Thời tiết và khí hậu - Phần 4 Các nhiễu động - Chương 11

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:43

Thêm vào BST

Báo xấu

97
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình Thời tiết và khí hậu của Edward Aguado và James E. Burt, nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội do Đặng Thị Hồng Thủy và Nguyễn Lan Anh biên dịch - Thời tiết và khí hậu - Phần 4 Các nhiễu động - Chương 11 Sấm sét, gió lốc và vòi rồng

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thời tiết và khí hậu - Phần 4 Các nhiễu động - Chương 11

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