Khoa Học Bầu Trời - Khí Tượng Môi Trường phần 2 pot

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 16 Bảng 1.2. Lượng bức xạ trung bình tháng (cal/cm 2 /tháng) ở vùng Postdum (52 o 23'N) Tháng Hướng dốc có ñộ nghiêng 30 o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm M ặt nằm ngang 20 44 102 196 276 319 269 223 165 81 25 15 1735 Sư ờn dốc phía Nam 54 91 161 248 303 326 283 263 235 149 63 45 2221 Sư ờn dốc phía ðông 18 42 96 182 251 289 240 204 153 76 24 14 1589 Sư ờn dốc phía Tây 19 42 92 175 245 281 239 198 149 76 25 15 1556 Sư ờn dốc phía Bắc - - 15 91 176 228 183 124 50 - - - 867 b) Bức xạ khuyếch tán ( D) Bức xạ khuyếch tán còn ñược gọi là tán xạ. Tán xạ là một phần năng lượng bức xạ mặt trời ñược khí quyển, mây khuyếch tán từ bầu trời xuống mặt ñất. Vào ban ngày khi ñứng trong bóng dâm hoặc ngồi trong phòng mặc dù không ñược ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào nhưng ta vẫn nhìn rõ mọi vật, phần bức xạ mặt trời giúp ta nhìn rõ mọi vật trong trường hợp này chính là tán xạ. Cường ñộ tán xạ là năng lượng tính bằng calo do bức xạ khuyếch tán từ bầu trời chiếu trên 1 cm 2 bề mặt nằm ngang trong 1 phút (cal/cm 2 /phút). Giá trị cực ñại của bức xạ khuyếch tán thường thấp hơn nhiều so với bức xạ trực tiếp. ðộ cao mặt trời, ñộ vẩn ñục của khí quyển quyết ñịnh ñộ lớn của bức xạ khuyếch tán. Vào những ngày trời trong bức xạ khuyếch tán có thể ñạt tới 0,10 - 0,25 cal/cm 2 /phút, còn những ngày trời ñầy mây bức xạ khuyếch tán chỉ ñạt 0,08 - 0,1 cal/cm 2 /phút. Bản chất vật lý của bức xạ khuyếch tán ñã ñược trình bày trong phần 2.3. + Chỉ số khuyếch tán: ðặc trưng cho mức ñộ khuyếch tán các tia bức xạ mặt trời người ta dùng chỉ số khuyếch tán hay ñộ khuyếch tán (d). Trong trường hợp các phần tử gây khuyếch tán có kích thước nhỏ hơn ñộ dài bước sóng của các tia bức xạ thì ñộ khuyếch tán tỉ lệ nghịch với luỹ thừa bậc bốn của ñộ dài sóng. Quy luật này gọi là quy luật Roley. Quy luật Roley ñược biểu diễn bằng công thức sau: C d λ = ― I λ (5) λ 4 Trong ñó: d λ là ñộ khuếch tán của tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ. I λ là cường ñộ tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ. C là hằng số phụ thuộc vào số phân tử không khí có trong 1 ñơn vị thể (N) tích và chiết suất khí quyển (n), γ là hằng số thực nghiệm. γ.π 2 .(n-1) 2 C = (6) 3N Công thức (5) cho thấy những tia bức xạ có bước sóng càng nhỏ thì bị khuếch tán càng mạnh và ngược lại. Nếu sắp xếp các tia sáng ñơn sắc theo thứ tự từ ñỏ ñến tím thì bước sóng tương ứng của nó giảm dần và do vậy tia tím sẽ bị khuếch tán mạnh nhất, còn tia ñỏ bị khuếch tán ít nhất. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 17 Nếu kích thước (r) của các phần tử khuếch tán nằm trong khoảng: r < 10 -6 mm thì sự khuếch tán sẽ tỉ lệ nghịch với luỹ thừa nhỏ hơn 4 của ñộ dài sóng. 10 -3 mm > r > 10 -6 mm ñịnh luật Roley kém tác dụng. Nếu r > 10 -3 mm (cỡ các hạt mây, hạt mưa phùn) quy luật Roley không còn ñúng nữa, lúc này tất cả các tia bức xạ ñều bị khuếch tán. Như vậy, quy luật khuyếch tán của Roley cho phép ta giải thích ñược nhiều hiện tượng quang học trong khí quyển như nền trời có màu xanh vào những ngày ñẹp trời, bầu trời có ráng ñỏ khi trời xấu, lúc bình minh hoặc hoàng hôn mặt trời có màu ñỏ + Cường ñộ bức xạ khuyếch tán: Nếu coi lượng bức xạ mặt trời bị khí quyển hấp thụ là không ñáng kể (1 - 2%) và một nửa lượng bức xạ khuyếch tán hướng xuống mặt ñất thì cường ñộ bức xạ khuếch tán (D) có thể xác ñịnh theo công thức sau: 1 D = ― I o (1- P m ) sinh h o (7) 2 Trong ñó: I o là hằng số mặt trời m là khối lượng khí quyển quy ước. P ñộ trong suốt của khí quyển. h o là ñộ cao mặt trời. Từ công thức (7) ta thấy rằng yếu tố chính chi phối tán xạ là ñộ cao mặt trời. Nhìn chung những yếu tố ảnh hưởng tới tán xạ gồm có: - ðộ cao mặt trời: ñộ cao mặt trời càng lớn thì tán xạ càng lớn và ngược lại. Hiện tượng khuyếch tán và khúc xạ ánh sáng ñã có từ trước khi mặt trời mọc và sau khi mặt trời lặn chừng 15 - 20 phút (bình minh và hoàng hôn) nhưng cường ñộ nhỏ. Hàng năm cường ñộ bức xạ khuyếch tán có gía trị nhỏ vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên ñỉnh nhất và ñạt giá trị lớn vào thời kỳ mặt trời ở gần thiên ñỉnh nhất. - Khí quyển càng nhiều mây, bụi và hơi nước thì cường ñộ tán xạ càng tăng. Tuy nhiên, nếu mây dầy ñặc và phủ kín bầu trời thì tán xạ cũng giảm xuống. Như vậy trong những ngày nhiều mây, thời kỳ nhiều mây hoặc ở bề mặt khuất nắng thì ánh sáng tán xạ chiếm ưu thế hơn so với ánh sáng trực xạ - Bức xạ khuyếch tán cũng giảm dần theo ñộ cao so với mặt biển. - Càng lên vĩ ñộ cao tỷ lệ tán xạ trong tổng lượng bức xạ chiếu ñến mặt ñất càng tăng vì ñường ñi của tia sáng trong khí quyển càng dài nên các tia sáng bị khuyếch tán mạnh. Cường ñộ bức xạ khuyếch tán trong thực tế có thể ñạt ñến 0,25 cal/cm 2 /phút. c) Tổng xạ (Q) Tổng xạ là lượng bức xạ mặt trời tổng cộng chiếu xuống mặt ñất. Q = S + D (8) Tổng xạ phụ thuộc vào các yếu tố chi phối trực xạ và tán xạ. Tuy nhiên những yếu tố chính ảnh hưởng tới tổng xạ là ñộ cao mặt trời, mây và ñộ trong suốt của khí quyển Hàng ngày tổng xạ thường có giá trị lớn nhất vào giữa trưa. Chừng 60 % tổng xạ hàng ngày nhận ñược vào thời gian từ 10 giờ ñến 14 giờ Hàng năm bức xạ tổng cộng có giá trị lớn nhất vào thời kỳ mặt trời ở thiên ñỉnh hoặc gần thiên ñỉnh nhất. Tổng xạ có giá trị nhỏ nhất vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên ñỉnh nhất. Với các vùng ngoại chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn một cực ñại vào hạ chí và một cực tiểu vào ñông chí. Với các vùng nội chí tuyến biến trình hàng Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 18 Hình 1.6. Phân bố trung bình năm của tổng xạ (Kcal/cm 2 /năm) Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 19 năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn với 2 cực ñại ứng với hai thời kỳ mặt trời ở thiên ñỉnh, 2 cực tiểu ứng với 2 thời kỳ mặt trời ở chí tuyến Nam và Bắc. Mây làm cho tổng xạ bị suy yếu khá nhiều, nếu trời không mây tổng xạ bị giảm ñi chừng 20 % so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển, khi trời có mây tổng xạ tiếp tục giảm thêm 20 -30% nữa. Do vậy tính trung bình mặt ñất chỉ nhận ñược chừng 50-60% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự phụ thuộc của tổng xạ vào lượng mây có thể biểu diễn theo biểu thức sau: Q = Q 0 [1 - (a +b)n] (9) Trong ñó: Q là tổng xạ trên mặt ñất khi trời có mây Q 0 là tổng xạ trên mặt ñất khi trời không mây n là lượng mây tính theo phần mười a, b là các hệ số biến ñổi phụ thuộc vào vĩ ñộ Công thức (9) cho biết nếu trời không mây tổng xạ tới mặt ñất chỉ bằng 80% so với ở giới hạn trên của khí quyển thì khi lượng mây che phủ 50 % bầu trời (n = 0,5) tổng xạ trên mặt ñất chỉ còn bằng khoảng 65% và khi lượng mây che phủ cả bầu trời (n = 1) thì tổng xạ chỉ xấp xỉ 20% so với ở giới hạn trên của khí quyển. Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích ñạo về cực. Tuy nhiên cũng có những khác biệt do ñặc ñiểm ñịa lý ñịa phương gây nên, chẳng hạn như cự ly cách biển, ñịa hình, thời tiết Do vậy sự phân bố ñịa lý của tổng xạ năm khá phức tạp. Tổng xạ lớn nhất quan sát thấy ở vùng áp cao cận chí tuyến Bắc và Nam bán cầu chứ không phải ở vùng xích ñạo. Ở vùng cận chí tuyến lượng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn hơn so với vùng xích ñạo. Hình 1.6 là bản ñồ phân bố tổng xạ trên trái ñất (ñơn vị là Kcal/cm 2 /năm). Tổng xạ có vai trò quan trọng nhất trong quá trình hình thành chế ñộ khí hậu ở các vùng khác nhau trên thế giới. Trên bản ñồ cho thấy, tổng xạ lớn nhất trên lục ñịa châu Phi, châu Úc và một số nơi có vĩ ñộ 0 - 20 0 , trị số tổng xạ từ 180 - 220 Kcal/cm 2 /năm. Ở nước ta tổng xạ trên miền Bắc từ 90 - 110 Kcal/cm 2 /năm; miền Nam từ 120 - 130 Kcal/cm 2 /năm. d) Phản xạ ( Rn) Bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt ñất phần lớn ñược hấp thu ñể biến thành nhiệt. Tuy nhiên một phần bức xạ sóng ngắn bị phản chiếu (phản xạ) trở lại khí quyển. Phản xạ (Rn) là phần của bức xạ mặt trời chiếu tới mặt ñất bị phản xạ trở lại khí quyển. Mức ñộ phản xạ phụ thuộc vào tính chất của các bề mặt như màu sắc, ñộ gồ ghề, ñộ ẩm, loại ñất, lớp phủ thực vật và phụ thuộc vào góc tới của tia bức xạ. ðể biểu diễn khả năng phản xạ của các bề mặt khác nhau người ta dùng ñại lượng gọi là suất phản xạ hay Albedo (A) của các bề mặt. Albedo là tỷ số giữa bức xạ phản chiếu và bức xạ tổng cộng (tổng xạ), ñược biểu diễn bằng biểu thức sau: Rn A (%) = ― 100% (10) Q Dưới ñây là trị số Albedo của một số bề mặt trong tự nhiên (bảng 1.3). Hệ số phản xạ nói chung tỷ lệ nghịch với ñộ cao mặt trời. Chẳng hạn với mặt nước yên tĩnh khi h o = 90 o thì A = 20%, h o = 10 o thì A = 35%, khi h o = 4 o thì A = 65% còn khi h o = 2 o thì A = 78 %. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 20 Bảng 1.3. Trị số albedo trên các loại bề mặt (%) Bề mặt nhận bức xạ Albedo Bề mặt nhận bức xạ Albedo ðất ñen 5-15 Cánh ñồng bông 20-25 ðất xám ướt 1-20 Rừng thường xanh 10-20 ðất sét 20-35 Rừng lá to 15-20 ðất cát khô 25-45 Rừng lá kim 10-15 Mặt ruộng khoai tây 15-25 Mặt nước 70-85 ðồng lúa 15-25 Mặt tuyết mới rơi 80-95 Tất nhiên hệ số này còn phụ thuộc vào ñộ cao sóng, ñộ ñục của nước Thực vật phản xạ các tia xanh và hồng ngoại. Cây trồng ở vùng nhiệt ñới phản xạ tia hồng ngoại nhiều hơn so với cây trồng ở xứ lạnh. Trong kỹ thuật viễn thám người ta sử dụng hệ số phản xạ ñể theo dõi sự biến ñộng của nhiều chỉ tiêu như ñộ cao sóng biển, phun trào dung nham, sinh trưởng phát triển của cây trồng, hạn hán, ngập lụt, cháy rừng, sâu bệnh hại rừng, ñồng ruộng trên một diện rộng. Tuy nhiên những quan trắc bằng kỹ thuật viễn thám (hàng không, vệ tinh) luôn chịu ảnh hưởng của khí quyển. ðể giảm bớt sự ảnh hưởng này, theo một số tác giả thì phải lấy các giá trị ñộ phản xạ cực tiểu quan sát ñược trong năm, coi ñó là các giá trị mặt ñệm. ðể kiểm tra ñộ chính xác của các số liệu vệ tinh người ta phải so sánh chúng với các số liệu quan trắc tại mặt ñất. e) Bức xạ sóng dài của mặt ñất và khí quyển Mọi vật có nhiệt ñộ lớn hơn 0 o K ñều có khả năng bức xạ, tức là khả năng phát ra năng lượng dưới dạng các tia sóng ñiện từ. ðối với vật ñen tuyệt ñối khả năng bức xạ (phát ra năng lượng) và khả năng hấp thụ (nhận năng lượng) là lớn nhất. Cường ñộ bức xạ (E o ) do vật ñen tuyệt ñối phát ra có thể tính theo công thức Stefan-Boltzmann : Eo = σ.T 4 ( 11) Trong ñó: σ là hằng số Stefan-Boltzmann, σ = 0,826.10 -10 [cal/cm 2 /phút.ñộ -4 ] T nhiệt ñộ của vật ( 0 K) Bức xạ của mặt ñất E ñ : Sau khi nhận năng lượng bức xạ mặt trời, mặt ñất bị nóng lên. ðó là sự hấp thụ bức xạ. Theo ñịnh luật 1 nhiệt ñộng học, nhiệt năng của mặt ñất lại tiếp tục chuyển sang dạng sóng ñiện từ. Mặt ñất không phải là vật ñen tuyệt ñối nên bức xạ của nó luôn nhỏ hơn so với vật ñen tuyệt ñối. Bức xạ của mặt ñất có thể tính theo công thức (11) nhưng thêm vào một hệ số gọi là khả năng bức xạ tương ñối (δ). Công thức bức xạ của mặt ñất có dạng: E ñ = δ.σ.T 4 (12) Hệ số khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau thay ñổi trong khoảng từ 0,85 ñến 0,99. Chẳng hạn cát có hệ số bức xạ tương ñối là 0,89; lớp cỏ phủ là 0,98; tuyết 0,99; ñất ñen là 0,87; nước 0,96 Vì thế hệ số bức xạ tương ñối của mặt ñất có thể lấy trung bình bằng 0,95. Theo ñịnh luật Wien thì bước sóng lớn nhất (λ max ) mà một vật phát ra tỷ lệ nghịch với nhiệt ñộ (T) của vật thể, cho nên vật có nhiệt ñộ càng cao thì năng lượng phát xạ càng tập trung ở vùng phổ sóng ngắn và ngược lại. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 21 Bảng 1.4. Khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau (δ) Loại bề mặt δ Loại bề mặt δ Vật ñen tuyệt ñối 1,00 ðồng cỏ 0,94 ðất ñen 0,87 nước 0,96 Cát 0,89 tuyết 0,99 Biểu thức Wien có dạng: λ max = b/T (13) Trong ñó: b là hằng số Wien, b = 2,886.10 -3 mm.ñộ Giả sử nhiệt ñộ của mặt ñất trung bình là 15 o C (288 o K), áp dụng công thức (12) ta thấy năng lượng bức xạ có bước sóng lớn nhất do mặt ñất phát ra xấp xỉ λ max = 10 µ. Như vậy, bức xạ của mặt ñất nói riêng và các vật có nhiệt ñộ thấp khác ñều là bức xạ sóng dài. Bức xạ nghịch của khí quyển (E ng ): Bức xạ nghịch của khí quyển là phần bức xạ sóng dài của khí quyển hướng xuống mặt ñất. Bức xạ nghịch khí quyển phụ thuộc vào ñộ ẩm của không khí. Người ta có thể tính ñộ lớn cường ñộ bức xạ nghịch (E ng ) dựa vào công thức sau: E ng = σ.T 4 (a 1 + b 1 )√ (14) Trong ñó: e là áp suất hơi nước của không khí (ñộ ẩm) a 1, b 1 là các hệ số phụ thuộc vào ñặc ñiểm thành phần không khí trong khí quyển. Bức xạ hữu hiệu (E hh ): Bức xạ hữu hiệu là hiệu số giữa bức xạ của mặt ñất và bức xạ nghịch của khí quyển E hh = E ñ - E ng (15) Nếu E hh > 0 thì lượng nhiệt mặt ñất mất ñi do bức xạ lớn hơn lượng nhiệt mà nó nhận ñược, do ñó mặt ñất bị lạnh ñi. Thông thường vào những ñêm trời trong, gió nhẹ nhiệt ñộ không khí và mặt ñất tương ñối thấp,do E hh rất lớn nên những ñêm ñó thời tiết rất giá lạnh. Những ngày có E hh = 0 thì nhiệt ñộ của mặt ñất không thay ñổi, thường xảy ra vào những ñêm trời có nhiều mây, ñộ ẩm không khí cao. E hh < 0 , là trường hợp thường xảy ra vào những ngày có lớp nghịch nhiệt, không khí nóng truyền nhiệt xuống mặt ñất bằng cách bức xạ nhiệt. g) Cân bằng bức xạ của mặt ñất Cân bằng bức xạ của mặt ñất là tổng ñại số năng lượng của các thành phần bức xạ nhận vào và các thành phần bức xạ thoát ra khỏi mặt ñất. Nếu quy ước các thành phần nhận vào có dấu cộng (+) và thành phần thoát ra mang dấu trừ (-) thì cân bằng bức xạ (B) có thể viết như sau: B = S+D+E ng -E ñ - Rn (16) Trong ñó: S là trực xạ D là tán xạ E ng là bức xạ nghịch của khí quyển Rn là phản xạ E ñ là bức xạ của ñất Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 22 Hình 1.7. Sự phân bố cân bằng bức xạ trên trái ñất (Kcal/cm 2 /phút) Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 23 Các thành phần cân bằng bức xạ của mặt ñất luôn biến ñổi hoặc bị triệt tiêu. Dễ dàng nhận thấy nếu cân bằng bức xạ của mặt ñất dương thì mặt ñất nhận ñược năng lượng và nóng lên, ngược lại nếu cân bằng có giá trị âm thì mặt ñất mất năng lượng và lạnh ñi. Cân bằng bức xạ không chỉ phụ thuộc vào vĩ ñộ mà còn phụ thuộc vào ñiều kiện ñịa lý, vật lý ñịa phương như loại mặt ñệm, ñịa hình, mây, ñộ trong suốt khí quyển, Cân bằng bức xạ là một trong những nhân tố rất quan trọng trong việc hình thành chế ñộ nhiệt ở các vùng khác nhau. Cân bằng bức xạ ở mỗi thời ñiểm tại ñịa phương là cơ sở ñể dự báo thời tiết. Ngoài ra cân bằng bức xạ rất cần thiết trong việc xác ñịnh cơ cấu mùa vụ, sinh trưởng, phát triển và năng suất của các loại cây trồng. Phân bố ñịa lý của cân bằng bức xạ trên bề mặt trái ñất ñã ñược nhà khí hậu học người Nga M.I. Buñưcô khảo sát và vẽ bản ñồ (hình 2.8). Trên hình 2.8 ta thấy cân bằng bức xạ mọi nơi trên trái ñất ñều có giá trị dương. Cân bằng bức xạ mặt ñất lớn nhất ở vùng xích ñạo và giảm dần về 2 cực trái ñất. 3. QUANG PHỔ CỦA BỨC XẠ MẶT TRỜI Bức xạ mặt trời lan truyền xuống mặt ñất dưới dạng sóng ñiện từ. Quang phổ của bức xạ mặt trời là một dải bước sóng liên tục. Về lý thuyết, quang phổ bức xạ mặt trời gồm các tia có bước sóng λ từ 0 µ (micromet) ñến vô cùng lớn. Tuy nhiên các bước sóng quá ngắn và quá dài có năng lượng quá nhỏ, cho nên trong thực tế có thể coi quang phổ của bức xạ mặt trời bao gồm những tia có bước sóng từ 0,1 ñến 5µ. Gần 99% năng lượng bức xạ mặt trời nằm trong khoảng phổ từ 0,17 ñến 4,0 µ, trong ñó tia bức xạ mang năng lượng lớn nhất có bước sóng 0,474 µ, vì thế người ta thường gọi bức xạ mặt trời là bức xạ sóng ngắn. Khi xem xét ảnh hưởng của các tia bức xạ ñối với sinh trưởng, phát triển của thực vật P.N. Thoxki cho rằng quang phổ bức xạ mặt trời là các tia có bước sóng từ 0,2 ñến 24 µ và chia thành 3 nhóm tia: • Các tia tử ngoại (tia bức xạ sóng ngắn) có bước sóng từ 0,2 - 0,38 µ. • Các tia trông thấy (ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng từ 0,39µ ñến 0,76 µ • Các tia hồng ngoại (tia sóng dài) có bước sóng từ 0,76µ ñến 24,0 µ 1 µ = 10 -6 m; 1mµ = 10 -3 µ (còn gọi là nanomet) Năng lượng của nhóm tia tử ngoại chiếm khoảng 7%, nhóm tia trông thấy chiếm 46% và nhóm tia hồng ngoại chiếm 47% tổng năng lượng bức xạ mặt trời (Bảng 1.5) Khi ñi qua khí quyển một số thành phần quang phổ của bức xạ mặt trời bị hấp thụ (xem phần 2.3). Các tia trông thấy bao gồm nhiều tia ñơn sắc hợp thành dải quang phổ từ ñỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Nhờ nhóm tia này mà thế giới tự nhiên ñược con người cảm nhận vừa sinh ñộng về màu sắc, vừa ña dạng, kỳ vĩ về cảnh quan ñịa lý. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 24 Bảng 1.5. ðộ dài bước sóng và năng lượng của thành phần bức xạ mặt trời (Theo P.N.Thoxki) Năng lượng Nhóm tia bức xạ mặt trời ðộ dài sóng (µ) Cal/cm 2 .phút (%) Ghi chú Tử ngoại C B A 0,20 - 0,39 0.20 - 0,28 0,29 - 0,32 0,33 - 0,39 0,140 0,008 0,025 0,107 7 0,4 1,2 5,4 Bị O 3 hấp thụ Trông thấy A B C 0,39 -0,76 0,39 - 0,52 0,52 - 0,62 0,62 - 0,76 0,910 0,350 0,300 0,260 46,0 18,0 15,0 13,0 Tím, chàm,lục, vàng, ñỏ Hồng ngoại A B C 0,76 - 24,00 0,76 - 1,40 1,40 - 3,00 3,00 - 24,00 0,930 0,640 0,250 0,040 47,0 32,0 13,0 2,0 Gần ñỏ Tổng số 0,20 - 24,00 1,980 100,0 4. QUANG CHU KỲ Quang chu kỳ là sự thay ñổi lặp ñi lặp lại của ñộ dài ngày. Tại một ñịa phương nào ñó, tùy thuộc vào mỗi mùa khí hậu mà quang chu kỳ dài, ngắn khác nhau. ðộ dài ngày là ñộ dài của khoảng thời gian chiếu sáng trong một ngày tính từ khi mặt trời mọc cho ñến khi mặt trời lặn. Vì ñộ dài ngày thay ñổi có tính chu kỳ nên ñộ dài ngày ñược gọi là quang chu kỳ. Ngoài sự thay ñổi theo mùa, quang chu kỳ còn thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý. • Quang chu kỳ thay ñổi theo mùa trong năm: Quả ñất hình cầu di chuyển xung quanh mặt trời theo quỹ ñạo hình elip, trong quá trình di chuyển trục quả ñất luôn luôn nghiêng một góc 66 o 33' so với mặt phẳng quỹ ñạo, một năm nó quay ñược một vòng xung quanh mặt trời. Mặt khác trong một ngày ñêm (24 giờ) trái ñất tự xoay quanh trục của mình ñược một vòng. Hàng năm có 2 ngày, trên quỹ ñạo chuyển ñộng xung quanh mặt trời, trục quả ñất nằm ở vị trí vuông góc với các tia bức xạ mặt trời ñó là ngày xuân phân (21/3) và ngày thu phân (23/9). Vào 2 ngày này, trên mọi vĩ ñộ ñịa lý nửa trái ñất ñược mặt trời chiếu sáng ñúng bằng nửa còn lại không ñược chiếu sáng, do ñó mọi nơi trên trái ñất ñều có ngày và ñêm dài như nhau (12 giờ). Từ ngày xuân phân ñến ngày hạ chí (22/6) Bắc bán cầu ngày càng nghiêng nhiều về phía mặt trời. Khi trái ñất quay quanh trục của nó, trên các vòng vĩ ñộ phần trái ñất ñược chiếu sáng nhiều hơn phần không ñược chiếu sáng, vì vậy càng về phía Bắc ngày càng dài ra, ñêm càng ngắn lại. Vào ngày hạ chí, Bắc bán cầu nghiêng nhiều nhất về phía mặt trời do vậy ñộ dài ngày ở các vĩ ñộ là lớn nhất. ðặc biệt, các vĩ ñộ trong vùng cực ñới (>66 0 33’B) mặt ñất ñều ñược chiếu sáng, do vậy ñộ dài ban ngày kéo dài 24 giờ, không có ban ñêm. Sau ñó, quãng thời gian từ hạ chí ñến thu phân (23/9) Bắc bán cầu giảm dần ñộ nghiêng về phía mặt trời nên ñộ dài ban ngày ở Bắc bán cầu lại ngắn dần còn ñêm lại dài dần ra. Nửa thời gian còn lại trong năm, từ thu phân (23/9) ñến ñông chí (22/12), Nam bán cầu nghiêng dần về phía mặt trời, trên các vòng vĩ ñộ Bắc phần trái ñất ñược chiếu sáng nhỏ dần so với phần không ñược chiếu sáng, do vậy ñộ dài ban ngày ngắn dần. Vào ngày ñông chí, tại các vĩ ñộ Bắc bán cầu ñộ dài ban ngày ñều ngắn nhất. ðặc biệt, các vĩ ñộ trong vòng cực ñới (>66 0 33’B) mặt ñất ñều bị che khuất hết nên vùng này không có ban ngày, còn ban Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 25 ñêm kéo dài cả 24 giờ. Sau quãng thời gian này, từ ñông chí (22/12) ñến xuân phân (21/3) ñộ dài ban ngày lại dài dần ra. Vào ngày xuân phân ñộ dài ban ngày và ban ñêm lại bằng nhau. ở mọi vĩ ñộ ñịa lý. Diễn biến ñộ dài ngày ở Nam bán cầu tương tự như Bắc bán cầu nhưng nếu ở Bắc bán cầu là thời kỳ ngày dài, ñêm ngắn thì Nam bán cầu là thời kỳ ngày ngắn, ñêm dài. • ðộ dài ngày thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý: Do ở vị trí trung tâm dao ñộng của góc thiên ñỉnh nên vùng xích ñạo ngày và ñêm luôn luôn bằng nhau suốt cả năm. Càng ñi lên vĩ ñộ cao chênh lệch về ñộ dài ngày, ñêm càng tăng. Riêng tại 2 cực trái ñất (90 0 ) chỉ có một ngày dài (6 tháng) và 1 ñêm dài (6 tháng). Người ta phân biệt ñộ dài chiếu sáng thiên văn và ñộ dài chiếu sáng ñịa phương. ðộ dài chiếu sáng thiên văn ñược tính toán dựa trên các công thức lý thuyết, phụ thuộc vào thời gian trong năm và vĩ ñộ ñịa lý. ðộ dài chiếu sáng ñịa phương thường sai khác so với ñộ dài chiếu sáng thiên văn vì nó bị chi phối bởi ñiều kiện tự nhiên của mỗi vùng như ñịa hình, thời tiết, sự khúc xạ ánh sáng (bảng 1.6 ) Chu kỳ chiếu sáng có ảnh hưởng rất lớn ñến ñời sống sinh vật, ñặc biệt là những nhịp ñiệu sinh trưởng và phát dục của chúng. Khi xem xét ảnh hưởng của ñộ dài chiếu sáng tới một số quá trình sinh lý ở thực vật người ta tính ñến cả khoảng thời gian trước lúc mặt trời mọc và sau khi mặt trời lặn vì vào thời gian này cường ñộ ánh sáng khoảng 250 - 650 lux, vẫn có tác dụng cho thực vật quang hợp. ðộ dài ngày trong trường hợp này người ta còn gọi là ñộ dài chiếu sáng sinh lý (bảng 1.7). Bảng 1.6. ðộ dài ngày thiên văn tính theo vĩ ñộ ñịa lý (ñơn vị: giờ, phút) Vĩ ñộ Thời gian 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 65 o 66 o 33 Giờ 12 12 13 14 14 16 18 21 24 Ngày dài nhất Phút 05 40 18 02 58 18 45 43 0 Giờ 12 11 10 10 9 8 05 3 0 Ngày ngắn nhất Phút 05 30 53 10 16 0 35 22 0 Bảng 1.7. ðộ dài chiếu sáng sinh lý ở các vĩ ñộ khác nhau ðơn vị: giờ/phút ( Theo Sunghin, 1987) Vĩ ñộ Tháng 0 o 10 o 20 o 30 o 40 o 50 o 60 o 70 o I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 12,54 12,51 12,51 12,50 12,53 12,53 12,54 12,51 12,50 12,51 12,51 12,53 12,22 12,35 12,48 13,06 13,21 13,31 13,26 13,13 12,55 12,39 12,25 12,21 11,54 12,18 12,46 13,24 13,55 14,12 14,04 13,37 13,00 12,27 12,00 11,47 11,19 12,01 12,48 13,47 14,35 15,02 14,48 14,06 13,02 12,17 11,31 10,09 10,41 11,39 12,49 14,13 15,27 16,08 15,51 14,47 13,26 12,06 11,00 10,26 9,49 11,16 12,57 14,55 16,45 17,50 17,24 15,46 13,46 11,57 10,19 9,26 8,32 10,42 13,08 16,07 19,16 22,19 20,46 17,37 14,23 11,41 9,26 7,54 5,44 9,40 13,36 18,55 24,00 24,00 24,00 23,16 15,38 11,18 7,12 4,16 [...]... Ttb Tmax Tmin 0 14,6 23 ,0 5,5 27 ,3 31,4 21 ,6 20 0 13,8 21 ,7 3,5 26 ,2 31,9 20 ,3 500 12, 5 24 ,7 0,9 25 ,2 30,0 19,1 1000 10,6 21 ,4 0,6 22 ,8 27 ,7 16,0 1500 9,3 19,1 -1 ,5 20 ,0 24 ,8 15,3 21 00 7,9 18,1 -1 ,7 16,6 20 ,8 2, 0 3100 5,0 14 ,2 -3 ,7 11,1 15,7 7,9 Ngu n: TS Hoàng Th Phương H ng (ðài khí tư ng cao không Hà N i) Hi n tư ng thăng, giáng c a các kh i không khí trong t ng ñ i lưu thư ng di n ra hàng ngày, v i... ch t khí có trong 1m3 không khí càng 1 n và do ñó m t ñ không khí tăng) M t ñ không khí t l ngh ch v i nhi t ñ Nhi t ñ không khí càng tăng thì m t ñ không khí gi m, vì nhi t ñ tăng th tích tăng làm cho kh i lư ng c a m t ñơn v th tích không khí gi m B ng 2. 2 nh hư ng c a nhi t ñ và m ñ ñ n m t ñ không khí Nhi t ñ không khí (0C) 3 M t ñ không khí (g/m ) 0 10 20 30 M t ñ không khí khô 129 3 124 7 120 3... 1165 M t ñ không khí bão hoà hơi nư c 129 0 124 1 1194 1194 3 6 11 18 Chênh l ch không khí khô và m M t ñ khí quy n còn ph thu c vào m ñ không khí m t ñ không khí càng gi m (b ng 2. 2) m ñ không khí càng tăng thì 31 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p M t ñ không khí gi m nhanh theo ñ cao c a khí quy n Càng lên cao thì kh i lư ng ch t khí trong m t ñơn... Argon Ar 0,93% 65 10 12 4 Cacbonic CO2 0,0 32% 2, 5 10 12 5 Neon Ne 18 ppm 64 109 6 Heli He 5 ,2 ppm 3,7 109 7 Metan CH4 1,3 ppm 3,7 109 8 Kripton Kr 1,0 ppm 15 109 9 Hydro H2 0,5 ppm 0,18 109 10 Nitơ ôxit N2 O 0 ,25 ppm 1,9 109 11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5 109 12 Ôzon O3 0, 02 ppm 0 ,2 109 13 Sulfurdioxit SO2 0,001 ppm 11 106 14 Nitơ dioxit NO2 0,001 ppm 8 106 S trao ñ i liên t c gi a khí quy n, ñ a quy... th y khí quy n trái ñ t không có d ng ñ i xung mà nó lép v phía m t tr i và làm thành cái ñuôi ch t khí c a trái ñ t kéo d i hàng ch c v n cây s 3 THÀNH PH N KHÔNG KHÍ TRONG KHÍ QUY N TRÁI Ð T 3.1 Thành ph n không khí c a l p khí quy n g n m t ñ t B ng 2. 3 Thành ph n không khí khô, không b ô nhi m STT Tên ch t Công th c T l T ng kh i lư ng (t n) 1 Nitơ N2 78,09% 3850 10 12 2 Oxy O2 20 ,94% 1180 10 12 3... Trái ñ t Trong khí quy n Trái ñ t, t i ñ cao kho ng 80km là t ng ñi n ly (t ng ion hoá) T ng ñi n ly có tác d ng h p th sóng c c ng n (bư c sóng nh hơn 0,099µ) Các tia t ngo i có bư c sóng ng n, dao ñ ng t 0 ,20 - 0,39µ Các tia có bư c sóng t 0 ,20 - 0 ,28 µ g i là UV C, t 0 ,28 - 0, 32 µ g i là UV - B Các tia còn l i có bư c sóng dài hơn t 0, 32 - 0,39 µ g i là UV - A Trong s các tia này thì UV - B có tác d... VÀ S PHÂN B KHÍ QUY N THEO CHI U CAO 2. 1 M t ñ không khí M t ñ không khí là kh i lư ng ch t khí có trong 1m3 không khí, hay là t s gi a kh i lư ng và th tích c a ch t khí, ñư c kí hi u là ρ L n ñ u tiên trên th gi i, m t ñ không khí ñư c xác ñ nh vào th k th 17 sau khi sáng ch ra bơm không khí M t ñ không khí ñi u ki n tiêu chu n (áp su t khí quy n 760 mm; nhi t ñ không khí 00C) b ng 1 ,29 3 kg/m3 Còn... duy trì s có m t và t n t i c a các ch t khí trong khí quy n Trong m t ñơn v th tích c a không khí khô và s ch có ch a 78,08% nitơ (N2), 20 ,95% ôxy (O2), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic Các ch t khí nêon, hê li, cripton, hyñrô, xênon và ôzôn ch 32 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p chi m 0,01% (b ng 2. 3) Trong khí quy n còn có m t s ch t có thành ph... không khí ñi lên ho c ñi xu ng (do các trung tâm khí áp cao, khí áp th p , do g p các chư ng ng i v t trên m t ñ t, do s tranh ch p 27 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p gi a các kh i không khí ) Hi n tư ng thăng giáng c a các kh i không khí ñã làm thay ñ i ch ñ nhi t, m c a không khí (Kh o sát khí quy n, Oklahoma - 1997) Chúng ta bi t r ng các ch t khí. .. Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p - 26 Chương II CÁC KI N TH C CHUNG V KHÍ QUY N TRÁI Ð T Trái ñ t, b ng l c hút c a mình ñã t p trung xung quanh nó m t l p các ch t khí ñư c g i là khí quy n L p khí quy n g n m t ñ t có vai trò h t s c l n lao ñ i v i s s ng trên trái ñ t, là môi trư ng quan tr ng c a n n s n xu t nông nghi p H n h p các ch t khí t o nên khí quy n ñư . 12, 54 12, 51 12, 51 12, 50 12, 53 12, 53 12, 54 12, 51 12, 50 12, 51 12, 51 12, 53 12, 22 12, 35 12, 48 13,06 13 ,21 13,31 13 ,26 13,13 12, 55 12, 39 12, 25 12, 21 . 14,6 23 ,0 5,5 27 ,3 31,4 21 ,6 20 0 13,8 21 ,7 3,5 26 ,2 31,9 20 ,3 500 12, 5 24 ,7 0,9 25 ,2 30,0 19,1 1000 10,6 21 ,4 0,6 22 ,8 27 ,7 16,0 1500 9,3 19,1 -1 ,5 20 ,0 24 ,8 15,3 21 00 7,9 18,1 -1 ,7 16,6 20 ,8. phía ðông 18 42 96 1 82 251 28 9 24 0 20 4 153 76 24 14 1589 Sư ờn dốc phía Tây 19 42 92 175 24 5 28 1 23 9 198 149 76 25 15 1556 Sư ờn dốc phía Bắc - - 15 91 176 22 8 183 124 50 - - - 867 b)