Xem mẫu
- Chöông 3:
NÖÔÙC TRONG KHÍ QUYEÅN
Möa vaø boác hôi laø hai quaù trình quan troïng nhaát trong soá caùc quaù trình
khí töôïng lieân tuïc xaûy ra trong khoâng khí
3.1 LUAÂN CHUYEÅN CUÛA KHOÂNG KHÍ.
Traùi ñaát lieân tuïc tieáp nhaän nhieät töø maët trôøi qua böùc xaï maët trôøi vaø
phaùt nhieät trôû laïi khoâng gian qua böùc xaï phaûn hoài. Caùc quaù trình naøy
ñöôïc caân baèng ôû suaát trung bình 210 W/m2. Tuy nhieân, ôû xích ñaïo, möùc
thu nhaän trong baàu khoâng khí cao hôn (khoaûng 270 W/m2) do tia böùc
xaï gaàn nhö thaúng goùc vôùi maët ñaát. Coøn ôû hai cöïc, möùc thu nhaän naøy
thaáp hôn (90 W/m2 ) do goùc böùc xaï nhoû hôn. Do coù söï khoâng caân baèng
nhö vaäy, ñaõ coù söï vaän chuyeån naêng löôïng (nhieät naêng) töø xích ñaïo ñeán
caùc ñòa cöïc theo möùc trung bình khoaûng 4.109 MW.
Neáu xem traùi ñaát laø quaû caàu coá ñònh. ÔÛ vuøng xích ñaïo, do noùng hôn
neân luoàng khí boác leân cao hôn, di chuyeån trong taàng cao hôn cuûa khí
quyeån veà caùc cöïc, taïi ñoù gaëp laïnh, luoàng khí haï xuoáng thaáp hôn vaø
quay ngöôïc trôû veà xích ñaïo taïo thaønh moät hoaøn löu cuûa moät haønh tinh
khoâng quay. Söï luaân chuyeån naøy goïi laø luaân chuyeån Hadley.
Chuyeån ñoäng quay töø Taây sang Ñoâng cuûa traùi ñaát ñaõ taïo ra moät löïc
phuï Coriolic (löïc naøy baèng hai laàn tích höõu höôùng cuûa hai veùc tor vaän
toác doøng khí u vaø vector vaän toác quay cuûa traùi ñaát ω: Fc = 2u^ ω , vaø
höôùng cuûa Fc ñöôïc xaùc ñòng theo quy taéc baøn tay phaûi) laøm cho luaân
chuyeån Hadley bò thay ñoåi. Taïi xích ñaïo, coù moät voøng ñai khí xung
quanh noù di chuyeån veà phía cöïc, döôùi aûnh höôûng cuûa löïc Coriolic Fc ,
luoàng khoâng khí naøy ñaõ chuyeån ñoäng leäch veà beân phaûi (neáu ôû Baéc baùn
caàu, hay beân traùi (neáu ôû Nam baùn caàu) so vôùi chieàu doïc theo vector u.
Keát quaû cuûa aûnh höôûng naøy laø söï xuaát hieän luoàng gioù höôùng Taây (gioù
höôùng Taây laø luoàng gioù töø höôùng Taây thoåi ñeán). ÔÛû vuøng gaàn xích ñaïo:
http://www.ebook.edu.vn
- Baéc baùn caàu coù gioù theo höôùng Taây Nam, ví duï nhö nöôùc ta coù gioù
muøa Taây Nam (töø höôùng Taây Nam thoåi leân), coøn ôû Nam baùn caàu, gioù
theo höôùng Taây Baéc.
Ngöôïc laïi, khi khoái khí laïnh töø caùc cöïc di chuyeån veà xích ñaïo, döôùi
aûnh höôûng cuûa löïc Coriorlic, khoái khí ñaõ di chuyeån leäch veà beân phaûi (ôû
Baéc baùn caàu), hay beân traùi (ôû Nam baùn caàu). Ñieàu naøy laøm xuaát hieän
caùc luoàng gioù Ñoâng ôû vuøng cöïc (coøn ôû vuøng gaàn xích ñaïo: Ñoâng Baéc ôû
Baéc baùn caàu , Ñoâng Nam ôû Nam baùn caàu).
ω
u*
u
Fc Fc
u* u
ω
u* u
Fc
Fc
u
u*
3.2 HÔI NÖÔÙC.
Nöôùc trong khí quyeån phaàn lôùn toàn taïi döôùi daïng hôi hoaëc khí nhöng ôû
töøng choã vaø thôøi gian toàn taïi ngaén, sau ñoù, tuøy ñieàu kieän nhieät ñoä vaø aùp
suaát, noù coù theå thaønh haït nöôùc daïng möa raøo, haït nhoû li ti daïng maây,
haït raén daïng tuyeát, möa ñaù. Löôïng nöôùc trong khí quyeån tuy raát nhoû
(1/100000 toång löôïng nöôùc) nhöng giöõ vai troø raát quan troïng trong tuaàn
hoaøn thuûy vaên.
Ta duøng ñònh lyù vaän taûi Reynolds ñeå moâ taû söï vaän chuyeån hôi nöôùc
qua moät khoâng gian coá ñònh W. Goïi X laø khoái löôïng cuûa hôi nöôùc qua
W, k laø X trong moät ñôn vò khoái löôïng khoâng khí aåm; k chính laø ñoä aåm
rieâng qv vaø ñöôïc tính baèng:
http://www.ebook.edu.vn
- ρv
qv = (3.1)
ρa
vôùi ρv laø khoái löôïng rieâng cuûa hôi nöôùc, ρa laø khoái löôïng rieâng cuûa
khoâng khí aåm.
Töø ñònh luaät baûo toaøn khoái löôïng, ta coù dX/dt=mv laø löu löôïng khoái
löôïng hôi nöôùc theâm vaøo (mang daáu coäng, boác hôi), hay bôùt ra (mang
daáu tröø, ngöng tuï) khoaûng khoâng gian W. Ta coù:
∂
mv = ∫∫∫ q vρa dw + ∫∫ q vρa VdA (3.2)
∂t w A
3.2.1 AÙp suaát hôi nöôùc:
ñònh luaät Dalton: AÙp suaát gaây ra bôûi caùc chaát khí rieâng phaàn thì ñoäc laäp
vôùi caùc chaát khí khaùc. Goïi e laø aùp suaát hôi nöôùc, theo ñònh luaät chaát khí
lyù töôûng, ta coù:
e=ρvRvT (3.3)
Trong ñoù Rv laø haèng soá chaát khí ñoái vôùi hôi nöôùc.
3.2.2 AÙp suaát hôi baõo hoaø es:
Laø aùp suaát hôi nöôùc trong khoâng khí maø taïi ñoù toác ñoä boác hôi baèng toác
ñoä ngöng tuï.
3.2.3 Ñoä aåm töông ñoái Rh:
Laø tyû soá giöõa aùp suaát coù thöïc vaø aùp suaát hôi baõo hoaø
e
Rh = (3.4)
es
3.2.4 Löôïng nöôùc coù theå taïo thaønh möa:
Löôïng hôi aåm trong coät khoâng khí ñöôïc goïi laø löôïng nöôùc coù theå ñöôïc
taïo thaønh möa.
http://www.ebook.edu.vn
- Z2
Trong coät khoâng khí coù maët caét ngang A. Xeùt moät
vi phaân theå tích dW=A.dz, coù khoái löôïng laø
:ρaAdz, vaø khoái löôïng hôi nöôùc chöùa trong ñoù laø:
ρvAdz = qvρaAdz.
dz
Toång löôïng nöôùc coù theå taïo ra möa trong coät
khoâng khí coù ñoä cao töø z1 ñeán z2 laø:
z2
mp = ∫ q vρa Adz (3.5)
Z1 z1
Δm p = q v ρ a AΔz
Tính gaàn ñuùng:
(3.6)
trong ñoù q v ; ρ a laàn löôït laø caùc giaù trò trung bình cuûa ñoä aåm rieâng vaø
khoái löôïng rieâng cuûa khoâng khí aåm trong khoaûng ñang xeùt. Toång caùc
soá gia Δmp trong toaøn boä coät khoâng khí cho ta toång löôïng nöôùc möa.
Ví duï: tính löôïng nöôùc coù theå taïo ra möa cuûa moät coät khoâng khí baõo
hoaø hôi nöôùc coù chieàu cao 10km treân dieän tích 1m2. AÙp suaát khoâng khí
treân maët ñaát laø 101,3Kpa, vôùi nhieät ñoä laø 300C. Bieát raèng cöù leân cao
1km thì nhieät ñoä giaûm ñi 6,50C.
Giaûi:
Ñeå tính ñöôïc löôïng nöôùc möa cho toaøn boä coät khí 10km, ta chia nhoû
coät khoâng hkí naøy ra laøm 5 ñoaïn theo z, moãi ñoaïn cao 2km=2000m,
ta tính rieâng löôïng nöôùc möa cho töøng ñoaïn ñoä cao:Δmpi, sau ñoù
coäng doàn laïi: M=Σ(Δmpi).
Trongcoâng thöùc (3.6) Δm p = q v ρ a AΔz , ta caàn tính q v vaø ρa .
Nhö vaäy, ta caàn tính giaù trò qv vaø ρv cho moãi lôùp chieàu cao töông öùng
(cho 0km, 2km, 4km, 6km, 8km, 10km) vaø sau ñoù laáy giaù trò trung bình:
q v = (q i −1 + q i ) / 2
töông töï tính cho giaù trò trung bình ρ a
Giaù trò ρa ñöôïc tính töø phöông trình traïng thaùi khí: p=ρaRaT. Suy ra:
ρa=p/(RaT)
Vôùi Ra=287 J/(kg.K), laø haèng soá khí aåm.
http://www.ebook.edu.vn
- Giaù trò qv ñöôïc tính nhö sau: qv=0,622(e/p)
⎛ 17,27T ⎞
Trong ñoù es laø aùp suaát hôi baõo hoaø: es = 611 exp⎜ ⎟
⎝ 273,3 + T ⎠
Trong ñoù T tính baèng 0 C
T laø nhieät ñoä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn
p laø aùp suaátä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn, tính baèng N/m2.
AÙp suaát taïi moãi ñoä cao töông öùng z phuï thuoäc vaøo töøng ñoä cao, ñöôïc
xaùc ñònh nhôø vaøo phöông trình traïng thaùi khí vaø phöông trình vi phaân
cuûa löu chaát tónh, goïi laø phöông trình khí tónh:
g
⎛T ⎞ αR a
= p i ⎜ i +1 ⎟
p i +1 ⎜T ⎟
⎝ i⎠
trong ñoù: pi+1: laø aùp suaát ôû lôùp ñoä cao i+1, Pa
pi: laø aùp suaát ôû lôùp ñoä cao i, Pa
Ti+1: laø nhieät ñoä ôû lôùp ñoä cao i+1, 0K
Ti: laø nhieät ñoä ôû lôùp ñoä cao i, 0K
α: laø haèng soá =0,0065
T laø nhieät ñoä taïi moãi lôùp ñoä cao tính toaùn, tính baèng ñoä K
Ti+1=Ti- α(Zi+1-Zi)
Zi+1- laø cao ñoä lôùp i+1
Zi – laø cao ñoä lôùp i
Caùc tính toaùn ñöôïc laäp thaønh baûn sau:
3.3 HIEÄN TÖÔÏNG NÖÔÙC RÔI - MÖA.
Hieän töôïng nöôùc rôi bao goàm möa, tuyeát, vaø caùc quaù trình nöôùc rôi
khaùc xuoáng maët ñaát nhö möa ñaù, möa tuyeát.
Khi khoái khoâng khí aåm boác leân cao trong baàu khí quyeån thì nhieät ñoä
giaûm ñi, moät phaàn hôi aåm ngöng keát laïi. Coù nhieàu cô cheá taïo ra söï
chuyeån ñoäng leân cuûa khoái khoâng khí: Boác leân vì khoâng khí ñöôïc hun
http://www.ebook.edu.vn
- noùng boác leân, vì khoái khí di chuyeån qua ñoài nuùi, vì do chuyeån ñoäng ñoái
löu.
Quaù trình ngöng keát ñoøi hoûi phaûi coù haït nhaân ngöng keát ñeå caùc phaân töû
nöôùc baùm chaët chung quanh (ví duï nhö caùc haït buïi lô löûng). Ñaëc bieät
caùc haït nhaân coù chöùa caùc ion (ví duï caùc haït buïi muoái bieån boác hôi)
caøng khieán cho caùc phaân töû nöôùc caøng deã baùm chaët chung quanh hôn.
Caùc haït nöôùc nhoû li ti lôùn daàn leân do ngöng keát, khi ñuû naëng, caùc haït
aáy seõ rôi xuoáng thaønh möa (trong quaù trình rôi xuoáng, coù khaû naêng boác
hôi moät phaàn).
Gieo haït nhaân ngöng keát nhaân taïo vaøo caùc ñaùm maây seõ laøm cho hôi
nöôùc deã ngöng keát hôn (ví duï Iodur baïc, töø taïo ra möa nhaân taïo. Hoaëc
ta coù theå taïo ra naéng ngay trong muøa möa ñeå ñöôïc baàu trôøi khoâ raùo
trong caùc dòp leã hoäi baèng caùch giep caùc haït nhaân ion naëng, seõ laøm cho
haït naëng hôn vôùi kích thöùôc nhoû, vaø trong quaù trình rôi xuùoâng ñaõ boác
hôi ngöôïc leân, neân döôùi ñaát vaãn khoâ raùo.
3.4 LÖÔÏNG MÖA LÖU VÖÏC
Ñeå xaùc ñònh löôïng möa trung bình treân moät khu vöïc coù dieän tích laø A,
ta duøng phöông phaùp trung bình coäng:
1n
P = ∑ Pi (3.7)
n i =1
trong ñoù Pi laø löôïng möa cuûa moãi traïm ño (mm).
n
1
∑ A i Pi
Ngoaøi ra ngöôøi ta coøn duøng phöông phaùp Thiessen: P =
A i =1
Trong ñoù Ai laø dieän tích moãi ña giaùc gaùn cho moãi traïm ño, vôùi
n
∑ Ai
A=
i =1
3.5 BOÁC HÔI.
Bao goàm boác hôi töø maët thoaùng nöôùc, töø maët ñaát, töø thöïc vaät
Tính toaùn boác hôi baèng nhieàu phöông phaùp: Caân baèng naêng löôïng, khí
ñoäng löïc hoïc, keát hôïp giöõa hai phöông phaùp treân, ..
http://www.ebook.edu.vn
- Löôïng boác hôi ñöôïc ñaëc tröng bôûi cöôøng ñoä boác hôi E:laø ñoä saâu coät
nöôùc (coù dieän tích ngang A) boác hôi trong moät ñôn vò thôøi gian
(mm/ngaøy)
http://www.ebook.edu.vn
nguon tai.lieu . vn
