Xem mẫu
- Ch ¬ng 11
sÐt, sÊm v vßi rång
Khã t ëng t îng mét ai ®ã l¹i kh«ng cã Ên t îng g× vÒ vÎ ®Ñp còng nh sù
nguy hiÓm m mét c¬n d«ng tè mang l¹i. MÆc dï rÊt ngo¹n môc, nh ng nh÷ng c¬n
d«ng tè kh«ng ph¶i l hiÕm x¶y ra. Thùc tÕ, chóng rÊt phæ biÕn trªn kh¾p thÕ giíi
v diÔn ra kho¶ng 40000 lÇn mçi ng y. MÆc dï tÇn suÊt xuÊt hiÖn cña chóng biÕn
®æi ®¸ng kÓ tõ n¬i n y ®Õn n¬i kh¸c, thùc tÕ l tõng ®Þa ph ¬ng trªn Tr¸i §Êt ®Òu
bÞ tæn th ¬ng bëi sÊm sÐt trong mét thêi gian n o ®ã.
SÐt cã thÓ g©y nªn nh÷ng bÊt tiÖn - nh l m háng nh÷ng dông cô ®iÖn trong
nh . Nã còng cã thÓ g©y t¸c h¹i ®¸ng kÓ, nh l m måi cho nh÷ng vô ch¸y rõng. V
dÜ nhiªn, nã cã thÓ g©y chÕt ng êi; trung b×nh mçi n¨m kho¶ng 200 ng êi bÞ chÕt do
sÐt ë Mü v Cana®a. Nh ng nÕu xÐt r»ng d©n sè cña hai ®Êt n íc lín n y tíi 300
triÖu ng êi, th× dÔ d ng thÊy r»ng kh¶ n¨ng ®Ó b¹n bÞ sÐt ®¸nh l rÊt xa vêi.
H×nh 11.1. Sean v Michael McQuilken ë trong
mét ®iÖn tr êng m¹nh ngay tr íc lóc sÐt ®¸nh
Song ng êi ta vÉn bÞ sÐt tÊn c«ng. XÐt tr êng hîp x¶y ra víi gia ®×nh
McQuilken trong cuéc d¹o ch¬i cña hä tíi C«ng viªn Quèc gia Sequoia, California
th¸ng 8 n¨m 1975. Khi bÇu trêi b¾t ®Çu tèi sÇm l¹i, Sean, Michael v em g¸i Mary
thÊy tãc hä dùng ®øng lªn. NhËn ra sù buån c êi vÎ ngo i cña t×nh huèng n y, c¸c
cËu bÐ ®· chôp mét tÊm ¶nh nh trªn h×nh 11.1. M a ®¸ tøc thêi r¬i. Råi tia chíp
gi¸ng xuèng ngay sau ®ã - Sean bÞ quËt ng· bÊt tØnh. Michael nhanh chãng l m h«
hÊp nh©n t¹o, cã lÏ chÝnh v× thÕ m Sean ® îc cøu vít. Nh ng mét n¹n nh©n kh¸c
th× Ýt may m¾n h¬n. Tia chíp cã vÎ rÏ th nh nhiÒu nh¸nh, mét nh¸nh kh¸c chiÕu
v o hai ng êi bªn c¹nh v mét trong hai ®· bÞ giÕt.
Nh ng nh÷ng t¸c ®éng cña sÐt v sÊm chíp cßn ch a l g× so víi mét mèi nguy
http://www.ebook.edu.vn
376
- hiÓm thËm chÝ lín h¬n - vßi rång. B©y giê chóng ta sÏ xem nh thÕ n o, ë ®©u v
t¹i sao thêi tiÕt d÷ tîn xuÊt hiÖn, v chóng ta sÏ xÐt nh÷ng t×nh huèng l m cho mét
sè c¬n giã lèc th× yÕu, cßn mét sè c¬n kh¸c l¹i trë th nh t¸c h¹i v g©y chÕt ng êi.
Nh÷ng qu¸ tr×nh h×nh th nh sÊm sÐt
Kho¶ng 80 phÇn tr¨m tÊt c¶ nh÷ng tia chíp l do tÝch ®iÖn trong ph¹m vi c¸c
®¸m m©y, ng îc l¹i víi sù tÝch ®iÖn tõ m©y tíi bÒ mÆt. Tia chíp tõ m©y tíi m©y n y
xuÊt hiÖn khi gra®ien ®iÖn thÕ trong ph¹m vi mét ®¸m m©y, hoÆc gi÷a c¸c ®¸m
m©y, v ît qu¸ ®iÖn trë cña kh«ng khÝ. KÕt qu¶ l mét tia s¸ng lãe lªn rÊt lín v
m¹nh, mét phÇn t ¬ng ® ¬ng víi sù chia t¸ch ®iÖn tÝch. Tia chíp tõ m©y tíi m©y
l m cho bÇu trêi s¸ng lªn mét c¸ch Ýt nhiÒu kh«ng ®Òu nhau. Bëi v× tia s¸ng lãe bÞ
che ch¾n bëi chÝnh ®¸m m©y, nªn nã th êng hay ® îc gäi l chíp xa.
20 phÇn tr¨m cßn l¹i cña c¸c tia chíp l nh÷ng sù kiÖn kÞch tÝnh h¬n, trong ®ã
®iÖn tÝch truyÒn gi÷a ch©n m©y v bÒ mÆt. PhÇn lín sÐt tõ m©y tíi ®Êt xuÊt hiÖn
khi ®iÖn tÝch ©m tÝch tô ë trong nh÷ng phÇn d íi thÊp cña ®¸m m©y. C¸c ®iÖn tÝch
d ¬ng bÞ hót tíi mét khu vùc t ¬ng ®èi nhá trªn mÆt ®Êt ë ngay bªn d íi ®¸m m©y.
§iÒu ®ã t¹o th nh mét hiÖu ®iÖn thÕ lín gi÷a mÆt ®Êt v ch©n m©y. §iÖn tÝch
d ¬ng t¹i bÒ mÆt l mét hiÖn t îng côc bé; nã t¹o ra bëi v× ®iÖn tÝch ©m t¹i ch©n
m©y ®Èy c¸c ®iÖn tö trªn ®Êt phÝa d íi. ë c¸ch xa chç ®ã th× bÒ mÆt duy tr× ®iÖn
tÝch ©m b×nh th êng cña nã so víi khÝ quyÓn. MÆc dï thuËt ng÷ tõ m©y tíi ®Êt ® îc
dïng, song mét hiÖu øng ®óng nh vËy diÔn ra trong n íc - v tia sÐt th êng hay
®¸nh xuèng c¸c hå, s«ng v ®¹i d ¬ng.
MÆc dï mét có sÐt cã thÓ xuÊt hiÖn v tiÕp diÔn chØ trong v i tÝch t¾c, song
tr íc ®ã ph¶i cã mét chuçi nh÷ng sù kiÖn b×nh th êng ®· diÔn ra. Sù t¹o ra ®iÖn
cña mét ®¸m m©y l giai ®o¹n khëi ®Çu trong tÊt c¶ c¸c tia chíp sÐt. Sau ®ã, ph¶i
cã mét con ® êng ®Ó c¸c ®iÖn tö cã thÓ truyÒn qua. ChØ sau ®ã ®iÖn míi thùc sù
® îc tÝch ®Ó t¹o ra mét có sÐt.
Sù chia t¸ch ®iÖn tÝch
TÊt c¶ c¸c tia chíp ®ßi hái lóc ®Çu c¸c ®iÖn tÝch d ¬ng v ©m ph¶i chia t¸ch v o
nh÷ng vïng kh¸c nhau cña mét ®¸m m©y. Th êng hay x¶y ra nhÊt l c¸c ®iÖn tÝch
d ¬ng tÝch tô ë c¸c chãp phÝa trªn cña mét ®¸m m©y, c¸c ®iÖn tÝch ©m ë c¸c phÇn
phÝa d íi. Nh÷ng tói ®iÖn tÝch d ¬ng nhá cã thÓ còng tËp trung ë gÇn ch©n m©y
(h×nh 11.2a). VËy b©y giê c©u hái l : sù chia t¸ch ®iÖn tÝch x¶y ra nh thÕ n o ë
vÞ trÝ thø nhÊt? Kh«ng ai biÕt ch¾c ch¾n, bëi v× nh÷ng ®¸m m©y m t¹o ra sÐt v
sÊm tá ra l nh÷ng phßng thÝ nghiÖm kh«ng mÊy mÕn kh¸ch. Nh ng chóng ta biÕt
mét sè thùc tÕ quan träng, tõ ®ã chóng ta cã thÓ cã ý niÖm n o ®ã vÒ c¸c ®iÖn tÝch
chia t¸ch ra nh thÕ n o. Tr íc hÕt, tia chíp chØ xuÊt hiÖn trong nh÷ng ®¸m m©y
më réng tíi trªn mùc kÕt b¨ng v còng bÞ giíi h¹n ë nh÷ng ®¸m m©y g©y m a. Nh
vËy, c¸c qu¸ tr×nh tinh thÓ b¨ng l nguyªn nh©n g©y m a còng ®ång thêi ph¶i t¸c
®éng ®Õn sù chia t¸ch ®iÖn tÝch. Trong nhiÒu n¨m, nhiÒu lý thuyÕt ®· ® îc ®Ò xuÊt
v bÞ tranh c·i gay g¾t. Kh«ng cã mét ®¸p ¸n cuèi cïng n o ® îc ® a ra cho ®Õn khi
http://www.ebook.edu.vn 377
- mét ph¸t hiÖn lín v o n¨m 1998, khi mét m« h×nh ®Ò cËp tíi sù truyÒn ®iÖn tÝch
qua nh÷ng líp n íc máng ë trªn c¸c tinh thÓ b¨ng v h¹t m a ®¸ ®· ® îc kh¼ng
®Þnh b»ng thùc nghiÖm.
H×nh 11.2. Sau khi sù chia t¸ch ®iÖn tÝch diÔn ra bªn trong
mét ®¸m m©y (a) th× mét ®Çu dÉn tõng b íc di chuyÓn
xuèng phÝa d íi (b) v (c) tr íc khi tiÕp xóc víi ®èi t îng
t¹i mÆt ®Êt. Dßng ®iÖn t¹o ra sãng va ®Ëp cña tia sÐt (d)
MÆc dï chóng ta kh«ng nhËn ra, nh ng c¸c vËt r¾n th êng hay bÞ bao bäc bëi
mét líp bÒ mÆt láng víi ®é d y chØ v i ph©n tö. Líp n y cÊu t¹o tõ nh÷ng ph©n tö
chØ liªn kÕt yÕu ít víi chÊt r¾n ë phÝa trong v nã hiÖn diÖn thËm chÝ t¹i nh÷ng
nhiÖt ®é kh¸ thÊp h¬n so víi ®iÓm ®ãng b¨ng. (Ngo i nh÷ng lý do kh¸c, sù hiÖn
diÖn cña líp n y gi¶i thÝch t¹i sao b¨ng l¹i tr¬n nh vËy t¹i c¸c nhiÖt ®é kh¸ thÊp
d íi kh«ng ®é b¸ch ph©n) *. Trong mét ®¸m m©y, khi mét tinh thÓ b¨ng v mét h¹t
m a ®¸ va ch¹m víi nhau, mét sè ph©n tö n íc láng ë trªn bÒ mÆt h¹t m a ®¸ di c
sang b¨ng. Thùc tÕ, cã b»ng chøng ®Ó cho r»ng sù va ch¹m thùc sù l m t¨ng xu thÕ
chÊt láng hãa v nhê ®ã l m t¨ng sù vËn chuyÓn khèi l îng. Cïng víi c¸c ph©n tö
n íc, cßn cã sù vËn chuyÓn ®iÖn tÝch d ¬ng tõ h¹t m a ®¸ tíi tinh thÓ b¨ng hay,
mét c¸ch t ¬ng ® ¬ng, vËn chuyÓn ®iÖn tÝch ©m tõ tinh thÓ tíi h¹t m a ®¸. B»ng
*
Có th b n t ng nghe nói r ng áp su t t m t l i dao dày tr t b ng làm tan b ng t o ra m t l p
màng n c tr n, nh ng i u ó không úng. B ng t nó ã tr n b t ch p b n có nén m nh nó hay không.
http://www.ebook.edu.vn
378
- c¸ch n y m c¸c tinh thÓ b¨ng nh êng nh÷ng i«n ©m cho phÇn lín nh÷ng h¹t m a
®¸ lín, sau ®ã nh÷ng h¹t n y r¬i xuèng d íi tíi phÝa ch©n m©y.
Giai ®o¹n dÉn xuèng, va ®Ëp v lãe s¸ng
Trong tia chíp tõ m©y tíi ®Êt, sù kiÖn chíp thùc thô ® îc dÉn tr íc bëi mét sù
tiÕn vÒ phÝa d íi rÊt nhanh v va ch¹m cña mét nh¸nh chíp gåm kh«ng khÝ tÝch
®iÖn ©m, gäi l mét ®Çu dÉn tõng b íc (h×nh 11.2b), tõ ch©n cña ®¸m m©y. §Çu
dÉn kh«ng ph¶i l mét cét ®¬n cña kh«ng khÝ bÞ i«n hãa; nã rÏ th nh c¸c nh¸nh tõ
mét nh¸nh chÝnh ë mét sè chç. Víi ® êng kÝnh chØ b»ng kho¶ng 10 cm, tõng nh¸nh
chíp lóc ®Çu tõ ch©n m©y bæ nh o kiÓu sãng xuèng phÝa d íi kho¶ng 50 m trong
vßng kho¶ng mét phÇn triÖu gi©y. §Çu dÉn kh«ng nh×n thÊy n y dõng l¹i trong
kho¶ng 50 μm, sau ®ã l n sãng nh o xuèng phÝa d íi 50 m n÷a hoÆc ®¹i lo¹i nh
vËy. ChÝnh v× chuyÓn ®éng h íng xuèng d íi th nh mét chuçi rÊt nhanh c¸c b íc
riªng lÎ m ng êi ta gäi l ®Çu dÉn tõng b íc.
Khi ®Çu dÉn tiÕp cËn mÆt ®Êt (h×nh 11.2c), mét chíp s¸ng tõ mÆt ®Êt phãng lªn
trªn tíi phÝa ®Çu dÉn. Khi ®Çu dÉn v chíp s¸ng gÆp nhau, chóng t¹o ra mét ® êng
dÉn cho dßng ®iÖn tö ph¸t sinh lóc ®Çu th nh mét chuçi c¸c sãng xung ph¸t s¸ng
chãi lßa, hay c¸c sãng xung ®Ëp tr¶ l¹i. Dßng ®iÖn víi c êng ®é kho¶ng 20000
ampe cã ® êng dÉn xuèng phÝa d íi tõ ch©n cña ®¸m m©y, nh ng sãng xung ®Ëp
thùc sù truyÒn lªn phÝa trªn (h×nh 11.2d). § êng dÉn ®iÖn kÕt thóc t¹i bÒ mÆt m
tõ ®ã cã mét sãng xung ®Ëp cña ®iÖn tÝch d ¬ng phãng lªn trªn vÒ phÝa m©y. Dßng
®iÖn ®èt nãng kh«ng khÝ trong kªnh dÉn ®Õn c¸c nhiÖt ®é cao tíi 30000 K, hay b»ng
n¨m lÇn nhiÖt ®é cña bÒ mÆt MÆt Trêi! (xem h×nh 11.3).
H×nh 11.3. Chíp
Sù phãng ®iÖn cña sãng xung ®Ëp thø nhÊt l m trung hßa mét sè, nh ng
kh«ng ph¶i l tÊt c¶ c¸c i«n tÝch ®iÖn ©m ë gÇn ch©n m©y. KÕt qu¶ l , mét ®Çu dÉn
kh¸c (gäi l ®Çu dÉn liªn tôc) h×nh th nh trong ph¹m vi kho¶ng mét phÇn m êi
gi©y v tõ nã cã mét sãng xung ®Ëp tiÕp theo xuÊt hiÖn. Chuçi c¸c ®Çu dÉn liªn tôc
http://www.ebook.edu.vn 379
- v c¸c sãng xung ®Ëp n y cã thÓ lÆp l¹i bèn hay n¨m lÇn. * Bëi v× c¸c sãng xung ®Ëp
riªng rÏ diÔn ra rÊt nhanh nèi tiÕp nhau, nªn chóng tá ra nh mét sãng xung ®Ëp
®¬n nhÊp nh¸y v nh¶y xung quanh. Chóng ta gäi tËp hîp c¸c sãng xung ®Ëp l
mét tia chíp, hiÖu øng rßng cña nã l vËn chuyÓn c¸c ®iÖn tö tõ m©y xuèng ®Êt.
VËn chuyÓn tæng céng c¸c ®iÖn tö kh«ng lín, chØ nhiÒu b»ng kho¶ng chóng ta
sö dông ®Ó l m s¸ng mét bãng ®Ìn 100 W trong mét phót hoÆc kho¶ng ®ã. VËy l m
thÕ n o tia chíp cã thÓ c¾t xÎ c¸c c©y v thùc hiÖn nh÷ng viÖc kÞch tÝnh kh¸c? V×
mét lý do l trong tia chíp sù truyÒn ®iÖn tÝch rÊt nhanh, cho nªn dßng ®iÖn b»ng
kho¶ng 100 lÇn dßng ®iÖn dïng trong nh . §Ó hiÓu v× sao, h·y suy nghÜ vÒ vÝ dô
bãng ®Ìn cã dßng ®iÖn thÊp ch¹y trong mét thêi gian t ¬ng ®èi l©u. §iÖn tÝch tæng
céng bÞ vËn chuyÓn b»ng ®óng nh trong tia chíp khi mét dßng ®iÖn lín ch¹y qua
chØ trong mét tho¸ng. Nh©n tè kh¸c, ®ã l gra®ien ®iÖn thÕ lín h¬n nhiÒu so víi
trong mét dßng ®iÖn sinh ho¹t, cho nªn n¨ng l îng gi¶i phãng lín h¬n nhiÒu do mçi
®iÖn tö ® îc vËn chuyÓn. TÊt c¶ nh÷ng thùc tÕ ®ã cã nghÜa r»ng mét l îng lín n¨ng
l îng ® îc gi¶i phãng trong mét thêi kho¶ng rÊt ng¾n, l m cho mçi sãng xung ®Ëp
cùc kú m¹nh h¬n so víi bãng ®Ìn 100 W.
H×nh 11.4. Mét tia chíp d ¬ng
Nh÷ng ®iÖn tÝch d ¬ng ë trªn ®Ønh cña c¸c ®¸m m©y g©y d«ng tè cã thÓ còng
dÉn ®Õn chíp. Khi giã mùc cao thæi m¹nh, c¸c ®¸m m©y g©y d«ng tè bÞ x« nghiªng
®i trong giã v cã c¸c ®iÖn tÝch d ¬ng ® îc mang theo ë phÝa tr íc (h×nh 11.4).
Nh÷ng ®iÖn tÝch d ¬ng n y c¶m øng nh÷ng ®iÖn tÝch ©m t¹i bÒ mÆt ®Êt, dÉn ®Õn
mét tia chíp mang ®iÖn tÝch d ¬ng ®i xuèng d íi bÒ mÆt. KÕt qu¶ l , th êng hay
x¶y ra c¸c tia chíp ®Çu tiªn cña mét trËn d«ng tè l nh÷ng tia chíp d ¬ng v c¸c
quan tr¾c ph¸t hiÖn ® îc r»ng chóng cã thÓ m¹nh gÊp hai lÇn nh÷ng sãng xung
®Ëp ©m thanh tiÕp sau. D¹ng chíp d ¬ng n y do ®ã ®Æc biÖt nguy hiÓm. Nã cã thÓ
xuÊt hiÖn c¸ch xa b·o mét sè dÆm, n¬i m ng êi ta kh«ng c¶m thÊy bÞ ®e däa; nã cã
dßng ®iÖn tö ®Ønh ®iÓm lín h¬n v nã th êng kÐo d i h¬n, dÔ g©y nh÷ng vô ch¸y.
C¸c lo¹i chíp
RÊt Ýt phæ biÕn h¬n so víi nh÷ng tia chíp xung ®Ëp v ®Çu dÉn ®ã l kiÓu sinh
®iÖn l¹ gäi l sÐt hßn. SÐt hßn xuÊt hiÖn th nh mét khèi trßn, s¸ng nãng cña kh«ng
*
Có khi m t ch p có th g m h n 30 sóng xung p riêng r .
http://www.ebook.edu.vn
380
- khÝ nhiÔm ®iÖn, kÝch th íc b»ng tíi mét qu¶ bãng chuyÒn, nã cã vÎ ch¹y ®u ® a
trong kh«ng khÝ hoÆc däc theo bÒ mÆt trong kho¶ng 15 gi©y hoÆc ®¹i lo¹i nh vËy
tr íc khi tan biÕn hoÆc næ tung. Cã mét d¹ng sÐt hßn l mét khèi m u ®á xÉm, tr«i
tù do, nã cã xu h íng tr¸nh nh÷ng d©y dÉn ®iÖn v tr«i v o nh÷ng kho¶ng kh«ng
gian khÐp kÝn hoÆc qua c¸c cöa ra v o v cöa sæ. D¹ng kh¸c th× s¸ng chãi h¬n nhiÒu
v bÞ thu hót bëi nh÷ng vËt dÉn ®iÖn (kÓ c¶ ng êi). NhiÒu c¸ch gi¶i thÝch vÒ sÐt hßn
®· ® îc ® a ra trong Ýt nhÊt mét tr¨m n¨m m ¬i n¨m qua, nh ng cho tíi gÇn ®©y
kh«ng c¸ch gi¶i thÝch n o th©u tãm ® îc tÊt c¶ nh÷ng khÝa c¹nh cña hiÖn t îng v
phÇn lín c¸ch gi¶i thÝch cã nh îc ®iÓm rÊt th« s¬. T×nh h×nh míi ® îc c¶i thiÖn
®¸ng kÓ v o ®Çu n¨m 2000 víi mét th«ng b¸o vÒ nh÷ng cuéc thÝ nghiÖm liªn quan
tíi sÐt nh©n t¹o trªn ®Êt. Ng êi ta thÊy r»ng sÐt l m suy gi¶m c¸c hîp chÊt cña
silic trong ®Êt tíi nh÷ng phÇn tö kÝch th íc nano nhá bÐ cña silicon carbibe (SiC)
v silic «xit ®¬n (SiO) v silic kim lo¹i (Si). Kh¸c víi c¸c hîp chÊt silic nguyªn thñy,
nh÷ng hîp chÊt n y chøa hãa n¨ng lín ®¸ng kÓ v kh«ng bÒn v÷ng trong m«i
tr êng «xy. Chóng tho¸t v o trong kh«ng khÝ, ë ®ã chóng bÞ l¹nh ®i nhanh v
ng ng tô th nh c¸c chuçi xÝch v m¹ng l íi rÊt máng. C¸c m¹ng l íi rÊt nhÑ, cho
nªn chóng tr«i dÔ d ng trong khÝ quyÓn. V ®iÒu quan träng l chóng ch¸y s¸ng
khi bÞ «xy hãa, gi¶i phãng n¨ng l îng dù tr÷ d íi d¹ng ¸nh s¸ng nh×n thÊy.
VÇng löa th¸nh Elmo còng l mét d¹ng hiÖn t îng ®iÖn hiÕm v l¹ th êng
kh¸c. Sù i«n hãa trong kh«ng khÝ - th êng l ngay tr íc khi h×nh th nh chíp tõ
m©y tíi ®Êt - cã thÓ l m cho nh÷ng ®èi t îng cao nh c¸c th¸p chu«ng nh thê hoÆc
c¸c cét buåm cña tÇu thñy nãng s¸ng lªn khi chóng ph¸t ra mét lo¹t lãe s¸ng liªn
tôc. HiÖn t îng n y t¹o ra mét s¾c m u xanh lam - xanh l¸ c©y cho kh«ng khÝ, kÌm
theo mét ©m thanh rÝt lªn.
H×nh 11.5. ¶nh mét bãng ma
Nh÷ng quan tr¾c v ¶nh chôp gÇn ®©y tõ kh«ng gian ®· ph¸t hiÖn ra hiÖn
t îng ®iÖn ch a tõng ® îc biÕt ë trªn ®Ønh cña c¬n d«ng lèc. C¸c bãng ma (h×nh
11.5) l nh÷ng lo¹t chïm s¸ng ®iÖn rÊt lín nh ng ng¾n ngñi n©ng lªn tõ c¸c ®Ønh
m©y khi chíp xuÊt hiÖn ë phÝa d íi. Mét bãng ma tr«ng gièng nh mét con søa m u
®á khæng lå, më réng tíi 95 km bªn trªn c¸c ®¸m m©y, cã c¸c vßi m u xanh l¬ hoÆc
xanh thÉm treo l¬ löng ë d íi th©n. Nh÷ng vô bãng ma chØ x¶y ra kho¶ng mét
http://www.ebook.edu.vn 381
- phÇn tr¨m cña tÊt c¶ nh÷ng hiÖn t îng chíp. (§iÒu thó vÞ l , c¸c phi c«ng qu©n sù
v d©n sù b©y giê thõa nhËn l hä ®· tõng nh×n thÊy nh÷ng bãng ma tr íc khi hiÖn
t îng n y ® îc quan s¸t tõ c¸c chuyÕn bay ®Æc nhiÖm trong kh«ng gian, nh ng
tr íc ®©y hä th êng kh«ng th«ng b¸o vÒ chóng, sî r»ng hä bÞ quy kÕt cã chøng
hoang t ëng).
Nh÷ng tia s¸ng xanh (h×nh 11.6) l nh÷ng
vô phãng ®iÖn h íng lªn phÝa trªn tõ c¸c phÇn
®Ønh cao cña c¸c bé phËn d«ng tè ho¹t ®éng m¹nh
nhÊt. Chóng phãng vät lªn trªn víi tèc ®é kho¶ng
100 km/s v ®¹t c¸c ®é cao tíi 50 km bªn trªn bÒ
mÆt. RÊt cã thÓ r»ng nh÷ng lo¹i hiÖn t îng ®iÖn
kh¸c bªn trªn c¸c c¬n d«ng b·o vÉn ch a ® îc
ph¸t hiÖn hÕt.
SÊm
Sù t¨ng m¹nh nhiÖt ®é trong mét có va ®Ëp
chíp l m cho kh«ng khÝ në ra rÊt nhanh v t¹o
th nh ©m thanh quen thuéc cña sÊm. MÆc dï ©m
truyÒn ®i rÊt nhanh - kho¶ng 0,3 km/s - song nã
chËm h¬n tèc ®é cña ¸nh s¸ng (300000 km/s) rÊt
nhiÒu. Chªnh lÖch n y t¹o ra mét kho¶ng trÔ gi÷a H×nh 11.6. Mét tia s¸ng xanh
tia chíp v tiÕng sÊm; chíp c ng ë xa th× thêi gian
trÔ c ng l©u. B¹n cã lÏ ®· biÕt mét quy t¾c kinh
nghiÖm ®Ó íc l îng kho¶ng c¸ch cña mét tia chíp: ®¬n gi¶n l ®Õm sè gi©y gi÷a
chíp v sÊm v ®em chia cho ba ®Ó x¸c ®Þnh kho¶ng c¸ch b»ng kil«mÐt (chia cho
n¨m ®Ó cã kho¶ng c¸ch b»ng dÆm).
Ph ¬ng ph¸p n y cã thÓ sai ®èi víi nh÷ng sãng xung ®Ëp rÊt xa, xa h¬n kho¶ng
20 km. Sù gi¶m mËt ®é kh«ng khÝ theo ®é cao l m cho sãng ©m bÞ lÖch h íng lªn
trªn. T¹i nh÷ng kho¶ng c¸ch ng¾n, l îng lÖch h íng cã thÓ bá qua. Nh ng víi
kho¶ng c¸ch 20 km, th× nã ®ñ l m dÞch chuyÓn c¸c sãng ©m ®Ó kh«ng thÓ nghe thÊy
t¹i mùc bÒ mÆt. Tia chíp t ëng nh xuÊt hiÖn kh«ng cã sÊm ®«i khi ® îc gäi l
chíp nhiÖt, mÆc dï chuyªn tõ n y g©y nhÇm lÉn ë chç nã h m ý cã mét c¸i g× ®ã
kh«ng b×nh th êng ë lo¹i chíp n y. Sù bÊt th êng duy nhÊt chØ l ©m thanh cña
sÊm kh«ng ®¹t tíi ng êi nghe m th«i.
B¹n cã lÏ ®· ®Ó ý thÊy r»ng ë gÇn th× sÊm nghe nh mét tiÕng næ lín, ®anh rßn
ng¾n, cßn sÊm ë xa th êng hay xuÊt hiÖn th nh mét tiÕng r× rÇm kÐo d i. Mét sãng
xung cña chíp t¹o ra sÊm cã thÓ d i mét sè km, nªn mét phÇn cña nã cã thÓ kh¸ xa
®èi víi ng êi nghe so víi c¸c phÇn kia. Do ®ã, tiÕng sÊm t¹o th nh mét ©m thanh
kÐo d i v× c¸c ©m thanh cña phÇn ë xa cña sãng xung ®Ëp cÇn thêi gian l©u h¬n ®Ó
®¹t tíi ng êi nghe. T¹i nh÷ng kho¶ng c¸ch lín h¬n, tiÕng väng cña sãng ©m tõ c¸c
tßa nh v ®åi nói cã thÓ l m cho sÊm th nh mét ©m thanh r× rÇm.
http://www.ebook.edu.vn
382
- ®ã c¸c sù kiÖn cùc ®oan nh chíp ® îc
xÕp chång lªn.
11-1 Nh÷ng nguyªn lý vËt lý: §iÖn cã bÞ truyÒn ®i mét c¸ch thÝch
§iÖn trong khÝ quyÓn øng víi gra®ien ®iÖn thÕ cña ®iÖn tr êng
thêi tiÕt ®Ñp hay kh«ng? Cã, nh ng bëi v×
kh«ng khÝ l mét vËt c¸ch ®iÖn tèt, nªn
DÜ nhiªn, chíp l mét nhiÔu khÝ
dßng ®iÖn yÕu, kho¶ng 2000 cul«ng mét
quyÓn, phÇn lín chíp cã thÓ ® îc gi¶i
gi©y ®èi víi to n h nh tinh (2000 A). ë
thÝch b»ng nh÷ng nguyªn lý c¬ b¶n cña
B¾c Mü, trong mçi tßa nh ®iÓn h×nh
®iÖn häc khÝ quyÓn. B¹n ®· biÕt tõ
® îc m¾c d©y ®Ó s i 200 A, nªn chóng ta
ch ¬ng 1 r»ng c¸c i«n (c¸c phÇn tö tÝch
thÊy r»ng dßng ®iÖn khÝ quyÓn thùc sù
®iÖn) cã nhiÒu nhÊt ë trªn cao cña khÝ
rÊt nhá nhoi. Tuy nhiªn, ®iÖn liªn tôc bÞ
quyÓn, ®ã l quyÓn i«n, ë kho¶ng tõ 90
thÊt tho¸t, bëi v× c¸c ®iÖn tö vËn chuyÓn
®Õn 480 km. KhÝ quyÓn tÇng cao cã ®iÖn
tõ bÒ mÆt, hay (mét c¸ch t ¬ng ® ¬ng)
tÝch d ¬ng, gièng nh chóng ta thÊy ë
c¸c ®iÖn tÝch d ¬ng ® îc vËn chuyÓn khái
gÇn cùc d ¬ng cña mét b×nh ¸c quy. Theo
khÝ quyÓn. Tõ ®©y suy ra r»ng ®Ó cho
®óng nh kiÓu m mét b×nh ¸c quy tÝch
tr êng ®iÖn trung b×nh ® îc duy tr×, th×
tr÷ n¨ng l îng, c¸c ®iÖn tÝch trong khÝ
nã ph¶i liªn tôc ® îc bï l¹i. Thùc tÕ l
quyÓn thÓ hiÖn n¨ng l îng tÝch lòy v cã
nhiÔm ®iÖn chíp ® îc xem l c¬ chÕ t¸i
tiÒm n¨ng thùc hiÖn c«ng. §èi víi c¶ c¸c
tÝch ®iÖn chñ yÕu. Nãi kh¸c ®i, sù tÝch
¸c quy lÉn khÝ quyÓn, tiÒm n¨ng ®iÖn
®iÖn trong chíp tõ m©y tíi ®Êt ®· truyÒn
® îc biÓu diÔn b¨ng ®iÖn thÕ, tøc n¨ng
c¸c ®iÖn tö cho bÒ mÆt, duy tr× hiÖu ®iÖn
l îng trong mét ®¬n vÞ ®iÖn tÝch. Ch¼ng
thÕ v ph¸t sinh tr êng ®iÖn.
h¹n, nÕu mét ¸c quy cã ®iÖn thÕ 1,5 V, cã
Trong khÝ quyÓn tÇng thÊp, gra®ien
nghÜa r»ng 1,5 J hiÖn cã cho mét cul«ng
cña ®iÖn tr êng thêi tiÕt ®Ñp b»ng cì 100
®iÖn tÝch (1,5 J/C). Mét C t ¬ng ® ¬ng víi
V/m. (MÆc dï ®iÒu n y cã vÎ rÊt Ên t îng,
®iÖn tÝch m 6 × 10 19 ®iÖn tö mang theo.
h·y nhí l¹i r»ng chØ cã Ýt i«n cã mÆt,
§iÖn thÕ c ng cao, n¨ng l îng gi¶i phãng
th nh thö tæng n¨ng l îng hiÖn cã l rÊt
tõ mçi cul«ng vËn chuyÓn c ng lín.
thÊp). §Ó cho chíp xuÊt hiÖn, ®é lín cña
Trong tr êng hîp Tr¸i §Êt, hiÖu tr êng ph¶i ® îc c êng hãa nhiÒu so víi
®iÖn thÕ khæng lå tån t¹i gi÷a bÒ mÆt v gi¸ trÞ nÒn. ChØ khi gra®ien ®iÖn thÕ ®¹t
i«n quyÓn - kho¶ng 400000 V! Gra®ien tíi h ng triÖu v«n trªn mét mÐt th× ®iÖn
®iÖn thÕ n y h×nh th nh nªn c¸i m trë cña khÝ quyÓn sÏ bÞ sôt gi¶m, dÉn ®Õn
chóng ta gäi l ®iÖn tr êng thêi tiÕt
“lãe s¸ng” m chóng ta gäi l chíp v
®Ñp. §iÖn tr êng thêi tiÕt ®Ñp lu«n lu«n
tiÕng rÒn cña sÊm ®i kÌm.
hiÖn diÖn, thËm chÝ trong thêi tiÕt xÊu,
Do ®ã, c©u hái chíp h×nh th nh nh
cho nªn tªn ®óng h¬n lÏ ra ph¶i l ®iÖn
thÕ n o l c©u hái d«ng tè cã tÝch ®iÖn ®ñ
tr êng trung b×nh. §iÖn tr êng thêi tiÕt
kh«ng. Ngay c¶ ng y nay míi chØ cã mét
®Ñp cã thÓ xem nh tr¹ng th¸i nÒn, ë trªn
phÇn ®¸p ¸n, nh ch ¬ng n y ®· m« t¶.
An to n sÐt
MÆc dï rÊt léng lÉy, chóng ta kh«ng ® îc quªn r»ng sÐt cã thÓ d÷ tîn chÕt
ng êi, nã giÕt h¹i trung b×nh 69 ng êi ë Mü mét n¨m v 7 ng êi - ë Cana®a. May
thay, hiÓu biÕt ng y nay cña chóng ta vÒ sÐt m¸ch b¶o cho chóng ta mét sè quy t¾c
an to n quan träng.
Thø nhÊt v c¬ b¶n nhÊt, ®ã l khi cã sÐt, h·y lu«n Èn n¸u trong mét tßa nh ,
http://www.ebook.edu.vn 383
- kh«ng tiÕp xóc víi bÊt kú dông cô ®iÖn n o hoÆc m¸y ®iÖn tho¹i. V dÜ nhiªn,
kh«ng quan s¸t c¬n gi«ng b·o cã sÐt tõ mét hå n íc hoÆc mét bån n íc nãng. C¸c xe
« t« (kh«ng ph¶i lo¹i mui trÇn) l t ¬ng ®èi an to n, nh ng kh«ng ph¶i v× c¸c b¸nh
xe b»ng cao su ®¶m b¶o c¸ch ®iÖn víi mÆt ®Êt (nh nhiÒu ng êi vÉn nghÜ). Nguyªn
nh©n thùc sù l nÕu nh xe « t« bÞ dÝnh sÐt, ®iÖn sÏ truyÒn xung quanh th©n xe chø
kh«ng truyÒn v o phÝa bªn trong néi thÊt (hoÆc nh÷ng ng êi trong ®ã). ChÝnh thùc
tÕ n y gi¶i thÝch t¹i sao sÐt hiÕm khi l m r¬i c¸c m¸y bay, thËm chÝ mÆc dï mét
chiÕc m¸y bay d©n dông cô thÓ ®Òu bÞ dÝnh sÐt trung b×nh mét lÇn mçi n¨m.
c¸ch 1 mÐt, råi ®ét ngét r¬i xuèng s n gç
Èm. Nã l¨n long lãc theo s n ra ngo i lÒu
ë phÝa bªn ph¶i, n©ng lªn ®é cao gÇn 2 m,
tr«i tiÕp kho¶ng 9 m, r¬i xuèng ®Êt v t¾t
11-2 Chuyªn ®Ò:
ngÊm. Khi nã ®i qua ®Çu m×nh, t«i kh«ng
Mét ng êi thÊy sÐt hßn *
c¶m thÊy nãng. ©m thanh cña nã, t«i
thÊy gièng nh ng êi ta quÑt m¹nh mét
T«i thÊy sÐt hßn trong mét trËn que diªm. Khi nã l¨n trªn s n, nã biÓu lé
d«ng b·o v o mïa hÌ n¨m 1960. BÊy giê nh÷ng tÝnh chÊt ® n håi (mét nh vËt lý
t«i 16 tuæi. Lóc ®ã v o kho¶ng 9g00ph ch¾c sÏ gäi chóng l nh÷ng dao ®éng
tèi, trêi rÊt tèi, cßn t«i ®ang ngåi víi b¹n rung céng h ëng). §é räi s¸ng cña nã nh
g¸i cña m×nh bªn mét chiÕc b n d· ngo¹i thÓ nã kh«ng s¸ng lãa l¾m. T«i íc l îng
trong mét chiÕc lÒu t¹i c«ng viªn ë phÝa nã gièng nh ¸nh s¸ng cña mét bãng ®Ìn
b¾c bang New York. ChiÕc lÒu cã thiÕt kÕ nhá h¬n 10 W. TÊt c¶ mäi chuyÖn kÐo d i
më th«ng ë ba mÆt v chóng t«i ®ang kho¶ng 15 gi©y. Ngay c¶ b©y giê t«i vÉn
ngåi quay l ng vÒ phÝa khÐp kÝn. Trêi nhí nh in vÒ nã, nh tÊt c¶ nh÷ng ng êi
m a rÊt nÆng. Mét qu¶ cÇu m u tr¾ng chøng kiÕn, bëi v× nã qu¸ bÊt th êng. ChØ
nhê - v ng nh¹t, kÝch th íc cì qu¶ bãng sau ®ã m êi n¨m, t¹i mét buæi héi th¶o
b n, xuÊt hiÖn ë bªn tr¸i chóng t«i, c¸ch vÒ sÐt hßn, t«i míi nhËn ra c¸i g× t«i ®·
kho¶ng 30 m, v vÎ ngo i cña nã kh«ng ® îc môc kÝch.
hÒ g¾n liÒn víi mét tia chíp. Giã nhÑ. ____________
* Nguån: Graham K. Hubler. In l¹i ® îc phÐp
Qu¶ cÇu ë cao 2,5 m bªn trªn mÆt ®Êt v
cña Nature. B¶n quyÒn 2000, Macmillan
®ang tr«i chÇm chËm vÒ phÝa lÒu. Khi v o
Magazines Ltd.
tíi, nã l ít gÇn ®Çu chóng t«i ë kho¶ng
Chóng ta th êng hay liªn hÖ nh÷ng trËn sÐt ®¸nh chÕt ng êi víi viÖc ch¬i golf
trong khi d«ng tè v nh÷ng h nh vi ngèc nghÕch kh¸c, nh ng mèi nguy hiÓm kh«ng
ph¶i bao giê còng dÔ tr¸nh. VÝ dô, ng y 1 th¸ng 1 n¨m 2000, mét có sÐt ®¬n ®éc
giÕt chÕt mét gia ®×nh s¸u ng êi gÇn nói Darwin, Zimbabwe trong mét th¶m kÞch
rÊt gièng víi mét vô kh¸c x¶y ra Ýt th¸ng tr íc ®ã ë Zimbabwe, khi mét có sÐt ®¬n
lÎ giÕt chÕt s¸u ng êi gÇn th nh phè Gokwe. Nh÷ng vô chÕt do sÐt ®ang trë th nh
th êng xuyªn h¬n bao giê hÕt ë vïng khi rõng bÞ thu hÑp, l ng m¹c sinh sèng bÞ lé
ra tr íc nh÷ng diÖn tÝch trèng tr¶i. VÊn ®Ò trë nªn rÊt c¨ng th¼ng do sö dông r¬m
r¹ hoÆc l¸ cä l m vËt liÖu lîp m¸i nh . Muéi khãi tõ löa bÕp thÊm v o r¬m r¹ víi
chÊt cacbon l m cho m¸i nh dÉn ®iÖn tèt v hÊp dÉn ®èi víi sÐt.
http://www.ebook.edu.vn
384
- Trong khi n¹n ph¸ rõng ®ang l m t¨ng nguy c¬ chÕt ng êi do sÐt ë mét sè bé
phËn cña thÕ giíi, th× ë Mü mét møc gi¶m ®¸ng kÓ (h¬n 50 %) ®· diÔn ra vÒ sè tö
n¹n do sÐt tõ nh÷ng n¨m 1920. Thùc tÕ n y cßn g©y Ên t îng h¬n khi ng êi ta cho
r»ng tõ thêi gian ®ã d©n sè ®Êt n íc ®· t¨ng tõ kho¶ng 150 triÖu tíi 270 triÖu. Sù
tiÕt gi¶m vÒ sè tö vong ® îc xem l nhê mét phÇn ë sù gi¶m d©n sè c¸c vïng n«ng
th«n, n¬i nguy c¬ bÞ sÐt tÊn c«ng lín h¬n. Gi¸o dôc céng ®ång tèt h¬n, th«ng tin
c¶nh b¸o ® îc c¶i thiÖn, nh÷ng tiÕn bé vÒ trî gióp y tÕ v nh÷ng hÖ thèng ®iÖn hiÖn
®¹i hãa trong nh ë v c¸c tßa nh kh¸c ® îc xem l cã ®ãng gãp v o møc gi¶m n y.
B·o tè: tù tiªu tan v tù sinh s«i
May m¾n cho chóng ta, ®¹i ®a sè nh÷ng sù kiÖn sÐt g¾n liÒn víi c¸c trËn d«ng
tè ®Þa ph ¬ng, thêi gian sèng ng¾n, chóng tiªu tan trong vßng v i chôc phót sau
khi h×nh th nh. Nh÷ng trËn d«ng tè ®ã, gäi l tè lèc khèi khÝ, thùc sù tù chóng
tiªu tan nhê t¹o ra nh÷ng dßng gi¸ng c¾t mÊt nguån cung øng ®é Èm v o trong
nh÷ng ®¸m m©y g©y m a. V× lý do ®ã, chóng th êng kh«ng t¹o ra thêi tiÕt kh¾c
nghiÖt. Tuy nhiªn, trong nh÷ng dÞp kh¸c, c¸c dßng gi¸ng tõ m a lín thùc sù l m
m¹nh c¸c c¬n lèc tè g©y nªn m a. Nh÷ng con lèc tè ®ã ® îc xÕp lo¹i cùc ®oan v g©y
ra thiÖt h¹i v tæn thÊt sinh m¹ng nhiÒu nhÊt.
Nh÷ng trËn lèc tè khèi khÝ
Nh÷ng trËn lèc tè khèi khÝ l phæ biÕn nhÊt v Ýt ph¸ ho¹i nhÊt trong c¸c lèc
tè. Chóng còng cã thêi gian sèng rÊt h¹n chÕ, th êng chØ kÐo d i kh«ng ®Õn mét
giê. MÆc dï tªn gäi cña nã ngô ý r»ng nh÷ng trËn lèc tè n y cã thÓ chiÕm cø to n bé
nh÷ng khèi kh«ng khÝ (chóng rÊt réng lín), nh÷ng trËn lèc tè khèi khÝ rÊt côc bé.
Nh ng thuËt ng÷ kh«ng cã nghÜa khi b¹n xem r»ng c¸c trËn lèc tè xuÊt hiÖn trong
ph¹m vi nh÷ng khèi kh«ng khÝ riªng biÖt v di chuyÓn kh¸ xa khái c¸c biªn front.
H·y suy xÐt theo c¸ch n y: c¸c c¬n lèc tè khèi khÝ ® îc chøa trong ph¹m vi c¸c khèi
kh«ng khÝ ®ång nhÊt, nh ng chóng kh«ng chiÕm cø to n bé khèi khÝ.
NhËn thøc hiÖn t¹i cña chóng ta vÒ c¸c c¬n lèc tè khèi khÝ dùa trªn Dù ¸n Lèc
tè, dù n¸n n y nghiªn cøu nh÷ng sù kiÖn nh vËy ë Ohio v Florida trong thêi gian
cuèi nh÷ng n¨m 1940. Mét trËn lèc tè khèi khÝ th êng gåm mét sè nh©n riªng biÖt,
mçi nh©n tr¶i qua mét tuÇn tù ba giai ®o¹n kh¸c biÖt - giai ®o¹n m©y tÝch, giai
®o¹n tr ëng th nh v giai ®o¹n tiªu tan (h×nh 11.7).
Giai ®o¹n m©y tÝch. Giai ®o¹n thø nhÊt cña mét c¬n lèc khèi khÝ b¾t ®Çu khi
kh«ng khÝ bÊt æn ®Þnh n©ng lªn, th êng l do ®èi l u ®Þa ph ¬ng x¶y ra khi mét sè
bÒ mÆt bÞ ®èt nãng nhanh h¬n nh÷ng bÒ mÆt kh¸c. V× c¸c c¬n lèc tè khèi khÝ th êng
hay x¶y ra v o ban ®ªm, khi kh«ng khÝ bÞ l¹nh ®i, chóng ta biÕt r»ng nh÷ng qu¸
tr×nh th¨ng kh¸c cã thÓ còng ph¸t ®éng dßng th¨ng. BÊt kÓ qu¸ tr×nh n o g©y nªn
dßng th¨ng, kh«ng khÝ n©ng lªn sÏ bÞ l¹nh ®i ®o¹n nhiÖt ®Ó h×nh th nh nh÷ng ®¸m
m©y tÝch thêi tiÕt ®Ñp. Nh÷ng ®¸m m©y khëi ®Çu n y cã thÓ tån t¹i chØ v i phót
tr íc khi bèc h¬i. MÆc dï chóng kh«ng trùc tiÕp dÉn tíi m a, nh÷ng ®¸m m©y khëi
®Çu ®ãng mét vai trß quan träng trong sù ph¸t triÓn lèc tè nhê sù di chuyÓn h¬i
http://www.ebook.edu.vn 385
- n íc tõ bÒ mÆt lªn ®èi l u quyÓn tÇng trung. Cuèi cïng khÝ quyÓn trë th nh ®ñ Èm
sao cho c¸c ®¸m m©y míi h×nh th nh kh«ng bèc h¬i, m ng îc l¹i, ®· lín lªn ®¸ng
kÓ theo chiÒu th¼ng ®øng. Qu¸ tr×nh lín lªn n y thÓ hiÖn giai ®o¹n m©y tÝch
trong c¬n lèc tè khèi khÝ.
H×nh 11.7. C¸c giai ®o¹n m©y tÝch (a), tr ëng th nh (b) v tiªu tan (c) cña mét lèc tè khèi khÝ
C¸c ®¸m m©y trong giai ®o¹n m©y tÝch ph¸t triÓn lªn phÝa trªn víi tèc ®é 5 ®Õn
20 m/s. Bªn trong c¸c ®¸m m©y ®ang lín lªn, nhiÖt ®é gi¶m theo ®é cao xÊp xØ nh
tèc ®é gi¶m ®o¹n nhiÖt b·o hßa v mét bé phËn cña ®¸m m©y lan cao lªn trªn mùc
kÕt b¨ng. C¸c tinh thÓ b¨ng bÊt ®Çu h×nh th nh v lín lªn nhê qu¸ tr×nh Bergeron.
BÇu trêi nhanh chãng tèi xÇm l¹i d íi ®¸m m©y ®ang d y thªm; khi gi¸ng thñy b¾t
®Çu r¬i, c¬n giã lèc b íc sang giai ®o¹n ph¸t triÓn tiÕp theo cña nã.
Giai ®o¹n tr ëng th nh. Giai ®o¹n tr ëng th nh cña c¬n giã lèc khèi khÝ
b¾t ®Çu khi gi¸ng thñy - th nh m a nÆng hay cã thÓ l m a tuyÕt b«ng - b¾t ®Çu
r¬i. V× m a hay tuyÕt r¬i kÐo kh«ng khÝ xuèng phÝa bÒ mÆt, nªn c¸c dßng gi¸ng
h×nh th nh ë c¸c khu vùc gi¸ng thñy m¹nh nhÊt. B¹n cã thÓ quan s¸t thÊy qu¸
tr×nh n y ë trong v ên nh b¹n. §¬n gi¶n chØ cÇn c¾m vßi b¬m n íc t íi v ên cho
ch¶y thËt m¹nh v gi¬ tay b¹n ngay bªn ngo i tia n íc; b¹n sÏ c¶m thÊy mét l n
giã nhÌ nhÑ theo h íng m vßi n íc chÜa tíi. C¸c dßng gi¸ng ® îc c êng hãa bëi sù
l¹nh ®i cña kh«ng khÝ - cã thÓ tíi 10oC - x¶y ra v× gi¸ng thñy bÞ bèc h¬i.
Giai ®o¹n tr ëng th nh ®¸nh dÊu thêi kú m¹nh mÏ nhÊt cña c¬n giã lèc, khi ®ã
gi¸ng thñy, sÊm chíp v sÐt m¹nh nhÊt. C¸c trËn lèc tè khèi khÝ th êng chøa nhiÒu
nh©n, n»m trong nh÷ng phÇn kh¸c nhau cña ®¸m m©y v ® îc h×nh th nh ë nh÷ng
thêi gian kh¸c nhau. §Ønh ®¸m m©y lan tíi mét ®é cao m ë ®ã c¸c ®iÒu kiÖn æn
®Þnh ng¨n chÆn chuyÓn ®éng th¨ng tiÕp theo. Giã m¹nh t¹i ®Ønh cña m©y ®Èy c¸c
tinh thÓ b¨ng vÒ phÝa tr íc v t¹o th nh h×nh d¹ng mét c¸i ®e quen thuéc nh« ra tõ
phÇn chÝnh cña ®¸m m©y.
Trong thêi gian c¸c pha m©y tÝch v tr ëng th nh cña d«ng tè, mét sù chuyÓn
tiÕp ®ét ngét tån t¹i gi÷a r×a ®¸m m©y v kh«ng khÝ ch a b·o hßa xung quanh. C¸c
dßng th¨ng ngù trÞ ë phÝa trong cña ®¸m m©y, trong khi c¸c dßng gi¸ng xuÊt hiÖn ë
ngay bªn ngo i m©y. §iÒu ®ã t¹o nªn mét t×nh huèng rèi cao thuËn lîi cho sù l«i
cuèn (ch ¬ng 6). Sù l«i cuèn kh«ng khÝ ch a b·o hßa l m cho nh÷ng c¸c giät ë gÇn
http://www.ebook.edu.vn
386
- r×a m©y bÐ ®i v l m l¹nh m©y do bèc h¬i. Bé phËn phÝa ngo i cña ®¸m m©y trë nªn
®Ëm ®Æc h¬n v khã næi h¬n, do ®ã l m suy yÕu chuyÓn ®éng th¨ng tiÕp theo.
Gia ®o¹n tiªu tan. Khi ®¸m m©y cho m a lín c ng nhiÒu, th× c¸c dßng th¨ng
chiÕm cø phÇn ®ang t¨ng lªn cña ch©n m©y. Khi c¸c dßng th¨ng chiÕm cø to n bé
ch©n m©y, sù cung cÊp h¬i n íc bæ sung sÏ bÞ dõng l¹i v lèc tè chuyÓn sang giai
®o¹n tiªu tan. M a t¹nh v bÇu trêi b¾t ®Çu s¸ng ra v× nh÷ng giät m©y cßn l¹i bèc
h¬i. ChØ mét phÇn nhá - kho¶ng 20 % - cña l îng n íc ng ng tô trong mét c¬n lèc
tè thùc sù r¬i xuèng th nh gi¸ng thñy. L îng lín nhÊt ®¬n gi¶n l bèc h¬i tõ m©y.
H×nh 11.8 biÓu diÔn mét c¬n lèc tè
khèi khÝ. V× nã l ®iÓn h×nh cña nh÷ng c¬n
lèc tè trong pha tr ëng th nh, mçi th¸p
m©y chøa mét nh©n riªng rÏ v ë trong
mét phÇn kh¸c nhau cña chu kú sèng.
H·y l u ý ®Æc biÖt r»ng mét sè m©y lèc tè
cã vÎ bÞ xãi mßn v Ýt thÓ hiÖn râ nÐt so víi
sè cßn l¹i. Nh÷ng khu vùc m©y nh vËy
cÊu t¹o ho n to n tõ c¸c tinh thÓ b¨ng,
kh«ng cã nh÷ng giät láng v ® îc gäi l bÞ
hãa b¨ng. Chóng kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i
l¹nh h¬n c¸c phÇn kh¸c cña ®¸m m©y;
chóng chØ l ®ñ gi sao cho tÊt c¶ c¸c giät
H×nh 11.8. Mét c¬n lèc tè khèi
khÝ. PhÇn ®¸m m©y cã vÎ ngo i bÞ siªu l¹nh cã c¬ héi ng ng kÕt th nh b¨ng.
xãi mßn ®· trë th nh hãa b¨ng
Nh÷ng c¬n lèc tè cùc ®oan
Theo ®Þnh nghÜa, nh÷ng c¬n lèc tè cùc ®oan cã tèc ®é giã trªn 93 km/h, cã c¸c
h¹t m a ®¸ ® êng kÝnh lín h¬n 1,9 cm hoÆc cã vßi rång. Kh¸c víi nh÷ng dßng gi¸ng
v dßng th¨ng liªn quan tíi nh÷ng c¬n lèc tè khèi khÝ, c¸c dßng gi¸ng v dßng
th¨ng trong b·o tè cùc ®oan l m t¨ng c êng lÉn nhau v do ®ã l m cho b·o tè m¹nh
thªm. Sù c êng hãa n y th êng ®ßi hái nh÷ng ®iÒu kiÖn thÝch hîp trªn mét vïng
réng tõ 10 ®Õn 1000 km, gäi l kÝch th íc quy m« võa. Nãi c¸ch kh¸c, phÇn lín c¸c
trËn lèc tè cùc ®oan nhËn ® îc sù trî gióp tõ mét h×nh thÕ khÝ quyÓn quy m« võa,
nã cho phÐp c¸c tr êng giã, nhiÖt ®é v ®é Èm “hîp t¸c víi nhau” v nhê ®ã t¹o ra
nh÷ng trËn b·o tè rÊt m¹nh.
Bëi v× nh÷ng ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho lèc tè m¹nh tån t¹i trªn mét vïng kh¸
lín, nªn c¸c c¬n lèc tè th êng l xuÊt hiÖn th nh nh÷ng nhãm, mét sè c¬n riªng rÏ
tô tËp víi nhau. Nh÷ng nhãm lèc tè nh vËy th êng ® îc gäi l c¸c hÖ thèng ®èi
l u quy m« võa (MCS). Trong mét sè tr êng hîp, c¸c hÖ thèng ®èi l u quy m« võa
xuÊt hiÖn th nh nh÷ng ®ai th¼ng ® îc gäi l nh÷ng tuyÕn d«ng. Mét sè lÇn kh¸c,
chóng xuÊt hiÖn th nh nh÷ng ®¸m h×nh « van hoÆc gÇn trßn ® îc gäi l nh÷ng tæ
hîp ®èi l u quy m« võa (MCC). BÊt kÓ c¸ch chóng s¾p xÕp nh thÕ n o, c¸c nh©n
d«ng b·o riªng lÎ cña mét hÖ thèng ®èi l u quy m« võa h×nh th nh nh mét bé
http://www.ebook.edu.vn 387
- phËn cña mét hÖ thèng duy nhÊt. Nãi kh¸c ®i, nh÷ng hÖ thèng ®èi l u quy m« võa
kh«ng chØ ®¬n thuÇn l mét nhãm c¸c c¬n gi«ng b·o riªng biÖt ngÉu nhiªn n»m ë
gÇn víi nhau; ng îc l¹i, c¸c nh©n gi«ng b·o ph¸t triÓn tõ cïng mét nguån gèc
chung hay tån t¹i trong mét t×nh huèng m trong ®ã mét sè nh©n trùc tiÕp dÉn tíi
sù h×nh th nh cña c¸c nh©n kh¸c.
C¸c hÖ thèng ®èi l u quy m« võa cã thÓ g©y nªn nh÷ng ®iÒu kiÖn thêi tiÕt
m¹nh mÏ cho nh÷ng vïng bao phñ mét sè quèc gia. Chóng th êng cã thêi gian sèng
tíi 12 giê, nh ng trong mét sè tr êng hîp chóng cã thÓ tån t¹i l©u tíi mét sè ng y.
Chóng kh¸ phæ biÕn ë B¾c Mü; v t¹i mét sè vïng trung t©m n íc Mü v Cana®a
chóng g©y nªn 60 % l îng m a n¨m. Bëi v× ho n l u ë xung quanh gióp cñng cè
mét hÖ thèng ®èi l u quy m« võa, nªn chóng dÉn tíi nh÷ng tr êng giã m¹nh h¬n v
gi¸ng thñy nÆng h¬n nhiÒu so víi chóng ta th êng thÊy trong mét c¬n lèc tè khèi
khÝ. Khi cã mét hoÆc mét sè ®Æc tr ng x¸c ®Þnh hiÖn diÖn, th× mét c¬n d«ng b·o
trong ph¹m vi mét hÖ thèng ®èi l u quy m« võa ® îc xÕp lo¹i l cùc ®oan. Nh÷ng
c¬n lèc tè cùc ®oan cã thÓ còng sinh ra tõ c¸c siªu nh©n, nh÷ng c¬n gi«ng b·o rÊt
m¹nh chøa mét d¶i chuyÓn ®éng th¨ng duy nhÊt.
Cã nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh cÇn thiÕt cho sù ph¸t triÓn cña tÊt c¶ c¸c c¬n lèc
tè. §ã l sù ®øt giã, tr÷ l îng h¬i n íc cao ë trong ®èi l u quyÓn tÇng thÊp, mét c¬
chÕ n o ®ã ®Ó ph¸t sinh chuyÓn ®éng th¨ng v mét t×nh huèng ® îc gäi l sù bÊt æn
®Þnh tiÒm n¨ng (® îc m« t¶ trong chuyªn môc 11-3 Dù b¸o: BÊt æn ®Þnh tiÒm
n¨ng).
B©y giê chóng ta sÏ m« t¶ tãm t¾t vÒ c¸c tuyÕn d«ng, c¸c tæ hîp ®èi l u quy m«
võa v c¸c siªu nh©n. H·y lu«n nhí r»ng nh÷ng c¬n d«ng b·o n y cã nh÷ng tÝnh
chÊt ho n to n chung v c¸c hÖ thèng riªng biÖt cã thÓ kh«ng dÔ m ®Þnh lo¹i. H¬n
n÷a, c¸c kiÓu hÖ thèng d«ng b·o th êng r ng buéc víi nhau l chuyÖn phæ biÕn.
Ta xÐt t×nh huèng nghÞch nhiÖt ® îc
thÓ hiÖn trªn h×nh 1. Ngay phÝa d íi ®¸y
cña nghÞch nhiÖt (phÇn tö 1) nhiÖt ®é (T)
11-3 Dù b¸o:
b»ng 26oC v ®iÓm s ¬ng (Td) b»ng 22oC.
BÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng Ngay bªn trªn ®¸y nghÞch nhiÖt (phÇn tö
2) nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng tuÇn tù b»ng
27oC v 19oC. B©y giê xem ®iÒu g× x¶y ra
ë ch ¬ng 6 chóng ta ®· th¶o luËn
víi c¸c phÇn tö 1 v 2 nÕu mét qu¸ tr×nh
kh¸i niÖm ®é æn ®Þnh tÜnh, mét h m cña
th¨ng n o ®ã n©ng to n bé khèi khÝ lªn.
tèc ®é gi¶m nhiÖt ®é. Mét kiÓu bÊt æn
C¶ hai phÇn tö ch a b·o hßa, nªn chóng
®Þnh kh¸c ¶nh h ëng tíi chuyÓn ®éng
bÞ l¹nh ®i theo tèc ®é gi¶m ®o¹n nhiÖt
kh«ng khÝ theo ph ¬ng th¼ng ®øng ® îc
kh« b»ng 1 oC/100 m, cßn c¸c ®iÓm s ¬ng
gäi l bÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng, xuÊt hiÖn
cña chóng gi¶m 0,2oC/100 m. Sau khi
khi mét líp kh«ng khÝ kh« n»m ë bªn
n©ng lªn ® îc 500 m, nhiÖt ®é cña c¶ hai
trªn mét líp nãng v Èm. NÕu kh«ng khÝ
phÇn tö gi¶m ®i cïng mét l îng, nªn
l bÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng, th× sù n©ng lªn
hiÖu nhiÖt ®é gi÷a hai phÇn tö sÏ kh«ng
cña to n bé líp kh«ng khÝ cã thÓ l m cho
thay ®æi. Tuy nhiªn, phÇn tö 1 b©y giê
tèc ®é gi¶m nhiÖt ®é cña nã t¨ng lªn, do
b·o hßa, khi tiÕp tôc n©ng lªn sÏ l m cho
®ã dÉn ®Õn kh«ng khÝ bÊt æn ®Þnh tÜnh.
http://www.ebook.edu.vn
388
- 2 l¹nh ®i theo DALR xuèng cßn 17oC. Lóc
nhiÖt ®é cña nã gi¶m ®i theo tèc ®é gi¶m
®o¹n nhiÖt b·o hßa (SALR). Trong khi ®ã n y chóng ta cã thÓ thÊy chuyÓn ®éng
phÇn tö 2 vÉn ch a b·o hßa, nªn sù n©ng th¨ng cña líp ®· ¶nh h ëng nh thÕ n o
lªn tiÕp l m cho nã bÞ l¹nh ®i theo tèc ®é tíi ®é æn ®Þnh cña nã. Lóc ®Çu phÇn tö ë
gi¶m ®o¹n nhiÖt kh« (DALR). phÝa trªn nãng h¬n so víi phÇn tö ë phÝa
d íi, cã nghÜa líp chøa hai phÇn tö ®·
tõng æn ®Þnh tÜnh. Tuy nhiªn, sau khi
n©ng c¶ hai phÇn tö lªn ® îc 1000 m, th×
phÇn tö ë phÝa trªn trë nªn l¹nh h¬n
phÇn tö ë phÝa d íi 1,5o. §iÒu n y dÉn tíi
tèc ®é gi¶m nhiÖt ®é gi÷a hai phÇn tö
b»ng 1,5oC/100 m, l m cho kh«ng khÝ bÊt
æn ®Þnh tÜnh. Nh vËy, kh«ng khÝ æn ®Þnh
tÜnh cã tiÒm n¨ng trë th nh kh«ng khÝ
bÊt æn ®Þnh tÜnh nÕu cã mét chuyÓn ®éng
th¨ng ®ñ thÝch hîp - tõ ®ã cã thuËt ng÷
bÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng.
H×nh 1. BÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng xuÊt hiÖn khi
C¶ lý thuyÕt lÉn thùc nghiÖm ®Òu
mét líp kh«ng khÝ nãng, kh« n»m ë bªn trªn
kh«ng khÝ Èm. C¸c tr¾c diÖn nhiÖt ®é (® êng cho thÊy r»ng bÊt æn ®Þnh tiÒm n¨ng l
liÒn) v ®iÓm s ¬ng (® êng g¹ch nèi) thÓ mét nh©n tè quan träng trong sù ph¸t
hiÖn t×nh huèng n y. §iÒu g× sÏ x¶y ra víi triÓn cña lèc tè cùc ®oan. TRong thêi gian
c¸c phÇn tö kh«ng khÝ ë 50 m bªn trªn v mïa xu©n v mïa hÌ, vïng phÝa nam
bªn d íi ®¸y cña nghÞch nhiÖt? Bëi v× phÇn
b×nh nguyªn Great Plains th êng cã
tö 1 gÇn b·o hßa (tøc ®iÓm s ¬ng gÇn víi
kh«ng khÝ nãng, Èm ë gÇn bÒ mÆt ® îc
nhiÖt ®é kh«ng khÝ), sù n©ng lªn l m cho nã
mang tíi tõ vÞnh Mexico. Bªn trªn vïng
trë th nh b·o hßa sau 500 m chuyÓn ®éng
nay, ë ®èi l u quyÓn tÇng trung, giã t©y
th¨ng. PhÇn tö 2 ë bªn trªn nghÞch nhiÖt
mang kh«ng khÝ l¹nh tíi tõ phÝa nam d·y
kh«ng trë th nh b·o hßa tr íc khi n©ng lªn
nói Rocky. Kh«ng khÝ n y trong ®èi l u
® îc 1000 m. Do ®ã, sau khi c¶ hai ®· n©ng
quyÓn tÇng trung bÞ h¹ thÊp xuèng mét
lªn ® îc 1000 m, th× phÇn tö 2 bÞ l¹nh ®i
phÇn sau khi ®i qua d·y nói Rocky ®Ó
nhiÒu h¬n so víi phÇn tö 1 v tèc ®é gi¶m
nhiÖt ®é trë nªn lín ®ñ ®Ó l m cho kh«ng khÝ h×nh th nh mét nghÞch nhiÖt gi¸ng, nã
bÊt æn ®Þnh tÜnh. c¶n trë sù ph¸t triÓn cña c¸c trËn lèc tè
khèi khÝ. Nh ng nÕu cã mét chuyÓn ®éng
B©y giê ta n©ng tiÕp hai phÇn tö lªn
th¨ng ®ñ thÝch hîp, líp kh«ng khÝ bÒ mÆt
500 m n÷a. NÕu chÊp nhËn r»ng SALR
b»ng 0,5oC/100m, th× phÇn tö 1 bÞ l¹nh ®i cã thÓ trë nªn bÊt æn ®Þnh tÜnh v nh÷ng
2,5o xuèng cßn 18,5oC, trong khi phÇn tö trËn lèc tè cã thÓ ph¸t triÓn.
Nh÷ng tæ hîp ®èi l u quy m« võa. ë Mü v Cana®a, phÇn lín thêi tiÕt cùc
®oan th êng xuÊt hiÖn tõ nh÷ng tæ hîp ®èi l u quy m« võa (h×nh 11.9). Theo nghÜa
chung nhÊt, chóng l nh÷ng hÖ thèng cã tæ chøc th nh h×nh « van hoÆc gÇn trßn
chøa mét sè c¬n lèc tè. *
*
Các nhà khí t ng h c có nh ng tiêu chí chính xác phân lo i m t h th ng t h p i l u quy mô
v a d a trên d u hi u c a nó trên nh v tinh. V i nh ng m c ích c a mình, chúng ta s ch n thu n
áp d ng chuyên t này cho các h th ng có t ch c g m nh ng c n l c t t t p v i nhau trong m t hình
th g n gi ng v i hình tròn h n là d ng th ng.
http://www.ebook.edu.vn 389
- H×nh 11.9. ¶nh vÖ tinh thÓ hiÖn mét tæ hîp ®èi l u quy m« võa
bªn trªn miÒn ®«ng cña Nam Dakota
H×nh 11.10. ¶nh ra®a chØ râ hai ranh
giíi dßng ®i ra
MÆc dï kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c hÖ thèng ®èi l u quy m« võa t¹o th nh thêi tiÕt
cùc ®oan, chóng cã tÝnh chÊt tù sinh s«i, trong ®ã c¸c nh©n riªng lÎ th êng t¹o ra
nh÷ng dßng gi¸ng, dÉn tíi h×nh th nh nh÷ng nh©n míi, m¹nh h¬n ë bªn c¹nh. §Ó
thÊy ®iÒu n y x¶y ra nh thÕ n o, hay h×nh dung mét nhãm lín c¸c c¬n d«ng tè. T¹i
bÒ mÆt mét dßng kh«ng khÝ nãng, Èm ®i tíi tõ phÝa nam, cßn trong ®èi l u quyÓn
tÇng trung giã thæi tõ phÝa t©y nam. §iÒu kiÖn n y t¹o nªn sù ®øt giã cÇn thiÕt cho
mét c¬n lèc tè cùc ®oan. Nh chóng ta ®· thÊy, gi¸ng thñy tõ nh©n cña mçi c¬n lèc
tè t¹o nªn dßng gi¸ng cña riªng nã, dßng gi¸ng n y m¹nh lªn nhê sù l¹nh ®i cña
kh«ng khÝ khi m a bèc h¬i v tiªu thô Èn nhiÖt. Trong khi ch¹m tíi bÒ mÆt, c¸c
dßng gi¸ng lan táa ra phÝa ngo i v hßa hîp víi kh«ng khÝ xung quanh nãng h¬n ®Ó
t¹o th nh mét ranh giíi dßng ®i ra (h×nh 11.10).
http://www.ebook.edu.vn
390
- H×nh 11.11 minh häa sù di chuyÓn tÞnh tiÕn cña c¸c nh©n trong mét tæ hîp ®èi
l u quy m« võa. Lóc ®Çu, t¹i thêi gian t = 0 , n¨m nh©n ® îc ghi nh·n l A, B, C, D
v E di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng b¾c. Ýt l©u sau, t¹i t = 1 , c¸c nh©n B ®Õn E ®· di c
vÒ phÝa ®«ng b¾c. Nh©n A , n»m xa nhÊt vÒ phÝa b¾c, ®· bÞ t n lôi, trong khi däc
theo r×a phÝa nam cña tæ hîp, mét nh©n míi F ®· h×nh th nh. T¹i t = 2 , nh©n B
®· t n lôi ®Ó ® îc thay thÕ b»ng nh©n G gÇn phÝa nam. Theo c¸ch n y, tæ hîp c¸c
c¬n lèc tè di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng, mÆc dï mçi nh©n riªng rÏ di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng
b¾c. GÇn r×a phÝa nam cña tæ hîp ®èi l u quy m« võa, dßng ®i ra l¹nh va ch¹m víi
víi dßng giã nam bÒ mÆt quy m« lín v n©ng nã lªn phÝa trªn. Kh«ng khÝ nãng, Èm
bÞ l«i cuèn vÒ phÝa r×a nam cña tæ hîp ®èi l u quy m« võa, n¬i nã h×nh th nh nh÷ng
nh©n míi. §ång thêi, nh÷ng nh©n cò h¬n ë phÝa b¾c cña tæ hîp ®èi l u quy m« võa
tiªu tan v× chóng bÞ thiÕu c¸c dßng th¨ng cÇn thiÕt ®Ó båi bæ thªm. Nãi chung, to n
bé c¬n d«ng tè cã vÎ di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng ngay c¶ khi tõng nh©n riªng rÏ di
chuyÓn vÒ phÝa ®«ng b¾c.
H×nh 11.11. Sù di chuyÓn cña c¸c nh©n lèc tè trong mét tæ hîp ®èi l u quy m« võa.
Lóc ®Çu (t¹i t = 0) tÊt c¶ c¸c nh©n di chuyÓn vÒ phÝa ®«ng b¾c. C¸c nh©n ë h ng A
l nh÷ng nh©n gi nhÊt, c¸c nh©n ë h ng E võa míi h×nh th nh. Sau ®ã (t = 1) c¸c
nh©n ë h ng A ®· tiªu tan, nh ng mét h ng míi, F ®· h×nh th nh gÇn r×a phÝa nam
cña tæ hîp. T¹i t = 2, h ng B ®· tiªu tan, trong khi mét h ng míi (G) ®· h×nh th nh
Nh÷ng c¬n lèc tè trong tuyÕn d«ng. Nh÷ng c¬n lèc tè trong tuyÕn d«ng
gåm nhiÒu nh©n d«ng b·o riªng rÏ ® îc s¾p xÕp trong mét ®ai th¼ng d i kho¶ng
500 km (h×nh 11.12). Chóng cã xu h íng h×nh th nh song song v c¸ch 300 ®Õn 500
km vÒ phÝa tr íc cña c¸c front l¹nh, ®Æc biÖt trªn miÒn ®«ng b¾c n íc Mü trong
thêi gian mïa xu©n v mïa hÌ. TuyÕn d«ng trung b×nh cã mét thêi gian sèng cì 10
giê, mÆc dï mét sè tuyÕn d«ng cã thÓ kÐo d i tíi bèn ng y.
Gièng nh tr êng hîp víi tÊt c¶ nh÷ng c¬n lèc tè m¹nh, ®é ®øt giã th¼ng ®øng
http://www.ebook.edu.vn 391
- lín l mét yÕu tè quan träng cña nh÷ng c¬n lèc tè trong tuyÕn d«ng. Nh ®· thÓ
hiÖn ë h×nh 11.13, c¸c tèc ®é giã trªn h íng di chuyÓn cña gi«ng b·o ®iÓn h×nh t¨ng
lªn theo chiÒu cao. Giã m¹nh ë bªn trªn ®Èy d¹t c¸c dßng th¨ng vÒ phÝa tr íc cña
c¸c dßng gi¸ng v cho phÐp kh«ng khÝ ®ang n©ng lªn cung cÊp ®é Èm bæ sung cho
c¬n d«ng b·o. Khi c¸c dßng gi¸ng ®¹t tíi mÆt ®Êt, chóng tr n lªn phÝa tr íc th nh
mét l ìi kh«ng khÝ l¹nh, ®Ëm ®Æc ® îc gäi l mét front ®øt giã. C¸c front ®øt giã
ho¹t ®éng rÊt gièng nh c¸c front l¹nh ®ang tr n tíi, chóng l m cho kh«ng khÝ
nãng di chuyÓn tr ên lªn trªn (xem h×nh 1.7).
H×nh 11.12. ¶nh ra®a vÒ mét tuyÕn
d«ng
H×nh 11.13. C¸c c¬n lèc tè trong tuyÕn d«ng ®ßi hái sù cã mÆt ®é ®øt giã. C¸c mòi tªn
trong (a) biÓu diÔn tèc ®é giã so víi sù di chuyÓn cña lèc tè. Sù di chuyÓn cña kh«ng
khÝ trong ph¹m vi hÖ thèng m©y tÝch d«ng ® îc biÓu diÔn trong (b). PhÇn bªn trªn cña
m©y bÞ ®Èy vÒ phÝa tr íc nhanh h¬n so víi phÇn phÝa d íi, l m cho kh«ng khÝ nãng,
Èm bÞ l«i cuèn lªn. H·y chó ý front ®øt giã ë gÇn mÆt ®Êt phÝa tr íc cét m a
http://www.ebook.edu.vn
392
- Nh÷ng d«ng b·o siªu nh©n. Mét sè Ýt hÖ thèng thêi tiÕt, gäi l d«ng b·o siªu
nh©n (h×nh 11.14) còng rÊt ®¸ng sî. Víi ® êng kÝnh biÕn thiªn tõ kho¶ng 20 ®Õn 50
km, chóng nhá h¬n so víi c¸c tuyÕn d«ng hoÆc c¸c tæ hîp ®èi l u quy m« võa. MÆt
kh¸c, chóng th êng hung d÷ h¬n v t¹o ®iÒu kiÖn cho ®¹i ®a sè nh÷ng vßi rång lín
xuÊt hiÖn. Kh¸c víi c¸c tæ hîp ®èi l u quy m« võa v c¸c tuyÕn d«ng, mét c¬n lèc tè
siªu nh©n cÊu t¹o tõ mét nh©n duy nhÊt, cùc m¹nh, chø kh«ng ph¶i l mét sè nh©n
riªng rÏ. * Chóng cßn tr¶i qua mét chuyÓn ®éng xoay quy m« lín m chóng ta kh«ng
thÊy víi c¸c tuyÕn d«ng v c¸c tæ hîp ®èi l u quy m« võa. Thêi gian sèng ®iÓn h×nh
cña mét siªu nh©n l tõ 2 ®Õn 4 giê.
H×nh 11.14. Siªu nh©n H×nh 11.15. CÊu tróc bªn
trong cña mét siªu nh©n
MÆc dï cã mét nh©n duy nhÊt, c¸c c¬n lèc tè siªu nh©n cã cÊu tróc kh¸ phøc
t¹p, dßng th¨ng v dßng gi¸ng uèn cong v cuén víi nhau do sù ®øt giã (h×nh
11.15). Gièng nh trong mét hÖ thèng thêi tiÕt kh¸c bÊt kú sinh ra thêi tiÕt cùc
®oan, c¸c dßng gi¸ng cã t¸c dông l m t¨ng c êng c¸c dßng th¨ng bªn c¹nh.
C¸c nh khÝ t îng häc rÊt quan t©m theo dâi nh÷ng siªu nh©n. RÊt may, hä cã
mét c«ng cô rÊt h÷u Ých l ra®a thêi tiÕt. Mét kiÓu ®Æc biÖt, gäi l ra®a Doppler,
® îc m« t¶ trong chuyªn môc 11-4 Dù b¸o: Ra®a Doppler. Ra®a cã thÓ ph¸t hiÖn
® îc mét trong nh÷ng th nh t¹o ®¸ng chó ý nhÊt cña mét siªu nh©n, ® îc gäi l
mãc c©u, nã tr«ng gièng nh mét c¸i mãc nhá g¾n v o khèi chÝnh cña mét c¬n lèc
tè trªn ¶nh ra®a (h×nh 11.16). ** C¸c mãc c©u rÊt quan träng, bëi v× sù xuÊt hiÖn cña
chóng th êng cã nghÜa vßi rång s¾p h×nh th nh.
Khi chóng ta nh×n tõ vÖ tinh hoÆc tõ mÆt ®Êt, siªu nh©n cã vÎ nh mét khèi
m©y lín, liªn tôc. Tuy nhiªn, khi nã hiÓn thÞ trªn mét tÊm ¶nh ra®a, chóng ta thÊy
r»ng mét bé phËn lín cña d«ng - th êng ë cung phÇn t ®«ng nam - cã vÎ nh bÞ
khuyÕt (xem h×nh 11.16). Vïng n y, ® îc gäi l mét kho¶ng trêi trèng (vault), l
n¬i dßng ®i v o cña kh«ng khÝ nãng bÒ mÆt ®i v o siªu nh©n. Kh«ng khÝ ®i v o
kho¶ng trêi trèng n©ng lªn, v h¬i n íc ng ng tô ®Ó h×nh th nh mét vïng nång ®é
*
Các siêu nhân th ng xu t hi n thành dông bão bi t l p, m c dù ng i ta c ng có quan tr c th y
“nh ng tuy n dông” c a các siêu nhân.
**
Móc câu ôi khi còn c g i là âm v ng móc câu theo cách mà các sóng ra a ph n x t ó, gi ng
nh sóng âm v ng t t ng c a h m núi.
http://www.ebook.edu.vn 393
- cao c¸c giät n íc. Nh ng nh÷ng giät míi h×nh th nh trong kho¶ng trèng rÊt bÐ nhá
kh«ng ph¶n x¹ c¸c sãng ra®a mét c¸ch hiÖu qu¶. Do ®ã, vïng n y kh«ng ® îc nh×n
thÊy trªn ¶nh ra®a, cho dï nång ®é cao cña nh÷ng giät n íc.
H×nh 11.16. (a) Tæ chøc ®iÓn h×nh cña mét siªu nh©n trªn ¶nh ra®a. Vïng kh«ng
ph¶n x¹ ra®a (KT) ë vÒ phÝa ®«ng nam l vïng bÇu trêi bÞ ¸n ng÷ bëi mét mãc
c©u ©m väng ë phÝa nam. (b) Mét tÊm ¶nh ra®a thùc thÓ hiÖn mét mãc c©u
http://www.ebook.edu.vn
394
- 11-4 Dù b¸o: Ra®a Doppler
Gièng nh chóng ta cã thÓ ph©n biÖt
c¸c m u kh¸c nhau theo b íc sãng cña
chóng nh thÕ n o th× chóng còng cã thÓ
ph©n biÖt ® îc c¸c ©m thanh nhê b íc
sãng cña c¸c sãng ©m. NÕu mét vËt ph¸t
ra ©m thanh di chuyÓn xa dÇn khái mét
ng êi nghe, th× c¸c sãng ©m bÞ d·n réng H×nh 1. Mét tÊm ¶nh ra®a Doppler
ra v cã mét møc ©m thÊp h¬n. C¸c sãng
©m bÞ nÐn l¹i khi mét vËt di chuyÓn vÒ vËt ph¶n x¹. Nh÷ng sãng ph¶n x¹ nh
phÝa ng êi nghe, l m cho nã cã møc ©m vËy th êng ® îc chØ ®Þnh trªn m n h×nh
cao h¬n. Mét c¸ch v« thøc, chóng ta sö hiÓn thÞ th nh c¸c m u tõ ®á thÉm ®Õn
dông nguyªn lý n y, gäi l hiÖu øng v ng. T ¬ng tù, mét giät di chuyÓn vÒ
Doppler, ®Ó x¸c ®Þnh mét xe cøu th ¬ng phÝa tr¹m ra®a l m b íc sãng ng¾n l¹i.
®ang tíi gÇn hay di chuyÓn xa dÇn. NÕu C¸c tÝn hiÖu ph¶n håi tõ nh÷ng hîp phÇn
nh møc cña tÝn hiÖu b¸o ®éng tá ra trë nh vËy ® îc hiÓn thÞ th nh m u xanh l¬
nªn cao h¬n, chóng ta biÕt xe cøu th ¬ng hoÆc xanh ®Ëm trªn m n h×nh ra®a.
®ang tíi gÇn (dÜ nhiªn, tiÕng cßi b¸o ®éng H×nh 1 thÓ hiÖn mét hiÓn thÞ ra®a
còng sÏ to h¬n). Mét qu¸ tr×nh t ¬ng tù Doppler trong mét trËn lèc tè cùc ®oan.
diÔn ra khi c¸c sãng ®iÖn tõ bÞ ph¶n x¹ GÇn t©m cña tÊm ¶nh l mét vïng nhá,
l¹i bëi mét ®èi t îng di chuyÓn: ¸nh s¸ng m u xanh nh¹t bÞ bao bäc ë phÝa bªn ph¶i
sÏ chuyÓn dÞch tíi c¸c b íc sãng ng¾n bëi mét diÖn tÝch m u da cam v ®á. C¸c
h¬n khi bÞ ph¶n x¹ tõ mét vËt ®ang di m u nãng thÓ hiÖn giã thæi ®i ra xa khái
chuyÓn vÒ phÝa m¸y thu v tíi c¸c b íc m¸y ph¸t. C¸c m u ë bªn tr¸i (c¸c m u
sãng d i h¬n khi nã ph¶n håi tõ mét vËt l¹nh) chØ thÞ giã m¹nh h íng vÒ phÝa
di chuyÓn ra xa khái m¸y thu. ra®a. Sù chuyÓn ®æi vÒ h íng giã chØ thÞ
Ra®a Doppler l mét lo¹i hÖ thèng mét chuyÓn ®éng xoay ng îc kim ®ång hå
ra®a øng dông u ®iÓm cña nguyªn lý víi b¸n kÝnh b»ng mét sè km. Nh chóng
n y. Nã cho phÐp ng êi dïng quan s¸t sù ta sÏ b n luËn sau ë ch ¬ng n y, h×nh thÕ
chuyÓn ®éng cña c¸c giät m a v phÇn tö ®ã gäi l mét xo¸y thuËn quy m« võa,
b¨ng (v ®o ®ã x¸c ®Þnh tèc ®é v h íng th êng b¸o tr íc vÒ sù h×nh th nh mét
giã) tõ sù dÞch chuyÓn b íc sãng cña c¸c vßi rång. Sau khi b¾t ®Çu chuyÓn ®éng
sãng ra®a. Gièng nh mäi lo¹i ra®a kh¸c, xoay, chØ cÇn 30 phót hoÆc ®¹i lo¹i nh
ra®a Doppler cã mét m¸y ph¸t ph¸t ra vËy th× vßi rång h×nh th nh, nã cho phÐp
c¸c xung n¨ng l îng ®iÖn tõ víi b íc c¸c nh khÝ t îng häc ® a ra tin c¶nh
sãng cì mét sè cm. Tïy thuéc v o b íc b¸o tr íc.
sãng sö dông, c¸c giät n íc v tinh thÓ GÇn ®©y, v o nh÷ng n¨m 1980, C¬
tuyÕt lín h¬n nh÷ng kÝch th íc tíi h¹n quan Thêi tiÕt Quèc gia Hoa Kú ®· sö
n o ®ã sÏ ph¶n x¹ mét phÇn n¨ng l îng dông mét m¹ng l íi c¸c tr¹m ra®a s¶n
®iÖn tõ cña ra®a trë l¹i m¸y ph¸t/m¸y xuÊt trong nh÷ng n¨m 1950. ThiÕt bÞ qu¸
thu. Ra®a Doppler chuyªn vÒ kh¶ n¨ng lçi thêi, nã dùa trªn c¸c bãng ®iÖn tö
quan s¸t chuyÓn ®éng cña c¸c hîp phÇn ch©n kh«ng chø kh«ng ph¶i c¸c bãng b¸n
m©y. NÕu mét giät m©y ®ang di chuyÓn dÉn! Trong thêi gian ®Çu nh÷ng n¨m
xa dÇn khái tr¹m ra®a, th× b íc sãng cña 1990, C¬ quan Thêi tiÕt ®· b¾t ®Çu thay
chïm tia h¬i bÞ d i ra khi nã ph¶n håi tõ thÕ hÖ thèng cò tõ c¸c ra®a truyÒn thèng
http://www.ebook.edu.vn 395
nguon tai.lieu . vn
