14
CÁC NHÂN T HÌNH
THÀNH KHÍ HU
15
CÁC NHÂN T HÌNH THÀNH KHÍ HU
2.1 Bc x Mt tri
2.1.1 Mt s khái nim c bn
Mt tri luôn phát ra xung quanh nó mt nng lng khng l di dng nng
lng bc x, trong ó Trái t ch nhn c mt phn rt nh. Th nhng ó là
ngun nng lng ch yu cung cp cho hu ht các quá trình xy ra trong khí
quyn. Nng lng ca các dòng phát ra t Mt tri (bc x Mt tri) xuyên qua
khí quyn và truyn n b mt Trái t.
Khi truyn qua khí quyn, do tính cht bt ng nht ca không khí v hoá hc,
quang hc và các iu kin vt lí khác, các dòng bc x này luôn b khí quyn hp
th và khuch tán mt mt phn trc khi n c b mt Trái t. Phn nng
lng bc x mà b mt Trái t hp th c làm nó nóng lên và tr thành ngun
nhit phát x tr li khí quyn. Nh vy, khí quyn luôn nhn c các dòng nng
lng bc x phát ra t Mt tri di dng sóng ngn (c gi là bc x sóng
ngn), dòng nng lng bc x phát ra t b mt Trái t và t chính bn thân khí
quyn di dng sóng dài (c gi là bc x sóng dài). Nh vy, các dòng bc x
trong khí quyn gm có bc x sóng ngn và bc x sóng dài.
Bc x sóng ngn có th c phân thành nhng dng chính nh sau:
- Phn nng lng phát ra t Mt tri di dng nhng tia song song truyn thng
n b mt Trái t (mt m) c gi là bc x trc tip (tr c x).
- Phn nng lng bc x t Mt tri b khuch x trong khí quyn c gi là bc
x tán x (tán x).
- Bc x tr c tip và bc x tán x to nên bc x tng cng (tng x).
- Tng x truyn n b mt Trái t không phi c b mt này hp th hoàn toàn
mà mt phn trong ó b phn x tr li. Phn bc x b b mt Trái t phn x
c gi là bc x phn x.
Kh nng hp th nng lng bc x Mt tri ca khí quyn nh hơn b mt Trái t
nhiu, nó ch b"ng khong 1/4 tng nng lng bc x toàn phn, còn khong 3/4
tng nng lng bc x còn li do b mt Trái t hp th.
Do b mt Trái t có kh nng hp th bc x Mt tri ln hơn nên nó c #t
nóng nhiu hơn so vi khí quyn. Vì vy, b mt Trái t tr thành mt ngun nhit
ch yu phát x vào khí quyn di dng sóng dài và c gi là bc x mt t.
$n lt mình, khí quyn do nhn c các dòng nng lng trên, nó nóng lên và
tr thành ngun nhit phát x theo mi hng gi là bc x khí quyn. Phn bc x
16
khí quyn i vào không gian v% tr gi là bc x i xa khí quyn, còn phn bc x
truyn n b mt Trái t c gi là bc x nghch ca khí quyn. Nh vy, bc
x sóng dài có th phân thành hai dng chính là bc x mt t và bc x khí quyn.
Các dòng bc x k trên khác nhau v thành phn ph bc sóng. Vì Mt tri có
nhit cao nên bc x ca nó ch yu n"m trong khong ph có bc sóng nh hơn
4µm, trong khi ó bc x mt t và khí quyn có bc sóng ln hơn 2µm. Do s
khác bit này mà bc x Mt tri c gi là bc x sóng ngn, còn bc x mt t
và khí quyn c gi là bc x sóng dài.
Tóm li, trong khí quyn luôn tn ti nhng dòng bc x khác nhau v  dài bc
sóng và hng truyn. Khi nghiên cu các dòng bc x này, ngi ta thng xét
phn nng lng c vn chuyn và phn nng lng c hp th chuyn thành
nhit. V mt nng lng, tng i s# ca tt c các dòng bc x i qua mt b mt
nào y (b mt hot ng) c trng cho s thu-chi bc x ca b mt ó và c
gi là cán cân bc x.
2.1.2 S phân b ca bc x Mt tri ti gii hn trên ca khí quyn
S phân b# nng lng bc x có mt ý ngh&a vô cùng quan trng #i vi khí hu
hc. Trc ht,  ơn gin, ta hãy xét s phân b# bc x Mt tri trên mt n"m
ngang ti gii hn trên khí quyn.
Nng lng tr c x n trên 1cm
2
b mt n"m ngang sau khong thi gian dt ti
gii hn trên ca khí quyn (hay ti mt t vi gi thit trái t không có khí
quyn) c xác nh nh sau:
dQ
0
= I
0
sinh
⊕
dt (2.1)
trong ó h
⊕
là  cao mt tri, còn I
0
=
*
0
2
I)
d
d
(
0
(d
0
và d là khong cách trung bình
và khong cách thi im tính gia Mt tri và Trái t,
*
0
I
là h"ng s# Mt tri)
Tng lng tr c x trong mt ngày n trên 1cm
2
c xác nh b"ng tích phân:
dt sinhIQ
2
1
'
'
0
0⊕
= (2.2)
trong
ó, τ1 là gi
M
t tr
i m
c; τ2 là gi
M
t tr
i l
n.
N
u bi
n trình ngày c
a b
c x
M
t tr
i
#
i x
ng v
i nhau qua
i
m gi
a tr
a thì ta
có th
bi
u di
(
n (2.2) d

i d
ng:
dt sinh I2Q
'
0
00 ⊕
= (2.3)
17
trong
ó τ là kho
ng th
i gian t
lúc M
t tr
i m
c

n lúc gi
a tr
a hay t
lúc gi
a
tr
a

n khi M
t tr
i l
n.
$
cao M
t tr
i t
i m
)
i
i
m ph
thu
c vào v
&


a lí ϕ, th
i gian trong n
m và
trong ngày. S
ph
thu
c
ó

c bi
u di
(
n d

i d
ng:
sinh
⊕
= sinϕ sinδ + cosϕ cosδ cosθ (2.4)
trong
ó, δ là góc xích v
&
c
a M
t tr
i (

i l

ng này thay

i theo th
i gian trong
n
m); θ là góc gi
c
a M
t tr
i,
Thay (2.4) vào (2.3) ta có:
+=
0
'
0
0
dt ) cos* cos+ cos sin+ (sin2IQ
ϕϕ
(2.5)
Chú ý r"ng, góc gi ca Mt tri θ = t
T
2,, trong ó T là thi gian mt ngày êm,
ng thi coi δ = const do trong mt ngày êm  xích v& bin thiên không áng k.
Tích phân (2.5) ta có:
')
,
+
,
'+


ϕϕ
+= (2.6)
Công thc (2.6) cho phép ta tính c tng lng tr c x ca Mt tri trong mt
ngày êm dn ti mt ơn v din tích b ti gii hn trên ca khí quyn cho mi v&
 và mi mùa.
Nh vy, Q
0
ch ph thuc vào v&  a lí và  xích v& ca Mt tri (ngày ông
chí δ = -23
0
27', ngày h chí δ = 23
0
27').
S phân b# theo v&  và theo mùa ca tng lng tr c x, tính theo (2.6), c d-n
ra trong hình 2.1. Hình v. th hin bin trình nm ca tng lng tr c x hàng ngày
(cal/cm
2
ngày) ti gii hn trên ca khí quyn nhng v&  khác nhau. Hình nh
ó c gi là
khí hu Mt tri
.
T hình v. ta thy, vào các tháng mùa hè (theo tính toán thì t ngày 10 tháng 5 n
ngày 3 tháng 8, khi δ > 17
0
40'), tng lng tr c x ti gii hn trên ca khí quyn
n c c Bc ln hơn trên xích o. Ngày h chí tng lng tr c x ngày c c Bc
ln hơn xích o khong 36%. Bi vì xích o trong mt ngày ch có xp x 12
gi có ánh sáng Mt tri, còn c c trong thi gian này su#t 24 gi u có ánh sáng
Mt tri.
2.1.3 S phân b ca bc x Mt tri ti b mt Trái t
1. S phân b ca trc x
/ trên ta ã phân tích s phân b# nng lng bc x Mt tri ti gii hn trên ca
khí quyn. Khi n b mt, bc x yu i do b khí quyn hp th và khuch tán.
18
Ngoài ra, trong khí quyn thng có mây nên tr c x Mt tri càng b suy yu hơn
do b mây hp th, khuch tán và phn x. Mây có th làm gim tr c x rt mnh,
theo c tính, vùng sa mc mây làm gim khong 20% tr c x, còn vùng gió
mùa mây có th làm gim khong 75%.
Nh vy, lng tr c x Mt tri th c t n b mt sau mt thi gian nht nh s.
nh hơn lng tr c x n gii hn trên ca khí quyn rt nhiu. S phân b# ca
tr c x Mt tri s. phc tp hơn vì  trong su#t ca khí quyn và iu kin mây
bin i rt ln.
Tr c x sau khi i qua khí quyn ti b mt b gim rt mnh. Trong ó thông
lng tr c x ln nht vào mùa hè quan trc thy v& tuyn 30-40
0
mà không phi
là c c, bi vì c c  cao Mt tri nh nên bc x b suy yu mnh. Cng 
tr c x c c i vào mùa xuân quan trc c v& tuyn 10-20
0
; còn trong mùa thu
v& tuyn 20-30
0
. Ch có i gn xích o ca bán cu mùa ông mi nhn c
lng bc x tơng t nh trên gii hn trên ca khí quyn, ln hơn so vi các
i khác.
Nng lng bc x Mt tri ti b mt c tán x b sung. So vi nng lng tr c
x, nng lng tán x trong vùng nhit i và ôn i b"ng t 1/2 n 2/3, vùng v&
tuyn 50-60
0
gn b"ng nhau, vùng v&  cao (60-90
0
) còn ln hơn.
Hình 2.1. Bin trình nm ca tng x hàng ngày ti gii hn trên ca khí quyn
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng
30
60
Xích

o
Bc
c c
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
cal/cm
ngày