Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 6 – Phan Văn Tân

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học) - Chương 6: Hoàn lưu chung khí quyển và khí hậu. Những nội dung chính trong chương gồm có: Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung, cân bằng năng lượng của khí quyển, chuyển động khí quyển và sự vận chuyển năng lượng kinh hướng, cân bằng mômen động lượng, các kiểu hoàn lưu qui mô lớn và khí hậu,...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 6 – Phan Văn Tân

PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC Chương 6. Hoàn lưu chung khí quyển và khí hậu
6.1 Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung Bản đồ phân bố bức xạ Trái đất nhận được (trái) và các thành phần cân bằng năng lượng bức xạ trung bình vĩ hướng (phải) |  Bức xạ mặt trời nhận được giảm từ xích đạo về các cực |  Phát xạ sóng dài (OLR) đạt cực trị tại các vĩ độ cận nhiệt đới |  Bức xạ thuần dương ở các vĩ độ nhiệt đới và âm từ các vĩ độ ngoài 40o Bức xạ thuần tại đỉnh khí quyển dư thừa ở các vùng nhiệt đới và thiếu hụt ở những vĩ độ cao cần phải được bù trừ cho nhau thông qua sự vận chuyển năng lượng theo phương ngang trong khí quyển và đại dương
Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung FIGURE 2.11 Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013. Sự mất cân bằng năng lượng tại đỉnh khí quyển có thể được làm cân bằng lại nhờ: •  Vận chuyển nhiệt trong khí quyển (Hoàn lưu khí quyển) •  Vận chuyển nhiệt trong đại dương (Hoàn lưu đại dương)
Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung 2.9 POLEWARD ENERGY FLUX 2.9 POLEWARD ENERGY FLUX In the lowest curve of Fig. 2.12, we see that the annual me tion is positive equatorward of about 40° of latitude and n ward of that latitude. As illustrated in Fig. 2.13, the energy b climate system involves only the exchange at the top of the the transport through the lateral boundaries of the region in the atmosphere and ocean, and the time rate of change of e the region. Energy exchange with the solid earth can be negl |  Năng lượng bức xạ dư thừa ở nhiệt đới phải được vận chuyển về FIGURE 2.11 Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013. write the energy balance for the climate system as các vùng vĩ độ cao mà ở đó thiếu hụt |  Phương trình cân bằng năng lượng: ∂Eao = RTOA − ∆Fao ∂t time rate of change of net incoming radiation at divergence of the horizontal flux where the energy ∂E content ao /∂ttheistopthe time of the rate of change atmosphere of theandenergy in the atmosphere ocean content system, RTOA is the net incoming radiation at the top of the
Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung |  Năng lượng dư thừa ở nhiệt đới được vận chuyển về hai đầu URE 2.13 Diagram cực nhờ of động chuyển the energy balance của khí quyểnforvàađại vertical dương column of the cl m in some latitude interval. |  Sự chuyển động đó được gọi là hoàn lưu chung khí quyển và hoàn lưu chung đại dương
Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung Hệ thống chuyển động khí quyển toàn cầu được hình thành bởi sự FIGURE 2.11 Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013. đốt nóng của mặt trời không đồng đều các vùng trên bề mặt trái đất được gọi là hoàn lưu chung khí quyển. |  Hoàn lưu chung khí quyển được mô tả bởi các biến gió, nhiệt độ và độ ẩm trung bình, sự biến động của chúng và những biến khác liên quan với các hệ thống thời tiết qui mô lớn |  Hoàn lưu chung khí quyển có thể được mô phỏng bằng cách giải hệ các phương trình chuyển động trên máy tính |  Những mô hình hoàn lưu chung như vậy tạo thành một bộ phận của các mô hình khí hậu toàn cầu
Hoàn lưu khí quyển nếu Trái đất không quay |  Đối lưu nhiệt tạo nên các vòng hoàn lưu trên các bán cầu |  Năng lượng được vận chuyển từ xích đạo về các cực |  Hướng gió thịnh hành tại bề mặt sẽ là hướng về phía xích đạo |  Tại sao?
Ảnh hưởng của lực Coriolis Bắc bán cầu: Lệch phải Nam bán cầu: Lệch trái
Hoàn lưu khí quyển •  Nếu trái đất quay chậm có thể sẽ có hoàn lưu giống •  Chuyển động thực của khí như thế này (!) quyển
6.2 Cân bằng năng lượng của khí quyển Nhớ lại: |  Cân bằng năng lượng Trái đất là cân bằng giữa năng lượng mặt trời đến và OLR của hệ Trái đất – Khí quyển (suy ra được T ~ -18C) |  Cân bằng năng lượng bức xạ toàn cầu là sự cân bằng giữa các nguồn năng lượng bức xạ, phi bức xạ đến và đi đối với từng đối tượng trong hệ Trái đất – Khí quyển (Tại bề mặt, tầng đối lưu, tầng bình lưu, đỉnh khí quyển) |  Cân bằng năng lượng bề mặt là cân bằng giữa tích lũy nhiệt và các thành phần bức xạ thuần, hiển nhiệt, ẩn nhiệt và phân kỳ ngang tại lớp bề mặt Cân bằng năng lượng khí quyển ??
•  Xét cột khí quyển có tiết diện ngang bằng đơn vị •  Cân bằng năng lượng của cột khí quyển bao gồm Ra = RTOA - Rs •  các hiệu ứng bức xạ, •  trao đổi hiển nhiệt với bề mặt, •  nhiệt ngưng kết ΔFa •  dòng năng lượng theo phương ∂E a ngang trong khí quyển ∂t •  tốc độ biến đổi theo thời gian LP của lượng năng lượng trong cột SH khí quyển •  Phương trình cân bằng: ∂E a = R a + LP + SH − ΔFa ∂t
Nói chung có thể bỏ qua ∂E a ⇒ R a + LP + SH = ΔFa ∂t Tính trung bình năm theo dải vĩ độ, tác động thuần tuý của sự truyền bức xạ lên khí quyển là làm lạnh đi khoảng Ra -90W/m2 è làm giảm nhiệt độ khí quyển khoảng 1.5oC/ 1 ngày Ra •  Khí quyển mất năng lượng qua con ΔFa đường truyền bức xạ ~ 2.5% tổng năng ∂E a lượng khí quyển/ 1 tuần ∂t •  è Nếu chỉ xét nhiệt dung của khí LP quyển, thì ~2 tuần, chỉ riêng tác động SH của làm lạnh bức xạ cũng sẽ làm cho nhiệt độ không khí bề mặt trung bình toàn cầu hạ xuống dưới điểm băng •  Sự làm lạnh bức xạ được cân bằng bởi nhiệt ngưng kết và hiển nhiệt truyền từ bề mặt
|  SH tương đối nhỏ. |  Đóng góp lớn nhất vào cân bằng lại lượng năng lượng mất đi do bức xạ từ khí quyển là ẩn nhiệt giải phóng khi giáng thủy. |  Ra
6.3 Chuyển động khí quyển và sự vận chuyển năng lượng kinh hướng •  Những hiện tượng qui mô nhỏ (rối và các hiện tượng qui mô vừa có tổ chức như dông) có ảnh hưởng chủ yếu đến sự vận chuyển động lượng, ẩm và năng lượng thẳng đứng •  Những hiện tượng có qui mô rất lớn (các xoáy thuận ngoại nhiệt đới, sóng qui mô hành tinh, và hoàn lưu kinh hướng chậm) có ảnh hưởng đến sự vận chuyển động lượng, nhiệt và ẩm theo phương ngang giữa các vùng nhiệt đới và cực. •  Dòng năng lượng và ẩm đi lên trong lớp biên và dòng năng lượng hướng cực do hoàn lưu qui mô hành tinh trong khí quyển có vai trò quan trọng như nhau đối với khí hậu.
6.3.1 Các thành phần gió trên trái đất hình cầu Các thành phần gió ngang Chuyển động thẳng đứng ϕ = vĩ độ λ = kinh độ
6.3.2 Hoàn lưu trung bình vĩ hướng Trung bình thời gian Độ lệch tức thời khỏi giá trị trung bình Trung bình vĩ hướng Độ lệch địa phương khỏi trung bình vĩ hướng |  Tương tự như phân tích thành các thành phần trung bình và rối |  Qui tắc áp dụng lấy tích phân (giống như phép lấy trung bình của Reynold)
Gió vĩ hướng trung bình! |  Gió tây ở vĩ độ trung bình |  Gió đông nhiệt đới dày |  Gió tây xuyên suốt hầu như cả tầng đối lưu và có cực đại tốc độ vượt quá 30m/s trong các dòng xiết cận nhiệt đới có tâm nằm ở khoảng 30 độ vĩ và ở độ cao khoảng 12 km |  Dòng xiết mùa hè yếu hơn và xa các cực hơn |  Ở bề mặt, gió tây từ 30 - 70 Trung bình thời gian của trung bình vĩ độ vĩ, gió đông trong dải hướng của thành gió vĩ hướng (m/s) 30oN - 30oS
Dòng xiết
Hoàn lưu kinh hướng trung bình (MMC)! Gió kinh hướng Định nghĩa hàm dòng khối lượng: trung bình vĩ hướng Khi đó gió có thể được viết: Tích phân trọng khối (mass-weighted) thẳng đứng từ đỉnh khí quyển (TOA) Dòng khối lượng giữa hai đường dòng bất ký của hàm dòng kinh hướng trung bình bằng hiệu giữa hai giá trị hàm dòng |  Hàm dòng Ψ là tổng của dòng khối lượng hướng bắc phía trên mực áp suất p |  Được sử dụng để khảo sát dòng khí quyển trong mặt y-z
Ý nghĩa hàm dòng khối lượng: Dòng khối lượng tại vĩ độ φ (kg/s) (m) (m/s2) (m/s) (kg.m/s2) Đỉnh khí quyển |  Hàm dòng khối lượng biểu thị tốc độ vận chuyển khối Mực áp suất p lượng khí quyển phía trên Bề mặt Trái đất mực áp suất p |  Phụ thuộc dấu của v