Các khái niệm liên quan Nhiệt độ của không khí sát bề mặt đất là lượng nhiệt khi mặt đất hấp thụ năng lượng nhiệt Mặt Trời rồi bức xạ lại vào không khí và chính các chất trong không khí
Trang 1CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘ - KHÍ HẬU ĐẠI CƯƠNG Thực hiện: Nhóm địa trường THPT chuyên Bắc Giang
PHẦN MỞ ĐẦU
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong các thành phần tự nhiên, Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng của tự nhiên, là nguồn gốc và động lực của nhiều hiện tượng, quá trình tự nhiên Trong địa
lí tự nhiên đại cương thì nội dung về nhiệt độ không khí chiếm dung lượng không lớn nhưng lại có vai trò vô cùng quan trọng trong việc giải quyết các vấn đề liên quan
Như chúng ta đã biết, nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng bậc nhất trong các yếu tố của khí hậu và thời tiết, nó chi phối nhiều yếu tố khác như khả năng bốc hơi nước, khả năng ngưng tụ của khí, tù đó chi phối lượng mưa, cân bằng
ẩm Nhiệt độ cũng quyết định đặc điểm của các kiểu, đối khí hậu Đồng thời nhiệt cũng quyết định tốc độ của các quá trình ngoại lực như xâm thực phong hóa… Nhiệt độ cũng quy định ảnh hưởng đến sự phát triển và phân bố của các loài sinh vật trên Trái Đất
Với vai trò quan trọng của nhiệt độ không khí cho nên việc nghiên cứu về lĩnh vực này khá phổ biến, được nhiều tác giả nghiên cứu, được sử dụng trong nhiều đề thi có ý nghĩa quốc gia và khu vực Tuy nhiên, vì dung lượng vthời gian giảng dạy chính khóa cho nội dung này không nhiều, do đo đồi hỏi cần phải xây dựng chuyên
đề riêng cho bồi dưỡng học sinh giỏi
II MỤC ĐÍCH CỦA CHUYÊN ĐỀ
Đối với việc bồi dưỡng học sinh giỏi tại các trường chuyên, ngoài việc trang
bị được các kiến thức cơ bản về học phần này, còn yêu cầu hiểu sâu sắc và rèn nhiệt
Vì thế chuyên đề này nhằm mục đích hệ thống hóa các nội dung kiến thức cơ bản về yếu tố nhiệt độ không khí và các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí,
Trang 2tác động của nó đến tự nhiên và các hoạt động kinh tế xã hội, các dạng bài tập có liên quan Chuyên đề này rất hữu ích cho việc bồi dưỡng học sinh giỏi
III.GIỚI HẠN CỦA CHUYÊN ĐỀ
Do thời gian có hạn chuyên đề chỉ tập trung vào giải quyết những vấn đề chung nhất liên quan đến nhiệt độ không khí, các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí… ở phần địa lí tự nhiên đại cương
PHẦN NỘI DUNG:
A LÍ THUYẾT
I Khái quát về nhiệt độ đại cương:
1 Bức xạ Mặt Trời: Bức xạ Mặt Trờilà dòng vật chất và năng lượng ánh sáng phát ra
từ Mặt Trời toả vào không gian đến bề mặt trái đất Bức xạ Mặt Trời là nguồn cung
cấp nhiệt và ánh sáng cho trái đất Bức xạ Mặt Trờiphụ thuộc vào góc nhập xạ (góc
tiếp xạ) và thời gian chiếu sáng (thời gian chiếu xạ)
Bức xạ Mặt Trời tới bề mặt trái đất được phân phối như sau:
- 30% phản hồi lại không gian
- 19% được khí quyển hấp thụ
- 47% được mặt đất hấp thụ
- 4% tới mặt đất lại bị phản hồi vào không gian
Như vậy ta có thể thấy phần lớn bức xạ Mặt Tròi được phản hồi lại vào không gian, chỉ có 47% bức xạ Mặt Trời được mặt đất hấp thụ thành nhiệt năng sau đó lại bức xạ vào khí quyển (bức xạ mặt đất) -> là nguyên nhân chủ yếu tạo nên nhiệt độ không khí
ở bề mặt đất Hay nói cách khác không khí ở tầng đối lưu được cung cấp nhiệt là do nhiệt của bề mắt Trái đất được bức xạ Mặt Trời đốt nóng
Trang 3Cán cân bức xạ Mặt Trời của mặt đất: là đại lượng biểu thị mối tương quan giữa
năng lượng bức xạ mà bề mặt đất nhận được và chi ra Nó quy định chế độ nhiệt của mặt đật và lớp không khí sát bề mặt đất Cán cân bức xạ Mặt Trời của Mặt đất trung bình năm của mặt đất có sự phân bố theo hướng vĩ tuyến và giảm đàn về 2 cực Nó đạt trí số cao từ 100-140kcal/ cm2 trên các biển và đại dương của khu vực nội chí tuyến và trên các lục địa Á, Âu, Phi ,MĨ và ÚC có trị số từ 20-90 kcal/cm2.Ở hai khu vực cực cán cân bức xạ trung bình năm luôn đạt trị số âm
Trang 4Phân phối tổng lượng bức xạ Mặt trời ở các vĩ độ (đơn vị cal/cm 2 / ngày).
Ngày/tháng Vĩ độ
21/3 22/6 23/9 22/12
672 577 663 616
659 649 650 519
556 728 548 286
367 707 361 66
132 624 130 0
0 634 0 0 Như vậy, cân bằng bức xạ Mặt trời phụ thuộc vào các nhân tố: góc chiếu sáng, Thời gian chiếu sáng, bề mặt đêm
2 Nhiệt độ:
a Các khái niệm liên quan
Nhiệt độ của không khí sát bề mặt đất là lượng nhiệt khi mặt đất hấp thụ năng lượng nhiệt Mặt Trời rồi bức xạ lại vào không khí và chính các chất trong không khí hấp thụ Không khí nhận được bức xạ của Mặt Trời đốt nóng trực tiếp và bức xạ từ mặt đất truyền lên, trong đó bức xạ truyền lên tù mặt đất lớn hơn khoảng 400 lần so với bức xạ nhận trực tiếp từ Mặt Trời Nguồn cung cấp nhiệt cho không khí dưới thấp chủ yếu là do nhiệt của bề mặt Trái Đất được bức xạ Mặt Trời đốt nóng Việc truyền nhiệt từ mặt đất vào không khí chủ yếu do đối lưu nhiệt (loạn nhiệt độ), do bốc hơi nuớc và toả ra trong quá trình ngung kết
Khi đo nhiệt độ không khí nguời ta dùng nhiệt kế để đo, ở các trạm khí tượng nguời ta thường đo nhiệt độ không khí mỗi ngày ít nhất 3 lần vào lúc 5 giờ, 13 giờ,
21 giờ Nhiệt độ không khí luôn luôn thay đổi theo từng giờ, giữa các ngày, các tháng, các năm
Do đó, để nghiên cứu nhiệt độ không khí của một địa phương nào đó người ta phải tính nhiệt độ trung bình ngày, nhiệt độ trung bình tháng, nhiệt độ trung bình năm Để tính nhiệt độ trung bình ngày nguời ta phải đo mỗi ngày ít nhất 3 lần rồi cộng lại chia trung bình, nhiệt độ trung bình tháng bằng cách cộng nhiệt độ các ngày trong tháng rồi lấy trung bình, để có nhiệt độ trung bình năm người ta lấy nhiệt độ các tháng cộng lại và chia cho 12
Trang 5Độ chênh lệch giữa nhiệt độ tháng cao nhất và nhiệt độ tháng thấp nhất gọi là biên độ nhiệt ( kí hiệu ∆t0) ( có biên độ nhiệt ngày, tháng, năm )
Nhiệt độ tối cao tuyệt đối là nhiệt độ cao nhất đo được ở một địa điểm Nhiệt
độ tối thấp tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất đo được ở một địa điểm
Đường đẳng nhiệt là đường nối liền những trạm có cùng nhiệt độ trung bình bằng nhau đã điều chỉnh so với mặt biển chuẩn (thường có đường đẳng nhiệt tháng
1, tháng 7, đường đẳng nhiệt trung bình năm)
II Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ:
Nhiệt độ phân phối trên bề mặt địa cầu tuỳ thuộc vào rất nhiều nhân tố góc nhập xạ
và thời gian chiếu sáng, độ trong của khí quyển, nhân tố bề mặt đệm Những điều kiện
ấy thay đổi theo vĩ độ, ngày, thời gian mùa, địa hình (độ cao, hướng sườn + độ dốc), lục địa - đại dương, dòng biển, gió, mưa, bề mặt đệm
1 Vĩ độ:
- Nhiệt độ trung bình năm giảm dần từ vĩ độ thấp đến vĩ độ cao, đặc biệt giảm nhanh từ vĩ tuyến 30 về 2 cực Do ở vĩ độ thấp luôn nhận đuợc góc chiếu sáng lớn Càng lên vĩ độ cao nhiệt độ càng giảm do góc chiếu sáng giảm
- Biên độ nhiệt độ năm tăng dần từ vĩ độ thấp lên vĩ độ cao, do trong quá trình chuyển động quanh Mặt Trời của Trái đất trục trái đất nghiêng với mặt phẳng hoàng đạo một góc không đổi, điều đó dẫ đến sự chênh lệch về thời gian chiếu sáng càng về
2 cực càng lớn
2 Địa hình:
- Càng lên cao nhiệt độ càng giảm: Lên cao 100 m nhiệt độ giảm 60c Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do nguồn bức xạ trục tiếp đốt nóng không khí trong tầng đối lưu chỉ chiếm có 19% , trong khi đó nhiệt của bề mặt đất được bức xạ Mặt Trời đốt nóng lại đống vai trò quan trọng Khi các tia bức xạ Mặt Trời chiếu thẳng xuống mặt đất sẽ được bức xạ ngược trở lại vào không khí làm cho không khí nóng lên Càng lên cao càng xa mặt đất nên càng nhận được ít bức xạ từ mặt đất Hơn nữa nhiệt của Trái
Trang 6Đát hấp thụ từ Mặt trời rồi tỏa vào không khí còn được hơi nước giữ lại tới 60%, trong khi đó ¾ hơi nước nằm ở độ cao dưới 4km, càng lên cao hơi nước càng giảm, nhiệt độ không khí càng giảm Các phần tử vật chất như tro, bụi , các loại mưới, các vi sinh vật hấp thụ một phần bức xạ Mặt Trời cũng tập trung chủ yếu sát bề mặt đất và càng lên cao chúng càng giảm cũng góp phần làm nhiệt độ giảm
- Hướng sườn và độ dốc:
+Sườn phơi ra dưới ánh sáng Mặt Trời ( sườn núi ngược chiều với tia sáng Mặt Trời) thường có góc nhập xạ cao nên nhiệt độ cao, sườn khuất ánh sáng Mặt Trời (cùng chiều với tia ánh sáng Mặt Trời) thường có góc nhập xạ nhỏ nhiệt độ thấp hơn + Cùng sườn phơi ra dưới ánh sáng mặt trời: sườn càng dốc, góc nhập xạ càng lớn , Nhiệt độ cao
+ Cùng sườn khuất ánh sáng Mặt Trời: sườn càng dốc, góc nhập xạ càng nhỏ, Nhiệt
độ càng thấp
- Ở đồng bằng nhiệt độ ít thay đổi hơn ở miền núi
3 Nhân tố lục địa và đại dương
- Nhiệt độ TB năm cao nhất và thấp nhất đều nằm trên lục địa (nhiệt độ tối cao và nhiệt độ tối thấp )
+ Nhiệt độ cao nhất là ở quanh sa mạc Sahara
+ Nhiệt độ tới thấp: Veckhôian; Nam cực Nguyên nhân : bề mặt lcụ địa có khả năng hấp thụ nhiệt độ và toả nhiệt độ nhanh hơn
- Nhiệt độ trung bình năm ở lục địa luôn cao hơn ở đại dương
- Đaị duơng có biên độ giao động nhiệt độ nhỏ, còn lục địa có biên độ dao động nhiệt độ lớn
Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt đó chủ yếu do tính chất vật lí của đất, nước có
sự khác nhau Đất đá có khả năng hấp thụ nhiệt nhanh hơn song đồng thời cũng có khả năng tỏa nhiệt nhanh hơn so với nước vì vậy nhiệt độ tối cao và tối thấp đều nằm trên các lục địa, biên độ giao động nhiệt ở lục đại cũng cao hơn đại dương
4 Nhân tố dòng biển.
- Những nơi dòng biển lạnh đi qua thì nhiệt độ giảm
Trang 7- Những nơi dòng biển nóng đi qua thì nhiệt độ tăng.
Điều đó đã dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ không khí theo bờ đông và bờ tây các lục địa, do ảnh hưởng của các dòng biển nóng lạnh và sự đổi hướng của chúng
5 Các nhân tố khác:
Tuy nhiên sự phân bố nhiệt độ trên Trái đất không chỉ phụ thuộc vào một trong số các nhân tố nói trên mà phụ thuộc vào tổng hợp các nhân tố Mối quan hệ giwax các nhân tố trên khác nhau ở mỗi nơi trên Trái Đất Ở mỗi nơi sẽ nổi lên các nhân
tố trội chi phối hoặc làm thay đổi quy luật Ví dụ Những nơi tuy sát biển nhưng do thống trị của áp cao và dòng biển lạnh nên biên độ giao động nhiệt cao
III Sự phân bố nhiệt trên Trái đất.
* Sự phân bố các đường đẳng nhiệt trên Trái Đất.
Bản đồ nhiệt độ trung bình năm
*Biến trình của nhiệt độ không khí.
- Biến trình ngày của nhiệt độ: Sự biến thiên liên tục của nhiệt độ từ giờ này qua
giờ khác trong ngày đêm gọi là biến trình ngày của nhiệt độ Nó biến thiên theo một quy luật rất đơn giản, nhiệt độ tăng dần từ khi Mặt Trời mọc và đạt cực đến sau
Trang 812 giờ trùa rồi giảm dần đạt cực tiểu trước lúc Mặt Trời mọc hôm sau.Đường biểu diễn biến trình nhiệt ngày thường là đường cong đều đặn Giá trị cực đại và cực tiểu trong ngày phụ thuộc vào tính chất của bề mặt đất
- Biên độ nhiệt độ trong ngày giảm dần khi vĩ độ địa lí tăng vì ở vĩ độ cao có sự chênh lệch góc nhập xạ trong ngày nhỏ hơn vĩ độ thấp
- Biến trình năm của nhiệt độ : Sự biến thiên liên tục của nhiệt độ từ ngày này
qua ngày khác của nhiệt độ trong năm gọi là biến trình năm của nhiệt độ
Nhiệt độ ở một đại điểm nào đó phụ thuộc vào sụ biến thiên của góc nhập xạ trong năm, thời gian chiếu sáng và tính chất cảu bề mặt đệm ở nơi đó., nên trong biến trình nhiệt năm của nhiệt độ thấy nhiệt độ cao vào thời kì góc nhập xã lớn, nhiệt độ thấp vào thời gian góc nhập xạ nhỏ Biến trình năm của nhiệt độ thường có hai loại: Loại 1 có một cực đại vào mùa hạ và một cực tiểu vào mùa đông Loại 2 có có 2 cực đại vào thời gian Mặt trời Trời lên cao và 2 cực tiểu, cực tiểu chính vào thời kì đông chí và cực tiểu phụ vào thời gian hạ chí, loại này thường gặp ở khu vực nội chí tuyến
Các loại biến trình năm của nhiệt độ không khí ở các đới khí hậu Ta có thể phân chia những loại biến trình năm của nhiệt độ không khí phụ thuộc vào vĩ độ và tính lục địa như sau:
+ Loại xích đạo: Biên độ nhỏ,vì sự khác biệt trong thông lượng mặt trời trong quá
trình một năm không lớn còn thời gian thông lượng bức xạ mặt trời lớn nhất trên giới hạn của khí quyển trùng với thời gian có lượng mây và lượng giáng thủy cực đại.Giữa lục địa biên độ khoảng 5oC ở vùng bờ biển nhỏ hơn 3oC ở đại dương là
1oC hay nhỏ hơn trên đảo Monden (vĩ độ 4oB 155oT) biên độ chỉ khoảng 0,5oC.Trong biến trình kiểu này thường có 2 cực đại của nhiệt độ sau khi mặt trời ở tương đối thấp
+ Loại nhiệt đới: Biên độ lớn hơn so với xích đạo,biên độ khoảng 5oC trong lục địa khoảng 10-15oC có một cực đại và một cực tiểu trong quá trình một năm, phần lớn
là sau khi mặt trời ở cao nhất và thấp nhất Ở khu vực gió mùa,cực đại của loại biến
Trang 9trình này thường thấy trước gió mùa mùa hè,gió này làm giảm nhiệt độ do đem lại mây và mưa
+ Loại ôn đới: Tại đây cực trị của nhiệt độ thường thấy sau ngày đông chí và hạ chí,cần thêm là trong khí hậu biển, chúng chậm xuất hiện hơn trong khí hậu lục địa,ở Bắc Bán Cầu ,cực tiểu thường thấy trên lục địa tháng 1,còn trên biển vào tháng 2 hay tháng 3 ,trên biển thường tháng 8 thậm chí đôi khi tới tháng 9 Điều đó
rõ ràng là do sự khác biệt trong quá trình đốt nóng và truyền nhiệt của lục địa và biển đã xét ở trên
Tại miền ôn đới khí hậu lục địa được đặc trưng bởi mùa đông lạnh và mùa hè nóng hơn so với khí hậu biển.Ở đây những mùa chuyển tiếp có đặc tính khác biệt, trong khí hậu biển điển hình,mùa xuân lạnh hơn mùa thu còn trong khí hậu lục địa mùa xuân ấm hơn.Mùa xuân đặc biệt ấm ở vùng thảo nguyên và sa mạc như các hoang mạc kazactan, Turan, Mông Cổ lớp tuyết phủ không dày lắm tan sớm và không cản trở quá trình đốt nóng thổ nhưỡng, song ở những khu vực có lớp tuyết phủ dày (ví dụ như phần châu Âu của Nga và miền Tây Xibêri) thường mất một lượng nhiệt lớn cho tuyết tan, mùa xuân thường lạnh hơn mùa thu tương tự như trong khí hậu biển
Trong khí hậu biển, biên độ năm ở miền ôn đới thậm chí đạt tới khoảng
10-15oC trong khí hậu lục địa khoảng 25-40oC,còn ở châu Á có thể đạt quá 60oC
Có thể chia miền ôn đới thành các đới nhỏ: cận nhiệt đới, ôn đới và đới cận cực.Mùa chuyển tiếp chỉ biểu hiện rõ ở ôn đới, trong đó khí hậu lục địa và khí hậu biển có sự khác biệt nhau lớn nhất
+ Loại cực: Cực tiểu trong biến trình hàng năm chuyển dịch tới thời gian xuất hiện của Mặt Trời trên đường chân trời sau đêm cực kéo dài, nghĩa là sang tháng 2 tháng
3 ở Bắc Bán Cầu và tháng 7 tháng 1 ở Nam Bán Cầu,biên độ trên lục địa (Grennamdi,châu Nam Cực) rất lớn khoảng 30-40oC Trong khí hậu biển của miền cực trên các đảo và miền rìa lục địa ,biên độ nhỏ hơn,song vẫn tới khoảng 20oC hay lớn hơn
Trang 10Ngoài ra biến trình năm của nhệt độ không khí còn liên quan đến biến thiên của nhiệt độ trung bình tháng:
Vì những biến đổi không có chu kỳ mỗi năm xảy ra khác nhau nên nhiệt độ trung bình năm của không khí ở mỗi nơi vào những năm khác nhau sẽ khác nhau Người
ta gọi giá trị độ lệch trung bình của nhiệt độ trung bình tháng so với giá trị chuẩn khí hậu học là biến thiên của nhiệt độ trung bình tháng.giá trị này càng lớn nếu những biến đổi không có chu kỳ của nhịêt độ tại địa phương làm cho mỗi tháng vào những năm khác nhau có những đặc tính khác nhau xảy ra càng mạnh
Vì vậy biến thiên của nhiệt độ hàng tháng tăng theo vĩ độ,ở miền nhiệt đới nhỏ ở miền ôn đới lớn.Trong khí hậu biển giá trị này nhỏ hơn trong khí hậu lục địa
Biến thiên đặc biệt lớn ở những khu vực chuyển tiếp giữa khí hậu lục địa và khí hậu biển,ở đó trong một số năm có thể do khối khí biển,trong những năm khác nhau do không khí lục địa khống chế
Những nhiễu động trong biến trình năm của nhiệt độ không khí
Nếu biểu diễn bằng phương pháp đồ thị biến trình năm của nhiệt độ không khí theo giá trị trung bình tháng,nghĩa là theo 12 giá trị ta sẽ được đường cong đều đặn dưới dạng hình sin
đáng kể và kéo dài liên tục trong nhiều ngày điều đó chẳng hạn có thể do nhiệt độ giảm vào mùa xuân.Kết quả là nhiệt độ trung bình nhỏ hơn nhiều năm
Ngược lại vào mùa thu vào khoảng cuối tháng 9 đâu tháng 10 khi nhiệt độ nói chung giảm thường có sự giảm chậm tạm thời thậm chí có năm sự giảm chậm này được thay thế bằng sự tăng của nhiệt độ trong một vài ngày thậm chí đến 5 ngày những thời kì có đợt nóng mùa thu này được gọi là sự kéo dài của mùa hè
Ngoài ra còn có sự phân bố của nhiệt độ không khí ở gần mặt đất tất cả đã góp vào biến trình năm của nhiệt độ không khí tạo nên sự đa dạng của chúng
* Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều thẳng đứng.
- Theo chiều sâu trong lòng đất: Chu kì biến thiên của nhiệt độ không thay đổi theo chiều sâu Nghĩa là ở độ sâu khác nhau, biến trình ngày với chu kì 24 giờ và biến trình năm với chu kì 12 tháng vẫn giữ một cực đại và một cực tiểu Biên độ dao