Bài giảng Khí tượng nông nghiệp

Trong khí quyển, đặc biệt là ở tầng không khí gần mặt đất luôn luôn diễn ra các hiện tượng và các quá trình vật lý phức tạp: nắng, mưa, nóng, lạnh, khô, ẩm, giông, tố, gió bão, v.v...Tuỳ theo mức độ phát triển các quá trình vật lý khí quyển nói trên có thể là bình thường hoặc nguy hiểm cho con người và các hoạt động sản xuất của họ.Để an toàn cho cuộc sống, để các hoạt động sản xuất thu được hiệu quả con người đã không ngừng quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu các hiện tượng và các quá trình xảy ra trong khí quyển. Dần dần con người đã tích luỹ các hiểu biết, các kiến thức về các hiện tượng khí quyển và hình thành nên một khoa học độc lập là khí tượng học

Phần thứ nhất

CƠ SỞ KHÍ TƯỢNG VÀ KHÍ HẬU HỌC

Chương 1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ MÔN HỌC VÀ BẦU KHÍ QUYỂN

1 CÁC VẤN ĐỀ CHUNG

1.1 Khí tượng học và các môn khoa học của nó.

Trong khí quyển, đặc biệt là ở tầng không khí gần mặt đất luôn luôn diễn ra các hiện tượng và các quá trình vật lý phức tạp: nắng, mưa, nóng, lạnh, khô, ẩm, giông,

tố, gió bão, v.v Tuỳ theo mức độ phát triển các quá trình vật lý khí quyển nói trên

có thể là bình thường hoặc nguy hiểm cho con người và các hoạt động sản xuất của họ

Để an toàn cho cuộc sống, để các hoạt động sản xuất thu được hiệu quả con người đã không ngừng quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu các hiện tượng và các quá trình xảy ra trong khí quyển Dần dần con người đã tích luỹ các hiểu biết, các kiến

thức về các hiện tượng khí quyển và hình thành nên một khoa học độc lập là "khí

tượng học"

Khí tượng học là môn khoa học nghiên cứu về những hiện tượng và những quá trình vật lý xảy ra trong khí quyển trái đất, nghiên cứu các phương pháp dự báo các hiện tượng khí quyển sẽ xảy ra và đề xuất các biện pháp phòng tránh thiên tai.

Ngày nay khoa học khí tượng đã hình thành nhiều môn học khác nhau về phương pháp, nội dung và mục đích nghiên cứu

Theo phương pháp nghiên cứu có các môn học sau đây:

• Môn "Khí tượng học đại cương" hay môn cơ sở khí tượng là môn khoa

học nghiên cứu bản chất vật lý, xác lập những quy luật chung nhất của các hiện tượng khí quyển

• Môn "Thời tiết học" nghiên cứu đặc điểm thời tiết và cơ chế hình thành

các loại thời tiết xảy ra hàng ngày hay trong một khoảng thời gian ngắn

• Môn "Dự báo thời tiết" còn gọi là môn synốp học là môn khoa học

nghiên cứu các phương pháp dự báo thời tiết, lập các bản tin dự báo thời tiết hạn ngắn, hạn vừa và hạn dài, dự báo các hiện tượng thời tiết có hại và các phương pháp phòng chống thiên tai

• Môn "Khí hậu học " nghiên cúu quy luật hình thành khí hậu và chế độ

khí hậu ở các nước, các vùng khác nhau, phân vùng khí hậu v.v

Theo mục đích ứng dụng có các môn khí tượng học ứng dụng nhằm khai thác,

sử dụng hợp lý và bền vững nguồn tài nguyên khí hậu phục vụ các ngành kinh tế

quốc dân Thuộc vào loại này là các môn như khí tượng nông nghiệp, khí tượng

thuỷ văn rừng, khí tượng xây dựng, khí tượng y học, khí tượng hàng hải, khí tượng hàng không, khí tượng quân sự v.v

1.2 Khái niệm môn học

1.2.1 Lược sử môn học

Sản xuất nông nghiệp là lĩnh vực sản xuất có sớm nhất của loài người và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nhất của thiên nhiên, đặc biệt là ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu Để sản xuất có được kết quả con người buộc phải quan sát, ghi chép, phân tích diễn biến và ảnh hưởng của các hiện tượng thời tiết, khí hậu đối với các loại cây và những con vật mà mình nuôi trồng Trong quá trình lâu dài như vậy dần dần con người đã tích luỹ được nhiều kinh nghiệm về các hiện tượng thời tiết, dự đoán thời tiết, tác động của thời tiết đến đối tượng sản xuất của mình và tìm ra các biện pháp bảo vệ mùa màng Những kinh nghiệm về thời tiết, khí hậu như vậy thường được lưu truyền dưới dạng những câu ca dao, tục ngữ cho dễ nhớ, dễ thuộc Mặc dù những kinh nghiệm như vậy còn rất cổ sơ và còn nhiều sai lầm do ảnh hưởng của tôn giáo nhưng có thể coi những kinh nghiệm, những nhận xét như vậy là những kiến thức ban đầu về khí tượng nông nghiệp

Ở Việt Nam ngay từ xa xưa nhân dân đã hiểu rõ tầm qua trọng của thời tiết, khí hậu đối với SXNN, người ta đã đúc kết " nhất thì, nhì thục" hoặc " lạy trời mưa nắng thuận hoà, để cho chiêm tốt mùa tươi em mừng" v.v Từ rất sớm người ta đã hiểu rõ mối quan hệ giữa thời tiết, khí hậu với trồng trọt và họ đã sơ bộ phân chia các vùng trồng trọt và có những nhận xét đại loại như "nơi này thích hợp với trồng trọt, chăn nuôi, nơi kia lam sơn chướng khí" hoặc " chưởng ư bạ" nghĩa là gia sức lớn nhanh vào mùa hạ v.v

Từ thế kỷ XIII, trong Binh thư yếu lước của Trần Hưng Đạo đã có những ghi chép và nhận định về tình hình khí hậu, địa lý Tác phẩm Dư địa chí của Nguyễn Trãi (thế kỷ XV) đã mô tả chi tiết điều kiện địa lý, khí hậu, nhân văn ở nhiều địa phương trong cả nước như Thăng Long, Phố hiến, Thiên Trường Nhiều tài liệu còn lưu giữ lại của các nhà bác học như Lê Quí Đôn, Ngô Thời Sỹ, Nguyễn Nghiễm đã cho thấy trước đây việc quan sát khí hậu và thời tiết, đặc biệt là vấn đề nông lịch và mùa vụ đã được chú ý rất nhiều Đặc biệt là 2 cuốn “ Việt sử thông giám cương mục” và “Lịch triều hiến chương loại chí” đã ghi chép về khí hậu, thiên tai và hiện tượng thời tiết đặc biệt Thế kỷ XVIII Hải Thượng Lãn Ông đã có sáng kiến lập mạng lưới quan sát khí hậu và nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu tới sinh

lý, bệnh lý Các tài liệu đó cho đến ngày nay vẫn còn nguyên giá trị Việc khảo sát khí hậu ở Việt Nam đã được tiến hành từ trên một trăm năm nay bằng các máy đo đạc định lượng Việc lập ra các trạm khí tượng đầu tiên do người Pháp tiến hành ở những nơi có nhiều tiềm năng phát triển kinh tế nhằm mục đích khai thác thuộc địa Phần lớn các trạm khí tượng đến nay đã có dãy số liệu quan trắc trên 60 năm

Mặc dù những kiến thức ban đầu về khí tượng nông nghiệp được hình thành

từ rất sớm, nhưng khí tượng nông nghiệp trở thành một khoa học thực sự chỉ từ thế

kỷ 20 Ngành khí tượng nông nghiệp thế giới chính thức được thành lập từ năm

1921 Hiện nay mạng lưới nghiên cứu KTNN được phát triển rộng khắp ở các châu lục Hội thảo về khoa học khí tượng nông nghiệp được tổ chức ở nhiều nước Nhiều kết quả nghiên cứu KTNN dược vận dụng vào trong sản xuất và mang lại nhiều hiệu quả góp phần giải quyết nhu cầu lương thực, thực phẩm cho nhiều nước Ở vùng

Đông Nam Á các kết quả nghiên cứu về thời vụ và sử dụng cây trồng chịu hạn cho các địa bàn đủ nước và thiếu nước ở Thái Lan, Malaixia, Philippin đã góp phần tăng năng suất cây trồng và giữ vững an ninh lương thực cho vùng này.

Ở Việt Nam công tác nghiên cứu KTNN đạt được một số thành tựu chính như

"Phân vùng khí hậu nông nghiệp Việt Nam, đánh giá điều kiện KTNN đối với sinh

trưởng, phát triển và hình thành năng suất lúa đông xuân, lúa mùa, đậu phụng, chè", "Điều kiện khí tượng nông nghiệp đối với một số cây trồng chính ở Bắc bộ, Nam bộ và Trung bộ", "Phân vùng khí hậu nông nghiệp Nam bộ phục vụ SXNN",

"Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến sản xuất nông nghiệp Việt Nam", "Nghiên cứu

diễn biến thiên tai và chuyển đổi cơ cấu cây trồng", "Đánh giá mức độ sử dụng tài nguyên khí hậu nông nghiệp hiện nay của đất nước để có chiến lược khai thác ".

1.2.2 Ý nghĩa, đối tượng và nhiệm vụ môn học

i) Ý nghĩa môn học: Nông nghiệp là một ngành sản xuất đặc biệt khác với

nhiều ngành sản xuất khác ở chỗ đối tượng sản xuất và các hoạt động sản xuất diễn

ra ngoài trời, chúng bị chi phối và gắn liền trực tiếp với thiên nhiên Khí quyển cũng

như đất vừa là môi trường sống vừa là nơi cung cấp dưỡng chất cho sinh vật tồn tại

và phát triển

Do vậy các tính chất vật lý của khí quyển hay các điều kiện thời tiết, khí hậu luôn ảnh hưởng mạnh mẽ, đa dạng và phức tạp đến quá trình sinh trưởng, phát triển, năng suất của cây trồng, vật nuôi cũng như ảnh hưởng đến sâu bệnh hại chúng

MỐI QUAN HỆ GIỮA KHÍ HẬU VÀ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

Sản xuất nông nghiệp thường được ví như "một phân xưởng hoạt động trực tiếp dưới bầu trời" cho nên khí hậu và thời tiết cùng với điều kiện đất đai đóng vai

trò rất quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp Dacutraep V.V đã viết: "Đất và khí

hậu là những yếu tố cơ bản và quan trọng nhất của nông nghiệp đó là những điều kiện ban đầu và không thể thiếu được của mùa màng"

Nông nghiệp có quan hệ qua lại và phức tạp đối với các điều kiện tự nhiên trong đó các yếu tố khí hậu thời tiết là những nhân tố tác động mạnh mẽ nhất đến

sản xuất nông nghiệp Những ảnh hưởng của khí hậu thời tiết đến sản xuất nông

nghiệp được thể hiện qua đại lượng năng suất (cao hay thấp) và chất lượng nông sản (tốt hay xấu).

Phần lớn các yếu tố khí tượng đều là các nhân tố sinh thái: Những điều kiện

khí hậu thời tiết được xác định cho nông nghiệp trước hết là ánh sáng, nhiệt độ và nước đó là những yếu tố không thể thiếu được đối với sự sinh trưởng phát triển và cấu thành năng suất cây trồng và động vật Chúng ta dễ dàng thấy rằng, để trồng được một cây này hay cây khác cần phải bảo đảm một lượng nhiệt (tổng nhiệt độ) nhất định (loại trừ những nhiệt độ có hại quá thấp hoặc quá cao vượt ra ngoài giới hạn chịu đựng của cây), đồng thời phải có một lượng ẩm cần thiết trong tầng đất canh tác cho cả một thời kỳ sinh trưởng, phát triển của cây trồng

Kết quả nghiên cứu khí tượng nông nghiệp của các nước trên thế giới và ngay

cả ở Việt Nam cũng đã khẳng định cho dù có sử dụng các biện pháp kỹ thuật canh

tác tiên tiến thì sự phụ thuộc của năng suất cây trồng vào điều kiện thời tiết khí hậu vẫn rất lớn Trình độ kỹ thuật cao của sản xuất nông nghiệp cho phép sử dụng các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp tương ứng với những điều kiện khí hậu thời tiết để làm giảm những thiệt hại do bất lợi và sử dụng tốt nhất điều kiện thuận lợi của thời tiết.

Tác động của thời tiết khí hậu đối với sản xuất nông nghiệp được thể hiện trên nhiều mặt, nó không những ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển cây trồng

mà còn ảnh hưởng đến các công việc đồng áng, hiệu suất làm việc của các máy nông nghiệp (máy gặt, máy cày, máy bừa, máy gieo hạt ) Sự hoạt động của các loại côn trùng có hại, sự phát triển và lây lan của sâu bệnh cũng có liên quan đến điều kiện khí tượng Giữa ngành chăn nuôi và thời tiết cũng có quan hệ mật thiết với nhau

Thời tiết là người bạn hiền và ngược lại có thể trở thành kẻ thù của nhà nông

Ví dụ như lượng mưa phân bố đều thời tiết ấm thì rất có lợi cho sự sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất cây trồng Ngược lại điều kiện thời tiết có thể gây ra tổn thất to lớn cho sản xuất nông nghiệp Ví dụ như: mưa đá, mưa lớn, bão trong vài tiếng đồng hồ có thể gây ra tổn thất to lớn cho sản xuất nông nghiệp Đối với các loại cây hạt cốc vào giai đoạn ngâm sữa chỉ cần mấy ngày có gió Tây khô nóng thì sản lượng có thể mất đi một nửa

Nghiên cứu tổng hợp các qui luật hình thành năng suất cây trồng trong hệ đất

- cây trồng- khí quyển là cơ sở để dự báo và chương trình hoá năng suất

Khí hậu không những ảnh hưởng lớn đến hoàn cảnh địa lý của cây trồng mà còn ảnh hưởng đến nhịp điệu sống và trình tự phát triển kế tiếp nhau của các giai đoạn phát triển vật hậu, đến phẩm chất và năng suất của nó Ví dụ như lúa mì ở miền đông Liên Xô chịu băng giá tốt hơn ở vùng Bạch Nga và Ban Tích hay cà phê Buôn Mê Thuột ngon hơn cà phê khu 4 cũ, hay cây nho những bộ phận bên trên chịu băng giá tốt hơn ở phần dưới đất (thân cành chịu được -20OC, -22OC, rễ chịu được -6OC, -7OC)

+) Sự phân bố sinh vật trên trái đất phụ thuộc vào điều kiện khí hậu.

Khí hậu là yếu tố quyết định sự phân bố động thực vật trên trái đất, ngay cả mạng lưới sông ngòi, độ màu mỡ của đất cũng là hệ quả của khí hậu Vấn đề này cũng được ghi rõ trong nhiều công trình của các nhà địa lý cảnh quan, thực vật học

và nông học Dác Uyn, nhà nghiên cứu tự nhiên đã ghi trong tác phẩm của mình

"Nguồn gốc các loài" thì điều kiện khí hậu đóng vai trò quyết định trong chọn lọc tự nhiên của các loài động vật, thực vật

Như chúng ta đã biết, trên bề mặt trái đất ở các vùng khác nhau có những đặc điểm khí hậu khác nhau Mỗi vùng khí hậu được quyết định do điều kiện địa lý và vật lý riêng của chúng Người ta đã phân biệt các đới khí hậu với những đặc điểm riêng biệt rõ nét về chế độ bức xạ, chế độ nhiệt, chế độ mưa, ẩm Ngay trong mỗi đới khí hậu thì tùy thuộc vào điều kiện của mỗi nước, mỗi vùng khí hậu, thời tiết khác nhau rất xa Do đặc điểm khí hậu, sinh vật được phân bố một cách phù hợp Các loài sinh vật, ngay cả các giống trong cùng một loài cũng có thể chỉ sinh trưởng, phát triển tốt trong mỗi vùng khí hậu nào đó Không phải ngẫu nhiên mà

sinh vật chỉ lựa chọn điều kiện khí hậu cho riêng mình như vậy Ngược lại, chính điều kiện khí hậu diễn ra hàng ngàn năm nay đã lựa chọn chủng loại sinh vật phù hợp cho nó Ngoài ra, sinh vật cũng tìm cách thích nghi dần với điều kiện khí hậu

mà nó sinh sống Tuy nhiên, những biến đổi thất thường của điều kiện khí hậu đã tiêu diệt nhiều cá thể có sức khỏe yếu để dần dần lựa chọn được những cá thể và chủng loại sinh vật phù hợp nêu trên Kết quả là nhiều loại sinh vật chỉ phân bố hẹp trong những điều kiện khí hậu rất riêng mà khó có thể di chuyển sang những vùng khí hậu khác được

Theo nhà chọn giống cây trồng người Nga Vavilốp, ngay từ xa xưa trên trái đất đã hình thành nhiều Trung tâm khởi nguyên về giống cây trồng ở các vùng khí

hậu khác nhau Theo các nhà khoa học, vùng Đông Nam Á là vùng có khí hậu nhiệt

đới, gió mùa với tài nguyên nhiệt, bức xạ dồi dào, lượng mưa và độ ẩm cao đã hình thành Trung tâm khởi nguyên loài lúa nước (Oryza Sativa)

Tương tự như vậy, có rất nhiều cái nôi của những giống cây trồng, vật nuôi được gọi là các Trung tâm khởi nguyên như Trung Quốc, Trung Á, Địa Trung Hải, Trung Đông, Abixini, Trung Mỹ, Nam Mỹ Không phải ngẫu nhiên mà các nền văn minh từ cổ đại đến hiện đại chỉ hình thành và phát triển ở những vùng địa lý riêng của nó Cách đây 5 - 6 ngàn năm, vùng Cận Đông đã tồn tại nền văn minh Lưỡng Hà rực rỡ, ở Trung Mỹ là nền văn minh Maya , sự phát triển và suy vong của các nền văn minh đó đều có bàn tay của khí hậu Các vùng sa mạc của vùng Cận Động rộng lớn ngày nay chính là những khu vực đất đai màu mỡ ngày xưa Xyry trước đây là một vùng nguyên liệu cung cấp cho Ai Cập nhiều loại gỗ quý và cho La

Mã nho và cọ dầu Hy Lạp xưa kia phồn vinh và nổi tiếng với cảnh quan trù phú, núi xanh và đồng ruộng phì nhiêu xã hội đạt tới một trình độ văn minh tuyệt đỉnh Đây chính là một chặng dừng chân của con đường tơ lụa từ Đông sang Tây Ngày nay, vùng này chỉ là một vùng địa lý bình thường với những ngọn đồi trơ trụi, đất đai khô cằn đang sa mạc hóa Một nguyên nhân quan trọng là sự thay đổi của khí hậu ở khu vực này trong suốt nhiều thiên niên kỷ qua từ ẩm ướt sang khô hạn

++) Khí hậu là yếu tố quyết định chất lượng nông sản phẩm.

Trên thế giới, trong mỗi Quốc gia đều có những vùng cây trồng đặc sản Do điều kiện đất đai, khí hậu riêng mà thiên nhiên đã ban tặng, loại cây trồng đặc sản không những cho phẩm chất đặc biệt mà năng suất cũng rất cao Khí hậu là môi

trường gắn liền với đất đai và liên hệ tới cây trồng Các yếu tố khí hậu như năng

lượng bức xạ mặt trời, nhiệt độ, độ ẩm không khí, lượng mưa, bốc hơi thường được phối hợp tác động khá tinh vi đối với các loại men sinh học trong các tế bào

để tổng hợp hay phân giải các chất hữu cơ tạo nên chất lượng nông sản Bức xạ

mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp, tổng hợp các chất Nhiệt độ, độ ẩm và biên độ ngày đêm của chúng trong những trường hợp thuận lợi

đã điều chỉnh, gia giảm để tổng hợp nên những chất thơm, alcaloid, tanin, vitamine, đường bột, protein, lipid hay một chất hoạt tính riêng nào đó

Trong nghệ thuật nấu ăn người dầu bếp đã từng gia giảm các chất gia vị để tạo ra các món ăn nổi tiếng của địa phương mình Đối với khí hậu cũng như người

đầu bếp vậy, nó cần mẫn điều chỉnh chút nắng, chút gió, chút sức nóng hay độ lạnh

để có một sản phẩm riêng của nó Còn các loại cây đặc sản thì tiếp nhận sự gia giảm tác động của các yếu tố khí hậu để tạo nên những trái thơm, quả ngọt

Không phải ngẫu nhiên miền núi lại có những loại dược liệu chất lượng cao

từ cây trồng, vật nuôi Để có sản phẩm hàng hóa, con người đã tiến hành sản xuất dược liệu ngay ở vùng đồng bằng khí hậu ôn hòa với năng suất cao nhưng đã không

tạo ra được sản phẩm chất lượng cao Khí hậu khắc nghiệt đối với chất lượng dược

liệu cũng giống như đặc tính chữa bệnh của dược liệu là “ thuốc đắng” thì “dã tật” Ở miền núi, các yếu tố khí hậu thường biến động rất nhiều: ban ngày trời nắng, nóng, ban đêm trời lạnh; độ ẩm không khí lúc cao, lúc thấp Đặc biệt trong chế độ mưa, ẩm thì phân biệt rõ thời kỳ mưa nhiều, thời kỳ mưa ít Chính do hình thành và tích lũy các chất dược hoạt tính trong những điều kiện đó mà cây dược liệu đã cho chất lượng cao.

Ở miền Bắc đối với cây mía, nông dân đã tổng kết: “Mía tháng bảy đường chảy lên ngọn” Từ tháng bảy âm lịch, khí hậu ở miền Bắc bắt đầu chuyển sang tiết heo may (ảnh hưởng của trung tâm khí áp cao cận chí tuyến): trời trong xanh, không một gợn mây, ban ngày trời nắng, ban đêm se lạnh, độ ẩm không khí thấp Từ độ tiết Thu sang thì cây cối bước vào thời kỳ tích lũy các chất dinh dưỡng, chất lượng mía và hoa quả đều tăng lên đáng kể Biên độ nhiệt độ ngày đêm cao đã tạo điều kiện cho các loại men tổng hợp đường saccaroza hoạt động tốt còn men hô hấp, phân giải thì hoạt động yếu đi

Còn một ví dụ nữa về sự chi phối của khí hậu đối với chất lượng nông sản phẩm Ở các tỉnh vùng Đồng bằng Bắc Bộ thường biết rất rõ về chất lượng của cơm, gạo lúa vụ mùa Đặc sản ở một số nơi đã nổi tiếng về “cơm niêu đất, thổi gạo mùa”

Để có thứ cơm đó người ta thường phải chọn loại gạo hạt trong, không bị bạc bụng,

đó là gạo lúa vụ mùa Do thời gian làm hạt vào tháng 9, tháng 10 có thời tiết heo may như trên mà chất lượng cơm gạo lúa mùa hơn hẳn so với lúa vụ chiêm, xuân (xét cùng một giống) Lúa vụ chiêm, xuân thì làm hạt vào tháng 4, tháng 5, với thời tiết nhiều mây, nóng nực, biên độ nhiệt độ ngày đêm thấp mà độ ẩm không khí cao Đó là điều kiện thường làm cho cây trồng tích lũy dinh dưỡng kém, hô hấp mạnh

Khi bước tới vườn cây ăn quả, nếu bạn muốn hái một quả thơm ngon thì hãy chọn những quả ở đầu cành, trên một cây ở giữa vườn nhiều nắng, nhiều gió, không

bị che khuất bởi tán của những cây khác Đó chính là chất lượng mà khí hậu đã ban tặng bạn

+++) Quan hệ giữa khí hậu và đất đai

Theo các tiêu chuẩn đành giá đất đai của Tổ chức Nông nghiệp, lương thực Quốc tế (FAO) thì khí hậu là chỉ tiêu hàng đầu cần được nghiên cứu Trong Quy trình đánh giá đất ở Việt Nam, các công đoạn từ xây dựng bản đồ đơn vị đất đai (LMU), xác định loại hình sử dụng đất (LUT) cũng cần phải nghiên cứu rất kỹ điều kiện khí hậu Khí hậu hàng ngày, hàng giờ có ảnh hưởng tới đất đai Trong quá trình hình thành đất, các yếu tố khí hậu như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, lượng mưa, độ

ẩm đã tác động không chỉ tới thành phần nông hóa mà còn ảnh hưởng tới cấu trúc

đất, thành phần cơ giới của đất Đất không xuất hiện đột ngột từ đá mẹ mà phát triển từ từ dưới ảnh hưởng của khí hậu và sinh vật sống trên đó Tùy theo các vùng

khí hậu khác nhau mà hình thành nhiều loại đất khác nhau Ở vùng nhiệt đới, sự phân hủy đá mẹ xảy ra với cường độ mạnh hơn nhiều so với các vùng ôn đới Đất nhiệt đới có khuynh hướng rửa trôi rất mạnh dioxit silic và tích tụ các ôxit sắt, nhôm, mangan làm cho đất có màu vàng đỏ Cùng với dioxit silic, các chất dễ tan, chất màu mỡ cũng bị rửa trôi, xói mòn làm cho đất trở nên nghèo dinh dưỡng đối với cây trồng Các loại đất feralit của vùng nhiệt đới có các tiểu phần riêng biệt rất mảnh nhưng thường được gắn chặt với nhau thành những hạt nhỏ như cát (hạt cát giả) nên ít dẻo, nhẹ, ít trương khi bị thấm nước và rất dễ cày Các loại đất này nếu gặp điều kiện khí hậu khô hạn thì rời rạc, không có kết cấu và gây ra hiện tượng bị xói mòn do gió Ví dụ, khoảng năm 1935 ở Hoa kỳ, người ta đã phải kéo còi báo

động vì những cơn lốc bụi (dust bowls) Trên những đồng bằng rộng lớn vùng Têchzat bị khô hạn nghiêm trọng, đất đai bị vỡ vụn dưới chân của đàn gia súc và biến thành bụi, bị gió tung lên mù mịt không trung Các khu đất màu mỡ trước đó đã biến thành những đụn cát trên sa mạc

Đất thường được che phủ bởi thảm thực vật nên nước mưa không rơi trực tiếp làm phá vỡ kết cấu đât Ở tầng canh tác, đất được bảo vệ bởi hệ thống rễ cây, tạo thành một “miếng bọt biển” khổng lồ hút vào và giữ lại nước mưa để chúng có thể ngấm dần xuống mạch nước ngầm rồi mới chảy ra sông, ra suối Nếu thực bì bị tiêu diệt thì nước sau những trận mưa sẽ không được giữ lại mà chảy tràn trên mặt đất, gây ra sự xói mòn đất Theo số liệu điều tra của FAO, trong mỗi thế kỷ có trên 1/4 đất nông nghiệp đã bị thoái hóa do khí hậu và sự sử dụng không hợp lý của con người Hàng năm nước mưa có thể cuốn trôi hơn 3 tỷ tấn chất hữu cơ trên mặt đất

Ở Trung Quốc, hàng năm hiện tượng xói mòn đã mang đi khoảng 2,5 tỷ tấn đất màu

mỡ đổ vào các con sông Hoàng Hà, Hoàng Hải Ở nước ta, mỗi năm những trận mưa rào cũng đã cuốn đi hàng triệu tấn đất vào các dòng sông rồi đổ ra biển Lượng đất này bị mất đi mà không bao giờ có thể hoàn lại được

+++) Khí hậu và mùa vụ sản xuất.

Khác với sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp có tính thời vụ Do yêu

cầu khác nhau về điều kiện khí hậu của mỗi loại cây trồng mà nó chỉ sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao ở một giai đoạn khí hậu nào đó trong một năm Nếu gieo trồng trái mùa vụ thì con người sẽ không đạt được những mong muốn của

họ Trong quá trình sản xuất người nông dân đã có những kinh nghiệm canh tác đối

với mỗi loại cây trồng trên những thời vụ nhất định Ở Việt Nam, hàng năm người

ta thường tiến hành từ 2 đến 4 vụ trồng trọt đối với loại cây lương thực và cây công nghiệp ngắn ngày Đối với các loại cây ăn quả lâu năm thì hàng năm thường được

một mùa thu hái Thời vụ được hình thành như vậy và yếu tố chủ yếu quyết định

thời vụ cây trồng là khí hậu

Do sản xuất nông nghiệp mang tính thời vụ nên mọi hoạt động khác của người nông dân cũng dần dần hình thành tính thời vụ Chúng ta đều biết đến vấn đề

sử dụng lao động ở nông thôn thường gặp nhiều khó khăn do tính thời vụ Mỗi năm,

ở nông thôn thường có thời kỳ “đông vụ” rất căng thẳng về lao động và thời kỳ

“nông nhàn” dư thừa lao động Điều này ảnh hưởng không những ở nông thôn mà ngay cả tới các thành phố nữa Vào thời kỳ “nông nhàn” người nông dân thường đổ

ra các thành phố để tìm việc làm đã gây ra các hiện tượng xã hội nan giải như ùn tắc giao thông, gia tăng các tệ nạn khác

Tính thời vụ của sản xuất nông nghiệp đã hình thành nên các phong tục, tập quán ở mỗi làng quê Từ xa xưa vùng đồng bằng Bắc Bộ đã truyền miệng những tập quán tốt, xấu gắn liền với thời kỳ nông nhàn như: “Tháng giêng là tháng ăn chơi, tháng hai cờ bạc, tháng ba hội hè ”

Người ta cũng đã nhận thấy rằng, ngay trong các lĩnh vực văn hóa, văn học, nghệ thuật cũng có bóng dáng của khí hậu Chúng ta chắc cũng đã nghiệm thấy trong các bài thơ hay các tác phẩm văn học, nghệ thuật nổi tiếng thường mang những nét đặc sắc riêng của những vùng xuất xứ của nó Cuối cùng trong mỗi tác phẩm đó cũng đã cho ta thấy rõ điều kiện khí hậu của chính nơi xuất xứ của nó

Sản xuất nông nghiệp không những phụ thuộc vào khí hậu mà trái lại khí hậu cũng phụ thuộc rất lớn vào các hoạt động sống của con người: khai hoang làm rãy,

sự phát thải khí nhà kính do công nghiệp phát triển, các công trình thuỷ điện, hồ chứa nước, các đai rừng phòng hộ, tưới tiêu và các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp khác cũng làm biến đổi khí hậu toàn cầu và khu vực

Ảnh hưởng của khí hậu và thời tiết đối với nông nghiệp rất rõ nó thể hiện muôn màu, muôn vẻ thuận lợi bất hoà đều có như V.V Dacutraep đã nói: “Trong thiên nhiên tất cả đều đẹp đẽ, ngay cả một số nhân tố bất lợi, kẻ thù của sản xuất nông nghiệp như gió lớn, mưa to, hạn hán, gió khô nóng, bão sở dĩ là đáng sợ với chúng ta vì chúng ta chưa hiểu biết nó và khống chế nó Nó không hung dữ chỉ cần chúng ta nghiên cứu biết được cách phòng chống thì lúc đó nó sẽ có lợi cho chúng ta”.

Hay Misurin, nhà làm vườn người Nga cũng đã từng nói: “Chúng ta không thể chờ đợi sự ban ơn của thiên nhiên mà phải biết đấu tranh với thiên nhiên, đó là nhiệm vụ của chúng ta”

Để phân bố gieo trồng các giống cây con trên một lãnh thổ địa hình phức tạp lại chạy dài theo phương kinh tuyến như nước ta: (từ Hà Giang đến mũi Cà Mau) cần phải tính mức bảo đảm của các nhân tố khí hậu

Các nhà nông nghiệp và sinh học phải biết sử dụng hữu hiệu tài nguyên khí hậu để nâng cao hiêụ quả sản xuất nông nghiệp và phòng chống thiên tai Đó là con đường rẻ tiền nhất thu được lợi nhuận cao nhất, đồng thời cũng bảo đảm được môi trường sinh thái

Để làm được những việc nêu trên các nhà nông lâm nghiệp và sinh thái học cần phải nám bắt được bản chất vật lý của các quá trình và hiện tượng xảy ra trong khí quyển nhất là lớp khí quyển sát đất và tác động của chúng đến các đối tượng và quá trình sản xuất nông nghiệp

Nước ta nằm ở khu vực nhiệt đới nội chí tuyến, chế độ nhiệt, ẩm và ánh sáng dồi dào, phong phú, đấy là những thuận lợi lớn đối với sinh trưởng, phát triển của

cây trồng, vật nuôi, điều kiện thời tiết, khí hậu cho phép gieo trồng nhiều vụ trong năm và sản xuất nhiều sản phẩm nông nghiệp độc đáo, đa dạng nhưng sản xuất nông nghiệp ở nước ta vẫn bấp bênh là vì chúng ta phải đối mặt với những trở ngại của thời tiết, khí hậu, đó là diễn biến thời tiết phức tạp, thiên tai nhiều, bão lụt hạn hán năm nào cũng có Các hiện tượng thời tiết bất lợi như bão, lụt lội, hạn hán, lạnh giá, gió khô nóng v.v thường gây ra những thiệt hại lớn cho sản xuất nông nghiệp

Đặc biệt đối với một đất nước chưa phát triển như nước ta, khả năng chống đỡ với thiên tai còn nhiều hạn chế thì vai trò của thời tiết, khí hậu đối với sản xuất nông nghiệp rất to lớn, thời tiết thuận lợi thì được mùa, ngược lại thì mất mùa, đe doạ lớn đến an ninh lương thực và cuộc sống của con người Khi xem xét trong một khoảng thời gian tương đối dài thì điều kiện thời tiết, khí hậu còn được xem là một trong những nhân tố có vai trò quyết định trong việc hoạch định chính sách và đường hướng phát triển nông nghiệp của đất nước

ii) Đối tượng và nhiệm vụ:

Để nâng cao năng suất cây trồng, vật nuôi, khai thác tốt những thuận lợi và hạn chế tối đa những bất lợi của thời tiết khí hậu, các nhà trồng trọt không thể không

nghiên cứu một bộ phận rất quan trọng của môi trường là khí quyển và toàn bộ

những mối quan hệ, ảnh hưởng của thời tiết, khí hậu đối với cây trồng vật nuôi và sản xuất nông nghiệp và tìm những biện pháp để điều chỉnh mối quan hệ ấy Đấy là

nội dung cơ bản của môn học độc lập "Khí tượng nông nghiệp"

Khí tượng nông nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khí tượng, khí hậu và thuỷ văn đối với sản xuất nông nghiệp Nghiên cứu các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn tài nguyên khí hậu phục vụ sản xuất và đời sống

Nói cách khác đối tượng nghiên cứu của môn học là mối quan hệ qua lại giữa

điều kiện khí tượng, khí hậu và thuỷ văn đối với cây trồng vật nuôi và sản xuất nông nghiệp Nghiên cứu các yếu tố khí tượng cơ bản như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, mưa, ẩm, bốc hơi, gió, áp suất khí quyển, các hiện tượng thời tiết, và đề xuất các giải pháp điều tiết các yếu tố khí tượng

Khí tượng nông nghiệp có các nhiệm vụ sau đây:

1 Nghiên cứu quá trình sinh trưởng, phát dục của cây trồng vật nuôi trong

sự tác động của điều kiện khí tượng, khí hậu, xác định yêu cầu về điều kiện khí tượng của mỗi loại

2 Nghiên cứu các các đặc trưng của thời tiết, khí hậu có ảnh hưởng tới cây trồng, vật nuôi, đất, nước, sâu bệnh từ đó xác định các ngưỡng thích hợp về khí hậu đối với chúng để làm cơ sở xây dựng cơ cấu cây trồng, cơ cấu mùa vụ cho các vùng sản xuất nông nghiệp

3 Nghiên cứu đặc điểm các vùng khí hậu Việt Nam, tiềm năng và hướng sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên đó Phân vùng khí hậu nông nghiệp, đánh giá khả năng đảm bảo các điều kiện khí hậu cho các loại cây trồng để làm cơ sở bố trí hợp lý cây trồng

4. Nghiên cứu các phương pháp dự báo khí tượng nông nghiệp, cung cấp các bản tin dự báo khí tượng nông nghiệp cho các vùng sản xuất Dự báo về khả năng và hiệu quả áp dụng các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp trong điều kiện thời tiết khác nhau.X©y dùng c«ng nghÖ vµ ph¬ng ph¸p dù b¸o KTNN

5 Nghiên cứu các biện pháp phòng tránh thiên tai, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất tác hại của chúng đối với sản xuất và đời sống

6 Nghiên cứu biến đổi khí hậu, ô nhiễm môi truờng, các biện pháp hạn chế biến đổi khí hậu và giải pháp ứng phó với biến đổi khí hậu trong nông nghiệp

1.3 Phương pháp nghiên cứu trong khí tượng nông nghiệp

Những phương pháp nghiên cứu KTNN dựa vào những quy luật chính sau đây:

Quy luật cùng giá trị (hay là quy luật không thay thế) của các nhân tố

chính của sự sống bản chất của nó là không thể thiếu được một trong những nhân tố cần thiết cho sự phát triển của thực vật (không khí, ánh sáng, nhiệt độ, nước) và cũng không thể dùng nhân tố này để thay thế cho nhân tố khác, tất cả những nhân tố

đó đều cần thiết cho sự sống của thực vật đều cùng giá trị cho thực vật

Quy luật không cùng giá trị của các nhân tố môi trường Theo quy luật này thì những nhân tố của môi trường tác động đến thực vật được chia thành các

nhân tố chính và các nhân tố phụ Những nhân tố chính ảnh hưởng trực tiếp và mạnh mẽ đến cây trồng Còn các nhân tố khác giữ vai trò phụ, vai trò gián tiếp chúng tác động đến cây trồng thông qua các nhân tố chính Chúng tăng tác động lên hoặc giảm tác động của các nhân tố chính

Quy luật giới hạn của các nhân tố theo quy luật này thì trong những điều kiện mà các nhân tố khác không thay đổi, mức độ năng suất được xác định

bằng một nhân tố nào đó mà nhân tố đó nằm trong tối thiểu Ví dụ ở các vùng khô hạn thì lượng ẩm là nhân tố giới hạn của năng suất và là nhân tố tối thiểu

Quy luật tối ưu (hay là quy luật tổng hợp tác động của các nhân tố) theo

quy luật này năng suất càng cao của cây trồng được bảo đảm chỉ trong những tổ hợp tối ưu của các nhân tố khác nhau trong điều kiện không ngừng nâng cao kỹ thuật nông nghiệp để gieo trồng thực vật

Quy luật những chu kỳ tới hạn: Tương ứng với quy luật này là những giai đoạn riêng biệt của sự sống, thực vật đặc biệt nhạy cảm với một giá trị định

lượng của các nhân tố môi trường nhất là độ ẩm, nhiệt độ, bức xạ mặt trời

Những phương pháp nghiên cứu khí tượng nông nghiệp dựa vào những quy luật trên nhằm xác lập những giá trị định lượng về các nhân tố chính và phụ của môi trường

Xét về tính chất nghiên cứu thì nghiên cứu khí tượng nông nghiệp thuộc vào

loại nghiên cứu sinh thái vì thế người ta có thể sử dụng các phương pháp nghiên

cứu sinh thái để nghiên cứu khí tượng nông nghiệp Tuy nhiên trong nghiên cứu khí tượng nông nghiệp người ta thường sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây:

1.3.1 Phương pháp quan trắc song song: nội dung cơ bản của phương pháp quan

trắc song song là đồng thời với việc quan trắc diễn biến và thu thập số liệu về các yếu tố khí tượng người ta tiến hành quan trắc sinh triển phát triển của cây trồng, vật nuôi Kết quả là ta thu được 2 dãy số liệu về điều kiện khí tượng và sinh trưởng phát triển của sinh vật Sau đó bằng phương pháp xử lý thống kê người ta người ta tiến hành phân tích mối quan hệ giữa 2 dãy số liệu đó và tìm hiểu được ảnh hưởng của điều kiện khí tượng đến sinh truởng và phát triển của cây trồng

Phương pháp quan trắc song song thường được tiến hành thông qua một số phương pháp có tên gọi cụ thể như:

i)Phương pháp gieo trồng định kỳ (phương pháp rải vụ) Theo phương pháp

này người ta tiến hành gieo hạt một loại cây (hoặc chăn nuôi một loại con) thành nhiều đợt cách nhau một khoảng thời gian nhất định ( 5 ngày, 7 ngày, 10 ngày, 15 ngày hoặc 1 tháng v.v ) Điều kiện khí tượng ở các đợt gieo (nuôi) không giống nhau dẫn đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng /con vật cũng không giống nhau Theo dõi sinh trưởng phát triển của sinh vật ở các đợt gieo và điều kiện khí tượng tương ứng và phân tích mối quan hệ giữa chúng

Kết quả của phương pháp nghiên cứu này không những cho phép xác định thời vụ gieo trồng, chăn nuôi thích hợp nhất mà đồng thời còn xác định được nhiều chỉ tiêu quan trọng về nhu cầu khí tượng của cây, mối tương quan giữa điều kiện khí tượng và đời sống của chúng Phương pháp này được áp dụng rộng rãi

ii)Phương pháp gieo trồng theo vùng địa lý: Theo phương pháp này

người ta cũng tiến hành gieo trồng một loài cây hoặc chăn nuôi một loại gia cầm, gia súc cùng một thời gian nhưng ở nhiều vùng địa lý khác nhau Mỗi vùng có điều kiện khí tượng đặc thù do vậy diễn biến của sinh vật ở các vùng là không như nhau Phân tích những khác biệt về điều kiện khí tượng và sinh trưởng phát triển của cây

sẽ làm sáng tỏ ảnh hưởng của điều kiện khí tượng đến cây trồng, vật nuôi Tuy nhiên, vì điều kiện địa lý ở các vùng không chỉ khác nhau về khí tượng mà còn khác nhau về đất, sâu bệnh, biện pháp canh tác v.v nên việc phân tích gặp nhiều khó

khăn Nhưng phương pháp này cũng được áp dụng rộng rãi nhằm xác định vùng

sinh thái cho các giống cây trồng, vật nuôi và thời vụ thích hợp đối với chúng.

1.3.2.Phương pháp nghiên cứu riêng rẽ: Theo phương pháp này nhân tố khí tượng

cần thí nghiệm được thay đổi ở các mức khác nhau, còn các nhân tố khác đảm bảo ở mức tối ưu đối với cây Việc theo dõi tình hình sinh trưởng, phát triển của cây trồng, vật nuôi cũng thường xuyên tiến hành Kết quả thu được bằng phương pháp này đánh giá chính xác ảnh hưởng của điều kiện khí tượng đến sinh trưởng phát triển của cây và có nhiều ý nghĩa trong nghiên cứu lý thuyết Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm như đòi hỏi trang bị đắt tiền và mặc dù kết quả chính xác nhưng khó vận dụng trong sản xuất đại trà và thực tiễn đồng ruộng

1.3.3 Phương pháp đối chiếu sinh khí hậu:

Trong thực tế sản xuất người ta thường gặp 2 vấn đề là chọn cây gì và chọn vùng trồng như thế nào để cây phù hợp với điều kiện khí hậu Để trả lời 2 câu hỏi trên người ta phải dựa vào mối quan hệ tổng hợp: KHÍ HẬU - CÂY - ĐẤT Ở đây

ta quan tâm đến mối quan hệ: KHÍ HẬU-CÂY Khi xem xét mối quan hệ này

chúng ta sử dụng 2 căn cứ là đặc tính sinh thái học của cây và đặc điểm khí hậu của vùng Khi so sánh (đối chiếu ) chúng với nhau, chúng ta thấy có các khả năng có thể xảy ra như:

- Đặc tính sinh thái học của cây phù hợp với đặc điểm khí hậu

- Đặc tính sinh thái học của cây trái ngược với đặc điểm khí hậu

- Đặc tính sinh thái học của cây phù hợp một phần với khí hậu

Nội dung cơ bản của phương pháp đối chiếu sinh khí hậu là:

Lấy chế độ khí hậu ở nơi nguyên sản hoặc ở nơi nó có được đời sống tốt để làm chế độ khí hậu chuẩn Sau đó đem chế độ khí hậu ở nơi muốn phát triêín nó đối chiếu với ch? đô chuẩn nói trên, rút ra những mặt giống, mặt nào khác hoặc trái ngược, tùy theo tỷ lê û các mặt đó nhiều hay ít mà có khả năng thuận nghịch tương ứng Nếu phần giống nhau càng nhiều thì sác xuất phù hợp giữa cây và khí hậu càng cao, traí lại càng thấp Cuối cùng cần so sánh các đặc trưng khí hậu với biên độ sinh

thái của cây Để tiến hành đối chiếu sinh khí hậu người ta chú trọng trước hết đến

các chỉ tiêu phản ánh ảnh hưởng của các yếu tố khí tuợng cơ bản như nhiệt, độ ẩm (nước) và ánh sáng.

1.3.4.Phương pháp thống kê tài liệu lịch sử : Trên cơ sở thu thập được số liệu

nhiều năm theo nội dung và chỉ tiêu khảo sát thống nhất, người ta xử lý tài liệu theo phương pháp thống kê nhằm xac định xu thế diễn biến của dãy số liệu Ví dụ đánh giá diễn biến của năng suất lúa và điều kiện thời tiết qua các năm (năng suất xu thế)

1.3.5 Phương pháp quan trắc từ xa: như vệ tinh nhân tạo, máy bay, viễn thám,

phân tích ảnh vệ tinh chụp các bề mặt tự nhiên trên trái đất ở các thời gian khác nhau để đánh giá thực trạng và xu thế diễn biến (thay đổi) của các bề mặt đó Việc

xử lý ảnh vệ tinh, thu thập xử lý các số liệu thực địa được tiến hành trên máy tính với các chương trình, phần mền chuyên dụng Đây là phương pháp rất hiện đại không thể thiếu được trong nghiên cứu đánh giá hiện trạng môi trường, giám sát và quản lý tài nguyên thiên nhiên

1.3.6 Phương pháp thống kê toàn học cho phép xác định được mối quan hệ định

lượng giữa cây trồng với các nhân tố khí hậu và thời tiết trên cơ sở chuỗi số liệu nhiều năm

1.3.7.Phương pháp mô hình toán học cho phép nghiên cứu tác động tổng hợp của các nhân tố khí tượng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất cây

trồng thông qua mô phỏng của các quá trình sinh lý, sinh thái của thực vật (quang hợp, hô hấp, sinh trưởng )

Đó là những phương pháp nghiên cứu chính của KTNN hiện nay để xác định các chỉ tiêu KTNN

2 THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC KHÍ QUYỂN

2.1 Thành phần không khí:

Khí quyển trái đất được hình thành cùng với sự hình thành trái đất

Từ thuở nguyên sơ đến ngày nay, khí quyển trái đất đã trải qua nhiều giai đoạn biến đổi thành phần và cấu tạo, ngày nay khí quyển trái đất bao gồm hỗn hợp các chất khí có nồng độ khác nhau.

Trong khí quyển luôn luôn có các quá trình làm tăng chất khí này, làm giảm

chất khí khác, tuy nhiên khí quyển trái đất khá ổn định qua hàng triệu năm Có thể

gọi sự ổn định thành phần khí quyển là sự cân bằng động của thành phần không khí

do sự tác động qua lại của các quyển như thuỷ quyển, thạch quyển, khí quyển và sinh quyển

Ngoài ra trong khí quyển còn có nhiều các chất khí thải như CO, CO2, SO2,

SO3, NO, N2O, NO2, hơi chì (Pb), thuỷ ngân (Hg), clo (Cl), Brôm (Br), Iốt (I) Nếu hàm lượng của các chất khí thải vượt quá một ngưỡng cho phép nào đó (quá sức chịu đựng của cơ thể sinh vật) người ta nói không khí bị ô nhiễm

Về cơ bản thành phần không khí trong đất cũng giống như thành phần không khí trên mặt đất, các chất khí chủ yếu gồm nitơ, ôxy, argon và cácbonic

Theo kết quả khảo sát của Vitkêvích (1966) hàm lượng một số chất khí như sau: Nitơ chiếm từ 78 đến 87% không khí trong đất

Ôxy từ 10 đến 20 %

Cacbonic từ 0,01 đến 10-11%

Như vậy, bao giờ khí O2 thì ít và khí CO2 thì nhiều hơn so với không khí trên mặt đất

Quá trình phân huỷ phụ thuộc lớn và điều kiện nhiệt độ và độ ẩm

Đây là cơ sở giải thích vì sao vào mùa hè người ta có thể bón phân chưa ủ kỹ

hoặc phân xanh, ngược lại vào mùa đông cần bón phân đã ủ kỹ.

Ngoài ra do có các phản ứng hoá học xảy ra nên trong đất còn sinh ra một số chất khí độc hại mà ở trong khí quyển có rất ít hoặc không có như khí H2S, khí này

ức chế quá trình hút chất dinh dưõng của bộ rễ

Hàm lượng khí CO2 trong đất cao là điều kiện bất lợi đối với rễ cây, hạt giống khó ẩy mầm và hàm lượng O2 thấp cũng là điều kiện bất lợi đối với hoạt động của rễ

và các vi sinh vật

Tuy nhiên luôn xảy ra quá trình trao đổi không khí trong đất với không khí trên

mặt đất, giúp cho hàm lượng các chất khí trong đất vẫn ở mức phù hợp với rễ cây Không khí trong đất và lớp không khí sát mặt đất thường xuyên diễn ra quá trình trao đổi tạo nên những cân bằng động làm cho không khí trong đất cũng có đủ thành phần và tỷ lệ cần thiết cho sự sống của sinh vật đất Cường độ trao đổi phụ thuộc vào tính chất lý, hóa học, chế độ nước trong đất và quá trình canh tác

Trong tự nhiên quá trình trao đổi này cũng bị nhiều yếu tố chi phối:

* Áp suất khí quyển Sự biến động của áp suất khí quyển xúc tiến các quá trình trao đổi khí trong đất Khí áp tăng tạo nên lực nén không khí vào đất, khí áp giảm tạo ra một lực hút các chất khí từ trong đất ra Áp suất khí quyển là yếu tố biến động mạnh và thường xuyên, như một động lực thúc đẩy quá trình trao đổi này

* Bức xạ mặt trời: Bức xạ mặt trời đốt nóng lớp đất mặt, không khí trong đất cũng bị đốt nóng nên giãn nở thể tích, trở nên nhẹ hơn và bay ra khỏi đất Không khí trên cao lạnh hơn nên có tỷ trọng lớn, lắng xuống thay thế vị trí của không khí vừa bay lên

* Gió: Cũng như áp suất khí quyển, gió vừa tạo nên lực hút và lực nén không khí vừa xúc tiến các quá trình vận chuyển không khí trên mặt đất Cường độ trao đổi xảy ra mạnh hay yếu phụ thuộc vào tốc độ và hướng gió trên mặt đất

* Nước mưa, nước tưới Cũng là những yếu tố tích cực làm thay đổi chế

độ không khí trong đất Nước mưa và nước tưới nước chui vào các khe hở của đất, đẩy không khí ra Hầu hết các khe hở trong đất đều chứa đầy nước sau khi mưa, khi

độ ẩm đất giảm không khí dần dần chiếm lại các khe hở của đất Sự xen kẽ giữa thời

kỳ mưa và không mưa, hoặc giữa các thời kỳ tưới và không tưới, chế độ không khí trong đất sẽ được cải thiện theo hướng có lợi cho sinh vật đất

* Thành phần cơ giới và cấu trúc của đất cũng là một yếu tố có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi khí Các loại đất tơi xốp có kích thước hạt Φ > 0,l cm tạo ra khoảng cách lớn giữa các viên đất, sự trao đổi khí trong các loại đất này xảy

ra manh hơn so với các loại đất chặt

Từ những cơ sở lý luận trên ta có thể cải tạo được chế độ không khí trong đất theo chiều hướng có lợi cho sinh trưởng của bộ rễ cây trồng thông qua các biện pháp

kỹ thuật làm đất và chăm sóc hợp lý như xới xáo, bón phân, tưới nước

2.2 Cấu trúc khí quyển theo chiều thẳng đứng

Khí quyển không đồng nhất theo chiều thẳng đứng, căn cứ vào sự biến đổi nhiệt độ không khí trong khí quyển người ta có thể chia khí quyển thành 5 tầng như sau:

2.2.1 Tầng đối lưu: Giới hạn của tầng đối lưu là từ mặt đất đến độ cao 17-18 km ở

xích đạo, nhiệt đới; 11 km ở ôn đới; 7-8 km ở 2 cực trái đất Trong tầng đối lưu có các chuyển động đối lưu của không khí Một đặc điểm quan trọng của tầng đối lưu

là nhiệt độ giảm theo độ cao, mức giảm trung bình vào khoảng 0,65oC/100 m

Tầng đối lưu chiếm hơn 80% khối lượng khí quyển và gần như toàn bộ hơi nước Do vậy, mọi hiện tượng thơì tiết như mây mưa, sấm chớp chỉ diễn ra ở tầng này

Khí quyển tầng đối lưu có ý nghia đặc biệt đối vơí các quá trình sản xuất nông lâm nghiệp và là môi trươngî sống cơ bản của sinh giới

2.2.2 Tầng bình lưu

Có bề dày từ đỉnh tầng đối lưu đến độ cao 50-55 km Đặc điểm cơ bản cuả tầng bình lưu là không khí không bị xaó trộn theo phương thẳng đứng, tầng naỳ có thể chia 2 lớp:

• Lớp đẳng nhiệt nằm tiếp giáp tầng đối lưu đến độ cao 35 km, ở tầng naỳ nhiệt độ gần như không thay đổi chừng -55 oC Lớp khí quyển tầng này chuyển động với vận tốc rất lớn theo chiều ngang từ Đông sang Tây

• Lớp nghịch nhiệt từ độ cao từ 35 km trở lên nhiệt độ không khí tăng dần và đạt xấp xỉ 0oC ở đỉnh tầng bình lưu Ôzôn khí quyển tập trung chủ yếu trong tầng bình lưu một cực đại ở độ cao 19-23 km

2.2.3 Tầng trung gian: Có độ cao từ đỉnh tầng đối lưu đến 90-95 km ; trong tầng

giữa nhiệt độ giảm theo độ cao và đạt chừng - 80oC ở đỉnh

2.2.4 Tầng địên ly: Có độ cao từ đỉnh tầng giữa đến chừng 600 km Không khí ở

tầng naỳ rất loãng Dưới tác dụng cua các tia tử ngoại của mặt trơì, các tia vũ trụ, các chất khí bị i-on hoá mạnh tạo ra các i-on âm và dương Vì vậy tầng điện ly có đặc điểm cơ bản là có tính dẫn điện rất cao và là nguyên nhân phản hồi sóng vô tuyến điện phát ra từ mặt đất Trong tầng điện ly có 2 cực đại i-on hoá, cực đại thứ nhất ở độ cao 100 km, cực đại thứ hai ở độ cao 180-200 km

Nhiệt độ trong tầng điện ly tăng rất nhanh theo độ cao và đạt chừng 2000oC ở giới hạn trên

2.2.5 Tầng khuyếch tán: là tầng chuyển tiếp giữa tầng điện ly và khoảng không

gian vũ trụ Không khí tầng naỳ hết sức loãng, thành phần chủ yếu là các chất khí nhẹ như H2, He, trong tầng này xẩy ra sự khuyếch tán các chất khí vào không gian

vũ trụ

CĐU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 Khâi niệm khí tượng nông nghiệp, nhiệm vụ môn học 2 Quan hệ giữa sản xuất nông nghiệp vă thời tiết khí hậu 3 Trình băy phương phâp gieo trồng định kỳ 4 Trình băy phương phâp gieo trồng theo vùng địa lý 5 Trình băy phương phâp đối chiếu sinh khí hậu 6 Anh /chị hêy trình băy cấu trúc của khí quyển theo chiều thẳng đứng ? Đặc điểm chính của câc tầng khí quyển ? 7 Thănh phần không khí gần mặt đất 8 Thănh phần không khí trong đất ? I- Tầng đối lưu Km 50 600 18 100 III- Tầng trung gian II - Tầng bình lưu Lớp nghịch nhiệt Lớp đẳng nhiệt -100 -50 15 0 50 100 150 200 250 300

350 H.2- Biến đổi của nhiệt độ không khí theo độ cao

t(oC)

IV- Tầng điện ly

V- Tầng khuếch tân

Chương 2

BỨC XẠ TRONG KHÍ QUYỂN

2.1 Một số đặc trưng vật lý, thiên văn của mặt trời (MT).

2.1.1 Mặt trời - sao "lùn vàng" là một quả cầu lửa khổng lồ có đường kính khoảng

1.390.600 km, cấu tạo chủ yếu gồm hyđrô, hêli và các nguyên tố nặng hơn như cacbon, ôxy ở trạng thái plat-xma

Mặt trời có cấu trúc phức tạp ở tâm của mặt trời là nhân nơi xảy ra phản ứng

hạt nhân nhiệt độ lên tới 15 triệu độ K Nhiệt độ bề mặt của mặt trời ở phần quang cầu vào khoảng 6000oK

2.1.2.Năng lượng bức xạ mặt trời: Trong lòng mặt trời luôn luôn xảy ra phản ứng

nhiệt hạch còn gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân biến hiđrô (H2) thành hêli (He) và giải phóng một năng lượng vô cùng lớn, cứ mỗi phút mặt trời phát vào không gian xung quang một lượng năng lượng vào khoảng 5,3.1027 Kcal nhưng trái đất chỉ nhận được một phần rất nhỏ năng lượng đó

2.1.3 Chuyển động của Trái Đất (TĐ) xung quanh MT: Trong hệ MT, TĐ

chuyển động xung quanh MT theo quỹ đạo hình enlip, thời gian TĐ quay quanh mặt trời được một vòng gọi là một năm (365,5 ngày) Trong quá trình chuyển động xung quanh MT trục của trái đất luôn nghiêng một góc 66o33' so với mặt phẳng quỹ đạo Ngoài ra bản thân TĐ tự quay quanh trục của mình được một vòng trong thời

gian là một ngày đêm (24 giờ) Chuyển động chu kỳ, nhịp nhàng và cực kỳ chính

xác của trái đất xung quanh mặt trời là nguyên nhân dẫn đến lượng BXMT, các hiện tượng ngày, đêm, các mùa, thời tiết, khí hậu biến đổi một cách tuần hoàn Đến lượt mình thời tiết, khí hậu lại là nguyên nhân làm cho nhiều hiện tượng tự nhiên cũng như cuộc sống của các sinh vật thay đổi có tính chu kỳ

2.1.4 Khoảng cách trung bình từ mặt trời đến trái đất: Do TĐ chuyển động theo

quỹ đạo hình enlip xung quanh MT nên khoảng cách từ MT đến TĐ thay đổi theo

thời gian trong năm Khoảng cách trung bình MT-TĐ vào khoảng 149,5 triệu km,

khoảng cách này gọi là 1 đơn vị thiên văn (đvtv) Khoảng cách ngắn nhất 147 triệu

km (ngày 3/I) bằng 0,983 đvtv, khoảng cách dài nhất khoảng 152 triệu km (ngày 5/VII ) bằng 1,017đvtv

2.1.5.Gió mặt trời Là dòng các hạt mang điện prôton, electron và pozitron xuất

phát từ bề mặt mặt trời bay vào không gian với vận tốc trung bình khoảng 400-500 km/s Gió mặt trời đẩy đuôi sao chổi hướng ra xa MT, khi đụng vào khí quyển trái

đất (tầng điện ly) gây ra hiện tượng bão từ, cực quang

Bão từ còn gọi là bão địa từ trên Trái Đất, là những thời kỳ mà kim la bàn

dao động mạnh Bão từ xẩy ra do dòng hạt mang điện phóng ra từ các vụ bùng nổ trên Mặt Trời, hay còn gọi là gió Mặt Trời tác dụng lên các đường cảm ứng từ của Trái Đất Nguyên nhân thứ hai là thỉnh thoảng lại có sự kết nối từ trường của Trái Đất với từ trường của Mặt Trời

Cực quang xuất hiện là do các hạt mang điện bị từ trường TĐ đổi hướng và đi sâu vào khí quyển Trái Đất ở 2 cực, các hạt mang điện bắn phá các phân tử không khí (ion hóa) làm cho nó phát sáng

- Cản trở thông tin vô tuyến điện trên trái đất / không thực hiện được

- Ảnh hưởng đến động vật/ con người

Như vậy MT phát ra:

- Tia bức xạ dưới dạng các tia sóng điện từ

- Dòng liên tục các hạt (chủ yếu là electron và proton).

2.2 Các đặc trưng của bức xạ mặt trời

2.2.1 Cường độ bức xạ mặt trời, ký hiệu là I

2.2.1.1 Định nghĩa: Cường độ bức xạ mặt trời (I) là năng lượng bức xạ chiếu tới

một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với nó trong một đơn vị thời gian.

Theo định nghĩa, ta có thể dùng đơn vị đo cường độ bức xạ mặt trời là :

calo/cm 2 .phút

Mặt khác, trong vật lý chúng ta đã biết năng lượng có thể chuyển hoá lẫn nhau

và tồn tại ở các dạng như quang năng, nhiệt năng, công năng, điện năng do vậy có thể dùng các đơn vị đo các đại lượng này để làm đơn vị đo cường độ bức xạ mặt trời

Một số đơn vị cơ sở đo năng lượng bức xạ mặt trời

Cường độ bức xạ mặt trời ở khoảng cách một đơn vị thiên văn tại giới hạn

trên của khí quyển gọi là hằng số mặt trời (Solar constant)

Vì trái đất có trục nghiêng với pháp tuyến của mặt phẳng quỹ đạo một góc

23o27' cho nên hằng số mặt trời ở các vĩ độ địa lý cũng biến động ít nhiều

Ở Châu Âu Io = 1,88 cal/cm2.phút

Ở Châu Mỹ Io = 1,96 cal/cm2.phút

Ở Việt Nam Io = 1,98 cal/cm2.phú

2.2.1.2 Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển.

Khi đi qua khí quyển bức xạ mặt trời bị suy yếu đi do một số nguyên nhân như

bị khí quyển hấp thụ, bị khuếch tán và bị phản xạ

-Một phần bức xạ mặt trời bị một số chất như ôxy, ôzon, cacbonic, hơi nước, bụi hấp thụ có chọn lọc, nghĩa là mỗi chất chỉ hấp thụ những tia bức xạ có bước nhất định.

Đối với sol khí – các hạt bụi, các hạt lơ lửng có kích thước từ 10 -6 đến

10 -1 mm Sự hấp thụ bức xạ của bụi rất phức tạp, tuỳ thuộc vào bản chất, kích thước,

nồng độ của các hạt bụi Tuy nhiên khi bụi quá nhiều có thể làm giảm trực xạ

- Một phần bức xạ mặt trời bị các phần tử không khí, hơi nước, bụi, mây khuếch tán

do vậy bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển cũng bị suy yếu đi

- Một phần bức xạ mặt trời bị phản xạ hoặc bị ngăn cản bởi các đám mây do vậy khi đi qua khí quyển bức xạ mặt trời cũng bị suy yếu đi

Khi đi qua khí quyển do chịu tác dụng của các quá trình hấp thụ, khuếch tán

và phản xạ nên bức xạ mặt trời bị suy yếu đi Đường đi của tia bức xạ trong khí

quyển càng dài thì ảnh hưởng của các quá trình trên càng mạnh và sự suy yếu của bức xạ càng nhiều.

Theo Bughe (Bouger), cường độ bức xạ mặt trời trên mặt đất có thể xác định

theo công thức như sau (Sự suy yếu của bức xạ mặt trời):

i) Trực xạ ( BXMT trực tiếp), ký hiệu là S: Trực xạ là một phần của bức xạ

mặt trời chiếu trực tiếp xuống mặt đất dưới dạng chùm tia song song

Cường độ trực xạ là năng lượng chùm tia trực xạ chiếu đến 1 cm2 bề mặt đặt

vuông góc với tia tới trong 1 phút [cal/cm 2 /phút].

Trong thực tiễn đôi khi cần biết lượng trực xạ trên một bề mặt nằm ngang nào

đó, chẳng hạn trên một thửa ruộng nằm ngang Ta có thể tính cường độ trực xạ trên

bề mặt nằm ngang theo công thức do Lauber thiết lập:

Sng = S.sinho Trong đó :

Sng là cường độ trực xạ trên bề mặt nằm ngang (độ chiếu nắng), [cal/cm2.phút]; S là cường độ trực xạ [cal/cm2.phút] ; ho là độ cao mặt trời ( góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang) (hình vẽ)

ii) Bức xạ mặt trời khuếch tán ( tán xạ), ký hiệu D

Tán xạ là một phần của bức xạ mặt trời được khí quyển, mây khuếch tán từ toàn thể bầu trời xuống mặt đất

Cường độ tán xạ là năng lượng tính bằng calo do bức xạ khuếch tán từ toàn thể bầu trời dồn đến 1 cm2 bề mặt nằm ngang trong 1 phút [cal/cm 2 /phút]

+ Cường độ bức xạ khuếch tán có thể xác định theo công thức sau:

1

D = ― Io (1- Pm) sinh ho (6)

2

iii) Các nhân tố ảnh hưởng đến trực xạ và tán xạ ( bảng 2.1)

Bảng 2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến trực xạ và tán xạ

Càng lên cao so với mặt biển thì Càng tăng Càng giảm

Thời kỳ mặt trời càng gần thiên đinh thì Càng lớn Càng lớn

Thời kỳ mặt trời càng xa thiên đinh thì Càng giảm Càng giảm

Thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh thì Lớn nhất Lớn nhất

Địa hình có hướng nghiêng khác nhau thì Khác nhau Khác nhau

Cường độ trực xạ trên bề mặt nghiêng về hướng tây, tây nam thườnglớn hơn so với hướng bắc

Hàng ngày tổng xạ thường có giá trị lớn nhất vào giữa trưa Chừng 60 % tổng

xạ hàng ngày nhận được trong thời gian từ 10 đến 14 giờ

Hàng năm bức xạ tổng cộng có giá trị lớn nhất vào thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh hoặc gần thiên đỉnh nhất Tổng xạ có giá trị nhỏ nhất vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên đỉnh nhất Với các vùng ngoại chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn một cực đại vào hạ chí và một cực tiểu vào đông chí Với các

Sơ đồ trực xạ trên mặt nằm ngang AB

vùng nội chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn với 2 cực đại ứng với hai thời kỳ mặt trời ở thiên đỉnh, 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 đi 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 đất chỉ nhận được chừng 50-60% so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển

Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích đạo về cực Tuy nhiên do những khác biệt của đặc điểm địa lý địa phương hạn như cự ly cách biển, địa hình, thời tiết Do vậy sự phân bố địa lý của tổng xạ năm khá phức tạp Tổng xạ lớn nhất quan sát thấy ở vùng áp cao cận nhiệt đới bắc và nam bán cầu chứ không phải ở vùng xích đạo (ở vùng cận nhiệt đới lượng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong

ngày lại lớn hơn so với vùng xích đạo) Tổng xạ có vai trò quan trọng nhất trong

quá trình hình thành chế độ khí hậu ở các vùng khác nhau trên thế giới

Hệ số phản xạ nói chung tỷ lệ nghịch với độ cao mặt trời Chẳng hạn với mặt nước yên tĩnh khi ho = 90o thì A = 2%, ho = 10o thì A = 35%, khi ho = 4o thì A = 65% còn khi ho = 2o thì A = 78 % Tất nhiên hệ số này còn phụ thuộc vào độ cao sóng, độ đục của nước

Trong kỹ thuật viễn thám người ta sử dụng hệ số phản xạ như một chỉ tiêu theo dõi sự biến động của nhiều hiện tượng tự nhiên như độ cao sóng biển, phun trào dung nham, sinh trưởng phát triển của cây trồng, hạn hán, ngập lụt, cháy rừng, sâu bệnh hại rừng, đồng ruộng trên một diện rộng

d) Bức xạ hoạt động quang hợp

Bức xạ hoạt động quang hợp (photosin the sisactive radiation) gọi tắt là bức

xạ quang hợp (PAR) chỉ phần năng lượng bức xạ mặt trời mà cây trồng sử dụng để tiến hành quá trình quang hợp

Quá trình quang hợp cây trồng chỉ sử dụng ở phần ánh sáng trông thấy (bước sóng 0.39-0.76 μm Tuy nhiên không phải tất cả các tia trông thấy đều có tác dụng quang hợp như nhau

Thực vật chỉ sử dụng năng lượng ánh sáng của các tia có bước sóng từ 0.71μm để quang hợp, cực đại hấp thụ ở vùng ánh sáng màu đỏ (0.66 μm) và màu lam (0.43-0.46 μm).

0.38-Để xác định PAR có thể dùng các công thức sau đây:

∑So PAR = Cs.∑S (2.2)

∑Do PAR = Cd.∑D (2.3)

Trong đó (So PAR - Trực xạ quang hợp

(Do PAR - Tán xạ quang hợp(Qo PAR - Tổng xạ quang hợp(S - Tán xạ

(D - Trực xạ(Q - Tổng xạ

Cs, Cd, Cq - Hệ số chuyển đổi

Cs biến đổi từ 0.2-0.45 khi độ cao mặt trời thay đổi từ 10o đến 70o Cd biến động từ 0.5- 0.8 phụ thuộc vào trạng thái bầu trời và lượng mây Khi mặt trời đầy mây Cd = 0.5, Cq thường được lấy giá trị bằng 0.52

2.2.3 Quang phổ của bức xạ mặt trời

Bức xạ mặt trời có thành phần phức tạp, nó có thể phân tích thành quang phổ tức là một tập hợp (dải) liên tục các tia bức xạ nguyên tố, đơn sắc có một bước

sóng điện từ λ xác định Theo HalverSon và Smith (1979) thì quang phổ của BXMT

gồm các nhóm tia từ 0,1 đến 5μ(Tia HN: 46%, Tia AS:45% , tia tử ngoại:9%)

Gần 99% năng lượng bức xạ mặt trời nằm trong khoảng phổ từ 0,17 đến 4,0

μ, trong đó 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 đối với sinh trưởng, phát triển của

thực vật Thoxki cho rằng quang phổ bức xạ mặt trời là các tia có bước sóng từ 0,2

đến 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 chiếm 7%

• Các tia trông thấy (tia ánh sáng) có bước sóng từ 0,39 μ đến 0,76 μ, chiếm 46%

• Các tia hồng ngoại (tia sóng dài) có bước sóng từ 0,76μ đến 24,0 μ, chiếm 47%

2.2.4 Quang chu kỳ (Độ dài ngày)

Độ dài ngày là độ dài của khoảng thời gian chiếu sáng trong ngày, tính từ khi mặt trời mọc cho đến khi mặt trời lặn Vì độ dài ngày thay đổi có tính chu kỳ

nên độ dài ngày còn gọi là quang chu kỳ hay chu kỳ chiếu sáng

Quang chu kỳ thay đổi theo thời gian trong năm và vĩ độ địa lý

Độ dài ngày thay đổi theo thời gian trong năm:

Trong một năm trong quá trình trái đất chuyển động xung quanh mặt trời có 4 mốc thời gian chính là ngày xuân phân (21/3), ngày thu phân (23/9), ngày hạ chí (22/6) và ngày đông chí (22/12) và có thể chia khoảng thời gian một năm thành 4 mùa tương ứng với các vị trí khác nhau của trái đất trên quỹ đạo chuyển động xung

quanh mặt trời đó là mùa xuân, mùa hè, mùa thu và mùa đông.

Rõ ràng ở bắc bán cầu mùa xuân và hạ có ngày dài hơn 12 giờ, mùa thu và mùa đông có ngày ngắn hơn 12 giờ.

Độ dài ngày thay đổi theo vĩ độ địa lý (bảng 2.3):

Càng lên vĩ độ cao độ cao mặt trời càng giảm Ở xích đạo ngày và đêm luôn

luôn bằng nhau trong suốt năm Càng lên vĩ độ cao chênh lệch về độ dài ngày càng

tăng Tại vòng cực trái đất (66 o 33' ) chênh lệch độ dài ngày lớn nhất (24 giờ) Ở tại

2 cực chỉ có một ngày (dài 6 tháng) và 1 đêm (dài 6 tháng), còn ở các vùng có vĩ độ lớn hơn vòng cực số ngày có ngày dài 24 giờ thay đổi tuỳ theo từng địa điểm

Bảng 2.3 Độ dài ngày tự nhiên theo vĩ độ tính bằng giờ, phút

2.3.2.Bức xạ sóng dài của khí quyển

Khí quyển được xem như một vật thể, có nhiệt độ lớn hơn 0oK nên nó cũng bức xạ nhiệt vào mọi hướng trong không gian

Bức xạ nghịch của khí quyển E ng : Bức xạ nghịch của khí quyển là phần bức

xạ của khí quyển hướng xuống mặt đất

2.3.3 Bức xạ hiệu dụng (hữu hiệu) E hh

Bức xạ hữu hiệu là hiệu số giữa bức xạ của mặt đất và bức xạ nghịch của khí quyển Ehh = Eđ - Eng (14)

Nếu Ehh > 0 thì lượng nhiệt mà đất mất đi lớn hơn lượng nhiệt mà nó nhận được do đó mặt đất bị lạnh đi, thường thường vào những đêm trời trong, gió nhẹ nhiệt độ không khí và đất tương đối thấp thì Ehh rất lớn, do vậy những đêm đó trời rất lạnh

Nếu Ehh = 0 thì nhiệt độ của đất không thay đổi, thường xảy ra vào những đêm trời nhiều mây

Nếu Ehh < 0 thường xảy ra vào ban ngày, mặt đất truyền nhiệt vào khí quyển bằng cách bức xạ

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG

1 Cho biết nguồn gốc của năng lượng bức xạ mặt trời, hằng số mặt trời, cường độ bức xạ mặt trời và các quá trình làm suy yếu bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển trái đất ?

2 Trình bày đặc điểm vật lý của tán xạ, trực xạ và tổng xạ ? Các nhân tố ảnh hưởng đến chúng ?

3 Trình bày đặc điểm vật lý của bức xạ phản xạ, bức xạ quang hợp, bức xạ sóng dài mặt đất và khí quyển ? Các nhân tố ảnh hưởng đến chúng ?

4 Trình bày khái niệm về độ dài ngày và các nhân tố ảnh hưởng đến độ dài ngày ?

5 Nêu thành phần quang phổ của bức xạ mặt trời

Chương 3

NHIỆT ĐỘ ĐẤT VÀ KHÔNG KHÍ

Nhiệt độ đất có vai trò đặc biệt đối với các quá trình vật lý xẩy ra trong đất và khí quyển, là những yếu tố môi trường quan trọng tác động tới các hoạt động sống của sinh vật Đặc tính hấp thu, truyền nhiệt của đất và không khí đều mang những sắc thái riêng Nghiên cứu các tính chất nhiệt cũng như chế độ nhiệt của đất và không khí giúp chúng ta hiểu rõ bản chất tác động của chúng đối với khí hậu và đời sống sinh vật Đồng thời nhiệt độ có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình vật lý khí quyển

3.1 Quá trình nóng lên và lạnh đi của mặt đất và không khí

3.1.1 Quá trình nóng lên và lạnh đi của mặt đất

Mặt đất có khả năng hấp thụ mạnh bức xạ mặt trời và chuyển thành nhiệt năng

do đó mặt đất nóng lên Mặt đất bị lạnh đi là do các quá trình mất nhiệt của nó cho lớp khí quyển tiếp giáp với mặt đất và các lớp đất dưới sâu

Qúa trình nóng lên và lạnh đi của mặt đất do các quá trình chi thu năng lượng hay cân bằng nhiệt của nó quyết định

i) Cđn bằng nhiệt của mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhiệt

mặt đất nhận được và phần năng lượng mất đi của đất.(sơ đồ 3.1) ii)

S D Eng P L

Eđ Rn

mặt đất

V

Sơ đồ 3.1: Các thành phần cân bằng nhiệt của mặt đất

Ta có cân bằng nhiệt của mặt đất như sau :

sự lan truyền này hết sức phức tạp và có liên quan chặt chẽ đến các đặc tính nhiệt lực của đất như hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung của đất

ii) Một số đại lượng đặc trưng cho tính chất nhiệt lực của đất :

a) Nhiệt dung của đất : Dùng để đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm của đất khi có cùng một nhiệt lượng tác động vào

Nhiệt dung thể tích: (Cv) là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 cm3 đất nóng lên 1

Nhiệt dung của đất phụ thuộc vào các thành phần tạo thành đất

Nhiệt dung của đất phụ thuộc phần lớn vào nhiệt dung của các chất hình thành nên đất Từ bảng 3.1 có thể rút ra những nhận xét sau:

Bảng 3.1 Nhiệt dung của các chất cấu tạo đất

-Đất và không khí là 2 chất có nhiệt dung trái ngược nhau Nước trong đất có nhiệt dung lớn nhất (1cal/cm3/đô), không khí có nhiệt dung nhỏ nhất (0,003cal/cm3/độ) do vậy đất ẩm có nhiệt dung lớn hơn đất khô, đất càng ẩm có nhiệt dung càng lớn (bảng 3.2)

Bảng 3.2 Nhiệt dung thể tích của một số loại đất có độ ẩm khác nhau

+ Nhiệt dung của các

thành phần cấu tạo nên đất

(Calo/g/độ)

Nhiệt dung thể tích (Calo/cm 3 /độ)

+ Nhiệt dung của các

thành phần cấu tạo nên đất

Nhiệt dung trọng lượng (Calo/g/độ)

Nhiệt dung thể tích (Calo/cm 3 /độ)

+ Nhiệt dung của các

thành phần cấu tạo nên đất

Nhiệt dung trọng lượng (Calo/g/độ)

Nhiệt dung thể tích (Calo/cm 3 /độ)

Như vậy tưới nước có thể điều tiết chế độ nhiệt của đất thích hợp cho cây trồng, giữ nhiệt và làm ấm đất trong mùa đông, mát đất trong mùa hè.

Các loại đất pha cát bao giờ cũng có nhiệt dung nhỏ, dễ dàng nóng lên hay lạnh

đi, chế độ nhiệt trong đất biến động mạnh mẽ

Các loại đất sét, hoặc có thành phần sét cao có nhiệt dung lớn, chúng nóng lên hay lạnh đi chậm, chế độ nhiệt trong đất điều hoà hơn

Như vậy, căn cứ vào nhiệt dung của ta có thể giải thích được sự nóng lên hay lạnh đi rất khác nhau của các loại đất khi có cùng một nguồn năng lươnûg bức xạ mặt trời tác động vào

b) Hệ số dẫn nhiệt của đất còn gọi là độ dẫn nhiệt của đất, ký hiệu là γ

Dùng để đánh giá khả năng truyền nhiệt của các loại đất

Hệ số dẫn nhiệt là số nhiệt lượng trong 1 giây đi qua một đơn vị diện tích đất là 1cm2 có độ dày 1 cm mà ở giới hạn của các lớp đất này nhiệt độ chênh lệch nhau 1

độ C, đơn vị đo là cal/cm 2 /cm/s/độ

Nói chung hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì đất nóng lên hay lạnh đi càng chậm và ngược lại Hệ số dẫn nhiệt của các loại đất rất khác nhau, thay đổi theo từng loại

thành phần của đất, xem bảng dưới

Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào :

- Độ ẩm của đất, đất càng ẩm hệ số dẫn nhiệt càng lớn Nước mưa hoặc nước

tưới làm tăng hệ số dẫn nhiệt của đất, làm cho chế độ nhiệt của đất điều hoà hơn so với đất khô

- Độ xốp của đất, đất càng xốp dẫn nhiệt càng kém.

Kích thước hạt đất, kích thước hạt đất càng lớn thì dẫn nhiệt càng nhỏ.

Ví dụ hạt đất có kích thước 0,25 mm hệ số dẫn nhiệt là 0,00048, hạt đất có

kích thước 1-2 mm thì hệ số dẫn nhiệt là 0,0004

- Thành phần của đất, xem bảng trên.

Xuất phát từ những cơ sở lý luận trên cho thấy các biện pháp làm đất, tưới nước có tác dụng cải thiện nhiệt dung và độ dẫn nhiệt của đất theo chiều hướng có lợi cho cây trồng

d) Hệ số truyền nhiệt độ của đất : Đặc trưng cho sự lan truyền nhiệt độ giữa các lớp đất Tốc độ truyền nhiệt độ trong lớp đất trồng trọt, đặc biệt ở tầng đất

canh tác có ý nghĩa lớn trong kỹ thuật trồng trọt

Hệ số truyền nhiệt độ là tỉ số giữa hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung thể tích

K = v C

λ

(cm 2 /giây)

Như vậy sự tăng nhiệt độ của một lớp đất nào đó tỷ lệ thuận với lượng nhiệt (λ

) đi qua và tỷ lệ nghịch với nhiệt dung thể tích (Cv) của đất Trong đất, các thành phần rắn có nhiệt dung thể tích hầu như không thay đổi, độ ẩm và độ xốp trong đất tác động nhiều đến hệ số truyền nhiệt độ của đất Do đất ẩm chứa nhiều nước có độ truyền nhiệt độ nhỏ hơn so với đất khô nên trong đất ẩm sự thay đổi nhiệt độ theo độ sâu và biến thiên nhiệt độ trong một ngày đêm cũng nhỏ hơn so với đất khô

Hệ số truyền nhiệt độ phụ thuộc vào độ ẩm và tỷ trọng của đất

3.1.2 Các phương thức (cơ chế) trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí

Giữa không khí và mặt đất luôn diễn ra quá trình trao đổi theo nhiều cơ chế vật

lý khác nhau

Ta xem xét các cơ chế trao đổi nhiệt sau :

i) Sự dẫn nhiệt phân tử Dẫn nhiệt phân tử là sự truyền nhiệt từ những phân

tử có nhiệt độ cao sang những phân tử có nhiệt độ thấp hơn Trao đổi nhiệt phân tử

là sự truyền nhiệt nhờ trao đổi động năng của các phân tử Ở nơi có nhiệt độ cao các phân tử chuyển động với vận tốc lớn, khí va chạm vào các phân tử có vận tốc thấp thấp hơn (nhiệt độ nhỏ hơn) chúng sẽ truyền động năng cho các phân tử đó kết quả

là làm cho các phân tử này dao động mạnh hơn Đến lượt mình chúng lại truyền động năng cho các phân tử lân cận xa hơn ; cứ như vậy nhiệt độ được truyền từ nơi

có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp

ii) Trao đổi nhiệt bằng bức xạ: Khi nhiệt độ đất lớn hơn nhiệt độ không khí

thì các thông lượng bức xạ của đất sẽ hướng vào khí quyển, làm cho nhiệt độ của

không khí tăng lên, ngược lại khi nhiệt độ của khí quyển lớn hơn nhiệt độ đất thì dòng bức xạ nghịch hình thành và làm cho không khí lạnh đi

iii) Trao đổi nhiệt bằng đối lưu: Khi mặt đất bị mặt trời đốt nóng mạnh thì

bộ phận không khí tiếp xúc với đất được sấy nóng chúng nở ra và nhẹ hơn không

khí xung quanh, lúc này lực Ac-xi-met đẩy nó bốc lên cao Các bộ phận không khí lạnh hơn nặng hơn ở trên cao dồn xuống thay thế rồi đến lượt chúng lại bị đốt nóng Kết quả là trong khí quyển hình thành những dòng không khí đi lên và đi xuống theo phương thẳng đứng gọi là các dòng đối lưu Nhờ hoạt động của các dòng đối lưu mà một nhiệt lượng lớn của mặt đất được truyền vào các lớp không khí trên cao

iv) Trao đổi bằng quá trình loạn lưu: Chuyển động của các xoáy khí nhỏ, chuyển động không có trật tự, chuyển động hỗn loạn, giữa các dòng không khí

chuyển động theo phương ngang gọi là chuyển động loạn lưu Nhờ loạn lưu mà không khí có sự trao đổi giữa các lớp nằm ngang lân cận làm cho các tính chất của không khí, đặc biệt là nhiệt độ cũng được san bằng theo phương thẳng đứng Không khí khi chuyển động trên mặt đệm có nhiệt độ cao hơn sẽ nóng lên và sẽ lạnh đi khi gặp mặt đệm lạnh hơn

Lượng nhiệt trao đổi: Q = - k.dt/dz

* Mức độ chênh lệch nhiệt độ (dt/dz)

*ì Hệ số trao đổi (k)

v)Trao đổi bằng tiềm nhiệt: cứ 1 gam nước khi bốc hết thănh hơi đê lấy của bề mặt chứa nó 600 calo vă khi ngưng kết thì tiềm nhiệt đó toả văo khí quyển

lăm nó nóng lín

3.2 Sự biến thiín của nhiệt độ

3.2.1 Sự biến thiên hàng ngày của nhiệt độ đất

Sự nóng lín ban ngăy vă lạnh đi ban đím của mặt đất gđy ra sự biến thiín nhiệt độ liín tục trong suốt thời gian một ngăy đím gọi lă diễn biến hăng ngăy của nhiệt độ đất

Diễn biến hăng ngăy của nhiệt độ mặt đất lă những dao động tuần hoăn của nhiệt độ với một cực đại vă một cực tiểu trong thời gian một ngăy đím Từ khi mặt trời mọc, nhiệt độ mặt đất bắt đầu tăng vă sau khoảng 1,0 – 1,5 giờ, lượng nhiệt mặt đất nhận được đê lớn hơn lượng nhiệt bị mất đi, lúc năy mặt đất nóng lín vă sẽ truyền nhiệt văo trong lòng đất vă cho tầng khí quyển bín trín

Nhiệt độ đất tiếp tục tăng dần vă đạt cực đại văo lúc 13 giờ Sau 13 giờ, nhiệt

độ của đất bắt đầu giảm Sự giảm nhiệt độ tiếp diễn suốt ban đím vă trị số cực tiểu quan sât được văo trước khi mặt trời mọc 1- 2 giờ Thời gian mặt trời mọc trong năm có thay đổi, nín cực tiểu của nhiệt độ đất văo mùa hỉ thường sớm hơn mùa đông

Trong một ngăy đím, hiệu số giữa nhiệt độ cao nhất vă thấp nhất quan sât được gọi lă biín độ nhiệt hăng ngăy (Angay) của mặt đất vă được tính theo công thức:

• Mùa trong năm : nói chung biín độ nhiệt có gía trị lớn nhất trong mùa hỉ, nhỏ

nhất trong mùa đông Tuy nhiín tuỳ văo từng vùng cụ thể mă thời gian xuất hiện câc cực trị năy có thể khâc với quy luật trín

• Vĩ độ địa lý : căng lín vĩ độ cao biín độ nhiệt độ ngăy căng giảm

• Địa hình: ở địa hình thấp hay thung lũng biín độ nhiệt độ cao hơn so với ở nơi

địa hình cao hoặc lồi

• Lớp phủ thực vật : ở đất có phủ thực vđt, biín độ nhỏ hơn so với ở nơi đất trống

• Lượng mđy: khi trời nhiều mđy, có sương mù biín độ nhiệt độ của đất nhỏ

• Tính chất vật lý của đất: ở đất có nhiệt dung, hệ số dẫn nhiệt căng lớn thì biín độ

nhiệt của nó căng nhỏ

• Mău sắc của đất: đất sẫm mău biín độ lớn hơn đất sâng mău

• Độ ẩm: độ ẩm căng cao biín độ căng giảm

A ngay (∆t) = (tmax - tmin)

Ví dụ: Ở bảng 3.3 trình bày biên độ nhiệt của đất trồng chè ở Phú Hộ

Bảng 3.3 Biên độ nhiệt độ ngày đêm của đất trồng chè Phú Hộ - Phú Thọ (o C)

Nguồn: Viện nghiên cứu chè (1961)

3.2.2 Sự biến thiên hàng năm của nhiệt độ không khí trên mặt quả địa cầu

Biến thiên hàng năm của nhiệt độ không khí trên quả địa cầu như sau :

i) Loại xích đạo: Giá trị trung bình năm của nhiệt độ cao trên 25 o C Diễn biến hàng năm của nhiệt độ là kiểu biến thiên kép, hàng năm mặt trời 2 lần qua

thiên đỉnh vào giữa trưa sau các ngày Xuân phân (21/3) và Thu phân ( 23/9) và 2 lần mặt trời ở thấp nhất vào giữa trưa sau các ngày Hạ chí ( 21/6) và Đông chí( 22/12)

Do vậy biến trình hàng năm của nhiệt độ không khí cũng có hai cực đại và 2 cực tiểu Biên độ hàng năm nhỏ, ở trên lục địa khoảng 6 - 10 độ C, trên biển khoảng 1- 3

độ C Ở đây thực vật xanh tốt quanh năm, thực vật phong phú

ii) Loại nhiệt đới : Nhiệt độ trung bình năm từ 20 đến 25 o C Biến trình nhiệt

độ có 1 cực đại và 1 cực tiểu Cực đại xuất hiện sau ngày hạ chí, cực tiểu xuất hiện sau ngày đông chí Biên độ nhiệt độ nhỏ, trên biển khoảng 5oC, trên lục địa từ 10 đến 20oC Thực vật thường xanh hoặc rụng lá vào mùa đông

iii) Loại ôn đới: Nhiệt độ trung bình năm từ 15 đến 20 o C Biến trình nhiệt độ

có 1 cực đại & 1 cực tiểu, tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 7 tháng có nhiệt độ lạnh nhất là tháng 1 Ở trên biển thời gian xuất hiện cực trị chậm hơn khoảng 1 tháng Biên độ nhiệt trong lục địa từ 15 đến 35oC, trên biển khoảng từ 10 đến 25oC Vào mùa đông phần lớn thực vật rụng lá và ngừng sinh trưởng

iv)Loại cực đới: Nhiệt độ trung bình năm rất thấp từ 5 đến 10 o C Nhiệt độ

có đặc điểm là mùa đông lạnh kéo dài, mùa hè ngắn mát Biên độ hàng năm rất lớn,

ở ven biển từ 25 đến 40 độ C ; trong lục địa có khi trên 65 độ C ở đây thực vật nghèo nàn, chủ yếu là rêu và địa y Thực vật có chu kỳ sinh trưởng rất ngắn trong khoảng thời gian 1 tháng ấm áp mùa hè sau đó chúng nhanh chóng ra hoa, kết trái

và chết đi khi gặp nhiệt độ thấp

3.2.3 Biến đổi của nhiệt độ không khí theo độ cao

Sự biến thiên của nhiệt độ không khí theo độ cao được đặc trưng bằng một đại lượng gọi là gradien nhiệt độ thẳng đứng (γ )

Trị số của gradien nhiệt độ thẳng đứng được biểu thị bằng biến thiên của

nhiệt độ ứng với 100 m độ cao (lấy với dấu âm), nghĩa là:

100 m

∆

− (13)Trong đó: tc là nhiệt độ ứng vởi độ cao zc, và tt là nhiệt độ ứng với độ cao zt (tính theo khoảng cách hàng trăm mét độ cao trong tầng đối lưu của khí quyển)

Người ta thường tính mức giảm nhiệt độ cho 100 m độ cao, đơn vị đo là [oC/100m ]

Căn cứ vào giá trị của ( người ta phân biệt 3 kiểu phân bố nhiệt độ :

Phân bố nhiệt độ giảm: (γ > 0) Nhiệt độ giảm dần theo độ cao, đây là kiểu phân bố đặc trưng của lớp KK trong tầng đối lưu vào ban ngày, trong trường hợp (γ

> 3,5oC thì mật độ không khí tăng nhanh theo độ cao, khi đó không khí trên cao không bền vững buộc phải xuất hiện các dòng đối lưu để san bằng mật độ

Phân bố đẳng nhiệt : γ = 0 - nhiệt độ không đổi theo độ cao

Phân bố nghịch nhiệt : γ < 0 - nhiệt độ không khí tăng theo độ cao Ở lớp

không khí gần mặt đất nghịch nhiệt có thể xuất hiện vào ban đêm, hoặc khi có luồng không khí ấm tràn đến gặp mặt đệm lạnh

Những quá trình đoạn nhiệt trong khí quyển

Quá trình biến đổi trạng thái vật lý của một vật thể nào đó mà không kèm theo sự trao đổi năng lượng với môi trường xung quanh gọi là quá trình đoạn nhiệt Trong khí quyển, hiện tượng không khí thăng (đi lên) hay giáng (đi xuống) thường thực hiện hai quá trình đoạn nhiệt, đó là đoạn nhiệt khô và đoạn nhiệt ẩm

i) Quá trình đoạn nhiệt khô

Là quá trình đoạn nhiệt xảy ra đối với không khí khô hoặc chưa bão hòa hơi nước Khi không khí bốc lên cao, do càng đi lên không khí càng thưa loãng (áp suất thấp) nên khối không khí bị giản nở thể tích Công giản nở cần nhiệt lượng vì vậy khối không khí bị giảm nhiệt độ Khi đi xuống do áp suất tăng dần, khối không khí

bị nén lại, các ngoại lực tác động sinh công làm tăng năng lượng nội tại, vì thế nhiệt

độ của khối không khí tăng lên Độ biến thiên nhiệt độ trong quá trình đoạn nhiệt

khô gọi là gradient đoạn nhiệt khô (ký hiệu làγ a) Thông thường gradien đoạn nhiệt

khô có trị số: ± γ ≈ a 1oC/100 m

Khi khối không khí thăng gradiant mang dấu âm biểu thị nhiệt dộ giảm dần, khi không khí giáng gradient mang dấu dương biểu thị nhiệt độ tăng dần khi khối không

khí đi xuống

ii) Quá trình đoạn nhiệt ẩm

Là quá trình đoạn nhiệt xảy ra đối với không khí ẩm hoặc không khí đã bão hòa hơi nước Nguyên nhân gây ra biến thiên nhiệt độ là do khi khối không khí thăng hoặc giáng đã xảy ra quá trình đoạn nhiệt tương tự như đối với khối không khí

khô, tuy nhiên trị số gradient nhiệt độ thường nhỏ hơn vì khi không khí ẩm lạnh đi

thì hơi nước chứa trong nó sẽ ngưng kết và toả ra nhiệt lượng do vậy một khối

không khí ẩm khi đi lên 100 mét nhiệt độ của nó chỉ giảm đi trung bình khoảng 0,65

o C, ngược lại khi khối không khí ẩm đi xuống nhiệt độ của nó cũng t?ng lín kho?ng 0,65oC/100 m

Hiện tượng gió "phơn" (hiệu ứng phơn)

Người ta gọi hiện tượng khối không khí sau khi đi qua các dẫy đồi, núi cao trở

nên khô và nóng là hiện tượng " phơn" hay gió phơn

Hiện tượng gío Lào ở miền Trung nước là một ví dụ điển hình cho quá trình đoạn nhiệt gỉa ( gió phơn)

3.3 Tích ôn (tổng nhiệt độ) và ý nghĩa

i) Tổng nhiệt độ trung bình

Tổng nhiệt độ còn gọi là tích ôn, với ý nghĩa là nhiệt độ tích lũy của một

giai đoạn khí hậu Người ta phân biệt 3 loại tổng nhiệt độ theo ý nghĩa của chúng: tổng nhiệt độ trung bình, tổng nhiệt độ hoạt động và tổng nhiệt độ hữu hiệu

Tổng nhiệt độ trung bình được tính theo công thức:

t: Nhiệt độ trung bình ngày của giai đoạn (oC)n: Số ngày của giai đoạn

Tổng nhiệt độ trung bình là chỉ tiêu dùng để đánh giá tiềm năng nhiệt của một vùng khí hậu và đuợc sử dụng trong phân vùng khí hậu Người ta phân chia tổng nhiệt độ trung bình tiềm năng theo các mức sau:

Lúa xuân: ATS = 3300oC – 3500oC

Lúa hè thu: ATS = 3400oC – 3600oC

Khoai tây: ATS = 1400oC – 2000oC

Căn cứ vào tổng nhiệt độ trung bình tiềm năng và tổng nhiệt độ trung bình của các loại cây trồng có thể tính được cơ cấu mùa vụ ở mỗi vùng

ATS = Σ t ATS = t1 + t2 + ti + … + tn

Ví dụ: Vùng đồng bằng Bắc Trung Bộ có tổng nhiệt độ tiềm năng trên 9000oC nên có thể bố trí 3 vụ trong năm

Lúa xuân Lúa hè thu Rau màu thu đông (3300 – 3500oC) (3400 - 3600oC) (1700 – 1900oC)

ii) tổng nhiệt độ hoạt động)

Trong một giai đoạn sinh trưởng, phát triển nào đó, sinh vật thường chỉ hoạt động trong khoảng từ nhiệt độ tối thấp sinh vật học đến nhiệt độ tối cao sinh vật học Tổng nhiệt độ hoạt động là một chỉ tiêu phản ảnh nhu cầu nhiệt lượng của sinh vật trong giai đọan sinh trưởng, phát triển đó Tổng nhiệt độ hoạt động được tính theo công thức sau:

(22)

Trong đó: AcTS: Tổng nhiệt độ hoạt động (oC)

tminSVH: Nhiệt độ tối thấp sinh vật học của giai đoạn sinh trưởng, phát triển (oC)

t i : Nhiệt độ trung bình ngày thứ i của giai đoạn đó (i = 1,2 ,3 n) (oC)

tmaxSVH: Nhiệt độ tối cao sinh vật học của giai đoạn sinh trưởng, phát triển (oC)

i) Tổng nhiệt độ hữu hiệu

Tổng nhiệt độ hữu hiệu là tổng số phần nhiệt độ có hiệu quả đối với sinh trưởng, phát triển của sinh vật và được tính theo công thức:

(23)Trong đó: ETS: Tổng nhiệt độ hữu hiệu (oC)

i

t : Nhiệt độ trung bình ngày thứ i, (i = 1,2 ,3 n) (oC)n: Số ngày của giai đoạn sinh trưởng, phát triển

b: Nhiệt độ tối thấp hoặc tối cao sinh vật học (oC)

Trong 3 loại tổng nhiệt độ nêu trên, đối với sinh vật, tổng nhiệt độ hữu hiệu là chỉ tiêu ổn định nhất đối với mỗi giai đoạn sinh trưởng, phát triển hoặc cả chu kỳ sống Dựa vào đặc điểm này, Sugơlep đã đưa ra công thức dự báo thời kỳ phát dục của cây trồng như sau:

Trong đó: n: Số ngày hoàn thành giai đoạn phát dục

ETS: Tích ôn hữu hiệu (oC)

t: Nhiệt độ trung bình giai đoạn theo bản tin dự báo thời tiết dài hạn (oC)

b: Nhiệt độ tối thấp (hoặc tối cao) sinh vật học (oC)Như vậy nhiệt độ có vai trò quyết định đến tốc độ phát dục của cây trồng Nếu cây trồng sống trong điều kiện nhiệt độ càng cao càng rút ngắn thời gian sinh trưởng của nó, các giai đoạn phát dục cũng rút ngắn lại

Ví dụ: Ở bảng 3.4 trình bày tổng nhiệt độ trung bình và tổng nhiệt độ hữu hiệu

giai đoạn từ gieo đến mọc mầm của ngô Bioseed 9670 Nhiệt độ tối thấp sinh vật học giai đoạn này là 13oC

Bảng 3.4 Tổng nhiệt độ trung bình, hoạt động và hữu hiệu của ngô Bioseed 9670

(Giai đoạn từ gieo đến mọc mầm)

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG

1 Các đặc tính nhiệt của đất phụ thuộc vào những yếu tố nào ? Mối quan hệ giữa nhiệt dung, hệ số dẫn nhiệt với chế độ nhiệt của đất

2 Trình bày diễn biến hàng ngày của nhiệt độ đất ? Những nhân tố nào ảnh hưởng đến biên độ của biến thiên hàng ngày của nhiệt độ đất ?

3 Cơ chế nóng lên và lạnh đi của không khí ? Mối quan hệ giữa nhiệt độ đất và nhiệt độ không khí ?

4 Diễn biến hàng năm của nhiệt độ không khí ? Biên độ nhiệt độ không khí hàng năm phụ thuộc vào những nhân tố nào ? Sự khác nhau của các kiểu biến thiên nhiệt

độ không khí hàng năm trên trái đất ?

5 Mô tả các quá trình đoạn nhiệt khô và đoạn nhiệt ẩm khi không khí chuyển vận trong khí quyển ?

6 Trình bày về tổng nhiệt độ trung bình (tích ôn trung bình) của một giai đoạn khí hậu ? Phương pháp xác định và ý nghĩa của chúng trong thực tiễn ?

7 Trình bày về tổng nhiệt độ hoạt động (tích ôn hoạt động) của một giai đoạn sinh trưởng, phát triển của sinh vật ? Phương pháp xác định và ý nghĩa của chúng trong thực tiễn ?

8 Trình bày về tổng nhiệt độ hữu hiệu (tích ôn hữu hiệu) của một giai đoạn sinh trưởng, phát triển của sinh vật ? Phương pháp xác định và ý nghĩa của chúng trong thực tiễn ?

Chương 4

NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN

Nước tồn tại trong tự nhiín dưới ba trạng thâi: rắn, lỏng, khí Ba thể đó không

ngừng chuyển hóa lẫn nhau tạo ra vòng tuần hoăn nước Vòng tuần hoăn năy gồm

ba khđu chính: bốc hơi, ngưng kết, giâng thủy Câc quâ tnnh đó liín kết chặt chẽ với nhau, đó lă những khđu riíng biệt của vòng tuần hoăn chung Tính trung bình trong một năm, từ bề mặt câc đại dương trín thế giới có 448.900km3 nước và từ bề mặt đất liền có 71.100 km3 nước bốc hơi văo khí quyển Cũng trong một năm lượng nước rơi trín đại dương lă 411.600 km3 vă trín đất liền lă 108.400km3 Như vậy, trong một năm có 520.000 km3 nước bốc hơi thì trong một năm cũng có đúng một lượng giâng thủy như thế rơi xuống bề mặt trâi đất Như vậy, nước đê hoăn thănh một vòng tuần hoăn khĩp kín trong khí quyển

Hiểu biết về bản chất vật lý tự nhiín của vòng tuần hoăn nước vă mối liín hệ của chúng đối với sản xuất nông nghiệp sẽ giúp chúng ta có những giải phâp hợp lý

để giữ vững trạng thâi cđn bằng nước đối với cđy trồng

4.1 BỐC HƠI VĂ ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ.

4.1.1 Khâi niệm bốc hơi vă bản chất vật lý của bốc hơi nước trong khí quyển

4.1.1.1 Khâi niệm bốc hơi lă quâ trình nước trong khí quyển chuyển từ trạng thâi

lỏng hoặc rắn sang trạng thâi hơi

4.1.1.2 Bản chất vật lý của quâ trình bốc hơi m?t n??c :

Bín trong chất nước, câc phđn tử chuyển động hỗn loạn, liín tục Câc phđn tử

ở trín mặt có vận tốc lớn nhất, thắng được lực liín kết phđn tử vă bay ra khỏi mặt chất nước đi văo không gian

tức lă e < E Khi số phđn tử hơi nước đi ra bằng số phđn tử đi văo ta có quâ trình cđn bằng động, không khí đạt trạng thâi bêo hòa :

e = E

Nếu không gian bín trín đê quâ bêo hòa hơi nước e > E, thì số phđn tử trở

về chất nước lớn hơn số phđn tử đi ra ta có quâ trình ngưng kết hơi nước

bín trín, nhiệt độ căng cao số phđn tử có vận tốc lớn căng tăng do đó số phđn tử bay ra (n1) căng nhiều kết quả lă trín mặt nước hình thănh một lớp hơi Câc phđn tử hơi chuyển động theo câc hướng khâc nhau trong đó một phần lại quay trở về chất lỏng Nếu số lượng câc phđn tử đi ra lớn hơn số phđn tử đi văo (n2) thì quâ trình bốc hơi đang tiếp tục Lúc năy sức trương hơi nước của không khí trín

bề mặt bốc hơi nhỏ hơn sức trương hơi bêo hoă

Muốn thắng lực liên kết phân tử và thực hiện công dãn nở thể tích khi thay đổi

từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi cần phải có tiềm nhiệt bốc hơi hay nhiệt hoá hơi

Như vậy, sự bốc hơi xảy ra càng nhanh khi nhiệt độ của nước càng cao Quá trình bốc hơi làm cho nước lỏng giảm nhiệt độ Muốn cho nước lỏng bốc hơi giữ được nhiệt độ không đổi, cần phải truyền cho nó lượng nhiệt từ ngoài vào Lượng nhiệt đó gọi là nhiệt hóa hơi Nhiệt hóa hơi được xác định theo công thức thực nghiệm:

Một số đại lượng về bốc hơi

• Lượng bốc hơi : được đo bằng khối lượng nước đã bốc hơi hoặc bằng bề dày

của lớp nước đã bốc hơi tính bằng mm

• Cường độ bốc hơi: là lượng bốc hơi từ một đơn vị diện tích trong một đơn vị

thời gian, đơn vị đo có thể là [ g/cm 2/ giây; mm/ giờ]

• Lượng bốc hơi tiềm năng : Lượng bốc hơi tiềm năng là lượng bốc hơi cao

nhất có thể có được trong điều kiện khí tượng địa phương Một số tác gỉa coi đó là lượng bốc hơi của mặt nước tự do(Sulíykin) Dưới đây nêu một số công thức kinh nghiệm tính lượng bốc hơi tiềm năng:

1 Công thức Su-lây-kin:

E o = C U (E n - e)

Trong đó : Eo - lượng bốc hơi tiềm năng [g/cm 2 / giây] ; C- hằng số , C=

0,34.10-6 ; e- độ ẩm tuyệt đối (mb ) ; En- độ ẩm bão hoà ứng với nhiệt độ mặt nước;

U - tốc độ gío ở độ cao cách mặt nước 2 m (m/s)

2 Công thức Maye

E 0 = 0.45 ( E- e ) ( 15 + 3u ) Trong đó : E0 - Lượng bốc hơi tiềm năng ở mặt nước [mm / thg]; E - ẩm độ bão hòa ứng với nhiệt độ trung bình của không khí ; e - Độ ẩm tuyệt đối của không khí

mb ; u - Vận tốc gió trung bình ở độ cao 11 m

• Lượng bốc thoát hơi tiềm năng (PET- Potential evapotranspiration) là

lượng nước tối đa có thể bốc thoát đi từ một thảm cỏ dầy đặc, thấp cây, đồng đều trong điều kiện nước cung cấp cho đất không bị hạn chế

Ở vùng xích đạo người ta dùng công thức đơn giản sau để tính lượng bốc thoát hơi tiềm năng (Oldeman, 1986)

PET = 0,5 Rg/59

Trong đó : Eo -lượng bốc thoát hơi nưóc tiềm năng [mm/ngày - mm/th] Rg - bức xạ tổng cộng đơn vị là [cal/cm2/ngày]; 59 - là hệ số chỉ mối liên hệ năng

lượng /bốc hơi

4.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới sự bốc hơi

Ta phân biệt 3 trường hợp sau:

Trường hợp 1: sự bốc hơi xẩy ra từ bề mặt nước

Sự bốc hơi là một hiện tượng phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nhưng

trước tiên là phụ thuộc vào nhiệt độ không khí và tốc độ gió

Khi nhiệt độ không khí tăng thì hơi nước chứa trong không khí càng xa trạng thái bão hòa, độ thiếu hụt ẩm trở nên lớn hơn, vì vậy bốc hơi mạnh lên

Gió đưa hơi nước hình thành từ mặt nước, mặt đất ẩm và lớp phủ thực vật đi nơi khác Gió làm tăng cường sự trao đổi theo phương nằm ngang của không khí và hơi nước chứa trong không khí, do đó thuận lợi cho sự bốc hơi

Ðộ ẩm của không khí càng nhỏ, thì độ thiếu hụt bão hòa càng lớn, do đó tốc độ bốc hơi càng tăng

Áp suất khí quyển tăng thì sự bốc hơi giảm một cách tỷ lệ

Tốc độ bốc hơi phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng, được biểu diễn bằng công thức Ðan-tông (Dalton):

E- áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ bề mặt bốc hơi;

e - áp suất thực tế của hơi nước trên bề mặt bốc hơi;

P- áp suất khí quyển

Tóm lại: các yếu tố ảnh hưởng gồm

- Nhiệt độ nước: khi nhiệt độ càng cao, sự bốc hơi càng mạnh

- Độ ẩm không khí: độ ẩm càng thấp, sự bốc hơi càng tăng

- Áp suất không khí: áp suất càng thấp, bốc hơi càng mạnh

- Vận tốc gío: tốc độ bốc hơi tăng nhanh khi tốc độ gío tăng từ 0_1 m/s, sau đó

tốc độ bốc hơi tăng chậm dần

Ngoài những điều kiện khí tượng, sự bốc hơi còn phụ thuộc vào đặc điểm vật

lý của vật thể bốc hơi như:

- Trạng thái: nước ở thể lỏng bốc hơi mạnh hơn nước ở thể rắn (do lực kết dính

phân tử khác nhau)

- Hình dạng mặt ngoài: diện tích mặt ngoài lớn bốc hơi sẽ nhanh và ngược lại.

- Nhiệt độ vật bốc hơi: nhiệt độ vật bốc hơi càng cao bốc hơi càng nhanh, vì động

năng phân tử lớn

- Phụ thuộc vào tạp chất chứa trong nước: nước có nhiều tạp chất sẽ làm giảm diện

tích bề mặt bốc hơi, do đó bốc hơi chậm Nước biển bốc hơi chậm hơn nước tinh khiết

Trường hợp 2: sự bốc hơi xẩy ra từ đất:

Các yếu tố ảnh hưởng tới sự bốc hơi từ nước cũng là các yếu tố chi phối sự bốc hơi từ đất Ngoài ra tốc độ bốc hơi còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của đất, trạng thái mặt đất, địa hình, v.v Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy :

- Loại đất: đất cát khô bốc hơi nhanh hơn đất sét; đất giàu mùn

- Độ ẩm đất càng cao, sự bốc hơi càng mạnh

- Bề mặt đất: Mặt đất gồ gề bốc hơi nhiều hơn mặt đất phẳng vì diện tích bề

mặt bốc hơi tăng, nơi đất cao, đất lồi bốc hơi mạnh hơn nơi đất thấp, đất lõm

- Màu sắc của đất: Đất sáng màu, bốc hơi ít hơn đất sẫm màu.

- Kích thước hạt đất: hạt đất có kích thước càng nhỏ thì bốc hơi càng mạnh,

nếu đất đủ ẩm

- Mực nước ngầm: càng cao bốc hơi càng nhiều

Trường hợp 3: sự thoát hơi nước của thực vật

Vừa chịu ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng vừa chịu ảnh hưởng của đặc tính loài cây Quá trình bốc hơi từ thực vật là một quá trình sinh lý (sự hút nước của rễ, v/chuyển nước, đóng mở khí khổng)

Số gam nước cần thiết để hình thành 1 gam chất khô gọi là

Lượng nước tiêu hao để cây hình thành một đơn vị chất khô gọi là hệ số thoát hơi nước của cây HSTH (Số gam nước cần thiết để hình thành 1 gam chất khô):

Hệ số thoát hơi = Lượng nước thoát hơi (g) (10)

Lượng chất khô tạo nên (g)

Hệ số thoát hơi nước của một số cây trồng như sau:

-Loài cây mọc nhanh là loài cây có cường độ thoát hơi nước cao

- Tuổi cây non và trung niên, thoát hơi nước mạnh hơn tuổi thành thục và quá

thành thục

- Thời gian trong ngày hoặc trong năm cũng chi phối nhiều đến tốc độ thoát hơi nước của thực vật, ban ngày thoát hơi nước mạnh hơn ban đêm ; vào mùa sinh

trưởng thoát hơi nưóc lớn hơn mùa khác

- Vị trí tương đối của tán hoặc của lá cây; những tán hoặc lá cây ở trên cao

thoát hơi nưóc nhiều hơn so với ở phía dưới

- Khi đất được cung cấp nước đầy đủ thoát hơi nước của thực vật mạnh hơn so với khi bị khô hạn

4.1.3 Câc đại lượng đặc trưng độ ẩm không khí

Khâi niệm Nước từ câc bề mặt như ao, hồ, sông suối biển cả bốc hơi văo

khí quyển, người ta gọi lượng hơi nước có trong không khí gọi lă độ ẩm không khí

Câc đại lượng đặc trưng:

a) Sức trương hơi nước (e) : Hơi nước cũng như câc chất khí khâc của không

khí nó cũng gđy ra một âp suất, hơi nước căng nhiều thì âp suất căng tăng người ta

gọi âp suất riíng phần của hơi nước trong khí quyển lă sức trương hơi nước hay độ

ẩm tuyệt đối, đơn vị đo lă miliba (mb) hoặc milimet thuỷ ngđn (mm Hg) 1 mb =

0.75 mm Hg ; 1mm Hg =4/3 mb; 1 mb = 100N/m 2

b) Sức trương hơi bêo hoă (E) - còn gọi lă độ ẩm bêo hòa, lă gía trị lớn

nhất của sức trương hơi nước ở một nhiệt độ đê cho Tức lă trạng thâi mă không khí

đê chứa lượng hơi nước tối đa, hơi nước không thể nhập thím văo nữa Trong thực hănh khí tượng E có thể tính theo công thức thực nghiệm của Ma-gơ-nốt như sau :

E được tính theo công thức:

Eo lă âp suất bêo hòa ở nhiệt độ 0OC Eo=6,1 mb / 4,6mmHg;

c) Độ ẩm tuyệt đối (a) là lượng hơi nước tính bằng gam chứa trong 1 m3

không khí Đơn vị là g/m3 Độ ẩm tuyệt đối tỉ lệ thuận với nhiệt độ

 Nếu e và p đo bằng đơn vị là mb thì

d)Độ ẩm tương đối (r) là tỉ số giữa sức trương hơi nước và sức trương hơi bão

hoà ở một nhiệt độ đã cho

e)Độ thiếu hụt ẩm (d) là hiệu số giữa sức trương bão hoà và sức trương hơi

nước ở nhiệt độ đã cho [mmHg, mb ]

d = E - e.

Độ thiếu hụt ẩm chính là lượng hơi nước cần thêm vào trong không khí để để

độ ẩm trở thành bão hòa ( đặc trưng cho khả năng bốc hơi

f) Điểm sương (T d ): là nhiệt độ mà tại đó hơi nước trong không khí đạt tới trạng thái bão hòa Điểm sương có đơn vị đo là nhiệt độ nhưng không phải là đại

lượng xác định nhiệt độ mà đặc trưng cho độ ẩm không khí Ở nhiệt độ của điểm sương thì e = E Để xác định điểm sương người ta dùng cách tra bảng, tìm nhiệt độ tương ứng với trị số e = E

4.1.4 Sự biến thiên của độ ẩm tương đối

ẩm tuyệt đối, tức là tỉ số e/E giảm khi nhiệt độ tăng