Trỏi Đất tiếp nhận năng lượng từ Vũ trụ, chủ yếu là năng lượng Mặt Trời. Tuy nhiờn, chỉ một phần năng lượng Mặt Trời hướng tới Trỏi Đất cú khả năng xuyờn qua
OH- + O3 HO2 + O2 HO2 + O OH- + O2 HO- + O3 HO2 + O2 T ơng tự NO2 + O NO + O2 NO + O3 NO2- + O2 NO2- + 3O NO3- + O2
lớp khớ quyển tới mặt đất. Theo tớnh toỏn, dũng năng lượng đến từ Mặt Trời ở tầng cao khớ quyển là 2 Cal/cm2 /phỳt, nhưng 30 - 40% bị khớ quyển phản xạ vào Vũ trụ, 60 - 70% bị khớ quyển hấp thụ. Hàng năm, Trỏi Đất nhận được 1,4.1013 Kcal năng lượng từ Mặt Trời, khoảng 1 - 2% số lượng đú ứng với bước súng 6.700 - 7.350 Ao được cõy xanh sử dụng để tạo ra sinh khối (năng lượng sinh thỏi). Trỏi Đất hoàn trả lại Vũ trụ một phần năng lượng Mặt Trời dưới dạng bức xạ nhiệt súng dài. Phần cũn lại được tớch luỹ dưới dạng nhiờn liệu hoỏ thạch hoặc sinh khối (Hỡnh 10). Quỏ trỡnh tiếp nhận và phõn phối dũng năng lượng từ Mặt Trời trờn Trỏi Đất thụng qua khớ quyển, sinh quyển, thạch quyển và thuỷ quyển đạt trạng thỏi cõn bằng trong suốt thời gian gần 2 tỷ năm trở lại đõy. Do đú, nhiệt độ trờn bề mặt Trỏi Đất hầu như khụng cú thay đổi đỏng kể theo thời gian. Theo cỏc số liệu đo đạc từ cỏc vệ tinh, nhiệt độ trung bỡnh thực tế của Trỏi Đất là + 16oC. Giỏ trị này cao hơn kết quả tớnh toỏn về hấp thụ và phần tỏn nhiệt Trỏi Đất khi khụng cú hiờụ ứng nhà kớnh vào khoảng 34o.
Hỡnh 10. Biến đổi năng lượng Mặt Trời
Dũng nhiệt từ Mặt Trời phõn bố khụng đồng đều trờn bề mặt Trỏi Đất. Do chuyển động tự quay quanh Mặt Trời, trờn Trỏi Đất cú hiện tượng ngày đờm và biến đổi mựa. Do ỏnh sỏng Mặt Trời chiếu xuống bề mặt Trỏi Đất theo những gúc độ khỏc nhau, cho nờn lượng nhiệt của cỏc khu vực trờn Trỏi Đất hấp thụ được cũng khỏc nhau. Tất cả cỏc hiện tượng trờn làm cho nhiệt độ bề mặt Trỏi Đất thay đổi theo chu kỳ ngày đờm, theo mựa và giữa cỏc vựng cú vĩ độ khỏc nhau. Vào khoảng 500 năm trước cụng nguyờn, loài người đó biết chia bề mặt Trỏi Đất thành cỏc khu vực cú nhiệt độ khỏc nhau (đới khớ hậu thiờn văn) là ễn đới, Nhiệt đới, Hàn đới. Ngày nay, dựa vào nhiều chỉ tiờu như nhiệt độ, lượng nước mưa, sức giú, v.v, người ta phõn chia bề mặt Trỏi
Đất theo cỏc đới khớ hậu vật lý: Đới xớch đạo từ giữa 10ovĩ độ Bắc và 100 vĩ độ Nam; vựng nhiệt đới giữa 100 - 300 vĩ độ Nam; vựng ễn đới giữa khoảng 400 - 500 vĩ độ Nam, Bắc; vựng Hàn đới từ vĩ độ 650 Bắc, Nam đến hai cực.
Bề mặt Trỏi Đất tiếp nhận nhiều năng lượng Mặt Trời bị nung núng lờn, kộo theo sự núng lờn của toàn bộ khối khớ nằm trờn, làm giảm ỏp suất khụng khớ ở cỏc lớp sỏt mặt đất. Dũng khớ núng trở nờn nhẹ hơn khụng khớ xung quanh, hướng lờn cỏc tầng cao của khớ quyển. Khụng khớ ở cỏc vựng lạnh hơn cú xu hướng chuyển tới khu vực núng để thay thế cho khụng khớ núng bay đi. Kết quả là xuất hiện sự chuyển dịch của cỏc khối khụng khớ dưới dạng giú. Quỏ trỡnh trờn diễn ra liờn tục, theo xu hướng san bằng sự chờnh lệch nhiệt độ và ỏp suất khụng khớ ở cỏc đới khớ hậu ứng với cỏc khu vực cục bộ trờn Trỏi Đất. Khụng khớ núng, khi bay lờn trờn hoặc chuyển động ngang, mang theo nhiều hơi nước tạo ra mưa. Do vậy, quỏ trỡnh hoàn lưu của khớ quyển luụn đi kốm với chu trỡnh tuần hoàn nước trong tự nhiờn.
Hoàn lưu khớ quyển là tỡnh hỡnh vận chuyển tuần hoàn khụng khớ bờn trờn mặt địa cầu, khụng phải tổng thể dũng khớ tại một thời điểm, của một năm, mà là tỡnh hỡnh chung của nhiều năm.
Nguyờn nhõn cơ bản của hoàn lưu là do sự phõn bố khụng đồng đều của bức xạ theo vĩ độ (tạo nờn sự núng - lạnh khỏc nhau của mặt đệm từ sự phõn bố khụng đồng đều của bức xạ), là do tớnh đối lập và bản chất vật lý giữa đại dương và lục địa và do tớnh khụng đồng nhất của mặt đệm.
Cỏc nguyờn nhõn đú tạo nờn sự chờnh về khớ ỏp dẫn đến sự tạo thành cỏc dũng chảy khụng khớ và hỡnh thành hoàn lưu.
Lực gradien khớ ỏp và lực coriolớt là hai lực chủ yếu tạo nờn hoàn lưu.
Vận chuyển khụng khớ cú quy mụ rất lớn và rất phức tạp. Cú thể kể ra 3 xu hướng vận chuyển khụng khớ ở quy mụ lớn:
- Do sự chờnh lệch nhiệt độ giữa cỏc vĩ độ mà đặc trưng là cực và xớch đạo đó tạo nờn sự chuyển vận của khụng khớ theo phương kinh tuyến (gọi là hoàn lưu kinh hướng).
- Do chuyển động quay của Trỏi Đất làm lệch hướng chuyển động của khụng khớ tạo nờn chuyển vận dọc theo cỏc vĩ tuyến (gọi là hoàn lưu vĩ hướng).
- Sự chuyển vận khớ quyển giữa cỏc tầng thấp và tầng cao gọi là hoàn lưu thăng giỏng.
Cỏc hoàn lưu của khớ quyển dưới dạng giú cú thể phõn biệt theo quy mụ địa phương (giú Biển, giú Phơn, giú Nỳi - Thung lũng) hoặc hoàn lưu quy mụ Toàn cầu (giú Tớn phong, giú Tõy, v.v.).
Giú biển là loại giú cú chu kỳ ngày đờm thường gặp ở cỏc miền bờ biển, bờ hồ lớn và cỏc sụng lớn. Ban ngày giú thổi từ mặt nước vào mặt đất và ban đờm thổi ngược lại. Giú thường đổi hướng thổi vào thời gian gần trưa (khoảng10 giờ) và gần nửa đờm (khoảng 22 giờ). Giú biển tràn vào đất liền khụng quỏ 10 km và tạo ra một vũng khộp kớn bằng dũng khụng khớ phớa trờn chuyển động theo hướng ngược lại.
Giú Phơn là loại giú khụ núng thổi từ trờn phớa nỳi cao xuống dưới chõn nỳi. Thời gian của những đợt giú Phơn cú thể là vài giờ hoặc vài ngày. Giú Phơn cú thể xuất hiện ở bất kỳ hệ thống nỳi cao nào, khi cỏc dũng khụng khớ phải vượt qua đường phõn thuỷ của dóy nỳi. Khi hai bờn dóy nỳi cao cú sự chờnh lệch về ỏp suất khụng khớ, thỡ xuất hiện giú chuyển động từ phớa ỏp suất cao về nơi thấp hơn. Ở sườn đún giú, dũng khụng khớ đi lờn sẽ lạnh dần đi cựng với quỏ trỡnh ngưng kết hơi nước để tạo thành mưa. Cỏc dũng khụng khớ khi vượt qua sống nỳi cao đó trở nờn khụ và lạnh, sẽ tiếp tục hướng xuống chõn nỳi. Trong quỏ trỡnh hạ thấp độ cao, dũng khụng khớ khụ sẽ liờn tục núng lờn để tạo thành loại giú Phơn. Loại giú Tõy ở cỏc tỉnh Miền Trung Việt Nam vào mựa hố cú thể xem là giú Phơn.
Giú Nỳi - Thung lũng cú chu kỳ hoạt động ngày đờm đặc trưng. Ban ngày giú thổi từ trung tõm thung lũng theo cỏc sườn nỳi đi lờn. Ban đờm giú thổi từ đỉnh nỳi xuống cỏc thung lũng và khu vực đồng bằng. Nguyờn nhõn tạo ra loại giú này là sự chờnh lệch nhiệt độ ở cựng độ cao của khụng khớ ở sườn nỳi và trờn cỏc thung lũng. Ban ngày, gradien khớ ỏp nằm ngang hướng từ thung lũng lờn sườn nỳi, ban đờm thỡ ngược lại.
Giú mựa là dũng khụng khớ cố định theo mựa, với hướng giú thay đổi từ mựa này sang mựa khỏc cú thể hoàn toàn đối nghịch hướng. Giú mựa liờn quan với hoạt động của cỏc dũng xoỏy khụng khớ khỏc nhau trờn Trỏi Đất. Giú mựa thể hiện rừ ở những vựng, mà ở đú xoỏy thuận và xoỏy nghịch khỏ bền vững và cú ưu thế trong từng mựa. Giú mựa thể hiện mạnh ở cỏc vĩ độ nhiệt đới nờn được gọi tờn là giú mựa Nhiệt đới. Giú lạnh vào mựa Đụng và giú Đụng Nam vào mựa Hố là cỏc vớ dụ về giú mựa ở nước ta. Giú Tõy và giú Tớn phong liờn quan chặt chẽ với cỏc trường khớ ỏp của Trỏi Đất. Cỏc đới khớ ỏp cao và thấp trờn bề mặt Trỏi Đất tồn tại xen kẽ nhau (hỡnh 11). Sự di
chuyển của khụng khớ từ khu vực khớ ỏp cao tới khu vực khớ ỏp thấp và tỏc động của lực Criollớt là nguyờn nhõn tạo nờn cỏc loại giú Tõy và giú Tớn phong.
Bóo, giụng, vũi rồng là những hiện tượng đặc biệt của quỏ trỡnh hoàn lưu khớ quyển. Bóo, giụng và vũi rồng thực chất là cỏc khối khụng khớ xoay trũn di chuyển quanh cỏc tõm ỏp thấp. Tại trung tõm của bóo (mắt bóo) ỏp suất khụng khớ thấp, khụng cú giú. Cỏc dũng khụng khớ bờn ngoài mắt bóo
vừa quay vừa tiến về phớa tõm cú ỏp suất thấp, mang theo nhiều hơi nước và tạo thành mưa ở rỡa mắt bóo. Tõm bóo di chuyển theo cỏc quy luật của thời tiết - khớ hậu khu vực rộng lớn. Khu vực thường phỏt sinh cỏc cơn bóo là vựng ỏp thấp gần xớch đạo của Trỏi Đất.
Hoàn lưu khớ quyển và chu trỡnh hoàn lưu nước trong tự nhiờn là cỏc nguyờn nhõn cơ bản tạo nờn đặc điểm khớ hậu, thời tiết, chỳng tỏc động mạnh mẽ tới chất lượng mụi trường khụng khớ và điều kiện sống của sinh vật, con người trờn Trỏi Đất.