Người ta gọi sự phân bố của nhiệt độ và sự biến đổi liên tục của nhiệt độ là chế độ nhiệt. Chế độ nhiệt là một yếu tố quan trọng đối với môi trường và các sinh vật đang sinh sống trong đó. Sự trao đổi nhiệt xảy ra là do quá trình bức xạ, nghĩa là do quá trình không khí phát xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời, mặt đất và những lớp không khí khác. Hai là do quá trình trao đổi nhiệt phân tử giữa không khí và mặt đất và quá trình trao đổi nhiệt do rốitrong khí quyển. Ba là do quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí xảy ra do bốc hơi và ngưng kết hay băng kết tiếp đó của hơi nước.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP - TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KHOA HỌC CÂY TRỒNG CHỦ ĐỀ CHẾ ĐỘ NHIỆT BÁO CÁO MÔN HỌC KHÍ TƯỢNG VÀ THỦY VĂN NÔNG NGHIỆP AN GIANG, 2014 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG KHOA NÔNG NGHIỆP - TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN BỘ MÔN KHOA HỌC CÂY TRỒNG CHỦ ĐỀ CHẾ ĐỘ NHIỆT Nhóm thực hiện: 1. Trần Thị Hồng Vân 2. Nguyễn Thị Thùy Trang 3. Phạm Thị Ngọc Hân 4. Nguyễn Linh Tuấn 5. Nguyễn Thành Đồng 6. Nguyễn Văn Thành 7. Chau Sóc Nương AN GIANG, 2014 2 MỤC LỤC 3 DANH SÁCH BẢNG, BIỂU ĐỒ Bảng số Tên bảng, biểu đồ Trang Bảng 2.1: Nhiệt dung thể tích và nhiệt dung trọng lượng của một số loại đất 9 Bảng 2.2: Độ ẩm đất của một số loại đất……………………………………… 9 Bảng 2.3: Hệ số dẫn nhiệt của một số loại đất ………………………10 Biểu đồ 2.1: Mối quan hệ giữa nhiệt dung thể tích và độ ẩm đất……… ……… 9 Biểu đồ 2.2: Gradient của đất…………………………………………………… 11 Biểu đồ 2.3: Hệ số nhiệt của đất………………………………………………… 12 Biểu đồ 2.4: Biến thiên nhiệt độ đất hàng ngày………………………………… 13 Biểu đồ 2.5: Biến thiên nhiệt độ hàng năm…………………………………… 13 Biểu đồ 2.6: Quy luật lan truyền nhiệt độ theo chiều sâu…………………………14 Biểu đồ 4.1: Giới hạn nhiệt độ với quang hợp……………………………………21 4 DANH SÁCH HÌNH Hình số Tên hình Trang Hình 2.1: Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sống cùa vi sinh vật…………. 6 Hình 2.2: Nhiệt độ ảnh hưởng đến chu trình nước………………………… 6 Hình 2.3: Cân bằng bức xạ mặt đất khi bức xạ thuần âm và dương……… 7 Hình 2.4: Các thành phần của cân bằng nhiệt mặt đất ban ngày………… 8 Hình 4.1: Nhiệt độ không khí tác động đến hoạt động nông nghiệp………. 17 Hình 4.2: Biến thiên nhiệt độ hàng ngày …………………………………. 19 Hình 4.3: Sự biến thiên nhiệt độ theo cao……………………………… 19 5 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 – Giới thiệu về chế độ nhiệt. Người ta gọi sự phân bố của nhiệt độ và sự biến đổi liên tục của nhiệt độ là chế độ nhiệt. Chế độ nhiệt là một yếu tố quan trọng đối với môi trường và các sinh vật đang sinh sống trong đó. Sự trao đổi nhiệt xảy ra là do quá trình bức xạ, nghĩa là do quá trình không khí phát xạ và hấp thụ bức xạ mặt trời, mặt đất và những lớp không khí khác. Hai là do quá trình trao đổi nhiệt phân tử giữa không khí và mặt đất và quá trình trao đổi nhiệt do rốitrong khí quyển. Ba là do quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí xảy ra do bốc hơi và ngưng kết hay băng kết tiếp đó của hơi nước. Ngoài ra, sự biến đổi của nhiệt độ không khí còn có thể xảy ra không do quá trình trao đổi nhiệt, nghĩa là nó có thể biến đổi đoạn nhiệt. Như ta đã biết, những sự biến đổi đoạn nhiệt có liên quan với sự biến thiên của khí áp, nhất là trong chuyển động thẳng đứng củakhông khí. Sự biến đổi nhiệt độ ở một vị trí địa lý nhất định phụ thuộc vào sự biến đổi cá thể của trạng thái không khí và quá trình bình lưu được gọi là sự biến đổi địa phương. Những dụng cụ khí tượng như nhiệt kế, nhiệt ký đặt cố định ở một nơi nào đó ghi những sự biến đổi địa phương của nhiệt độ không khí (cho ta khái niệm biến đổi địa phương theo thời gian của nhiệt độ và được biểu diễn bằng đạo hàm riêng : ∂T/∂t. Nhiệt kế trên khinh khí cầu bay theo gió và như vậy luôn luôn nằm trong một khối khí nhất định, sẽ chỉ rõ sự biến đổi cá thể của nhiệt độ trong khối khí (cho ta khái niệm biến đổi cá thể theo thời gian của nhiệt độ và được biểu diễn bằng đạo hàm toàn phần: dT/dt. 1.2 – Mục tiêu nghiên cứu. Nhằm giới thiệu cho các bạn sinh viên hiểu về chế độ nhiệt của đất, chế độ nhiệt của nước, chế độ nhiệt của không khí. Để từ đó có các biện pháp sử dụng và cải thiện chế độ nhiệt một cách hợp lý nhằm giải thiểu ảnh hưởng của chế độ nhiệt đế sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. 6 CHƯƠNG 2 CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT 2.1 – Cân bằng nhiệt mặt đất. Nhiệt độ đất là một trong những yếu tố môi trường quan trọng tác động đến đời sống của sinh vật. Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến quá trình bốc hơi và ngưng tự hơi nước trên mặt đất và trong lòng đất. Nhiệt độ của đất gia tăng chủ yếu là do Mặt Trời cung cấp, trong lòng đất dung nham cũng tỏa nhiệt lên lớp vỏ nhưng lượng nhiệt này không đều. 7 Hình 2.1: Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình sống của vi sinh vật (Nguồn Internet) Hình 2.2: Nhiệt độ ảnh hưởng đến chu trình nước (Nguồn Internet) Đầu tiên ta hãy xét những điều kiện nhiệt của mặt đất và của những lớp trên cùng của thổ nhưỡng. Điều đó rất cần thiết vì nó liên quan đến sự nóng lên và lạnh đi của mặt đất phần lớn do trao đổi nhiệt với những lớp trên cùng của thổ nhưỡng và vùng chứa nước bằng con đường bức xạ hay không bức xạ. Cân bằng nhiệt mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và mất đi của mặt đất. Phương trình cân bằng nhiệt mặt đất: B’ = B - LE + V + P Trong đó: B: bức xạ thuần (net radiation) L: tiềm nhiệt bốc hơi (latent heat) E: lượng nước bốc hơi (evaporation) V: lượng nhiệt trao đổi với khí quyển (sensible heat) P: lượng nhiệt trao đổi với lớp đất sâu Ban ngày: B>0; LE, V và P<0; B’>0 mặt đất nóng lên Ban đêm: B<0; LE, V và P>0, B’<0 mặt đất lạnh đi Hình 2.3: Cân bằng bức xạ mặt đất khi bức xạ thuần âm và dương (Nguồn Physics of Environment anh Climate) Thông thường cân bằng bức xạ ban ngày có giá trị dương, ban đêm có giá trị âm. Ngoại trừ ở vùng địa cực quanh năm băng tuyết, cân bằng bức xạ ở những vùng khác đều có giá trị dương, trong đó cân bằng bức xạ ở vùng xích đạo và vùng nội chí tuyến có trị số lớn nhất.Cân bằng bức xạ âm thì mặt đất mất nhiệt và lạnh đi nhanh chóng. Tuy nhiên, tổng đại số của lượng nhiệt thu chi trên mặt đất phải bằng không. Điều này được biểu diễn bằng phương trình cân bằng nhiệt của mặt đất: ( I sin h + i)(1 − A) − Ew = −H − LE – G (1) Để viết phương trình này, đầu tiên ta hợp nhất bức xạ hấp thụ và bức xạ hữu hiệu vào công thức cân bằng bức xạ (R).Ta ký hiệu lượng nhiệt thu được hay truyền cho không khí là H, gọi lượng nhiệt thu chi đó trao đổi nhiệt với những lớp thổ nhưỡng và lớp nước sâu hơn là G. Lượng nhiệt mất đi cho quá trình bốc hơi hay thu được do ngưng kết trên mặt đất kí hiệu là LE. Ở đây L là ẩn nhiệt bốc hơi ngưng kết (600 cal/g đối với nước và 680 cal/g đối với băng), E là khối lượng nước bốc hơi hay ngưng kết. 8 Hình 2.4: Các thành phần của cân bằng nhiệt mặt đất ban ngày ( Nguồn Trần Minh Công) Phương trình cân bằng nhiệt ban ngày có ý nghĩa là: Đại lượng cân bằng bức xạ trên mặt đất cân bằng với sự truyền nhiệt không do bức xạ (hình 2.4). Ban ngày các dòng không bức xạ hướng từ mặt đất về phía khí quyển còn ban đêm chúng có hướng ngược lại, từ phía khí quyển về phía mặt đất. Ban đêm do không có Mặt Trời thành phần cân bằng bức xạ chỉ còn thành phần phát xạ. E* do đó phương trình cân bằng bức xạ đối với ban đêm có dạng: −Ew = +H + LE + G Cần lưu ý là phương trình (1) có thể áp dụng đối với khoảng thời gian bất kỳ cũng như đối với thời kỳ nhiều năm cân bằng nhiệt của mặt đất có thể bằng 0, song điều đó không có nghĩa là nhiệt độ mặt đất không biến đổi. Khi sự truyền nhiệt hướng xuống dưới,thì một phần nhiệt lượng từ phía trên tới sẽ truyền từ mặt đất xuống các lớp sâu, còn phần lớn giữa lại ở lớp trên cùng của thổ nhưỡng hay khối nước (lớp hoạt động). Khi đó nhiệt độ của lớp này, cũng chính là nhiệt độ của mặt đất sẽ tăng. Ngược lại, khi nhiệt truyền qua mặt đất từ dưới lên vào khí quyển thì nhiệt lượng mất đi trước hết là từ lớp hoạt động của thổ nhưỡng hay khối nước, kết quả là nhiệt độ mặt đất giảm. 2.2 – Các đặc tính nhiệt lực của đất. 2.2.1 - Nhiệt dung của một số loại đất. Nhiệt dung là đại lượng dùng để đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm của đất. Nhiệt dung được chia làm hai loại là nhiệt dung thể tích (Cv) và nhiệt dung trọng lượng. Nhiệt dung thể tích và nhiệt dung trọng lượng có quan hệ tác động qua lại lẫn nhau. + Nhiệt dung thể tích (Cv): là lượng nhiệt cần thiết làm cho một cm3 đất nóng lên 1 o C (cal.cm -3 .độ -1 ) + Nhiệt dung trọng lượng (Cp): là lượng nhiệt cần thiết làm nóng cho 1 gam đất nóng lên 1 o C (cal.g -1 .độ -1 ) Bảng 2.1: Bảng nhiệt dung thể tích và nhiệt dung trọng lượng của một số loại đất 9 Loại đất Cp Cv Cát 0.18 0.49 Sét 0.23 0.59 Than bùn 0.48 0.60 Không khí trong đất 0.24 0.0003 Nước 1.00 1.00 Quan hệ giữa Cv và Cp: Cv = d.Cp trong đó d là tỳ trọng (g.cm -3 ). Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến nhiệt dung của từng loại đất. Biểu đồ 2.1: Mối quan hệ giữa nhiệt dung thể tích và độ ẩm đất Bảng 2.2: Bảng độ ẩm đất của một số loại đất Loại đất Độ ẩm đất (%) 0 20 50 80 100 10 [...]... Δz.2-1.√θ/πk τ là độ muộn (ngày hoặc giờ); z là độ sâu; θ là chu kỳ dao động của nhiệt độ; k là hệ số truyền nhiệt độ của đất (0,003 - 0,008 cm2/giây tuỳ theo độ ẩm đất) - Những độ sâu có độ giảm biên độ nhiệt độ như nhau tỷ lệ với nhau theo căn số bậc hai của chu kỳ dao động z1/z2 = 1/√365 = 1/19 Trong đó: z1; z2 là độ sâu của tầng đất mà biên độ nhiệt độ ngày bằng biên độ nhiệt độ năm 15 Biểu đồ... cả các độ sâu ∆t z = ∆t o e − z π / kθ - Biên độ dao động của nhiệt độ đất giảm dần theo cấp số nhân khi độ sâu tăng theo cấp số cộng Trong đó ∆tz: biên độ nhiệt độ ở độ sâu z (0C) ∆to: biên độ nhiệt độ ở mặt đất (0C) θ: chu kỳ dao động của nhiệt độ đất (ngày hoặc năm) k: hệ số truyền nhiệt độ của đất (0,003 - 0,008 cm2/giây tuỳ theo độ ẩm đất) - Thời gian xuất hiện các cực trị muộn dần theo độ sâu... bằng nhiệt luôn luôn diễn ra ổn định 24 1 2 3 4 5 6 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Công Minh 2007 Khí hậu và khí tượng đại cương Trường ĐH Quốc gia Hà Nội Phạm Văn Quang 2007 Khí tượng thủy văn nông nghiệp Trường ĐH An Giang Lê Thông 2008 Địa lí 12 nâng cao Bộ Giáo dục và Đào tạo Đỗ Phước Hảo 2010 Chế độ nhiệt đất và không khí Nguyễn Yến Vy 2006 Chế độ nhiệt của không khí Vũ Tấn Phương 2002 Chế độ nhiệt. .. độ cao (nghịch nhiệt) - Gradient nhiệt độ lớn nhất ở lớp khí quyển gần mặt đất và giảm dần theo độ cao - Dẫn tới biên độ nhiệt độ ngày đêm giảm dần theo độ cao Hình 4.3 – Sự biến thiên nhiệt độ theo độ cao (trong điều kiện lý tưởng) (Nguồn Internet) 21 4.3 – Các chỉ tiêu nhiệt độ không khí - Nhiệt độ trung bình Trung bình ngày Trung bình một giai đoạn khí hậu - Nhiệt độ tối cao và tối thấp Tối cao và... thời vụ CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN Chế độ nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như địa hình, vĩ độ địa lý của từng vùng miền khác nhau,… Những yếu tố này ảnh hưởng trực tiếp tới chế độ nhiệt và gián tiếp đến thời tiết và khí hậu Chế độ nhiệt của đất, không khí và nước có tác động qua lại lẫn nhau Chính vì điều này mà chế độ nhiệt ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động nông nghiệp Biên độ nhiệt ngày và đêm là một... vậy, đường cong biến trình ngày nhiều năm của nhiệt độ có dạng đơn giản với dạng dao động hình sin Đại lượng biên độ ngày của nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều nhân tố Trước hết nó được xác định bởi biên độ ngày của nhiệt độ trên mặt thổ nhưỡng Biên độ nhiệt độ trên mặt thổ nhưỡng càng lớn thì biên độ nhiệt độ không khí càng lớn Nhưng biên độ ngày của nhiệt độ trên mặt thổ nhưỡng căn bản phụ thuộc vào lượng... phái mặt đất làm cho không khí lạnh đi Không khí mất nhiệt là do các nguyên nhân: + Mặt đất lạnh hấp thu nhiệt từ không khí + Phát xạ nhiệt vào vũ trụ + Khi đi qua các vùng áp thấp bị bốc lên cao Nhiệt độ không khí biến đổi trong quá trình một ngày cùng với nhiệt độ mặt đất Vì không khí nóng lên và lạnh đi do mặt đất, nên biên độ của biến trình ngày của nhiệt độ trong lều khí tượng nhỏ hơn trên mặt thổ... không khí trên cao nóng lên được là do sự truyền nhiệt Sự truyền nhiệt của không khí chia làm: - Sự dẫn nhiệt phân tử Qv = -λdt/dz Trong đó Qv: thông lượng dẫn nhiệt phân tử (cal cm-2.giây-1) λ:hệ số dẫn nhiệt của không khí: 0,000048 cal cm-1 giây-1 độ- 1 dt/dz::gradient nhiệt độ của không khí 0C cm-1) - Trao đổi nhiệt bằng quá trình đối lưu - Trao đổi nhiệt bằng quá trình loạn lưu - Trao đổi nhờ tiềm nhiệt. .. thiên nhiên được tái tạo, nó tác động trực tiếp đến mọi hoạt động của con người Nhiệt độ không khí là một trong những nguyên nhân gây ra những hiện tượng thời tiết phức tạp Hình 4.1 – Nhiệt độ không khí tác động đến hoạt động nâng nghiệp (Nguồn Internet) Không khí hấp thu nhiệt từ bức xạ Mặt Trời khoảng 14% Mặt đất hấp thu khoảng 44% Do khả năng dẫn nhiệt kém nên lớp không khí tiếp xúc với mặt đất và mặt... Trong đó Q: lưu lượng nhiệt của đất (cal.cm-2) λ : hệ số dẫn nhiệt của đất n: đơn vị thời gian a: gradient nhiệt độ của đất dấu (-) chỉ chiều hướng truyền nhiệt Ban ngày a0, như vậy nhiệt độ truyền từ lớp đất mặt xuống lớp đất sâu Ban đêm a>0 nên Q