128 6.2.1 Các phương trình chuyển động khí 128 6.2.2 Phương trình xốy 129 6.2.3 Độ lệch so với gió địa chuyển (Độ lệch phi địa chuyển) 131 CHƢƠNG VII: HỒN LƢU KHÍ QUYỂN 7.1 Các khối khơng khí phơ rơng 134 134 7.1.1 Khái niệm 134 7.1.2 Phân loại khí đồn 135 7.1.3 Khái niệm Front (Phơ rơng) 136 7.2 Phân bố trung bình nhiệt độ gió khí xác định hồn lƣu chung 137 7.2.1 Năng lượng khí 137 7.2.2 Trường khí áp mặt đất khí 138 7.2.3 Hồn lưu nhiệt khơng khí 141 7.2.4 Bản đồ hình khí áp 143 7.2.5 Trường dịng khơng khí 145 7.2.6 Đặc trưng gió 151 170 169 Giáo trình Vật lý khí 7.2.7 Gió Bridơ, gió núi, thung lũng địa phương 7.2.8 Lớp biên thay đổi gió theo độ cao 152 153 156 7.3 Các loại hoàn lƣu 7.3.1 Hoàn lưu nhiệt đới 156 7.3.2 Hồn lưu gió mùa 159 7.3.3 Hoàn lưu vĩ độ trung 159 7.3.4 Hoàn lưu vùng cực 164 7.3.5 Hồn lưu khí tầng cao 165 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO 171 GIÁO TRÌNH VẬT LÝ KHÍ QUYỂN PGS TS NGUYỄN VĂN THẮNG Chịu trách nhiệm xuất Tổng giám đốc – Tổng biên tập THS KIM QUANG MINH Biên tập: GS.TS NGUYỄN TRỌNG HIỆU Trình bày: ThS Trần Thanh Thủy ThS Nguyễn Đăng Mậu Sửa in: KS Nguyễn Thị Bích Biên tập viên: ThS Đào Thị Hậu In 200 cuốn, khổ 16 x 24 cm, Công ty Cổ phần La Giang Giấy Đăng ký KHXB: 1759- 2016/CXBIPH/01 – 364/BaĐ Quyết định XB: 25/QĐ-TMBVN ngày 13 tháng năm 2016 ISBN: 978-604-904-931-6 In xong nộp lưu chiểu tháng năm 2016 ... VĂN THẮNG GIÁO TRÌNH VẬT LÝ KHÍ QUYỂN NHÀ XUẤT BẢN TÀI NGUYÊN-MÔI TRƯỜNG VÀ BẢN ĐỒ VIỆT NAM Giáo trình Vật lý khí V LỜI NĨI ĐẦU ật lý khí khoa học nghiên cứu tƣợng trình vật lý khác xảy khí nhƣ... luật vật lý điều khiển dịng chảy khơng khí cách định lƣợng Việc cung cấp kiến thức đầy đủ cho chƣơng trình đào tạo đại học sau đại học vật lý khí quyển: Thành phần khí quyển; Áp suất khí quyển; ... lƣu khí quyển; Động lực học khí Hồn lƣu khí ln u cầu cấp thiết Giáo trình "Vật lý khí quyển" đƣợc biên soạn với mục đích đáp ứng yêu cầu chƣơng trình đào tạo đại học đại học chuyên ngành khí