Bài giảng Khí tượng nông nghiệp: Tuần hoàn nước trong tự nhiên và vai trò của chúng trong nông nghiệp

Bài giảng Khí tượng nông nghiệp: Tuần hoàn nước trong tự nhiên và vai trò của chúng trong nông nghiệp cung cấp cho học viên các kiến thức về chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên; độ ẩm không khí; sự bốc hơi nước; sự ngưng tụ hơi nước; mưa;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Tuần hồn nƣớc tự nhiên Chu trình tuần hồn nƣớc tự nhiên Độ ẩm khơng khí Sự bốc nƣớc Sự ngƣng tụ nƣớc Mƣa CHU TRÌNH TUẦN HỒN NƯỚC TRONG TỰ NHIÊN Nƣớc Chu trình tuần hồn nƣớc • Hơi • Lỏng • Rắn Đơn vị số hình nghìn km nƣớc vận chuyển năm Bề mặt diện tích trái đất 510 x 106 km Vai trị chu trình tuần hồn nƣớc • Nƣớc chiếm tới 80-90% trọng lƣợng thể thực vật • Vận chuyển nƣớc khí quyển, đất liền đại dƣơng • Vận chuyển lƣợng khí quyển: hồn lƣu khí bão nhiệt đới • Điều hòa độ mặn nƣớc biển cung cấp nguồn dinh dƣỡng cho sinh vât biển (quyết định suất hệ sinh thái biển) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Độ ẩm khơng khí • Các đại lƣợng đặc trƣng cho độ ẩm không khí – – – – – – – Áp suất nƣớc (sức trƣơng nƣớc - e) Áp suất nƣớc bão hòa (es) Độ ẩm riêng Độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tƣơng đối Độ thiếu hụt bão hịa Điểm sƣơng • Ảnh hƣởng độ ẩm khơng khí sản xuất nơng nghiệp • Biện pháp điều tiết sử dụng độ ẩm khơng khí Áp suất nƣớc bão hòa (Saturation Vapor Pressure) Áp suất nƣớc Vapor Pressure • Cịn gọi sức trƣơng nƣớc – e • phần áp suất nƣớc chứa khơng khí gây đƣợc tính miliba (mb) hay milimét cột thuỷ ngân (mmHg) • Đơn vị quy đổi: 1mb = 10-3bar = 100 N/m2 = 100Pa; 1mb = 3/4 mmHg Các bƣớc dẫn tới bão hịa nƣớc khơng khí Là áp suất nƣớc ứng với giới hạn tối đa nhiệt độ xác định es(T) = 6,1 x 107,6T/(242 + T) es(T) áp suất nƣớc bão hoà nhiệt độ T( 0C), đơn vị mb es (0oC) = 6,1mb Áp suất nƣớc bão hòa Diễn biến hàng ngày áp suất nƣớc es áp suất nƣớc bão hòa ea áp suất nƣớc khơng khí Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Diễn biến áp suất nƣớc theo mùa Độ ẩm riêng độ ẩm tuyệt đối • Độ ẩm riêng – Là lƣợng nƣớc tính gam chứa kg khơng khí ẩm (g/kg) • Độ ẩm tuyệt đối – Là lƣợng nƣớc chứa 1m3 khơng khí (g/m3) 0,81 a (g/m3) = x e + αt α hệ số dãn nở khơng khí (0,00366) e áp suất nƣớc (mb) Diễn biến độ ẩm tuyệt đối Độ ẩm tƣơng đối • Nếu có áp suất nƣớc khơng khí ea nhiệt độ ta áp suất nƣớc bão hoà nhiệt độ ta es(ta) độ ẩm tƣơng đối tỷ lệ phần trăm ea es(ta) R (%) = ea x 100 es (ta) • • • • Diễn biến độ ẩm tƣơng đối Độ ẩm tƣơng đối đặc trƣng cho trạng thái ẩm khơng khí Nếu ea < es(ta) khơng khí chƣa bão hồ nƣớc Nếu ea = es(ta) khơng khí bão hồ nƣớc r = 100% Nếu ea > es(ta) khơng khí q bão hịa nƣớc Độ thiếu hụt bão hịa • Độ thiếu hụt bão hồ hay độ hụt ẩm (d) hiệu số áp suất nƣớc bão hồ áp suất nƣớc khơng khí nhiệt độ xác định D = es(ta) – ea • Độ d cho biết độ ẩm khối khơng khí xa hay gần trạng thái bão hịa Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Diễn biến hàng ngày độ thiếu hụt bão hòa Diễn biến hàng năm độ thiếu hụt bão hòa Điểm sƣơng Điểm sƣơng áp suất nƣớc • Điểm sƣơng  nhiệt độ mà nƣớc chứa khơng khí đạt tới trạng thái bão hồ ea = es() • Khi ta = , khối độ ẩm khơng khí đạt tới trạng thái bão hịa, khoảng cách ta  lớn, khơng khí xa trạng thái bão hòa Diễn biến hàng ngày điểm sƣơng nhiệt độ khơng khí Mối quan hệ áp suất nƣớc bão hòa độ ẩm tƣơng nhiệt độ Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Ảnh hƣởng độ ẩm khơng khí sản xuất nơng nghiệp • Cƣờng độ nƣớc – Tăng lên năm lần độ ẩm khơng khí 90-95% giảm xuống cịn 50% • Các loại trồng khác có nhu cầu ẩm khác nhau: bơng hồ tiêu?? • Độ ẩm khơng khí cao kéo dài thời gian sinh trƣởng thu hoạch • Độ ẩm cao thấp làm giảm sức sống hạt phấn Độ ẩm cao làm giảm lan truyền hạt phấn • Ảnh hƣởng đến q trình bảo quản nơng sản – Hạt ngũ cốc: u cầu độ ẩm khơng khí thấp; độ ẩm cao kết hợp với nhiệt độ cao làm giảm chất lƣợng trọng lƣợng hạt nghiêm trọng – Rau quả: u cầu độ ẩm khơng khí cao nhiệt độ thấp • Ảnh hƣởng tới phát triển sâu bệnh Sự bốc nƣớc • Khái niệm • Các yếu tố ảnh hƣởng đến bốc – Bốc từ mặt nƣớc – Bốc từ mặt đất – Thoát nƣớc từ thực vật Biện pháp điều tiết sử dụng độ ẩm không khí • Điều tiết – Trồng đai bảo vệ cánh đồng nhằm ngăn gió khơ hạn chế tốc độ phân tán ẩm – Xây dựng hệ thống tƣới tiêu hoàn chỉnh tạo điều kiện cho trồng đƣợc tƣới đầy đủ – Trồng xen tăng mật độ trồng làm tăng độ ẩm khơng khí – Trồng rừng đào hồ để cải thiện độ ẩm khơng khí quy mơ rộng • Cần nắm vững diễn biến độ ẩm khơng khí theo khơng gian thời gian, đồng thời nắm vững nhu cầu độ ẩm loại khác nhằm bố trí trồng cho hợp lý Khái niệm • Bốc nƣớc (Evaporation) trình nƣớc từ trạng thái lỏng rắn chuyển sang trạng thái • Bốc nƣớc xảy nhiều cách – Bốc mặt nƣớc thoáng – Thoát nƣớc từ thực vật (Transpiration) – Bốc nƣớc từ mặt đất Sự bốc nƣớc (Evaporation and transpiration) • Khái niệm • Các yếu tố ảnh hƣởng đến bốc – Bốc từ mặt nƣớc – Bốc từ mặt đất – Thoát nƣớc từ thực vật • Bốc nƣớc thay đổi khí hậu Bốc thoát nước Evapotranspiration Các yếu tố ảnh hƣởng đến bốc • Năng lƣợng nhiệt cung cấp tiềm nhiệt (latent heat) cho trình bốc (bức xạ thuần, nhiệt độ khơng khí) • Khả vận chuyển nƣớc khỏi bề mặt bốc (gió, độ ẩm) • Sự sẵn có nƣớc để cung cấp cho q trình bốc (độ ẩm đất) • Bốc tiềm bốc nƣớc cung cấp không bị giới hạn Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Bốc từ mặt nƣớc Bốc từ mặt đất • Trạng thái vật bốc hơi: nƣớc trạng thái lỏng bốc mạnh trạng thái rắn • Diện tích mặt ngồi lớn bốc nhanh • Nhiệt độ vật bốc cao tốc độ bốc lớn động phân tử lớn • Nƣớc có nhiều tạp chất bốc chậm nƣớc tinh khiết làm giảm diện tích bề mặt bốc • Đất cát bốc nhanh đất giàu mùn, đất sét • Đất ẩm bốc nhiều • Mặt đất gồ ghề bốc nhiều mặt đất phẳng Nơi có đất cao bốc mạnh nơi đất thấp, đất lõm • Khi ẩm, mặt đất màu sẫm bốc mạnh đất màu nhạt • Đất có kết cấu cục bốc mạnh đất có kết cấu đồn lạp • Đất có mạch nƣớc ngầm cao bốc mạnh • Tốc độ bốc trực tiếp từ mặt đất có thực vật che phủ chậm so với đất trống Thoát nƣớc từ thực vật Hiệu sử dụng nƣớc • Điều kiện vật lý khí – Nhiệt độ – Độ thiếu hụt bão hịa – Tốc độ gió • Chủng loại trồng Water Use Efficiency (WUE) TRỌNG LƢỢNG CHẤT KHƠ (Kg) WUE = LƢỢNG NƢỚC THỐT HƠI QUA BỀ MẶT LÁ (Kg) – Số lƣợng khí khổng đóng mở khí khổng (stomatal conductance) – Hiệu sử dụng nƣớc trồng – Hệ số thoát nƣớc trồng Hệ số thoát nƣớc trồng Crop Coefficients (kc) Bốc nƣớc tiềm đƣợc tính bốc nƣớc thảm cỏ có chiều cao 0,12 m đƣợc cung cấp đầy đủ nƣớc ETo thay đổi theo mùa phụ thuộc vào điều kiện thời tiết ETo – bốc thoát nƣớc tiềm năng, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Etc tƣơng ứng với bốc thoát nƣớc thực tế quần thể trồng Kc phụ thuộc vào loại trồng Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Hệ số thoát nước trồng – Sự hấp thụ ánh sáng – Diện tích bề mặt tán quần thể thực vật (mức độ ghồ ghề) – Sinh lý trồng – Tuổi Etc – đo thực tế ETo – ƣớc tính dựa vào cơng thức Hệ số sử dụng nƣớc giai đoạn sinh trƣởng trồng Kc số loại trồng http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/500series/577100-5.pdf Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Sự bốc thoát nƣớc (Evaporation and transpiration) • Khái niệm • Các yếu tố ảnh hƣởng đến bốc – Bốc từ mặt nƣớc – Bốc từ mặt đất – Thoát nƣớc từ thực vật • Bốc nƣớc thay đổi khí hậu http://www.agf.gov.bc.ca/resmgmt/publist/500series/577100-5.pdf Sự ngƣng kết nƣớc • Khái niệm • Các sản phẩm ngƣng tụ – Sƣơng sƣơng muối – Sƣơng mù – Mây Khái niệm • Là q trình nƣớc từ thể chuyển sang thể lỏng thể rắn • Điều kiện ngƣng kết – ea ≥ E(ta) ta   • chuyển động ngang (bình lƣu) tràn lên bề mặt đệm lạnh • nhiệt ban đêm xạ • xáo trộn khối khơng khí bão hồ gần tới bão hồ có nhiệt độ khác • khơng khí chuyển động lên cao – Có hạt nhân ngƣng kết nƣớc – Nếu khơng có hạt nhân ngƣng kết, ngƣng tụ xảy r = 400-600% Sự ngƣng kết nƣớc • Khái niệm • Các sản phẩm ngƣng tụ – Sƣơng sƣơng muối – Sƣơng mù – Mây • Mƣa khí • Mƣa hữu hiệu – Sƣơng sƣơng muối – Sƣơng mù Sƣơng sƣơng muối • Hình thành mặt đất hay vật thể mặt đất lạnh • Do xạ mặt đất • Sƣơng đƣợc hình thành điều kiện ≥0oC cịn sƣơng muối hình thành ≤0oC • Sự hình thành sƣơng có lợi cho trồng cịn sƣơng muối thí ngƣợc lại • Sự hành thành sƣơng ngăn cản hình thành sƣơng muối • Điều kiện thuận lợi cho sƣơng sƣơng muối hình thành: – trời quang mây gió nhẹ – Thƣờng thấy thung lũng vùng trũng Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Sƣơng mù bốc (steam fog) Sƣơng mù • Hình thành lớp khơng khí gần mặt đất • Hạt sƣơng mù có kích thƣớc 2-5 • Sƣơng mù đƣợc hình thành khơng khí bị lạnh lƣợng nƣớc đƣợc tăng lên gây bão hịa nƣớc • Các loại sƣơng mù – Sƣơng mù xạ (radiation fog): mặt đất lạnh xạ mặt đất – Sƣơng mù bình lƣu (advection fog): khơng khí ẩm, nóng chuyển động mặt đất lạnh – Sƣơng mù bốc (steam fog): lƣợng nƣớc gia tăng khơng khí qua mặt sông, hồ – Sƣơng mù thành phố Sƣơng mù thành phố Mây • Là tập hợp sản phẩm ngƣng kết hay thăng hoa độ cao khác khí • Các chế bốc lên cao khơng khí dẫn đến ngƣng tụ tạo thành mây – Đối lƣu – Địa hình – Front – Trong vùng áp thấp (Mây ti) Các loại mây độ cao chúng (Ti tích) (Ti tằng) Slide (Trung tích) (Vũ tích) (Trung tằng) (Vũ tằng) Các chế thăng lên cao không khí (Tằng tích) (Mây tích) (Mây tằng) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Mƣa khí • Định nghĩa • Một số quy định mƣa • Phân bố mƣa – Không gian – Thời gian Định nghĩa • Là tên gọi chung nƣớc trạng thái lỏng hay rắn rơi từ đám mây xuống mặt đất dƣới dạng mƣa nƣớc, mƣa tuyết hay mƣa đá Một số quy định • Lƣợng mƣa đƣợc xác định bề dầy lớp nƣớc tính mm rơi xuống bề mặt trái đất nằm ngang, chƣa chảy nơi khác, chƣa thấm xuống đất chƣa bốc khoảng thời gian xác định (mm/năm, mm/tháng mm/ngày) • Cƣờng độ mƣa lƣợng mƣa tính mm rơi phút Cƣờng độ mƣa vƣợt 1mm/phút gọi mƣa rào • Quy định diện mƣa: • Quy định lƣợng mƣa – – – – – Mƣa không đáng kể : Mƣa nhỏ: Mƣa vừa: Mƣa to: Mƣa to: 100 mm – Mƣa vài nơi: số trạm có mƣa  1/3 tổng số trạm có mƣa khu vực – Mƣa rải rác: số trạm có mƣa từ 1/3 -1/2 tổng số trạm có mƣa khu vực – Mƣa nhiều nơi: số trạm có mƣa > 1/2 tổng số trạm có mƣa khu vực Phân bố lƣợng mƣa • Theo thời gian: – Chu kỳ ngày đêm: lục địa thƣờng mƣa vào nửa ngày buổi chiều Trên đại dƣơng thƣờng mƣa vào ban đêm sáng sớm – Chu kỳ năm: • khu vực xích đạo, mƣa nhiều vào xuân phân thu phân, mƣa vào sau hạ chí đơng chí • khu vực gió mùa, mƣa lớn vào mùa hè mƣa vào mùa đơng • Miền nhiệt đới, mƣa phần lớn rơi vào mùa đơng, mùa hè mƣa Phân bố lƣợng mƣa • Theo khơng gian – Lƣợng mƣa tăng theo chiều cao Sƣờn đón gió mƣa nhiều sƣờn khuất gió – Từ xích đạo đến hai cực: • Khu vực xích đạo lƣợng mƣa phong phú, trung bình năm 2000 mm • Đến khu vực nhiệt đới vùng hoang mạc nội địa ơn đới bắc bán cầu mƣa Trung bình năm khoảng 100 - 250mm • Khu vực ơn đới lƣợng mƣa lại tăng lên, trung bình năm 500-1000 mm vĩ độ cao lƣợng mƣa lại giảm xuống 200-300 mm/năm 10 ... Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Độ ẩm khơng khí • Các đại lƣợng đặc trƣng cho độ ẩm khơng khí – – – – – – – Áp... đối đặc trƣng cho trạng thái ẩm khơng khí Nếu ea < es(ta) khơng khí chƣa bão hồ nƣớc Nếu ea = es(ta) khơng khí bão hồ nƣớc r = 100% Nếu ea > es(ta) khơng khí q bão hịa nƣớc Độ thiếu hụt bão hịa... Là lƣợng nƣớc tính gam chứa kg khơng khí ẩm (g/kg) • Độ ẩm tuyệt đối – Là lƣợng nƣớc chứa 1m3 khơng khí (g/m3) 0,81 a (g/m3) = x e + αt α hệ số dãn nở khơng khí (0,00366) e áp suất nƣớc (mb) Diễn