CHƯƠNG II BỨC XẠ TRONG KHÍ QUYỂN
2.1 Thành phần và cấu trúc khí quyển
2.1.3 Cấu trúc khí quyển theo chiều nằm ngang
Theo chiều nằm ngang, nhất là trong tầng đối lưu khí quyển cũng không đồng nhất mà trên toàn bộ địa cầu có thể dễ dàng nhận thấy tồn tại các khối không khí rất khác nhau. Để xét cấu trúc khí quyển theo chiều nằm ngang, chúng ta có thể lấy các khối không khí và các vùng tiếp giáp giữa chúng để làm các đặc trưng khảo sát.
1) Khối không khí (khí đoàn)
a) Định nghĩa và tính chất của khối không khí
Các thể tích không khí trên địa cầu chiếm những phần không gian rộng lớn, có khi bao trùm cả một đại lục, một đại dương hay một vùng, một đới nhất định của địa cầu, với chiều cao có thể lên tới đỉnh tầng đối lưu, với điều kiện thời tiết nhất định. Người ta gọi các vùng không khí có thể tích lớn tương đối đồng nhất về mặt tính chất theo chiều nằm ngang là khối không khí hay khí đoàn.
Tính chất của các khối không khí được đặc trưng bằng trường các yếu tố khí tượng như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, tỷ trọng không khí. Trong cùng một khối không khí sự chênh lệch về các yếu tố khí tượng giữa các địa điểm không lớn, nhưng khi đi từ khối không khí này sang khối không khí khác thì các yếu tố khí tượng sẽ thay đổi nhảy vọt.
Tính chất của khối không khí được xác định bởi sự hình thành của nó trên một khu vực xác định có bề mặt tương đối đồng nhất gọi là nơi phát nguồn của khối không khí. Ví dụ: các khối không khí hình thành trên biển khác với các khối không khí hình thành trên lục địa; các khối không khí hình thành trên biển lạnh ôn đới khác với khối không khí hình thành trên biển nóng nhiệt đới...
Tính chất của khối không khí bị biến đổi khi khối không khí di chuyển trên các bề mặt đệm khác nhau, người ta gọi sự biến đổi đó là sự biến tính của khối không khí. Ví dụ: không khí cực đới biến tính qua lục địa Trung Quốc vào Việt Nam vào mùa đông.
Như vậy, tính chất của các khối không khí đều có liên quan chặt chẽ đến đặc tính của mặt đệm nơi nó hình thành, nơi nó di chuyển qua và ảnh hưởng của mặt đất đối với tính chất của khối không khí sẽ quyết định sự hình thành các đặc tính của các khối không khí.
b) Phân loại khối không khí
Có nhiều cách phân loại khối không khí đã và đang được sử dụng. ở đây xin nêu 3 cách phân loại cơ bản nhất:
+ Phân loại khối không khí theo địa lý: Dựa vào các đới địa lý trên địa cầu người ta phân chia khối không khí ra làm 4 loại sau đây:
1) Khối không khí Bắc Băng Dương (hay khối không khí Bắc cực) ở Bắc bán cầu, khối không khí Nam cực ở Nam bán cầu: hình thành trên phạm vi vùng cực đới có bề mặt đệm giá lạnh.
2) Khối không khí ôn đới (hay khối không khí cực): hình thành ở vùng vĩ độ trung bình, không khí cực đôi khi chỉ là những khối không khí địa phương.
3) Khối không khí nhiệt đới: hình thành ở vùng nhiệt đới và vùng lục địa khô nóng.
4) Khối không khí xích đạo: hình thành ở vùng xích đạo, di chuyển từ Bắc bán cầu sang Nam bán cầu theo mùa trong năm.
+ Phân loại khối không khí theo đặc tính mặt đệm: Căn cứ vào đặc tính của nơi phát nguồn người ta phân chia khối không khí thành 2 loại:
1) Khối không khí biển: hình thành trên mặt biển. Đặc tính cơ bản của nó là ẩm và tính chất nhiệt thay đổi theo mùa: mùa hè mát, mùa đông ấm.
2) Khối không khí lục địa: hình thành trên mặt lục địa. Đặc tính cơ bản của nó là rất khô và tính chất nhiệt thay đổi mạnh theo mùa: mùa hè nóng, mùa đông lạnh.
+ Phân loại khối không khí theo tính chất nhiệt: Căn cứ vào tính chất nhiệt của không khí người ta phân chia khối không khí thành 2 loại sau đây:
1) Khối không khí nóng: là khối không khí có nhiệt độ bản thân cao hơn nhiệt độ mặt đệm và các khối không khí xung quanh.
2) Khối không khí lạnh: là khối không khí có nhiệt độ bản thân thấp hơn nhiệt độ mặt đệm và các khối không khí xung quanh.
2) Phờ rông khí quyển (front) a) Định nghĩa
Miền tiếp xúc giữa hai không khí này được gọi là miền front. Do đó, miền front là miền có sự thay đổi đột ngột theo chiều nằm ngang của các yếu tố khí tượng. Vì miền front rất nhỏ so với kích thước của các không khí nên ta coi nó như là một mặt ngăn cách giữa các không khí. Mặt ngăn cách này gọi là mặt front. Mặt front cắt mặt phẳng nằm ngang tạo thành một giao tuyến. Giao tuyến này gọi là đường front hay gọi tắt là front.
b) Đặc điểm của front
+ Đặc trưng cơ bản của miền front là sự thay đổi đột ngột về các yếu tố khí tượng theo chiều ngang. Ví dụ: trong một khối không khí Δto khoảng từ 1oC đến 2oC/100 km thì trong miền front Δto khoảng 10oC/100 km.
+ Miền front có chiều rộng lớn dần từ thấp đến cao: ở mặt đất front từ vài đến vài chục km, trên cao có thể tới 200 km đến 400 km; có chiều dài tương ứng với chiều dài của khối không khí.
+ Mặt front bao giờ cũng nghiêng về phía không khí lạnh với góc nghiêng rất nhỏ, phía trên là không khí nóng, phía dưới là không khí lạnh, góc nghiêng của mặt front α xấp xỉ là 10.
c) Phân loại front
Dựa trên cơ sở nghiên cứu các tính chất và đặc điểm của front, người ta tiến hành phân loại front theo nhiều cách khác nhau:
+ Phân loại theo chuyển động ngang: Theo chuyển động ngang của không khí, người ta phân front thành 3 loại:
1. Front nóng: là front khi di chuyển không khí lạnh ở đằng trước không khí nóng ở đằng sau (hình 2-1a).
2. Front lạnh: Ngược lại, là front khi di chuyển không khí nóng ở đằng trước không khí lạnh ở đằng sau (hình 2-1b).
3. Front tĩnh: Gần mặt front không khí nóng, lạnh không đẩy nhau một cách rõ ràng hay chỉ xê dịch trong phạm vi nhỏ (hay còn gọi là front không chuyển động - hình 2- 1c).
N
L
a) Front nóng
N L
b) Front lạnh
N
L
c) Front tĩnh Hình 2-1
+ Phân loại theo địa lý: Tương ứng với phân loại khối không khí theo địa lý người ta cũng đưa ra 3 loại front ngăn cách chúng:
1. Front Bắc cực (Front Nam cực): Hình thành do sự tiếp xúc giữa không khí Bắc cực (Nam cực) và cực đới.
2. Front ôn đới: Hình thành do sự tiếp xúc giữa không khí ôn đới và nhiệt đới.
3. Front nhiệt đới: Hình do sự tiếp xúc giữa không khí nhiệt đới và xích đạo.
+ Phân loại theo độ cao của front: Căn cứ vào độ cao lan tới của front người ta chia ra:
1. Front tầng đối lưu: Loại front ngăn cách hai không khí rất dày có độ cao lên tới đỉnh tầng đối lưu.
2. Front tầng ma sát: Loại front có độ cao rất nhỏ thường chỉ tồn tại trong phạm vi tầng ma sát.
+ Phân loại theo vị trí ở rìa khí đoàn: Dựa vào mức độ tiếp xúc giữa hai không khí người ta phân thành 2 loại front:
1. Front chính: Là front sinh ra giữa hai khối không khí khác nhau rõ rệt.
2. Front phụ: Là front sinh ra ở rìa khối không khí nhưng không phải là nơi tiếp xúc với không khí hoàn toàn khác.
Front phụ thường sinh ra ở rìa không khí lạnh, còn ở rìa không khí nóng thì hầu như không xuất hiện (vì ở rìa không khí lạnh dễ sinh ra sự biến đổi đột ngột các yếu tố khí tượng hơn). Do đó front phụ thường là front phụ lạnh và trước nó thường có front chính lạnh.
Front phụ bao gồm: front phụ địa hình, front phụ giáng và front cố tù.
Front phụ địa hình, hình thành do nửa trước của không khí lạnh tiếp xúc với bề mặt nóng bị biến tính ngăn cách với nửa sau của không khí lạnh chưa biến tính.
Front phụ giáng hình thành khi rìa trước của không khí chuyển động quá nhanh nên sinh dòng giáng từ trên xuống làm cho nhiệt độ ở rìa trước tăng lên và hình thành front với phần sau.
Ngoài ra front phụ còn có thể sinh ra do sự gặp gỡ giữa front lạnh mặt đất và front nóng mặt đất gọi là front cố tù mà chúng ta sẽ xét sau đây.
+ Phân loại front hình thành do sự trùng hợp front: Do sự trùng hợp hay chồng chéo mà xuất hiện hai loại front sau đây:
1. Front cố tù: Giao tuyến giữa ba khối không khí hình thành khi hai mặt front tiếp cận nhau được gọi là front cố tù. Front cố tù được chia làm ba loại:
Front cố tù nóng: Sinh ra do không khí lạnh sau front lạnh ít lạnh hơn không khí lạnh trước front nóng (hình 2-2a).
Front cố tù lạnh: Sinh ra do không khí lạnh sau front lạnh lạnh hơn không khí lạnh trước front nóng (hình 2-2b).
Front cố tù trung tính: Sinh ra do không khí lạnh sau front lạnh và không khí lạnh trước front nóng lạnh xấp xỉ nhau (hình 2-2c).
N
L L
A a) Front cố tù nóng
N
L C L b) Front cố tù lạnh
N K L
c) Front cố tù trung tính
Hình 2-2
Có thể biểu thị front cố tù trên mặt nằm ngang như hình 2-3.
2. Front chồng nhau: Là front sinh ra do front tầng ma sát và front tầng trên cao chồng lên nhau giữa chúng có một lớp đẳng nhiệt hình thành (hình 2-4).
Điểm cố tù
Hình 2-3
L N Lớp đẳng nhiệt
N L
Hình 2-4
Ngoài năm cách phân loại đã trình bày trên đây người ta còn tiến hành phân loại theo sự tiếp xúc với mặt đất và tiến hành phân loại: front mặt đất và front trên cao; tiến hành phân loại theo nhiệt độ trung bình hai mặt front ở nửa dưới tầng đối lưu và chia làm hai loại: front có ý nghĩa động lực và front không có ý nghĩa động lực.
Sở dĩ người ta phân chia nhiều kiểu nhiều cách như vậy bởi vì mỗi kiểu mỗi cách có một ý nghĩa lớn trong phân tích và dự báo thời tiết.