Lớp:ĐH3K A PHẦN LÝ THUYẾT CÂU1: Căn cứ vào sự phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng , khí quyển được chia thành 5 tầng. 1 Tầng đối lưu: Tầng có bề dày : Ở vùng vĩ độ trung bình 0 – 11km Ở vùng vĩ độ cực 0 9 km Ở vùng vĩ độ thấp 0 – 17km Chiếm ¾ toàn bộ khối lượng khí quyển Đặc điểm cơ bản của nó: Nhiệt độ giảm theo độ cao với tần suất 6 – 7OC Trong tầng này sự xáo trộn của không khí theo chiều thẳng đứng và sự trao đổi nhiệt với bề mặt xảy ra đặc biệt rõ rệt . =>Chính các tính chất này là những nhân tố quan trọng làm ảnh hưởng đến các quá trình vật lý xảy ra ở đây. Trong tầng này cũng tập trung hầu như toàn bộ hơi nước của khí quyển và vì vậy, các quá trình thời tiết chủ yếu cũng xảy ra ở đây. 2 Tầng bình lưu Tầng này có bề dày từ 11 – 50km Đặc điểm cơ bản: Nhiệt độ tăng theo độ cao hoặc hầu như không đổi Nhiệt độ thấp nhất của nó cũng như nhiệt độ thấp nhất của đỉnh tầng đối lưu vào khoảng – 75 o C ( ở xích đạo) và khoảng – 55 oC ( ở cực ) . Từ độ cao 35km trở lên, nhiệt độ tăng theo độ cao rất nhanh. Tại đỉnh tầng bình lưu hạn nhiệt độ đạt xấp xỉ 0oC => Sự tăng nhiệt độ này là do quá trình hấp thụ bức xạ mặt trời của ozon nằm trên các độ cao này. trong tầng này hầu như k có các dòng không khí thẳng đứng và mức độ xáo trộn yếu.
Trang 1Đề cương môn KHÍ TƯỢNG CƠ SỞ.
Họ và tên: La Thị Thùy Linh
Lớp:ĐH3K A- PHẦN LÝ THUYẾT CÂU1:
Căn cứ vào sự phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng , khí quyển được chia thành 5 tầng
1- Tầng đối lưu:
* Tầng có bề dày :
Ở vùng vĩ độ trung bình 0 – 11km
Ở vùng vĩ độ cực 0- 9 km
Ở vùng vĩ độ thấp 0 – 17km
* Chiếm ¾ toàn bộ khối lượng khí quyển
* Đặc điểm cơ bản của nó:
- Nhiệt độ giảm theo độ cao với tần suất 6 – 7OC
- Trong tầng này sự xáo trộn của không khí theo chiều thẳng đứng và sự trao đổi nhiệt với bề mặt xảy ra đặc biệt rõ rệt
=>Chính các tính chất này là những nhân tố quan trọng làm ảnh hưởng đến các quá trình vật lý xảy ra ở đây
- Trong tầng này cũng tập trung hầu như toàn bộ hơi nước của khí quyển và vì vậy, các quá trình thời tiết chủ yếu cũng xảy ra ở đây
2- Tầng bình lưu
* Tầng này có bề dày từ 11 – 50km
* Đặc điểm cơ bản:
- Nhiệt độ tăng theo độ cao hoặc hầu như không đổi
Trang 2- Nhiệt độ thấp nhất của nó cũng như nhiệt độ thấp nhất của đỉnh tầng đối lưu vào khoảng – 75o C ( ở xích đạo) và khoảng – 55 oC ( ở cực )
- Từ độ cao 35km trở lên, nhiệt độ tăng theo độ cao rất nhanh
- Tại đỉnh tầng bình lưu hạn nhiệt độ đạt xấp xỉ 0oC => Sự tăng nhiệt độ này là do quá trình hấp thụ bức xạ mặt trời của ozon nằm trên các độ cao này
- trong tầng này hầu như k có các dòng không khí thẳng đứng và mức độ xáo trộn yếu
3 - Tầng trung quyển
* Tầng này có bề dày 50- 80 km
* Trong tầng này, nhiệt độ giảm theo độ cao, tại đỉnh tầng trung quyển nhiệt
độ chỉ còn –70oC trong mùa hè vào – 50 oC trong mùa đông
4 - Tầng nhiệt quyển
* Tầng có bề dày từ 80 – 500km
*Đặc điểm cơ bản :
- Trong tầng này nhiệt độ tăng lien tục theo độ cao
- Nguyên nhân là do các phân tử oxi hấp thu bức xạ cực tím của mặt trời nên bị ion hóa trở thành các nguyên tử
5- Tầng ngoại quyển
* Tầng có bề dày từ 500- 3000 km
* Nơi khí quyển tiếp giáp với các chất liên hành tinh
* Do ảnh hưởng của các tia vũ trụ, tại đây luôn xảy ra các phản ứng kích thích, phản ứng phân hủy, phản ứng ion hóa và các quá trình ngược lại như phát xạ, liên kết
Trang 3CÂU 2 : SỰ BẤT ĐỒNG THEO PHƯƠNG NGANG TRONG TẦNG ĐỐI LƯU
- Khí quyển không những bất đồng nhất theo phương thẳng đứng mà còn bất đồng theo phương ngang, đặc biệt, là trong tầng đối lưu tầng chịu ảnh hưởng trược tiếp của mặt đệm không đồng nhất
- Do sự khác nhau về tính chất của mặt đệm cũng như về vĩ độ địa lí nên cán cân bức xạ của mặt đệm ở các vùng các nhau là khác nhau Tuy nhiên, trong khí quyển cũng thường tồn tại những khu vực đủ rộng cho không khí ở đó có các yếu
tố khí tượng khá đồng nhất
=> Những vùng không khí như vậy được gọi là khối không khí ( hay còn được gọi là khí đoàn )
- Đặc trưng cơ bản của mỗi khối không khí là trạng thái nhiệt ẩm của nó
Căn cứ vào vị trí địa lí, người ta phân chia thành các khối không khí cơ bản sau:
1: Các khối không khí cực đới hay còn gọi là khối không khí băng dương
2: Các khối không khí ôn đới
3: Các khối không khí nhiệt đới
4: Khối không khí xích đạo
- Tùy theo mục đích nghiên cứu, người ta còn phân chia các khối không khí thành khối không khí nóng và khối không khí lạnh theo hai nghĩa: hoặc khối không khí là nóng ( hay lạnh ) khí nó nóng ( hay lạnh ) hơn khối không khí xung quanh: hoặc khối không khí là nóng (hay lạnh ) khi nó di chuyển đến trên mặt đệm lạnh hơn ( hay nóng hơn )
Giữa các khối khí khác thường tồn tại một vùng chuyển tiếp Trong trường hợp vùng chuyển tiếp đó hẹp ( nhưng chỉ vài chục đến vài trăm km ), qua vùng đó các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, gió biến đổi một cách đáng kể thì được gọi
là vùng front khí quyển
Trang 4- Mặt ngăn cách ( mặt bất liên tục của không khí ) giữa hai khối không khí được gọi là mặt front
Khi khói không khí di chuyển thì front sẽ di chuyển theo
Sự phân bố của các dòng không khí hai bên front sẽ quyết định hướng và tốc độ di chuyển của front
TRẠNG THÁI VÀ CÁC QUÁ TRÌNH VẬT LÝ XẢY RA TRONG KHÍ
QUYỂN
ảnh hưởng của quá trình xáo trộn thẳng đứng.Do tính chất bão hòa của hơi nước mà khí quyển chỉ chứa được một lượng hơi nước nhất định, Khi đạt đến trạng thái bão hòa , hơi nước thừa sẽ phải ngưng kết thành những giọt
nước.Hơi nước trong khí quyển có vai trò rất quan trọng đối với sự hấp thụ bức xạ và phát xạ.Ngoài ra, các quá trình ngưng kết của hơi nước tạo thành mây và mưa là những đối tượng nghiên cứu cơ bản của khí tượng học
ngưng kết của hơi nước ( như giọt nước , tinh thể băng), những hạt khói ,bụi, nhữn ion mang điện,v.v Tập hợp tất cả những hạt nhỏ nói trên ở trạng thái rắn hoặc lỏng, bay lơ lửng trong khí quyển được gọi là các hạt xon khí.Sự có mặt của xon khí có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với các quá trình và hiện tượng xảy ra trong khí quyển.Những hạt nước rất nhỏ trong không khí là giảm độ trong suốt của khí quyển; những giọt nước, hạt băng lớn tạo thành mây, sương mù.Các xon khí đều hấp thụ, phản xạ các dòng bức xạ trong khí quyển làm thay đổi nhiệt độ của không khí.Những hạt bụi nhỏ thấm nước còn góp phần quan trọng đẩy nhanh quá trình ngưng kết hơi nước, nó còn được gọi là những hạt nhân ngưng kết
CO2 trong khí quyển có quan hệ chặt chẽ với sự biến đổi của nhiệt độ trái
Trang 5đất.Từ sau năm 1950 lượng CO2 tăng mạnh là một trong những nguyên nhân làm tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu.Ngoài nguồn gốc tự nhiên, sự có mặt
nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất điện và công nghiệp, giao thông vận tải, khai thác rừng
quan trọng đối với quá trình vật lý xảy ra ở lớp khí quyển trên cao Ở gần mặt đất lượng O3 không đáng kể và một chất ô nhiễm, theo chiều cao lượng O3
tăng dần, đạt cực đại trong tầng bình lưu ở độ cao 25 – 30 km , ở độ cao hơn
trời, đặc biệt bức xạ cực tím, trong quá trình tạo thành do liên kết O3 không bền vững nên song song với qus trình tạo thành O3 là quá trình phân hủy O3
xảy ra theo chiều ngược lại nên tạo ra O2.
CÂU 4: CÁC PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI
Phương trình trạng thái của không khí khô
P = RTρk
Với R= R*/µ ( J/gK), µ= 28,966 ( g/mol)
Phương trình trạng thái của hơi nước
ρh = e/( Rh.Th)
Với Rh = R*/ µh ( J/kg.K) µh= 18,016.10-3 ( kg/mol)
Phương trình trạng thái không khí ẩm
ρa = ρk + ρh = P/( RT(1 + 0,608q))
Ý nghĩa của các phương trình trạng thái là xác định được mối liên hệ giữa các thông số trạng thái.Tính được mật độ, áp suất, nhiệt độ
CÂU 5:
Trang 6Nhiệt độ ảo
Khái niệm : Là nhiệt độ không khí khô cần phải có để có mật độ của nó bằng mật
độ của không khí ẩm trong cùng điều kiện khí áp
Ý nghĩa: để xác định độ ẩm của khối không khí
Công thức: Tv = T( 1 + 0,608q)
Bậc khí áp
Bậc khí áp là độ cao cần phải tăng lên hay giảm đi để khí áp giảm đi hay tăng lên 1mb
Ý nghĩa: là để xác định gần đúng độ cao theo hiệu các giá trị khí áp và ngược lại Công thức: h = dz/dp = (H0(1 + α tv))/p
CÂU 6:
* Phương trình tĩnh học của khí quyển:
dp = - ρ.g.dz
* Các công thức khí áp :
- Công thức khí áp tổng quát: công thức khsi áp tổng quát để xác định khí áp giảm theo độ cao bao nhiêu
+ Khí quyển đồng nhất: p2= p0 - gρ0z
+ Khí quyển đẳng nhiệt : z2 – z1 = (RT/g)ln(p1/p2)
+ Khí quyển đa nguyên: z = T0[1-(pz /p0) Rγt /g]/ γ
Ưu điểm : Công thức khí áp tổng quá đơn giản, dễ dang tính toán
Nhược điểm: không chính xác, vì công thức này coi gia tốc là gia tốc trọng trường là hằng số,nhiệt độ là hằng số, không khí là không khí khô trong thực tế thì nhiệt độ , gia tốc trọng trường luôn biến thiên còn không khí thì là không khí ẩm
Trang 7- Công thức khí áp toàn phần: z2 – z1 = 8000( 1+ α t)(1 + 0,608q)(1 + a1cos2φ)(1 +
a2z)ln(p1/p2)
Ưu điểm: Chính xác hơn công thức khí áp tổng quát do có xét đến sự thay đổi độ cao của nhiệt độ,gia tốc trọng trường biến thiên, không khí là không khí ẩm Nhược điểm : Công thức dài, khó nhớ
- Công thức khí áp rút gọn: z2 – z1 = 8000(1 + αTv).(p1 – p2)/p1
Ưu điểm: Vì vẫn coi không khí là không khí ẩm, nhiệt độ thay đổi theo độ cao, gia tốc trọng trường không đổi nên vẫn chính xác hơn công thức khí áp tổng quát, ngắn gọn, dễ nhớ hơn công thức khí áp toàn phần
Nhược điểm: không xét đến vĩ độ, sự biến thiên của gia tốc trọng trường nên chưa chính xác bằng công thức khí áp toàn phần
CÂU 7: BIẾN TRÌNH NGÀY VÀ NĂM
a) Biến thiên ngày của khí áp
Biến thiên ngày của khí áp có hai cực đại và hai cực tiểu Hai cực đại xảy ra lúc
10 giờ và 22 giờ, còn hai cực tiểu xảy ra lúc 4 giờ và 16 giờ Sự biến thiên này được gọi là áp triều
Áp triều được gây ra bởi lực hấp dẫn của mặt trời, mặt trăng lên trái đất cũng như dao động của chính khí quyển Tuy nhiên, sự nóng lên hay lạnh đi của khí quyển chủ yếu là khí quyển tầng thấp, có ý nghĩa rất lớn đến sự dao động của khí áp bề mặt
Do đó, trạng thái của mặt đệm và lượng hơi nước có trong khí quyển tầng thấp đều có ảnh hưởng rõ rệt đến đặc điểm của áp triều và và biên độ dao động ngày của khí áp có quan hệ mật thiết với biến trình ngày và đêm của nhiệt độ
Sự biến thiên của khí áp thể hiện rõ nhất ở các vĩ độ thấp Ở vùng nhiệt đới, biên độ dao động của khí áp có thể lên tới 3-4 mb Càng lên vùng vĩ độ cao
Trang 8biên độ dao động càng giảm Ở vĩ độ trung bình, biên độ dao động chỉ vào khoảng 0,3-0,6 m
Biến thiên không tuần hoàn của khí áp 24 giờ (∆p24) thường tăng theo vĩ
độ Ở vùng nhiệt đới yếu tố này chỉ vào khoảng 1 mb, ở vùng vĩ độ trung bình là 5-7 mb, còn ở vùng vĩ độ cao là 9-10 mb Đặc biệt khi các hệ thống khống chế khu vực thay đổi đột ngột thì biên độ dao động ngày đêm có thể lên tới 10-15 mb
Trong khí tượng, việc nghiên cứu những biến thiên khí áp có tầm quan trọng rất lợn, đặc biệt với việc dự báo thời tiết
b) Biến thiên năm của khí áp
Biên độ dao động năm của khí áp cũng phụ thuộc vào vĩ độ địa lí Ở vùng xích đạo, biến thiên năm của khí áp không đáng kể, biên độ dao động chỉ vào khoảng từ 2-3 mb, nhưng ở vùng vĩ độ trung bình, biên độ dao động năm có thể lên tới 20-30 mb
Có thể chia biến thiên năm của khí áp thành ba kiểu cơ bản sau:
Kiểu lục địa: Trên lục địa, khí áp đạt cực tiểu vào mùa hè và đạt cực đại vào mùa đông Nó biểu hiện rõ nhất ở các vĩ độ trung bình trên các đại lục lớn, đặc biệt là trên đại lục châu Á
Kiểu đại dương: Trên đại dương, khí áp đạt cực đại vào mùa hè và đạt cực tiểu vào mùa đông Ở vùng vĩ độ trung bình, biên độ dao động năm của khí áp từ 5-6
mb, còn ở vùng nhiệt đới, biên độ dao động chỉ khoảng từ 2-3 mb
Nguyên nhân gây ra hai kiểu biến thiên này là do sự nóng lên và lạnh đi không đều giữa lục địa và đại dương
Kiểu cực đới và cận cực đới: Trên những vùng này, khí áp đạt cực đại vào khoảng
từ tháng 4-5 và đạt cực tiểu vào khoảng từ tháng 1-2
Nguyên nhân của biến thiên này là do vào thời kì từ tháng 4-5 trên lục địa và đại dương, nói chung, có nhiệt độ gần xấp xỉ nhau, song trên các vùng cực và cận cực
Trang 9đới, đặc biệt là vùng Bắc Băng Dương, nhiệt độ vẫn còn tương đối thấp Do đó, khí áp ở đây đạt cực đại vào thời kì này Còn vào thời kì từ tháng 1-2, trên một diện tích lớn của Bắc Băng Dương, luôn có các xoáy thuận đi qua nên khí áp ở đây đạt cực tiểu
Trong các lớp khí quyển trên cao, biến thiên năm của khí áp ngược với biến thiên ở gần mặt đất
CÂU 8: ĐỊA THẾ VỊ
tĩnh mà trong thực tế không khí chuyển động liên tục.Thực tế càng lên cao cấp
độ gió càng lớn, không khí chuyển động từ nơi này sang nơi khác dẫn tới khí
áp biến đổi vì thế địa thế vị xác định biến đổi khí áp theo độ cao.Nó có nhược điểm đó là vẫn chưa xác định được theo phương ngang
- Công thức của độ cao địa thế vị: H= 29,2887Tvln(p0/pz)
CÂU 9: NHỮNG ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CHO TRƯỜNG BỨC XẠ
a) Thông lượng bức xạ:
đi qua bề mặt đó trong một đơn vị thời gian
b) Cường độ bức xạ
xét qua một đơn vị diên tích bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ tới điểm đang xét sau một đơn vị thời gian
c) Hệ số hấp thụ, phát xạ,phản xạ
Trang 10- hệ số phát xạ khối (e)
+ Vì năng lượng do vật thể phát ra phải đi qua bề mặt của nó nên người ta thường dùng khái niệm năng suất phát xạ của bề mặt vật thể
Năng suất phát xạ của bề mặt vật thể nào đó là năng lượng bức xạ ra từ một đơn
vị diện tích bề mặt vật thể đó trong một đơn vị thời gian
+ Công thức: dE = e.dm dω.dt
-Hệ số hấp thụ
+ Là tỉ số giữa phần năng lượng hấp thụ ở bề mặt và phần năng lượng tổng cộng tới nó
+ Công thức: a = F/F0
Hệ số hấp thụ mặt đất 0,85 < ađ < 0,99
d) Hệ số phản xạ
- Là tỉ số giữa cường độ bức xạ phản xạ bở mặt hoạt động ( I0 – I) với cường độ bức xạ tổng cộng chiếu tới nó I0
- Công thức: R = (I0 – I) / I0
CÂU 10: NHỮNG ĐỊNH LUẬT BỨC XẠ
a) Định luật Kirchhoff
- Trong điều kiện cân bằng nhiệt động , tỉ số giữa năng suất phát xạ và hệ số hấp thụ đơn sắc của bề mặt vật thể là hàm vạn năng của nhiệt độ và bước sóng chứ không phụ thuộc vào bản chất của bề mặt đó
- Biểu thức ηλT = FλT.aλT
của vật
Trang 11b) Định luật Wien
của vật đen tuyệt đối có giá trị cực đại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ của vật thể
- Biểu thức λmax T = 2897µm oK
- Ý nghĩa: Thiết lập mối quan hệ giữa λmax và T
c) Định luật Stefan – Boltzmann
- Khả năng phát xạ của vật đen tuyệt đối tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ
CÂU 11 : Sự suy yếu của các dòng bức xạ mặt trời đi từ giới hạn trên của khí quyển đến mặt đất, như đá nói, chủ yếu là do quá trình tán xạ cà hấp thụ bức xạ
do môi trường khí quyển gây ra
a)Sự hấp thụ bức xạ mặt trời
- Sự suy yếu của bức xạ mặt trời trong khí quyển, ngoài nguyên nhân tán xạ còn
do sự hấp thụ bức xạ bợi một số chất thành phần có trong khí quyển Tuy nhiên sự hấp thụ của mọi chấtđều có tính chọn lọc,nghĩa là mỗi chất khí chỉ hấp thụ những tia bức xạ có bước sóng nhất định
- Qua đường cong phân bố quang phổ này ta có thể nhận thấy :
1 Oxy hấp thụ bức xạ có bước sóng trong khoảng phổ nhìn thấy và phổ cực tím Trong khoảng phổ nhìn thấy ôxy hấp thụ mạnh dòng bức xạ có bức sóng 0.76 um
và 0.69 um, còn trong khoảng phổ cực tím nó hấp thụ mạnh dòng bức xạ có bức sóng < 0.2 um Sự hấp thụ này chủ yếu diễn ra ở các lớp khí quyển trên cao dẫn đến sự phân li phân tử ooxxy và tạo thành ozon
2 Hơi nước có ý nghĩa rất lớn trong việc hấp thụ bức xạ của khí quyển
- Bởi vì lượng hơi nước có trong khí quyển rất lớn và nó hấp thụ bức xạ ở nhiều khoảng phổ khác nhau Trong khoảng phổ nhìn thấy hơi nước hấp thụ mạnh bức
xạ có bức sóng từ 0.55=-0.73 um Trong khoảng phổ hồng ngoại hơi nước hấp
Trang 12thụ hoàn toàn bức xạ có bức sóng từ 5.5-7 um và bức xạ có bước sóng lớn hơn 14
um Trái lại, hơi nước hấp thụ bức xạ có bước sóng từ 8.5-11 um ( khoảng phổ này được gọi là của sổ khí quyển )
- Sự hấp thụ bức xạ của hơi nước có ý nghĩa quan trọng đối với, bức xạ sóng dài
từ mặt đất, chứ không có ý nghĩa đối với bức xa mặt trời vì năng lượng bức xạ mặt trời ở khoảng phổ đó rất nhỏ
3 Khí cacbonic hấp thụ bức xạ trong khoảng hồng ngoại, trong đó khoảng phổ bị hấp thụ mạnh nhất là khoảng bước sóng 4.3 um và 14.7 um
4 Ozon có khả năng hấp thụ bức xạ trong một số khoảng phổ, đặc biệt là khoảng phổ bức xạ cực tím từ 0,20-0,32 um
b) Tán xạ phân tử: Sự tán xạ bức xạ mặt trời có thể được phân thành hai loại: tán
xạ phân từ và tán xạ xon khí
- Bức xạ tán xạ lan truyền về mọi phía cũng dưới dạng sóng
- Kích thước của các phân từ gây khuyếch tán nhỏ hơn bước sóng của dòng bức
xạ tới;
- Các phần tử gây khuyếch tán có đối xứng dạng cầu về tính chất quang học; Môi trường gây khuyếch tán không dẫn điện;
- Các phân từ gây khuyếch tán không phụ thuộc vào nhau và khoảng cách giữa chúng lớn hơn độ dài bước sóng của dòng bức xạ tới
CÂU 12: BỨC XẠ MẶT ĐẤT, BỨC XẠ NGHỊCH CỦA KHÍ QUYỂN, BỨC
XẠ HIỆU DỤNG
a) Bức xạ mặt đất
Mặt đất , khí quyển cũng như bất kì một vật thể nào khác có nhiệt độ lớn hơn 0oK
đề có khả năng phát xạ.So với mặt trời thì mặt đất và khí quyển đề có nhiệt độ nhỏ hơn rất nhiều nên nó chỉ phát ra bức xạ sóng dài
Mật độ thông lượng của mặt đất được biểu diễn dưới dang: Fd = adσT4.Trong đó ad
là hệ số hấp thụ của mặt đất