Xem mẫu
- KHÍ HẬU HỌC
Phan Văn Tân
tanpv@vnu.edu.vn
- Giới thiệu mô học
Thời lượng: 3 TC = 45 tiết TC
Lý thuyết
Bài tập
Tài liệu tham khảo:
Khí hậu vật lý toàn cầu (Global Physical Climatology), Dennis
L. Hartmann: Ch1 – Ch7
Nguyên lý khí hậu học – Tập 1, Yêu Trẩm Sinh (Bản dịch
tiếng Việt)
Bài giảng và bài tập: http://meteo.edu.vn/For_Students/
- Nội dung chương trình
1. Giới thiệu về hệ thống khí hậu
2. Cân bằng năng lượng toàn cầu
3. Bức xạ và khí hậu
4. Cân bằng năng lượng bề mặt
5. Chu trình nước
6. Hoàn lưu khí quyển và khí hậu
7. Hoàn lưu chung đại dương và khí hậu
- KHÍ HẬU HỌC
Chương 1. Giới thiệu về hệ thống
khí hậu
- 1.1 Mở đầu
Những câu hỏi thông thường
Khí hậu là gì? Thời tiết là gì?
Khí hậu khác với thời tiết như thế nào?
Khí hậu và thời tiết có liên hệ với nhau như thế nào?
Cái gì chi phối khí hậu?
Khí hậu có biến đổi không?
Có thể dự báo được khí hậu không?
….
- Căn nguyên của vấn đề
Trái đất hấp thụ năng lượng bức
xạ mặt trời, nóng lên và phát xạ
vào không trung
Mặt trời phát xạ năng lượng
bức xạ xuống Trái đất
Năng lượng đến = Năng lượng đi
S (1 ) R2 4 R2 T 4 T 18o C
- Từ phương trình cân bằng (mô hình 0-D):
Nhiệt độ trung bình toàn cầu T ≈ -18C
Nhưng nhiệt độ quan trắc được: T ~ 15C
Chênh lệch: ~33C !!!
Có gì thiếu sót?
Chưa tính đến:
Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển:
Hiệu ứng nhà kính
Tích lũy và vận chuyển năng lượng
Hoàn lưu khí quyển và đại dương
- Cấu trúc thẳng đứng là yếu tố quyết định
Trái đất rất lớn, còn lớp Khí quyển của nó thì
rất mỏng, và hầu hết Khí quyển nằm gần bề
mặt Trái đất
Khoảng 15% nằm phía dưới chân chúng ta
Nếu ta đang ở Hà Nội thì ta gần khoảng không vũ
trụ hơn là đi đến Hải Phòng!
Sự biến đổi của nhiệt độ khí quyển theo độ cao
là nguyên nhân của “Hiệu ứng nhà kính”
Hiệu ứng nhà kính giữ cho chúng ta khỏi bị
chết vì lạnh giá
- Cấu trúc nhiệt thẳng đứng
Bị đốt nóng từ phía
dưới do các dòng ẩn
nhiệt và hiển nhiệt
Bị đốt nóng trong
tầng bình lưu do
ozone hấp thụ bức xạ
cực tím
Bị đốt nóng trong
tầng nhiệt quyển do
bức xạ mặt trời làm
phân ly các phân tử
Oxy, Nitơ,...
- Vai trò của hoàn lưu
Đốt nóng bức xạ mặt trời lớn hơn làm lạnh sóng dài
ở Nhiệt đới: Năng lượng tích lũy ở đó, cả trong khí
quyển và đại dương
Làm lạnh sóng dài lớn hơn đốt nóng bức xạ mặt
trời ở Các cực: Năng lượng bị mất đi ở đó do bức
xạ nhiệt vào không gian vũ trụ
“Công việc” của khí quyển và đại dương là vận
chuyển năng lượng từ nơi nó tích lũy đến nơi nó có
thể bị mất (vận chuyển hướng cực và vận chuyển đi
lên)
Công việc này bị cản trở bởi lực Coriolis
- Năng lượng được vận chuyển như thế nào?
Vận chuyển của cả khí quyển và đại dương là
quyết định
Đối lưu do lực nổi tạo ra vận chuyển thẳng đứng
Ẩn nhiệt cũng quan trọng như hiển nhiệt
- Hoàn lưu khí quyển
Không khí nóng đi lên (mưa nhiều) ở các vùng
nhiệt đới
Không khí bị lạnh đi và chìm xuống ở các vùng
cận nhiệt đới (các vùng sa mạc)
Dòng hướng cực bị lệch đi do lực Coriolis và hòa
vào dòng xiết gió tây ở ôn đới
Dòng xiết là hệ thống không ổn định, nên khi có
xáo trộn nhỏ sẽ dẫn đến phát sinh những xoáy
khổng lồ (bão và front), và như vậy kết thúc công
việc vận chuyển của khí quyển
- Khái niệm về thời tiết và khí hậu (1)
Thời tiết là trạng thái tức thời của khí quyển ở một địa
điểm cụ thể, được đặc trưng bởi các đại lượng đo được,
như nhiệt độ, độ ẩm, gió, lượng mưa,… hoặc các hiện
tượng quan trắc được, như sương mù, dông, mưa,
nắng,…
Ví dụ:
“Hôm qua mưa rất to ở Hà Nội”
“Ngày mai trời sẽ trở rét, ở các vùng núi phía bắc nhiệt độ có
thể xuống dưới 5oC”
…
- Khái niệm về thời tiết và khí hậu (2)
Khí hậu là sự tổng hợp của thời tiết, được đặc trưng bởi
các giá trị trung bình thống kê và các cực trị đo được
hoặc quan trắc được của các yếu tố và hiện tượng thời tiết
trong một khoảng thời gian đủ dài, thường là hàng chục
năm
Ví dụ:
“Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với miền Bắc có mùa
đông lạnh”
“Một đặc điểm quan trọng của khí hậu khu vực Hà Nội là sự
tương phản sâu sắc về nhiệt độ giữa mùa nóng và mùa lạnh:
về mùa nóng nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất là 29,0 độ
C, cao nhất có thể lên tới trên 42,0 độ C, trong khi nhiệt độ
trung bình tháng lạnh nhất là 16,6 độ C, thấp nhất có thể
xuống tới dưới 3,0 độ C”
- Khí hậu khác với Thời tiết
“Khí hậu là cái mà ta mong đợi ..., thời tiết là cái mà ta
nhận được!”
Khí hậu là một cái “vỏ bọc chứa mọi khả năng” mà
bên trong đó thời tiết có thể xảy ra
Khí hậu tự nó được xác định bởi các thuộc tính của
hệ thống Trái đất (các điều kiện biên), trong khi thời
tiết lại phụ thuộc mạnh mẽ vào sự tiến triển của hệ
thống từ thời điểm này đến thời điểm tiếp theo
- Khí hậu khác với thời tiết
Ta có thể nói thời tiết tại một thời điểm (ví dụ, bây giờ trời
đang mưa), của một ngày (ví dụ, hôm qua sương mù dày
đặc), của tuần, thậm chí của một hoặc vài năm (ví dụ, thời
tiết năm nay có nhiều sự kiện bất thường hơn năm ngoái),
Nhưng ta không thể nói khí hậu của một ngày, một tháng
hoặc một năm nào đó. Chẳng hạn, có thể nói thời tiết năm
2010 nhưng không thể nói khí hậu năm 2010!
Thời tiết biến đổi liên tục từ nơi này đến nơi khác, từ thời
điểm này đến thời điểm khác
Khí hậu có tính ổn định tương đối
Qui mô không gian, thời gian và các dạng thời tiết, khí hậu
- Khả năng dự báo
Dự báo thời tiết chỉ có thể dùng được trong vài
ngày, cùng lắm là một tuần
Dự báo thời tiết bị hạn chế bởi sự tinh xảo của
mô hình và không thể phù hợp hoàn toàn với
quan trắc, nhưng ngay cả khi mô hình đạt
được độ tinh xảo và kết quả dự báo phù hợp
với quan trắc thì giới hạn của khả năng dự
báo cũng chỉ khoảng 2 tuần
Giới hạn này là một thuộc tính của chính khí
quyển, chứ không phải do chúng ta thiếu khả
năng!
- Những hạn chế của khả năng dự báo
Các phương trình động lực học mô tả chuyển
động khí quyển và đại dương là những phương
trình phi tuyến
Điều đó làm cho chúng phụ thuộc rất mạnh vào
các điều kiện ban đầu
Những sai số trong điều kiện ban đầu, bất kể giá
trị của chúng như thế nào hoặc qui mô không
gian nhỏ ra sao, đều bị khuếch đại và lan truyền
đến qui mô không gian lớn hơn một cách nhanh
chóng
Do đó, sẽ không bao giờ dự báo được thời tiết
trước một tháng
Nhưng dựa trên qui luật thống kê ta lại có thể
đưa ra dự báo với một độ tin cậy nào đó
- Qui mô thời gian có thể dự báo được
Xoáy lớp biên: 10 phút
Mây vũ tích (Cumulonimbus): 1 giờ
Xoáy thuận vĩ độ trung bình: 3 ngày
Sóng dừng qui mô lớn: 10 ngày
El Nino: 100 ngày
Hoàn lưu dưới sâu đại dương: 50 năm(?)
nguon tai.lieu . vn
