BỨC xạ mặt TRỜI và NHIỆT độ KHÔNG KHÍ

Nhiệt độ của lớp không khí này vừa chịu ảnh hưởng của bức xạ Mặt Trời vừa chịu ảnh hưởng rất lớn của bức xạ mặt đất do mặt đất tiếp nhận lượng bức xạ Mặt Trời rồi lại tỏa vào không khí N

Chuyên đề:

BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ Thực hiện: nhóm địa lí trường THPT chuyên Lạng Sơn Phần 1 Lý thuyết

I Bức xạ Mặt Trời

1 Khái niệm

Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra Đây

chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời

Năng lượng bức xạ Mặt trời thường biểu diễn bằng cal/cm².phút

2 Sự phân phối bức xạ Mặt Trời khi đến Trái Đất.

Nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho mặt đất là bức xạ Mặt Trời Quá trình bức xạ Mặt Trời đến bề mặt Trái Đất được phân bố như sau: Nếu nguồn bức xạ là 100% thì 30% bị phản hồi vào không gian trước khi đến Trái Đất, 19% bị khí quyển hấp thụ, 47% được bề mặt Trái Đất hấp thụ, 4% tới bề mặt Trái Đất lại bị phản hồi vào không gian

Như vậy, nhiệt cung cấp chủ yếu cho không khí ở tầng đối lưu là nhiệt của bề mặt Trái Đất được Mặt Trời đốt nóng Nhiệt lượng do Mặt Trời mang đến bề mặt Trái Đất luôn thay đổi theo góc chiếu của tia bức xạ Mặt Trời, nếu góc chiếu lớn thì nhiệt lượng lớn và ngược lại

II Nhiệt độ không khí và sự phân bố nhiệt độ không khí

1 Nhiệt độ không khí

Về phương diện địa lí, nói đến nhiệt độ của một nơi là nói đến nhiệt độ không khí ở nơi đó, cụ thể là nhiệt độ của không khí cách bề mặt đất 2 mét Nhiệt độ của lớp không khí này vừa chịu ảnh hưởng của bức xạ Mặt Trời vừa chịu ảnh hưởng rất lớn của bức xạ mặt đất (do mặt đất tiếp nhận lượng bức xạ Mặt Trời rồi lại tỏa vào không khí)

Nhiệt độ không khí ở mỗi nơi lên xuống liên tục từ ngày sang đêm và từ mùa này sang mùa khác:

Ban ngày, Mặt Trời càng lên cao thì cường độ bức xạ Mặt Trời càng lớn; cường

độ bức xạ mặt đất cũng tăng lên theo nhưng chậm hơn Cường độ bức xạ Mặt Trời cao nhất là lúc 12 giờ trưa, cường độ bức xạ mặt đất cao nhất là lúc 14-16 giờ Vì vậy nhiệt độ của lớp không khí gần mặt đất lên cao nhất là trong khoảng 14-16 giờ

Ban đêm, khi bức xạ Mặt Trời không có thì bức xạ mặt đất cũng yếu dần, cường độ bức xạ mặt đất thấp nhất là lúc 4 – 6 giờ sáng (mùa đông là 6 – 8 giờ sáng) nên nhiệt độ của lớp không khí gần sát mặt đất cũng xuống thấp nhất trong khoảng thời gian này

Ở bán cầu Bắc, từ ngày 21-3 đến ngày 22-6 góc chiếu của tia sáng Mặt Trời lớn dần, ngày càng dài dần, mặt đất càng thu được nhiều lượng nhiệt và cũng tỏa nhiệt vào không khí cũng ngày càng nhiều, đến tháng 7 thì nhiệt độ của lớp không khí gần sát mặt đất lên cao nhất Từ ngày 23-9 đến hết ngày 22-12, góc chiếu của tia sáng Mặt Trời nhỏ dần, ngày cũng ngắn dần, mặt đất ngày càng thu ít nhiệt, và tỏa nhiệt vào không khí ngày càng ít, đến tháng 1 thì nhiệt độ của lớp không khí gần mặt đất xuống thấp nhất

Ở bán cầu Nam, ngược lại, tháng 1 có nhiệt độ lên cao nhất và tháng 7 có nhiệt

độ xuống thấp nhất

2 Sự phân bố nhiệt độ không khí

a Các nhân tố ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất

Nhân tố Ảnh hưởng

Vĩ độ địa lí Càng lên cao góc chiếu sáng của Mặt Trời (góc nhập xạ) càng nhỏ,

chênh lệch thời gian chiếu sáng (ngày và đêm) trong năm càng lớn, nên nhiệt độ trung bình năm ngày càng giảm, biên độ nhiệt năm ngày càng lớn

Lục địa và Do tính chất vật lí của đất và nước khác nhau nên nhiệt độ trung bình

đại dương năm cao nhất và thấp nhất đều năm ở lục địa; đại dương có biên độ

nhiệt nhỏ, lục địa có biên độ nhiệt lớn Càng xa đại dương biên độ nhiệt năm càng tăng, do tính chất lục địa tăng dần Nhiệt độ không khí còn thay đổi tùy theo bờ Đông và bờ Tây lục địa, do ảnh hưởng của dòng biển nóng, lạnh và sự thay đổi hướng của chúng

Địa hình Càng lên cao nhiệt độ càng giảm Sườn núi cùng chiều với ánh sáng

Mặt Trời thường có góc chiếu nhỏ hơn, nên nhận được lượng nhiệt thấp hơn

b Sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất theo vĩ độ

+Nhiệt độ trung bình năm cao hơn ở Xích đạo và Chí tuyến (trong đó khu vực nội chí tuyến có nhiệt độ cao hơn), giảm dần về cực

+Biên độ nhiệt ở Xích đạo rất thấp (1,80C) tăng dần từ cực

c Sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất theo lục địa, đại dương

+Nhiệt độ trung bình năm cao nhất và thấp nhất đều nằm ở lục địa

+Biên độ nhiệt ở đại dương nhỏ, ở lục địa lớn

d Sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất theo địa hình

+Càng lên cao nhiệt độ càng giảm (trong tầng đối lưu, trung bình cứ lên cao 100m, nhiệt độ giảm 0,60C)

+Nhiệt độ không khí thay đổi tùy theo độ dốc và hướng sườn

Phần 2 Các dạng bài tập

I Dạng câu hỏi, bài tập liên quan đến bức xạ mặt đất.

1 Tại sao cán cân bức xạ Mặt Trời trung bình năm của mặt đất giảm dần từ Xích đạo về hai Cực?

2 Tại sao vào mùa hạ ở nửa cầu Bắc, tổng bức xạ ở Cực cao hơn ở Xích đạo?

3 Cho bảng số liệu:

Phân phối tổng lượng bức xạ Mặt Trời ở các vĩ độ vào ngày 22/6

(cal/cm 3 /ngày)

Giải thích tại sao ngày 22/6, tổng lượng bức xạ Mặt Trời lớn nhất ở 200B và ở các vĩ độ từ 100B đến 700B lớn hơn Xích đạo?

Hướng dẫn:

Tổng lượng bức xạ Mặt Trời phụ thuộc vào góc nhập xạ và thời gian chiếu sáng.

- Ngày 22/6, Mặt Trời lên thiên đỉnh ở Chí tuyến Bắc, nên có tổng lượng bức xạ Mặt Trời lớn nhất ở vĩ độ 200B

- Đồng thời, từ vĩ độ 100B đến 700B, thời gian ngày dài hơn đêm nhiều hơn ở Xích đạo, do đó có tổng lượng bức xạ Mặt Trời lớn hơn ở Xích đạo

4 Cho bảng số liệu: Phân phối tổng lượng bức xạ Mặt Trời ở các vĩ độ

(cal/cm 3 /ngày)

a Cho biết bảng số liệu trên thuộc bán cầu nào? Vì sao?

b Nhận xét và giải thích sự phân hóa tổng lượng bức xạ Mặt Trời

Hướng dẫn:

a BSL ở Bán cầu Bắc vì:

- Ngày 22/6 có tổng lượng bức xạ Mặt Trời cao đồng đều Ở 200 thì tổng lượng bức xạ Mặt Trời cao nhất vì Mặt Trời liên thiên đỉnh ở Chí tuyến Bắc

Ở Cực vào ngày 22/6 là 634 còn ngày 22/12 là 0 Nên BCB đang ngả về phía Mặt Trời, BCN chếch xa Mặt Trời

b Nhận xét:

*Tổng lượng bức xạ Mặt Trời phân phối không đều theo ngày và vĩ độ:

-Ngày 22/6: Tổng lượng bức xạ Mặt Trời cao nhất ở 200; Tổng lượng bức xạ Mặt Trời giảm từ Xích đạo về Cực; Tổng lượng bức xạ Mặt Trời Cực cao hơn ở Xích đạo

-Ngày 22/12: Tổng lượng bức xạ Mặt Trời giảm rất nhanh từ Xích đạo đến Cực, tại vòng Cực có tổng lượng bức xạ bằng 0

-Ngày 21/3, 23/9: Tổng lượng bức xạ Mặt Trời giảm từ Xích đạo về Cực, Cực = 0 Góc nhập xạ giảm dần về 2 Cực, ở Cực góc nhập xạ = 0

*Giải thích: Tổng lượng bức xạ phụ thuộc vào góc nhập xạ và thời gian chiếu sáng

- Vào ngày 22/6: Mặt Trời lên thiên đỉnh ở Chí tuyến Bắc, từ Chí tuyến Bắc về Xích đạo và Cực góc nhập xạ giảm dần Tại Cực thời gian chiếu sáng (186 ngày) nhiều hơn

ở Xích đạo

- Vào ngày 22/12: từ Xích đạo đến Cực có góc nhập xạ giảm nhanh, từ vòng Cực đến Cực nằm khuất trong bóng tối, góc nhập xạ bằng 0

- Ngày 21/3, 23/9: Góc nhập xạ giảm dần về 2 Cực, ở Cực góc nhập xạ = 0

5 Cho bảng số liệu:

Lượng nhiệt tiếp thu trong một ngày tại các vĩ độ

(Cal/cm 2 )

a Xác định các vĩ độ trên thuộc Bán cầu nào? Tại sao

b Tại sao vào mùa hạ ở Bán cầu Bắc, tổng bức xạ ở Xích đạo nhỏ hơn ở Cực nhưng nhiệt độ không khí ở đây vẫn cao?

Hướng dẫn:

a Các vĩ độ trên thuộc Bán cầu Bắc vì:

- Ngày 22/6, lượng nhiệt tiếp thu trong một ngày cao nhất ở khoảng vĩ độ 400, các vĩ

độ về phía Cực có lượng nhiệt tiếp thu được lớn hơn ở Xích đạo

- Ngày 22/12, lượng nhiệt tiếp thu giảm nhanh từ Xích đạo về Cực, tại Cực có lượng nhiệt bằng 0 vì góc nhập xạ giảm

b Vào mùa hạ ở Bán cầu Bắc, tổng bức xạ ở Xích đạo nhỏ hơn ở Cực Bắc chủ yếu do thời gian chiếu sáng ở Cực dài hơn ở Xích đạo (tại Cực có 6 tháng ngày, tại Xích đạo chỉ có 3 tháng ngày)

Nhiệt độ không khí ngoài việc phụ thuộc vào tổng bức xạ Mặt Trời (được quy định bởi sự chi phối của góc nhập xạ và thời gian chiếu sáng), còn phụ thuộc vào tính chất

bề mặt đệm Ở Xích đạo chủ yếu là đại dương và rừng rậm nên không khí có chứa nhiều hơi nước, hấp thụ nhiệt nhiều hơn Ở Cực chủ yếu là băng tuyết nên phản hồi hầu hết lượng bức xạ Mặt Trời, phần còn lại rất nhỏ chủ yếu dùng làm tan băng nên nhiệt độ rất thấp

III Các dạng câu hỏi lý thuyết liên quan đến nhiệt độ không khí

1 Trình bày đặc điểm của chế độ nhiệt của lớp khí quyển dưới thấp?

HD:

Không khí nhận được nhiệt của Mặt Trời đốt nóng trực tiếp và nhiệt từ mặt đất truyền lên, trong đó lượng nhiệt nhận được từ mặt đất lớn hơn 400 lần so với bức xạ

và 500 000 lần so với dẫn nhiệt phân tử Nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho không khí

ở dưới thấp là nhiệt của bề mặt Trái Đất được Mặt Trời đốt nóng

Việc truyền nhiệt từ mặt đất vào không chủ yếu do loạn lưu Loạn lưu (hay còn gọi là đối lưu nhiệt) là sự chuyển động hỗn loạn của các phân tử khí do mặt đất bị đốt nóng không đều gây nên Không khí bị mặt đất đốt nóng bốc lên cao mang theo nhiệt Các phần tử khí trong chuyển động loạn lưu, dần dần tiếp theo nhau nhận được nhiệt khi tiếp xúc với bề mặt đất nóng và khi thăng lên hay di chuyển sẽ truyền nhiệt cho các phần tử khác

Nhiệt được đưa vào không khí cùng với hơi nước bốc hơi, rồi được toả ra trong quá trình ngưng kết Mỗi một gam hơi nước chứa 600 calo tiềm năng nhiệt hoá hơi

Do mặt đất là nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu, nên nhiệt độ không khí ở lớp dưới thấp giảm theo chiều cao Trung bình, không khí ẩm khi lên cao 100m giảm 0,60C Nếu nhiệt độ của khối khí lạnh hơn xung quanh, nó sẽ giáng xuống (với điều kiện trạng thái khí quyển ổn định) Khi đó, nhiệt độ hối khí sẽ tăng lên, trung bình tăng 10C trên 100m, nếu đó là không khí khô

2 Tại sao trong tầng đối lưu, càng lên cao nhiệt độ không khí càng giảm?

HD:

-Nêu nguyên nhân tạo ra nhiệt độ không khí ở tầng đối lưu: Do nguồn bức xạ Mặt Trời trực tiếp; nhiệt của bề mặt Trái Đất được Mặt Trời đốt nóng Khi các tia bức xạ Mặt Trời chiếu thẳng xuống Trái Đất làm cho mặt đất nóng lên; sau đó mặt đất sẽ bức

xạ trở lại không khí làm cho không khí nóng lên Mặc dù không khí nóng lên còn nhờ vào việc tiếp nhận trực tiếp bức xạ Mặt Trời, nhưng sự truyền nhiệt từ mặt đất có tác dụng rất lớn Càng lên cao, càng xa mặt đất không khí càng ít nhận được bức xạ của

bề mặt đất

-Nhiệt của Trái Đất hấp thụ từ Mặt Trời rồi tỏa vào không khí được hơi nước giữ lại

60 % Hơi nước tập trung ở dưới thấp, khoảng ¾ khối lượng hơi nước nằm từ 40 km trở xuống Càng lên cao, hơi nước càng ít, nhiệt độ giảm

-Các phần tử vật chất (tro bụi, các loại muối, các vi sinh vật…) hấp thụ một phần bức

xạ Mặt Trời Càng lên cao các phần tử này càng ít nên góp phần làm cho nhiệt độ giảm

3 Tại sao sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất khác nhau?

HD:

-Sự phân bố nhiệt độ không khí trên Trái Đất khác nhau do nhiều nhân tố tác động … -Mỗi nhân tố trên tác động khác nhau ở mỗi nơi trên Trái Đất (yêu cầu phân tích cụ thể)

+Vĩ độ (Dẫn chứng)

+Lục địa và đại dương (Dẫn chứng)

+Địa hình

-Mối quan hệ giữa các nhân tố này khác nhau ở mỗi nơi trên Trái Đất (dẫn chứng)

4 Câu nhận định sau đây: Đúng hay sai? Tại sao?

HD:

“Khi Mặt Trời lên thiên đỉnh ở đâu thì ở đó nhận được lượng nhiệt lớn nhất”

Nhận định sai vì ở mọi địa điểm khác nhau khi Mặt Trời lên thiên đỉnh thì chỉ có góc nhập xạ lớn nhất, còn thời gian chiếu sáng khác nhau, tính chất bề mặt đệm khác nhau (khả năng hập thụ nhiệt khác nhau)

5 Phân tích nguyên nhân dẫn đến nhiệt độ trung bình của Bán cầu Bắc cao hơn Bán cầu Nam.

HD:

(Do góc nhập xạ, do thời gian chiếu sáng, tính chất bề mặt đệm)

- do mùa hè ở BCB dài hơn BCN: Mùa hè ở BBC được tính từ 21/3 đến 23/9 dài

186 ngày Mùa hè ở NBC được tính từ 23/9 đến 21/3 năm sau dài 179 ngày Như vậy mùa hè ở BBC dài hơn mùa hè ở NBC 7 ngày

+Mùa hạ ở BBC từ 21/3 đến 23/9 Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo lớn có chứa điểm viễn nhật (5/7) nên vận tốc chuyển động chậm và thời gian kéo dài ra

+Mùa hạ ở NBC từ 23/9 đến 21/3 năm sau Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo nhỏ có chứa điểm cận nhật (4/1) nên vận tốc chuyển động nhanh và thời gian rút ngắn lại nên mùa hạ ngắn hơn BBC

-Diện tích lục địa của bán cầu bắc lớn hơn bán cầu nam

-Ở bán cầu nam có lục địa nam cực lạnh, bán cầu bắc là đại dương bắc băng dương

6 Vì sao chênh lệch nhiệt độ giữa vùng cực và xích đạo trong mùa hè nhỏ hơn mùa đông.

HD:

Do góc nhập xạ:

Vào mùa hè, Mặt trời lên thiên đỉnh ở khu vực chí tuyến bắc nên góc nhập xạ chênh nhau không lớn Vào mùa đông Mặt trời lên thiên đỉnh ở khu vực chí tuyến nam nên góc nhập xạ chênh nhau nhiều, ở cực góc nhập xạ bằng 0

Do thời gian chiếu sáng:

-Mùa hè: XĐ có 3 tháng ngày, cực là 6 tháng ngày

-Mùa đông: XĐ có 3 tháng là đêm, cực là 6 tháng đêm

 nhiệt độ ở vùng cực và xích đạo vào mùa hè cao và chênh lệch ít hơn so với mùa đông

7 Tại sao biên độ nhiệt năm thay đổi theo vĩ độ địa lí và theo lục địa đại dương? HD:

*Biên độ nhiệt thay đổi theo vĩ độ

- Chênh lệch mùa nóng mùa lạnh ngày càng lớn về cực

- Chênh lệch thời gian chiếu sáng ngày càng lớn khi về cực

 Biên độ nhiệt năm thay đổi theo vĩ độ

*Biên độ nhiệt năm thay đổi theo lục địa đại dương

Lục địa: hấp thụ nhiệt nhanh, tỏa nhiệt nhanh

Đại dương: hấp thụ nhiệt chậm, tỏa nhiệt chậm

 Biên độ nhiệt năm lục địa > đại dương

8 Giải thích tại sao ở khu vực xích đạo có biên độ nhiệt năm nhỏ nhưng biên độ nhiệt ngày đêm lớn?

HD:

Có biên độ nhiệt năm nhỏ vì nhiệt độ cao quanh năm, ít có sự chênh lệch nhiệt độ, còn biên độ nhiệt ngày đêm lớn vì ban ngày nhận được lượng bức xạ cao, lượng nhiệt cao, còn ban đêm nhiệt hạ thấp, mặt đất tiếp tục tỏa nhiệt

9 Giải thích tại sao biên độ nhiệt năm tăng dần từ xích đạo về cực còn biên độ nhiệt ngày đêm lại tăng dần từ cực về xích đạo?

HD:

*Biên độ nhiệt năm tăng dần từ XĐ  Cực là do:

- Hình dạng khối cầu của TĐ kết hợp với chuyển động quanh Mặt Trời với địa trục nghiêng …lần lượt các nửa cầu ngả hoặc chếch xa MT … càng xa XĐ độ ngả và chếch xa MT càng rõ … dấu hiệu mùa rõ rệt khi xa XĐ (Biên độ nhiệt năm cao…)

- XĐ và vùng đới nóng nhận được lượng nhiệt lớn quanh năm từ MT …biên độ nhiệt năm nhỏ …

* Biên độ nhiệt ngày - đêm tăng dần từ cực về XĐ do:

- Hình dạng khối cầu của TĐ  góc nhập xạ giảm dần từ XĐ về 2 cực…Ban ngày vùng vĩ độ thấp nhận được lượng nhiệt lớn hơn so với các vĩ độ cao…- biên độ nhiệt ngày và đêm sẽ tăng dần từ cực về XĐ (Với cùng một bề mặt đệm như nhau…)

10 Chứng minh nhiệt độ không khí trên Trái Đất thay đổi tuân theo quy luật địa đới:

HD:

- Nhiệt độ trung bình năm giảm dần từ Xích đạo về cực

- Biên độ nhiệt năm tăng dần từ Xích đạo về cực

- Sự phân bố các vòng đai nhiệt trên bề mặt Trái Đất (tự dẫn chứng)

IV Các dạng câu hỏi liên quan đến bài tập nhận xét lược đồ, bảng số liệu, tính toán độ cao và nhiệt độ

1 Dựa vào bản đồ các đường đẳng nhiệt trung bình ở mực nước biển, hãy cho biết:

a Đó là bản đồ các đường đẳng nhiệt trung bình ở mực nước biển vào tháng mấy? Vì sao?

b Nhận xét và giải thích về các đường đẳng nhiệt 00C, 80C ở đại dương các vùng ôn đới

HD:

đồ: các đường đẳng nhiệt trung bình tháng 1 ở mực nước biển Vì Ở Bán cầu Bắc, đặc

biệt ở vòng cực Bắc nhiệt độ trung bình rất thấp có thể xuống tới -480C, trong khi ở bán cầu Nam nhiệt độ thấp nhất ở vòng cực Nam khoảng 40C vì vào tháng 1, Mặt Trời đang chuyển động biểu kiến ở bán cầu Nam, nên nhiệt độ trung bình ở mực nước biển cao hơn; ở bán cầu Bắc lượng bức xạ và lượng nhiệt nhận được ít hơn nên nhiệt

độ trung bình thấp hơn có nơi xuống tới -480C

b Nhận xét

-Ở bán cầu Bắc trong khoảng vĩ độ từ 400 đến 600B:

+ Bờ đông các đại dương: các đường đẳng nhiệt 00C, 80C vòng lên cao về phía cực Bắc, cho thấy bờ đông của đại dương ấm hơn bờ tây của đại dương

+ Nguyên nhân: Do ảnh hưởng của dòng biển nóng Gơn-Xtrim và Cư-rô-si-ô khi chảy lên vĩ độ cao thì hướng sang đông làm ấm bờ đông đại dương

+ Bờ tây các đại dương: các đường đẳng nhiệt 00C, 80C vòng xuống thấp về phía Xích đạo, cho thấy bờ tây của đại dương lạnh hơn bờ đông của đại dương

+ Nguyên nhân: Do ảnh hưởng của dòng biển lạnh La-bra-đô và Ôi-a-si-vô khi chảy lên từ vĩ độ cao về vĩ độ thấp thì hướng sang tây làm lạnh bờ tây đại dương

- Ở bán cầu Nam trong khoảng vĩ độ từ 400 đến 600N:

+ Đường đẳng nhiệt 00C, 80C chạy gần xong xong với vĩ tuyến

+ Nguyên nhân: do ở bán cầu Nam phần lớn diện tích là biển và đại dương

2 Dựa vào bản đồ các đường đẳng nhiệt trung bình ở mực nước biển, hãy cho biết:

a Đó là bản đồ các đường đẳng nhiệt trung bình ở mực nước biển vào tháng mấy? Vì sao?