TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO GIÁO VIÊN, HỌC VIÊN VÀ SINH VIÊN
RANH GIỚI MIỀN NHIỆT ĐỚI
Khu vực nhiệt đới trên trái đất có thể được xác định qua hai cách chính: theo quan điểm địa lý và theo quan điểm khí tượng.
Miền nhiệt đới theo quan điểm địa lý là miền nằm ở hai phía xích đạo và giới hạn bởi vĩ tuyến gần vĩ tuyến 23,5 o Bắc và Nam Bán cầu
Miền nhiệt đới được xác định trong khí tượng là khu vực nằm giữa hai vĩ tuyến 30N và 30S, gần trục cao áp cận nhiệt của mỗi bán cầu Khu vực này đặc trưng bởi đới gió đông, trong khi miền ngoại nhiệt đới có đới gió tây Để phân chia ranh giới giữa đới gió đông nhiệt đới và đới gió tây, người ta thường sử dụng tầng đối lưu ở độ cao 700mb Ranh giới này có sự biến động theo mùa và phụ thuộc vào vị trí địa lý.
1.2 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG NHIỆT CỦA MẶT ĐẤT
Mặt trời là nguồn năng lượng chính đối với các quá trình khí quyển trên trái đất
Miền nhiệt đới nhận lượng bức xạ nhiệt lớn nhất trên Trái Đất, đồng thời là khu vực có quá trình bốc hơi mạnh mẽ nhất từ mặt biển Điều này khiến miền nhiệt đới trở thành nguồn cung cấp nhiệt và ẩm, từ đó các dòng khí và dòng biển vận chuyển nhiệt ẩm đến các vùng vĩ độ cao.
Sự cân bằng giữa lượng bức xạ mà khí quyển hấp thụ và lượng bức xạ phát ra từ hệ thống trái đất - khí quyển giữ cho nhiệt độ trung bình của mặt đất và khí quyển ổn định trong thời gian dài Hoàn lưu với các chuyển động kinh hướng và chuyển động thẳng đứng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nhiệt của từng khu vực trên trái đất, với nhiệt độ ở xích đạo có giá trị trung bình ổn định.
Kết quả tính trung bình nhiều năm cho thông lượng bức xạ, lượng mưa, lượng bốc hơi, và vận chuyển nhiệt (bao gồm cả hiển nhiệt và ẩn nhiệt) là nền tảng để xây dựng các đường phân bố của các thông số này theo vĩ độ ở Bắc và Nam bán cầu.
Phân bố bức xạ trên trái đất chủ yếu phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, với hầu hết các vĩ độ nhận được bức xạ nhiệt dương, ngoại trừ khu vực gần hai cực (cách cực khoảng 15 độ vĩ đối với mỗi bán cầu) Tại những vùng này, lượng bức xạ nhiệt phát xạ từ bề mặt băng tuyết vượt quá lượng bức xạ nhận từ mặt trời.
Khí quyển hấp thụ ít năng lượng phát xạ sóng dài hơn so với lượng năng lượng nhận từ mặt đất Do đó, nhiệt độ từ mặt đất truyền vào khí quyển, tiếp theo, nhiệt lại được chuyển giao cho các lớp khí cao hơn và cuối cùng mất đi vào không gian vũ trụ.
Hình 1.1 Phân bố thông lượng bức xạ trung bình năm theo vĩ tuyến của mặt đất, khí quyển và hệ thống trái đất- khí quyển (Seller, 1965)
Cân bằng bức xạ của hệ thống trái đất-khí quyển bao gồm cả bức xạ của mặt đất và khí quyển Khí quyển có bức xạ dương ở miền nội nhiệt đới (giới hạn 40°S và 40°N) và bức xạ âm ở miền ngoại nhiệt đới Phần thừa bức xạ, tức bức xạ dương, chủ yếu tập trung ở miền nội nhiệt đới giữa 35° vĩ độ của hai bán cầu Trong khi đó, miền ngoại nhiệt đới thường thiếu bức xạ và được bù đắp bằng việc trao đổi nhiệt qua các dòng ẩn nhiệt và hiển nhiệt Để duy trì cân bằng nhiệt toàn phần và ổn định nhiệt độ trung bình ở các độ cao và vĩ độ khác nhau, cần có cơ chế vận chuyển nhiệt từ mặt đất lên khí quyển và từ miền nhiệt đới đến các vĩ độ cao.
Vận chuyển nhiệt từ mặt đất đến khí quyển diễn ra dưới dạng hiển nhiệt và ẩn nhiệt Nhiệt truyền từ vùng có nhiệt độ cao sang vùng có nhiệt độ thấp thông qua quá trình bốc hơi và ngưng kết hơi nước, cùng với sự vận chuyển của hệ thống mây Đặc biệt, trên biển nhiệt đới, lượng ẩn nhiệt được vận chuyển dưới dạng hơi nước lớn hơn nhiều so với lượng hiển nhiệt.
Hệ thống trái đất - khí quyển
Mặt đất nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ toàn cầu Theo Malkus, hơn 80% khí quyển hấp thụ nhiệt từ mặt biển và mặt đất dưới dạng ẩn nhiệt từ hơi nước, trong đó hơn một nửa lượng ẩn nhiệt này đến từ đại dương nhiệt đới nằm giữa 30° Bắc và 30° Nam Sự chuyển pha của nước trong khí quyển và quá trình vận chuyển hơi nước không chỉ giúp bảo toàn cân bằng nước mà còn góp phần vào việc vận chuyển ẩn nhiệt, lượng nhiệt này sẽ được giải phóng khi hơi nước ngưng kết.
Sơ đồ cân bằng nước trong hệ thống trái đất-khí quyển cho thấy, lượng mưa lớn hơn bốc hơi ở các đới từ 45-60 độ vĩ Bắc và Nam, cũng như trong khoảng 10 độ vĩ hai phía xích đạo Ngược lại, từ 10-40 độ vĩ, đặc biệt là ở các khu vực cận nhiệt đới, lượng bốc hơi vượt trội so với lượng mưa Lượng mưa cực đại tại xích đạo chủ yếu xảy ra dưới dạng mưa rào từ hệ thống mây tích trong dải áp thấp xích đạo Hai cực đại lượng mưa khác nằm ở các vùng ôn đới Bắc và Nam (khoảng 50-60 độ vĩ) do hoạt động của các chuỗi xoáy thuận Hai cực tiểu lượng mưa tương ứng với trục áp cao cận nhiệt ở khoảng 30 độ vĩ Mặc dù lượng bốc hơi lớn nhất không xảy ra ở xích đạo, nơi có lượng mưa lớn, nhưng lại nằm ở khu vực cách xa xích đạo khoảng 10-15 độ vĩ Hiệu lượng mưa trừ lượng bốc hơi dương chủ yếu xảy ra trên xích đạo và các khu vực có hoạt động mạnh của xoáy thuận ôn đới, trong khi giá trị ẩm cao gần trục dải cao áp cận nhiệt ít mưa.
Hình 1.2 Phân bố trung bình năm theo vĩ tuyến của lượng mưa, lượng bốc hơi, và hiệu giữa lượng mưa và lượng bốc hơi (inch/năm) (Seller, 1965)
Lượng mưa trừ bốc hơi
Bắc Bán cầu Xích đạo Nam Bán cầu ầ inch/năm
Khu vực bốc hơi mạnh thường mất nước do bốc hơi, trong khi nơi có mưa lớn hơn sẽ thu nhận lượng nước đó Đại dương, chiếm khoảng 3/4 diện tích bề mặt trái đất, mất nước do bốc hơi nhiều hơn so với lượng nước nhận được từ mưa, vì nước bốc hơi thành mây và di chuyển vào đất liền Nghiên cứu cho thấy lượng mưa từ dòng hoàn lưu chung lớn hơn lượng mưa từ hoàn lưu địa phương Miền cận nhiệt đới, với nhiệt độ cao và nằm trong khu vực tín phong trên đại dương, có lượng bốc hơi cực đại Theo Rielh và Malkus, khu vực tín phong này cung cấp năng lượng ẩn nhiệt và hiển nhiệt cho hoàn lưu toàn cầu, với một phần năng lượng được đưa về phía xích đạo dưới dạng hơi nước Hơi nước này được nâng lên trong khu vực rãnh xích đạo và nhánh phía nam của hoàn lưu Hadley, sau đó ngưng kết tạo ra các hệ thống mây tích, góp phần vào việc vận chuyển nhiệt lên các vĩ độ cao qua dòng thăng trong phản tín phong và đới gió tây ôn đới trên cao Chỉ một phần trong dải gần xích đạo rộng khoảng 10 độ vĩ cần có các khối mây tích lớn, hay còn gọi là "tháp nóng", để duy trì cân bằng nhiệt và đảm bảo vận chuyển lượng nhiệt lớn về phía cực.
Cân bằng năng lượng nhiệt theo vĩ độ được duy trì nhờ vào sự vận chuyển nhiệt của các dòng khí trong khí quyển và các dòng nước trong đại dương.
Các dòng hiển nhiệt trung bình năm ở các vĩ độ được xác định bởi các dòng biển và dòng khí vận chuyển Hướng di chuyển của các dòng hiển nhiệt chủ yếu từ miền nhiệt đới đến các vĩ độ cao, chủ yếu là do hoàn lưu khí quyển, trong khi chỉ khoảng 20-25% lượng nhiệt này được đại dương vận chuyển.
Phân bố theo vĩ tuyến trung bình năm cho thấy rằng ở phía bắc 5°N, năng lượng hiển nhiệt được vận chuyển bởi các dòng khí và dòng biển hướng về Bắc Cực, trong khi ở phía nam 5°S, năng lượng được vận chuyển về Nam Cực Cần lưu ý rằng trong hình vẽ, các vận chuyển nhiệt về Bắc Bán cầu nằm ở phía trên và về Nam Bán cầu ở phía dưới, không phải giá trị âm Dòng biển có cực đại vận chuyển hiển nhiệt ở vùng cận nhiệt, trong khi dòng khí có hai cực đại ở mỗi bán cầu Hơi nước cùng với lượng ẩn nhiệt được vận chuyển từ 20-25° vĩ mỗi bán cầu về phía cực, và từ đây, hơi nước lại được chuyển về vị trí trung bình của rãnh xích đạo (gần 5°N), cung cấp cho nhánh hoàn lưu Hadley phía nam và tạo ra các dải mây tích phát triển mạnh mẽ.