Bài giảng Khí hậu học: Chương 2 – ĐH KHTN Hà Nội

Chia sẻ: Chạy Ngay Đi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Khí hậu học - Chương 2: Cân bằng năng lượng toàn cầu. Những nội dung chính được trình bày trong chương gồm có: Sự nóng lên và năng lượng, hệ mặt trời, cân bằng năng lượng trái đất, nhiệt độ phát xạ của trái đất, hiệu ứng nhà kính, cân bằng năng lượng bức xạ toàn cầu, sự phân bố độ chiếu nắng, cân bằng năng lượng tại đỉnh khí quyển, dòng năng lượng hướng cực. 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 2 – ĐH KHTN Hà Nội

KHÍ HẬU HỌC Chương 2. Cân bằng năng lượng toàn cầu
2.1 Sự nóng lên và năng lượng  Nhiệt độ là biến khí hậu quan trọng nhất  Nhiệt độ là thước đo năng lượng chuyển động của các phân tử.  Cân bằng năng lượng toàn cầu là sự cân bằng giữa năng lượng bức xạ sóng ngắn đến từ mặt trời và năng lượng trả về không trung do phát xạ sóng dài của Trái đất.  Hấp thụ bức xạ mặt trời chủ yếu xảy ra ở bề mặt  Phát xạ sóng dài chủ yếu xảy ra từ lớp vỏ khí quyển  Vai trò của khí quyển: Hấp thụ và phát xạ sóng dài rất mạnh  Nếu không có lớp khí quyển thì bề mặt đất sẽ nóng hơn rất nhiều  Lượng bức xạ mặt trời hấp thụ được ở nhiệt đới lớn hơn ở gần cực  Vai trò của KQ & Đại dương là vận chuyển năng lượng từ nhiệt đới về hai đầu cực  làm giảm hiệu ứng gradient nhiệt độ ở bề mặt
Cân bằng năng lượng Trái đất Năng lượng đến = Năng lượng đi S (1   ) R  4 R  T 2 2 4 T  18o C Nhưng giá trị quan trắc của Ts là khoảng 15° C
2.2 Hệ mặt trời  Nguồn năng lượng để duy trì sự sống trên Trái đất là năng lượng mặt trời  Mặt trời cung cấp đầy đủ và ổn định nguồn nhiệt và ánh sáng cho Trái đất.  Mặt trời là một ngôi sao đơn, tuổi thọ trung bình, độ chói trung bình.  Từ khi hình thành Trái đất đến nay (khoảng 5 tỷ năm) độ chói của mặt trời tăng khoảng 30%. Bảng 2.1 Các tính chất của mặt trời Khối lượng 1.99  1030 kg Bán kính 6.96  108 m Độ chói 3.9  1026 J/s Khoảng cách trung bình đến Trái đất 1.496  1011 m
2.2.1 Sự chuyển động của Trái đất  Các hành tinh quay xung quanh mặt trời theo các quĩ đạo ellip với 3 đặc trưng:  Khoáng cách trung bình hành tinh-mặt trời: Chi phối mật độ dòng năng lượng mặt trời và độ dài năm  Độ lệch tâm quĩ đạo: Quyết định mức độ biến động của mật độ dòng mặt trời đến hành tinh trong năm  Độ nghiêng của mặt phẳng quĩ đạo: Không ảnh hưởng trực tiếp đến khí hậu  Tốc độ quay (quanh trục) của hành tinh: Quyết định thời gian chiếu nắng ban ngày  Là nhân tố quan trọng tác động đến sự đốt nóng của mặt trời đối với khí quyển và đại dương  Tác động đến chế độ gió và dòng chảy
2.2.1 Sự chuyển động của các hành tinh Bảng 2.3 Tính chất vật lý của hành tinh trong hệ mặt trời Hành KLg RTB  K/C đến Độ dài Độ Độ lệc C.Kỳ Albedo tinh (1026kg) (km) (g/cm3) mặt trời năm nghiêng tâm quĩ Quay (106km) (ngày) (độ) đạo (ngày) Sao Thuỷ 3.35 2439 5.51 58 88 (0) 0.206 58.7 0.058 Sao Kim 48.7 6049 5.26 108 225
Quĩ đạo của Trái đất xung quanh mặt trời
Quĩ đạo của Trái đất xung quanh mặt trời
Vị trí của Trái đất trên quĩ đạo ứng với các điểm chí và điểm phân
Mô phỏng sự chuyển động của Trái đất xung quanh mặt trời
Độ lệch tâm quĩ đạo
Độ nghiêng của trục quay
Chuyển động tiến động
Kết hợp đầy đủ: Độ lệch tâm, Độ nghiêng và Tiến động
2.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG TRÁI ĐẤT 2.3.1 ĐỊNH LUẬT THỨ NHẤT NHIỆT ĐỘNG HỌC  “Lượng nhập nhiệt của hệ thống bằng sự biến đổi của nội năng trừ đi công tiêu hao”: dQ = dU  dW  Nhiệt có thể đợc truyền đến và truyền đi từ hệ theo ba con đờng:  Bức xạ: Không có trao đổi khối lượng, không đòi hỏi môi trường truyền. Năng lượng bức xạ thuần di chuyển với tốc độ ánh sáng  Dẫn nhiệt: Không trao đổi khối lượng, nhưng đòi hỏi phải có môi trường truyền nhiệt bằng sự va chạm giữa các nguyên tử hay phân tử  Đối lưu: Có trao đổi khối lượng. Sự chuyển dịch khối lượng thực sự có thể xuất hiện, nhưng thông thường là các phần tử vật chất có năng lượng khác nhau thay đổi vị trí cho nhau, do đó năng lượng đợc trao đổi mà không có sự dịch chuyển thực sự của khối lượng  Năng lượng từ mặt trời truyền xuống trái đất hầu như hoàn toàn bằng con đường bức xạ  Để tính cân bằng năng lượng của trái đất ta chỉ cần xét sự trao đổi năng lượng bức xạ  Bỏ qua ảnh hởng của lượng vật chất trong không gian vũ trụ đến dòng năng lượng giữa mặt trời và trái đất  có thể xem không gian giữa quyển sáng của mặt trời và đỉnh tầng khí quyển trái đất nh là chân không
• Mặt trời phát ra dòng năng lượng gần như không đổi được gọi là độ chói của mặt trời, hay thông lượng dòng mặt trời tại rphoto, L0 = 3.91026 W • Mật độ dòngphoto = Thông lượng dòng/Diện tíchphoto = L0 3.9 10 26 w   6.4  10 7 w / m 2 4rphoto 2 4[6.96 108 m]2 • Thông lượng dòng qua mặt cầu bán kính d bằng thông rphoto=6.9 x 108 m lượng dòng tại quyển sáng và bằng L0 • Thông lượng dòng = L0 = Sd4d2 d • Hằng số mặt trời tại kh/cách d = Mật độ dòng tại kh/cách d = Sd = L0/(4d2) • Nếu d = kh/cách trung bình trái đất - mặt trời (1.5x1011 m) thì Sd = S0 = 1367 W/m2
2.3.3 Bức xạ bình kín  Sự phụ thuộc của phát xạ vật đen vào nhiệt độ, theo định luật Stefan-Bolzmann: EBB = T4;  = 5.6710-8 W/(m2K4)  Ví dụ: Nhiệt độ phát xạ của mặt trời Tphoto 4  6.4  10 w / m 7 2 2 6.4  107 Wm Tphoto 4  5796K  6000K  2.3.4 Độ phát xạ • Độ phát xạ  là tỷ số giữa phát xạ thực tế của một vật hay một thể tích khí và phát xạ của vật đen có cùng nhiệt độ: ER = T4 ER  T 4
2.4 Nhiệt độ phát xạ của Trái đất  Nhiệt độ phát xạ của hành tinh là nhiệt độ vật đen mà với nhiệt độ này nó cần phát xạ để đạt được sự cân bằng năng lượng Bức xạ mặt trời hấp thụ được = Bức xạ phát xạ của Trái đất
•Diện tích nhận năng lượng mặt trời bằng diện tích vùng khuất bóng •Diện tích phát xạ bằng diện tích mặt cầu
• Nhưng không phải tất cả bức xạ mặt trời chiếu đến hành tinh đều được hấp thụ. Một tỷ lệ nào đó sẽ bị phản xạ trở lại không gian vũ trụ không được hấp thụ và do đó không được đưa vào cân bằng năng lượng hành tinh. Ta gọi độ phản xạ đó của hành tinh là albedo và ký hiệu nó bởi p