Transcript Áp suất khí quyển và gió

Áp suất khí quyển và gió
• Áp suất khí quyển
–
–
–
–
Khái niệm
Sự thay đổi của áp suất khí quyển theo độ cao
Phân bố áp suất khí quyển trên mặt đất
Diễn biến của áp suất khí quyển
• Gió
–
–
–
–
Nguyên nhân hình thành gió
Các lực sinh ra và ảnh hưởng đến gió
Các đặc trưng của gió
Các loại gió (các loại hoàn lưu khí quyển)
Khái niệm
Áp suất khí quyển là trọng lượng của một cột không khí thẳng đứng có
tiết diện là 1 đơn vị diện tích và độ cao tính từ mực quan trắc tời giới
hạn trên của khí quyển.
Khái niệm
1Atm = 760,0 mmHg = 101,325 kPa = 1013,25 mb
Áp suất khí quyển ở điều kiện tiêu chuẩn (00C, vĩ độ
450, độ cao ở mực nước biển) là 1013,25 mb
Sự thay đổi của áp suất với độ cao
Áp suất
khí
quyển
giảm dần
theo độ
cao.
Sự thay đổi của áp suất với độ cao
• Hầu hết
các phần
tử không
khí tập
trung ở lớp
khí quyển
sát mặt
đất.
• Do vậy, áp
suất giảm
nhanh hơn
ở lớp khí
quyển sát
mặt đất và
chậm hơn
ở lớp khí
quyển trên
cao
Sự thay đổi của áp suất với độ cao
• Sự biến thiên của áp suất khí quyển theo độ cao có thể được tính
theo công thức:
dP = -.g.dz
Trong đó:
dp chỉ mức độ chênh lệch của khí áp
dz chênh lệch độ cao giữa 2 mực khảo sát
 là mật độ không khí
g là gia tốc trọng trường
Công thức tính áp suất khí quyển ở một độ cao xác định:
P  P0 * e

g
.(Z  Z 0 )
R.T
Trong đó:
• P0, P là áp suất tại mực nước biển (độ cao z0) và độ cao z
• T là nhiệt độ không khí trung bình giữa mực biển và độ cao z
Bậc khí áp: Chênh lệch độ cao khi áp suất khí quyển thay đổi 1 mb
h = 8000(1+αt)/P
Phân bố áp suất khí quyển trên mặt đất
Phân bố khí áp theo phương nằm ngang
Đường đẳng áp
(isobar):
– Là đường nối
các điểm có
cùng trị số áp
suất
– Sử dụng trị
số áp suất ở
mực nước
biển với đơn
vị millibars
(tránh ảnh
hưởng của
độ cao)
Cách quy đổi khí áp về mực nước biển
Trung tâm khí áp cao
(xoáy nghịch)
Trung tâm khí áp thấp
(Xoáy thuận)
Vùng Yên
Lưỡi (Ridge)
Rãnh (Trough)
Áp suất khí quyển và nhiệt độ
• Nhiệt độ
không khí
quyết định độ
cao của cột
khí quyển
• Khí áp trên
mặt đất nơi
có nhiệt độ
thấp sẽ cao
hơn nơi có
nhiệt độ cao
và ngược lại
đối với lớp
khí quyển
trên cao
Diễn biến áp suất khí quyển
• Diễn biến hàng ngày
– Diễn biến hàng ngày là diễn biến kép: cực đại của áp suất xảy ra
vào 10 giờ và 22 giờ và cực tiểu lúc 4 giờ và 16 giờ.
– Thể hiện rõ nhất ở các vĩ độ nhiệt đới, biên độ dao động áp suất
3-4mb, đôi khi đạt tới 10-15mb (thời tiết thay đổi đột ngột). Biên
độ hàng ngày của áp suất giảm dần khi vĩ độ tăng, ở vĩ độ 600
biên độ dao động chỉ vào khoảng 0,3 – 0,6 mb.
• Diễn biến hàng năm
– Kiểu lục địa, cực đại khí áp quan sát thấy vào mùa đông, cực tiểu
vào mùa hè, biên độ đạt tới 20 -40 mb. (Tại Lucxtrum, φ=42041’;
Λ=89042’; h=-17m khí áp tháng 12 là 1041,3mb, tháng 7 là 1004,0
mb, Δp = 37,3 mb)
– Kiểu đại dương và vùng duyên hải, cực đại vào mùa hè, còn cực
tiểu vào mùa đông, biên độ 10 – 20 mb.
Gió
Khái niệm:
• Là sự di chuyển của không khí tương đối với mặt đất theo phương
nằm ngang.
• Nguyên nhân gây ra gió: do sự chênh lệch khí áp trên bề mặt trái
đất. Không khí di chuyển từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp
thấp tạo thành gió.
• Áp suất khí quyển khác nhau do:
– Vĩ độ địa lý (bức xạ mặt trời)
– Tính chất mặt đệm (đất liền và đại dương)
– Địa hình (hình thế núi đồi và hướng dốc)
Các đặc trưng của gió
Hướng gió: xác định bằng
– Hoa gió (thông dụng nhất)
– Theo vòng độ
Tốc độ gió: xác định bằng m/s, km/h hoặc cấp gió.
Ký hiệu
Hướng gió
Độ
N
Bắc
0°
NNE
Bắc Đông Bắc
22.5°
NE
Đông Bắc
45°
ENE
Đông Đông Bắc
67.5°
E
Đông
90°
ESE
Đông Đông Nam
112.5°
SE
Đông Nam
135°
SSE
Nam Đông Nam
157.5°
S
Nam
180°
SSW
Nam Tây Nam
202.5°
SW
Tây Nam
225°
WSW
Tây Tây Nam
247.5°
W
Tây
270°
WNW
Tây Tây Bắc
292.5°
NW
Tây Bắc
315°
NNW
Bắc Tây Bắc
337.5°
Hoa gió (Wind rose)
Bảng quy đổi tốc độ gió theo Beaufort (m/s và km/h)
Bft.
m/s
km/h
Tên cấp gió
Dấu hiệu nhận biết
Lặng gió
Khói lên thẳng
0,1
0,1
Sóng biển
0
0 - 0,2
1
1
0,3-1,5
1-5
Gần lặng gió
Khói hơi bị lay động
2
1,6-3,3
6-11
Gió rất nhẹ
Cây rung nhẹ, lá xào xạc
0,2-0,3
3
3,4-5,4
12-19
Gió khá nhẹ
Cành cây rung, cờ bay nhẹ
0,6-1,0
4
5,5-7,9
20-28
Gió nhẹ
Bụi và giấy bị thổi bay
1,0-1,5
5
8,0-10,7
29-38
Gió vừa (Fresh Breeze)
Cây nhỏ đu đưa
2,0-2,5
6
10,8-13,8
39-49
Gió hơi mạnh
Mặt ao, hồ gợn sóng
3,0-4,0
7
13,9-17,1
50-61
Gió khá mạnh
Dây điện kêu vu vu
4,0-5,5
8
17,2-20,7
62-74
Gió mạnh (Gale)
Người không đi ngược chiều
được
5,5-7,5
9
20,8-24,4
75-88
Gió rất mạnh
Mái ngói nhà cấp 4 bị lật
7,0-10,0
10
24,5-28,4
89-102
Gió bão (Storm)
Rễ cây to bật lên
9,0-12,0
11
28,5-32,6
103-117
Gió bão lớn
Sức phá mạnh, hư hại nhà kiên
cố
11,0-16,0
12
32,7-36,9
118-133
Gió bão dữ (Hurricane)
Đại cuồng phong
14,0-18,0
Hình 5.23. Vườn chôm chôm sau bão
Hình 5.24. Sức gió mạnh cấp 8
Hình 5.26. Hoạt động của bão Uto (12/2006)
Hình 5.25. Miệt vườn sau cơn bão (2006)
Các lực sinh ra và ảnh hưởng đến gió
• Lực phát động gradient khí áp (Pressure Gradient Force - PGF)
– Gradient khí áp nằm ngang là độ giảm của áp suất trên một đơn vị
khoảng cách theo phương thẳng, góc với đường đẳng áp (P/n)
– Lực phát động gradient khí áp tạo ra gió, không khí chuyển động từ
nơi khí áp cao đến nơi có khí áp thấp.
• Lực Coriolis
Là lực làm lệch hướng chuyển động của các phần tử không khí do sự
tự quay của trái đất. Phần tử chuyển động lệch về phía tay phải ở BBC
và tay trái ở NBC
CF = 2..v. sin
Trong đó:
- tốc độ quay của trái đất (15o/giờ)
v- tốc độ của phân tử chuyển động
- vĩ độ địa lý
Lực Coriolis
Gió địa chuyển (Geostrophic wind)
(Hướng gió do sự cân bằng giữa lực Coriolis và PGF)
Khi các đường
đẳng áp là những
đường thẳng song
song, lực Coriolis
cân bằng với PGF
(không có lực khác
tham gia):
• Hướng gió thổi
song song với
đường đẳng áp
• Rất ít xảy ra trong
tự nhiên
• Có thể tìm thấy ở
giới hạn trên của
tầng đối lưu
Gió Gradient khi chịu lực ly tâm
• Khi đường đẳng áp là
những đường cong,
hướng gió vẫn song
song với đường đẳng
áp
• Nhưng vận tốc gió thay
đổi so với gió địa
chuyển
• Do có một lực khác
tham gia – lực ly tâm
(Centrifugal Force)
• Thường tìm thấy ở lớp
khí quyển trên cao
hoặc trên mặt biển
Gió ở lớp khí quyển gần mặt đất
•
Do bị tác động
bởi lực ma sát
(Friction force)
làm thay đổi
hướng chuyển
động và giảm
vận tốc gió
•
Mức độ ảnh
hưởng phụ thuộc
vào điều kiện địa
hình (đồi núi hay
mặt biển)
Gió trong vùng khí áp thấp và khí áp cao
Xoáy thuận
Xoáy nghịch
Các loại gió
Hoàn lưu khí quyển
• Gió hành tinh (Global wind)
• Gió mùa (Monsoon)
Gió địa phương (Local wind)
– Gió đất, biển (Breeze)
– Gió núi, thung lũng
– Gió foehn
B<0
Lượng bức xạ sóng
dài đi ra khỏi bầu
khí quyển hàng năm
Lượng bức
xạ sóng
ngắn mặt
đất nhận
được hàng
năm
B>0
Gió hành tinh (Global wind – General circulation)
Đới lặng
gió xích
đạo
Gió mùa (monsoon)
• Hướng gió thay đổi theo mùa
• Nguyên nhân là do sự chênh lệch về nhiệt
độ trên lục địa và đại dương
• Mùa hè: gió thổi từ biển vào lục địa
• Mùa đông: gió thổi từ lục địa ra biển
Sự xê dịch các vành đai khí áp theo mùa
Sự xê dịch các vành đai khí áp theo mùa
Gió đất và gió biển
• Thường gặp ở những vùng ven biển, ven hồ lớn
• Nguyên nhân: do sự chênh lệch nhiệt độ giữa biển và đất liền dẫn
đến chênh lệch về khí áp.
• Ban ngày gió thổi từ biển vào đất liền, gọi là gió biển do đất liền
nóng hơn, khí áp thấp trở thành nơi hút gió.
• Gió biển tốc độ khoảng 2,5m/s, thổi từ 8h đến khi mặt trời lặn, cực
đại vào lúc 12-13h, ảnh hưởng vào tới 40-50km trong đất liên.
• Ban đêm gió thổi từ đất liền ra biển, gọi là gió đất vì biển ấm hơn
đất liền lại trở thành nơi hút gió.
• Gió đất yếu hơn gió biển vì sự đối lập về nhiệt thấp hơn, ảnh hưởng
ra ngoài biển tới 10 km.
• Gió đất - biển thường xuất hiện vào những ngày trời quang mây,
trong vùng khí áp cao vào mùa hè.
Sự hình thành gió biển
Chênh lệch về khí áp dẫn đến gió thổi từ biển vao đất liền
Đất (nong)
Nước (lanh)
Sự hình thành gió biển
Lượng không khí được gia
tăng ở bề mặt bốc lên cao
Không khí trên cao chìm xuống thay
thế không khí thổi đi trên mặt đất
Đất (nóng)
Nước (lanh)
Sự hình thành gió đất
Sự chênh lệch áp suất dẫn đến gió thổi từ đất liền ra biển
Đất (lạnh)
Nước (ấm)
Sự hình thành gió đất
Lượng không khí được gia tăng
ở bề mặt biển bốc lên cao
Không trên mặt đất khí thổi đi, không khí ở
lớp khí quyển trên cao chìm xuống thay thế.
Đất (lạnh)
Nước (ấm)
Gió núi và gió thung lũng
• Hình thành ở trung do, miền núi, thay đổi hướng theo nhịp điệu
ngày đêm.
• Ban ngày gió thổi từ thung lũng theo sườn núi đi lên do không khí
trên thung lũng hấp thu nhiều bức xạ mặt trời, nóng lên (gió thung
lũng).
• Ban đêm gió thổi từ sườn núi xuống thung lũng do sự tích tụ không
khí lạnh, gọi là gió núi
• Xuất hiện vào những ngày thời tiết đẹp, không bị ảnh hưởng bởi gió
mùa.
Gió thung lũng
Gió núi
Độ cao so với mực nước biển(km)
Gió foehn
Nếu dãy
núi cao 2
km, độ ẩm
tại chân núi
bên sườn
đón gió là
80%, nhiệt
độ 200C thì
nhiệt độ và
độ ẩm tại
chân núi
bên sườn
khuất gió là
bao nhiêu ?
Gió foehn
Ví dụ:
Có 1 khối không khí ban đầu nhiệt độ 200C, độ ẩm 80%, khi thổi qua dãy núi cao
2000 mét. Vậy ở bên sườn khuất gió nhiệt độ và độ ẩm là bao nhiêu ?
Giải:
Ở sườn đón gió: t = 200C nên có thể tính được (các công thức tính toán ở chương
IV):
E = 6,1 . 10(7,6.20/242 + 20) = 23,4 mb e = 23,4 x 80/100 = 18,72 mb
a = 0,81 x 18.72/(1 + 0,00366 x 20) = 14,13 g/m3.
Ở đỉnh núi: Do đi lên theo quá trình đoạn nhiệt ẩm nên nhiệt độ giảm đi so với ban
đầu 100C:
t = 200C - 100C = 100C E = 12,3 mb. ở đây e = E hay r = 100%.
a = 0,81 x 12,3/ (1 + 0,00366 x 10) = 9,6 g/m3.
Lượng chứa ẩm tuyệt đối gây mưa là: 14,13 - 9,6 = 4,53 g/m3
Ở chân núi sườn khuất gió: Do không khí đi xuống theo quá trình đoạn nhiệt khô
nên nhiệt độ sẽ tăng lên so với ở đỉnh núi là 200C hay nhiệt độ ở chân núi là: t =
100C + 200C = 300C.
E = 6,1 . 10(7,6.30/242 + 30) = 42,05 mb. Sức trương hơi nước thực tế khi t = 300C và
a = 9,6 g/m3 là: e = 9,6 x (1 + 0,00366 x 30)/0,81 = 13,15 mb.
r % = (13,15/42,05) x 100 = 31,28%
Vậy nhiệt độ ở sườn khuất gió t = 300C và độ ẩm r = 31,28%.
Không khí như vậy là rất khô và nóng.
Chế độ nhiệt, ẩm thời tiết gió Lào gây rụng hoa bưởi ở Hương Trạch
Ngày
Thời gian theo dõi
Độ ẩm (%)
Nhiệt độ (0C)
20/IV
12.49 PM – 3.49 PM
45,1 – 36,5
44,7 – 47,7
21/IV
1.49 PM – 2.49 PM
41,3 – 42,0
48,2 – 48,2
22/IV
12.49 PM – 3.49 PM
37,3 – 31,5
46,0 – 50,1
23/IV
12.49 PM – 3.49 PM
34,1 – 31,4
46,5 – 52,1
24/IV
10.49 AM – 2.49 PM
38,3 – 40,4
46,0 – 49,4
Nguồn: Đỗ Đình Ca (2007)
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với cây trồng
Hình 3.6. Bưởi Phúc Trạch rụng hoa
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với cây trồng
Hình 3.7. Bưởi rụng quả