Bài viết với mục tiêu nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức đã học và bước đầu hiểu rõ hơn về phương pháp nghiên cứu lĩnh vực khoa học này, tác giả đưa ra cơ sở lý thuyết giản đồ thiên khí, thuyết trình khả năng xây dựng chương trình vẽ giản đồ thiên khí trên máy tính.
Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng phát triển XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIẢN ðỒ NHIỆT ðỘNG HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY ðÀO NGỌC HÙNG Khoa ðịa lý, Trường ðHSP Hà Nội I ðẶT VẤN ðỀ Trong nghiệp giáo dục ñào tạo, ñể ñáp ứng địi hỏi phù hợp với định hướng phát triển ngành mở rộng thêm ngành ñào tạo cử nhân ñịa lý, việc nghiên cứu sâu lĩnh vực khoa học chuyên môn yêu cầu tất yếu Phần “Khí tượng khí hậu sở” học phần tương đối trừu tượng, việc tiếp thu kiến thức khí sinh viên tương đối khó khăn Nhằm giúp cho sinh viên nắm vững kiến thức ñã học bước ñầu hiểu rõ phương pháp nghiên cứu lĩnh vực khoa học này, tác giả ñưa sở lý thuyết giản đồ thiên khí, thuyết trình khả xây dựng chương trình vẽ giản đồ thiên khí máy tính II XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIẢN ðỒ NHIỆT ðỘNG HỌC Giới thiệu chung giản ñồ nhiệt ñộng học Giản ñồ nhiệt ñộng học công cụ hữu ích cho muốn nghiên cứu khí Giản đồ nhiệt động học giản ñồ cho thấy biến ñổi yếu tố khí tượng theo độ cao Giản đồ gồm hệ thống ñường ñẳng bao gồm: ðường ñẳng áp đường nằm ngang, giá trị giảm dần theo ñộ cao ðường ñẳng nhiệt ñường thẳng ñứng, giá trị tăng từ trái qua phải Giá trị ñộ cao ñược tính theo cột bên phải dựa vào giảm nhiệt độ theo độ cao, tính trung bình 6,5 0C/1 km ðường nghiêng màu nâu ñường đoạn nhiệt khơ Nó cho ta thấy biến đổi nhiệt độ phần tử khơng khí chưa bão hịa từ mực khí áp đến mực khí áp khác Ví dụ khơng khí chưa bão hịa bề mặt ñất với áp suất 1010 mb nhiệt độ 30 0C ðến mực có khí áp 900 mb, phần tử khơng khí di chuyển lên tn theo q trình đoạn nhiệt khơ, nhiệt độ 20 0C Nếu phần tử khơng khí quay trở lại mặt đất, di chuyển xuống theo q trình đoạn nhiệt khơ, nhiệt độ lại 30 0C Trong số giản ñồ, ñường ñoạn nhiệt khơ đặc trưng nhiệt độ vị Nhiệt độ vị phần tử khơng khí độ cao nhiệt độ mà phần tử khơng khí có được, di chuyển theo q trình đoạn nhiệt khơ từ mực khởi điểm đến mực có khí áp 1000 mb ðường đứt cong màu xanh ñược gọi ñường ñoạn nhiệt ẩm Nó cho ta thấy thay đổi phần tử khơng khí bão hịa di chuyển lên xuống 36 Nghiên cứu khoa học ñổi nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý ðường xanh liền nét đường đẳng độ ẩm riêng bão hịa Khi biết nhiệt ñộ nhiệt ñộ ñiểm sương nơi đó, tính độ ẩm tương đối khơng khí Ví dụ, bề mặt có áp suất khí 1010 mb, nhiệt độ nhiệt ñộ ñiểm sương 30 0C 22 0C, tỷ hỗn hợp 17 g/kg Với nhiệt độ điểm sương 30 0C tỷ hỗn hợp 27 g/kg Như ñộ ẩm tương ñối là: (17/27)*100%=63% ðường xanh liền cho thấy nhiệt ñộ ñiểm sương thay ñổi khơng khí chưa bão hịa chuyển động lên xuống Nếu áp suất bề mặt phần tử khơng khí 1010mb nhiệt độ điểm sương tương ứng 22 0C Khi phần tử di chuyển lên tới mực có khí áp 700 mb, nhiệt ñộ ñiểm sương 17 0C Các phương trình cần thiết để xây dựng phần mềm giản ñồ nhiệt ñộng học ðường ñẳng áp ñường nằm ngang, vng góc với trục tung p x Khoảng cách ñường ñẳng áp 10 mb Giá trị tung ñộ y ñường ñẳng áp ñược xác ñịnh theo công thức sau: y= A ( p 0χ − p χ ) ( p − p hχ ) χ Trong đó: A khoảng cách ñường ñẳng áp p0 ph giản ñồ χ=0,286; A=42,8 cm; p0=1050 mb; ph=10 mb; A p0χ=7,3124; χ ( p0 − phχ ) = 7,95481 ðường đẳng nhiệt giản đồ thiên khí đường thẳng song song với nhau, vng góc với trục hoành khoảng cách chúng ñộ Những ñiểm trục hoành ñường ñẳng nhiệt thỏa mãn biểu thức sau: x = at+B Ở ñây t nhiệt độ tính độ Celsius (0C); a B số (khi xây dựng giản ñồ thiên khí ta lấy a = 0,3 cm/ 0C, B=24cm) ðường đẳng gram đường có giá trị độ ẩm riêng bão hịa Cách xác định phương trình ñường ñẳng gram ñược trình bày sau ñây Tỷ hỗn hợp tỷ số lượng nước lượng khơng khí khơ thể tích khơng khí ẩm Trong giản đồ nhiệt động học, giá trị ñộ ẩm riêng tỷ hỗn hợp (r) chênh lệch khơng nhiều Bởi để thuận tiện cho việc xây dựng ñường ñẳng gram, người ta dùng giá trị tỷ hỗn hợp thay cho ñộ ẩm riêng 37 Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng phát triển ðể xây dựng ñường ñẳng gram giản ñồ nhiệt động học, ta cần tìm tọa độ điểm đồ thị theo (t, p) Nếu cho rằng, tung độ biết tốn đơn giản hơn: ta cần tính hồnh độ điểm ñường ñẳng gram theo công thức R E r= c Rπ ( p − E ) Trong Rπ số khí nước 4,6151x106; Rc số khí khơng khí khơ 2,8705x106; p - áp suất khơng khí ẩm (mb); E - áp suất nước (mb) trạng thái bão hòa Áp suất nước trạng thái bão hòa hàm nhiệt độ Vì hồnh độ đường đẳng gram tính theo cơng thức: T −8,2969 −1 T T1 −4 T1 lg E = 10, 79574 1 − − 5.02800 lg + 1,51475*10 − 10, T T1 T1 4.769551− T +0, 42873*10 −3 10.0 − 1 + 0, 78614 Ở ñây T1= 273,16; T = 273,15 + t - nhiệt độ khơng khí bão hịa đo độ Kenvin ðường ñẳng gram xây dựng theo công thức đường có độ cong khơng lớn Trong giản đồ đường ñẳng gram nghiêng phía bên trái Khi biết giá trị E, tính giá trị nhiệt độ tương ứng ðường đoạn nhiệt khơ đường có giá trị nhiệt độ vị mà thỏa mãn phương trình sau: θ T = 1000 χ pχ Cho p =1000 mb ta tìm hồnh độ y ' = A * 1000 χ p 0χ − p χ ( ) T 1 − θ Trong T = 273,15 + t; R θ nhiệt ñộ vị; χ = k = 0, 286 Cp Tại mực khí áp 1000 mb θ = T y’=0 Trong hệ tọa ñộ t, p x ñường ñoạn nhiệt khô ñường thẳng Bởi ñể xây dựng đường đoạn nhiệt khơ ta cần xác ñịnh tọa ñộ hai ñiểm ñủ ðường ñoạn nhiệt ẩm: Trên giản đồ thiên khí ñường cong có nhiệt ñộ vị giả Phương trình đường đoạn nhiệt ẩm dạng vi phân có dạng sau 38 Nghiên cứu khoa học đổi nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa lý rL RC d ln p ' = d + C p d ln T + crd ln T T (9) Ở ñây p’=p-E áp suất riêng khơng khí khơ; L ẩn nhiệt ngưng kết (bốc hơi); C nhiệt dung riêng nước Sơ ñồ xây dựng phần mềm giản ñồ nhiệt ñộng học Số liệu ñầu vào Xây dựng giản ñồ Nhiệt ñộ, nhiệt ñộ ñiểm sương mực khí áp khác Xây dựng trục tung logp ñường ñẳng áp Xây dựng trục hoành ñường ñẳng nhiệt Xây dựng đường đoạn nhiệt khơ Xây dựng ñường ñoạn nhiệt ẩm Xây dựng ñường ñẳng gram Xử lý số liệu để có format phù hợp với chương trình Thơng tin đầu Hiển thị đường cong tầng kết nhiệt Hiển thị ñường cong trạng thái Xác ñịnh lượng bất ổn ñịnh Xác ñịnh ñặc trưng ẩm Xác ñịnh ñộ cao chân mây Sơ ñồ chương trình III MỘT SỐ NHẬN XÉT Giản ñồ nhiệt ñộng học ñem lại số kết sau: Nắm vững kiến thức q trình đoạn nhiệt, q trình thăng, giáng khơng khí, lượng bất ổn định khơng khí Hiểu xác ñịnh ñược ñộ ẩm tương ñối, mực ngưng kết, ñộ cao chân mây, ñộ dầy lớp mây 39 Khoa ðịa lý - 50 năm xây dựng phát triển Làm quen với việc lập trình cho ứng dụng cụ thể Rèn luyện kỹ sử dụng, phân tích giản đồ chun mơn, nhập sâu vào lĩnh vực khoa học chuyên môn ngành, hiểu sâu khí tượng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Матвеев Л Т Курс обшей метеорологии Физика атмосферы Л., Гидрометеоиздат, 1976 [2] Лайхтман Д Л Динамическая метеорология Л., Гидрометеоиздат, 1976 SUMMARY DEVELOPMENT OF ADIABATIC CHART SOFTWARE AND APPLICATION ON TRAINING DAO NGOC HUNG The adiabatic chart is a valuable tool for anyone who studies the atmosphere The chart itself is a graph that shows how various atmospheric elements change with altitude 40 ... L ẩn nhiệt ngưng kết (bốc hơi); C nhiệt dung riêng nước Sơ ñồ xây dựng phần mềm giản ñồ nhiệt ñộng học Số liệu ñầu vào Xây dựng giản ñồ Nhiệt ñộ, nhiệt ñộ ñiểm sương mực khí áp khác Xây dựng. .. áp khác Xây dựng trục tung logp ñường ñẳng áp Xây dựng trục hồnh đường đẳng nhiệt Xây dựng đường đoạn nhiệt khơ Xây dựng đường ñoạn nhiệt ẩm Xây dựng ñường ñẳng gram Xử lý số liệu để có format... ðường ñoạn nhiệt ẩm: Trên giản đồ thiên khí đường cong có nhiệt độ vị giả Phương trình đường đoạn nhiệt ẩm dạng vi phân có dạng sau 38 Nghiên cứu khoa học ñổi nội dung, phương pháp giảng dạy ñịa