Tìm hiểu các yếu tố kiểm soát nhiệt Độ không khí, cách thức tính toán và biểu diễn giá trị nhiệt Độ không khí

¢ Doi lwu convection: truyén nhiét bang chuyén déng cia mét chất từ nơi nay sang noi khac Convection Rising thermal Xay ra trong chat long va chat khi Trên quy mô lớn: đôi lưu chịu t

TRUONG DAI HOC BACH KHOA - DHQG TP.HCM

KHOA KY THUAT XAY DUNG

BAI TAP LON

Dé tai:

TIM HIEU CAC YEU TO KIEM SOAT NHIET

ĐỘ KHÔNG KHÍ, CÁCH THỨC TÍNH TOÁN VÀ BIEU DIEN GIÁ TRỊ NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ

Giáo viên hướng dẫn: Th.S Châu Phương Khanh

TP.HCM 4/5/2024

1_ Một số khái niệm liên quan đến nhiệt độ

Nhiệt là một dạng năng lượng dự trữ trong vật chất nhờ vào chuyền động nhiệt hỗn

loạn của các hạt cầu tạo nên vật chat

Nhiệt độ là tính chất vật ly cua vat chất hiểu nôm na là mức đo độ "nóng" và "lạnh"

Nó là biêu hiện của nhiệt năng, có trong mọi vật chât, là nguôn gôc của sự xuât hiện nhiệt, một dòng năng lượng, khi một vật thê tiệp xúc với vật khác lạnh hơn

Cơ chế truyền nhiệt:

Conduction Convection

Năng lượng của các phân tử được

truyền qua các va chạm giữa phân

tử này với phân tử khác, với nhiệt

được truyền từ nơi có nhiệt độ cao

¢ Doi lwu (convection): truyén nhiét bang chuyén déng cia mét chất từ nơi nay sang noi khac

Convection Rising

thermal

Xay ra trong chat long va chat khi

Trên quy mô lớn: đôi lưu chịu tránh nhiệm trong việc phân bô lại nhiệt độ

giữac vùng Xích dao vả cực

e Birc xa (radiation): sy truyền nhiệt bằng sóng điện từ

Có thể truyền trong chân không

Anh sang nhin thay được là một phần duy nhất của bức xạ điện từ mà ta có thê quan sát được

Nguồn: Federick K.Lugens (2016) Earth-Sun Relationships Foundation of Earth

Science, 341 — 342

Châu Phương Khanh (2022), Khí quyên Giáo trình Khoa học Trái Đất, 44 -

49

2 Các yếu tô kiểm soát nhiệt độ không khí

Năng lượng trên Trái Đất chủ yếu đến từ Mặt Trời, tuy nhiên không được phân bồ đều trên bê mặt Trái Đât (do vĩ độ, thời gian trong ngày và mùa trong năm) dân đên tạo ra gió và các dòng hải lưu (do sự vận chuyên nhiệt từ vùng nhiệt đới đên các cực nham can bang vé sy bat bình đăng giữa lượng nhiệt nhận được)

Nguyên nhân: do sự chuyên động của Trái Dat

e Xoay quay truc chinh no (Earth’s rotation): Tao nén hién tuong ngay va dém e©_ Chuyên động quay quanh Mặt Trời (Earth's revolution): Tạo nên các mùa trong nam

Nguyên nhân tạo ra các mùa trong năm:

e© Thời gian chiếu sang

Nguyên nhân có sự khác nhau giữa thời gian chiếu sáng và góc bức xạ

® -§-

Hướng của trục Trái đất đối

Trục Trái đât nghiêng 23,50 với tia Mặt trời liên tục thay „

đôi theo chu kì hàng năm

_ïỶ 5a Z

Atmosphere

Circle of illumination

Equinox March 21-22

Arctic Circle

Tropic of Cancer Equator ——», Tropic of Capricorn

Sun vertical at equator

Solstice December 21-22 Sun vertical at Latitude 23 '/, $ Tropic of Capricorn

2.2 Dong hai lru

Sự dịch chuyển nước trong đại dương tạo thành những dòng chảy đại dương hay còn

gọi là dòng hải lưu

Những dòng chảy này làm tăng sự trao đôi nước, phân bồ lại nhiệt độ, độ

muôi, ,ảnh hưởng mạnh tới hoàn lưu khí quyên và khí hậu các vùng của Trai Dat,

đặc biệt là vùng ven biên

Có 2 loại dòng:

e©_ Dòng hải lưu nóng: nước biên chảy từ vùng biển nóng sang vùng biên lạnh,

nhiệt độ của nó sẽ cao hơn môi trường xung quanh

Vĩ dụ: Hải lưu Gulf Stream 6 Dai Tay Duong la mét dòng hải lưu nóng, duoc

coi là lò sưởi không lô của đại dương, mang dòng nước ấm từ vịnh À4exico,

chay qua eo bién Florida tới bờ biển phía đông nước Mỹ rồi vượt qua Đại

Tây Dương đề đến bò biển châu Âu; dòng hải hưu này làm cho phần tây bắc

châu Âu có nhiệt độ cao hơn bắt kỳ khu vực nào có cùng vĩ độ

e Dòng hải lưu lạnh: nước biển chảy từ vùng biển lạnh sang vùng biển nóng,

lúc này nhiệt độ của nó thấp hơn nhiệt độ xung quanh

Vi du: Hai luu Peru la một phân chính của hải hưu nam xích đạo, một hải lưu

lạnh chảy theo hướng bắc ngoài bờ biển phía tây Nam Mỹ, hải hưu này xuất

phát từ Nam Đại sân châu Nam Cục, nhiệt độ của nó khoảng 7-3 C° lạnh

hơn so với nước biển của đại dương cùng vĩ độ khiến cho cho thời tiết khu

vực nó đi qua trở nên khô hanh làm hình thành các hoang mạc ven biển ở

Chile (như Atacama) và Peru

Nguồn: Marina Duran Moro (2017) Reconstruction de la circulation océanique à

partir d’ observations satellitaires a trés haute résolution Sciences de la Terre

Université Grenoble Alpes, 16

2.3 Sự nóng lên khác nhau giữa đất và nước

Nhiệt độ bề mặt Trái Đất có ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ không khí bên trên đó,

do đó đề hiểu được sự thay đôi của nhiệt độ không khí ta cần hiểu do sự hấp thụ

nhiệt của mỗi bề mặt là khác nhau và tương phản rõ rệt nhất giữa đất và nước như hình

Đất liền nóng lên nhanh hơn và có nhiệt độ cao hơn nước nhưng nguội ổi nhiều hơn

và có nhiệt độ thấp hơn nước Do đó, sự thay đôi nhiệt độ không khí trên đất liền lớn hơn nhiều hơn trên mặt nước

Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau:

e Nhiệt dung riêng của nước lớn hơn đất, do đó nước có sự thay đối nhiệt độ

chậm hơn

Bảng nhiệt dung riéng _[sita| siva ma ngudn}

Nguồn: Wikipedia/nhiệt dung riêng

e© Mặt đất không trong suốt, nên nhiệt chỉ được hấp thụ ở bề mặt Trong khi đó nước trong suôt hơn, giúp ánh sáng truyện nhiệt đên những tâng nước sâu hơn dé hap thụ

e Sw bay hoi ở nước nhiêu hơn so với đât liên

Nguồn: Federick K.Lugens (2016) Why Temperatures Vary: The Controls of Temperature foundation of Earth Science, 350 — 351

2.4 Độ cao

Khí quyên là lớp vỏ bao quanh Trái Đất và mở rộng ra khoảng không gian xung quanh Có sự khác biệt rõ ràng về nhiệt độ không khí theo phương thăng đứng Khí quyên được chia làm 4 tâng:

e_ Đối lưu: nằm ở độ cao 0 — 15km dưới cùng của tầng khí quyên, nhiệt độ giảm theo chiều cao, trung bình giảm ~ 0,6°C/100m

e_ Bình lưu: nằm trên tầng đối lưu đến độ cao ~ 50 — 60km, nhiệt độ trung bình

tăng theo chiều cao Phần dưới tầng bình lưu ít nhiều có tính đăng nhiệt, song

từ độ cao 25km nhiệt độ bắt đầu tăng nhanh và đạt giá trị cực đại ở độ cao

50km (nguyên nhân: do các quá trình hấp thụ bức xạ nhiệt từ Mặt Trời của ozon tại các độ cao này)

e Trung quyén: nam trên tầng bình lưu đến độ cao ~ 80km, chế độ nhiệt thay đối từ tăng dần theo chiều cao ở sát tầng bình lưu và giảm dân theo chiều cao

ở phân tiếp xúc trên

và phụ thuộc trực tiếp bức xạ Mặt Trời

Nguồn: Lưu Đức Hải, Trần Nghỉ (2008) Chương 6: Khí quyên Giáo trình Khoa

Nguồn: Federick K.Lugens (2016) Vertical Structure of the Atmosphere

Foundation of Earth Science, 335

Với hình này cho thấy sự khác nhau về nhiệt độ giữa New York và Eureka ở cùng vĩ

độ, cùng vỊ trí sát biên nhưng có sự khác nhau về nhiệt độ Ở Eureka là vung ven

biển được gió từ Thái Bình Dương mang nhiều hơi nước nhưng New York thì lại nằm ở vùng biển mà gió được thôi từ đất liền phía Tây chủ yếu đã tạo nên sự khác nhau này

V6i hinh nay do Spokane nam sau trong dat liền nên ít chịu ảnh hưởng điều hòa từ

Thai Binh Duong khiến biên độ nhiệt chệch lệch giữa các mùa trong năm lớn hơn so

voi Seattle

2.6 May va suat phan xa (Albedo)

Suat phan chiéu hay suat phan xa (tiếng Anh: albedo) là khái niệm liên quan đến

hiện tượng phản xạ khuếch tán (diffuse reffection) hoặc công suất phản xạ của bề mặt Nó được định nghĩa bằng tỷ số giữa bức xạ tản phát ra từ bề mặt so với bức xạ

chiếu đến bề mặt đó

Là tỷ số không có đơn vị, hệ số này cũng được biểu diễn theo tỉ lệ phần trăm, và giá trị của nó trong đoạn [0, 1] với giá trị 0 thê hiện bề mặt đen tuyệt đối và gia tri 1 thé

hiện bề mặt phản xạ hoàn toàn bức xạ chiếu đến

Độ phản chiếu trung bình của toàn Trái Đất, hay suất phản chiếu hành tỉnh, bằng 30 đến 35%, bởi vì do ảnh hưởng của mây bao phủ, nhưng chúng luôn biến đối, và phụ thuộc vào điều kiện địa chất, môi trường hay mặt đại dương

Do đó vào những ngày trời có mây sự chệch lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm không

lớn như những ngày trời quang đãng Ban ngày mây đóng vai trò như một lớp cách

nhiệt nhưng vào ban đêm thì lại như một tắm chăn hấp thụ nhiệt từ mặt đất và phản

xạ ngược lại về

Ngoài ra suất phản xạ cũng là một phần nguyên nhân khiến băng và tuyết it bi tan

chảy vào mặc dù lúc đó là mùa xuân, hạ

3 Cách thức tính toán nhiệt độ không khí

e_ Nhiệt độ trung bình của ngày là trung bình của nhiệt độ max và nhiệt

độ mm trong ngảy

taay TT

2

e _ Biên độ nhiệt của ngày là sự chênh lệch giữa nhiệt độ max và nhiệt độ

min cua ngay

Adgay= Umax — tmin

e Nhiét độ trung bình của tháng là trung bình của nhiệt độ trung bình cua tat ca các ngày trong tháng,

tị + te + ~ tạ

n Umonth =

e Nhiét do trung binh cua nam 1a trung binh cua nhiệt độ trung bình của

12 thang trong nam

— bmi t+ ne ++ Em12

year — a,

e Bién do nhiét cua nam là sự chênh lệch giữa nhiệt độ trung bình của

tháng thấp nhất và nhiệt độ trung bình của tháng cao nhất

Ayear= tmmax — Emmin Thiét bi do nhiét d6 bang dién:

Thiết bị này chứa một nhiệt kế gọi là nhiệt điện trở

Thiết bị này bảo vệ các dụng cụ đo khỏi ánh sáng trực

tiếp từ Mặt trời và chỉ cho luồng không khí tự nhiên đi

qua

Nguồn: Châu Phương Khanh (2022), Khí quyên Giáo

trình Khoa học Trái Đất, 65

4_ Cách biểu diễn giá trị nhiệt độ không khí

e_ Giá trị nhiệt độ được biêu diễn lên bản đồ bằng các đường đắng nhiệt (Các

đường có nhiệt độ bằng nhau)

Các đường đăng nhiệt nằm gần nhau cho thấy tốc độ thay đổi nhiệt nhanh Phân bố nhiệt độ trên thể giới

Thang |

Thang 7

Các đường đăng nhiệt có hướng Đông- Tây (vĩ độ)

Giảm nhiệt độ từ xích đạo đến cực (do góc mặt trời)

Có sự dịch chuyển nhiệt độ cao giữa Nam bán cầu và Bắc bán cầu vào tháng

1 vả 7 (Góc Mặt trời)

Sự dịch chuyển các đường dang nhiệt theo mùa mạnh hơn trên luc dia; cac đường đăng nhiệt ở Nam bán câu thăng và ôn định hơn (do sự hấp thụ nhiệt

khác nhau giữa đất và nước)

Biên độ nhiệt hàng năm tăng khi tăng vĩ độ (góc Mặt trời và thời gian chiều