Bài giảng Khí tượng nông nghiệp: Chương 1

Bài giảng Khí tượng nông nghiệp: Chương 1 cung cấp cho học viên các kiến thức về năng lượng bức xạ mặt trời; đặc điểm vật lý và nguồn gốc năng lượng mặt trời, cấu tạo mặt trời, sơ đồ hệ mặt trời của Nicola Côpecnic, tính toán năng lượng mặt trời; đặc điểm thiên văn Hệ mặt trời - Trái đất; cường độ bức xạ mặt trời; chế độ mặt trời vùng nội chí tuyến;... 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 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Ch-¬ng I l-ợng xạ mặt trời 1.1 Đặc điểm vật lý nguồn gốc lợng mặt trời  mỈt trêi cã  = 1,39.106 km, V = 1,41.1018km3 Nhiệt độ quang cầu 6000 0K, vùng lõi 15.106 0K, sắc cầu 106 0K, nhật hoa 20.103 0K Thành phần mặt trời gồm 70 - 71% thể tÝch lµ H2, 27 - 29% lµ Heli vµ - 3% khí khác Dới áp suất nhiệt độ lớn, phản ứng nhiệt hạch xảy tạo l-ợng khổng lồ nêu trên: H2 He + Q Ph¶n øng x¶y bíc: B1 H + H = H2 +  B2 H + H = He +  + e He3 + He3 = He4 + 2H1 B3 CÊu tạo mặt trời vùng lõi (core) vùng phát xạ (Radiation layer) vùng đối lu (Convective layer) quang cầu (Photosphere) sắc cầu (Chromosphere) nhật hoa (Corona) Tai löa (Sunspot) Hoạt động Mt tri Cấu tạo mặt trời vùng lõi vùng phát xạ vùng đối lu quang cầu sắc cầu nhật hoa Tai lửa Sơ đồ Hệ mặt trời Nicola Côpecnic Tính toán l-ợng mặt trời Theo Einstain l-ợng sinh tính theo công thøc: E = C2.m ®ã: h»ng sè C = 107 jun, m = (4mH1 - mHe4)  NÕu cã 1g H2 phản ứng m = 0,01g nên E = 1012 jun Cứ giây tiêu hao H2 nên l-ợng sinh tới 4.1018jun/s 5,7.1016 Kcal/phút Hằng số mặt trời l-ợng BXMT chiếu cm 2, phút mặt cầu t-ởng t-ợng có tâm mặt trời bán kính ĐVTV, (chính giới hạn khí trái đất) + 3,5% Cal/cm2/phót (Odum - 1971) §VTV = 149.6.106 km khoảng cách TB từ TĐ đến MT Năng l-ợng toàn phần mặt trời chiếu mặt cầu t-ởng t-ợng có tâm mặt trời bán kính ĐVTV đ-ợc gọi công suất mặt trêi (W)  VËy W = 4R2.I0 W = 3,86.1026 jun/s (hay watt) Mặt trời phát hạt electron pozitron gọi gió mặt trời, gây bÃo từ trái đất 7/18/15 Lp Hc Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ 1.2 Đặc diểm thiên văn Hệ mặt trời – Trái đất 1.3 Cường độ Bức x mt tri Đơn vị c-ờng độ BXMT Xuân phân (21/III) 152.106 km (5/VII)       147.106 Km (3/I) Đông chí (22/XII) Hạ chí (22/VI) Cal/cm2/phút (Bội số Kcal/cm2/năm) 100 lux = 1Watt/m2 microeinsteins/m2/s = 10 lux lengli = cal/cm2 cal/cm2/phót = 69 930 lux Jun = 0,24 calo watt = 14,3 calo Gọi Q l-ợng chùm tia sáng: Q = I.[AB] = S'.[CB] S' l-ợng mặt nằm ngang [AB] S' = I [CB] S' = I.sinh0 A I h0 S' C mặt nằm ngang B Hình Sơ đồ trực xạ bề mặt nằm ngang Thu phân (23/IX) Ch độ mặt trời vùng nội chí tuyến Chuyển động biểu kiến mặt trời (Solar zenith) Sự hấp thụ xạ sóng ngắn sóng dài số chất khí bầu khí (Fleagle & Businger 1980) Hình 1.2 Phổ xạ mặt trời chiếu xuống mặt ®Êt (Gates, 1965) [Khi xuyªn qua khÝ qun (I) ; mặt biển nhận đ-ợc vào ngày trời nắng (II); xuyên qua lớp mây dày (III); xuyên qua thảm thực vật (IV) xuyên qua mái kính (V)] CO2 l cht khớ nhà kính chủ yếu, khơng có CO2, nhiệt độ ca trỏi t = -18oC Ôxy (O2) hấp thu: bớc sóng 0,69 - 0,76 < 0,2 Ôzôn (O3) hÊpthu: bíc sãng 0,2 - 0,32  vµ 0,43 - 0,75  Cacbonic (CO2) hÊp thu: 2,05 - 2,7 ; 4,3 12,9 - 17,1 Hơi nớc (H2O) hÊp thu: bíc sãng 0,58 - 0,61, 0,68 - 0,73 vµ - 40 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Hình 1.3 Sơ đồ đường tia sỏng khớ quyn Bảng Khối l-ợng khí (m) tia sáng qua ứng với độ cao mặt trời (h o) độ cao mặt trời (ho) 90o 70o 60o 50o 40o 30o 20o 10o 5o 3o 1o 0o Khèi l-ỵng khÝ qun (m) 1,0 1,06 1,15 1,3 1,55 2,0 2,9 5,6 10,4 15,3 28,9 37,4 H×nh 1.4 Độ cao mặt trời đ-ờng tia sáng khí vĩ độ I = I0.Pm Trực xạ (S): Phần l-ợng BXMT chiếu xuống mặt đất d-ới dạng tia song song, trực tiếp từ mặt trời S tiêu đánh giá khí hậu vùng, S phụ thuộc: vĩ độ, độ cao địa hình, mùa năm, thời tiết Tán xạ (D): Phần l-ợng BXMT chiếu xuống mặt đất sau bị khuyếch tán khí Định luật Roley: D tû lƯ nghÞch víi l thõa bËc b-ớc sóng kích th-ớc phần tử gây khuyếch tán: C D = - I D = - Io (1- Pm) sinho Tổng xạ (Q): Q=S+D Bức xạ sóng dài mặt đất (Eđ) xạ nghịch khí (EKQ) Công thức Stefan-Boltzmann: Eo = .T4  = 0,826.10 [cal/cm2/phót.®é-4] T nhiƯt ®é cđa vËt bøc x¹ (0K) -10 E® = ..T4 Khả xạ t-ơng đối mặt đất Loại bề mặt Vật đen tuyệt đối đất đen Cát Biểu thức Wien: Loại bề mặt đồng cỏ mặt n-íc mỈt tut 1,00 0,87 0,89  0,94 0,96 0,99 max = b/T Hằng số b = 2,886.10-3 mm.độ Hình Phân bố trung bình năm ca tng x (Kcal/cm2/năm) Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Bøc xạ phản chiếu sóng ngắn (Rn) Là phần xạ mặt trời chiếu xuống mặt đất bị phản xạ trở lại khí Rn phụ thuộc đặc điểm bề mặt phản xạ (do màu sắc, độ nhẵn, cấu trúc khác nhau) Albedo: Rn A% = - 100 Q Bảng Trị số albedo loại bề mặt (%) Bề mặt phản xạ Đất đen Đất xám -ớt Đất sét Đất cát khô Ruộng khoai tây §ång lóa Albedo 5-15 10-20 20-35 25-45 15-25 15-25 BỊ mặt phản xạ Cánh đồng Rừng th-ờng xanh Rừng to Rừng kim Mặt n-ớc Măt tuyết rơi Albedo 20-25 10-20 15-20 10-15 70-85 80-95 Hình Phân bố cân xạ hàng năm (Kcal/cm2/năm) Cân bàng xạ: B = S + D + EKQ- Eđ - Rn B0 Lp Hc Phn VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Hình 1.10 Lồi hoa phong lan ưa bóng Hình 1.11 Nho ưa sáng Quang chu kỳ Khái niệm: Sự lặp lặp lại độ dài thời gian chiếu sáng ngày Quang chu kỳ thiên văn: thay đổi theo vĩ độ địa lý Quang chu kỳ địa ph-ơng Bảng Quang chu kỳ số vĩ độ địa lý (Sunghin - 1987) Đơn vị: (giờ.phút) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0o 12,54 12,51 12,51 12,50 12,53 12,53 12,54 12,51 12,50 12,51 12,51 12,53 10o 12,22 12,35 12,48 13,06 13,21 13,31 13,26 13,13 12,55 12,39 12,25 12,21 20o 11,54 12,18 12,46 13,24 13,55 14,12 14,04 13,37 13,00 12,27 12,00 11,47 Vĩ độ địa lý 30o 40o 11,19 10,41 12,01 11,39 12,48 12,49 13,47 14,13 14,35 15,27 15,02 16,08 14,48 15,51 14,06 14,47 13,02 13,26 12,17 12,06 11,31 11,00 10,09 10,26 50o 9,49 11,16 12,57 14,55 16,45 17,50 17,24 15,46 13,46 11,57 10,19 9,26 60o 8,32 10,42 13,08 16,07 19,16 22,19 20,46 17,37 14,23 11,41 9,26 7,54 70o 5,44 9,40 13,36 18,55 24,00 24,00 24,00 23,16 15,38 11,18 7,12 4,16 Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Hình 12 Hoa cúc mùa thu (QCK - 11h) Hình 1.14 Hoa củ khoai tây Hình 1.13 Hoa Thanh Long (QCK > 13h) Hình 1.15 Hoa Cát tường (QCK – 16h) Quang phæ bøc xạ mặt trời Quang phổ BX mặt trời rộng, từ tia đến sóng vô tuyến có vạch đen: +/ Vạch Frongofer (do khí mặt trời hấp thu) +/ Vạch Telure (do khí trái đất hấp thu) Năng lợng tập trung cá vùng tử ngoại, nhìn thấy hồng ngoại Tia tử ngoại: (0,2à 0,39à): chiếm 7% tổng lợng BXMT, nhng có 1% xuống tới mặt đất Kìm hÃm sinh trëng chiỊu cao thùc vËt  Nhãm A: g©y ban đỏ, tạo thành sắc tố da (ảnh hởng tới thể nhiễm sắc) Nhóm B: Kích thích hoạt động steroid sinh häc (biÕn esgosterine D2 – tiỊn VTMD thµnh VTMD3 - dehydro colesterine )  Nhãm C: g©y ung th da, bị hấpthu tầng ôzôn khí Tia nhin thÊy (0,39µ – 0,76µ): chiÕm 43% tỉng nang lợng BXMT, gồm tia đơn sắc (đỏ, da cam, vµng, lơc, lam, chµm, tÝm)  Cung cÊp nang lợng cho trồng quang hợp (tia đỏ tia lam xạ sinh lý) Giúp ngời động vật nhin đợc màu sắc, hinh khối Làm tang nhiệt độ mặt đất không khí, tri khí hậu trái đất Nhóm tia xạ Tử ngoai C B A Trông thấy A B C Hồng ngoại A B C Tổng số Đ ộ dài sóng ( ) 0,20 - 0,39 0.20 - 0,28 0,29 - 0,32 0,33 - 0,39 0,39 -0,76 0,39 - 0,52 0,52 - 0,62 0,62 - 0,76 0,76 - 24,00 0,76 - 1,40 1,40 - 3,00 3,00 - 24,00 0,20 - 24,00 Năng l-ỵng Cal/cm 2.phót (%) 0,140 7,0 0,008 0,4 0,025 1,2 0,107 5,4 0,910 46,0 0,350 18,0 0,300 15,0 0,260 13,0 0,930 47,0 0,640 32,0 0,250 13,0 0,040 2,0 1,980 100,0 Ghi chó O hÊp thu TÝm, chµm, lơc, vµng, da cam, đỏ Gần đỏ Tia hồng ngoại: (0,76à - 24,0à): chiếm 50% tổng l-ợng MT, đ-ợc gọi tia nhiệt Kích thích sinh tr-ởng chiều cao Đốt nóng mặt đất không khí, gây hiệu ứng nhà kính S-ởi ấm mùa đông cho ®éng, thùc vËt Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 7/18/15 https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/ Sử dụng lượng BX mặt trời ... 13 ,13 12 ,55 12 ,39 12 ,25 12 , 21 20o 11 ,54 12 ,18 12 ,46 13 ,24 13 ,55 14 ,12 14 ,04 13 ,37 13 ,00 12 ,27 12 ,00 11 ,47 VÜ ®é ®Þa lý 30o 40o 11 ,19 10 , 41 12, 01 11, 39 12 ,48 12 ,49 13 ,47 14 ,13 14 ,35 15 ,27 15 ,02 16 ,08... 16 ,08 14 ,48 15 , 51 14,06 14 ,47 13 ,02 13 ,26 12 ,17 12 ,06 11 , 31 11, 00 10 ,09 10 ,26 50o 9,49 11 ,16 12 ,57 14 ,55 16 ,45 17 ,50 17 ,24 15 ,46 13 ,46 11 ,57 10 ,19 9,26 60o 8,32 10 ,42 13 ,08 16 ,07 19 ,16 22 ,19 20,46... 19 87) Đơn vị: (giờ.phút) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII 0o 12 ,54 12 , 51 12, 51 12,50 12 ,53 12 ,53 12 ,54 12 , 51 12,50 12 , 51 12, 51 12,53 10 o 12 ,22 12 ,35 12 ,48 13 ,06 13 , 21 13, 31 13,26 13 ,13