ĐỀ CƯƠNG KHÍ TƯỢNG ĐẠI CƯƠNG

Câu 1: Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển Căn cứ vào sự phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng , chia khí quyển thành 5 tầng : tầng đối lưu , bình lưu , trung lưu , nhiệt quyển và tầng ngoại quyển • Tầng đối lưu Bề dày từ 0 – 9 km ở cực, 0 – 11 ở vĩ độ trung bình và 0 – 17 km ở vùng vĩ độ thấp Chiếm ¾ toàn bộ khối lượng khí quyển Nhiệt độ giảm theo độ cao với suất giảm khoảng 6 – 7oC1 km . Sự xáo trộn của không khí (theo chiều thẳng đứng ) và sự trao đổi nhiệt với bề mặt xảy ra đặc biệt rõ rệt, các hiện tượng thời tiết chủ yếu xảy ra ở đây • Tầng bình lưu : Bề dày 1150 km Nhiệt độ tăng theo độ cao hoặc gần như không đổi . Nhiệt độ thấp nhất của nó vào khoảng – 750C ở xích đạo và khoảng – 550C ở cực. Từ 35km trở lên, nhiệt độ tăng rất nhanh, tại đỉnh tầng hạn nhiệt độ xấp xỉ 00C • Tầng trung quyển : Bề dày 5080 km . Nhiệt độ tại tầng này giảm theo độ cao tại đỉnh tầng nhiệt độ chỉ khoảng 70oC (mùa hè ) và 50oC (mùa đông ) • Tầng nhiệt quyển : Bề dầy 80500 km Nhiệt độ tăng liên tục theo độ cao ( do các phân tử ôxy hấp thụ bức xạ cực tím của mặt trời ) . • Tầng ngoại quyển : Bề dày: 5003000 km Là nơi khí quyển tiếp giáp với các chất liên hành tinh nhiệt độ có thể lên tới 1500oK ít biển đổi theo độ cao Câu 2 : Càng lên cao nhiệt độ , hơi nước càng giảm: Theo chiều cao, nhiệt độ không khí biến đổi, ở những tầng khác nhau và trong những trường hợp khác nhau, nhiệt độ biến đổi khác nhau. Tính trung bình, nhiệt độ giảm đến độ cao 10 – 15km; sau đó tăng đến 50 – 60km, sau đó lại giảm. Càng lên cao thì không khí càng loãng, mật độ không khí giảm , áp suất giảm nên nhiệt độ giảm . Hơn nữa không khí hấp thụ bức xạ rất kém (do mật độ phân tử thấp), không khí ở gần mặt đất nóng hơn là do truyền nhiệt, bức xạ và cả phản xạ từ mặt đất . Hơi nước dần dần thâm nhập vào khí quyển từ phía dưới. Khi lan truyền lên cao, nó ngưng kết và tụ lại. Vì vậy, sức trương và mật độ hơi nước giảm theo chiều cao nhanh hơn sức trương và mật độ của các loại khí khác. Thêm vào đó, sức trương hơi nước giảm khi nhiệt độ giảm, mà càng lên cao nhiệt độ càng giảm . Vì vậy, lượng phần trăm của hơi nước chứa trong không khí cũng giảm theo chiều cao

KHÍ TƯỢNG ĐẠI CƯƠNGCâu 1: Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển

Căn cứ vào sự phân bố nhiệt độ theo phương thẳng đứng ,

chia khí quyển thành 5 tầng : tầng đối lưu , bình lưu , trunglưu , nhiệt quyển và tầng ngoại quyển

• Tầng đối lưu

- Bề dày từ 0 – 9 km ở cực, 0 – 11 ở vĩ độ trung bình và 0 – 17

km ở vùng vĩ độ thấp

- Chiếm ¾ toàn bộ khối lượng khí quyển

- Nhiệt độ giảm theo độ cao với suất giảm khoảng 6 – 7oC/1

km

- Sự xáo trộn của không khí (theo chiều thẳng đứng ) và sự traođổi nhiệt với bề mặt xảy ra đặc biệt rõ rệt, các hiện tượng thờitiết chủ yếu xảy ra ở đây

- Là nơi khí quyển tiếp giáp với các chất liên hành tinh nhiệt độ

có thể lên tới 1500oK ít biển đổi theo độ cao

Câu 2 : Càng lên cao nhiệt độ , hơi nước càng giảm:

Theo chiều cao, nhiệt độ không khí biến đổi, ở những tầngkhác nhau và trong những trường hợp khác nhau, nhiệt độbiến đổi khác nhau Tính trung bình, nhiệt độ giảm đến độ cao

10 – 15km; sau đó tăng đến 50 – 60km, sau đó lại giảm

- Càng lên cao thì không khí càng loãng, mật độ không khígiảm , áp suất giảm nên nhiệt độ giảm Hơn nữa không khíhấp thụ bức xạ rất kém (do mật độ phân tử thấp), không khí ởgần mặt đất nóng hơn là do truyền nhiệt, bức xạ và cả phản xạ

từ mặt đất

- Hơi nước dần dần thâm nhập vào khí quyển từ phía dưới.Khi lan truyền lên cao, nó ngưng kết và tụ lại Vì vậy, sứctrương và mật độ hơi nước giảm theo chiều cao nhanh hơn sứctrương và mật độ của các loại khí khác Thêm vào đó, sứctrương hơi nước giảm khi nhiệt độ giảm, mà càng lên caonhiệt độ càng giảm Vì vậy, lượng phần trăm của hơi nướcchứa trong không khí cũng giảm theo chiều cao

Câu 3 :

• Nguyên nhân hình thành hiệu ứng nhà kính : Kết

quả của sự của sự trao đổi không cân bằng về năng lượng giữatrái đất với không gian xung quanh, dẫn đến sự gia tăng nhiệt

độ của khí quyển trái đất Các khí nhà kính tự nhiên quantrọng nhất là CO2 và hơi nước Ngoài ra còn có những khí nhàkính nhân tạo khác như CH4, N2O, O3, CO, CFCS (đặc biệt làCFC-11 và CFC-12)

• Gọi là hiệu ứng nhà kính vì : Hiệu ứng nhà kính, xuất phát

từ effet de serre trong tiếng Pháp, do Jean Baptiste JosephFourier lần đầu tiên đặt tên, dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khinăng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổhoặc mái nhà bằng kính, được hấp thụ và phân tán trở lạithành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việcsưởi ấm toàn bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ởnhững chỗ được chiếu sáng

Ngày nay người ta hiểu khái niệm này rộng hơn, dẫn xuất từkhái niệm này để miêu tả hiện tượng nghẽn nhiệt trong bầukhí quyển của Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng là hiệu ứngnhà kính khí quyển

Câu 4 :

• Khối không khí : những khu vực đủ rộng cho không khí và

có các yếu tố khí tượng đồng nhất ( kích thước ngang có thểđến hàng vạn km chiều cao có thể đến hết tầng đối lưu )những vùng không khí đó gọi là khối không khí

• Đặc trưng cơ bản : giá trị nhiệt độ ở mặt đất và trên cao, giá trị

độ ẩm, bụi, tầm nhìn xa, Các khối không khí luôn luôn dichuyển trên bề mặt trái đất giữ được thuộc tính của mìnhtrong 1 thời gian nhất định sau đó bị biến tính và sẽ mang đặctrưng của 1 khối không khí mới trên mặt đệm mới đó

• Khối không khí nóng :

Người ta gọi những khối khí chuyển động tới mặt đất lạnhhơn (tới những vĩ độ cao hơn) là những khối khí nóng Nhữngkhối khí này gây hiện tượng nóng lên, song bản thân chúnglạnh đi từ phía dưới, do đó tạo nên ở những lớp dưới cùnggradien nhiệt độ thẳng đứng nhỏ Hiện tượng đối lưu khôngphát triển, mây tầng và sương mù chiếm ưu thế

• Khối không khí lạnh:

Người ta gọi những khối khí chuyển động từ trên mặt đất lạnhhơn đến mặt đất nóng hơn (thường từ vĩ độ cao xuống vĩ độthấp) là khối khí lạnh Trên đường đi khối khí lạnh gây cácđợt lạnh ở những nơi nó đi qua Mặt khác, trên đường đi khốikhí lạnh cũng nóng lên chủ yếu là từ phía dưới – từ mặt đất, vìvậy trong khối khí lạnh gradien thẳng đứng của nhiệt độ lớn,quá trình đối lưu phát triển kèm theo sự hình thành mây tích

và mây vũ tích cho giáng thủy rào

• Front khí quyển : vùng hẹp (vài chục đến vài trăm km) chuyểntiếp giữa các khối không khí, mà qua vùng đó các yếu tố khítượng biến đổi 1 cách đáng kể

• Front nóng : nằm giữa 2 khối không khí nóng lạnh khác nhau

và di chuyển về phía khối không khí tương đối lạnh hơn

• Front lạnh : di chuyển về phía khối không khí tương đối nónghơn Có 2 loại front lạnh: 1là front di chuyển chậm, 2 là front

η

λ λ

λ = =

Định luật này được thiết lập trong điều kiện cân bằng nhiệt động, trong khi, các quá trình bức xạ thường diễn ra ở điều kiện không cân bằng nhiệt động Do vậy phải xét đến quá trình cân bằng nhiệt động địa phương

Định luật này đặt mối quan hệ giữa khả năng phát xạ và khả

năng hấp thụ của vật 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 vật thể đó.

2. Định luật Wien

λmaxT = 2897 µm 0K

Định luật Wien thiết lập mối quan hệ giữa λmax với nhiệt độ TĐịnh luật: Tích của bước sóng ứng với khả năng phát xạ cực đạicủa vật đen tuyệt đối với nhiệt độ tuyệt đối của nó là một hằng

số Định luật này còn được gọi là định luật dịch chuyển bước sóng Theo định luật này, độ dài bước sóng λmax mà ứng với nó cường độ bức xạ phát ra của vật đen tuyệt đối có giá trị cực đại tỉ lệ nghịch với nhiệt độ của vật thể Như vậy, vật đen tuyệt đối nào có nhiệt độ càng cao thì năng lượng phát xạ càng tập trung ở vùng phổ sóng ngắn

3. Định luật Stefan - Boltzmann

Mật độ thông luợng bức xạ toàn phần của vật đen tuyệt đốiđược xác định theo công thức sau:

ta thấy, mật độ thông lượng bức xạ của vật đen tuyệt đối

tỉ lệ thuận với luỹ thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của nó

Câu 6: Nêu khái niệm,vẽ hình,trình bày phần thu,chi và đặc điểm của cán cân bức xạ của mặt đất.

Khái niệm : Tổng cộng các dòng bức xạ mà bề mặt trái đất,

khí quyển hoặc của hệ mặt đất - khí quyển do hấp thụ, phát

xạ, phản xạ trên một đơn vị diện tích (thường là 1 cm2), trong một khoảng thời gian nhất định (phút, giờ, ngày đêm, năm ) được gọi là cán cân bức xạ của mặt đất, khí quyển hoặc hệ mặt đất - khí quyển trong khoảng thời gian đó

b. Phần chi gồm có:

- Bức xạ phản xạ sóng ngắn từ mặt đất R,

- Bức xạ phát xạ sóng dài của mặt đất vào khí quyển Ed

Theo định nghĩa về cán cân bức xạ ta có:

Cán cân bức xạ mặt đất có giá trị dương nếu phần thu lớn hơnphần chi và ngược lại Thông thường vào thời gian ban ngàycán cân bức xạ dương, còn về ban đêm cán cân bức xạ âm.Cán cân bức xạ ngày đêm biến đổi trong giới hạn khá lớn, từgiá trị âm trong mùa đông đến giá trị dương lớn trong mùa hè.Xét cán cân bức xạ tháng và biến trình năm của nó ta thấy,chúng phụ thuộc vào vĩ độ một cách rõ rệt Nhìn chung cáctháng mùa hè, cán cân bức xạ dương; còn các tháng mùađông, cán cân bức xạ âm Càng lên vĩ độ cao, số tháng có cáncân bức xạ âm càng tăng lên

Cán cân bức xạ năm tại những địa điểm khác nhau cũng khácnhau rất nhiều Sự khác nhau này chủ yếu phụ thuộc vào vĩ độđịa lí, điều kiện mặt đệm (chủ yếu là giữa đất liền và mặtbiển) Nhìn chung cán cân bức xạ năm của mặt đệm là dương,đạt giá trị lớn và khá đồng đều ở vùng nhiệt đới rồi giảm dần

về phía cực Tại các vĩ độ gần vùng cực, cán cân bức xạ luônluôn âm

Ngoài ra, các kết quả tính toán cho thấy, nếu cùng một vĩ độthì cán cân bức xạ trên biển lớn hơn trên đất liền Giá trị lớnnhất của cán cân bức xạ năm (>140 kcal/cm2 năm) quan trắcđược ở vùng biển Ả-rập Trên đất liền, giá trị này nhỏ hơn, chỉ

xấp xỉ 100kcal/cm2 năm Cán cân bức xạ mặt đất dương đượccung cấp cho quá trình bốc hơi và sự trao đổi nhiệt giữa mặtđất và khí quyển.

Câu 7: Nêu khái niệm,vẽ hình,trình bày phần thu,chi và đặc điểm của cán cân bức xạ của khí quyển Đ ặc điểm của cán cân bức xạ hệ mặt đất-khí quyển

Khái niệm: Xét cán cân bức xạ của khí quyển Bk thực chất làxét phần năng lượng bức xạ thu - chi của một cột không khíthẳng đứng có thiết diện 1 cm2 kéo từ mặt đất đến tận giới hạntrên của khí quyển

Đặc điểm: cân bằng bức xạ của khí quyển trong năm tại tất cả

các điểm đều có giá trị âm

Đ ặc điểm của cán cân bức xạ hệ mặt đất-khí quyển:

Cán cân bức xạ của hệ mặt đất - khí quyển được xác định như

là tổng của Bd và Bk Do đó phương trình cán cân bức xạ của

hệ mặt đất - khí quyển có thể được biểu diễn như sau:

Bdk = Bd + Bk = I + D + Q* - U∞ trong đó phần thu là phần hấp thụ bức xạ sóng ngắn của mặtđệm S = I + D và của khí quyển Q*, còn phần chi là phần bức

xạ đi xa U∞

Cán cân bức xạ của hệ mặt đất - khí quyển không thể đo đượcmột cách trực tiếp mà chỉ có thể tính toán được Tại nhữngkhu vực khác nhau, cán cân này có thể dương hoặc âm khácnhau nhưng xét toàn bộ trái đất thì cán cân Bdk = 0 vì trạngthái nhiệt của trái đất về cơ bản là ổn định Như vậy, nếu Bd

của toàn bộ mặt đất tính trung bình trong một năm là 68kcal/cm2 năm thì cán cân bức xạ của khí quyển phải là - 68kcal/cm2 năm

Ta thấy cán cân bức xạ năm của hệ mặt đất - khí quyển chỉ cógiá trị dương trong khoảng từ 400N đến 400S Cán cân bức xạcủa mặt đất thì có giá trị dương rất lớn trong khoảng từ 800N đến

800N, song cán cân bức xạ của khí quyển lại luôn âm

Câu 8:Thế nào là biến trình ngày của nhiệt độ đất,giải thích thời điểm xảy ra giá trị cực trị trong ngày của nhiệt độ

đất,biến trình ngày của nhiệt độ đất phụ thuộc vào các yếu

tố nào?tại sao?

Khái niệm: Biến trình ngày của nhiệt độ đất là một dao động

tuần hoàn có một cực tiểu và một cực đại Cực tiểu thườngxảy ra vào trước lúc mặt trời mọc, còn cực đại thường quantrắc được vào lúc 13 giờ

Giải thích thời điểm xảy ra giá trị cực trị trong ngày của nhiệt độ đất:

- Cực tiểu trước lúc mặt trời mọc : vì khí đó ko khí phát

xạ lượng nhiệt ra bên ngoài là nhiều nhất dẫn đến ko khí lạnhnhất

- Cực đại xảy ra lúc 13h do mặt đất mất 1 khoảng thờigian để hấp thụ nhiệt bức xạ từ lúc mặt trời lên thiên đỉnh(12h)

Biến trình ngày của nhiệt độ đất phụ thuộc vào các yếu tố:

Vĩ độ, thời gian trong năm, tính chất của đất, quá trình bốchơi, lượng mây và sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và quyển

khí Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào hướng và độ nghiêngcủa mặt đất, phụ thuộc vào lớp phủ thực vật

Câu 9: Thế nào là biến trình ngày của nhiệt độ nước, giải thích thời điểm xảy ra giá trị cực trị trong ngày của nhiệt

độ nước, biến trình ngày của nhiệt độ nước phụ thuộc vào các yếu tố nào, tại sao ?

• Biến trình ngày của nhiệt độ nước : biến trình ngày của

nhiệt độ nước là một dao động tuần hoàn với những đặc điểmnhư có một cực tiểu và một cực đại cực tiểu thưởng xảy ravào thời điểm sau khi mặt trời mọc 2 đến 3 giờ và cực đại xảy

ra vòa lúc khoảng từ 15- 16 h biên độ dao động nhiệt độ:A=tmax – tmin

Giải thích thời điểm xảy ra giá trị cực trị trong ngày:

Cực đại vào lúc 15-16h do bức xạ mặt trời chiều xuống nhiềunhất vào lúc 12h trưa, và cần một khoảng thời gian để nướcbiển hấp thụ được bức xạ mặt trời đó

Cực tiều vào thời điểm sau khi mặt trời mọc 2 đến 3 giờ là vì,khi mặt trời mới mọc, mặt trời và mặt biển tạo với nhau mộtgóc khá nhỏ, do đó bức xạ mặt trời bị mặt biển phản xạ gầnnhư toàn phần

• Biến trình ngày của nhiệt độ nước phụ thuộc vào các yếu tố:

Yếu tố vĩ độ: Vĩ độ tăng => A giảm

Lượng mây: Tăng => A giảm

Mùa trong năm –mùa hè có biên độ dao động nhiệt lớn hơnmùa đông

Cả 3 yếu tố trên đều do ảnh hưởng của cường độ bức xạ mặttrời tăng hoặc giảm

Câu 10 :

• Biến trình ngày của nhiệt độ không khí là một dao động

tuần hoàn với những đặc điểm như có một cực tiểu và một cựcđại

- Cực tiểu thưởng xảy ra vào thời điểm trước lúc mặt trời mọc

và cực đại xảy ra vòa lúc khoảng từ 13-14 h biên độ daođộng nhiệt độ : A=tmax – tmin

Giải thích thời điểm xảy ra cực trị :

Cực đại từ 13-14 h: vì cũng giống mặt đất ko khí cũng cầnmột khoảng thời gian để hấp thụ lượng bức xạ (nhiệt) nênnhiệt độ mặt đất đạt cực đại lúc 13h

Cực tiểu trước lúc mặt trời mọc : vì khí đó ko khí phát

xạ lượng nhiệt ra bên ngoài là nhiều nhất dẫn đến ko khí lạnhnhất

• Biến trình ngày của nhiệt độ ko khí phụ thuộc vào các yếu

tố :

- vĩ độ địa lý –vĩ độ tăng thì biện độ giảm

- mùa trong năm –mùa hè có biên độ dao động nhiệt lớn hơnmùa đông

- lượng mây –trong những ngày quang mây biên độ dao độnglớn hơn những ngày nhiều mây

- mặt đệm-mặt đệm thực vật có biên độ dao động nhiệt nhỏ hơnmặt đệm đất

 cả 4 yếu tố trên đều do ảnh hưởng của điều kiện bức xạ ,cụthể, biên độ càng lớn khi có sự khác nhau lớn giữa độ chiếunắng ban ngày và bức xạ ban đêm

Câu 11: So sánh biến trình ngày của nhiệt độ đất, nước, ko khí

Sự khác nhau -cực đại :13h

:trước lúc mặttrời mọc

-có biên độdao động nhiệt(A)lớn nhấttrong 3 cái

-tính chấtả/h:nhiệt dungthể tích,độ dẫnnhiệt của đất

-cực đại 16h

:15 cực tiểu:saukhi mặt trờimọc 2-3h

-có biên độdao động nhiệt(A) nhỏ nhấttrong 3 cái -tính chấtả/h:nhiệt dungthể tích,tínhtrong suốt,tínhlinh động

-cực 15h

:trước lúc mặttrời mọc

-có biên độdao động nhiệt(A)nhỏ hơncủa đất nhưnglớn hơn củanước

-tính chấtả/h:đối lưu vàrối,ẩm

nhiệt,dẫn nhiệtp/tử

Sự giống nhau -đều là một dao động tuần hoàn với các đặc

điểm đó là trong ngày có một cực đại và mộtcực tiểu,có biên độ dao động nhiệt (A =tmax tmin ).-đều phụ thuộc vào :+vĩ độ tăng thì A giảm +lượng mây tăng thì Agiảm

-đều phụ thuộc và chịu sự chi phối của bức xạmặt trời

• giải thích: do tính chất và nhiệt dung riêng của các chất rắn

lỏng khí khác nhau nên dẫn đến sự khác nhau đó

Câu 12: So sánh biến trình năm của đất, nước, không khí

- biến trình năm của nhiệt độ là một dao động tuần hoàn đượcgây nên do hoạt động biểu kiến của mặt trời ,với những đặcđiểm như trong năm có một cực đại và một cực tiêu , biên độdao động nhiệt A (A = tmax – tmin ).

-sự giống và khác nhau về biến trình năm của nhiệt độ đất ,nước , ko khí đại dương.

Câu 13:

-quá trình đoạn nhiệt là quá trình trong đó phần tử ko khí,khối ko khí hay hệ nhiệt động ko trao đổi nhiệt với môitrường xung quanh trong quá trình di chuyển đi lên hoặc đixuống

-gradien đoạn nhiệt của nhiệt độ là sự biến đổi nhiệt độ củaphần tử ko khí,khối không khí khi nó di chuyển theo quá trìnhđoạn nhiệt

-sự giống và khác nhau giữa quá trình đoạn nhiệt khô ,đoạnnhiệt ẩm , đoạn nhiệt giả

Đoạn nhiệtkhô

Đoạn nhiệt ẩm Đoạn nhiệt giả

Sự

khác

nhau

-quá trìnhđoạn nhiệtkhô là sựbiến đổiđoạn nhiệtcủa khôngkhí khô haykhối khôngkhí ẩmchưa bãohòa

-là một quátrình thuậnnghịch

-quá trình đoạn nhiệt

ẩm là sự biến đổiđoạn nhiệt củakhông khí ẩm đã bãohòa ,với đặc điểmkhi di chuyển lêntrên các vật phẩmngưng kết đc tạothàng ở lại trongphần tử ko khi haykhối ko khí và cùngtham gia chuyểnđộng với nó

-là quá trình thuậnnghịch

-quá trìnhđoạn nhiệt giả

là sự biến đổiđoạn nhiệt của

ko khí ẩm đãbão hòa , vớiđặc điểm khi

di chuyển lêntrên các sảnphẩm ngưngkết rơi xuốngkhỏi phần tử

ko khí -đây là quátrình khôngthuận nghịch.Sự

giống

nhau

-đều là quá trình đoạn nhiệt -( các bạn nếu nghĩ ra cái j thêm, thì bổ sung nhé)