Xem mẫu
- B ng 1.2. Lư ng b c x trung bình tháng (cal/cm2/tháng) vùng Postdum (52o23'N)
Hư ng d c có Tháng
ñ nghiêng 30o
Năm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
20 44 102 196 276 319 269 223 165 81 25 15 1735
M t n m ngang
Sư n d c phía Nam 54 91 161 248 303 326 283 263 235 149 63 45 2221
Sư n d c phía ðông 18 42 96 182 251 289 240 204 153 76 24 14 1589
19 42 92 175 245 281 239 198 149 76 25 15 1556
Sư n d c phía Tây
- - 15 91 176 228 183 124 50 - - - 867
Sư n d c phía B c
b) B c x khuy ch tán ( D)
B c x khuy ch tán còn ñư c g i là tán x . Tán x là m t ph n năng lư ng b c x
m t tr i ñư c khí quy n, mây... khuy ch tán t b u tr i xu ng m t ñ t. Vào ban ngày khi
ñ ng trong bóng dâm ho c ng i trong phòng m c dù không ñư c ánh sáng m t tr i tr c ti p
chi u vào nhưng ta v n nhìn rõ m i v t, ph n b c x m t tr i giúp ta nhìn rõ m i v t trong
trư ng h p này chính là tán x .
Cư ng ñ tán x là năng lư ng tính b ng calo do b c x khuy ch tán t b u tr i
chi u trên 1 cm2 b m t n m ngang trong 1 phút (cal/cm2/phút).
Giá tr c c ñ i c a b c x khuy ch tán thư ng th p hơn nhi u so v i b c x tr c ti p.
ð cao m t tr i, ñ v n ñ c c a khí quy n quy t ñ nh ñ l n c a b c x khuy ch tán. Vào
nh ng ngày tr i trong b c x khuy ch tán có th ñ t t i 0,10 - 0,25 cal/cm2/phút, còn nh ng
ngày tr i ñ y mây b c x khuy ch tán ch ñ t 0,08 - 0,1 cal/cm2/phút. B n ch t v t lý c a
b c x khuy ch tán ñã ñư c trình bày trong ph n 2.3.
+ Ch s khuy ch tán: ð c trưng cho m c ñ khuy ch tán các tia b c x m t tr i
ngư i ta dùng ch s khuy ch tán hay ñ khuy ch tán (d). Trong trư ng h p các ph n t gây
khuy ch tán có kích thư c nh hơn ñ dài bư c sóng c a các tia b c x thì ñ khuy ch tán t
l ngh ch v i lu th a b c b n c a ñ dài sóng. Quy lu t này g i là quy lu t Roley. Quy lu t
Roley ñư c bi u di n b ng công th c sau:
C
dλ = ― Iλ (5)
λ4
Trong ñó: dλ là ñ khu ch tán c a tia b c x ñơn s c có bư c sóng λ.
Iλ là cư ng ñ tia b c x ñơn s c có bư c sóng λ.
C là h ng s ph thu c vào s phân t không khí có trong 1 ñơn v th (N)
tích và chi t su t khí quy n (n), γ là h ng s th c nghi m.
γ.π2.(n-1)2
C = ------------- (6)
3N
Công th c (5) cho th y nh ng tia b c x có bư c sóng càng nh thì b khu ch tán
càng m nh và ngư c l i. N u s p x p các tia sáng ñơn s c theo th t t ñ ñ n tím thì bư c
sóng tương ng c a nó gi m d n và do v y tia tím s b khu ch tán m nh nh t, còn tia ñ b
khu ch tán ít nh t.
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 16
- N u kích thư c (r) c a các ph n t khu ch tán n m trong kho ng:
r < 10-6 mm thì s khu ch tán s t l ngh ch v i lu th a nh hơn 4 c a ñ dài sóng.
10-3 mm > r > 10-6 mm ñ nh lu t Roley kém tác d ng.
N u r > 10-3 mm (c các h t mây, h t mưa phùn) quy lu t Roley không còn ñúng
n a, lúc này t t c các tia b c x ñ u b khu ch tán.
Như v y, quy lu t khuy ch tán c a Roley cho phép ta gi i thích ñư c nhi u hi n
tư ng quang h c trong khí quy n như n n tr i có màu xanh vào nh ng ngày ñ p tr i, b u
tr i có ráng ñ khi tr i x u, lúc bình minh ho c hoàng hôn m t tr i có màu ñ ....
+ Cư ng ñ b c x khuy ch tán: N u coi lư ng b c x m t tr i b khí quy n h p th
là không ñáng k (1 - 2%) và m t n a lư ng b c x khuy ch tán hư ng xu ng m t ñ t thì
cư ng ñ b c x khu ch tán (D) có th xác ñ nh theo công th c sau:
1
D = ― Io (1- Pm) sinh ho (7)
2
Trong ñó:
Io là h ng s m t tr i
m là kh i lư ng khí quy n quy ư c.
P ñ trong su t c a khí quy n.
ho là ñ cao m t tr i.
T công th c (7) ta th y r ng y u t chính chi ph i tán x là ñ cao m t tr i. Nhìn
chung nh ng y u t nh hư ng t i tán x g m có:
- ð cao m t tr i: ñ cao m t tr i càng l n thì tán x càng l n và ngư c l i. Hi n
tư ng khuy ch tán và khúc x ánh sáng ñã có t trư c khi m t tr i m c và sau khi m t tr i
l n ch ng 15 - 20 phút (bình minh và hoàng hôn) nhưng cư ng ñ nh . Hàng năm cư ng ñ
b c x khuy ch tán có gía tr nh vào th i kỳ m t tr i xa thiên ñ nh nh t và ñ t giá tr l n
vào th i kỳ m t tr i g n thiên ñ nh nh t.
- Khí quy n càng nhi u mây, b i và hơi nư c thì cư ng ñ tán x càng tăng. Tuy
nhiên, n u mây d y ñ c và ph kín b u tr i thì tán x cũng gi m xu ng. Như v y trong
nh ng ngày nhi u mây, th i kỳ nhi u mây ho c b m t khu t n ng thì ánh sáng tán x
chi m ưu th hơn so v i ánh sáng tr c x
- B c x khuy ch tán cũng gi m d n theo ñ cao so v i m t bi n.
- Càng lên vĩ ñ cao t l tán x trong t ng lư ng b c x chi u ñ n m t ñ t càng
tăng vì ñư ng ñi c a tia sáng trong khí quy n càng dài nên các tia sáng b khuy ch tán m nh.
Cư ng ñ b c x khuy ch tán trong th c t có th ñ t ñ n 0,25 cal/cm2/phút.
c) T ng x (Q)
T ng x là lư ng b c x m t tr i t ng c ng chi u xu ng m t ñ t.
Q=S+D (8)
T ng x ph thu c vào các y u t chi ph i tr c x và tán x . Tuy nhiên nh ng y u t
chính nh hư ng t i t ng x là ñ cao m t tr i, mây và ñ trong su t c a khí quy n
Hàng ngày t ng x thư ng có giá tr l n nh t vào gi a trưa. Ch ng 60 % t ng x
hàng ngày nh n ñư c vào th i gian t 10 gi ñ n 14 gi
Hàng năm b c x t ng c ng có giá tr l n nh t vào th i kỳ m t tr i thiên ñ nh ho c
g n thiên ñ nh nh t. T ng x có giá tr nh nh t vào th i kỳ m t tr i xa thiên ñ nh nh t.
V i các vùng ngo i chí tuy n bi n trình hàng năm c a t ng x là bi n trình tu n hoàn m t
c c ñ i vào h chí và m t c c ti u vào ñông chí. V i các vùng n i chí tuy n bi n trình hàng
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 17
- Hình 1.6. Phân b trung bình năm c a t ng x (Kcal/cm2/năm)
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 18
- năm c a t ng x là bi n trình tu n hoàn v i 2 c c ñ i ng v i hai th i kỳ m t tr i
thiên ñ nh, 2 c c ti u ng v i 2 th i kỳ m t tr i chí tuy n Nam và B c.
Mây làm cho t ng x b suy y u khá nhi u, n u tr i không mây t ng x b gi m ñi
ch ng 20 % so v i t ng x gi i h n trên c a khí quy n, khi tr i có mây t ng x ti p t c
gi m thêm 20 -30% n a. Do v y tính trung bình m t ñ t ch nh n ñư c ch ng 50-60% so v i
t ng x gi i h n trên c a khí quy n.
Nhi u k t qu nghiên c u cho th y r ng s ph thu c c a t ng x vào lư ng mây có
th bi u di n theo bi u th c sau:
Q = Q0[1 - (a +b)n] (9)
Trong ñó:
Q là t ng x trên m t ñ t khi tr i có mây
Q0 là t ng x trên m t ñ t khi tr i không mây
n là lư ng mây tính theo ph n mư i
a, b là các h s bi n ñ i ph thu c vào vĩ ñ
Công th c (9) cho bi t n u tr i không mây t ng x t i m t ñ t ch b ng 80% so v i
gi i h n trên c a khí quy n thì khi lư ng mây che ph 50 % b u tr i (n = 0,5) t ng x trên
m t ñ t ch còn b ng kho ng 65% và khi lư ng mây che ph c b u tr i (n = 1) thì t ng x
ch x p x 20% so v i gi i h n trên c a khí quy n.
Nhìn chung b c x t ng c ng gi m d n t xích ñ o v c c. Tuy nhiên cũng có nh ng
khác bi t do ñ c ñi m ñ a lý ñ a phương gây nên, ch ng h n như c ly cách bi n, ñ a hình,
th i ti t... Do v y s phân b ñ a lý c a t ng x năm khá ph c t p. T ng x l n nh t quan sát
th y vùng áp cao c n chí tuy n B c và Nam bán c u ch không ph i vùng xích ñ o.
vùng c n chí tuy n lư ng mây r t ít, th i gian chi u sáng trong ngày l n hơn so v i vùng
xích ñ o. Hình 1.6 là b n ñ phân b t ng x trên trái ñ t (ñơn v là Kcal/cm2/năm). T ng x
có vai trò quan tr ng nh t trong quá trình hình thành ch ñ khí h u các vùng khác nhau
trên th gi i. Trên b n ñ cho th y, t ng x l n nh t trên l c ñ a châu Phi, châu Úc và m t s
nơi có vĩ ñ 0 - 200, tr s t ng x t 180 - 220 Kcal/cm2/năm. nư c ta t ng x trên mi n
B c t 90 - 110 Kcal/cm2/năm; mi n Nam t 120 - 130 Kcal/cm2/năm.
d) Ph n x ( Rn)
B c x m t tr i chi u xu ng m t ñ t ph n l n ñư c h p thu ñ bi n thành nhi t. Tuy
nhiên m t ph n b c x sóng ng n b ph n chi u (ph n x ) tr l i khí quy n. Ph n x (Rn) là
ph n c a b c x m t tr i chi u t i m t ñ t b ph n x tr l i khí quy n. M c ñ ph n x ph
thu c vào tính ch t c a các b m t như màu s c, ñ g gh , ñ m, lo i ñ t, l p ph th c
v t... và ph thu c vào góc t i c a tia b c x . ð bi u di n kh năng ph n x c a các b m t
khác nhau ngư i ta dùng ñ i lư ng g i là su t ph n x hay Albedo (A) c a các b m t.
Albedo là t s gi a b c x ph n chi u và b c x t ng c ng (t ng x ), ñư c bi u di n
b ng bi u th c sau:
Rn
A (%) = ― 100% (10)
Q
Dư i ñây là tr s Albedo c a m t s b m t trong t nhiên (b ng 1.3). H s ph n x
nói chung t l ngh ch v i ñ cao m t tr i. Ch ng h n v i m t nư c yên tĩnh khi ho = 90o thì
A = 20%, ho = 10o thì A = 35%, khi ho = 4o thì A = 65% còn khi ho = 2o thì A = 78 %.
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 19
- B ng 1.3. Tr s albedo trên các lo i b m t (%)
B m t nh n b c x Albedo B m t nh n b c x Albedo
ð t ñen Cánh ñ ng bông
5-15 20-25
ð t xám ư t R ng thư ng xanh
1-20 10-20
ð t sét 20-35 R ng lá to 15-20
ð t cát khô 25-45 R ng lá kim 10-15
M t nư c
M t ru ng khoai tây 15-25 70-85
ð ng lúa M t tuy t m i rơi
15-25 80-95
T t nhiên h s này còn ph thu c vào ñ cao sóng, ñ ñ c c a nư c...
Th c v t ph n x các tia xanh và h ng ngo i. Cây tr ng vùng nhi t ñ i ph n x tia
h ng ngo i nhi u hơn so v i cây tr ng x l nh.
Trong k thu t vi n thám ngư i ta s d ng h s ph n x ñ theo dõi s bi n ñ ng
c a nhi u ch tiêu như ñ cao sóng bi n, phun trào dung nham, sinh trư ng phát tri n c a cây
tr ng, h n hán, ng p l t, cháy r ng, sâu b nh h i r ng, ñ ng ru ng... trên m t di n r ng. Tuy
nhiên nh ng quan tr c b ng k thu t vi n thám (hàng không, v tinh) luôn ch u nh hư ng
c a khí quy n. ð gi m b t s nh hư ng này, theo m t s tác gi thì ph i l y các giá tr ñ
ph n x c c ti u quan sát ñư c trong năm, coi ñó là các giá tr m t ñ m. ð ki m tra ñ
chính xác c a các s li u v tinh ngư i ta ph i so sánh chúng v i các s li u quan tr c t i
m t ñ t.
e) B c x sóng dài c a m t ñ t và khí quy n
M i v t có nhi t ñ l n hơn 0oK ñ u có kh năng b c x , t c là kh năng phát ra năng
lư ng dư i d ng các tia sóng ñi n t . ð i v i v t ñen tuy t ñ i kh năng b c x (phát ra
năng lư ng) và kh năng h p th (nh n năng lư ng) là l n nh t. Cư ng ñ b c x (Eo) do
v t ñen tuy t ñ i phát ra có th tính theo công th c Stefan-Boltzmann :
Eo = σ.T4 ( 11)
Trong ñó:
σ là h ng s Stefan-Boltzmann, σ = 0,826.10-10 [cal/cm2/phút.ñ -4]
T nhi t ñ c a v t (0K)
B c x c a m t ñ t Eñ:
Sau khi nh n năng lư ng b c x m t tr i, m t ñ t b nóng lên. ðó là s h p th b c x .
Theo ñ nh lu t 1 nhi t ñ ng h c, nhi t năng c a m t ñ t l i ti p t c chuy n sang d ng
sóng ñi n t . M t ñ t không ph i là v t ñen tuy t ñ i nên b c x c a nó luôn nh hơn so
v i v t ñen tuy t ñ i. B c x c a m t ñ t có th tính theo công th c (11) nhưng thêm vào
m t h s g i là kh năng b c x tương ñ i (δ). Công th c b c x c a m t ñ t có d ng:
Eñ = δ.σ.T4 (12)
H s kh năng b c x tương ñ i c a các lo i b m t khác nhau thay ñ i trong kho ng
t 0,85 ñ n 0,99. Ch ng h n cát có h s b c x tương ñ i là 0,89; l p c ph là 0,98; tuy t
0,99; ñ t ñen là 0,87; nư c 0,96...Vì th h s b c x tương ñ i c a m t ñ t có th l y trung
bình b ng 0,95.
Theo ñ nh lu t Wien thì bư c sóng l n nh t (λmax) mà m t v t phát ra t l ngh ch v i
nhi t ñ (T) c a v t th , cho nên v t có nhi t ñ càng cao thì năng lư ng phát x càng t p
trung vùng ph sóng ng n và ngư c l i.
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 20
- B ng 1.4. Kh năng b c x tương ñ i c a các lo i b m t khác nhau (δ)
δ δ
Lo i b m t Lo i b m t
V t ñen tuy t ñ i ð ng c
1,00 0,94
ð t ñen nư c
0,87 0,96
Cát 0,89 tuy t 0,99
Bi u th c Wien có d ng:
λmax = b/T (13)
-3
Trong ñó: b là h ng s Wien, b = 2,886.10 mm.ñ
Gi s nhi t ñ c a m t ñ t trung bình là 15oC (288oK), áp d ng công th c (12) ta th y
năng lư ng b c x có bư c sóng l n nh t do m t ñ t phát ra x p x λmax = 10 µ. Như v y,
b c x c a m t ñ t nói riêng và các v t có nhi t ñ th p khác ñ u là b c x sóng dài.
B cx ngh ch c a khí quy n (Eng):
c x ngh ch c a khí quy n là ph n b c x sóng dài c a khí quy n hư ng xu ng m t
B
ñ t. B c x ngh ch khí quy n ph thu c vào ñ m c a không khí. Ngư i ta có th tính ñ
l n cư ng ñ b c x ngh ch (Eng) d a vào công th c sau:
Eng = σ.T4(a1 + b1)√ (14)
e
Trong ñó: e là áp su t hơi nư c c a không khí (ñ m)
a1, b1 là các h s ph thu c vào ñ c ñi m thành ph n không khí trong khí quy n.
B c x h u hi u (Ehh):
B c x h u hi u là hi u s gi a b c x c a m t ñ t và b c x ngh ch c a khí quy n
Ehh = Eñ - Eng (15)
N u Ehh > 0 thì lư ng nhi t m t ñ t m t ñi do b c x l n hơn lư ng nhi t mà nó nh n ñư c,
do ñó m t ñ t b l nh ñi. Thông thư ng vào nh ng ñêm tr i trong, gió nh nhi t ñ không
khí và m t ñ t tương ñ i th p,do Ehh r t l n nên nh ng ñêm ñó th i ti t r t giá l nh.
Nh ng ngày có Ehh = 0 thì nhi t ñ c a m t ñ t không thay ñ i, thư ng x y ra vào
nh ng ñêm tr i có nhi u mây, ñ m không khí cao.
Ehh < 0 , là trư ng h p thư ng x y ra vào nh ng ngày có l p ngh ch nhi t, không khí nóng
truy n nhi t xu ng m t ñ t b ng cách b c x nhi t.
g) Cân b ng b c x c a m t ñ t
Cân b ng b c x c a m t ñ t là t ng ñ i s năng lư ng c a các thành ph n b c x nh n
vào và các thành ph n b c x thoát ra kh i m t ñ t. N u quy ư c các thành ph n nh n vào
có d u c ng (+) và thành ph n thoát ra mang d u tr (-) thì cân b ng b c x (B) có th vi t
như sau:
B = S+D+Eng -Eñ - Rn (16)
Trong ñó:
S là tr c x
D là tán x
Eng là b c x ngh ch c a khí quy n
Rn là ph n x
Eñ là b c x c a ñ t
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 21
- Hình 1.7. S phân b cân b ng b c x trên trái ñ t (Kcal/cm2/phút)
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 22
- Các thành ph n cân b ng b c x c a m t ñ t luôn bi n ñ i ho c b tri t tiêu. D dàng
nh n th y n u cân b ng b c x c a m t ñ t dương thì m t ñ t nh n ñư c năng lư ng và nóng
lên, ngư c l i n u cân b ng có giá tr âm thì m t ñ t m t năng lư ng và l nh ñi.
Cân b ng b c x không ch ph thu c vào vĩ ñ mà còn ph thu c vào ñi u ki n ñ a lý,
v t lý ñ a phương như lo i m t ñ m, ñ a hình, mây, ñ trong su t khí quy n, ...
Cân b ng b c x là m t trong nh ng nhân t r t quan tr ng trong vi c hình thành ch ñ
m i th i ñi m t i ñ a phương là cơ s ñ d
nhi t các vùng khác nhau. Cân b ng b c x
báo th i ti t. Ngoài ra cân b ng b c x r t c n thi t trong vi c xác ñ nh cơ c u mùa v , sinh
trư ng, phát tri n và năng su t c a các lo i cây tr ng. Phân b ñ a lý c a cân b ng b c x
trên b m t trái ñ t ñã ñư c nhà khí h u h c ngư i Nga M.I. Buñưcô kh o sát và v b n ñ
(hình 2.8). Trên hình 2.8 ta th y cân b ng b c x m i nơi trên trái ñ t ñ u có giá tr dương.
Cân b ng b c x m t ñ t l n nh t vùng xích ñ o và gi m d n v 2 c c trái ñ t.
3. QUANG PH C A B C X M T TR I
B c x m t tr i lan truy n xu ng m t ñ t dư i d ng sóng ñi n t . Quang ph c a b c
x m t tr i là m t d i bư c sóng liên t c. V lý thuy t, quang ph b c x m t tr i g m các
tia có bư c sóng λ t 0 µ (micromet) ñ n vô cùng l n. Tuy nhiên các bư c sóng quá ng n và
quá dài có năng lư ng quá nh , cho nên trong th c t có th coi quang ph c a b c x m t
tr i bao g m nh ng tia có bư c sóng t 0,1 ñ n 5µ. G n 99% năng lư ng b c x m t tr i
n m trong kho ng ph t 0,17 ñ n 4,0 µ, trong ñó tia b c x mang năng lư ng l n nh t có
bư c sóng 0,474 µ, vì th ngư i ta thư ng g i b c x m t tr i là b c x sóng ng n.
Khi xem xét nh hư ng c a các tia b c x ñ i v i sinh trư ng, phát tri n c a th c v t
P.N. Thoxki cho r ng quang ph b c x m t tr i là các tia có bư c sóng t 0,2 ñ n 24 µ và
chia thành 3 nhóm tia:
• Các tia t ngo i (tia b c x sóng ng n) có bư c sóng t 0,2 - 0,38 µ.
• Các tia trông th y (ánh sáng nhìn th y) có bư c sóng t 0,39µ ñ n 0,76 µ
• Các tia h ng ngo i (tia sóng dài) có bư c sóng t 0,76µ ñ n 24,0 µ
1 µ = 10-6 m; 1mµ = 10-3 µ (còn g i là nanomet)
Năng lư ng c a nhóm tia t ngo i chi m kho ng 7%, nhóm tia trông th y chi m
46% và nhóm tia h ng ngo i chi m 47% t ng năng lư ng b c x m t tr i (B ng 1.5)
Khi ñi qua khí quy n m t s thành ph n quang ph c a b c x m t tr i b h p th
(xem ph n 2.3). Các tia trông th y bao g m nhi u tia ñơn s c h p thành d i quang ph t ñ ,
da cam, vàng, l c, lam, chàm, tím. Nh nhóm tia này mà th gi i t nhiên ñư c con ngư i
c m nh n v a sinh ñ ng v màu s c, v a ña d ng, kỳ vĩ v c nh quan ñ a lý.
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 23
- B ng 1.5. ð dài bư c sóng và năng lư ng c a thành ph n b c x m t tr i
(Theo P.N.Thoxki)
ð dài sóng Năng lư ng
Nhóm tia b c x Ghi chú
Cal/cm2.phút
(µ)
m t tr i (%)
T ngo i 0,20 - 0,39 0,140 7
C 0.20 - 0,28 0,008 0,4
B 0,29 - 0,32 0,025 1,2 B O3 h p th
A 0,33 - 0,39 0,107 5,4
Trông th y 0,39 -0,76 0,910 46,0 Tím, chàm,l c,
vàng, ñ
A 0,39 - 0,52 0,350 18,0
B 0,52 - 0,62 0,300 15,0
C 0,62 - 0,76 0,260 13,0
G nñ
H ng ngo i 0,76 - 24,00 0,930 47,0
A 0,76 - 1,40 0,640 32,0
B 1,40 - 3,00 0,250 13,0
C 3,00 - 24,00 0,040 2,0
T ng s 0,20 - 24,00 1,980 100,0
4. QUANG CHU KỲ
Quang chu kỳ là s thay ñ i l p ñi l p l i c a ñ dài ngày. T i m t ñ a phương nào
ñó, tùy thu c vào m i mùa khí h u mà quang chu kỳ dài, ng n khác nhau. ð dài ngày là ñ
dài c a kho ng th i gian chi u sáng trong m t ngày tính t khi m t tr i m c cho ñ n khi m t
tr i l n. Vì ñ dài ngày thay ñ i có tính chu kỳ nên ñ dài ngày ñư c g i là quang chu kỳ.
Ngoài s thay ñ i theo mùa, quang chu kỳ còn thay ñ i theo vĩ ñ ñ a lý.
• Quang chu kỳ thay ñ i theo mùa trong năm: Qu ñ t hình c u di chuy n xung
quanh m t tr i theo qu ñ o hình elip, trong quá trình di chuy n tr c qu ñ t luôn luôn
nghiêng m t góc 66o33' so v i m t ph ng qu ñ o, m t năm nó quay ñư c m t vòng xung
quanh m t tr i. M t khác trong m t ngày ñêm (24 gi ) trái ñ t t xoay quanh tr c c a mình
ñư c m t vòng.
Hàng năm có 2 ngày, trên qu ñ o chuy n ñ ng xung quanh m t tr i, tr c qu ñ t
n m v trí vuông góc v i các tia b c x m t tr i ñó là ngày xuân phân (21/3) và ngày thu
phân (23/9). Vào 2 ngày này, trên m i vĩ ñ ñ a lý n a trái ñ t ñư c m t tr i chi u sáng ñúng
b ng n a còn l i không ñư c chi u sáng, do ñó m i nơi trên trái ñ t ñ u có ngày và ñêm dài
như nhau (12 gi ).
T ngày xuân phân ñ n ngày h chí (22/6) B c bán c u ngày càng nghiêng nhi u v
phía m t tr i. Khi trái ñ t quay quanh tr c c a nó, trên các vòng vĩ ñ ph n trái ñ t ñư c
chi u sáng nhi u hơn ph n không ñư c chi u sáng, vì v y càng v phía B c ngày càng dài
ra, ñêm càng ng n l i. Vào ngày h chí, B c bán c u nghiêng nhi u nh t v phía m t tr i do
v y ñ dài ngày các vĩ ñ là l n nh t. ð c bi t, các vĩ ñ trong vùng c c ñ i (>66033’B)
m t ñ t ñ u ñư c chi u sáng, do v y ñ dài ban ngày kéo dài 24 gi , không có ban ñêm. Sau
ñó, quãng th i gian t h chí ñ n thu phân (23/9) B c bán c u gi m d n ñ nghiêng v phía
m t tr i nên ñ dài ban ngày B c bán c u l i ng n d n còn ñêm l i dài d n ra.
N a th i gian còn l i trong năm, t thu phân (23/9) ñ n ñông chí (22/12), Nam bán
c u nghiêng d n v phía m t tr i, trên các vòng vĩ ñ B c ph n trái ñ t ñư c chi u sáng nh
d n so v i ph n không ñư c chi u sáng, do v y ñ dài ban ngày ng n d n. Vào ngày ñông
chí, t i các vĩ ñ B c bán c u ñ dài ban ngày ñ u ng n nh t. ð c bi t, các vĩ ñ trong vòng
c c ñ i (>66033’B) m t ñ t ñ u b che khu t h t nên vùng này không có ban ngày, còn ban
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 24
- ñêm kéo dài c 24 gi . Sau quãng th i gian này, t ñông chí (22/12) ñ n xuân phân (21/3) ñ
dài ban ngày l i dài d n ra. Vào ngày xuân phân ñ dài ban ngày và ban ñêm l i b ng nhau.
m i vĩ ñ ñ a lý.
Di n bi n ñ dài ngày Nam bán c u tương t như B c bán c u nhưng n u B c bán c u là
th i kỳ ngày dài, ñêm ng n thì Nam bán c u là th i kỳ ngày ng n, ñêm dài.
• ð dài ngày thay ñ i theo vĩ ñ ñ a lý:
Do v trí trung tâm dao ñ ng c a góc thiên ñ nh nên vùng xích ñ o ngày và ñêm luôn
luôn b ng nhau su t c năm. Càng ñi lên vĩ ñ cao chênh l ch v ñ dài ngày, ñêm càng
tăng. Riêng t i 2 c c trái ñ t (900 ) ch có m t ngày dài (6 tháng) và 1 ñêm dài (6 tháng).
Ngư i ta phân bi t ñ dài chi u sáng thiên văn và ñ dài chi u sáng ñ a phương. ð dài
chi u sáng thiên văn ñư c tính toán d a trên các công th c lý thuy t, ph thu c vào th i gian
trong năm và vĩ ñ ñ a lý.
ð dài chi u sáng ñ a phương thư ng sai khác so v i ñ dài chi u sáng thiên văn vì
nó b chi ph i b i ñi u ki n t nhiên c a m i vùng như ñ a hình, th i ti t, s khúc x ánh
sáng... (b ng 1.6 )
Chu kỳ chi u sáng có nh hư ng r t l n ñ n ñ i s ng sinh v t, ñ c bi t là nh ng nh p ñi u
sinh trư ng và phát d c c a chúng. Khi xem xét nh hư ng c a ñ dài chi u sáng t i m t s
quá trình sinh lý th c v t ngư i ta tính ñ n c kho ng th i gian trư c lúc m t tr i m c và
sau khi m t tr i l n vì vào th i gian này cư ng ñ ánh sáng kho ng 250 - 650 lux, v n có tác
d ng cho th c v t quang h p. ð dài ngày trong trư ng h p này ngư i ta còn g i là ñ dài
chi u sáng sinh lý (b ng 1.7).
B ng 1.6. ð dài ngày thiên văn tính theo vĩ ñ ñ a lý (ñơn v : gi , phút)
0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 65o 66o33
Vĩ ñ
Th i gian
Ngày dài Gi 12 12 13 14 14 16 18 21 24
nh t Phút 05 40 18 02 58 18 45 43 0
Ngày Gi 12 11 10 10 9 8 05 3 0
ng n nh t Phút 05 30 53 10 16 0 35 22 0
B ng 1.7. ð dài chi u sáng sinh lý các vĩ ñ khác nhau
ðơn v : gi /phút ( Theo Sunghin, 1987)
Vĩ ñ
Tháng
0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o
I 12,54 12,22 11,54 11,19 10,41 9,49 8,32 5,44
II 12,51 12,35 12,18 12,01 11,39 11,16 10,42 9,40
III 12,51 12,48 12,46 12,48 12,49 12,57 13,08 13,36
IV 12,50 13,06 13,24 13,47 14,13 14,55 16,07 18,55
V 12,53 13,21 13,55 14,35 15,27 16,45 19,16 24,00
VI 12,53 13,31 14,12 15,02 16,08 17,50 22,19 24,00
VII 12,54 13,26 14,04 14,48 15,51 17,24 20,46 24,00
VIII 12,51 13,13 13,37 14,06 14,47 15,46 17,37 23,16
IX 12,50 12,55 13,00 13,02 13,26 13,46 14,23 15,38
X 12,51 12,39 12,27 12,17 12,06 11,57 11,41 11,18
XI 12,51 12,25 12,00 11,31 11,00 10,19 9,26 7,12
XII 12,53 12,21 11,47 10,09 10,26 9,26 7,54 4,16
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 25
- 5. CÂU H I ÔN T P
1. Anh chi hãy nêu m i quan h gi a m t tr i và trái ñ t ? Ý nghĩa c a năng lư ng b c x
m t tr i ñ i v i các vùng khí h u trái ñ t ?
2. Cho bi t ngu n g c c a năng lư ng b c x m t tr i, h ng s m t tr i, cư ng ñ b c x
m t tr i và các quá trình làm suy y u b c x m t tr i khi ñi qua khí quy n trái ñ t ?
3. Trình bày ñ c ñi m v t lý và phân b c a tán x , tr c x và t ng x ? Các nhân t nh
hư ng ñ n chúng ?
4. Trình bày ñ c ñi m v t lý và phân b c a b c x ph n chi u sóng ng n, b c x sóng dài
m t ñ t và khí quy n ? Các nhân t nh hư ng ñ n chúng ?
5. Trình bày khái ni m v ñ dài ngày và các nhân t nh hư ng ñ n ñ dài ngày ?
6. Nêu thành ph n quang ph c a b c x m t tr i. Vì sao nói b c x m t tr i là b c x sóng
ng n còn b c x c a m t ñ t là b c x sóng dài ?
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------- 26
- Chương II. CÁC KI N TH C CHUNG V KHÍ QUY N TRÁI Ð T
Trái ñ t, b ng l c hút c a mình ñã t p trung xung quanh nó m t l p các ch t khí
ñư c g i là khí quy n. L p khí quy n g n m t ñ t có vai trò h t s c l n lao ñ i v i s s ng
trên trái ñ t, là môi trư ng quan tr ng c a n n s n xu t nông nghi p.
H n h p các ch t khí t o nên khí quy n ñư c g i là không khí. Trong khí quy n liên
t c x y ra các quá trình và hi n tư ng v t lý: s tu n hoàn nư c, các hi n tư ng quang h c,
ñi n h c. T p h p các hi n tư ng và quá trình v t lý ñó chính là ch ñ th i ti t c a m t
vùng. m t ch ng m c nào ñó s bi n ñ i c a th i ti t ñã t o nên nh ng ñi u ki n c n
thi t cho s s ng nói chung và cho ngành s n xu t nông nghi p nói riêng. S bi n ñ ng thái
quá c a nó có th d n ñ n nh ng thiên tai ñe d a cu c s ng và các ho t ñ ng s n xu t c a
con ngư i.
Gi a khí quy n, sinh quy n, th y quy n và ñ a quy n luôn luôn trao ñ i tương tác l n
nhau trong su t quá trình l ch s hình thành trái ñ t ñă t o nên nh ng cân b ng ñ ng.
Nh ng cân b ng này có tác d ng duy trì, tái t o các pha c a cân b ng tư nhiên. N u m t
ñi u ki n nào ñó trong cân b ng b phá v s gây ra nh ng t n th t không lư ng trư c
ñư c. S ho t ñ ng thi u ý th c b o v thiên nhiên c a con ngư i ngày càng xâm ph m cân
b ng sinh thái, làm cho ngu n tài nguyên ngày càng c n ki t. Hàng năm 17 tri u hecta r ng
nhi t ñ i, 300.000 ha r ng thưa b khai thác quá m c. M t ph n ba di n tích ñ t ñai b ñe
do b i n n hoang m c hóa. N n ô nhi m không khí, ô nhi m nư c ñã làm m t ñi ư c
ch ng 5 - 10% s loài sinh v t t nay ñ n năm 2020; và ñ n năm 2050 s loài sinh v t b
di t ch ng s lên ñ n 25%. Sinh quy n b phá v s gây ra s bi n ñ ng khí h u và khô h n,
lũ l t trên trái ñ t ngày m t gia tăng.
Vi c b o v cân b ng sinh thái là v n ñ quy t ñ nh s t n vong c a loài ngư i. M i ngư i
c n có ý th c b o v nó. Ð làm cơ s cho nh ng hi u bi t chúng ta l n lư t xem xét nh ng
v n ñ sau ñây:
1. C U TRÚC THEO CHI U TH NG Ð NG C A KHÍ QUY N
D a trên nh ng ñ c tính v t lý và tính ch t ho t ñ ng, khí quy n trái ñ t ñư c chia
thành 5 t ng m i t ng có nh ng ñ c trưng v t lý khác nhau (xem sơ ñ hình 2.1).
1.1. T ng ñ i lưu (Troposphere)
Là t ng không khí g n m t ñ t nh t, ñ cao trung bình c a nó vào kho ng 11 km: hai
c c trái ñ t ch cao t 8 - 10 km, còn vùng xích ñ o là 15 - 18 km. Ð cao c a t ng khí
quy n này do ñ cao c a các dòng ñ i lưu quy t ñ nh, b i v y nó thay ñ i theo mùa trong
năm và thay ñ i theo vĩ ñ ñ a lý, do tính ch t nhi t l c quy t ñ nh.
T ng ñ i lưu là t ng khí quy n ho t ñ ng nh t. Các hi n tư ng th i ti t, mưa, n ng,
mây, dông bão... ñ u x y ra t ng khí quy n này. T ng ñ i lưu cũng là môi trư ng s ng c a
t t c các sinh v t trên trái ñ t.
Ð c ñi m quan tr ng c a t ng ñ i lưu là nhi t ñ gi m d n theo ñ cao. Trung bình c
lên cao 100m nhi t ñ gi m xu ng 0,640C. Nhi t ñ gi i h n trên c a nó xu ng r t th p, có
0
th ñ t - 70 C vùng xích ñ o c a trái ñ t.
t ng này thư ng x y ra hi n tư ng các dòng không khí ñi lên ho c ñi xu ng (do các
trung tâm khí áp cao, khí áp th p..., do g p các chư ng ng i v t trên m t ñ t, do s tranh ch p
27
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- gi a các kh i không khí...). Hi n tư ng thăng giáng c a các kh i không khí ñã làm thay ñ i
ch ñ nhi t, m c a không khí.
(Kh o sát khí quy n, Oklahoma - 1997)
Chúng ta bi t r ng các ch t khí ñ u ch a ñ ng năng lư ng ñư c g i là ñ ng năng. Ð ng
năng c a ch t khí ph thu c vào áp su t khí quy n, nó ñi u khi n tr ng thái nhi t: khi b nén
chúng nóng lên, khi giãn n chúng b l nh ñi. T nguyên lý ñó ta có th suy ra r ng: Kh i
không khí khi chuy n ñ ng ñi lên, áp su t gi m d n và giãn ra do dó chúng l nh ñi.
Ngư c l i, s v n chuy n t cao xu ng th p, không khí tr ng thái b nén và làm nhi t
ñ c a nó tăng lên. Gi thi t r ng kh i không khí chuy n ñ ng nhanh, không có s trao ñ i
nhi t ho c s xáo tr n v i kh i không khí xung quanh. Hi n tư ng ñó ñư c g i là ño n nhi t,
có nghĩa là không có s trao ñ i nhi t v i xung quanh.
Các kh i không khí ñi lên bao gi cũng có hi n tư ng ño n nhi t l nh; các kh i không
khí ñi xu ng thư ng kèm theo hi n tư ng ño n nhi t nóng. các kh i không khí khô (chưa
28
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- bão hòa hơi nư c) m c ñ tăng ho c gi m nhi t ñ là 10C cho 100m g i là ño n nhi t khô.
kh i không khí bão hòa hơi nu c thì m c ñ tăng ho c gi m nhi t ñ là 0,50C/100m g i là
ño n nhi t m. Ð i v i kh i không khí b c lên cao lúc ñ u l nh ñi theo m c ño n nhi t khô
b i vì nó chưa bão hòa hơi nư c, ñ n m t ñ cao nh t ñ nh nhi t ñ không khí ñã gi m ñ n
ñi m sương, và tr nên bão hòa hơi nư c, s ti p t c gi m nhi t ñ theo m c ñ ño n nhi t
m.
K t qu th ng kê s li u cao không 30 năm (1961 - 1990) Hà N i cho th y, vào mùa
ðông l p không khí 500 mét thư ng xu t hi n l p ngh ch nhi t (th hi n rõ trong giá tr
nhi t ñ t i cao), còn mùa Hè l p ngh ch nhi t y u hơn. Do có l p ngh ch nhi t, l p không
khí cao hơn thư ng x y ra ngưng k t hơi nư c.
B ng 2.1. Nhi t ñ không khí kh o sát lúc 7h (0h GMT) các ñ cao t i Hà N i
(S li u 30 năm 1961 -1990)
M c (mét) Tháng I Tháng VII
0 Ttb Tmax Tmin Ttb Tmax Tmin
0 14,6 23,0 5,5 27,3 31,4 21,6
200 13,8 21,7 3,5 26,2 31,9 20,3
500 12,5 24,7 0,9 25,2 30,0 19,1
1000 10,6 21,4 0,6 22,8 27,7 16,0
1500 9,3 19,1 -1,5 20,0 24,8 15,3
2100 7,9 18,1 -1,7 16,6 20,8 2,0
3100 5,0 14,2 -3,7 11,1 15,7 7,9
Ngu n: TS. Hoàng Th Phương H ng (ðài khí tư ng cao không Hà N i)
Hi n tư ng thăng, giáng c a các kh i không khí trong t ng ñ i lưu thư ng di n ra hàng
ngày, v i cư ng ñ m nh hay y u tùy theo ch ñ nhi t c a m t ñ t và là nguyên nhân làm
hơi nư c ngưng k t, t o thành mây, mưa... Hi n tư ng ñi xu ng c a các kh i không khí (
các trung tâm áp cao, trên các sư n núi xu ng...) làm cho không khí nóng lên, ñ m xa d n
tr ng thái bão hòa. Hi n tư ng thăng, giáng c a các kh i không khí là m t hi n tư ng ñ c
trưng quan tr ng c a t ng ñ i lưu.
T ng ñ i lưu chi m 80% kh i lư ng khí quy n và 90% hơi nư c, thành ph n khí quy n
t ng này luôn luôn di n ra s trao ñ i gi a m t ñ t, m t ñ i dương và khí quy n.
1.2. T ng bình lưu (Stratosphere)
T ng bình lưu là t ng ti p giáp v i t ng ñ i lưu, lên cao t i 50 - 55km. Ð c ñi m c a
t ng bình lưu là không khí ít b xáo tr n theo chi u th ng ñ ng. Có th tách t ng này thành hai
l p:
- L p ñ ng nhi t: n m sát t ng ñ i lưu lên cao t i 25km, nhi t ñ ít thay ñ i, trung bình
vào kho ng -550C. L p khí quy n này thư ng chuy n ñ ng theo chi u n m ngang t ñông
sang tây. Kích thư c các kh i không khí này có th t i hàng nghìn cây s .
29
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- - L p ngh ch nhi t: ñ cao t 25 ñ n trên 50km. t ng này nhi t ñ tăng d n theo ñ
cao, nhi t ñ trung bình vào kho ng 00C, t i ña có th t i trên +100C.
Sư tăng d n nhi t ñ c a l p khí quy n này có th là do s có m t c a t ng ôzôn, ch t
h p thu m nh các tia sóng ng n c a b c x m t tr i.
- Phía trên t ng ngh ch nhi t là ñ nh t ng bình lưu (Stratopause), nhi t ñ khá n ñ nh,
kho ng 00C ñ cao 55km.
1.3. T ng trung gian (Mesosphere)
T ng trung gian n m trên t ng bình lưu cho ñ n ñ cao 80 - 90 km. T ng này nhi t ñ
gi m d n theo ñ cao và ñ t ñ n giá tr - 700C ñ n - 800C.
1.4. T ng ñi n ly (Thermosphere)
T ng ñi n ly hay còn g i là t ng nhi t quy n là t ng không khí có ñ cao t 80 ñ n
800km. t ng này không khí r t thưa loăng. Dư i tác d ng c a các tia b c x , các ch t khí
ñ u b phân ly và b ion hoá m nh. Khí quy n ñây có ñ d n ñi n cao.
Ð d n ñi n cao t ng ñi n ly là nguyên nhân làm ph n h i các sóng vô tuy n phát ñi
t m t ñ t, nh v y mà m i thi t b vô tuy n ñi n m t ñ t, các v tinh nhân t o m i có th
ho t ñ ng bình thư ng ñư c.
T ng ion có th nh n th y hai c c ñ i ion hóa ñ cao 100 km và 180 - 200km.
Ð c ñi m quan tr ng c a t ng khí quy n này là nhi t ñ không khí cao và tăng nhanh
theo ñ cao. ñ cao 200km có nhi t ñ 6000C, còn gi i h n trên là 20000C.
1.5. T ng khuy ch tán (Exosphere)
Gi i h n trên c a t ng này vào kho ng 2000 ñ n 3000 km, là t ng chuy n ti p gi a khí
quy n và không gian vũ tr (Outer space), không khí t ng này r t thưa loãng thành ph n ch
y u là hydrô và hêli.
2. M T Ð , KH I LƯ NG VÀ S PHÂN B KHÍ QUY N THEO CHI U CAO
2.1. M t ñ không khí
M t ñ không khí là kh i lư ng ch t khí có trong 1m3 không khí, hay là t s gi a kh i
lư ng và th tích c a ch t khí, ñư c kí hi u là ρ.
L n ñ u tiên trên th gi i, m t ñ không khí ñư c xác ñ nh vào th k th 17 sau khi
sáng ch ra bơm không khí. M t ñ không khí ñi u ki n tiêu chu n (áp su t khí quy n 760
mm; nhi t ñ không khí 00C) b ng 1,293 kg/m3. Còn n u áp su t khí quy n b ng 1000 mm thì
m t ñ không khí là 1,276 kg/m3.
M t ñ không khí ph thu c vào m t s y u t v t lý như: nhi t ñ , áp su t khí quy n
và ñ m không khí. Ð xác ñ nh m t ñ không khí ngư i ta có th dùng các thi t b máy móc
ño ñ m tr c ti p, và cũng có th xác ñ nh m t cách gián ti p d a trên hai y u t là nhi t ñ và
áp su t khí quy n.
Ð i lư ng ngh ch ñ o c a m t ñ không khí ñư c g i là th tích riêng c a không khí
(V):
30
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- 1
V= (1)
ρ
M t ñ không khí ph thu c vào nhi t ñ (T) và áp su t khí quy n (P). S ph thu c
này ñư c bi u th b ng phương trình Clapayron là phương trình ñư c rút ra t nh ng ñ nh lu t
v t lý cơ b n Boymariotte và Gayluitsac
PV = RT (2)
Trong ñó: P- áp su t khí quy n (mm);
V- th tích riêng;
R- h ng s ch t khí;
T- nhi t ñ tuy t ñ i c a không khí.
Thay (1) vào (2) ta có:
P
=
ρ
R.T
1
Th a nh n h ng s ch t khí R = 2,064 cal/mol. ñ =
0,4845
P
hay ρ = 0,4845 x (3)
273 + t
t là nhi t ñ không khí tính theo ñ bách phân (0C).
Ta có th dùng phương trình (3) ñ xác ñ nh m t ñ không khí b t kỳ ñi u ki n nhi t
ñ và áp su t nào c a khí quy n.
T phương trình (3) ta suy ra r ng: M t ñ không khí t l thu n v i áp su t c a khí
quy n (áp su t càng tăng thì kh i lư ng ch t khí có trong 1m3 không khí càng 1 n và do ñó
m t ñ không khí tăng). M t ñ không khí t l ngh ch v i nhi t ñ . Nhi t ñ không khí càng
tăng thì m t ñ không khí gi m, vì nhi t ñ tăng th tích tăng làm cho kh i lư ng c a m t ñơn
v th tích không khí gi m.
B ng 2.2. nh hư ng c a nhi t ñ và m ñ ñ n m t ñ không khí
Nhi t ñ không khí (0C)
3
M t ñ không khí (g/m )
0 10 20 30
M t ñ không khí khô 1293 1247 1203 1165
M t ñ không khí bão hoà hơi nư c 1290 1241 1194 1194
Chênh l ch không khí khô và m 3 6 11 18
M t ñ khí quy n còn ph thu c vào m ñ không khí. m ñ không khí càng tăng thì
m t ñ không khí càng gi m (b ng 2.2)
31
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- M t ñ không khí gi m nhanh theo ñ cao c a khí quy n. Càng lên cao thì kh i lư ng
ch t khí trong m t ñơn v th tích càng gi m do s c hút c a trái ñ t y u d n. Nói cách khác,
càng lên cao không khí càng thưa loãng và ti n d n vào không gian vũ tru.
2.2. Kh i lư ng khí quy n và s phân b theo ñ cao
Kh i lư ng khí quy n trái ñ t b ng 5,26.1018 kg. Trong khi ñó kh i lư ng c a ñ a quy n
là 5,96.1024 kg. Như v y kh i lư ng khí quy n ch b ng 1/1.000.000 kh i lư ng c a ñ a
quy n. Các k t qu nghiên c u g n ñây cho th y: G n 50% kh i lư ng khí quy n phân b t
m t ñ t ñ n ñ cao 5km, 75% ñ cao 10km và 95% ñ cao t m t ñ t ñ n 20km. L p khí
quy n trên 80km ch ch a 0,5% kh i lư ng c a nó. Cho ñ n nay vi c xác ñ nh ñ cao c a khí
quy n còn g p nhi u khó khăn vì càng lên cao không khí càng thưa loãng. Ngư i ta còn quan
sát th y hi n tư ng c c quang ñ cao 1.100 km. Ði u ñó cho ta th y ñ cao ñó v n còn
không khí. Nh ng ch t khí ñ cao 1000 km tr lên h t s c loăng. Các ch t khí có t c ñ
chuy n ñ ng l n vì g n như thoát kh i trư ng tr ng l c c a trái ñ t và t a vào không gian vũ
tr . Nhi u k t qu nghiên c u cho th y khí quy n trái ñ t không có d ng ñ i xung mà nó lép
v phía m t tr i và làm thành cái ñuôi ch t khí c a trái ñ t kéo d i hàng ch c v n cây s .
3. THÀNH PH N KHÔNG KHÍ TRONG KHÍ QUY N TRÁI Ð T
3.1. Thành ph n không khí c a l p khí quy n g n m t ñ t
B ng 2.3. Thành ph n không khí khô, không b ô nhi m
STT Tên ch t Công th c Tl T ng kh i lư ng (t n)
3850. 1012
1 Nitơ N2 78,09%
1180. 1012
2 Oxy O2 20,94%
65. 1012
3 Argon Ar 0,93%
2,5. 1012
4 Cacbonic CO2 0,032%
64. 109
5 Neon Ne 18 ppm
3,7. 109
6 Heli He 5,2 ppm
3,7. 109
7 Metan CH4 1,3 ppm
15. 109
8 Kripton Kr 1,0 ppm
0,18. 109
9 Hydro H2 0,5 ppm
1,9. 109
10 Nitơ ôxit N2 O 0,25 ppm
0,5. 109
11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm
0,2. 109
12 Ôzon O3 0,02 ppm
11. 106
13 Sulfurdioxit SO2 0,001 ppm
8. 106
14 Nitơ dioxit NO2 0,001 ppm
S trao ñ i liên t c gi a khí quy n, ñ a quy n, th y quy n và sinh quy n ñã t o nên
nh ng cân b ng ñ ng duy trì s có m t và t n t i c a các ch t khí trong khí quy n. Trong m t
ñơn v th tích c a không khí khô và s ch có ch a 78,08% nitơ (N2), 20,95% ôxy (O2), 0,93%
acgon (Ar), 0,03% cacbonic. Các ch t khí nêon, hê li, cripton, hyñrô, xênon và ôzôn ch
32
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- chi m 0,01% (b ng 2.3). Trong khí quy n còn có m t s ch t có thành ph n bi n ñ ng như
hơi nư c, b i khói, các ch t khí ñ c h i, các ion và các ch t h u cơ do th c v t th i ra...
3.2. Vai trò c a các ch t khí trong khí quy n
a) Nitơ (N2)
Là ch t khí chi m t l l n nh t, là b xương c a khí quy n trái ñ t. Nitơ là nguyên t
dinh dư ng cho m i cơ th s ng, nó tham gia c u t o nên nhi u b ph n và cơ quan trong cơ
th ñ ng v t và th c v t. Trong s n ph m cây tr ng hàm lư ng nitơ t ng s không cao, song
nó gi vai trò c c kỳ quan tr ng trong quá trình sinh trư ng, phát tri n, hình thành năng su t
và ph m ch t c a cây tr ng. Vi n sĩ N.A. Macximov cho r ng: V s lư ng, nitơ ch chi m v
trí th tư trong thành ph n cơ th th c v t sau các ch t cacbon, hydro và ôxy. Ba ch t này t o
nên 95% tr ng lư ng cơ th th c v t, còn nitơ ch chi m t 1 ñ n 3%, nhưng thi u nitơ cây
không th s ng ñư c.
Nitơ trong t nhiên là ngu n vô t n, nhưng th c v t không có kh năng ñ ng hóa. Ch
m t s loài vi khu n s ng t do trong ñ t như Azotobacter, Clostridium pasterianum, vi
khu n c ng sinh r cây h ñ u (Rhisobium), t o c ng sinh bèo hoa dâu (Anabaena) m i
có kh năng ñ ng hóa nitơ phân t - t o thành nh ng h p ch t ch a ñ m, b sung ngu n dinh
dư ng cho ñ t. Ph n l n th c v t s ng trong tình tr ng thi u nitơ b i vì r cây ch có th hút
nitơ dư i d ng các h p ch t như NH4+ , NO3-, urea [CO(NH2)2 ] ho c Alanin (axit amin phân
t nh ).
Ngu n ñ m cung c p thư ng xuyên cho ñ t là nh ng h p ch t nitơ tan trong nư c mưa,
sương mù, sương mu i.... H p ch t này hình thành ch y u do quá trình phóng ñi n trong khí
quy n cung c p lư ng ñ m kho ng 3 - 4 kg/ha/năm, nh ng vùng khí h u nhi t ñ i nhi u
mưa dông, lư ng ñ m thu ñư c t nư c mưa có th t i 13 - 14 kg/ha/năm.
Các s n ph m ph th i c a sinh v t (r , lá, thân...) m c nát cũng là ngu n cung c p ñ m
cho ñ t. Trong s n xu t nông nghi p, ngoài nh ng ngu n ñ m t nhiên k trên nông dân còn
bón phân ñ m vô cơ và h u cơ cho ñ t... Nh ng xác ch t ñ ng, th c v t, các s n ph ph m
nông nghi p cũng là ngu n b sung m t lư ng ñ m ñáng k cho ñ t.
Quá trình chuy n ñ i nitơ trên m t ñ t là hi n tư ng t nhiên, t o nên vòng tu n hoàn
nitơ trong khí quy n, gi tr ng trái cân b ng nitơ gi a ñ t và khí quy n. Ði u ñó gi i thích
ñư c b ng s t n t i c a th c v t trên b m t trái ñ t không c n có tác ñ ng c a con ngư i.
ð khai thác ngu n tài nguyên nitơ khí quy n con ngư i ñã s d ng nhi u phương pháp
khác nhau như dùng nhi t ñ và áp su t cao s n xu t phân vô cơ, s d ng phân vi sinh, tr ng
cây h ñ u và th bèo hoa dâu…
b) Ôxy (O2)
Ôxy chi m g n 21% th tích khí quy n, là ch t có kh năng h p th ch n l c m t s tia
b c x m t tr i góp ph n vào vi c ñi u ti t ch ñ nhi t khí quy n. Ôxy là ch t c n cho quá
trình hô h p c a m i cơ th s ng, quá trình ôxy hoá các ch t do cơ th ñ ng hóa ñư c, gi i
phóng năng lư ng cung c p cho m i ho t ñ ng c a cơ th . Trong quá trình hô h p, sinh v t
hút ôxy t khí quy n t do và th i ra khí cacbonic (CO2).
Ôxy c n thi t cho s phân gi i các ch t h u cơ, ch t th i, và tàn dư sinh v t… làm s ch
môi trư ng. Gi s trong khí quy n không có ôxy, không có s phân gi i các s n ph m th a
33
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- c a quá trình s ng, thì xác ch t ñ ng th c, v t s làm cho môi trư ng b ô nhi m nghiêm
tr ng.
Ôxy còn c n thi t cho s ñ t cháy các lo i nhiên li u, gi i phóng nhi t lư ng cung c p
cho các ho t ñ ng công nghi p, giao thông v n t i và các ngành kinh t khác.
Ngu n cung c p ôxy cho khí quy n ch y u là quá trình quang h p c a th c v t. Cây xanh
quang h p th i ôxy vào khí quy n, b i v y nh ng nơi có cây xanh hàm lư ng O2 cao hơn và
không khí trong lành hơn. Hàm lư ng oxy không khí trong các k ñ a ch t trư c ñây r t th p,
hàm lư ng này tăng d n qua các các k Ðá vôi (C sinh), Chu la (Trung sinh), k Ð Tam
(Tân sinh) do cư ng ñ quang h p cao. S suy gi m O2 gây nên nh ng h u qu nghi m tr ng
v hô h p cho th gi i sinh v t, tình tr ng nghèo oxy kéo dài thì cơ th s ch t. Ð i v i th c
v t, hàm lư ng 21% oxy khí quy n v n chưa ñáp ng ñ y ñ cho nhu c u sinh trư ng. Ch có
th c v t thu c nhóm C4 ñòi h i lư ng oxy và lư ng CO2 th p. Th nhưng, vi c ñ t cháy nhiên
li u hoá th ch trong công nghi p, giao thông ñã tiêu t n oxy và th i CO2 vào khí quy n. Vào
nh ng th p k g n ñây, do tăng cư ng ho t ñ ng công nghi p, nhiên li u hoá th ch b thai
thác quá m c. Ngoài ra, nhu c u nguyên li u g gia tăng nên di n tích r ng cũng b thu h p là
nguyên nhân làm gi m hàm lư ng ôxy, tăng hàm lư ng CO2 trong khí quy n.
c) Ôzôn (O3)
Là d ng thù hình c a ôxy, có mùi ñ c bi t, ñư c g i tên theo ti ng Hi L p là Ôzôn -
khi có mùi). Ôzôn ñư c hình thành do tác d ng c a các tia sóng ng n b c x m t tr i. Các tia
b c x này có năng lư ng l n làm phân ly các phân t ôxy thành nguyên t ; các nguyên t
ôxy l i liên k t l i thành ôzôn. Lư ng ôzôn trong khí quy n không nhi u và có m t t ng khí
quy n cao t 10 ñ n 50 km, t p trung ch y u t ng t 25 ñ n 50 km. Ôzôn là lo i khí hi m
l p không khí g n m t ñ t. M i phân t ôzôn ñư c t o thành t 3 nguyên t oxi, b i v y
nhi u ngư i tin r ng ôzôn cũng có ích cho cơ th gi ng như ôxi. Nhưng th c t không ph i
v y, nhi u k t qu nghiên c u ñã ch rõ ôzôn ñ c h i, s ô nhi m ôzôn tác ñ ng x u ñ n năng
su t cây tr ng. M t khác, l p ôzôn trên cao l i r t có ích vì nó làm nhi m v như b ph n l c,
h p th các b c x t ngo i t m t tr i chi u xu ng m t ñ t. Nh ng tia t ngo i r t nguy
hi m, nó tác ñ ng ñ n ADN c a t bào, gây ñ t bi n và ung thư da. Như v y ôzôn là tác nhân
gây ô nhi m v i không khí l p g n m t ñ t nhưng là tác nhân b o v s s ng, ch ng tia t
ngo i t ng bình lưu. Trên t ng bình lưu c a khí quy n, nh ng tia t ngo i t m t tr i tác
ñ ng v i oxy r i chuy n hóa thành ôzôn. Ôzôn cũng có th chuy n thành oxy (O2) nh nh ng
ph n ng quang hoá. Trong t nhiên t n t i m t cân b ng ñ ng gi a ôxy và ôzôn, duy trì
ñư c l p ôzôn t ng bình lưu. M t s lo i khí do công nghi p phát th i có kh năng phân
h y O3, do ñó làm th ng t ng ôzôn.
Ôzôn - lá ch n b o v
Tác d ng c a b c x M t tr i ñã duy trì s s ng trên hành tinh c a chúng ta. Tác d ng
ñó ph thu c vào ñ dài ban ngày, ñ cao M t tr i, mây, ñ m và ñ nhi m b n c a không
khí. B c x M t tr i chi u xu ng Trái ñ t dư i d ng sóng ñi n t v i ph bư c sóng r t r ng.
B c x M t tr i chi u t i gi i h n ngoài c a khí quy n Trái ñ t (ñ cao cách m t ñ t kho ng
3000km) g m các tia gamma, tia rơn ghen, tia t ngo i, tia nhìn th y, tia h ng ngo i và các
bư c sóng dài (sóng radio, TV). Các tia nhìn th y có bư c sóng t 0,39 µ* (ánh sáng tím) ñ n
0,76µ (ánh sáng ñ ). Khí quy n Trái ñ t có tác d ng khu ch tán, h p th và l c m t b ph n
l n các tia b c x M t tr i. Vì v y, ngư i ta g i khí quy n là màn ch n các tia b c x , nó ch
dành l i 2 c a s cho m t ph n b c x M t tr i chi u xu ng m t ñ t, ñó là “c a s ” dành cho
các tia nhìn th y, m t s tia t ngo i ñi qua và m t "c a s " dành cho các bư c sóng dài chi u
34
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
- xu ng Trái ñ t.
Trong khí quy n Trái ñ t, t i ñ cao kho ng 80km là t ng ñi n ly (t ng ion hoá). T ng
ñi n ly có tác d ng h p th sóng c c ng n (bư c sóng nh hơn 0,099µ). Các tia t ngo i có
bư c sóng ng n, dao ñ ng t 0,20 - 0,39µ. Các tia có bư c sóng t 0,20 - 0,28 µ g i là UV -
C, t 0,28 - 0,32 µ g i là UV - B. Các tia còn l i có bư c sóng dài hơn t 0,32 - 0,39 µ g i là
UV - A. Trong s các tia này thì UV - B có tác d ng tích c c nh t ñ i v i ñ ng, th c v t và
con ngư i. UV - C b h p th b i thành ph n O3 c a khí quy n và UV - A xuyên qua t ng
ôzôn, nhưng l i b ph n x b i oxi và nitơ tr l i vũ tr . Như v y, trên th c t t n t i m t cơ
ch t nhiên b o v sinh quy n ch ng l i tác ñ ng nguy hi m c a các tia t ngo i. S dĩ các
tia t ngo i có bư c sóng dư i 0,28 µ không xuyên qua t ng bình lưu ñư c vì có t ng ôzôn.
Khí ôzôn t nhiên ñư c hình thành là do các tia t ngo i chi u vào các phân t oxi (O2), phân
tách chúng thành các nguyên t (O), các nguyên t oxi l i ti p t c k t h p v i các phân t oxi
khác ñ hình thành ôzôn (O3). Ph n ng di n ra theo các bư c:
O2 + B c x t ngo i = O + O
O + O2 = O3
Ôzôn có th h p th năng lư ng b c x t ngo i và l i phân hu theo ph n ng:
O3 + B c x t ngo i = O2 + O
Như v y, trong thiên nhiên, khí ôzôn luôn luôn phân hu và tái t o, gi ñư c s t n t i
n ñ nh cho l p ôzôn. Khí ôzôn h p thu tia t ngo i nên có tác d ng che ch n cho b m t trái
ñ t. Vì th , l p ôzôn trong khí quy n ñư c g i là chi c "ô b o v " hay "lá ch n" cho sinh v t
trên Trái ñ t. gi i h n ngoài khí quy n, b c x t ngo i chi m 7% t ng năng lư ng b c x
m t tr i, khi qua t ng khí quy n b ôzôn gi l i, ch còn l% chi u t i m t ñ t. m t ñ t hàm
lư ng b c x sóng ng n không nh ng không gây ñ c h i cho cơ th s ng mà còn có tác d ng
kích thích, thúc ñ y các quá trình trao ñ i ch t, làm tăng cư ng sinh trư ng, phát tri n ñ cho
năng su t cao.
Trong nhi u th p k qua, do ho t ñ ng thi u ý th c c a con ngư i ñã và ñang làm t n
h i ñ n l p ôzôn c a khí quy n. M t trong nh ng nguyên nhân quan tr ng là nh ng ho t ñ ng
thái quá c a n n công nghi p, giao thông v n t i, s d ng ngày càng nhi u than, d u và khí
ñ t, th i vào khí quy n m i năm hàng trăm tri u t n khí ñ c như CO2, CFC, CO, CH4…, gây
ô nhi m khí quy n và phá h y t ng ôzôn. Các nhà khoa h c d ñoán r ng ñ n năm 2030 s
suy thoái t ng ôzôn trên ph m vi toàn c u s là 6,5%. Ð c bi t, s suy thái này x y ra m nh
các vĩ ñ cao, ñ n năm 2030 có th là 16% 600N. N u vi c c m s n xu t CFC có hi u qu
thì s suy thoái trung bình v n m c 2% và 8% 600N.
d) Khí cacbonic (CO2)
ñi u ki n bình thư ng khí CO2 ch chi m 0,032% th tích khí quy n nhưng nó là
ngu n dinh dư ng quan tr ng c a th c v t, là y u t t o thành năng su t. Ho t ñ ng c a núi
l a, quá trình cháy, quá trình hô h p c a sinh v t, s phân h y các h p ch t h u cơ là ngu n
b sung khí CO2 thư ng xuyên cho khí quy n. B lá c a th c v t là nơi h p thu khí CO2 ch
y u trong t nhiên.
Khí cacbonic c n thi t cho quá trình quang h p c a cây xanh, là nguyên li u t ng h p
các ch t h u cơ ñ m b o s sinh trư ng, phát tri n và t o năng su t. M t s lo i cây tr ng,
lư ng CO2 trong khí quy n chưa ñ cung c p cho quá trinh quang h p ñ ñ t năng su t cao.
Nhi u thí nghi m tăng d n n ng ñ CO2 trong môi trư ng s ng c a th c v t cho th y, nâng
cao d n n ng ñ CO2 làm tăng cư ng ñ quang h p giúp th c v t sinh trư ng, phát tri n t t.
35
Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình Khí tư ng Nông nghi p--------------------------------------------
nguon tai.lieu . vn
