CHƯƠNG 3: CÁCH QUAN TRẮC VÀ MÃ HÓA MÂY
3.5 Xác định độ cao chân mây
Một đám mây thông thường có giới hạn dưới và giới hạn trên, giới hạn dưới gọi là chân mây, giới hạn trên gọi là đỉnh mây.
Độ cao chân mây là khoảng cách thẳng đứng từ mực trạm đến chân mây.
Chân mây thường không có độ cao đồng nhất, cho nên độ cao chân mây của một lớp mây nào đó là độ cao của những phần mây thấp nhất trong lớp đó.
Để xác định độ cao chân mây có thể dùng một số phương pháp như: Thả bóng thám không, rađa, cầu buộc, đèn chiếu (khi trời tối), máy bay và ước lượng bằng mắt. Đối với các quan trắc viên tại trạm khí tượng hiện nay thường áp dụng phương pháp xác định độ cao chân mây theo ước lượng bằng mắt. Phương pháp này kém chính xác nên đòi hỏi quan trắc viên phải có nhiều kinh nghiệm.
Để thuận tiện cho việc ước lượng độ cao chân mây, quan trắc viên xem xét một số bảng kết quả đo đạc chân mây của từng loại mây theo các mùa trong năm.
Trừ những trạm có nhiệm vụ đặc biệt, còn nói chung chỉ thực hiện quan trắc độ cao chân mây của mây dưới, kể cả mây phát triển theo chiêu thẳng đứng và mây giữa không cao quá 2500 m.
Độ cao chân mây có thể được xác định bằng những cách khác nhau như:
3.5.1 Bằng công thức
Ta biết mây được hình thành ở độ cao ngưng kết, tại độ cao ngưng kết ta có: t0z= điểm sương(Td).
Muốn tìm độ cao ngưng kết ta dùng công thức gần đúng:
Znk = 122(t-Td)
Trong đó: Znk là độ cao ngưng kết
T là nhiệt độ không khí ở trạm Td là nhiệt độ điểm sương ở trạm
Chứng minh: Một khối không khí bốc lên cao, bản thân không khí giãn nở nên thể tích tăng, hàm lượng hơi nước chứa trong đó giảm kéo theo sự giảm của nhiệt độ điểm sương. Người ta tính cứ lên cao 1m nhiệt độ điểm sương giảm 0,00180C, do đó ở độ cao ngưng kết Td sẽ là:
Tdnk = Td - 0,0018Znk
Lên cao 1m thì nhiệt độ giảm 0,010C; do đó ở độ cao ngưng kết nhiệt độ sẽ là:
t0nk = t - 0,01Znk
Theo định nghĩa độ cao ngưng kết tại đó: tnk = Tdnk
Vậy ta có: t - 0,01Znk = Td - 0,0018Znk
⇔ t - Td = 0,01Znk - 0,0018Znk
⇔ t - Td = Znk (0,01-0,0018)
⇔ t - Td = Znk.0,0082
Vậy Znk = (t - Td)/0,0082 ≈ 122(t - Td)
Công thức này dùng để tính cho mây đối lưu: Cu, Cb hay loạn lưu: Sc, St.
Ngoài ra, khi có tốc độ gió trung bình có thể áp dụng công thức thực nghiệm của I-Po-Li-Top:
Z = 22(100 - f)
Trong đó, f là độ ẩm tương đối tại mặt đất
3.5.2 Xác định độ cao bằng dụng cụ
- Phương pháp cầu bay: dùng quả bóng bằng cao su bơm đầy khí hydro (biết trước quả cầu có tốc độ thăng là v) thả cầu bay tự do trong không khí.
Dùng máy kinh vĩ hay ống nhòm quan sát cầu bay tự do. Qua đồng hồ bấm giây sẽ biết được thời gian từ khi thả cầu đến khi cầu vào trong mây. Xác định được độ cao giới hạn theo công thức: h = v.t.
- Phương pháp cầu buộc: Trong trường hợp mây thấp (nhỏ hơn hoặc bằng 300m), dùng quả cầu có chứa hydro buộc vào một sợi dây mảnh quay quanh một trục quay cho tới khi quả cầu tới chân mây. Dùng máy kinh vĩ hay dụng cụ đo góc xác định góc giữa mặt phẳng nằm ngang và dây buộc (α), biết độ dài sợi dây là L. Do đó độ cao mây tính bằng công thức: h = A*L*sinα
Trong đó: A là hệ số đặc trưng cho độ giãn nở dài của dây.
L: là độ dài sợi dây tính theo m.
α: là góc đo.
3.5.3 Xác định độ cao bằng mắt
Phương pháp này thông dụng nhất, nhưng cũng kém chính xác, đòi hỏi quan trắc viên phải giầu kinh nghiệm và có ý thức trách nhiệm cao.
Trường hợp mây thấp có thể căn cứ vào những tiêu điểm cao như: núi, nhà, cột, tháp…
Trường hợp mây cao căn cứ vào dạng, màu sắc, ước đoán theo kinh nghiệm.
3.5.4 Dựa vào thống kê trung bình nhiều năm
Bảng 3.7: Độ cao chân mây vùng vĩ độ trung bình
Tên mây TB năm TB mùa đông TB mùa hè Số lần Q.Trắc
Ci 6.92 km 5.98 7.38 74
Cs 6.15 5.35 7.05 86
As 3.09 3.06 3.12 74
Ac 3.73 3.35 4.00 281
Sc 1.54 1.53 1.56 230
Ns 0.82 0.76 0.97 17
St 0.37 0.38 0.36 13
3.5.5 Mã hoá độ cao chân mây
- h: Độ cao so với bề mặt của chân mây thấp nhất quan trắc được. (bảng 3.8);
Ghi chú:
- Thuật ngữ “độ cao so với bề mặt” là độ cao so với mực sân bay nếu là trạm sân bay, so với độ cao mực trạm nếu là những trạm không thuộc sân bay hoặc so với mực mặt nước, nếu là trạm trên biển;
- Khi trạm ở trong sương mù, bão cát, bão bụi hay tuyết cuốn nhưng vẫn thấy rõ bầu trời thì h báo về chân mây thấp nhất quan trắc được.
Khi trong các điều kiện trên mà không thấy rõ bầu trời thì h được mã hóa bằng gạch chéo (/);
Bảng 3.8 Bảng mã hoá độ cao chân mây
Mã số h: Độ cao so với bề mặt của chân mây thấp nhất
0 Từ 0 m đến 50 m
1 50 m 100 m
2 100 m 200 m
3 200 m 300 m
4 300 m 600 m
5 600 m 1000 m
6 1000 m 1500 m
7 1500 m 2000 m
8 2000 m 2500 m
9 ≥ 2500 m Hoặc không có mây
/ Chân mây ở thấp hơn mực trạm và đỉnh mây cao hơn mực trạm hoặc không xác định được độ cao vì chân mây bị che khuất.
Ghi chú:
(1) Độ cao ở giới hạn giữa hai mã số, dùng mã số lớn, ví như độ cao 600m được báo bằng mã số 5.
(2) Do sự hạn chế ở bộ cảm biến về mây của thiết bị ở trạm tự động, các mã số phát báo về h có một trong 3 nghĩa sau đây:
(i) Độ cao thực của chân mây nằm trong khoảng được chỉ ra bởi mã số;
(ii) Độ cao chân mây lớn hơn khoảng được chỉ ra bởi mã số nhưng không xác định được do hạn chế của dụng cụ; hay
(iii) Không có mây trên đỉnh trạm.