Giáo trình khí tượng nông nghiệp - Chương II

Giáo trình khí tượng nông nghiệp

Chương II CÁC KI N TH C CHUNG V KHÍ QUY N TRÁI Ð T Trái ñ t, b ng l c hút c a t p trung xung quanh m t l p ch t khí đư c g i khí quy n L p khí quy n g n m t đ t có vai trị h t s c l n lao ñ i v i s s ng trái ñ t, môi trư ng quan tr ng c a n n s n xu t nông nghi p H n h p ch t khí t o nên khí quy n đư c g i khơng khí Trong khí quy n liên t c x y trình hi n tư ng v t lý: s tu n hoàn nư c, hi n tư ng quang h c, ñi n h c T p h p hi n tư ng trình v t lý ch đ th i ti t c a m t vùng m t ch ng m c s bi n đ i c a th i ti t ñã t o nên nh ng ñi u ki n c n thi t cho s s ng nói chung cho ngành s n xu t nơng nghi p nói riêng S bi n đ ng thái q c a có th d n ñ n nh ng thiên tai ñe d a cu c s ng ho t ñ ng s n xu t c a ngư i Gi a khí quy n, sinh quy n, th y quy n đ a quy n ln ln trao ñ i tương tác l n su t q trình l ch s hình thành trái đ t ñă t o nên nh ng cân b ng ñ ng Nh ng cân b ng có tác d ng trì, tái t o pha c a cân b ng tư nhiên N u m t ñi u ki n ñó cân b ng b phá v s gây nh ng t n th t khơng lư ng trư c đư c S ho t ñ ng thi u ý th c b o v thiên nhiên c a ngư i ngày xâm ph m cân b ng sinh thái, làm cho ngu n tài nguyên ngày c n ki t Hàng năm 17 tri u hecta r ng nhi t ñ i, 300.000 r ng thưa b khai thác m c M t ph n ba di n tích đ t đai b đe b i n n hoang m c hóa N n nhi m khơng khí, nhi m nư c làm m t ñi c ch ng - 10% s lồi sinh v t t đ n năm 2020; đ n năm 2050 s lồi sinh v t b di t ch ng s lên ñ n 25% Sinh quy n b phá v s gây s bi n đ ng khí h u khơ h n, lũ l t trái ñ t ngày m t gia tăng Vi c b o v cân b ng sinh thái v n ñ quy t ñ nh s t n vong c a loài ngư i M i ngư i c n có ý th c b o v Ð làm s cho nh ng hi u bi t l n lư t xem xét nh ng v n ñ sau ñây: C U TRÚC THEO CHI U TH NG Ð NG C A KHÍ QUY N D a nh ng đ c tính v t lý tính ch t ho t đ ng, khí quy n trái ñ t ñư c chia thành t ng m i t ng có nh ng đ c trưng v t lý khác (xem sơ đ hình 2.1) 1.1 T ng đ i lưu (Troposphere) Là t ng khơng khí g n m t đ t nh t, đ cao trung bình c a vào kho ng 11 km: hai c c trái ñ t ch cao t - 10 km, cịn vùng xích đ o 15 - 18 km Ð cao c a t ng khí quy n đ cao c a dịng đ i lưu quy t đ nh, b i v y thay đ i theo mùa năm thay ñ i theo vĩ ñ ñ a lý, tính ch t nhi t l c quy t ñ nh T ng ñ i lưu t ng khí quy n ho t đ ng nh t Các hi n tư ng th i ti t, mưa, n ng, mây, dơng bão đ u x y t ng khí quy n T ng đ i lưu môi trư ng s ng c a t t c sinh v t trái ñ t Ð c ñi m quan tr ng c a t ng ñ i lưu nhi t ñ gi m d n theo đ cao Trung bình c gi i h n c a xu ng r t th p, có lên cao 100m nhi t đ gi m xu ng 0,640C Nhi t ñ th ñ t - 70 C vùng xích ñ o c a trái ñ t t ng thư ng x y hi n tư ng dịng khơng khí ñi lên ho c ñi xu ng (do trung tâm khí áp cao, khí áp th p , g p chư ng ng i v t m t ñ t, s tranh ch p 27 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p gi a kh i khơng khí ) Hi n tư ng thăng giáng c a kh i khơng khí làm thay đ i ch đ nhi t, m c a khơng khí (Kh o sát khí quy n, Oklahoma - 1997) Chúng ta bi t r ng ch t khí đ u ch a đ ng lư ng ñư c g i ñ ng Ð ng c a ch t khí ph thu c vào áp su t khí quy n, u n tr ng thái nhi t: b nén chúng nóng lên, giãn n chúng b l nh T ngun lý ta có th suy r ng: Kh i khơng khí chuy n ñ ng ñi lên, áp su t gi m d n giãn dó chúng l nh ñi Ngư c l i, s v n chuy n t cao xu ng th p, khơng khí tr ng thái b nén làm nhi t ñ c a tăng lên Gi thi t r ng kh i khơng khí chuy n đ ng nhanh, khơng có s trao ñ i nhi t ho c s xáo tr n v i kh i khơng khí xung quanh Hi n tư ng đư c g i đo n nhi t, có nghĩa khơng có s trao ñ i nhi t v i xung quanh Các kh i khơng khí lên bao gi có hi n tư ng ño n nhi t l nh; kh i khơng khí xu ng thư ng kèm theo hi n tư ng ño n nhi t nóng kh i khơng khí khơ (chưa 28 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p bão hịa nư c) m c đ tăng ho c gi m nhi t ñ 10C cho 100m g i đo n nhi t khơ kh i khơng khí bão hịa nu c m c ñ tăng ho c gi m nhi t ñ 0,50C/100m g i ño n nhi t m Ð i v i kh i khơng khí b c lên cao lúc ñ u l nh ñi theo m c đo n nhi t khơ b i chưa bão hịa nư c, đ n m t đ cao nh t đ nh nhi t đ khơng khí ñã gi m ñ n ñi m sương, tr nên bão hòa nư c, s ti p t c gi m nhi t ñ theo m c ñ ño n nhi t m K t qu th ng kê s li u cao không 30 năm (1961 - 1990) Hà N i cho th y, vào mùa ðông l p khơng khí 500 mét thư ng xu t hi n l p ngh ch nhi t (th hi n rõ giá tr nhi t ñ t i cao), mùa Hè l p ngh ch nhi t y u Do có l p ngh ch nhi t, l p khơng khí cao thư ng x y ngưng k t nư c B ng 2.1 Nhi t đ khơng khí kh o sát lúc 7h (0h GMT) ñ cao t i Hà N i (S li u 30 năm 1961 -1990) M c (mét) Tháng I Tháng VII Ttb Tmax Tmin Ttb Tmax Tmin 14,6 23,0 5,5 27,3 31,4 21,6 200 13,8 21,7 3,5 26,2 31,9 20,3 500 12,5 24,7 0,9 25,2 30,0 19,1 1000 10,6 21,4 0,6 22,8 27,7 16,0 1500 9,3 19,1 -1,5 20,0 24,8 15,3 2100 7,9 18,1 -1,7 16,6 20,8 2,0 3100 5,0 14,2 -3,7 11,1 15,7 7,9 Ngu n: TS Hoàng Th Phương H ng (ðài khí tư ng cao khơng Hà N i) Hi n tư ng thăng, giáng c a kh i không khí t ng đ i lưu thư ng di n hàng ngày, v i cư ng ñ m nh hay y u tùy theo ch ñ nhi t c a m t ñ t nguyên nhân làm nư c ngưng k t, t o thành mây, mưa Hi n tư ng ñi xu ng c a kh i khơng khí ( trung tâm áp cao, sư n núi xu ng ) làm cho khơng khí nóng lên, đ m xa d n tr ng thái bão hòa Hi n tư ng thăng, giáng c a kh i khơng khí m t hi n tư ng ñ c trưng quan tr ng c a t ng ñ i lưu T ng ñ i lưu chi m 80% kh i lư ng khí quy n 90% nư c, thành ph n khí quy n t ng ln ln di n s trao đ i gi a m t ñ t, m t ñ i dương khí quy n 1.2 T ng bình lưu (Stratosphere) T ng bình lưu t ng ti p giáp v i t ng ñ i lưu, lên cao t i 50 - 55km Ð c ñi m c a t ng bình lưu khơng khí b xáo tr n theo chi u th ng đ ng Có th tách t ng thành hai l p: - L p ñ ng nhi t: n m sát t ng ñ i lưu lên cao t i 25km, nhi t đ thay đ i, trung bình vào kho ng -550C L p khí quy n thư ng chuy n ñ ng theo chi u n m ngang t đơng sang tây Kích thư c kh i khơng khí có th t i hàng nghìn s 29 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p - L p ngh ch nhi t: ñ cao t 25 ñ n 50km t ng nhi t ñ tăng d n theo ñ cao, nhi t đ trung bình vào kho ng 00C, t i đa có th t i +100C Sư tăng d n nhi t đ c a l p khí quy n có th s có m t c a t ng ôzôn, ch t h p thu m nh tia sóng ng n c a b c x m t tr i - Phía t ng ngh ch nhi t ñ nh t ng bình lưu (Stratopause), nhi t đ n đ nh, kho ng 00C ñ cao 55km 1.3 T ng trung gian (Mesosphere) T ng trung gian n m t ng bình lưu cho đ n đ cao 80 - 90 km T ng nhi t ñ gi m d n theo ñ cao ñ t ñ n giá tr - 700C ñ n - 800C 1.4 T ng ñi n ly (Thermosphere) T ng ñi n ly hay g i t ng nhi t quy n t ng khơng khí có đ cao t 80 đ n 800km t ng khơng khí r t thưa loăng Dư i tác d ng c a tia b c x , ch t khí đ u b phân ly b ion hố m nh Khí quy n có đ d n ñi n cao Ð d n ñi n cao t ng ñi n ly nguyên nhân làm ph n h i sóng vơ n phát t m t ñ t, nh v y mà m i thi t b vơ n n m t ñ t, v tinh nhân t o m i có th ho t đ ng bình thư ng đư c T ng ion có th nh n th y hai c c đ i ion hóa đ cao 100 km 180 - 200km Ð c ñi m quan tr ng c a t ng khí quy n nhi t đ khơng khí cao tăng nhanh theo đ cao đ cao 200km có nhi t đ 6000C, gi i h n 20000C 1.5 T ng khuy ch tán (Exosphere) Gi i h n c a t ng vào kho ng 2000 ñ n 3000 km, t ng chuy n ti p gi a khí quy n khơng gian vũ tr (Outer space), khơng khí t ng r t thưa lỗng thành ph n ch y u hydrơ hêli M T Ð , KH I LƯ NG VÀ S PHÂN B KHÍ QUY N THEO CHI U CAO 2.1 M t đ khơng khí M t đ khơng khí kh i lư ng ch t khí có 1m3 khơng khí, t s gi a kh i lư ng th tích c a ch t khí, đư c kí hi u ρ L n ñ u tiên th gi i, m t đ khơng khí đư c xác đ nh vào th k th 17 sau sáng ch bơm khơng khí M t đ khơng khí u ki n tiêu chu n (áp su t khí quy n 760 mm; nhi t đ khơng khí 00C) b ng 1,293 kg/m3 Cịn n u áp su t khí quy n b ng 1000 mm m t đ khơng khí 1,276 kg/m3 M t đ khơng khí ph thu c vào m t s y u t v t lý như: nhi t ñ , áp su t khí quy n đ m khơng khí Ð xác đ nh m t đ khơng khí ngư i ta có th dùng thi t b máy móc ño ñ m tr c ti p, có th xác ñ nh m t cách gián ti p d a hai y u t nhi t ñ áp su t khí quy n Ð i lư ng ngh ch ñ o c a m t đ khơng khí đư c g i th tích riêng c a khơng khí (V): 30 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p V= (1) ρ M t đ khơng khí ph thu c vào nhi t đ (T) áp su t khí quy n (P) S ph thu c ñư c bi u th b ng phương trình Clapayron phương trình đư c rút t nh ng đ nh lu t v t lý b n Boymariotte Gayluitsac PV = RT Trong đó: (2) P- áp su t khí quy n (mm); V- th tích riêng; R- h ng s ch t khí; T- nhi t đ t đ i c a khơng khí Thay (1) vào (2) ta có: ρ P = R.T Th a nh n h ng s ch t khí R = 2,064 cal/mol ñ = 0,4845 hay ρ = 0,4845 x P (3) 273 + t t nhi t đ khơng khí tính theo đ bách phân (0C) Ta có th dùng phương trình (3) đ xác đ nh m t đ khơng khí đ áp su t c a khí quy n b t kỳ u ki n nhi t T phương trình (3) ta suy r ng: M t đ khơng khí t l thu n v i áp su t c a khí quy n (áp su t tăng kh i lư ng ch t khí có 1m3 khơng khí n m t đ khơng khí tăng) M t đ khơng khí t l ngh ch v i nhi t ñ Nhi t đ khơng khí tăng m t đ khơng khí gi m, nhi t đ tăng th tích tăng làm cho kh i lư ng c a m t đơn v th tích khơng khí gi m B ng 2.2 nh hư ng c a nhi t ñ m đ đ n m t đ khơng khí Nhi t đ khơng khí (0C) M t đ khơng khí (g/m ) 10 20 30 M t đ khơng khí khơ 1293 1247 1203 1165 M t đ khơng khí bão hồ nư c 1290 1241 1194 1194 11 18 Chênh l ch không khí khơ m M t đ khí quy n cịn ph thu c vào m đ khơng khí m t đ khơng khí gi m (b ng 2.2) m đ khơng khí tăng 31 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p M t đ khơng khí gi m nhanh theo đ cao c a khí quy n Càng lên cao kh i lư ng ch t khí m t đơn v th tích gi m s c hút c a trái đ t y u d n Nói cách khác, lên cao khơng khí thưa lỗng ti n d n vào không gian vũ tru 2.2 Kh i lư ng khí quy n s phân b theo đ cao Kh i lư ng khí quy n trái ñ t b ng 5,26.1018 kg Trong kh i lư ng c a đ a quy n 5,96.1024 kg Như v y kh i lư ng khí quy n ch b ng 1/1.000.000 kh i lư ng c a ñ a quy n Các k t qu nghiên c u g n ñây cho th y: G n 50% kh i lư ng khí quy n phân b t m t ñ t ñ n ñ cao 5km, 75% ñ cao 10km 95% ñ cao t m t ñ t ñ n 20km L p khí quy n 80km ch ch a 0,5% kh i lư ng c a Cho đ n vi c xác ñ nh ñ cao c a khí quy n cịn g p nhi u khó khăn lên cao khơng khí thưa lỗng Ngư i ta quan sát th y hi n tư ng c c quang ñ cao 1.100 km Ði u cho ta th y đ cao v n cịn khơng khí Nh ng ch t khí đ cao 1000 km tr lên h t s c loăng Các ch t khí có t c đ chuy n đ ng l n g n kh i trư ng tr ng l c c a trái ñ t t a vào không gian vũ tr Nhi u k t qu nghiên c u cho th y khí quy n trái đ t khơng có d ng đ i xung mà lép v phía m t tr i làm thành ch t khí c a trái đ t kéo d i hàng ch c v n s THÀNH PH N KHƠNG KHÍ TRONG KHÍ QUY N TRÁI Ð T 3.1 Thành ph n khơng khí c a l p khí quy n g n m t đ t B ng 2.3 Thành ph n khơng khí khơ, khơng b ô nhi m STT Tên ch t Công th c T l T ng kh i lư ng (t n) Nitơ N2 78,09% 3850 1012 Oxy O2 20,94% 1180 1012 Argon Ar 0,93% 65 1012 Cacbonic CO2 0,032% 2,5 1012 Neon Ne 18 ppm 64 109 Heli He 5,2 ppm 3,7 109 Metan CH4 1,3 ppm 3,7 109 Kripton Kr 1,0 ppm 15 109 Hydro H2 0,5 ppm 0,18 109 10 Nitơ ôxit N2 O 0,25 ppm 1,9 109 11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5 109 12 Ôzon O3 0,02 ppm 0,2 109 13 Sulfurdioxit SO2 0,001 ppm 11 106 14 Nitơ dioxit NO2 0,001 ppm 106 S trao đ i liên t c gi a khí quy n, ñ a quy n, th y quy n sinh quy n ñã t o nên nh ng cân b ng đ ng trì s có m t t n t i c a ch t khí khí quy n Trong m t đơn v th tích c a khơng khí khơ s ch có ch a 78,08% nitơ (N2), 20,95% ơxy (O2), 0,93% acgon (Ar), 0,03% cacbonic Các ch t khí nêon, li, cripton, hrơ, xênon ơzơn ch 32 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p chi m 0,01% (b ng 2.3) Trong khí quy n cịn có m t s ch t có thành ph n bi n ñ ng nư c, b i khói, ch t khí đ c h i, ion ch t h u th c v t th i 3.2 Vai trò c a ch t khí khí quy n a) Nitơ (N2) Là ch t khí chi m t l l n nh t, b xương c a khí quy n trái đ t Nitơ ngun t dinh dư ng cho m i th s ng, tham gia c u t o nên nhi u b ph n quan th ñ ng v t th c v t Trong s n ph m tr ng hàm lư ng nitơ t ng s khơng cao, song gi vai trị c c kỳ quan tr ng trình sinh trư ng, phát tri n, hình thành su t ph m ch t c a tr ng Vi n sĩ N.A Macximov cho r ng: V s lư ng, nitơ ch chi m v trí th tư thành ph n th th c v t sau ch t cacbon, hydro ôxy Ba ch t t o nên 95% tr ng lư ng th th c v t, nitơ ch chi m t ñ n 3%, thi u nitơ khơng th s ng đư c Nitơ t nhiên ngu n vô t n, th c v t khơng có kh đ ng hóa Ch m t s loài vi khu n s ng t ñ t Azotobacter, Clostridium pasterianum, vi khu n c ng sinh r h ñ u (Rhisobium), t o c ng sinh bèo hoa dâu (Anabaena) m i có kh đ ng hóa nitơ phân t - t o thành nh ng h p ch t ch a ñ m, b sung ngu n dinh dư ng cho ñ t Ph n l n th c v t s ng tình tr ng thi u nitơ b i r ch có th hút nitơ dư i d ng h p ch t NH4+ , NO3-, urea [CO(NH2)2 ] ho c Alanin (axit amin phân t nh ) Ngu n ñ m cung c p thư ng xuyên cho ñ t nh ng h p ch t nitơ tan nư c mưa, sương mù, sương mu i H p ch t hình thành ch y u trình phóng n khí quy n cung c p lư ng ñ m kho ng - kg/ha/năm, nh ng vùng khí h u nhi t đ i nhi u mưa dơng, lư ng đ m thu đư c t nư c mưa có th t i 13 - 14 kg/ha/năm Các s n ph m ph th i c a sinh v t (r , lá, thân ) m c nát ngu n cung c p ñ m cho ñ t Trong s n xu t nơng nghi p, ngồi nh ng ngu n đ m t nhiên k nơng dân cịn bón phân ñ m vô h u cho ñ t Nh ng xác ch t ñ ng, th c v t, s n ph ph m nông nghi p ngu n b sung m t lư ng ñ m ñáng k cho ñ t Quá trình chuy n đ i nitơ m t đ t hi n tư ng t nhiên, t o nên vịng tu n hồn nitơ khí quy n, gi tr ng trái cân b ng nitơ gi a đ t khí quy n Ði u gi i thích đư c b ng s t n t i c a th c v t b m t trái đ t khơng c n có tác đ ng c a ngư i ð khai thác ngu n tài nguyên nitơ khí quy n ngư i ñã s d ng nhi u phương pháp khác dùng nhi t ñ áp su t cao s n xu t phân vô cơ, s d ng phân vi sinh, tr ng h ñ u th bèo hoa dâu… b) Ôxy (O2) Ôxy chi m g n 21% th tích khí quy n, ch t có kh h p th ch n l c m t s tia b c x m t tr i góp ph n vào vi c u ti t ch đ nhi t khí quy n Ơxy ch t c n cho q trình hơ h p c a m i th s ng, trình ơxy hố ch t th đ ng hóa đư c, gi i phóng lư ng cung c p cho m i ho t ñ ng c a th Trong q trình hơ h p, sinh v t hút ơxy t khí quy n t th i khí cacbonic (CO2) Ơxy c n thi t cho s phân gi i ch t h u cơ, ch t th i, tàn dư sinh v t… làm s ch môi trư ng Gi s khí quy n khơng có ơxy, khơng có s phân gi i s n ph m th a 33 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p c a trình s ng, xác ch t đ ng th c, v t s làm cho môi trư ng b ô nhi m nghiêm tr ng Ơxy cịn c n thi t cho s ñ t cháy lo i nhiên li u, gi i phóng nhi t lư ng cung c p cho ho t đ ng cơng nghi p, giao thông v n t i ngành kinh t khác Ngu n cung c p ơxy cho khí quy n ch y u trình quang h p c a th c v t Cây xanh quang h p th i ơxy vào khí quy n, b i v y nh ng nơi có xanh hàm lư ng O2 cao khơng khí lành Hàm lư ng oxy khơng khí k ñ a ch t trư c ñây r t th p, hàm lư ng tăng d n qua các k Ðá vôi (C sinh), Chu la (Trung sinh), k Ð Tam (Tân sinh) cư ng ñ quang h p cao S suy gi m O2 gây nên nh ng h u qu nghi m tr ng v hô h p cho th gi i sinh v t, tình tr ng nghèo oxy kéo dài th s ch t Ð i v i th c v t, hàm lư ng 21% oxy khí quy n v n chưa ñáp ng ñ y ñ cho nhu c u sinh trư ng Ch có th c v t thu c nhóm C4 địi h i lư ng oxy lư ng CO2 th p Th nhưng, vi c ñ t cháy nhiên li u hoá th ch cơng nghi p, giao thơng tiêu t n oxy th i CO2 vào khí quy n Vào nh ng th p k g n ñây, tăng cư ng ho t đ ng cơng nghi p, nhiên li u hoá th ch b thai thác m c Ngoài ra, nhu c u nguyên li u g gia tăng nên di n tích r ng b thu h p nguyên nhân làm gi m hàm lư ng ơxy, tăng hàm lư ng CO2 khí quy n c) Ơzơn (O3) Là d ng thù hình c a ơxy, có mùi đ c bi t, đư c g i tên theo ti ng Hi L p Ơzơn có mùi) Ơzơn đư c hình thành tác d ng c a tia sóng ng n b c x m t tr i Các tia b c x có lư ng l n làm phân ly phân t ôxy thành nguyên t ; nguyên t ôxy l i liên k t l i thành ơzơn Lư ng ơzơn khí quy n khơng nhi u có m t t ng khí quy n cao t 10 ñ n 50 km, t p trung ch y u t ng t 25 ñ n 50 km Ơzơn lo i khí hi m l p khơng khí g n m t đ t M i phân t ơzơn đư c t o thành t nguyên t oxi, b i v y nhi u ngư i tin r ng ơzơn có ích cho th gi ng ôxi Nhưng th c t không ph i v y, nhi u k t qu nghiên c u ch rõ ơzơn đ c h i, s nhi m ơzơn tác đ ng x u ñ n su t tr ng M t khác, l p ôzôn cao l i r t có ích làm nhi m v b ph n l c, h p th b c x t ngo i t m t tr i chi u xu ng m t ñ t Nh ng tia t ngo i r t nguy hi m, tác đ ng đ n ADN c a t bào, gây ñ t bi n ung thư da Như v y ôzôn tác nhân gây ô nhi m v i khơng khí l p g n m t ñ t tác nhân b o v s s ng, ch ng tia t ngo i t ng bình lưu Trên t ng bình lưu c a khí quy n, nh ng tia t ngo i t m t tr i tác ñ ng v i oxy r i chuy n hóa thành ơzơn Ơzơn có th chuy n thành oxy (O2) nh nh ng ph n ng quang hoá Trong t nhiên t n t i m t cân b ng ñ ng gi a ơxy ơzơn, trì đư c l p ơzơn t ng bình lưu M t s lo i khí cơng nghi p phát th i có kh phân h y O3, làm th ng t ng ơzơn Ơzơn - ch n b o v Tác d ng c a b c x M t tr i trì s s ng hành tinh c a Tác d ng ph thu c vào ñ dài ban ngày, ñ cao M t tr i, mây, ñ m ñ nhi m b n c a khơng khí B c x M t tr i chi u xu ng Trái ñ t dư i d ng sóng n t v i ph bư c sóng r t r ng B c x M t tr i chi u t i gi i h n ngồi c a khí quy n Trái ñ t (ñ cao cách m t ñ t kho ng 3000km) g m tia gamma, tia rơn ghen, tia t ngo i, tia nhìn th y, tia h ng ngo i bư c sóng dài (sóng radio, TV) Các tia nhìn th y có bư c sóng t 0,39 µ* (ánh sáng tím) đ n 0,76µ (ánh sáng đ ) Khí quy n Trái đ t có tác d ng khu ch tán, h p th l c m t b ph n l n tia b c x M t tr i Vì v y, ngư i ta g i khí quy n ch n tia b c x , ch dành l i c a s cho m t ph n b c x M t tr i chi u xu ng m t đ t, “c a s ” dành cho tia nhìn th y, m t s tia t ngo i ñi qua m t "c a s " dành cho bư c sóng dài chi u 34 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p xu ng Trái đ t Trong khí quy n Trái đ t, t i ñ cao kho ng 80km t ng n ly (t ng ion hố) T ng ñi n ly có tác d ng h p th sóng c c ng n (bư c sóng nh 0,099µ) Các tia t ngo i có bư c sóng ng n, dao đ ng t 0,20 - 0,39µ Các tia có bư c sóng t 0,20 - 0,28 µ g i UV C, t 0,28 - 0,32 µ g i UV - B Các tia l i có bư c sóng dài t 0,32 - 0,39 µ g i UV - A Trong s tia UV - B có tác d ng tích c c nh t đ i v i ñ ng, th c v t ngư i UV - C b h p th b i thành ph n O3 c a khí quy n UV - A xuyên qua t ng ôzôn, l i b ph n x b i oxi nitơ tr l i vũ tr Như v y, th c t t n t i m t ch t nhiên b o v sinh quy n ch ng l i tác ñ ng nguy hi m c a tia t ngo i S dĩ tia t ngo i có bư c sóng dư i 0,28 µ khơng xun qua t ng bình lưu đư c có t ng ơzơn Khí ơzơn t nhiên đư c hình thành tia t ngo i chi u vào phân t oxi (O2), phân tách chúng thành nguyên t (O), nguyên t oxi l i ti p t c k t h p v i phân t oxi khác đ hình thành ơzơn (O3) Ph n ng di n theo bư c: O2 + B c x t ngo i = O + O O + O2 = O3 Ơzơn có th h p th lư ng b c x t ngo i l i phân hu theo ph n ng: O3 + B c x t ngo i = O2 + O Như v y, thiên nhiên, khí ơzơn ln ln phân hu tái t o, gi ñư c s t n t i n ñ nh cho l p ơzơn Khí ơzơn h p thu tia t ngo i nên có tác d ng che ch n cho b m t trái đ t Vì th , l p ơzơn khí quy n đư c g i chi c "ô b o v " hay "lá ch n" cho sinh v t Trái đ t gi i h n ngồi khí quy n, b c x t ngo i chi m 7% t ng lư ng b c x m t tr i, qua t ng khí quy n b ôzôn gi l i, ch l% chi u t i m t ñ t m t ñ t hàm lư ng b c x sóng ng n khơng nh ng khơng gây đ c h i cho th s ng mà cịn có tác d ng kích thích, thúc đ y q trình trao đ i ch t, làm tăng cư ng sinh trư ng, phát tri n ñ cho su t cao Trong nhi u th p k qua, ho t ñ ng thi u ý th c c a ngư i ñã ñang làm t n h i ñ n l p ơzơn c a khí quy n M t nh ng nguyên nhân quan tr ng nh ng ho t ñ ng thái c a n n công nghi p, giao thông v n t i, s d ng ngày nhi u than, d u khí đ t, th i vào khí quy n m i năm hàng trăm tri u t n khí đ c CO2, CFC, CO, CH4…, gây ô nhi m khí quy n phá h y t ng ơzơn Các nhà khoa h c d đốn r ng đ n năm 2030 s suy thối t ng ơzơn ph m vi toàn c u s 6,5% Ð c bi t, s suy thái x y m nh vĩ ñ cao, ñ n năm 2030 có th 16% 600N N u vi c c m s n xu t CFC có hi u qu s suy thối trung bình v n m c 2% 8% 600N d) Khí cacbonic (CO2) u ki n bình thư ng khí CO2 ch chi m 0,032% th tích khí quy n ngu n dinh dư ng quan tr ng c a th c v t, y u t t o thành su t Ho t ñ ng c a núi l a, q trình cháy, q trình hơ h p c a sinh v t, s phân h y h p ch t h u ngu n b sung khí CO2 thư ng xuyên cho khí quy n B c a th c v t nơi h p thu khí CO2 ch y u t nhiên Khí cacbonic c n thi t cho trình quang h p c a xanh, nguyên li u t ng h p ch t h u ñ m b o s sinh trư ng, phát tri n t o su t M t s lo i tr ng, lư ng CO2 khí quy n chưa đ cung c p cho trinh quang h p ñ ñ t su t cao Nhi u thí nghi m tăng d n n ng đ CO2 mơi trư ng s ng c a th c v t cho th y, nâng cao d n n ng ñ CO2 làm tăng cư ng ñ quang h p giúp th c v t sinh trư ng, phát tri n t t 35 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p Hàm lư ng CO2 thích h p đ i v i lo i tr ng không gi ng Hình 2.2 cho bi t m i quan h gi a cư ng ñ quang h p n ng đ CO2 c a m t lồi thơng Qua ñ th ta th y r ng kh ñ ng hoá cao nh t c a gi ng thơng hàm lư ng CO2 khơng khí ñ t t i 0,28% Hàm lư ng ñó cao g p 10 l n so v i ñi u ki n bình thư ng Lư ng CO2 thích h p cho ngư i gia súc t 0,02 - 0,03% N u tăng lên 0,2% s gây ng đ c có th gây ch t Vì v y cơng trình xây d ng nhà chu ng tr i ph i ñ m b o ñi u ki n thơng thống đ lư ng CO2 khơng tăng t i m c gây h i Th c v t h p th CO2 qua khí kh ng c ñ nh cacbon qua hàng lo t ph n ng c a trình quang h p B c x m t tr i ngu n lư ng s d ng ñ t ng h p nh ng ch t photphat cao (ATP Hình 2.2 Quang h p c a thơng Anñenozintriphotphate), tách hydro t phân n ng ñ CO2 khơng khí t nư c r i c đ nh CO2 thành glucoze Cùng lúc đó, m t lư ng tương ng O2 đư c gi i phóng vào khí quy n Lư ng cacbon mà th c v t c ñ nh hàng năm ph m vi toàn c u kho ng - 9.1013kg Trong m t ngày th c v t h p th CO2 su t t sáng s m ñ n chi u t i, ban ngày hàm lư ng CO2 gi m ñi, oxy tăng lên ñ t ñ n c c ñ i vào bu i chi u S trao ñ i CO2 x y gi a khí quy n đ i dương, nư c bi n ch a lư ng CO2 l n 50 l n so v i khơng khí v y đ i dương đóng vai trị u ch nh n ng đ CO2 c a khí quy n CO2 có kh h p th b c x sóng dài ph n x t m t đ t ban đêm nhi t đ khơng khí không xu ng th p Hi n khơng khí b nhi m, hàm lư ng CO2 ngày tăng gây nên "hi u ng nhà kính", nhi u th p k qua nhi t đ khí quy n ñang tăng lên (xem chương IX) e) Hơi nư c Hơi nưóc m t m t xích c a vịng tu n hồn nư c t nhiên m t u ki n nư c ngưng k t t o thành sương, sương mu i m t ñ t, sương mù mây t ng khí quy n r i gây mưa, t o nên hi n tư ng th i ti t khác Lương nư c ch a khí quy n t o nên đ m khơng khí Lư ng nư c có th bi n đ ng t m t vài ph n nghìn ñ n 4% th tích khí quy n (kho ng 0,02% vùng c c ñ i 2,5% vùng nhi t ñ i) Hơi nư c gi m nhanh theo đ cao khí quy n, đ cao 10-15 km khơng cịn th y nư c Hơi nư c đóng vai trị quan tr ng nhi u q trình v t lý x y khí quy n s h p thu, khúc x , khu ch tán b c x m t tr i t o nên hi n tư ng quang h c (qu ng, tán m t trăng, m t tr ì, c u v ng, ráng…) Hơi nư c cịn có vai trị vi c u ti t ch đ nhi t khí quy n nh kh h p thu sóng dài c a b c x , kh chuy n tr ng thái t th sang th l ng, th r n ngư c l i Hơi nư c có vai trị đ c bi t quan tr ng ñ i s ng th c v t, ñ ng v t ngư i Chúng ta s ti p t c nghiên c u k v n ñ ph n sau (xem chương IV) g) B i B i nh ng phân t v t ch t có kích thư c nh bé bay lơ l ng khí quy n Thành ph n c a b i khí quy n bi n ñ ng l n theo th i gian khơng gian B i có khí quy n q trình phong hóa đ t đá, q trình cháy c a m nh thiên th , cháy r ng, ho t ñ ng c a núi l a, ñ t cháy nhiên li u công nghi p, giao 36 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p thông v n t i, ho t ñ ng c a ngư i ñ ng v t… Năm 1938 ho t ñ ng c a núi l a Cracatau (Liên Xô cũ) sinh m t lư ng b i khói kh ng l bao b c c trái đ t, b i làm gi m cư ng ñ b c x m t tr i, làm xu t hi n nh ng màu s c ñ c bi t b u tr i kéo dài nhi u năm B i nh ng h t nhân ngưng k t nư c, ñ c bi t h t b i có ch a nh ng ch t hút m d tan nư c Khi hút ph n t nư c, b i d hòa tan t o thành nh ng h t dung d ch nh bé tr thành nh ng h t nhân ngưng k t r t t t ñi u ki n thu n l i h t nhân ngưng k t y l n d n lên ñ t o thành nh ng gi t nư c mưa B i có vai trị quan tr ng vi c u ti t ch đ nhi t khơng khí Nh ng ph n t b i nh bé có kh h p thu b c x nhi t L i d ng ñ c ñi m ngư i ta ñã dùng bi n pháp hun khói đ ch ng sương mu i, b o v tr ng mùa đơng Trong khơng khí ch a nhi u b i s gây nhi u b t l i cho tr ng Hi n tư ng sương mù khơ, sương mù đen ngăn c n ph n l n tia b c x m t tr i chi u t i m t lá, làm gi m cư ng ñ quang h p B i có th b t kín khí kh ng c a c n tr vi c thoát nư c m t lá, nh hư ng x u ñ n ch c sinh lý c a tr ng Hi n tư ng mưa axit, mưa m u Nga B c M hi n ñã tàn phá r ng, ñ ng ru ng b i công nghi p th i vào khí quy n mang tính axit ð nghiên c u b i, ngư i ta ñã phân lo i theo nhi u tieu chí khác +/ Phân lo i theo kích thư c: b i: Φ >10 µm; mù: Φ = 0,1 - 10 µm; khói: Φ < 0,1 µm G m lo i: b i bay b i l ng • B i bay: có kích thư c Φ = 0,001 - 10 µm (tro, mu i, khói h t ch t r n nh chuy n ñ ng Braonơ ho c rơi theo ñ nh lu t Stok Gây t n thương quan hô h p, b nh nhi m b i th ch anh (silicose) • B i l ng :có kích thư c l n 10 µm, rơi theo ñ nh lu t Niutơn, gây b nh cho m t, nhi m trùng, d ng da +/ Phân lo i theo ngu n g c: b i h u (ph n hoa, ph n côn trùng); b i vơ (b i khống, b i kim lo i, h n h p); b i t nhiên: b i vũ tr ; b i núi l a, bão cát; b i nhân t o: b i công nghi p, b i giao thông… +/ Phân lo i theo tính xâm nh p vào đư ng hơ h p: b i không l i ph nang: Φ 10 µm +/ Phân lo i theo ñ c ñi m khác: theo tác h i (nhi m ñ c, gây ung thư, xơ ph i, nhi m trùng) 3.3 Thành ph n khơng khí đ t Ð t ñư c c u t o b i nh ng h t có kích thư c khác nhau, gi a h t nh ng khe h ch a ñ y nư c ho c ch a đ y khơng khí Nh ng lo i đ t tr ng tr t thư ng có dung tích khe h l n tác ñ ng c a bi n pháp k thu t làm ñ t, x i xáo ho c r t o nên Khơng khí đ t m t nh ng y u t quan tr ng ñ m b o cho s sinh trư ng, phát tri n c a b r tr ng, loài sinh v t vi sinh v t s ng ñ t d ng th i y u t thúc đ y q trình phong hố, hình thành đ t Khơng khí đ t khơng có thành ph n c đ nh khí quy n Khơng khí đ t có hàm lư ng CO2 bao gi cao ngồi khí quy n đ t thư ng đư c b sung 37 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p CO2 s phân gi i ch t h u cơ, s hô h p c a sinh v t ñ t c a b r th c v t Hàm lư ng CO2 thay ñ i theo mùa sinh trư ng mùa khí h u Hàm lư ng ơxy nitơ đ t bao gi th p ngồi khí quy n s hô h p c a sinh v t ñ t ñã l y ñi m t lư ng ôxy nh t ñ nh Do hoat ñ ng c a vi sinh v t, s phân gi i ch t h u ñã th i m t s ch t khí mà ngồi khí quy n khơng có ho c v i hàm lư ng r t th p (H2S, NH3, CH4…) Theo Vítkêvic, thành ph n ch t khí đ t g m nitơ, cacbonic, ơxy 2.4 dư i Khơng khí đ t l p khơng khí sát m t đ t thư ng xun di n trình trao ñ i t o nên nh ng cân b ng đ ng làm cho khơng khí đ t có đ ph n t l c n thi t cho s s ng c a sinh v t ñ t Cư ng ñ trao ñ i ph vào tính ch t lý, hóa h c, ch ñ nư c ñ t trình canh tác b ng thành thu c Trong t nhiên q trình trao đ i b nhi u y u t chi ph i: * Áp su t khí quy n S bi n đ ng c a áp su t khí quy n xúc ti n q trình trao đ i khí đ t Khí áp tăng t o nên l c nén khơng khí vào đ t, khí áp gi m t o m t l c hút ch t khí t đ t Áp su t khí quy n y u t bi n ñ ng m nh thư ng xuyên, m t ñ ng l c thúc đ y q trình trao đ i * Gió: Cũng áp su t khí quy n, gió v a t o nên l c hút l c nén khơng khí v a xúc ti n q trình v n chuy n khơng khí m t ñ t Cư ng ñ trao ñ i x y m nh hay y u ph thu c vào t c đ hư ng gió m t ñ t B ng 2.4.Thành ph n ch t khí đ t * B c x m t tr i: B c x m t tr i đ t nóng l p đ t m t, khơng khí đ t b đ t nóng nên giãn n th tích, tr nên nh bay kh i đ t Khơng khí cao l nh nên có t tr ng l n, l ng xu ng thay th v trí c a khơng khí v a bay lên Ch t khí * Nư c mưa, nư c tư i Cũng nh ng y u t tích c c làm thay ñ i ch Cácbonic (Theo Vitkêvic, 1966) Gi i h n dao đ ng c a ch t khí (% th tích) Nitơ t 76 đ n 87 Ơxy t 10 ñ n 20 t 0,01 ñ n 10-12 đ khơng khí đ t Nư c mưa nư c tư i nư c chui vào khe h c a đ t, đ y khơng khí H u h t khe h ñ t ñ u ch a ñ y nư c sau mưa, đ m đ t gi m khơng khí d n d n chi m l i khe h c a ñ t S xen k gi a th i kỳ mưa không mưa, ho c gi a th i kỳ tư i không tư i, ch đ khơng khí đ t s đư c c i thi n theo hư ng có l i cho sinh v t ñ t * Thành ph n gi i c u trúc c a ñ t m t y u t có vai trị quan tr ng q trình trao đ i khí Các lo i đ t tơi x p có kích thư c h t Φ > 0,l cm t o kho ng cách l n gi a viên đ t, s trao đ i khí lo i ñ t x y manh so v i lo i ñ t ch t T nh ng s lý lu n ta có th c i t o đư c ch đ khơng khí đ t theo chi u hư ng có l i cho sinh trư ng c a b r tr ng thông qua bi n pháp k thu t làm đ t chăm sóc h p lý x i xáo, bón phân, tư i nư c 38 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p 3.4 Thành ph n khơng khí qu n th th c v t S có m t c a th c v t làm cho thành ph n khơng khí xung quanh chúng có s khác bi t l n v i khơng khí t c v hàm lư ng, thành ph n s phân b ch t khí M c ñ khác bi t ph thu c vào m c ñ phát tri n c a t ng tán th c v t (m t ñ , ñ cao ñ r m r p c a tán cây) Khi m t ñ thưa, ho c non m i gieo tr ng h u khơng có s sai khác nhi u gi a khơng khí qu n th so v i khơng khí t Khi trư ng thành, ñ che ph tán l n s khác bi t v thành ph n khơng khí qu n th th c v t khơng khí t tr nên đáng k Nguyên nhân gây s khác bi t tán th c v t ñã ngăn c n s trao đ i khơng khí gi a qu n th khí quy n t (t c ñ gió gi m, h n ch b c x m t tr i chi u xu ng m t ñ t Do s h p thu, ph n x ñi u ti t nhi t ñ nh b c a th c v t mà ch ñ nhi t khơng khí qu n th bi n đ ng so v i khơng khí bên ngồi M t khác ho t đ ng s ng thoát nư c, h p thu cácbonic, quang h p, hô h p n cho khơng khí qu n th th c v t có s bi n đ ng c v thành ph n t l m t s ch t a) Khí CO2 CO2 nguyên li u c a q trình quang h p đ ng th i l i s n ph m c a trình hơ h p, v y vào nh ng gi ban ngày lư ng CO2 gi m ñi ñáng k N u kh o sát t g c lên t ng tán d y nh t th y hàm lư ng CO2 gi m d n theo chi u cao Vào ban đêm xanh khơng h p thu CO2 mà th i m t lư ng đáng k q trình hơ h p làm cho hàm lư ng CO2 tăng v t lên có th đ t t i m c 0,06% - g p đơi hàm lư ng CO2 có khí quy n t b) Ơxy Ơxy qu n th th c v t có t l bi n ñ ng m nh ngư c chi u v i CO2 Lư ng O2 tăng lên vào ban ngày nh trình quang h p l i gi m ñi ñáng k vào ban ñêm b s d ng cho q trình hơ h p c) Hơi nư c Hơi nư c qu n th th c v t bao gi cao ho t đ ng nư c qua b m t c a xanh Vào ban ñêm nư c qu n th th c v t thư ng m c bão hòa ho c bão hòa Tuy nhiên, n u dư i tán dày khơng khí có nhi t đ cao m t tán đ m qu n th th p ð m cao thư ng thúc ñ y ho t ñ ng c a n m b nh vi sinh v t qu n th th c v t, v y k thu t canh tác ngư i ta thư ng ph i t a cành, t o tán, tr ng che bóng… thích h p đ u ti t ñ m B ng 2.5 nh hư ng c a bi n pháp tr ng che bóng đ i v i sâu, b nh h i cà phê chè Catimor Bi n pháp k thu t Vư Vư Vư Ngu huy n Hư ng hóa, Qu ng tr T l b sâu đ c thân (%)* n khơng che bóng 4,3 n che bóng thưa 2,9 n che bóng dày 1,8 n: ðồn Văn ði m, Lê Quang Vĩnh, 2001 B nh g s t (%)** T l b b nh Ch s b nh 5,3 0,47 5,6 0,56 10,3 0,91 Ghi chú: *Sâu ñ c thân: Xylotrechus quadripes Zeuzera coffea ** B nh g s t: Hemileia vastatrix 39 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p CÂU H I ÔN T P Anh /ch trình bày c u trúc c a khí quy n theo chi u th ng đ ng ? ð c m c a t ng khí quy n ? M t ñ , kh i lư ng phân b theo đ cao c a khơng khí đ nh m t đ khơng khí ? t ng đ i lưu ? Cơng th c xác Phân tích đ c ñi m c a thành ph n nitơ, CO2, O2, nư c, b i ñ t ? Vai trị c a chúng đ i v i sinh v t, phương pháp khai thác ? l p khơng khí sát m t Thành ph n Ơzơn (O3) khơng khí, Vai trị c a Ơzơn đ i v i khí h u trái đ t, q trình phân h y Ơzơn nguy t ng Ơzơn b th ng ? Thành ph n khơng khí ñ t qu n th th c v t ? Hãy nêu s bi n ñ ng vai trị c a m t s thành ph n ? 40 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi p ... 18 Chênh l ch khơng khí khơ m M t đ khí quy n cịn ph thu c vào m đ khơng khí m t đ khơng khí gi m (b ng 2.2) m đ khơng khí tăng 31 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng nghi... vào kho ng -5 50C L p khí quy n thư ng chuy n ñ ng theo chi u n m ngang t ñông sang tây Kích thư c kh i khơng khí có th t i hàng nghìn s 29 Trư ng ð i h c Nông nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nơng... o c a m t ñ khơng khí đư c g i th tích riêng c a khơng khí (V): 30 Trư ng ð i h c Nơng nghi p - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p V= (1) ρ M t đ khơng khí ph thu c vào nhi