2.1. Cơ chế nhiệt của đất.
Ban ngày, mặt đất nóng lên chủ yếu là nhờ nguồn năng lượng của bức xạ mặt trời. Mặt đất hấp thụ các tia bức xạ mặt trời và chuyển thành nhiệt năng làm cho mặt đất nóng lê n. Vào những giờ có mặt trời, mặt đất được đốt nóng và nhiệt của bề mặt đất nhậ n được lạ i truyề n cho những lớp không khí tiếp giáp và cho những lớp đất sâu hơn. Vào ban đêm và những ngày mùa đông lạnh, mặt đất bị nguội đi do phát xạ. Sự nguội lạnh này cũng làm cho lớp không khí kế tiếp và những lớp đất dưới lạ nh đi.
Mặt trực tiếp nhận và phát nhiệt người ta gọi là mặt hoạt động. Bề mặt hoạt động có thể là rừng cây, mặt nước, đá, cát,… cho nên tính chất nhiệt của chúng rất khác nhau. Vì vậy, quá trình nóng lên, nguội đi và truyền nhiệt vào sâu trong đất của các bề mặt nà y cũng rất khác nhau, dẫn đến có biến thiên nhiệt độ ngày đêm và nă m. Như vậy, quá trình nóng lên của mặt đất là do sự nhận năng lượng và quá trình lạnh đi của chúng là do sự mất năng lượng của lớp bề mặt đất. Hai quá trình này xảy ra liên tục suốt ngày đêm, tạo nên một cân bằng động. Mặt đất chỉ nóng lê n khi phần nă ng lượng nhận được lớn hơn phần năng lượng mất đi. Ngược lại khi phầ n năng lượng mất đi chiếm ưu thế thì mặt đất bị lạnh đi.
2.2. Cân bằng nhiệt của bề mặt đất.
Sự nóng lên hay lạnh đi của đất là kết quả của sự cân bằng động nhiệt độ đất và được quyết định bởi cân bằng nă ng lượng bức xạ trên mặt đất.
Cân bằng nhiệt của mặt đất là hiệu số giữa phần năng lượng nhận được và phần năng lượng mất đi của mặt đất. Nếu cân bằng nhiệt có giá trị dương thì mặt đất nóng lên, cân bằng nhiệt bằng 0 thì nhiệt độ mặt đất không đổi, cân bằng nhiệt là một số âm thì mặt đất sẽ bị lạnh đi.
a. Sự cân bằng nhiệt của mặt đất vào ban ngày:
Vào ban ngày bề mặt đất nhận được những nguồn nhiệt từ: - Tổng xạ gồ m trực xạ và tán xạ ( Q= S’+D ).
- Luồng phát xạ sóng dài của khí quyể n (Ek q). Đồng thời mất đi những nguồn nhiệt:
- Do phản xạ sóng ngắ n (Rn)
- Do phát xạ sóng dài của bề mặt đất (Eđ) - Do dòng thăng đi lên (V)
- Do lượng nhiệt truyền sâu vào lòng đất (P) - Do quá trình bốc hơi (LE).
Vì vậy phương trình cân bằng nhiệt của mặt đất vào những ban ngày có dạng:
LE V P E A D S B LE V P E E R D S hd kq d n ) 1 )( ' ( ' 1 1 B
Ba lượng nhiệt P, V, LE mất đi không đáng kể so với năng lượng bức xạ mặt trời mà mặt đất nhận được. Vì vậ y, cân bằng nhiệt của bề mặt đất vào ban ngày luô n có giá trị dương. Trừ những vùng cực vào mùa đông không có trực xạ thì cân bằng nhiệt độ của bề mặt đất vào ban ngày mang giá trị â m.
b. Cân bằng nhiệt của bề mặt đất v ào ban đêm:
Vào ban đêm không có bức xạ mặt trời nên không có trực xạ (S’) và tán xạ (D). Mặt đất nhận được các nguồ n nhiệt:
- Do phát xạ sóng dài của bề mặt đất (Eđ) - Do dòng giáng đi xuống (V)
- Do lượng nhiệt truyền ra từ lòng đất (P) - Do sự ngưng kết hơi nước (LE).
Mặt đất mất đi các nguồn nhiệt: - Tổng xạ
- Phát xạ sóng dài mặt đất.
Phương trình cân bằng nhiệt của bề mặt đất vào ban đê m có dạng:
hd kq d E LE V P B E E LE V P 2 2 B
Do lượng nhiệt nhận được từ P, V, LE không đáng kể, nên cân bằng nhiệt vào ban đêm của mặt đất phụ thuộc vào bức xạ hiệu dụng.
Thô ng thường thì cân bằng nhiệt của mặt đất có giá trị âm, vì phần nă ng lượng nhậ n được về ban đêm rất nhỏ, không bù được phần năng lượng mất đi, do đó nhiệt độ của mặt đất về ban đê m giả m đi rất nhanh, dặc biệt vào những đêm trời quang mây, lặng gió hoặc có gió nhẹ là m xúc tiến quá trình phát xạ mặt đất, làm cho nhiệt độ mặt
đất lạnh đi nhanh, nhất là vào mùa đông và không quá nóng vào những đê m mùa hè.
Cân bằng nhiệt của mặt đất về ban đê m chỉ lớn hơn 0 khi bức xạ hiệu dụng nhỏ hơn 0, nghĩa là Ek q > Eđ, điều này chỉ xảy ra vào những ngày trời nhiề u mây.
3. Sự diễn biến hàng ngày và hàng nă m của nhiệt độ đất.
3.1. Sự diễn biến hằng ngày của nhiệt độ đất.
Sự nóng lên vào ban ngày và lạnh đi vào ban đêm của mặt đất gây ra sự biến thiê n nhiệt độ liên tục trong suốt thời gia n một ngày đêm, gọi là sự diễn biến hà ng ngày của nhiệt độ đất.
a. Thời gian xuất hiện các cực trị về nhiệt độ đất trong ngày. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dao động hằng ngày của nhiệt độ mặt đất là một dao động đơn giả n, có một trị số cực đại và một trị số cực tiểu.
- Cực đại của nhiệt độ mặt đất trong ngà y thường xuất hiện vào giữa trưa (khoảng 13 giờ)
- Cực tiểu của nhiệt độ mặt đất thường xuất hiệ n vào trước khi mặt trời mọc khoảng 1 giờ.
b. Biên độ biến thiên hằng ngày của nhiệt độ mặt đất
Biê n độ biến thiê n hàng ngày của nhiệt độ mặt đất là hiệ u số giữa trị số nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất trong ngày đó và được biểu diễn như sau:
Δt = tm ax – tm i n
trong đó: tmax là giá trị nhiệt độ cao nhất trong ngà y (0C) tmin là giá trị nhiệt độ thấp nhất trong ngày đó (0C).
Biê n độ biến thiên hằng ngày của nhiệt độ mặt đất là yếu tố biến động rất lớn và nó phụ thuộc vào những yế u tố sau:
- Thời gian trong năm: mùa hè biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất lớn hơn mùa đông. Biê n độ biến thiên hàng ngà y của nhiệt độ đất vào mùa hè khoảng
200C và trên nữa, mùa đông vào khoảng 10-110C và dưới nữa tuỳ theo vĩ độ địa phương. Riêng trong điều kiện khí hậu gió mùa, biên độ biến thiên hà ng ngày của nhiệt độ đất cao nhất ở những ngày cuối thu, đầu đông và nhỏ nhất trong những ngày giữa mùa đông.
- Vĩ độ địa phương: vĩ độ địa phương càng thấp thì biên độ biến thiên hàng ngày của nhiệt độ đất càng cao. Ở vùng xích đạo và vùng nhiệt đới biên độ biế n thiên hà ng ngà y của nhiệt độ đất có giá trị lớn nhất. Vĩ độ càng cao, biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất càng giảm nhưng biên độ biến thiên hàng năm của nhiệt độ đất càng tăng.
- Lượng mây: lượng mây trên bầu trời càng ít thì biên độ biến thiên hằng ngày của nhiệt độ đất càng cao (vì lượng mâ y làm giả m trực xạ vào ban ngày và giả m phát xạ
hiệu dụng vào ban đêm).
- Tính chất nhiệt của đất (nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt của đất):
+ Nhiệt dung của đất càng lớn thì biên độ biến thiên hà ng ngà y của nhiệt độ đất càng nhỏ.
+ Hệ số dẫn nhiệt càng lớn thì biên độ biến thiê n hàng ngày của nhiệt độ đất càng nhỏ.
- Màu sắc của đất: biên độ biến thiên hàng ngà y của nhiệt độ đất ở đất sẫm màu lớn hơn so với đất nhạt màu.
- Độ ẩm đất: biên độ hằng ngà y của đất ẩm nhỏ hơn đất khô. - Độ cứng: biên độ hằng ngà y ở đất xốp nhỏ hơn đất cứng - Địa hình v à hướng dốc:
+ Địa hình càng cao thì biên độ biến thiên hà ng ngày của nhiệt độ đất càng lớn. + Biê n độ biến thiên hằng ngà y ở đất ghồ ghề lớn hơn đất bằng phẳng.
+ Hướng sườn dốc khác nha u thì mức độ nóng lên của đất khác nhau. Biên độ nhiệt độ hàng ngày của nhiệt độ đất ở sườn Tây lớn hơn sườn Đô ng.
-Lớp phủ thiên nhiên của đất:
Đất có phủ thực vật (cỏ cây, rừng,…) biên độ biến thiên hằng ngày của mặt đất nhỏ hơn so với đất trơ trụi (do thực vật ngăn cản được rất nhiề u bức xạ mặt trời tới được mặt đất).
- Độ trong suốt của khí quyển: biên độ biế n thiên hàng ngày của nhiệt độ đất tăng lên khi độ trong suốt của khí quyển tăng.
Bảng 8: Những biến thiê n nhiệt độ hàng ngà y trên mặt những loại đất khác nha u:
Nhiệt độ (0C) Không khí Đá Granit Cát Than bùn
Tmax 22,7 34,8 42,3 27,7
Biê n độ 13,1 20,1 43,5 21,4
Đối với cát do có nhiệt dung và hệ số dẫn nhiệt thấp nên biên độ biến thiên hằ ng ngà y của của đất cát rất lớn. Điều này gây ảnh hưởng lớn cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trên vùng đất cát.
3.2. Sự diễn biến hàng năm của nhiệt độ đất.
Sự diễ n biến hàng nă m của nhiệt độ đất liên quan đến sự biến thiên hàng năm của lượng nhập năng lượng bức xạ mặt trời. Tại Bắc bán cầu điể m cực đại của nhiệt độ đất thấy vào tháng 7, 8. Còn điể m cực tiểu vào tháng 1, tháng 2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Biên độ biến thiên hàng năm của nhiệt độ mặt đất là hiệu số giữa nhiệt độ đất trung bình tháng cao nhất và tháng thấp nhất trong năm đó.
Δtn = ttm ax – ttmi n (0C)
trong đó: tt max là nhiệt độ trung bình tháng cao nhất trong nă m tt min là nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất trong nă m. Biên độ biến thiên hàng nă m của nhiệt độ đất phụ thuộc vào:
- Vĩ độ địa phương: vĩ độ càng cao thì biên độ biến thiên hàng nă m của nhiệt độ đất càng lớn. Càng gần biể n biên độ nhiệt độ càng giả m. Tại những vĩ độ trung bình biên độ hàng nă m khoảng 300C.
- Lớp phủ thực vật: biên độ nhiệt độ hàng nă m của đất trơ trụi lớn hơn so với đất có phủ thực vật.
Biê n độ biến thiê n hàng nă m cũng như hàng ngày của nhiệt độ đất giả m theo độ sâu và ở một độ sâu nào đó là lớp có nhiệt độ hàng ngày (hàng nă m) bất biến. Tùy theo đặc điểm của đất mà biên độ nhiệt độ hàng nă m (hàng ngà y) triệt tiêu ở những độ sâu khác nha u. Tại những vùng nhiệt đới nơi biê n độ nhiệt độ hàng năm bất biến ở độ sâu khoảng 5- 10 m, còn ở vùng vĩ độ trung bình lớp đất có nhiệt độ hàng năm bất biến ở độ sâu 15-20m.
Thời gian xảy ra nhiệt độ hàng nă m cực đại (cực tiểu) chậm dần theo độ sâu. Vùng vĩ độ trung bình thường khoảng 20-30 ngày cho mỗi mét độ sâu.