Khoa Học Vũ Trụ - Sinh Thái Tầng Khí Quyển phần 3 pdf

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 39 3.4. Thành phần không khí trong quần thể thực vật Sự có mặt của thực vật làm cho thành phần không khí xung quanh chúng có sự khác biệt lớn với không khí tự do cả về hàm lượng, thành phần và sự phân bố các chất khí. Mức ñộ khác biệt phụ thuộc vào mức ñộ phát triển của tầng tán thực vật (mật ñộ, ñộ cao và ñộ rậm rạp của tán cây). Khi mật ñộ thưa, hoặc cây non mới gieo trồng thì hầu như không có sự sai khác nhiều giữa không khí trong quần thể so với không khí tự do. Khi cây trưởng thành, ñộ che phủ tán cây lớn thì sự khác biệt về thành phần không khí trong quần thể thực vật và không khí tự do trở nên ñáng kể. Nguyên nhân gây ra sự khác biệt là do tán lá thực vật ñã ngăn cản sự trao ñổi không khí giữa quần thể và khí quyển tự do (tốc ñộ gió giảm, hạn chế bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt ñất. Do sự hấp thu, phản xạ và ñiều tiết nhiệt ñộ nhờ bộ lá của thực vật mà chế ñộ nhiệt không khí trong quần thể ít biến ñộng hơn so với không khí bên ngoài. Mặt khác do các hoạt ñộng sống như thoát hơi nước, hấp thu cácbonic, quang hợp, hô hấp khiến cho không khí trong quần thể thực vật có sự biến ñộng cả về thành phần và tỷ lệ một số chất. a) Khí CO 2 CO 2 là nguyên liệu của quá trình quang hợp ñồng thời lại là sản phẩm của quá trình hô hấp, vì vậy vào những giờ ban ngày lượng CO 2 giảm ñi ñáng kể. Nếu khảo sát từ gốc cây lên tầng tán lá dầy nhất thì thấy hàm lượng CO 2 giảm dần theo chiều cao. Vào ban ñêm cây xanh không hấp thu CO 2 mà thải ra một lượng ñáng kể do quá trình hô hấp làm cho hàm lượng CO 2 tăng vọt lên và có thể ñạt tới mức 0,06% - gấp ñôi hàm lượng CO 2 có trong khí quyển tự do. b) Ôxy Ôxy trong quần thế thực vật cũng có tỷ lệ biến ñộng mạnh nhưng ngược chiều với CO 2 . Lượng O 2 tăng lên vào ban ngày nhờ quá trình quang hợp và lại giảm ñi ñáng kể vào ban ñêm do bị sử dụng cho quá trình hô hấp c) Hơi nước Hơi nước trong quần thể thực vật bao giờ cũng cao hơn do hoạt ñộng thoát hơi nước qua bề mặt lá của cây xanh. Vào ban ñêm hơi nước trong quần thể thực vật thường ở mức bão hòa hoặc quá bão hòa. Tuy nhiên, nếu dưới tán lá dày không khí có nhiệt ñộ cao hơn trên mặt tán lá thì ñộ ẩm trong quần thể thấp. ðộ ẩm cao thường thúc ñẩy hoạt ñộng của nấm bệnh và vi sinh vật trong quần thể thực vật, vì vậy trong kỹ thuật canh tác người ta thường phải tỉa cành, tạo tán, trồng cây che bóng… thích hợp ñể ñiều tiết ñộ ẩm. Bảng 2.5. Ảnh hưởng của biện pháp trồng cây che bóng ñối với sâu, bệnh hại cà phê chè Catimor ở huyện Hướng hóa, Quảng trị Bệnh gỉ sắt (%)** Biện pháp kỹ thuật Tỷ lệ cây bị sâu ñục thân (%)* Tỷ lệ lá bị bệnh Chỉ số bệnh Vườn không che bóng 4,3 5,3 0,47 Vườn che bóng thưa 2,9 5,6 0,56 Vườn che bóng dày 1,8 10,3 0,91 Nguồn: ðoàn Văn ðiếm, Lê Quang Vĩnh, 2001 Ghi chú: *Sâu ñục thân: Xylotrechus quadripes và Zeuzera coffea ** Bệnh gỉ sắt: Hemileia vastatrix Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 40 4. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Anh /chị hãy trình bày cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng ñứng ? ðặc ñiểm chính của các tầng khí quyển ? 2. Mật ñộ, khối lượng và phân bố theo ñộ cao của không khí ở tầng ñối lưu ? Công thức xác ñịnh mật ñộ không khí ? 3. Phân tích ñặc ñiểm của các thành phần nitơ, CO 2 , O 2 , hơi nước, bụi ở lớp không khí sát mặt ñất ? Vai trò của chúng ñối với sinh vật, phương pháp khai thác ? 4. Thành phần Ôzôn (O 3 ) trong không khí, Vai trò của Ôzôn ñối với khí hậu trái ñất, quá trình phân hủy Ôzôn và nguy cơ tầng Ôzôn bị thủng ? 5. Thành phần không khí trong ñất và quần thể thực vật ? Hãy nêu sự biến ñộng và vai trò của một số thành phần chính ? Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 41 Chương III. CHẾ ðỘ NHIỆT CỦA ðẤT VÀ KHÔNG KHÍ 1. CHẾ ðỘ NHIỆT CỦA ðẤT 1.1. Các ñặc tính nhiệt lực của ñất a) Nhiệt dung của ñất Nhiệt dung của ñất là ñại lượng dùng ñể ñánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm của ñất. Nhiệt dung ñược chia ra làm hai loại: • Nhiệt dung trọng lượng (C p ): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 gam ñất nóng lên 1 o C. ðơn vị tính nhiệt dung trọng lượng là calo/g/ñộ. • Nhiệt dung thể tích (C v ): Là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1cm 3 ñất nóng lên 1 o C . ðơn vị tính nhiệt dung thể tích là calo/cm 3 /ñộ. Nhiệt dung trọng lượng và nhiệt dung thể tích có quan hệ mật thiết với nhau ñược biểu thị bằng biểu thức sau ñây: (1) Trong ñó: C v : Nhiệt dung thể tích C p : Nhiệt dung trọng lượng d: Tỷ trọng của ñất Nhiệt dung của ñất phụ thuộc phần lớn vào nhiệt dung của các chất hình thành nên ñất. Từ bảng 3.1 có thể rút ra những nhận xét sau: Bảng 3.1. Nhiệt dung của các chất cấu tạo ñất - + Các loại ñất cát hoặc pha cát bao giờ cũng có nhiệt dung nhỏ, nóng lên nhanh nhưng cũng nguội ñi nhanh chóng. + Nhiệt dung của cá c thành phần cấu tạo nên ñ ất rất khác nhau. + Nhìn chung nhi ệt dung thể tích của mọi thà nh phần rắn chủ yếu trong ñ ất hầu như giống nhau, và o khoảng từ 0,5 – 0.6 calo/cm 3 /ñộ Thành phần của ñất Nhiệt dung trọng lượng (Calo/g/ñộ) Nhiệt dung thể tích (Calo/cm 3 /ñộ) Cát 0,18 0,4900 Sét 0,23 0,5900 Than bùn 0,48 0,6000 Không khí trong ñất 0,24 0,0003 Nước trong ñất 1,00 1,0000 C v = d . C p Nhi ệt ñ ộ ñ ất c ó vai tr ò ñ ặc biệt ñ ối với c á c qu á tr ì nh v ật l ý x ẩy ra trong ñất v à kh í quyển, là những yếu tố môi trường quan trọng tác ñộng tới các hoạt ñ ộng sống của sinh vật. Không khí là một chất trong suốt rất ít ñược ñốt nóng trực tiếp bởi bức xạ mặt trời vì khả năng hấp thu năng lượng bức xạ mặt trời của chúng rất kém. Tính trung bình khí quyển của trái ñất chỉ hấp thu ñược 14% tổng năng lượng bức xạ mặt trời ñi qua, còn l ại trên 80% năng lượng nhận ñược chủ yếu nhờ mặt ñất cung cấp cho nó. ðặc tính hấp thu, truyền nhiệt của ñất và không khí ñều mang những sắc thái riêng. Nghiên c ứu các tính chất nhiệt cũng như chế ñộ nhiệt của ñất và không khí giúp chúng ta hiểu rõ b ản chất tác ñộng của chúng ñối với khí hậu và ñời sống sinh vật. Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 42 + Các loại ñất sét hoặc pha sét có nhiệt dung lớn, chúng nóng lên chậm và lạnh ñi chậm hơn so với ñất cát hoặc pha cát. + ðất khô có nhiệt dung nhỏ hơn so với ñất ẩm. Vì vậy các loại ñất khô thiếu ẩm thường có chế ñộ nhiệt không ổn ñịnh, chúng nóng lên về ban ngày nhanh chóng và lạnh ñi rất nhanh vào ban ñêm. Sự biến ñộng nhiều của nhiệt ñộ sẽ ảnh hưởng rất lớn ñến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng, ñặc biệt là ở các vùng ñất cát. ðất ẩm, các loại ñất thịt, thịt pha có chế ñộ nhiệt ôn hoà, ít dao ñộng hơn so với các loại ñất trên. Do vậy làm ẩm ñất bằng cách Bảng 3.2. Nhiệt dung thể tích của một số loại ñất có ñộ ẩm khác nhau (ðơn vị: Cal/cm 3 /ñộ) ðộ ẩm ñất (%) Loại ñất 0 20 50 80 100 ðất cát 0,35 0,40 0,48 0,58 0,63 ðất sét 0,26 0,36 0,53 0,72 0,90 ðất nhiều mùn 0,15 0,30 0,52 0,75 0,90 ðất than bùn 0,20 0,32 0,56 0,79 0,94 tưới nước có thể ñiều tiết ñược chế ñộ nhiệt thích hợp cho cây trồng, giữ ñược nhiệt trong mùa ñông và làm giảm nhiệt ñộ trong mùa hè. b) Hệ số dẫn nhiệt (ñộ dẫn nhiệt) của ñất Hệ số dẫn nhiệt là ñại lượng vật lý biểu thị khả năng truyền nhiệt của các loại ñất. Là lượng nhiệt ñi qua một ñơn vị diện tích 1 cm 2 , có ñộ dày là 1cm, trong thời gian 1 giây khi nhiệt ñộ chênh lệch giữa 2 lớp ñất là 1 o C. Ký hiệu của hệ số ñẫn nhiệt: λ ; ñơn vị tính là calo/cm 2 /cm/giây/ñộ. Hệ số dẫn nhiệt của các loại ñất rất khác nhau và phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt của các chất cấu tạo nên ñất, ñộ xốp, ñộ ẩm của ñất Bảng 3.3. Hệ số dẫn nhiệt của một số vật chất cấu tạo ñất (ðơn vị: Calo/cm 2 /cm/giây/ñộ) Các chất λ Các chất λ 1. Bột phenspat 0,00580 5. ðá vôi 0,00190 2. Cát khô 0,00026 6. Cát ẩm (20%) 0,00252 3. Hạt sét 0,00440 7. Thạch cao 0,00220 4. Nước 0,00130 8. Không khí 0,00005 Hệ số dẫn nhiệt của cát rất thấp, do vậy ñất cát hoặc ñất pha nhiều cát cũng có hệ số dẫn nhiệt nhỏ. Vì thế, sự truyền nhiệt xuống các lớp ñất sâu chậm, lớp ñất mặt nóng lên nhanh hơn so với các lớp phía dưới vào ban ngày nhưng lạnh ñi rất nhanh vào ban ñêm. Ngược lại ñất sét hoặc ñất sét pha có hệ số dẫn nhiệt lớn, khả năng truyền nhiệt nhanh giữa các lớp ñất nên nóng lên và lạnh ñi chậm, chế ñộ nhiệt ít biến ñộng hơn. Nước có hệ số dẫn nhiệt lớn hơn không khí, do vậy sự có mặt nhiều hay ít của nước và không khí sẽ ảnh hưởng ñến tính dẫn nhiệt của ñất. Khi ñộ ẩm của ñất tăng lên sẽ làm tăng hệ số dẫn nhiệt, nhờ vậy mà nhiệt ñộ mặt ñất cao vào ban ngày ñược truyền nhanh xuống các lớp ñất sâu hơn, ít bị ñốt nóng hơn so với ñất thiếu ẩm. Vào ban ñêm lớp ñất mặt bức xạ bị mất nhiệt thì ñồng thời sẽ ñược bổ sung bằng lượng nhiệt truyền từ dưới sâu lên. Ở ñất khô thiếu Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 43 ẩm, chứa nhiều không khí, hệ số dẫn nhiệt kém nên diễn biến của nhiệt ñộ ngược lại với ñất ẩm. Bởi vậy các loại ñất có ñộ ẩm cao thường có chế ñộ nhiệt ôn hoà hơn các loại ñất khô, biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm cũng nhỏ hơn. c) Hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất Hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất là tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung thể tích của ñất và ñược biểu thị bằng công thức: ) (2) Như vậy sự tăng nhiệt ñộ của một lớp ñất nào ñó tỷ lệ thuận với lượng nhiệt ( λ ) ñi qua và tỷ lệ nghịch với nhiệt dung thể tích (C v ) của ñất. Trong ñất, các thành phần rắn có nhiệt dung thể tích hầu như không thay ñổi, ñộ ẩm và ñộ xốp trong ñất tác ñộng nhiều ñến hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất. Do ñất ẩm chứa nhiều nước có ñộ truyền nhiệt ñộ nhỏ hơn so với ñất khô nên trong ñất ẩm sự thay ñổi nhiệt ñộ theo ñộ sâu và biến thiên nhiệt ñộ trong một ngày ñêm cũng nhỏ hơn so với ñất khô. Nghiên cứu của Gupalo về hệ số truyền nhiệt ñộ ñược trình bày ở bảng 3.4. Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ trọng và ñộ ẩm ñối với hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất Tỷ trọng của ñất (g/cm 3 ) ðộ ẩm ñất (%) 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 0 0,0012 0,0013 0,0015 0,0016 0,0017 4 0,0013 0,0015 0,0016 0,0017 0,0017 10 0,0023 0,0026 0,0027 0,0030 - - 20 0,0033 0,0035 0,0038 0,0041 0,0043 25 0,0031 0,0033 0,0035 0,0037 0,0039 Hệ số truyền nhiệt ñộ phản ảnh tốc ñộ truyền nhiệt ñộ trong ñất. Ở tầng ñất canh tác tốc ñộ truyền nhiệt ñộ có ý nghĩa lớn ñối với kỹ thuật trồng trọt. Mùa ñông giá lạnh, nếu hệ số truền nhiệt ñộ cao thì bộ rễ cây trồng hoạt ñộng tốt. d) Lưu lượng nhiệt Lưu lượng nhiệt là ñại lượng dùng ñể chỉ tổng lượng nhiệt ñược truyền xuống một lớp ñất sâu nào ñó trong một khoảng thời gian nhất ñịnh. Lưu lượng nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau ñây: • Hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì lượng nhiệt truyền xuống lớp ñất dưới sâu càng nhiều. • Thời gian càng dài thì tổng lượng nhiệt truyền xuống lớp ñất sâu càng lớn. • Gradient nhiệt ñộ giữa các lớp ñất càng cao thì tổng lượng nhiệt truyền xuống lớp ñất sâu càng lớn. Công thức tính lưu lượng nhiệt như sau: (3) (t 2 - t 1 ) Q = - λ . τ (z 2 - z 1 ) K = v C λ (cm 2 /giây) Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 44 Trong ñ ó: Q: l ư u l ượ ng nhi ệ t ; λ : H ệ s ố d ẫ n nhi ệ t ; τ : Th ờ i gian truy ề n nhi ệ t; (t 2 - t 1 )/(z 2 - z 1 ): Gradient nhi ệ t ñộ gi ữ a các l ớ p ñấ t. Ví d ụ : Tính l ư u l ượ ng nhi ệ t truy ề n xu ố ng l ớ p ñấ t cát sâu 30cm có nhi ệ t ñộ là 25 0 C trong kho ả ng th ờ i gian 60 giây trên di ệ n tích 100 cm 2 , bi ế t r ằ ng nhi ệ t ñộ c ủ a l ớ p ñấ t m ặ t là 35 0 C, h ệ s ố d ẫ n nhi ệ t λ = 0.00252 calo/cm 2 /cm/giây/ ñộ . Gi ả i: 100 cm 2 = 1 m 2 , nên theo công th ứ c ta tính ñượ c: (t 1 - t 2) ) Q = - λ . τ = 0,00252 x (35 - 25) /30 x 60 x 100 = 5,04 (Cal/m 2 ) (z 2 - z 1 ) V ậ y l ượ ng nhi ệ t truy ề n xu ố ng l ớ p ñấ t 30 cm 2 trong 1 phut là 5,04 (Cal/m 2 ). 1.2. Cân bằng nhiệt của mặt ñất Cân bằng nhiệt của mặt ñất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận ñược và phần năng lượng mất ñi của mặt ñất. Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương, thì mặt ñất nóng lên, còn nếu có giá trị âm thì mặt ñất sẽ bị lạnh ñi. ðiều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng nhận nhiệt và mất nhiệt của mặt ñất vào ban ngày và ban ñêm. Vào ban ngày, mặt ñất nhận ñược nguồn nhiệt từ mặt trời gồm có: bức xạ trực tiếp (S’), bức xạ khuyếch tán (D), bức xạ nghịch khí quyển (E ng ), ñồng thời tự nó cũng mất ñi nguồn nhiệt do phản xạ sóng ngắn (R n ), phát xạ sóng dài của mặt ñất (Eñ), truyền nhiệt phân tử vào khí quyển (V), mất nhiệt do sự bốc hơi nước (LE), truyền nhiệt vào lòng ñất (P). Do vậy phương trình cân bằng nhiệt của mặt ñất vào ban ngày có dạng: B 1 = S’ + D + E ng - Eñ – R n - V - LE - P Hay B 1 = S’ + D – (E hh + R n + V + LE + P) (4) Ban ñêm, do không có bức xạ mặt trời, mặt ñất chỉ nhận ñược nhiệt từ bức xạ nghịch khí quyển (E ng ), nhiệt từ khí quyển truyền nhiệt phân tử (V), nhiệt từ quá trình ngưng kết hơi nước (LE), nhiệt từ trong lòng ñẩt truyền lên (P) và mất ñi một lượng nhiệt rất lớn từ bức xạ sóng dài của mặt ñất (Eñ). Như vậy phương trình cân bằng nhiệt của mặt ñất vào ban ñêm có dạng: B 2 = V + LE + P + E ng - Eñ Hay B 2 = V + LE + P – E hh (5) Thông thường B 1 có giá trị dương do nhận ñược nhiều năng lượng từ bức xạ mặt trời, còn B 2 có giá trị âm do ban ñêm mặt ñất nhận ñược năng lượng rất ít không bù ñược phần năng lượng mất ñi do bức xạ sóng dài. 1.3. Sự biến ñổi của nhiệt ñộ ñất a) Diễn biến hàng ngày của nhiệt ñộ ñất Sự nóng lên ban ngày và lạnh ñi ban ñêm của mặt ñất gây ra sự biến thiên nhiệt ñộ liên tục trong suốt thời gian một ngày ñêm gọi là diễn biến hàng ngày của nhiệt ñộ ñất. Diễn biến hàng ngày của nhiệt ñộ mặt ñất là những dao ñộng tuần hoàn của nhiệt ñộ với một cực ñại và một cực tiểu trong thời gian một ngày ñêm. Từ khi mặt trời mọc, nhiệt ñộ mặt ñất bắt ñầu tăng và sau khoảng 1,0 – 1,5 giờ, lượng nhiệt mặt ñất nhận ñược ñã lớn hơn lượng nhiệt bị mất ñi, lúc này mặt ñất nóng lên và sẽ truyền nhiệt vào trong lòng ñất và cho tầng khí quyển bên trên. Nhiệt ñộ ñất tiếp tục tăng dần và ñạt cực ñại vào lúc 13 giờ. Sau 13 giờ, nhiệt Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 45 ñộ của ñất bắt ñầu giảm. Sự giảm nhiệt ñộ tiếp diễn suốt ban ñêm và trị số cực tiểu quan sát ñược vào trước khi mặt trời mọc 1- 2 giờ. Thời gian mặt trời mọc trong năm có thay ñổi, nên cực tiểu của nhiệt ñộ ñất vào mùa hè thường sớm hơn mùa ñông. Trong một ngày ñêm, hiệu số giữa nhiệt ñộ cao nhất và thấp nhất quan sát ñược gọi là biên ñộ nhiệt hàng ngày của mặt ñất và ñược tính theo công thức: (6) Trong ñó: ∆t: biên ñộ nhiệt ñộ ( o C); t max : nhiệt ñộ cao nhất ( o C); t min : nhiệt ñộ thấp nhất ( o C). Biên ñộ hàng ngày của nhiệt ñộ ñất là yếu tố biến ñộng rất lớn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Thời gian trong năm: Mùa hè biên ñộ nhiệt ñộ lớn hơn so với mùa ñông - Vĩ ñộ ñịa lý: Vĩ ñộ càng nhỏ thì biên ñộ nhiệt ñộ hàng ngày càng tăng. - Lượng mây: Trên bầu trời lượng mây càng ít thì biên ñộ nhiệt ñộ càng cao - Tính chất nhiệt của ñất: ðất có nhiệt dung càng lớn thì biên ñộ nhiệt ñộ hàng ngày càng nhỏ và ñất có tính dẫn nhiệt càng cao thì biên ñộ nhiệt ñộ hàng ngày càng thấp. Bảng 3.5. Biến thiên nhiệt ñộ hàng ngày của một số loại ñất, ñá tại Huế ( o C) Nhiệt ñộ ðá granit Cát Than bùn Nhiệt ñộ tối cao (t max ) 34,8 42,3 27,7 Nhiệt ñộ tối thấp (T min ) 14,5 7,8 6,3 Biên ñộ nhiệt ñộ 20,1 34,5 21,4 Nguồn: Lê Quang Vĩnh (2004) Bảng 3.5 cho thấy, biến thiên nhiệt ñộ hàng ngày trên mặt ñất khác nhau do các loại ñất có tính dẫn nhiệt khác nhau. ðá granit là loại ñá chắc, dẫn nhiệt tốt; cát là loại ñất xốp nên dẫn nhiệt kém hơn; than bùn là loại ñất xốp nhưng chứa ẩm nhiều nên dẫn nhiệt tốt hơn cát. Vì vậy ñất cát có biên ñộ nhiệt ñộ lớn nhất, granit có biên ñộ nhỏ nhất trong 3 loại. - Màu sắc của ñất: Biên ñộ nhiệt ñộ của ñất sẩm màu lớn hơn biên ñộ nhiệt ñộ của ñất nhạt màu. - Lớp phủ thực vật: ðất có lớp phủ thực vật, biên ñộ nhiệt ñộ bao giờ cũng nhỏ hơn so với ñất trơ trụi không có thực vật. - ðịa hình và hướng dốc: Các dạng ñịa hình lồi (ñồi, núi) có biên ñộ nhiệt ñộ nhỏ hơn các vùng ñất lõm (các vùng ñất trũng, thung lũng). ðất của sườn phía Tây biên ñộ nhiệt ñộ lớn hơn sườn phía ðông. b) Diễn biến hàng năm của nhiệt ñộ ñất Diễn biến hàng năm của nhiệt ñộ ñất có liên quan với biến thiên hàng năm của năng lượng bức xạ mặt trời. Tại Bắc bán cầu, thời ñiểm cực ñại của nhiệt ñộ mặt ñất xuất hiện vào tháng bảy, tháng tám, còn thời ñiểm cực tiểu thường vào tháng giêng, tháng hai. Biên ñộ hàng năm của nhiệt ñộ ñất là hiệu số giữa nhiệt ñộ trung bình tháng có giá trị lớn nhất và nhiệt ñộ trung bình tháng có giá trị nhỏ nhất. Vĩ ñộ ñịa lý càng tăng thì biên ñộ nhiệt ñộ ñất hàng năm càng lớn do sự chênh lệch nhiều về nhiệt ñộ giữa mùa hè và mùa ñông. Biên ñộ nhiệt ñộ mặt ñất năm ở vùng xích ñạo chỉ vào khoảng 3 o C, còn ở vùng cực ñới có thể lên tới 70 o C. ∆t = (t max - t min ) Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 46 Trị số biên ñộ nhiệt ñộ hàng năm của ñất còn phụ thuộc vào lớp phủ thực vật. ðất trơ trụi có biên ñộ nhiệt ñộ hàng năm lớn hơn ñất có che phủ bởi thực vật. Biên ñộ biến thiên hàng năm cũng như hàng ngày của nhiệt ñộ ñất giảm theo ñộ sâu, ñến một ñộ sâu nào ñó thì nhiệt ñộ không ñổi. Tuỳ theo ñặc ñiểm của ñất mà ñộ sâu có biên ñộ nhiệt ñộ không ñổi khác nhau. Tại những vùng nhiệt ñới, lớp ñất có nhiệt ñộ hàng năm không ñổi ở ñộ sâu 5 - 10 mét, còn ở những vùng vĩ ñộ trung bình, lớp ñất có nhiệt ñộ hàng năm không ñổi ở ñộ sâu 15 - 20 m. Trên các vùng hồ, biển hay ñại dương, bề mặt hoạt ñộng rộng nên lượng nhiệt trao ñổi rất lớn giữa các lớp nước, do vậy biến thiên nhiệt ñộ của mặt nước nhỏ hơn nhiều so với mặt ñất. Hình 3.1. Biến thiên nhiệt ñộ ñất feralit trồng cà phê theo chiều sâu tại Tây Hiếu, Nghệ An (Theo Fritland - 1968) c) Những quy luật về sự lan truyền nhiệt ñộ xuống các tầng ñất sâu Nhờ quá trình trao ñổi nhiệt giữa các lớp ñất, nhiệt ñộ từ mặt ñất ñược lan truyền xuống các lớp ñất sâu. Khả năng truyền nhiệt của mỗi loại ñất thường khác nhau, nhưng về cơ bản chúng ñều tuân theo những quy luật nhất ñịnh. Theo nhiều tác giả, các quy luật lan truyền nhiệt ñộ ñất như sau: 1) Chu kỳ của những biến thiên nhiệt ñộ không thay ñổi theo ñộ sâu: Chu kỳ biên thiên của nhiệt ñộ (T) thường thấy là chu kỳ ngày ñêm và chu kỳ năm. 2) Biên ñộ biến thiên của nhiệt ñộ giảm dần theo ñộ sâu:. Biên ñộ nhiệt ñộ ñất ở các ñộ sâu giảm ñi nhanh chóng theo cấp số nhân khi chiều sâu tăng theo cấp số cộng. Có thể tính ñược biên ñộ nhiệt ñộ ñất ở bất kỳ ñộ sâu nào theo công thức: (7) Trong ñó: ∆t z : biên ñộ nhiệt ñộ ở ñộ sâu z bất kỳ ( o C). ∆t o : biên ñộ nhiệt ñộ mặt ñất ( o C). T: chu kỳ biến thiên của nhiệt ñộ K: hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất. Từ công thức trên cho thấy khi ñộ sâu z tăng thì biên ñộ nhiệt ñộ A z giảm ñi theo cấp số nhân. Tại một ñộ sâu nào ñó biên ñộ nhiệt ñộ sẽ trở nên rất nhỏ hầu như bằng không, những biến thiên nhiệt ñộ ở ñó ngừng hẳn và nhiệt ñộ không ñổi trong suốt chu kỳ T. Các kết quả ∆t z = ∆t o .e T .K z π − Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 47 khảo sát thực tế cho thấy với chu kỳ ngày ñêm thì từ ñộ sâu 100 cm trở ñi nhiệt ñộ ñất không thay ñổi và ở chu kỳ một năm ứng với ñộ sâu 15 – 20 m nhiệt ñộ ñất cũng không thay ñổi. Kết quả nghiên cứu ở Phú Hộ cho thấy, ñất trồng chè Việt nam có ñộ sâu nhiệt ñộ không thay ñổi là 80 cm. 3) Thời gian xuất hiện các cực trị của nhiệt ñộ ñất muộn dần theo ñộ sâu. Các giá trị cực trị (cực ñại, cực tiểu) của nhiệt ñộ ở các ñộ sâu thay ñổi nhưng thời ñiểm xảy ra nó thì tuân theo quy luật này. ðộ muộn - τ (tính theo thời gian) ứng với các lớp ñất sâu ñược tính bằng công thức: z 2 Τ τ = π Κ (8) Trong ñó: ñộ muộn τ là thời gian chậm trễ (giờ hoặc ngày). ðối với những ñất có ñộ dẫn nhiệt khác nhau, thời gian chậm trễ cũng khác nhau. Trung bình các ñiểm cực ñại và cực tiểu hàng ngày, ñộ sâu lớp ñất cứ tăng thêm 10 cm thì chậm ñi 2,5 - 3,5 giờ, và các ñiểm cực ñại, cực tiểu hàng năm, ñộ sâu lớp ñất cứ tăng thêm 1m thì chậm ñi 20 -30 ngày. Bảng 3.6. Biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm của ñất trồng chè Phú Hộ - Phú Thọ ( o C) Các tháng trong năm ðộ sâu (cm) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0 7,5 4,7 6,2 10,0 15,5 14,8 15,9 8,4 5,4 5,3 4,5 3,8 5 3,1 2,3 2,8 3,7 6,3 6,2 5,3 4,1 3,8 3,1 2,9 2,2 10 1,4 1,6 1,6 2,1 3,5 3,6 3,2 2,5 2,1 1,9 1,8 1,4 15 0,6 0,8 0,7 1,1 2,3 1,8 2,3 1,6 1,4 1,6 0,7 0,6 20 0,1 0,8 0,4 0,8 1,5 1,8 2,1 1,5 0,9 0,6 0,7 0,1 40 0,1 0,1 0,1 0,1 0,9 0,8 1,4 0,1 0,1 0,0 0,1 0,1 80 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Nguồn: Viện nghiên cứu chè (1961) 4) Những ñộ sâu có ñộ giảm biên ñộ nhiệt ñộ như nhau tỷ lệ với căn bậc hai của những chu kỳ biến thiên. Quy luật này ñược thể hiện bằng công thức sau: 1 1 2 2 z T z T = (9) Trong ñó z 1 , z 2 là những ñộ sâu mà các biên ñộ nhiệt ñộ (∆t 1 , ∆t 2 ) giảm ñi cùng một số lần; T 1 , T 2 là những chu kỳ biến thiên. Ví dụ: Nếu ta coi T 1 là chu kỳ biến thiên ngày, T 2 là chu kỳ biến thiên năm (365 ngày), ñưa vào công thức tính ta sẽ có: z 1 √ 1 1 = = z 2 √365 19 Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 48 Như vậy giả sử biên ñộ biến thiên hàng ngày giảm ñi 2 lần ở ñộ sâu z 1 = 10 cm, thì ở biến thiên hàng năm sự giảm biên ñộ 2 lần xảy ra tại ñộ sâu z 2 = 190 cm. 1.4. Những biện pháp kỹ thuật ñiều chỉnh chế ñộ nhiệt của ñất a) Những biện pháp kỹ thuật giữ và tăng nhiệt ñộ ñất trong mùa ñông Trong mùa ñông, ở vùng duyên hải miền Trung và miền Bắc thường bị ảnh hưởng của gió mùa ðông Bắc, ñồng thời năng lượng bức xạ mặt trời nhận ñược thấp nên nhiệt ñộ ñất thường bị giảm xuống. ðể giữ nhiệt hoặc làm tăng nhiệt ñộ ñất cần ứng dụng một số biện pháp kỹ thuật sau: - Cải thiện thành phần cơ giới và kết cấu của ñất: Làm tăng tỷ lệ cát trong ñất, giảm tỷ lệ sét làm giảm nhiệt dung của ñất, khi ñó chỉ cần cung cấp một lượng nhiệt nhỏ từ bức xạ mặt trời thì nhiệt ñộ ñất ñã tăng. Xới xáo kết hợp với bón phân hữu cơ làm cho ñất tơi xốp, thoáng khí cũng làm giảm nhiệt dung và ñộ dẫn nhiệt của ñất. Do ñộ dẫn nhiệt giảm nên ñất giữ nhiệt tốt. - Dùng vật che phủ mặt ñất: Trong mùa ñông có thể dùng rơm rạ, cỏ khô che phủ lên mặt ñất ñể hạn chế bức xạ sóng dài của mặt ñất vào ban ñêm. Cũng có thể dùng các chất xẩm màu như tro, bồ hóng rải lên mặt ñất ñể tăng khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời vào ban ngày ñể tăng nhiệt ñộ của ñất. - Giữ nước hoặc tưới nước cho cây trồng: ðối với cây trồng cạn, tưới nước ñể tăng ñộ ẩm ñất. ðối với các ruộng lúa nước nên giữ nước ở mức ñộ thích hợp ñể tăng nhiệt dung nhằm làm tăng khả năng dẫn nhiệt và giữ nhiệt cho ñất. - Trồng cây theo luống, theo hàng, có tác dụng tăng ñược lượng bức xạ mặt trời chiếu xuống ñất, làm tăng nhiệt ñộ của ñất (bảng 3.7.) Như vậy ở tất cả các ñộ sâu, nhiệt ñộ ñất ở nơi có ñánh luống ñều cao hơn so với không ñánh luống. - Trồng cây theo hướng Bắc Nam: Cây trồng nhận ñược ánh sáng ñồng ñều, không bị che chắn bởi các cây trồng trong cùng một hàng. Bảng 3.7. Ảnh hưởng của việc làm luống tới nhiệt ñộ ñất Nhiệt ñộ ñất ở các ñộ sâu ( o C) Trạng thái của ñất 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm Không ñánh luống 14,9 13,1 12,0 11,2 ðánh luống 17,0 15,9 14,1 14,1 - Xác ñịnh thời vụ trồng thích hợp bảo ñảm ñược nhiệt ñộ cần thiết cho từng loại cây, nhất là thời ñiểm gieo trồng vụ ñông xuân. b) Những biện pháp kỹ thuật làm giảm nhiệt ñộ ñất trong mùa hè - Cải tạo tính chất vật lý của ñất như thành phần cơ giới, kết cấu ñất: ðể làm giảm nhiệt ñộ ñất trong mùa hè cần làm tăng nhiệt dung và ñộ dẫn nhiệt của ñất. Ở các vùng ñất cát hoặc pha cát như vùng ñất bạc màu, vùng ñất cát ven biển vào những ngày thời tiết khô nóng (gió Lào) nhiệt ñộ ñất lên rất cao. Nếu cải tạo ñất bằng cách cày sâu dần, tưới nước phù sa ñể tăng hàm lượng sét thì nhiệt ñộ ñất sẽ không tăng quá cao. [...]... giai ño n sinh trư ng b t kỳ c a cây tr ng B ng 3. 9 Nhi t ñ t i cao tuy t ñ i các tháng mùa nóng và năm (0C) ð a phương Tháng Năm IV V VI VII VIII IX ði n Biên 38 ,5 38 ,6 37 ,9 36 ,0 35 ,2 35 ,0 38 ,6 Hà N i 38 ,5 42,8 40,4 40,0 39 ,0 37 ,1 42,8 Vinh 39 ,9 41,1 42,1 41,1 39 ,5 39 ,4 42,1 ð ng H i 41,2 42,2 41,8 40,9 41,5 40,9 42,2 Hu 40,0 41 ,3 40,7 39 ,8 39 ,4 38 ,2 41 ,3 Nha trang 35 ,9 38 ,5 39 ,5 39 ,0 39 ,5 38 ,3 39,5 Buôn... Thu t 39 ,4 37 ,0 35 ,1 32 ,1 34 ,6 31 ,5 39 ,4 TP HCM 40,0 39 ,0 37 ,5 35 ,2 35 ,0 35 ,3 40,0 Ngu n: Chương trình 42A - vi n KTTV (1989), giai ño n khí h u 1958 -1 985 - Nhi t ñ t i cao trung bình c a m t giai ño n khí h u là trung bình c ng các giá tr nhi t ñ t i cao ngày trong giai ño n khí h u ñó Nhi t ñ t i cao trung bình tháng (giai ño n khí h u là tháng) ñư c tính b ng công th c: t + t m ax2 + t m ax3 + ... n Biên 7,7 4,0 0,4 -0 ,4 4,8 6,6 -0 ,4 Hà N i 12,4 6,8 5,1 2,7 5,0 8,5 2,7 Vinh 14 ,3 8,4 5,4 4,0 7 ,3 9,5 4,0 ð ng H i 14,6 12 ,3 7,8 7,7 8,0 10,5 7,7 Hu 16,9 12,9 11,1 8,8 11,0 12,0 8,8 Nha trang 18,8 16,9 15,1 14,6 14,6 16,4 14,6 Buôn Mê Thu t 14,9 10,7 7,4 9,1 12,0 12 ,3 7,4 TP HCM 16,5 15,9 13, 9 13, 8 16,0 17,4 13, 8 Ngu n: Chương trình 42A - vi n KTTV (1989), giai ño n khí h u 1958 -1 985 ð xác ñ nh nhi... xuân Lúa hè thu Rau màu thu ñông (34 00 - 36 00oC) (1700 – 1900oC) (33 00 – 35 00oC) e) T ng nhi t ñ ho t ñ ng Trong m t giai ño n sinh trư ng, phát tri n nào ñó, sinh v t thư ng ch ho t ñ ng trong kho ng t nhi t ñ t i th p sinh v t h c ñ n nhi t ñ t i cao sinh v t h c T ng nhi t ñ ho t ñ ng là m t ch tiêu ph n nh nhu c u tích ôn ho t ñ ng c a sinh v t trong giai ñ an sinh trư ng, phát tri n ñó T ng nhi... tháng XII (oC) Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p - 55 - Nhi t ñ t i cao sinh v t h c thư ng ñư c xác ñ nh cho m t giai ño n sinh trư ng, phát tri n c a sinh v t Nhi t ñ t i cao sinh v t h c là nhi t ñ cao nh t mà t i ñó các ho t ñ ng s ng c a sinh v t b ng ng l i H u h t các lo i cây tr ng nhi t ñ t i cao sinh v t h c vào kho ng 45 – 55oC Nhi t ñ cao... c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p - 51 B ng 3. 8 Bi n thiên nhi t ñ ngày theo kho ng cách t b bi n Biên ñ nhi t ñ ngày c a các tháng (oC) Kho ng cách t b bi n (km) Tháng I Tháng IV Tháng VII Tháng X 0 5,5 5,0 5,8 6 ,3 50 6,2 5,7 6,2 6,6 100 6,6 6 ,3 6,7 7 ,3 200 7,0 7,0 7,7 8,6 30 0 7,0 7,4 8,1 9,0 Ngu n: Vi n Khí tư ng th y văn (1990) - Ph thu c vào lư ng mây trên... 10oC trên ñ t li n và 1 -3 oC vùng ven bi n Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p - 52 - ð cao so v i m c nư c bi n: ð cao càng tăng thì biên ñ càng gi m - Lư ng mây và mưa: Mây và mưa nhi u thì biên ñ nhi t ñ nh hơn so v i tr i quang mây và ít mưa c) Bi n thiên c a nhi t ñ không khí theo phương th ng ñ ng S bi n thiên c a nhi t ñ không khí theo ñ cao ñư c... nhi t k khí tư ng (nhi t k thư ng) ñ quan tr c và tuân theo quy ph m quan tr c khí tư ng b m t c a T ng c c khí tư ng th y văn Nhi t ñ trung bình ngày ñư c tính theo công th c: t ngay (t1 + t2 + t3 + t4) = -4 (14) Trong ñó: t ngay : Nhi t ñ trung bình ngày (oC) t1, t2, t3, t4: Giá tr nhi t ñ quan tr c vào 4 th i ñi m 1h, 7h, 13h và 19h (oC) (Quy ph m quan tr c - 1994) ð i v i các tr m khí tư... n khí h u là tháng) ñư c tính b ng công th c sau: t th a ′n g = t 1 + t 2 + t 3 + + t 3 0 30 (15) Trong ñó: t tha ′ng : Nhi t ñ trung bình tháng (oC) t1, t 2, t 3 t 30 : Nhi t ñ trung bình các ngày trong tháng (oC) - Tương t như v y, nhi t ñ trung bình năm (n u năm là giai ño n khí h u) là giá tr trung bình c ng c a nhi t ñ trung bình các tháng trong năm, ñư c tính theo công th c: t1 + t 2 + t 3 +... ñ - 8oC ñ n – 10oC trong khi ñó các vùng nhi t ñ i khi nhi t ñ h xu ng 3 – 4oC nhi u lo i cây ngũ c c ñã b ch t Nhi t ñ t i th p sinh v t h c còn thay ñ i tùy theo t ng giai ño n sinh trư ng c a cây tr ng Ví d theo nhi u tác gi , nhi t ñ t i th p sinh v t h c c a cây lúa giai ño n gieo - 3 lá là 10 - 14oC, giai ño n tr bông là 20 – 22oC ð i v i cây ngô, giai ño n t gieo ñ n m c c a m t s gi ng là 13 . trang 35 ,9 38 ,5 39 ,5 39 ,0 39 ,5 38 ,3 39,5 Buôn Mê Thu ộ t 39 ,4 37 ,0 35 ,1 32 ,1 34 ,6 31 ,5 39 ,4 TP HCM 40,0 39 ,0 37 ,5 35 ,2 35 ,0 35 ,3 40,0 Nguồn: Chương trình 42A - viện KTTV (1989), giai ñoạn khí. 0,0015 0,0016 0,0017 4 0,00 13 0,0015 0,0016 0,0017 0,0017 10 0,00 23 0,0026 0,0027 0,0 030 - - 20 0,0 033 0,0 035 0,0 038 0,0041 0,00 43 25 0,0 031 0,0 033 0,0 035 0,0 037 0,0 039 Hệ số truyền nhiệt ñộ. 36 ,0 35 ,2 35 ,0 38 ,6 Hà N ộ i 38 ,5 42,8 40,4 40,0 39 ,0 37 ,1 42,8 Vinh 39 ,9 41,1 42,1 41,1 39 ,5 39 ,4 42,1 ðồ ng H ớ i 41,2 42,2 41,8 40,9 41,5 40,9 42,2 Hu ế 40,0 41 ,3 40,7 39 ,8 39 ,4 38 ,2 41,3