Bài giảng Khí hậu học: Chương 1 – ĐH KHTN Hà Nội

Chia sẻ: Chạy Ngay Đi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Khí hậu học - Chương 1: Giới thiệu về hệ thống khí hậu. Những nội dung chính được trình bày trong chương gồm có: Một số khái niệm cơ bản, hệ thống khí hậu, các hệ nhiệt động, các thành phần của hệ thống khí hậu,... Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khí hậu học: Chương 1 – ĐH KHTN Hà Nội

KHÍ HẬU HỌC Phan Văn Tân tanpv@vnu.edu.vn
Giới thiệu mô học  Thời lượng: 3 TC = 45 tiết TC  Lý thuyết  Bài tập  Tài liệu tham khảo:  Khí hậu vật lý toàn cầu (Global Physical Climatology), Dennis L. Hartmann: Ch1 – Ch7  Nguyên lý khí hậu học – Tập 1, Yêu Trẩm Sinh (Bản dịch tiếng Việt)  Bài giảng và bài tập: http://meteo.edu.vn/For_Students/
Nội dung chương trình 1. Giới thiệu về hệ thống khí hậu 2. Cân bằng năng lượng toàn cầu 3. Bức xạ và khí hậu 4. Cân bằng năng lượng bề mặt 5. Chu trình nước 6. Hoàn lưu khí quyển và khí hậu 7. Hoàn lưu chung đại dương và khí hậu
KHÍ HẬU HỌC Chương 1. Giới thiệu về hệ thống khí hậu
1.1 Mở đầu Những câu hỏi thông thường  Khí hậu là gì? Thời tiết là gì?  Khí hậu khác với thời tiết như thế nào?  Khí hậu và thời tiết có liên hệ với nhau như thế nào?  Cái gì chi phối khí hậu?  Khí hậu có biến đổi không?  Có thể dự báo được khí hậu không?  ….
Căn nguyên của vấn đề Trái đất hấp thụ năng lượng bức xạ mặt trời, nóng lên và phát xạ vào không trung Mặt trời phát xạ năng lượng bức xạ xuống Trái đất Năng lượng đến = Năng lượng đi S (1   ) R2  4 R2 T 4 T  18o C
 Từ phương trình cân bằng (mô hình 0-D):  Nhiệt độ trung bình toàn cầu T ≈ -18C  Nhưng nhiệt độ quan trắc được: T ~ 15C  Chênh lệch: ~33C !!! Có gì thiếu sót?  Chưa tính đến:  Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển:  Hiệu ứng nhà kính  Tích lũy và vận chuyển năng lượng  Hoàn lưu khí quyển và đại dương
Cấu trúc thẳng đứng là yếu tố quyết định  Trái đất rất lớn, còn lớp Khí quyển của nó thì rất mỏng, và hầu hết Khí quyển nằm gần bề mặt Trái đất  Khoảng 15% nằm phía dưới chân chúng ta  Nếu ta đang ở Hà Nội thì ta gần khoảng không vũ trụ hơn là đi đến Hải Phòng!  Sự biến đổi của nhiệt độ khí quyển theo độ cao là nguyên nhân của “Hiệu ứng nhà kính”  Hiệu ứng nhà kính giữ cho chúng ta khỏi bị chết vì lạnh giá
Cấu trúc nhiệt thẳng đứng  Bị đốt nóng từ phía dưới do các dòng ẩn nhiệt và hiển nhiệt  Bị đốt nóng trong tầng bình lưu do ozone hấp thụ bức xạ cực tím  Bị đốt nóng trong tầng nhiệt quyển do bức xạ mặt trời làm phân ly các phân tử Oxy, Nitơ,...
Vai trò của hoàn lưu  Đốt nóng bức xạ mặt trời lớn hơn làm lạnh sóng dài ở Nhiệt đới: Năng lượng tích lũy ở đó, cả trong khí quyển và đại dương  Làm lạnh sóng dài lớn hơn đốt nóng bức xạ mặt trời ở Các cực: Năng lượng bị mất đi ở đó do bức xạ nhiệt vào không gian vũ trụ  “Công việc” của khí quyển và đại dương là vận chuyển năng lượng từ nơi nó tích lũy đến nơi nó có thể bị mất (vận chuyển hướng cực và vận chuyển đi lên)  Công việc này bị cản trở bởi lực Coriolis
Năng lượng được vận chuyển như thế nào?  Vận chuyển của cả khí quyển và đại dương là quyết định  Đối lưu do lực nổi tạo ra vận chuyển thẳng đứng  Ẩn nhiệt cũng quan trọng như hiển nhiệt
Hoàn lưu khí quyển  Không khí nóng đi lên (mưa nhiều) ở các vùng nhiệt đới  Không khí bị lạnh đi và chìm xuống ở các vùng cận nhiệt đới (các vùng sa mạc)  Dòng hướng cực bị lệch đi do lực Coriolis và hòa vào dòng xiết gió tây ở ôn đới  Dòng xiết là hệ thống không ổn định, nên khi có xáo trộn nhỏ sẽ dẫn đến phát sinh những xoáy khổng lồ (bão và front), và như vậy kết thúc công việc vận chuyển của khí quyển
Khái niệm về thời tiết và khí hậu (1)  Thời tiết là trạng thái tức thời của khí quyển ở một địa điểm cụ thể, được đặc trưng bởi các đại lượng đo được, như nhiệt độ, độ ẩm, gió, lượng mưa,… hoặc các hiện tượng quan trắc được, như sương mù, dông, mưa, nắng,…  Ví dụ:  “Hôm qua mưa rất to ở Hà Nội”  “Ngày mai trời sẽ trở rét, ở các vùng núi phía bắc nhiệt độ có thể xuống dưới 5oC”  …
Khái niệm về thời tiết và khí hậu (2)  Khí hậu là sự tổng hợp của thời tiết, được đặc trưng bởi các giá trị trung bình thống kê và các cực trị đo được hoặc quan trắc được của các yếu tố và hiện tượng thời tiết trong một khoảng thời gian đủ dài, thường là hàng chục năm  Ví dụ:  “Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với miền Bắc có mùa đông lạnh”  “Một đặc điểm quan trọng của khí hậu khu vực Hà Nội là sự tương phản sâu sắc về nhiệt độ giữa mùa nóng và mùa lạnh: về mùa nóng nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất là 29,0 độ C, cao nhất có thể lên tới trên 42,0 độ C, trong khi nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất là 16,6 độ C, thấp nhất có thể xuống tới dưới 3,0 độ C”
Khí hậu khác với Thời tiết  “Khí hậu là cái mà ta mong đợi ..., thời tiết là cái mà ta nhận được!”  Khí hậu là một cái “vỏ bọc chứa mọi khả năng” mà bên trong đó thời tiết có thể xảy ra  Khí hậu tự nó được xác định bởi các thuộc tính của hệ thống Trái đất (các điều kiện biên), trong khi thời tiết lại phụ thuộc mạnh mẽ vào sự tiến triển của hệ thống từ thời điểm này đến thời điểm tiếp theo
Khí hậu khác với thời tiết  Ta có thể nói thời tiết tại một thời điểm (ví dụ, bây giờ trời đang mưa), của một ngày (ví dụ, hôm qua sương mù dày đặc), của tuần, thậm chí của một hoặc vài năm (ví dụ, thời tiết năm nay có nhiều sự kiện bất thường hơn năm ngoái),  Nhưng ta không thể nói khí hậu của một ngày, một tháng hoặc một năm nào đó. Chẳng hạn, có thể nói thời tiết năm 2010 nhưng không thể nói khí hậu năm 2010!  Thời tiết biến đổi liên tục từ nơi này đến nơi khác, từ thời điểm này đến thời điểm khác  Khí hậu có tính ổn định tương đối  Qui mô không gian, thời gian và các dạng thời tiết, khí hậu
Khả năng dự báo  Dự báo thời tiết chỉ có thể dùng được trong vài ngày, cùng lắm là một tuần  Dự báo thời tiết bị hạn chế bởi sự tinh xảo của mô hình và không thể phù hợp hoàn toàn với quan trắc, nhưng ngay cả khi mô hình đạt được độ tinh xảo và kết quả dự báo phù hợp với quan trắc thì giới hạn của khả năng dự báo cũng chỉ khoảng 2 tuần  Giới hạn này là một thuộc tính của chính khí quyển, chứ không phải do chúng ta thiếu khả năng!
Những hạn chế của khả năng dự báo  Các phương trình động lực học mô tả chuyển động khí quyển và đại dương là những phương trình phi tuyến  Điều đó làm cho chúng phụ thuộc rất mạnh vào các điều kiện ban đầu  Những sai số trong điều kiện ban đầu, bất kể giá trị của chúng như thế nào hoặc qui mô không gian nhỏ ra sao, đều bị khuếch đại và lan truyền đến qui mô không gian lớn hơn một cách nhanh chóng  Do đó, sẽ không bao giờ dự báo được thời tiết trước một tháng  Nhưng dựa trên qui luật thống kê ta lại có thể đưa ra dự báo với một độ tin cậy nào đó
Qui mô thời gian có thể dự báo được  Xoáy lớp biên: 10 phút  Mây vũ tích (Cumulonimbus): 1 giờ  Xoáy thuận vĩ độ trung bình: 3 ngày  Sóng dừng qui mô lớn: 10 ngày  El Nino: 100 ngày  Hoàn lưu dưới sâu đại dương: 50 năm(?)