Xem mẫu
- KHÍ HẬU HỌC
Chương 2. Cân bằng năng lượng
toàn cầu
- 2.1 Sự nóng lên và năng lượng
Nhiệt độ là biến khí hậu quan trọng nhất
Nhiệt độ là thước đo năng lượng chuyển động của các phân tử.
Cân bằng năng lượng toàn cầu là sự cân bằng giữa năng lượng
bức xạ sóng ngắn đến từ mặt trời và năng lượng trả về không
trung do phát xạ sóng dài của Trái đất.
Hấp thụ bức xạ mặt trời chủ yếu xảy ra ở bề mặt
Phát xạ sóng dài chủ yếu xảy ra từ lớp vỏ khí quyển
Vai trò của khí quyển: Hấp thụ và phát xạ sóng dài rất mạnh
Nếu không có lớp khí quyển thì bề mặt đất sẽ nóng hơn rất nhiều
Lượng bức xạ mặt trời hấp thụ được ở nhiệt đới lớn hơn ở gần cực
Vai trò của KQ & Đại dương là vận chuyển năng lượng từ nhiệt
đới về hai đầu cực làm giảm hiệu ứng gradient nhiệt độ ở bề
mặt
- Cân bằng năng lượng Trái đất
Năng lượng đến = Năng lượng đi
S (1 ) R 4 R T
2 2 4
T 18o C
Nhưng giá trị quan trắc của Ts là khoảng 15° C
- 2.2 Hệ mặt trời
Nguồn năng lượng để duy trì sự sống trên Trái đất là năng lượng mặt
trời
Mặt trời cung cấp đầy đủ và ổn định nguồn nhiệt và ánh sáng cho Trái
đất.
Mặt trời là một ngôi sao đơn, tuổi thọ trung bình, độ chói trung bình.
Từ khi hình thành Trái đất đến nay (khoảng 5 tỷ năm) độ chói của mặt
trời tăng khoảng 30%.
Bảng 2.1 Các tính chất của mặt trời
Khối lượng 1.99 1030 kg
Bán kính 6.96 108 m
Độ chói 3.9 1026 J/s
Khoảng cách trung bình đến Trái đất 1.496 1011 m
- 2.2.1 Sự chuyển động của Trái đất
Các hành tinh quay xung quanh mặt trời theo các quĩ
đạo ellip với 3 đặc trưng:
Khoáng cách trung bình hành tinh-mặt trời: Chi phối mật độ
dòng năng lượng mặt trời và độ dài năm
Độ lệch tâm quĩ đạo: Quyết định mức độ biến động của mật
độ dòng mặt trời đến hành tinh trong năm
Độ nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo: Không ảnh hưởng trực
tiếp đến khí hậu
Tốc độ quay (quanh trục) của hành tinh: Quyết định thời
gian chiếu nắng ban ngày
Là nhân tố quan trọng tác động đến sự đốt nóng của mặt trời
đối với khí quyển và đại dương Tác động đến chế độ gió
và dòng chảy
- 2.2.1 Sự chuyển động của các hành
tinh
Bảng 2.3 Tính chất vật lý của hành tinh trong hệ mặt trời
Hành KLg RTB K/C đến Độ dài Độ Độ lệc C.Kỳ Albedo
tinh (1026kg) (km) (g/cm3) mặt trời năm nghiêng tâm quĩ Quay
(106km) (ngày) (độ) đạo (ngày)
Sao Thuỷ 3.35 2439 5.51 58 88 (0) 0.206 58.7 0.058
Sao Kim 48.7 6049 5.26 108 225
- Quĩ đạo của Trái đất xung quanh mặt trời
- Quĩ đạo của Trái đất xung quanh mặt trời
- Vị trí của Trái đất trên quĩ đạo ứng với các
điểm chí và điểm phân
- Mô phỏng sự chuyển động của Trái đất
xung quanh mặt trời
- Độ lệch tâm quĩ đạo
- Độ nghiêng của trục quay
- Chuyển động tiến động
- Kết hợp đầy đủ: Độ lệch tâm, Độ nghiêng và Tiến động
- 2.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRÁI ĐẤT
2.3.1 ĐỊNH LUẬT THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC
“Lượng nhập nhiệt của hệ thống bằng sự biến đổi của nội năng trừ đi công tiêu
hao”: dQ = dU dW
Nhiệt có thể đợc truyền đến và truyền đi từ hệ theo ba con đờng:
Bức xạ: Không có trao đổi khối lượng, không đòi hỏi môi trường truyền. Năng lượng bức xạ
thuần di chuyển với tốc độ ánh sáng
Dẫn nhiệt: Không trao đổi khối lượng, nhưng đòi hỏi phải có môi trường truyền nhiệt bằng sự
va chạm giữa các nguyên tử hay phân tử
Đối lưu: Có trao đổi khối lượng. Sự chuyển dịch khối lượng thực sự có thể xuất hiện, nhưng
thông thường là các phần tử vật chất có năng lượng khác nhau thay đổi vị trí cho nhau, do đó
năng lượng đợc trao đổi mà không có sự dịch chuyển thực sự của khối lượng
Năng lượng từ mặt trời truyền xuống trái đất hầu như hoàn toàn bằng con
đường bức xạ
Để tính cân bằng năng lượng của trái đất ta chỉ cần xét sự trao đổi năng lượng bức xạ
Bỏ qua ảnh hởng của lượng vật chất trong không gian vũ trụ đến dòng năng
lượng giữa mặt trời và trái đất
có thể xem không gian giữa quyển sáng của mặt trời và đỉnh tầng khí quyển trái đất nh là
chân không
- • Mặt trời phát ra dòng năng lượng gần như không đổi được gọi là độ
chói của mặt trời, hay thông lượng dòng mặt trời tại rphoto, L0 =
3.91026 W
• Mật độ dòngphoto = Thông lượng dòng/Diện tíchphoto =
L0 3.9 10 26 w
6.4 10 7
w / m 2
4rphoto
2
4[6.96 108 m]2
• Thông lượng dòng qua mặt
cầu bán kính d bằng thông rphoto=6.9 x 108 m
lượng dòng tại quyển sáng
và bằng L0
• Thông lượng dòng =
L0 = Sd4d2 d
• Hằng số mặt trời tại kh/cách d = Mật độ dòng tại kh/cách d =
Sd = L0/(4d2)
• Nếu d = kh/cách trung bình trái đất - mặt trời (1.5x1011 m) thì
Sd = S0 = 1367 W/m2
- 2.3.3 Bức xạ bình kín
Sự phụ thuộc của phát xạ vật đen vào nhiệt độ, theo định
luật Stefan-Bolzmann:
EBB = T4; = 5.6710-8 W/(m2K4)
Ví dụ: Nhiệt độ phát xạ của mặt trời
Tphoto
4
6.4 10 w / m
7 2
2
6.4 107
Wm
Tphoto 4 5796K 6000K
2.3.4 Độ phát xạ
• Độ phát xạ là tỷ số giữa phát xạ thực tế của một vật hay
một thể tích khí và phát xạ của vật đen có cùng nhiệt độ:
ER = T4
ER
T 4
- 2.4 Nhiệt độ phát xạ của Trái đất
Nhiệt độ phát xạ của hành tinh là nhiệt độ vật đen mà với nhiệt độ
này nó cần phát xạ để đạt được sự cân bằng năng lượng
Bức xạ mặt trời hấp thụ được = Bức xạ phát xạ của Trái đất
- •Diện tích nhận năng lượng mặt trời bằng diện tích vùng khuất bóng
•Diện tích phát xạ bằng diện tích mặt cầu
- • Nhưng không phải tất cả bức xạ mặt trời chiếu đến hành
tinh đều được hấp thụ. Một tỷ lệ nào đó sẽ bị phản xạ trở
lại không gian vũ trụ không được hấp thụ và do đó không
được đưa vào cân bằng năng lượng hành tinh. Ta gọi độ
phản xạ đó của hành tinh là albedo và ký hiệu nó bởi p
nguon tai.lieu . vn
