...GT Khi tuong dai cuong.pdf tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vự...
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ TÀI NGUYÊN NƯỚC
***************************
TS Vũ Thanh Hằng ThS Chu Thị Thu Hường
GIÁO TRÌNH
KHÍ TƯỢNG ĐẠI CƯƠNG
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
“Khí tượng đại cương" là giáo trình dùng cho sinh viên hệ đại học ngành
Thuỷ văn trong trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội Nội dung của giáo trình tập trung trình bày các vấn đề cơ bản của khí tượng học như: cấu trúc khí quyển, chế độ bức xạ và chế độ nhiệt của bề mặt trái đất và khí quyển, nhiệt động học, động lực học, các quá trình tạo thành mây, giáng thuỷ và sương mù trong khí quyển, các hiện tượng tự nhiên xảy ra trong khí quyển
Giáo trình này được biên soạn nhằm truyền đạt cho sinh viên những kiến thức ban đầu, cơ bản nhất về khí tượng học nhằm hỗ trợ cho sinh viên ngành Thuỷ văn hiểu được những quy luật và quá trình xảy ra trong khí quyển Trong đó, những quá trình chuyển hoá, trao đổi, vận chuyển nhiệt,… của nước trong khí quyển được đặc biệt chú trọng
Nhằm giúp sinh viên nắm chắc hơn những kiến thức đã học và vận dụng những kiến thức đó vào thực tế, cuối một số chương, chúng tôi có biên soạn một số bài tập có nội dung sát với chương trình để sinh viên tự giải
Để hoàn thành cuốn giáo trình này, chúng tôi đã nhận được sự giúp đỡ chân thành của Hội đồng khoa học Khoa Khí tượng Thuỷ văn và Tài nguyên nước và của các bạn đồng nghiệp Xin phép bày tỏ lòng biết ơn của chúng tôi nhân dịp giáo trình này được xuất bản
Do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn giáo trình này vẫn còn những sai sót nhất định Chúng tôi rất mong nhận được sự góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp và anh chị em sinh viên sử dụng cuốn giáo trình này
Hà Nội, tháng 12 năm 2013
NHÓM TÁC GIẢ
Trang 3MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC HÌNH VẼ 4
DANH MỤC BẢNG 6
CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ KHÍ QUYỂN 7
1.1 MỞ ĐẦU 7
1.2 NHỮNG YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN 10
1.3 THÀNH PHẦN KHÍ QUYỂN 16
1.4 CẤU TRÚC THẲNG ĐỨNG CỦA KHÍ QUYỂN 20
1.5 SỰ BẤT ĐỒNG NHẤT THEO PHƯƠNG NGANG TRONG TẦNG ĐỐI LƯU 21
1.6 PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÔNG KHÍ 23
1.7 TĨNH HỌC KHÍ QUYỂN 26
BÀI TẬP 33
CHƯƠNG 2: BỨC XẠ VÀ CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA MẶT ĐẤT, MẶT NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ 35
2.1 CÁC DÒNG BỨC XẠ TRONG KHÍ QUYỂN 35
2.2 NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TRƯỜNG BỨC XẠ 37
2.3 NHỮNG ĐỊNH LUẬT BỨC XẠ CƠ BẢN 39
2.4 BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI GIỚI HẠN TRÊN CỦA KHÍ QUYỂN 42
2.5 SỰ SUY YẾU BỨC XẠ MẶT TRỜI TRONG KHÍ QUYỂN 43
2.6 BỨC XẠ CỦA MẶT ĐẤT VÀ KHÍ QUYỂN 48
2.7 CÁN CÂN BỨC XẠ 50
2.8 NHIỆT ĐỘ ĐẤT 53
2.9 NHIỆT ĐỘ NƯỚC 59
2.10 NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ 61
BÀI TẬP 64
CHƯƠNG 3: CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÔNG KHÍ TRONG KHÍ QUYỂN 66
3.1 NGUYÊN LÝ THỨ NHẤT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KHÍ QUYỂN 66
Trang 43.10 GIÓ ĐỊA PHƯƠNG 90
BÀI TẬP 93
CHƯƠNG 4: NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN 95
4.1 SỰ BỐC HƠI TRONG TỰ NHIÊN 95
4.2 ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ 99
4.3 SỰ NGƯNG KẾT HƠI NƯỚC TRONG KHÍ QUYỂN 101
4.4 GIÁNG THUỶ 112
CHƯƠNG 5: MỘT SỐ HIỆN TƯỢNG TRONG KHÍ QUYỂN 120
5.1 MÀU SẮC BẦU TRỜI VÀ HIỆN TƯỢNG RÁNG 120
5.2 NHỮNG HIỆN TƯỢNG QUANG DO SỰ KHÚC XẠ ÁNH SÁNG GÂY RA 122
5.3 HIỆN TƯỢNG CẦU VỒNG 127
5.4 HIỆN TƯỢNG QUẦNG 132
5.5 HIỆN TƯỢNG TÁN 134
5.6 DÔNG 135
5.7 CHỚP 140
5.8 NHỮNG VÙNG BỊ SÉT ĐÁNH VÀ CÁCH PHÒNG TRÁNH 142
PHỤ LỤC 144
TÀILIỆUTHAMKHẢO 147
Trang 5DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các thang độ của nhiệt độ và một số giá trị điển hình 10
Hình 1.2 Các ký hiệu hướng gió 13
Hình 1.3 Các loại mây cơ bản 15
Hình 1.4 Tỷ lệ phần trăm theo thể tích của các chất khí 16
Hình 1.5 Sự vận chuyển của hơi nước – nước trong chu trình nước 17
Hình 1.6 Phân bố lượng O3 theo độ cao 18
Hình 1.7 Mối quan hệ giữa nhiệt độ trung bình toàn cầu với lượng khí CO2 trong khí quyển (IPCC, 2007) 19
Hình 1.8 Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển phân chia theo chế độ nhiệt 21
Hình 1.9 Các khối không khí chính trên toàn cầu 22
Hình 1.10 Front lạnh 23
Hình 1.11 Front nóng 23
Hình 1.12 Sự thay đổi khí áp theo độ cao 26
Hình 2.1 Các dòng bức xạ mặt trời trong khí quyển 35
Hình 2.2 Dải sóng phát xạ của Mặt trời và Trái đất 36
Hình 2.3 Sơ đồ xác định cường độ bức xạ 38
Hình 2.4 Phân bố năng lượng bức xạ của vật đen tuyệt đối ở những giá trị nhiệt độ khác nhau 41
Hình 2.5 Độ cao mặt trời (h0) và khoảng cách thiên đỉnh z⊕ 44
Hình 2.6 Phổ bức xạ hấp thụ của một số chất khí trong khí quyển 47
Hình 2.7 Cán cân bức xạ của mặt đất vào ban ngày và ban đêm 51
Hình 2.8 Phân bố trung bình năm theo vĩ tuyến của cán cân bức xạ mặt đất, 53
Hình 2.9 Sơ đồ cán cân nhiệt của mặt đất vào ban ngày (trái) và ban đêm (phải) 54
Hình 2.10 Biến trình ngày của nhiệt độ đất ở các độ sâu từ 0,5-80 cm 59
Hình 2.11 Biến trình ngày của nhiệt độ trung bình trên mặt đất (1) và không khí ở độ cao 2m (2) 62 Hình 2.12 Biên độ dao động của nhiệt độ không khí trong ngày trời ít mây và nhiều
Trang 6Hình 3.3 Mực ngưng kết và chân mây tích 73
Hình 3.4 Đường đoạn nhiệt giả 74
Hình 3.5 Sự khác biệt về nhiệt độ và lượng mưa khi xảy ra hiệu ứng phơn 75
Hình 3.6 Sơ đồ biểu thị độ ổn định của khí quyển ứng với các trường hợp có tầng kết nhiệt khác nhau 79
Hình 3.7 Sơ đồ biểu diễn tầng kết nhiệt của khí quyển và các đường đoạn nhiệt khô 79
Hình 3.8 Sơ đồ biểu diễn các đường tầng kết nhiệt của khí quyển và đường đoạn nhiệt khô, đoạn nhiệt ẩm 80
Hình 3.9 Mối quan hệ giữa tỷ lệ giảm nhiệt độ của môi trường và phần tử với trạng thái của khí quyển 81
Hình 3.10 Xác định những điều kiện ổn định của khí quyển trong từng lớp khí quyển dựa trên phương pháp phần tử 82
Hình 3.12 Gió địa chuyển; a) Bắc bán cầu; b) Nam bán cầu 87
Hình 3.13 Gió gradient trong xoáy thuận 89
Hình 3.15 Gió ma sát giữa các đường đẳng áp thẳng 89
Hình 3.16 Gió ma sát trong xoáy thuận (a) và xoáy nghịch (b) 90
Hình 4.1 Mối quan hệ giữa biến trình ngày của nhiệt độ và độ ẩm tương đối 100
Hình 4.2 Sương (trái) và sương muối (phải) 102
Hình 4.3 Quá trình hình thành sương mù bốc hơi 104
Hình 4.5 Quá trình hình thành sương mù bức xạ 105
Hình 4.6 Quá trình hình thành sương mù bình lưu 105
Hình 4.7 Quá trình hình thành sương mù sườn dốc 106
Hình 4.8 Hệ thống mây front nóng 108
Hình 4.9 Hệ thống mây front lạnh loại 1 109
Hình 4.10 Hệ thống mây front lạnh loại 2 109
Hình 4.11 Hệ thống mây dạng sóng 110
Hình 5.2 Sơ đồ gãy khúc của tia sáng trong khí quyển 122
Hình 5.3 Quĩ đạo của tia sáng trong khí quyển 122
Hình 5.5 Sự tán sắc của các tia sáng trong khí quyển 124
Hình 5.6 Hiện tượng khúc xạ và tán sắc lúc mặt trời lặn 125
Hình 5.7 Sự khúc xạ trên trái đất 126
Hình 5.8 Hiện tượng ảo ảnh: a) Ảo ảnh dưới; b) Ảo ảnh trên 126
Hình 5.9 Sơ đồ vị trí của cầu vồng đối với mắt người quan sát 127
Hình 5.10 Đường đi của tia sáng khi chiếu qua hạt nước 129
Hình 5.12 Sự lệch hướng của tia sáng khi đi qua lăng kính 132
Trang 7Hình 5.16 Mô hình mặt cắt thẳng đứng của một tháp mây dông trong giai đoạn
phát triển đầu tiên 137
Hình 5.17 Mô hình mặt cắt thẳng đứng của tháp mây dông trong giai đoạn phát
triển hoàn chỉnh (trái) và giai đoạn tan rã (phải) 138
Hình 5.18 Các giai đoạn phát triển của đám mây dông 139
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Bảng cấp gió Beaufort và tốc độ gió tương ứng 14 Bảng 1.2 Bảng phân loại mây 15 Bảng 1.3 Thành phần không khí khô 19