Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5 docx

http://www.ebook.edu.vn 163 Phần 2 - N{ớc trong khí quyển Chơng 5 Độ ẩm khí quyển Bất chấp bão tuyết chiều ngy 9 tháng 1 năm 1997, lu lợng tới v đi của Sân bay Detroit Metropolitan tiếp tục nh thờng lệ, giống nh vẫn thờng diễn ra ở khắp miền Midwest. Trớc 4 giờ chiều một chút, chuyến bay Comair 3272 đang chuẩn bị hạ cánh. Chuyến bay ny xuất phát một giờ trớc đó từ Sân bay quốc tế Cincinnati, Bắc Kentucky, đang diễn ra bình thờng thì bỗng dng ngời lái bị mất kiểm soát máy bay. Theo chứng kiến của một số ngời nh Ted Rath, anh quan sát đợc cảnh tợng khủng khiếp chiếc may bay hai động cơ xoay ba lần rồi lao xuống cánh đồng cách đờng bay số 3 mời tám dặm. Không một ngời no sống sót trong số 29 hnh khách v đội lái. Các chuyên gia an ton hng không lập tức nghi ngờ sự kết băng l nguyên nhân của tai nạn. Bằng chứng tiếp theo, nh máy bay đã gặp hai lần trục trặc trớc đó với hệ thống chống kết băng, đã củng cố thêm sự dự đoán. ủy ban An ton Vận tải Quốc gia nhất trí kết luận rằng một mng băng bao cánh máy bay v tốc độ tiếp đất thấp đã lm cho máy bay mất độ nâng khí động lực cần thiết. Mặc dù những vụ vỡ máy bay khác đã từng gây nên do kết băng máy bay, song những tai nạn ny rất hiếm khi xảy ra. Tuy nhiên, thực tế vẫn l điều kiện thời tiết có thể tạo ra những vấn đề quan trọng đối với ngnh hng không. Thời tiết nguy hiểm rất hay tạo ra rối cực đoan hoặc biến đổi nhanh điều kiện gió. Đôi khi thậm chí những điều kiện tơng đối ôn hòa có thể gây nên những nguy hiểm đáng kể nh trờng hợp ở Detroit. Thậm chí một dải hoặc lớp mây mù nhẹ có thể lm giảm tầm nhìn v đe dọa sự an ton giao thông đờng bộ v trên không. Mặc dù mây v sơng mù rất phổ biến trong đời sống thờng ngy, nhng nhiều ngời trong chúng ta hiểu biết rất kém về chúng hình thnh nh thế no. Nớc l chất duy nhất không chỉ bởi vì nó xuất hiện tự nhiên gần bề mặt Trái Đất ở các pha rắn, lỏng v khí, m còn bởi vì nó có thể chuyển đổi giữa các pha đó trong một khoảng thời gian khá ngắn. Thật vậy, về trung bình, một phân tử hơi nớc trong khí quyển sẽ tồn tại trong pha khí chỉ trong ít ngy trớc khi ngng tụ thnh những giọt chất lỏng hoặc tinh thể băng để tạo thnh mây hoặc sơng mù. Mây v sơng mù cũng có khoảng thời gian sống hạn chế v thờng bốc th nh hơi hoặc rơi xuống thnh ma trong vò ng vi giờ hình thnh. Chơng ny bắt đầu phần 2, Nớc trong khí quyển, bằng việc mô tả những cơ sở về độ ẩm khí quyển. Đó l những cơ sở của các quá trình m nhờ đó nớc có thể http://www.ebook.edu.vn 164 chuyển từ pha ny sang pha khác v giới thiệu những phép đo chung để chúng ta thể hiện độ ẩm. Chơng ny cũng sẽ mô tả những cơ sở liên quan tới sự hình thnh sơng mù v mây. Chơng 6 mô tả các quá trình phát triển mây v dạng mây kết quả. Chơng 7 bn luận những giọt nớc mây lớn lên nh thế no để rơi xuống thnh giáng thủy. Những chủ đề thảo luận ở đây rất quan trọng để hiểu một số hiện tợng thời tiết chung nhất cũng nh những hiện tợng đôi khi ảnh hởng tới con ngời. Hơi n~ớc v n~ớc lỏng Mặc dù vật chất ở pha khí có độ nén cao, song mật độ của một chất khí không thể tăng đến một mức cao tùy ý. Khi chất khí đạt tới một điểm giới hạn no đó, nó buộc phải chuyển thnh trạng thái lỏng hoặc rắn. Đối với một chất khí khí quyển - hơi nớc, giới hạn đó thờng đạt tới tại các nhiệt độ v áp suất thờng thấy trên Trái Đất. (Những chất khí khác, nh nitơ v ôxy, chỉ có thể bị hóa lỏng tại những nhiệt độ rất thấp). Không khí chứa nhiều nớc nhất có thể đợc gọi l không khí bão hòa v nếu đa thêm hơi nớc sẽ dẫn đến hình thnh các giọt nớc hoặc tinh thể băng. Khái niệm về bão hòa l khái niệm cơ sở để hiểu các quá trình hình thnh mây v sơng mù. Chúng ta bắt đầu thảo luận với một thực nghiệm giả định trong phòng thí nghiệm, nó mô tả những nguyên lý chung về bay hơi v ngng tụ. Sau đó, chúng ta áp dụng những nguyên lý ấy cho các quá trình diễn ra trong khí quyển thực. Bay hơi v ngng tụ Hình 5.1 biểu diễn một thí nghiệm giả định, trong đó một hộp bịt kín chứa một phần nớc tinh khiết (H 2 O). Mặc dù điều ny có thể tởng nh hiển nhiên tại thời điểm ny, nhng chúng ta hãy đặt điều kiện rằng nớc ở trong bình có bề mặt phẳng hon ton. Ngoi ra, giả sử tại lúc bắt đầu thí nghiệm bề mặt nớc đợc che phủ bởi một lớp vỏ kín sao cho hơi nớc không tồn tại ở trong thể tích bình chứa phía bên trên bề mặt nớc. Thể tích bên trên bề mặt nớc chứa không khí hay không hon ton không liên quan gì tới thí nghiệm ny. Thể tích đó có thể chứa không khí bình thờng, hyđrô nguyên chất, mêtan hay chất thơm từ nớc hoa Pháp - nó thậm chí l chân không hon ton. Tất cả vấn đề liên quan tới quá trình bay hơi/ngng tụ l hơi nớc không có mặt lúc đầu. Hình 5.1b cho thấy điều gì xảy ra khi chúng ta nhấc bỏ lớp phủ trên bề mặt nớc lỏng. Không có lớp phủ, một số phân tử tại bề mặt có thể thoát vo thể tích bên trên thnh hơi nớc. Quá trình m các phân tử thoát tự do khỏi thể tích chất lỏng đợc gọi l bay hơi. Quá trình ngợc lại l ngng tụ, trong quá trình ny các phân tử hơi nớc ngẫu nhiên va chạm với bề mặt nớc v gắn kết với các phân tử bên cạnh. Tại thời điểm đầu của thí nghiệm giả định không thể xảy ra ngng tụ bởi vì không có hơi nớc. Tuy nhiên, khi bay hơi bắt đầu, hơi nớc bắt đầu tích tụ bên trên bề mặt của chất lỏng. http://www.ebook.edu.vn 165 Hình 5.1. Một bình t~ởng t~ợng chứa n~ớc tinh khiết với một bề mặt phẳng v thể tích nằm bên trên lúc đầu không chứa hơi n~ớc (a). Khi bay hơi bắt đầu (b), hơi n~ớc tích lũy trong thể tích bên trên bề mặt n~ớc lỏng. Lúc đầu ng~ng tụ không thể xảy ra bởi vì không có hơi n~ớc ở bên trên chất lỏng. Nh~ng khi bay hơi cung cấp n~ớc cho thể tích bên trên, ng~ng tụ có thể xuất hiện. Bay hơi v~ợt trội ng~ng tự một thời gian v nhờ đó lm tăng dung l~ợng hơi n~ớc. Dần dần hơi n~ớc ở bên trên chất lỏng đủ nhiều để cho ng~ng tụ bằng bay hơi (c). Tại thời điểm ny, sự bão hòa xuất hiện Tại thời đoạn sớm của bay hơi, dung lợng hơi nớc thấp ngăn chặn không cho ngng tụ xảy ra v tốc độ bay hơi vợt trội tốc độ ngng tụ. Điều đó lm tăng lợng hơi nớc. Tuy nhiên, khi dung lợng hơi nớc tăng lên, tốc độ ngng tụ cũng tăng. Dần dần, lợng hơi nớc bên trên bề mặt đủ để cho tốc độ ngng tụ v bay hơi trở nên bằng nhau nh hình 5.1c. Bây giờ một lợng hơi nớc không đổi tồn tại ở trong thể tích bên trên bề mặt nớc do nhận v mất bù trừ giữa bay hơi v ngng tụ. Trạng thái cân bằng kết quả đợc gọi l bão hòa. Trạng thái bão hòa đợc mô tả ở đây có thể diễn ra cho dù có hay không có không khí (hay các khí khác) tồn tại trong hộp chứa. Nói cách khác, hơi nớc không bị giữ bởi không khí (mặc dù nhiều khi ngời ta vẫn thờng khẳng định mệnh đề sai lầm ny). Hơi nớc l một chất khí, giống nh các hợp phần khác của không khí. Do đó, nó không cần phải bị giữ bởi không khí giống nh ôxy, nitơ, acgôn v các khí khác của khí quyển không cần bị giữ bởi hơi nớc! Khi không khí bão hòa thì chỉ đơn giản l có một sự cân bằng giữa bay hơi v ngng tụ; không khí khô không có vai trò trong việc đạt trạng thái ny. Cũng cần biết rằng sự trao đổi hơi nớc v chất lỏng đ ợc mô tả ở đây cũng áp dụng cho sự chuyển đổi pha giữa hơi nớc v băng. Sự chuyển đổi pha trực tiếp từ băng thnh hơi nớc, không qua pha lỏng, đợc gọi l thăng hoa. Quá trình ngợc lại (từ hơi nớc thnh băng) gọi l lắng đọng. (Các nh khí tợng đôi khi dùng từ thăng hoa áp dụng cho chuyển đổi pha hơi thnh rắn cũng nh rắn thnh hơi. Vì các quá trình ngợc nhau không nên có cùng một tên, nên sử dụng chuyên từ lắng đọng cho sự chuyển đổi hơi thnh băng). Các chỉ số về dung l~ợng hơi n~ớc Chúng ta cần có một cách no đó biểu diễn dung lợng nớc của không khí giống nh đối với một thuộc tính khác bất kỳ của khí quyển. Độ ẩm l lợng hơi http://www.ebook.edu.vn 166 nớc trong không khí. Độ ẩm có thể đợc biểu diễn bằng một số cách - thông qua mật độ của hơi nớc, áp suất của hơi nớc, tỉ lệ phần trăm của lợng hơi nớc có thể thực sự tồn tại hoặc một số phơng pháp khác. Không có một số đo đúng duy nhất, m ngợc lại, mỗi số đo có những u điểm v nhợc điểm của nó, tùy thuộc vo mục đích sử dụng dự định. Tuy nhiên, tất cả các số đo về độ ẩm có một nét chung - chúng áp dụng tuyệt đối cho hơi nớc v không cho các giọt chất lỏng hay các tinh thể băng ở trong hoặc đang rơi qua không khí. Bây giờ chúng ta xem xét các số đo đó. áp suất hơi Trong các chơng 1 v 4, chúng ta thấy rằng không khí tác động áp suất lên tất cả các bề mặt. Từng chất khí cấu tạo nên khí quyển góp phần vo áp suất không khí tổng cộng, các chất khí thờng trực nhiều nhất tạo thnh phần lớn áp suất. Bởi vì hơi nớc hiếm khi chiếm hơn 4 % khối lợng khí quyển tổng cộng, nên nó chỉ tác động một tỉ lệ phần trăm nhỏ của áp suất không khí tổng cộng. Phần áp suất khí quyển tổng cộng do hơi nớc tác động đợc gọi l áp suất hơi. Giống nh áp suất khí quyển, áp suất hơi thờng đợc biểu diễn bằng đơn vị miliba (mb) theo các nh khí tợng học Mỹ v bằng kilôpascal (kPa) theo các đồng nghiệp Canađa, mặc dù trong phần lớn các ứng dụng khoa học pascal (Pa) l đơn vị đợc a dùng nhất (100 Pa = 1 ba = 0,1 kPa). Hình 5.2. Chuyển động của những phân tử tác động một áp suất lên các bề mặt, gọi l áp suất hơi. áp suất hơi tăng lên theo nồng độ v nhiệt độ áp suất hơi của một thể tích không khí phụ thuộc cả vo nhiệt độ v mật độ của các phân tử hơi nớc (hình 5.2). Nếu nhiệt độ không khí cao, các phân tử hơi nớc (cùng với tất cả các hợp phần khí khác của khí quyển) chuyển động nhanh hơn v tác động áp suất lớn hơn. Một cách tơng tự, nồng độ của các phân tử hơi nớc lớn hơn có nghĩa rằng một lợng khối lợng lớn hơn có mặt để tác động áp suất. Trong thực tế, ảnh hởng nhiệt độ l nhỏ so với những biến thiên mật độ, thnh thử áp suất hơi tuân theo những biến thiên mật độ, hay số lợng các phân tử nớc một cách chặt chẽ. Vì có một lợng hơi nớc cực đại có thể tồn tại, nên cũng có áp suất hơi cực đại tơng ứng, gọi l áp suất hơi bão hòa. áp suất hơi bão hòa không biểu thị lợng http://www.ebook.edu.vn 167 ẩm hiện tại trong không khí, ngợc lại, nó l biểu thị của cái cực đại có thể tồn tại. áp suất hơi bão hòa chỉ phụ thuộc vo một biến - nhiệt độ. Hình 5.3 biểu diễn mối liên quan giữa áp suất hơi bão hòa v nhiệt độ, nhiệt độ cng cao thì áp suất hơi bão hòa cng cao. Ví dụ, tại 40 o C áp suất hơi bão hòa l 73,8 mb, còn tại 0 o C áp suất hơi bão hòa chỉ bằng 6,1 mb, nhỏ hơn một phần mời. Sự tăng áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ không tuyến tính. Tại những nhiệt độ thấp, áp suất hơi bão hòa chỉ tăng rất ít, nhng tại những nhiệt độ cao, áp suất hơi bão hòa tăng rất nhanh. Ví dụ, tại 2 o C tăng nhiệt độ từ 0 o C lên 2 o C lm tăng áp suất hơi bão hòa từ 6,1 mb lên 7,1 mb, chỉ khác nhau 1 mb. Cũng với lợng tăng nhiệt độ nh trên, nhng từ một điểm xuất phát cao hơn, từ 40 o C lên 42 o C, áp suất hơi bão hòa tăng lên 7,7 mb, từ 73,8 lên thnh 81,5 mb. Độ ẩm tuyệt đối Một số đo khác về dung lợng hơi nớc l độ ẩm tuyệt đối, đơn giản l mật độ của hơi nớc đợc biểu diễn bằng số gam hơi nớc chứa trong một mét khối không khí. Vì độ ẩm tuyệt đối biểu diễn lợng nớc chứa trong một thể tích không khí, nên giá trị của nó thay đổi mỗi khi không khí giãn hoặc nén. Do đó, ví dụ, nếu một phần tử không khí giãn ra (khi nó nóng hơn hoặc nâng lên cao), độ ẩm tuyệt đối của nó sẽ giảm, mặc dù hơi nớc không bị mất khỏi phần tử. Vì độ ẩm tuyệt đối có nhợc điểm ny, nên nó không có tính u việt lớn so với những chỉ số khác v ít đợc sử dụng. Độ ẩm riêng Mặc dù không đợc sử dụng nhiều bên ngoi những ứng dụng khoa học, độ ẩm riêng l một chỉ số hữu ích để biểu diễn độ ẩm khí quyển. Độ ẩm riêng thể hiện khối lợng hơi nớc tồn tại trong một khối lợng không khí đang xét. Ví dụ, xét một thể tích chứa đúng 1 kg không khí (tại mực nớc biển thể tích đó bằng khoảng 0,8 mét khối). Trong 1 kg đó một số gam l hơi nớc. Tỉ lệ khối lợng không khí thuộc về phần hơi nớc l độ ẩm riêng. Thông thờng nhất, độ ẩm riêng đợc biểu diễn bằng số gam hơi nớc trong một kilôgam không khí. Thật ra, chúng ta đã một cách không tờng minh đề cập đến độ ẩm riêng trung bình của khí quyển ở trong chơng 1 khi nói rằng hơi nớc thông thờng chỉ chiếm khoảng 1 hoặc 2 phần trăm khối lợng khí quyển. Vì hơi nớc ở bên ngoi vùng nhiệt đới thờng l ít hơn 2 phần trăm khối lợng không khí, các độ ẩm riêng thờng nhỏ hơn 20 gam hơi nớc trong một kilôgam không khí. Độ ẩm riêng q đợc biểu diễn toán học nh sau: dv vv mm m m m q + == , ở đây v m khối lợng hơi nớc, m khối lợng của khí quyển v d m khối lợng của không khí khô (tất cả các chất khí khí quyển khác với hơi nớc). Khác với áp suất hơi, độ ẩm riêng chịu ảnh hởng ít bởi áp suất khí quyển, vì nó phụ thuộc một phần vo khối lợng tổng cộng của khí quyển m . http://www.ebook.edu.vn 168 Khác với độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm riêng có u điểm không thay đổi khi không khí giãn nở hoặc co lại. Ví dụ, khi một kilôgam không khí nở ra, khối lợng của nó không thay đổi (nó vẫn l 1 kg), v tỉ phần thuộc về hơi nớc không thay đổi. Kết quả l, độ ẩm riêng không bị ảnh hởng. Một đặc điểm thuận tiện khác của độ ẩm riêng l nó không phụ thuộc vo nhiệt độ. Nếu một kilôgam không khí chứa 1 g hơi nớc, nó vẫn chứa 1 g sau khi bị nung nóng. Vì lý do đó, độ ẩm riêng l một chỉ thị tốt để so sánh hơi nớc trong không khí tại những địa phơng khác nhau m mỗi nơi nhiệt độ không khí có thể khác nhau. Ví dụ, nếu Toronto, Ontario có độ ẩm riêng 10 gam hơi nớc trong 1 kg không khí vo một ngy no đó, còn Albuquerque, New Mexico có 5 g/kg, chúng ta có thể khẳng định rằng Toronto có hơi nớc trong không khí nhiều bằng hai lần Albuquerque, nhiệt độ hai nơi đó l bao nhiêu không thnh vấn đề. Điều ny có thể l tỏ ra không có gì đặc biệt, nhng sự tơng ứng trực tiếp giữa độ ẩm riêng v dung lợng hơi nớc không còn đúng đối với chỉ số độ ẩm thờng đợc dùng - độ ẩm tơng đối. Vì vậy, độ ẩm riêng l một số đo hữu ích về hơi nớc; nó chỉ có nhợc điểm duy nhất l công chúng ít quen thuộc với chuyên từ ny. Hình 5.3. áp suất hơi bão hòa v độ ẩm riêng bão hòa nh~ một hm của nhiệt độ. Đ~ờng cong dốc hơn tại các nhiệt độ cao có nghĩa rằng áp suất hơi bão hòa nhạy cảm hơn với biến thiên nhiệt độ khi không khí ấm Vì có một lợng cực đại hơi nớc có thể tồn tại tại một nhiệt độ cụ thể, nên cũng có một độ ẩm riêng cực đại. Cực đại đó đợc gọi l độ ẩm riêng bão hòa. Tính chất ny trực tiếp tơng tự với áp suất hơi bão hòa v tăng theo kiểu không tuyến tính nh trên hình 5.3. http://www.ebook.edu.vn 169 Tỉ số xáo trộn Tỉ số xáo trộn rất giống với độ ẩm riêng. Trong trờng hợp độ ẩm riêng, chúng ta biểu diễn khối lợng hơi nớc trong không khí nh một tỉ phần của tất cả không khí. Ngợc lại, tỉ số xáo trộn r l một số đo khối lợng hơi nớc tơng đối so với khối lợng của các chất khí khác của khí quyển, hay dv mmr /= . (Lu ý rằng mẫu số chỉ khối lợng của không khí khô, trái ngợc với tất cả không khí). Về phơng diện số, tỉ số xáo trộn v độ ẩm riêng sẽ luôn có giá trị gần bằng nhau. Đó l vì lợng hơi nớc trong không khí luôn luôn nhỏ, cho nên dù nó có đợc tính đến hay không trong mẫu số cũng không lm thay đổi tỉ số. Một ví dụ đơn giản có thể lm rõ sự tơng tự giữa độ ẩm riêng v tỉ số xáo trộn. Nếu độ ẩm riêng l 10 g hơi nớc trong 1 kg không khí, tỉ số xáo trộn l 10 g hơi nớc trên 990 g không khí khô. Hãy lu ý rằng 10 chia cho 990 bằng 10,0011. Nói khác đi, nếu độ ẩm riêng l 10,0 g/kg, thì tỉ số xáo trộn chỉ cao hơn 1,1 %, hay 10,011 g/kg. Sử dụng tỉ số xáo trộn nh một chỉ số về dung lợng độ ẩm có cùng những u điểm nh độ ẩm riêng. Ngoi ra, hon ton giống nh độ ẩm riêng cực đại có thể tồn tại đợc gọi l độ ẩm riêng bão hòa, thì tỉ số xáo trộn cực đại có thể đợc gọi l tỉ số xáo trộn bão hòa. Độ ẩm tơng đối Số đo quen thuộc nhất về dung lợng hơi nớc l độ ẩm tơng đối, RH, nó liên hệ lợng hơi nớc trong không khí với lợng cực đại có thể tại nhiệt độ hiện thời. Một cách tơng đơng, độ ẩm tơng đối bằng RH = (độ ẩm riêng / độ ẩm riêng bão hòa) ì 100 % Nói cách khác, độ ẩm tơng đối l lợng hơi nớc biểu diễn tơng đối với giá trị cực đại có thể tồn tại tại một nhiệt độ cụ thể (điểm bão hòa của nó). Để xem xét cụ thể, ta xét ví dụ trên hình 5.4, trong đó độ ẩm riêng thực tế l 6 g/kg không khí v nhiệt độ 14 o C cho độ ẩm riêng bão hòa 10 g/kg không khí. Do đó, độ ẩm tơng đối sẽ bằng %60%1006,0%100 10 6 RH =ì=ì= . Độ ẩm tơng đối không phải duy nhất xác định bằng lợng hơi nớc có mặt. Vì trong không khí ấm có thể chứa nhiều hơi nớc hơn trong không khí lạnh, nên độ ẩm tơng đối phụ thuộc vo cả dung lợng ẩm thực tế v nhiệt độ không khí. Nếu nhiệt độ không khí tăng lên, thì nhiều hơi nớc hơn có thể tồn tại v tỉ số giữa lợng hơi nớc trong không khí trên lợng bão hòa giảm. Do đó, độ ẩm tơng đối giảm thậm chí nếu dung lợng ẩm không thay đổi. Một lần nữa xét ví dụ trên hình 5.4, ta xem điều gì sẽ xảy ra nếu lợng hơi nớc giữ không đổi nhng nhiệt độ tăng từ giá trị xuất phát 14 o C lên 25 o C. Tại nhiệt độ mới, độ ẩm riêng bão hòa tăng lên tới 20 g hơi nớc trong 1 kg không khí v độ ẩm tơng đối trở thnh http://www.ebook.edu.vn 170 %30%1003,0%100 20 6 RH =ì=ì= . Độ ẩm tơng đối đã bị giảm mặc dù lợng hơi nớc giữ không đổi! Đây l một nhợc điểm quan trọng đối với một chỉ số bất kỳ nhằm dùng lm số đo về độ ẩm. Hình 5.4. Quan hệ giữa độ ẩm t~ơng đối v nhiệt độ. (a) Nhiệt độ 14 o C có độ ẩm riêng bão hòa 10 g hơi n~ớc trong 1 kg không khí. Nếu độ ẩm riêng thực tế l 6 g/kg, độ ẩm t~ơng đối bằng 60%; (b) Độ ẩm riêng vẫn l 6 g/kg, nh~ng nhiệt độ cao hơn dẫn tới độ ẩm riêng bão hòa lớn hơn, do đó độ ẩm t~ơng đối nhỏ hơn tr~ờng hợp (a) mặc dù mật độ hơi n~ớc vẫn nh~ cũ Vì phụ thuộc vo nhiệt độ, độ ẩm tơng đối sẽ thay đổi trong ngy thậm chí nếu lợng nớc trong không khí không thay đổi. Độ ẩm tơng đối thờng cao vo lúc sáng sớm - không phải vì nhiều hơi nớc, m đơn giản bởi vì nhiệt độ thấp. Khi trời ấm dần, độ ẩm tơng đối thờng giảm bởi vì độ ẩm riêng bão hòa tăng lên. Sự ảnh hởng của nhiệt độ tới độ ẩm tơng đối gây nên một vấn đề khác - nó gây khó khăn cho việc so sánh trực tiếp dung lợng nớc tại các vị trí khác nhau có nhiệt độ không bằng nhau. Ví dụ, xét một buổi sáng lạnh ở Montreal, Quebec, nhiệt độ bằng -20 o C v độ ẩm riêng l 0,7 g/kg. Tại -20 o C độ ẩm riêng bão hòa l 0,78 g hơi nớc trong 1 kg không khí, v độ ẩm tơng đối kết quả l %100)78,0/70,0( ì , hay %7,89 . Bây giờ hãy so sánh với tình huống ấm hơn tại Atlanta, nơi nhiệt độ l 10 o C v độ ẩm riêng 6,2 g/kg (gần 10 lần lớn hơn so với ở Montreal!). Tại 10 o C độ ẩm riêng bão hòa l 7,7 g hơi nớc trong 1 kg không khí, nên độ ẩm tơng đối l %100)7,7/2,6( ì , hay %9,79 . Hãy chú ý rằng độ ẩm tơng đối ở Atlanta thấp hơn so với ở Montreal, mặc dù thực tế l không khí ở Atlanta chứa nhiều hơi nớc hơn http://www.ebook.edu.vn 171 nhiều. Điều ny cho thấy vì sao độ ẩm tơng đối l một lựa chọn kém để so sánh lợng hơi nớc trong không khí ở các nơi khác nhau. Một số ngời hon ton nhầm lẫn về ý nghĩa thực của độ ẩm tơng đối. Một số ngời nghĩ thuật ngữ ny biểu diễn phần không khí l hơi nớc. Điều đó không đúng. Để hiểu vì sao, hãy xét một tình huống trong đó độ ẩm tơng đối l 100%. Nếu không khí có 100% hơi nớc, thì nó không thể chứa nitơ hay ôxy v chúng ta khó m thở đợc. Một điều nhầm lẫn phổ biến khác, đó l về độ ẩm tơng đối có thể cao nh thế no vo một ngy nóng, ẩm. Nhiều ngời có thể cho rằng vo một ngy nh vậy độ ẩm tơng đối có lẽ khoảng 99%. Nhng trên thực tế, những ngy rất nóng không bao giờ có độ ẩm tơng đối gần với giá trị đó. Bởi vì tại các nhiệt độ cao độ ẩm riêng bão hòa cao hơn rất nhiều so với độ ẩm riêng thực tế vẫn thờng gặp. Ví dụ, nếu nhiệt độ l 35 o C, độ ẩm riêng bão hòa l 36,8 g hơi nớc trong 1 kg không khí. Nhng chúng ta đã thấy rằng bên ngoi vùng nhiệt đới ít khi độ ẩm riêng vợt quá 20 g/kg - thậm chí khi không khí rất ẩm. Vậy độ ẩm tơng đối 99% không phải l một khả năng hiện thực tại nhiệt độ đó. Thực ra, những ngy nóng có thể l rất khó chịu thậm chí với độ ẩm tơng đối chỉ khoảng 50%. Điểm sơng Một chỉ số độ ẩm hữu ích không bị phụ thuộc nhiệt độ l nhiệt độ điểm sơng (hay gọi đơn giản l điểm sơng). Đại lợng ny thoạt đầu có thể tỏ ra khó hiểu bởi vì nó đợc biểu diễn nh nhiệt độ, nhng nó l một chỉ số đơn giản sử dụng v dễ giải thích ý nghĩa. V nó phụ thuộc hầu nh hon ton vo lợng hơi nớc hiện có. Để minh họa điểm sơng, ta xét phần tử không khí cha bão hòa trên hình 5.5. Ban đầu nhiệt độ không khí l 14 o C, ứng với một độ ẩm riêng bão hòa 10 g hơi nớc trong 1 kg không khí. Độ ẩm riêng ban đầu l 8 g/kg. Độ ẩm tơng đối do đó bằng 80%. Khi không khí bị lạnh xuống, độ ẩm tơng đối của nó tăng lên v nếu không khí bị lạnh đủ nhiều thì độ ẩm tơng đối của nó đạt đến 100% v trở nên bão hòa. Nếu lạnh tiếp nữa sẽ dẫn tới hơi nớc bị mất do ngng tụ. Nhiệt độ m tại đó sự bão hòa xuất hiện gọi l điểm sơng. Trong ví dụ ny, điểm sơng l 10 o C vì đây l nhiệt độ m tại đó độ ẩm riêng bão hòa l 8 g/kg. Hãy để ý rằng mặc dù độ ẩm tơng đối đã tăng lên khi nhiệt độ giảm, nhng điểm sơng giữ nguyên không đổi l 10 o C. Điều gì có thể sẽ xảy ra nếu nh độ ẩm riêng giữ nguyên không đổi, còn nhiệt độ thì tăng lên quá giá trị xuất phát 14 o C? Độ ẩm tơng đối sẽ bị giảm, còn điểm sơng vẫn giữ nguyên không đổi. Điểm sơng sẽ không thay đổi, bởi vì sự nguội lạnh dần của không khí đến 10 o C vẫn dẫn tới sự bão hòa. Điểm sơng l một chỉ thị tốt về dung lợng nớc; khi điểm sơng cao thì nhiều hơi nớc trong không khí. Hơn nữa, khi kết hợp với nhiệt độ không khí, nó l một chỉ thị về độ ẩm tơng đối. Khi điểm sơng thấp hơn nhiều so với nhiệt độ không khí, độ ẩm tơng đối rất thấp. Khi điểm sơng gần bằng nhiệt độ không khí, độ ẩm tơng đối cao. Ngoi ra, khi nhiệt độ không khí v điểm sơng bằng nhau, http://www.ebook.edu.vn 172 không khí bão hòa v độ ẩm tơng đối l 100%. Hình 5.5. Điểm s~ơng thể hiện dung l~ợng hơi n~ớc, mặc dù nó đ~ợc biểu diễn nh~ nhiệt độ. Trong (a) nhiệt độ lớn hơn điểm s~ơng v không khí ch~a bão hòa. Khi nhiệt độ không khí bị hạ thấp sao cho độ ẩm riêng bão hòa bằng chính độ ẩm riêng thực tế (b), thì nhiệt độ không khí v điểm s~ơng bằng nhau. Tiếp tục bị lạnh nữa (c) dẫn đến nhiệt độ không khí v điểm s~ơng giảm cùng một l~ợng v chúng duy trì bằng nhau Khác với độ ẩm tơng đối, điểm sơng không thay đổi đơn giản chỉ vì nhiệt độ không khí thay đổi. Ngoi ra, nếu một địa phơng có điểm sơng cao hơn so với một địa phơng khác, thì địa phơng đó cũng có lợng hơi nớc trong không khí cao hơn trong điều kiện cùng áp suất không khí. Nếu bạn quen thuộc với điểm sơng, có lẽ nó l chỉ số hữu hiệu nhất về dung lợng hơi nớc. Điểm sơng vo những ngy rất nóng, ẩm điển hình ở khoảng âm 2 o C. (Khi bạn thấy điểm sơng bằng 70 o F hoặc cao hơn, bạn sẽ có một đêm khó ngủ trừ khi bạn dùng máy điều hòa không khí). Vo những ngy dễ chịu, không ẩm v không khô, điểm sơng có thể bằng khoảng một vi phần mời o C dới không; những ngy rất khô có thể có điểm sơng khoảng âm 2 o C hoặc thấp hơn. Điểm sơng luôn bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ không khí; không bao giờ cao hơn nhiệt độ không khí. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu không khí bị lạnh đến điểm sơng v sau đó lạnh tiếp? Trong trờng hợp đó, lợng hơi nớc vợt trội lợng có thể tồn tại v lợng hơi nớc thừa bị loại ra khỏi không khí. Điều ny xảy ra bằng quá trình ngng tụ để hình thnh chất lỏng hoặc bằng quá trình hình thnh các tinh thể băng. Trong cả hai trờng hợp, điểm sơng dều giảm xuống với cùng tốc độ nh nhiệt độ không khí v hai chỉ tiêu đó bằng nhau. Điều ny đợc minh họa trên [...]... 35 37 -2 9 -2 2 -1 7 -1 3 -9 -6 -4 -1 1 4 6 9 11 13 15 17 20 22 24 26 28 30 32 34 36 -2 9 -2 0 -1 5 -1 1 -7 -4 -2 1 4 6 9 11 14 16 18 20 22 24 27 29 31 33 35 -2 4 -1 7 -1 1 -7 -5 -2 1 4 7 9 12 14 16 18 21 23 25 27 29 32 34 -1 9 -1 3 -9 -5 -2 1 4 7 10 12 14 17 19 21 24 26 28 30 32 -2 1 -1 4 -9 -5 -2 1 4 7 10 12 15 17 19 22 24 27 29 31 -1 4 -9 -5 -1 2 4 8 10 13 16 18 21 23 25 28 30 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 17 18 19 20 21 22 -2 8 -1 6 -1 0 -6 -2 2 5 8 11 14 16 19 21 24 26 28 -1 7 -1 0 -5 -2 3 6 9 11 14 17 20 22 25 27 -1 7 -1 0 -5 -1 2 6 9 12 15 18 20 23 25 -1 9 -1 0 -5 -1 3 7 10 13 16 19 21 24 -1 9 -1 0 -5 0 4 8 11 14 17 19 22 -1 9 -1 0 -4 1 5 8 12 15 17 20 http://www.ebook.edu.vn -1 8 -9 -3 1 5 9 13 15 18 -1 8 -9 -1 6 -2 -8 -1 5 2 -2 -7 -1 4 6 3 -1 -5 -1 2 -2 9 10 7 4 0 -4 -1 0 13 11 8 5 1 -3 16 14 12 9 6 2 -9 -2 183 Hiệu... Bảng 5. 1 Các điểm s ơng Độ giảm bầu ớt (oC) = nhiệt độ bầu khô trừ nhiệt độ bầu ớt Bầu khô Nhiệt độ bầu khô (không khí) (oC) 1 -2 0 -1 8 -1 6 -1 4 -1 2 -1 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 2 3 4 5 6 7 8 -3 3 -2 8 -2 4 -2 1 -1 8 -1 4 -1 2 -1 0 -7 -5 -3 -1 1 4 6 8 10 12 14 16 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 -3 6 -2 8 -2 2 -1 8 -1 4 -1 2 -8 -6 -3 -1 1 3 6 8 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 ... 45 48 51 53 55 57 59 61 62 63 64 66 67 10 17 24 28 33 37 40 44 46 49 51 53 55 56 58 59 60 61 0 6 13 19 25 29 33 36 40 42 45 45 49 51 52 54 55 57 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 4 10 16 21 26 30 33 36 39 42 44 46 48 50 51 52 2 8 14 19 23 27 30 34 36 39 41 43 44 46 48 1 7 12 17 21 25 28 31 34 36 38 40 42 44 1 6 11 15 20 23 26 29 32 34 36 38 40 0 5 10 14 18 21 25 27 30 32 34 36 4 9 13 17 20 22 ... 40 38 36 34 32 31 29 28 27 58 55 51 48 45 42 39 37 35 33 31 29 28 27 58 54 51 47 44 41 38 36 34 32 30 29 27 Loại Rối loạn nhiệt khả năng đối với những ng ời thuộc các nhóm ng ời mạo hiểm cao Chỉ số nhiệt Cực nguy hiểm 58 54 51 47 43 41 38 35 33 31 29 28 58 53 49 46 42 39 37 34 32 29 28 56 51 47 43 39 36 33 31 29 54 49 45 41 38 34 32 29 57 52 47 43 39 36 32 29 55 50 45 41 37 33 30 41 đến 54 oC Sốt v... 28 40 48 55 61 66 71 73 77 79 81 83 85 86 87 88 88 89 90 91 91 92 92 92 93 93 93 93 94 94 94 0 11 23 33 41 48 54 58 63 67 70 72 74 76 78 79 80 81 82 83 84 85 86 86 86 86 87 87 89 0 13 20 32 37 45 51 56 59 62 65 67 69 71 72 74 75 76 77 78 79 80 81 81 82 82 0 11 20 28 36 42 46 51 54 57 60 62 64 66 68 69 70 71 72 73 74 75 76 76 1 11 20 27 35 39 43 48 50 54 56 58 60 62 64 65 66 68 69 69 70 71 6 14 22 28 ... bảng 5. 1 v 5 .2, điểm s ơng, độ ẩm t ơng đối hay số đo độ ẩm bất kỳ khác nhận đ ợc bằng cách tìm giá trị t ơng ứng với dòng nhiệt độ không khí v cột độ giảm nhiệt kế ớt Bảng 5 .2 Các độ ẩm t ơng đối Độ giảm bầu ớt (oC) = nhiệt độ bầu khô trừ nhiệt độ bầu ớt Bầu khô Nhiệt độ bầu khô (không khí) (oC) 1 -2 0 -1 8 -1 6 -1 4 -1 2 -1 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 2 3 4 5 6... dẫn ở bảng 5. 3 nên đ ợc xem nh những chỉ dẫn gần http://www.ebook.edu.vn 1 85 đúng Một số ng ời phản ứng khác nhau với nhiệt v chỉ số n y không tính đến những yếu tố nh ở ngo i trời nắng hoặc gió Bảng 5. 3 Chỉ số nhiệt Nhiệt độ (oC) 47 43 41 40 39 38 37 36 34 33 32 31 30 29 28 27 Độ ẩm t ơng đối (%) 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 56 54 51 48 46 43 41 38 36 34 33 31 29 28 27 27 58 54 51 48 46 43... 36 4 9 13 17 20 22 26 28 30 33 0 4 9 12 16 19 22 24 26 29 0 5 8 12 14 18 21 23 25 4 8 11 14 17 20 22 4 8 4 11 8 5 13 10 7 4 16 13 10 7 19 16 13 10 5 7 Một số ẩm kế có trang bị các máy quạt để l u thông không khí qua các bầu của hai nhiệt kế Những ẩm kế thông gió (aspirated psychrometer) n y tránh cho 184 http://www.ebook.edu.vn ng ời dùng không phải xoay các nhiệt kế trong không khí (cũng nh không... hoạt động chân tay Nguy cơ cao 53 47 42 38 34 30 Say nóng chắc chắn Nguy hiểm 57 52 48 44 41 38 35 32 30 28 54 oC hoặc hơn 32 đến 41oC Sốt v , hoặc cảm nóng có thể với ở ngo i trời lâu v , hoặc hoạt động chân tay Nguy cơ 27 đến 32oC Mệt mỏi có thể với ở ngo i trời lâu v , hoặc hoạt động chân tay Nguồn: Cơ quan Phục vụ Thời tiết Quốc gia, Birmingham, AL Sự hạ nhiệt của không khí tới điểm s ơng hoặc điểm . http://www.ebook.edu.vn 163 Phần 2 - N{ớc trong khí quyển Chơng 5 Độ ẩm khí quyển Bất chấp bão tuyết chiều ngy 9 tháng 1 năm 1997, lu lợng tới v đi. lỏng v khí, m còn bởi vì nó có thể chuyển đổi giữa các pha đó trong một khoảng thời gian khá ngắn. Thật vậy, về trung bình, một phân tử hơi nớc trong khí quyển sẽ tồn tại trong pha khí chỉ trong. khoảng thời gian sống hạn chế v thờng bốc th nh hơi hoặc rơi xuống thnh ma trong vò ng vi giờ hình thnh. Chơng ny bắt đầu phần 2, Nớc trong khí quyển, bằng việc mô tả những cơ sở về độ ẩm khí quyển.