Bài giảng Khí tượng biển: Phần 2

CHƯƠNG IV HOÀN LƯU KHÍ QUYỂN<br /> 4.1 Hoàn lưu chung khí quyển<br /> Tập hợp các luồng không khí chuyển động thành dòng khép kín với quy mô lớn<br /> trên phạm vi toàn cầu được gọi là hoàn lưu chung khí quyển. Hoàn lưu chung khí<br /> quyển bao gồm 2 thành phần: thành phần nằm ngang (chiếm ưu thế) và thành phần<br /> thẳng đứng.<br /> Khi nghiên cứu hoàn lưu chung khí quyển người ta thường không xét trường<br /> đường dòng mà xét đến hệ thống các đường đẳng áp, đẳng cao trên các bản đồ thời<br /> tiết, tức là xét đến trường áp bởi vì trường áp và trường gió có mối quan hệ mật thiết<br /> với nhau, do đó xét trường áp tức là xét đến trường gió, cũng tức là xét đến trường<br /> đường dòng.<br /> 4.1.1 Sơ đồ hoàn lưu chung khí quyển<br /> Sơ đồ hoàn lưu chung khí quyển là mô hình các đường dòng không khí đã được<br /> đơn giản hoá đi rất nhiều.<br /> 1) Sơ đồ hoàn lưu nhiệt không xét đến sự quay của quả đất<br /> Đây là sơ đồ hoàn lưu đơn giản nhất. Có thể mô tả sơ đồ này như sau:<br /> Giả thiết rằng bề mặt trái đất là đồng nhất, các lớp khí quyển đồng nhất và hoàn<br /> toàn trong suốt, không có sự quay của quả đất. Do đó, khí quyển không hấp thụ bức xạ<br /> mặt trời và mặt đất nóng lên hoàn toàn phụ thuộc vào độ cao mặt trời. Vì vậy, lượng<br /> bức xạ nhận được ở các vĩ độ khác nhau thì khác nhau nên bề mặt trái đất bị đốt nóng<br /> không đồng đều và không khí cũng nóng lên không đồng đều theo vĩ độ. Kết quả là:<br /> - ở xích đạo và vùng vĩ độ thấp: do nhận được nhiều bức xạ mặt trời, mặt đất nóng<br /> lên, không khí nóng lên và bốc lên cao; ở mặt đất khí áp giảm hình thành thấp áp, trên<br /> cao khí áp tăng hình thành cao áp.<br /> - ở cực và vùng vĩ độ cao: do nhận được ít bức xạ mặt trời, mặt đất lạnh đi, không<br /> khí lạnh đi và co nén lại, không khí có xu thế giáng từ trên cao xuống, dẫn đến dưới<br /> thấp khí áp tăng hình thành cao áp ở mặt đất, trên cao khí áp giảm hình thành thấp áp<br /> trên cao.<br /> Do đó, ở mặt đất không khí<br /> chuyển động từ áp cao cực về áp<br /> thấp xích đạo; ở trên cao không<br /> khí chuyển động từ xích đạo về<br /> cực hình thành vòng hoàn lưu<br /> khép kín được gọi là vòng hoàn<br /> lưu nhiệt.<br /> Sơ đồ vòng hoàn lưu nhiệt<br /> không xét đến sự quay của quả<br /> Hình 4-1<br /> đất ở Bắc bán cầu được mô tả trên<br /> hình 4-1.<br /> <br /> Như vậy, theo sơ đồ này, trên địa cầu có 2 vòng hoàn lưu nhiệt ở 2 bán cầu và<br /> chuyển động thẳng đứng ở xích đạo có ý nghĩa rất to lớn đối với hoàn lưu chung khí<br /> quyển. ý nghĩa này thể hiện ở chỗ:<br /> - Không khí ở vùng xích đạo có bốc lên thì áp suất khí quyển ở mặt đất mới giảm<br /> và áp suất ở trên cao mới tăng, từ đó mới phát sinh dòng không khí thổi từ cực về xích<br /> đạo ở dưới thấp và dòng không khí thổi từ xích đạo về cực ở trên cao. Đồng thời khi<br /> không khí bốc lên cao cùng với quá trình ngưng kết sẽ là sự toả nhiệt và tiềm nhiệt nầy<br /> chính là động lực thúc đẩy không khí tiếp tục bốc lên.<br /> - Mặc khác, chuyển động thẳng đứng ở xích đạo chính là động lực tạo nên cơ chế<br /> hút gió từ trên cao xuống mặt đất ở vùng cực bởi vì khi không khí ở xích đạo bốc lên<br /> cao chuyển dần về cực sẽ bị nguội lạnh dần, mật độ không khí sẽ tăng lên và đến cực<br /> nó nặng hơn, có xu hướng giáng xuống mặt đất.<br /> 2) Sơ đồ hoàn lưu khí quyển có xét đến sự quay của trái đất<br /> Sơ đồ này dựa trên giả thiết rằng bề mặt đệm là đồng nhất, các lớp khí quyển đồng<br /> nhất và hoàn toàn trong suốt, nhưng có xét đến sự quay của quả đất. Do đó nguyên<br /> nhân làm cho không khí chuyển động vẫn là do sự chênh lệch nhiệt độ giữa cực - xích<br /> đạo song hình dạng của vòng hoàn lưu do sự tác dụng của lực Cơriolit nên bị biến đổi<br /> đi ít nhiều.<br /> Theo Rossby, sơ đồ hoàn lưu khí quyển có xét đến sự quay của trái đất được mô tả<br /> như sau:<br /> - Tại vùng nhiệt đới: Không khí thăng lên ở xích đạo và chuyển dần về vĩ độ ϕ =<br /> o<br /> 30 , do lực Cơriolit càng lên vĩ độ cao dòng không khí càng lệch phải (ở Bắc bán cầu)<br /> hoặc lệch trái (Nam bán cầu). Theo tính toán đến vĩ độ ϕ = 30o, dòng không khí trở<br /> thành vĩ hướng và tại đây không khí liên tục được bổ sung, nén xuống làm cho áp suất<br /> ở dưới thấp tăng lên hình thành cao áp (cao áp cận nhiệt). Như vậy, giữa xích đạo và<br /> vĩ độ ϕ = 30o hình thành vòng hoàn lưu khép kín: dưới thấp không khí thổi từ vĩ độ ϕ<br /> = 30o về xích đạo theo hướng Đông Bắc gọi là tín phong, trên cao từ xích đạo về vĩ độ<br /> ϕ = 30o gọi là phản tính phong. Hoàn lưu tín phong này có thành phần hướng Đông ở<br /> dưới thấp và hướng Tây ở trên cao.<br /> - Tại vĩ độ 60o - cực: Tại cực, ở mặt đất lạnh là vùng cao áp nên gió thổi từ cực về<br /> vĩ độ ϕ = 60o. Do tác dụng của lực Cơriôlit nên gió có hướng Đông Bắc chuyển dần<br /> thành vĩ hướng. Tại vùng ϕ = 60o tiếp nhận gió từ vĩ độ ϕ = 30o thổi về theo hướng<br /> Tây Nam, do tác dụng của lực Cơriôlit cũng chuyển dần thành vĩ hướng. Hai luồng gió<br /> này gặp nhau buộc không khí phải thăng lên cao và di chuyển về bổ sung cho không<br /> khí trên cao ở cực (không thể thổi về vĩ độ thấp được vì vùng vĩ độ trung bình tồn tại<br /> đới gió có hướng Tây Nam dày từ thấp lên cao). Kết quả là giữa cực và vĩ độ ϕ = 60o<br /> tồn tại vòng hoàn lưu gọi là hoàn lưu địa cực. Hoàn lưu địa cực có thành phần hướng<br /> Đông ở dưới thấp và thành phần hướng Tây ở trên cao.<br /> <br /> - Trong cả tầng đối bình lưu: Trong cả tầng<br /> đối - bình lưu, sơ đồ<br /> vòng hoàn lưu lớn dễ<br /> nhận thấy như sau: Trong<br /> E<br /> E<br /> tầng đối lưu có gió Tây<br /> Nam, thịnh hành thành<br /> W<br /> W<br /> phần hướng Tây (đới gió<br /> Tây). Trong tầng bình<br /> lưu: có gió Đông Bắc,<br /> E<br /> E<br /> thịnh hành thành phần<br /> hướng Đông (đới gió<br /> Hình 4-2<br /> Đông).<br /> Tóm lại: Sơ đồ hoàn lưu nhiệt có xét đến sự quay của quả đất bao gồm hai vòng<br /> hoàn lưu nhỏ là hoàn lưu tín phong ở vùng vĩ độ thấp và hoàn lưu địa cực ở vùng vĩ độ<br /> cao với gió Đông thịnh hành phía dưới, gió Tây thịnh hành phía trên và một vòng<br /> hoàn lưu lớn bao trùm toàn cầu với gió Tây thịnh hành phía dưới, gió Đông thịnh hành<br /> phía trên (hình 4-2).<br /> 3) Sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình<br /> Sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình được mô tả bằng mặt cắt theo chiều thẳng<br /> đứng từ mặt đất cho đến giới hạn trên cùng của khí quyển ở Bắc bán cầu và Nam bán<br /> cầu trong mùa đông và mùa hè.<br /> Trên sơ đồ này người ta biểu diễn những dòng vĩ hướng bằng các đường đẳng tốc<br /> theo mặt cắt thẳng đứng: dòng không khí từ Tây qua Đông gọi là gió Tây; dòng không<br /> khí từ Đông qua Tây gọi là gió Đông. Các đường đẳng trị tốc độ gió trong sơ đồ đo<br /> bằng m/s.<br /> Song trong sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình lại không kể tới thành phần gió<br /> các hướng khác và các chuyển động thẳng đứng.<br /> <br /> Hình 4-3 là một dạng sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình.<br /> <br /> Theo sơ đồ này thì: ở miền vĩ độ thấp gió Đông chiếm ưu thế lan từ mặt đất đến<br /> độ cao khá lớn còn bên trên nó có lớp gió Tây; ở miền cực đới là lớp gió Đông tương<br /> đối thấp và ở vùng ôn đới nói chung bao trùm đới gió Tây suốt chiều dày của khí<br /> quyển.<br /> Như vậy, trên sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình ta cũng nhận thấy hệ thống tín<br /> phong và phản tín phong; nhưng sự hình thành tín phong và phản tín phong không<br /> phải liên quan với sự đi lên của không khí nóng ở xích đạo mà liên quan với sự mở<br /> rộng theo chiều nằm ngang của đới gió Tây từ miền ôn đới sang miền vĩ độ thấp.<br /> Chính vì vậy mà nhiều nhà khí tượng thế giới cho rằng: những chuyển động thẳng<br /> đứng của không khí trong vùng xích đạo không có ý nghĩa to lớn đối với hoàn lưu<br /> chung khí quyển như trước đây người ta đã gán cho nó. Do đó, người ta xem gió Tây<br /> thổi mạnh ở miền ôn đới, phát sinh trong vùng nhiệt độ giảm mạnh mẽ, khi nhiệt độ<br /> tăng là động lực chủ yếu của hoàn lưu chung khí quyển.<br /> Sơ đồ hoàn lưu vĩ hướng trung bình còn nêu được những đặc điểm quan trọng của<br /> hoàn lưu trên cao như: sự phân bố các đới gió thịnh hành khá phù hợp với sơ đồ vòng<br /> hoàn lưu đối - bình lưu trong các sơ đồ hoàn lưu nhiệt; sự phân bố của tốc độ gió theo<br /> độ cao ở các vĩ độ trong cả hai mùa, trên đó nổi bật nên các vùng có gió mạnh đạt tới<br /> 30-40 m/s hoặc lớn hơn. Các vùng gió mạnh này thổi vòng quanh trái đất khi lệch về<br /> <br /> phía Bắc khi lệch về phía Nam hoặc bị đứt đoạn gây ảnh hưởng rất lớn đến các quá<br /> trình khí quyển ở các lớp dưới thấp.<br /> 4) Hoàn lưu thực tế trên trái đất<br /> Do có sự phân bố không đều giữa lục địa và biển trên bề mặt dẫn đến sự phân bố<br /> không đồng đều về chế độ nhiệt và nơi lạnh nhất thế giới không phải là Bắc hoặc Nam<br /> cực mà là Iacút (Véckhôiăngxơcơ) và Gơrenlen, nơi nóng nhất không phải là xích đạo<br /> mà là các sa mạc thuộc Phi châu, á châu và Bắc Mỹ; từ đó dẫn đến sự phân bố không<br /> đồng đều về khí áp.<br /> Như vậy, sự khác biệt giữa hoàn lưu thực tế với sơ đồ hoàn lưu chung là do chế<br /> độ nhiệt thực tế của bề mặt đất gây ra.<br /> Ta sẽ sử dụng các bản đồ khí áp trung bình vào tháng I và VII để nghiên cứu hoàn<br /> lưu thực tế vào mùa đông và mùa hè (hình 2-4, 2-5, 2-6 và 2-7).<br /> a) Trường khí áp trung bình trên bản đồ tháng I<br /> - Trường khí áp trung bình trên mực biển:<br /> ở Bắc bán cầu: Các trung tâm khí áp được phân bố như sau:<br /> + Cao áp Bắc băng dương hình thành trên biển băng mờ.<br /> + Cao áp Xêbêri, Gơrenlen và Bắc Mỹ phát triển mạnh thành các xoáy nghịch<br /> lớn (do bề mặt đệm lạnh).<br /> + áp thấp Alêuchiên và áp thấp Itslan phát triển và thể hiện rõ.<br /> + Cao áp phó nhiệt đới Bắc Thái Bình Dương (Haoai) và Bắc Đại Tây Dương<br /> (Aso) giảm yếu do tác dụng của nhiệt lực.<br /> + Dải áp thấp xích đạo di chuyển xuống phía Nam bán cầu.<br /> ở Nam bán cầu: Các trung tâm khí áp được phân bố như sau:<br /> + Tại ϕ = 20 ÷ 40o cao áp trên đại dương thể hiện rõ (Nam ấn Độ Dương, Thái<br /> Bình Dương và Đại Tây Dương).<br /> + Trên lục địa Nam Mỹ, châu Phi, châu úc hình thành các trung tâm xoáy<br /> thuận.<br /> + Cực Nam hình thành áp thấp Nam cực.<br /> <br />