CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

783
lượt xem 90
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mặt trời luôn phát ra xung quanh nó một năng lượng khổng lồ dưới dạng năng lượng bức xạ, trong đó Trái đất chỉ nhận được một phần rất nhỏ. Thế nhưng đó là nguồn năng lượng chủ yếu cung cấp cho hầu hết các quá trình xảy ra trong khí quyển. Năng lượng của các dòng phát ra từ Mặt trời (bức xạ Mặt trời) xuyên qua khí quyển và truyền đến bề mặt Trái đất.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

CÁC NHÂN T HÌNH THÀNH KHÍ H U 14
CÁC NHÂN T HÌNH THÀNH KHÍ H U 2.1 B c x M t tr i 2.1.1 M t s khái ni m cơ b n M t tr i luôn phát ra xung quanh nó m t năng lư ng kh ng l dư i d ng năng lư ng b c x , trong ó Trái t ch nh n ư c m t ph n r t nh . Th nhưng ó là ngu n năng lư ng ch y u cung c p cho h u h t các quá trình x y ra trong khí quy n. Năng lư ng c a các dòng phát ra t M t tr i (b c x M t tr i) xuyên qua khí quy n và truy n n b m t Trái t. Khi truy n qua khí quy n, do tính ch t b t ng nh t c a không khí v hoá h c, quang h c và các i u ki n v t lí khác, các dòng b c x này luôn b khí quy n h p th và khu ch tán m t m t ph n trư c khi n ư c b m t Trái t. Ph n năng lư ng b c x mà b m t Trái t h p th ư c làm nó nóng lên và tr thành ngu n nhi t phát x tr l i khí quy n. Như v y, khí quy n luôn nh n ư c các dòng năng lư ng b c x phát ra t M t tr i dư i d ng sóng ng n ( ư c g i là b c x sóng ng n), dòng năng lư ng b c x phát ra t b m t Trái t và t chính b n thân khí quy n dư i d ng sóng dài ( ư c g i là b c x sóng dài). Như v y, các dòng b c x trong khí quy n g m có b c x sóng ng n và b c x sóng dài. B c x sóng ng n có th ư c phân thành nh ng d ng chính như sau: - Ph n năng lư ng phát ra t M t tr i dư i d ng nh ng tia song song truy n th ng n b m t Trái t (m t m) ư c g i là b c x tr c ti p (tr c x ). - Ph n năng lư ng b c x t M t tr i b khu ch x trong khí quy n ư c g i là b c x tán x (tán x ). - B c x tr c ti p và b c x tán x t o nên b c x t ng c ng (t ng x ). - T ng x truy n n b m t Trái t không ph i ư c b m t này h p th hoàn toàn mà m t ph n trong ó b ph n x tr l i. Ph n b c x b b m t Trái t ph n x ư c g i là b c x ph n x . Kh năng h p th năng lư ng b c x M t tr i c a khí quy n nh hơn b m t Trái t nhi u, nó ch b ng kho ng 1/4 t ng năng lư ng b c x toàn ph n, còn kho ng 3/4 t ng năng lư ng b c x còn l i do b m t Trái t h p th . Do b m t Trái t có kh năng h p th b c x M t tr i l n hơn nên nó ư c t nóng nhi u hơn so v i khí quy n. Vì v y, b m t Trái t tr thành m t ngu n nhi t ch y u phát x vào khí quy n dư i d ng sóng dài và ư c g i là b c x m t t. n lư t mình, khí quy n do nh n ư c các dòng năng lư ng trên, nó nóng lên và tr thành ngu n nhi t phát x theo m i hư ng g i là b c x khí quy n. Ph n b c x 15
khí quy n i vào không gian vũ tr g i là b c x i xa khí quy n, còn ph n b c x truy n n b m t Trái t ư c g i là b c x ngh ch c a khí quy n. Như v y, b c x sóng dài có th phân thành hai d ng chính là b c x m t t và b c x khí quy n. Các dòng b c x k trên khác nhau v thành ph n ph bư c sóng. Vì M t tr i có nhi t cao nên b c x c a nó ch y u n m trong kho ng ph có bư c sóng nh hơn 4µm, trong khi ó b c x m t t và khí quy n có bư c sóng l n hơn 2µm. Do s khác bi t này mà b c x M t tr i ư c g i là b c x sóng ng n, còn b c x m t t và khí quy n ư c g i là b c x sóng dài. Tóm l i, trong khí quy n luôn t n t i nh ng dòng b c x khác nhau v dài bư c sóng và hư ng truy n. Khi nghiên c u các dòng b c x này, ngư i ta thư ng xét ph n năng lư ng ư c v n chuy n và ph n năng lư ng ư c h p th chuy n thành nhi t. V m t năng lư ng, t ng i s c a t t c các dòng b c x i qua m t b m t nào y (b m t ho t ng) c trưng cho s thu-chi b c x c a b m t ó và ư c g i là cán cân b c x . 2.1.2 S phân b c a b c x M t tr i t i gi i h n trên c a khí quy n S phân b năng lư ng b c x có m t ý nghĩa vô cùng quan tr ng i v i khí h u h c. Trư c h t, ơn gi n, ta hãy xét s phân b b c x M t tr i trên m t n m ngang t i gi i h n trên khí quy n. n trên 1cm2 b m t n m ngang sau kho ng th i gian dt t i Năng lư ng tr c x gi i h n trên c a khí quy n (hay t i m t t v i gi thi t trái t không có khí quy n) ư c xác nh như sau: dQ0 = I0 sinh⊕ dt (2.1) d0 2 * trong ó h⊕ là cao m t tr i, còn I0 = ( ) I (d0 và d là kho ng cách trung bình d 0 t, I* là h ng s M t tr i) và kho ng cách th i i m tính gi a M t tr i và Trái 0 2 T ng lư ng tr c x trong m t ngày n trên 1cm ư c xác nh b ng tích phân: τ 2 Q 0 = ∫ I sinh ⊕ dt (2.2) τ0 1 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 trưa thì ta có th bi u di n (2.2) dư i d ng: τ Q 0 = 2 ∫ I 0 sinh ⊕ dt (2.3) 0 16
trong ó τ là kho ng th i gian t lúc M t tr i m c n lúc gi a trưa hay t lúc gi a trưa n khi M t tr i l n. cao M t tr i t i m i i m ph thu c vào vĩ a lí ϕ, th i gian trong năm và trong ngày. S ph thu c ó ư c bi u di n dư i d ng: sinh⊕ = sinϕ sinδ + cosϕ cosδ cosθ (2.4) trong ó, δ là góc xích vĩ c a M t tr i ( i lư ng này thay i theo th i gian trong năm); θ là góc gi c a M t tr i, Thay (2.4) vào (2.3) ta có: τ Q 0 = 2I 0 ∫ (sinϕ sinδ + cosϕ cosδ cosθ ) dt (2.5) 0 2π Chú ý r ng, góc gi c a M t tr i θ = t , trong ó T là th i gian m t ngày êm, T ng th i coi δ = const do trong m t ngày êm xích vĩ bi n thiên không áng k . Tích phân (2.5) ta có: 2π T τ) (2.6) Q 0 = 2I 0 (sinϕ sinδ τ + cosϕ cosδ sin 2π T Công th c (2.6) cho phép ta tính ư c t ng lư ng tr c x c a M t tr i trong m t ngày êm d n t i m t ơn v di n tích b t i gi i h n trên c a khí quy n cho m i vĩ và m i mùa. Như v y, Q0 ch ph thu c vào vĩ a lí và xích vĩ c a M t tr i (ngày ông chí δ = -23027', ngày h chí δ = 23027'). S phân b theo vĩ và theo mùa c a t ng lư ng tr c x , tính theo (2.6), ư c d n ra trong hình 2.1. Hình v th hi n bi n trình năm c a t ng lư ng tr c x hàng ngày (cal/cm2 ngày) t i gi i h n trên c a khí quy n nh ng vĩ khác nhau. Hình nh ó ư c g i là khí h u M t tr i. T hình v ta th y, vào các tháng mùa hè (theo tính toán thì t ngày 10 tháng 5 n ngày 3 tháng 8, khi δ > 170 40'), t ng lư ng tr c x t i gi i h n trên c a khí quy n n c c B c l n hơn trên xích o. Ngày h chí t ng lư ng tr c x ngày c c B c l n hơn xích o kho ng 36%. B i vì xích o trong m t ngày ch có x p x 12 gi có ánh sáng M t tr i, còn c c trong th i gian này su t 24 gi u có ánh sáng M t tr i. 2.1.3 S phân b c a b c x M t tr i t i b m t Trái t 1. S phân b c a tr c x trên ta ã phân tích s phân b năng lư ng b c x M t tr i t i gi i h n trên c a khí quy n. Khi n b m t, b c x y u i do b khí quy n h p th và khu ch tán. 17
Ngoài ra, trong khí quy n thư ng có mây nên tr c x M t tr i càng b suy y u hơn do b mây h p th , khu ch tán và ph n x . Mây có th làm gi m tr c x r t m nh, theo ư c tính, vùng sa m c mây làm gi m kho ng 20% tr c x , còn vùng gió mùa mây có th làm gi m kho ng 75%. cal/cm2 ngày 1400 1200 Xích o 1000 800 300 600 B cc c 400 200 600 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng Hình 2.1. Bi n trình năm c a t ng x hàng ngày t i gi i h n trên c a khí quy n Như v y, lư ng tr c x M t tr i th c t n b m t sau m t th i gian nh t nh s nh hơn lư ng tr c x n gi i h n trên c a khí quy n r t nhi u. S phân b c a tr c x M t tr i s ph c t p hơn vì trong su t c a khí quy n và i u ki n mây bi n i r t l n. Tr c x sau khi i qua khí quy n t i b m t b gi m r t m nh. Trong ó thông lư ng tr c x l n nh t vào mùa hè quan tr c th y vĩ tuy n 30-400 mà không ph i là c c, b i vì c c cao M t tr i nh nên b c x b suy y u m nh. Cư ng tr c x c c i vào mùa xuân quan tr c ư c vĩ tuy n 10-200; còn trong mùa thu vĩ tuy n 20-300. Ch có i g n xích o c a bán c u mùa ông m i nh n ư c lư ng b c x tương t như trên gi i h n trên c a khí quy n, l n hơn so v i các i khác. Năng lư ng b c x M t tr i t i b m t ư c tán x b sung. So v i năng lư ng tr c x , năng lư ng tán x trong vùng nhi t i và ôn i b ng t 1/2 n 2/3, vùng vĩ tuy n 50-600 g n b ng nhau, vùng vĩ cao (60-900) còn l n hơn. 18
2. S phân b c a t ng x Như ã nói trên, t ng x là toàn b năng lư ng b c x sóng ng n t M t tr i t i m t t, g m c tr c x và tán x . Khi tr i quang mây, t ng x có bi n trình ơn gi n v i m t c c i ngày vào gi a trưa và c c i năm vào mùa hè. S phân b c a t ng x năm ư c d n ra trong hình 2.2. phân b c a t ng x trung bình năm (kcal/cm2 năm) Hình 2.2. B n T hình v ta th y, s phân b này không hoàn toàn theo i vì các ư ng ư ng ng tr trong b n không trùng v i vòng vĩ tuy n. S khác bi t ó là do s phân b b c x trên Trái t ch u nh hư ng c a trong su t khí quy n và lư ng mây. mi n nhi t i và c n nhi t i, lư ng t ng x năm l n hơn 140kcal/cm2. Lư ng t ng x c bi t l n mi n c n nhi t i ít mây, mi n b c châu Phi lư ng t ng x năm t t i 200kcal/cm2. Ngư c l i, nh ng khu v c thu c mi n xích o do lư ng mây l n (lưu v c sông Amazôn, Kongo, Indonesia) lư ng b c x này gi m xu ng còn 100-120kcal/cm2. cao t ng x càng gi m d n và t i t i 600, t ng x xu ng t i 60- Càng g n vĩ 80kcal/cm2. Sau ó, t ng x l i tăng nh theo vĩ bán c u B c và tăng áng k 2 châu Nam C c (t i 120-150kcal/cm ), nơi có ph tuy t và ít mây, nghĩa là g n b ng t ng x mi n nhi t i và l n hơn t ng x xích o. Trên i dương, lư ng t ng x nh hơn trên l c a. Vào tháng 12 (hình 2.3), t ng x l n nh t t t i 20-22 kcal/cm2 ho c hơn n a. Nhưng các khu v c nhi u mây g n xích o, i lư ng này ch còn 8-2kcal/cm2. T ng x gi m nhanh khi lên phía b c. Phía b c vĩ tuy n 500N, t ng x nh hơn 19
2kcal/cm2 và b ng 0 phía b c vòng cung c c. Trong khi ó, bán c u Nam, t ng x gi m v phía nam và t t i 10kcal/cm2, th m chí còn nh hơn, t i vĩ tuy n 50- 600S. Sau ó v phía nam hơn n a, i lư ng này l i tăng và t t i 20kcal/cm2 mi n b bi n châu Nam C c và hơn 30kcal/cm2 gi a l c a, t c là l n hơn lư ng t ng x vào mùa hè mi n nhi t i. phân b t ng x trung bình tháng 12 ( kcal/cm2 tháng) Hình 2.3. B n Mi n B c và B c Trung B Vi t Nam có t ng x năm t 120-140 kcal/cm2, còn phía nam vĩ tuy n 16oN t ng x t t i 140kcal/cm2 do phía nam vào mùa ông lư ng mây ít. Trong tháng 12, mi n B c t ng x là 8-10kcal/cm2, còn mi n Nam do ít nh hư ng c a gió mùa ông b c, ít mây nên t ng x t t i 12- 2 14kcal/cm . Vào tháng 6 (hình 2.4) t ng x c c i l n hơn 22 kcal/cm2 quan tr c ư c mi n t t i 20kcal/cm2 ông b c châu Phi, bán o R p và Iran. T i Trung Á, t ng x hay l n hơn. T i mi n nhi t i c a l c a bán c u Nam, i lư ng này nh hơn nhi u, ch t t i 14 kcal/cm2. Trong nh ng khu v c nhi u mây c n xích o, cũng như trong tháng 12, t ng x gi m t i 8-12 kcal/cm2. Nhìn chung, trên bán c u B c t ng x gi m ch m t mi n c n nhi t i lên phía b c, t phía b c vĩ tuy n 500N t ng x tăng lên và t t i 20kcal/cm2 hay hơn n a B c Băng Dương. Còn trên bán c u Nam, t ng x gi m nhanh v phía nam và t t i 0 phía ngoài vành ai c c. Trong tháng này, t ng x khá ng u trên toàn lãnh th Vi t Nam và dao ng t 12-14 kcal/cm2. 20
phân b t ng x trung bình tháng 6 (kcal/cm2) Hình 2.4. B n B m t không h p th ư c toàn b t ng x , mà m t ph n trong ó b ph n x . Các k t qu tính toán cho th y, kho ng t 5 n 20% t ng x b m t do ph n x . Trên nh ng vùng nh ng khu v c ph băng tuy t, ph n t ng x m t i do ph n x còn l n hơn nhi u. 3. S phân b c a cán cân b c x Như ã bi t, cán cân b c x là hi u gi a t ng x và b c x hi u d ng. B c x h u hi u c a b m t ư c phân b khá ng nh t. B i vì nhi t b m t và nhi t không khí u tăng d n t c c v xích o nên b c x m t t cũng như b c x ngh ch cũng tăng t c c v xích o. K t qu là s bi n i c a b c x hi u d ng theo kinh hư ng không l n l m. Cán cân b c x c a b m t trong m t năm có giá tr dương i v i m i nơi trên Trái t, tr bán o Greenland và châu Nam C c (hình 2.5). Như v y, trong m t năm, b c x b m t nh n ư c l n hơn b c x hi u d ng. Song i u ó không có nghĩa là t năm này qua năm khác m t t nóng lên. B i vì, cán cân b c x c a khí quy n luôn âm nên ph n năng lư ng dương này ư c truy n vào khí quy n b ng d n nhi t phân t , lo n lưu, i lưu và quá trình b c hơi nư c t b m t và ngưng k t trong khí quy n. Cho nên, i v i b m t nói chung, không có s cân b ng gi a thu-chi b c x , nhưng có s cân b ng nhi t. Lư ng nhi t t i b m t trong quá trình b c x b ng lư ng nhi t b m t m t i do quá trình trao i nhi t. G n xích o, m l n, b c x hi u d ng t t i kho ng 30kcal/cm2năm. Trên nơi lư ng mây và l c a, c bi t là trên vùng sa m c nhi t i nóng khô và ít mây, b c x hi u d ng có th lên 80kcal/cm2năm. 21
phân b cán cân b c x b m t trung bình năm (kcal/cm2năm) Hình 2.5. B n kho ng 600 thu c hai bán c u, cán cân b c x năm là 20-30 kcal/cm2, t T i vĩ ó t i các vĩ cao hơn, cán cân b c x gi m d n và n trên châu Nam C c i lư ng này gi m t i 5-10kcal/cm2. V phía vĩ th p, i lư ng này l i tăng lên, 40 N và 40 S, i lư ng này l n hơn 60kcal/cm2, riêng gi a 200N và 0 0 gi a vĩ 200S i lư ng này l n hơn 100kcal/cm2. Trên cùng vĩ , cán cân b c x trên i dương l n hơn trên l c a, vì i dương h p th b c x nhi u hơn. S phân b có tính a i còn th y vùng hoang m c, nơi cán cân b c x gi m, b c x hi u d ng l n, b i vì ây không khí khô, tr i ít 2 mây (ví d Xahara, cán cân b c x là 60kcal/cm ). Trong các khu v c gió mùa, nơi mùa nóng có lư ng mây l n, b c x n gi m so v i các khu v c khác trên cùng vĩ , cho nên cán cân b c x cũng gi m nhưng v i m c gi m ít hơn. Trong tháng 12 (hình 2.6), cán cân b c x âm trên ph n l n bán c u B c, ư ng ng tr 0 n m quá phía nam vĩ tuy n 400N. Phía b c vĩ tuy n này, cán cân b c x âm B c Băng Dương và gi m t i dư i -4kcal/cm2. Phía nam vĩ tuy n 400N, cán cân b c x tăng n 10-14 kcal/cm2 và gi giá tr này n h t mi n nhi t i bán c u Nam. Xu ng ti p phía nam, cán cân b c x gi m d n và xu ng t i 4-5kcal/cm2 vùng b bi n châu Nam C c. Trong tháng 6 (hình 2.7), cán cân b c x dương trên toàn bán c u B c. vĩ tuy n 60-650N, nói chung, cán cân b c x l n hơn 8kcal/cm2. V phía vĩ th p, cán cân b ng b c x tăng ch m, hai phía c a vùng nhi t i bán c u B c, i lư ng này t giá tr c c i là 12-14 kcal/cm2, riêng phía b c R p lên t i 16kcal/cm2. Cán cân b c x v n dương cho n vĩ tuy n 400N. V phía Nam, cân b ng b c x chuy n sang giá tr âm và b bi n châu Nam C c t t i -2 kcal/cm2. 22
phân b cán cân b c x b m t trung bình tháng 12 (kcal/cm2tháng) Hình 2.6. B n phân b cán cân b c x b m t trung bình tháng 6 (kcal/cm2tháng) Hình 2.7. B n Trên lãnh th Vi t Nam, cán cân b c x luôn dương v i giá tr t t i 80kcal/cm2năm mi n khí h u phía B c và trên 80kcal/cm2 năm mi n khí h u phía Nam. 23
2.2 Hoàn lưu khí quy n 2.2.1 Hoàn lưu chung c a khí quy n Hoàn lưu khí quy n là nhân t t o thành khí h u r t quan tr ng, vì có liên quan n s di chuy n c a các kh i không khí có tính ch t v t lí khác nhau: nóng và l nh, khô và m, n nh và b t n nh,... Nh ng dòng không khí th nh hành các vùng khác nhau trên Trái t không cô l p v i nhau, mà trong cùng h th ng hoàn lưu chung c a khí quy n. ó là s lưu thông tu n hoàn c a không khí trên Trái t. S lưu thông này làm cho không khí di chuy n t mi n vĩ th p lên mi n vĩ cao và ngư c l i, và làm cho không khí di chuy n i r t xa d c theo vĩ tuy n,... Th c t cho th y, sơ c a các dòng không khí r t ph c t p và cơ ch c a hoàn lưu khí quy n chưa ư c gi i thích y . S ph c t p này còn tăng lên do các dòng không khí trong các l p khí quy n khác nhau tác d ng l n nhau. S nóng lên và l nh i các nơi khác nhau gây ra s khác nhau v khí áp, ây là nguyên nhân tr c ti p sinh ra các dòng không khí. Nh ng dòng không khí không i th ng t vùng áp cao n vùng áp th p mà do chuy n ng quay c a Trái t nên chúng b l ch v bên ph i c a hư ng chuy n ng bán c u B c và v bên trái bán c u Nam. 1. Vòng hoàn lưu Hadley (còn g i là vòng hoàn lưu tín phong - ph n tín phong) Không khí xích o chuy n ng thăng lên r i th i theo kinh tuy n v hai c c. Càng lên phía vĩ cao, l c Coriolis càng l n nên dòng không khí càng b l ch v bên ph i c a hư ng chuy n ng, t o thành gió tây nam ( ư c g i là ph n tín phong). n kho ng vĩ tuy n 300N, dòng không khí g n như có hư ng tây, th i d c theo vĩ tuy n và d n l i ây, khí áp tăng lên t o thành m t i áp cao, không khí chuy n ng giáng xu ng. Khi giáng xu ng t ng th p, không khí l i phân kì i v phía xích o và phía c c. Trong dòng i v xích o, do nh hư ng c a l c Coriolis, gió có hư ng ông b c ( ư c g i là tín phong). Ranh gi i gi a tín phong và ph n tín phong trong vòng hoàn lưu này có cao kho ng 10km khu v c xích o và gi m d n khi vĩ tuy n tăng lên, n vùng c n nhi t i, ranh gi i này cao kho ng 3-5km. 2. Vòng hoàn lưu c c vùng c c, nơi nh n ư c b c x M t tr i ít nh t, nhi t không khí ây r t th p. Trư ng solenoit nhi t-áp cơ b n ây cũng làm xu t hi n m t vòng hoàn lưu kinh hư ng óng kín trong t ng i lưu vùng c c i. Vòng hoàn lưu này cũng có chi u tương t như vòng hoàn lưu Hadley. Dòng không khí t ng th p t c c i v phía xích o, do tác d ng c a l c Coriolis, b l ch v bên ph i nên gió có hư ng 24
ông b c. i gió ông b c này g p i gió tây nam t vĩ th p i lên kho ng 0 vĩ tuy n 60 N và h i t v i nhau, chuy n ng thăng lên r i i v c c t o thành gió tây nam t ng i lưu trên. Gió tây nam vùng c c h i t v i nhau r i giáng xu ng c c t o thành m t vòng hoàn lưu khép kín. C 6 6 T W E 5 E E 4 T W T W 3 3 3 3 3 3 C 300 C 300 1 W E 2 2 1 2 1 21 2 T C 0 C T T T X Í C H O Hình 2.8. Sơ hoàn lưu chung c a khí quy n bán c u B c có tính n nh hư ng c a l c Coriolis 3. Vòng hoàn lưu Ferrel (vòng hoàn lưu t ng i lưu - bình lưu) Vòng hoàn lưu này n i hai vòng hoàn lưu trên thành m t h th ng. Trong t ng i lưu dư i, vòng hoàn lưu này n m trong i t 30 n 600N v i gió tây th nh hành, ư c g i là i gió tây vĩ trung bình. Phía trên, trong t ng i lưu trên gió tây m r ng, ch có m t i gió tây duy nh t phát tri n t xích o n c c. Khi t i c c, i gió tây l i h i t v i nhau r i chuy n ng thăng lên và n cao 16 - 20 km, không khí l i chuy n ng v phía xích o, t o thành i gió ông b c bao trùm t c c n t n xích o. n xích o không khí l i h i t v i gió t bán c u kia r i chuy n ng giáng xu ng t o thành m t vòng hoàn lưu khép kín. N a dư i c a vòng hoàn lưu l n này, gió có thành ph n tây chi m ưu th bao trùm toàn b bán c u, còn n a trên c a vòng hoàn lưu này gió có thành ph n ông chi m ưu th l i bao trùm toàn b bán c u. Như v y, kho ng cao 25-30km, khí áp trên vùng c c l n hơn vùng xích o và gió ông bao trùm toàn bán c u. i v i bán c u Nam, các i gió tương ng hoàn toàn ngư c l i v i bán c u B c do nh hư ng c a l c Coriolis tác d ng v bên trái hư ng chuy n ng. Phù h p v i mô hình hoàn lưu này, b m t, t xích o n c c, các d i áp th p và i áp cao phân b xen k nhau. Có hai d i áp th p, m t d i n m xích o (rãnh th p xích o) và m t d i n m vĩ tuy n 600; còn hai i áp cao, m t i n m vĩ tuy n 300 ( i áp cao c n nhi t i) và m t i n m vùng c c. Trên t ng i lưu trên, vùng xích o t n t i áp cao, vùng c c t n t i áp th p. Còn trên t ng 25
bình lưu, vùng xích o t n t i áp th p, vùng c c t n t i áp cao. 4. S phù h p c a hoàn lưu th c t v i sơ hoàn lưu chung c a khí quy n S khác nhau căn b n gi a hoàn lưu th c t v i sơ ã nêu trư c h t là do ch nhi t b m t th c t gây ra. Như ã nói trên, n u Trái t ng nh t và chưa tính n s d ch chuy n theo mùa c a b c x M t tr i thì tính t c c n xích o, có các trung tâm khí áp bao quanh Trái t và phân b i x ng qua xích o là g m cao (vĩ tuy n 600), hai i áp cao hai áp cao c c i, hai d i áp th p vùng vĩ vùng c n nhi t i và m t rãnh th p xích o; do ó s hình thành các i gió b m t ơn gi n như ã ư c d n ra trong hình 2.8. Th c t , b m t Trái t có s phân b t - bi n không u, cho nên trư ng áp ph c t p hơn nhi u nên trư ng gió cũng vì th mà khác v i mô hình lí tư ng nói trên (hình 2.9). T hình 2.9 ta th y, trư c h t hai Gió ông c c i i áp cao c n nhi t i không Gió tây ph i là hai i liên t c bao quanh Trái t mà nó b các l c a chia Tín phong c t thành các trung tâm nh hơn t n t i ch y u trên các i dương, Rãnh th p xích o còn trên l c a nó thư ng b các Tín phong áp cao l nh (mùa ông) hay áp th p nóng (mùa hè) chia c t. Vì v y, rãnh th p xích o cũng như Gió tây d i áp th p vùng vĩ cao u không ph i là các d i liên t c. Hai áp cao vùng c c không ph i lúc nào cũng n m úng vùng c c, c Hình 2.9. Mô hình hoàn lưu khí quy n v i bi t là áp cao c c B c. Ch ng h n các trung tâm khí áp b m t có tính n s v mùa ông bán c u B c, nơi phân b t bi n không u l nh nh t và d n n khí áp cao nh t không ph i c c B c mà vùng Siberia và B c M . Còn v mùa hè, nơi nóng nh t và d n n nơi có khí áp th p nh t không ph i là xích o mà sa m c B c Phi, châu Á và B c M . T hình 2.10a, hình ch s phân b khí áp tháng 1 ta th y, rãnh th p xích o n m phía nam xích o a lí m t ít. i áp cao c n nhi t i bán c u Nam (lúc này là mùa hè) kh ng ch trên vĩ tuy n t 20 n 400S; còn i áp cao c n nhi t i bán c u B c cũng n m trong kho ng t 20 n 400N nhưng có cư ng y u hơn. B i vì hai áp cao l nh l c a châu Á và B c M th i kì này ang ho t ng m nh m , nên 26
không khí trên các i dương tương i nóng hơn làm cho i áp cao c n nhi t i ây y u i nhi u. Trên kho ng vĩ tuy n 600N t n t i hai vùng áp th p rõ r t là vùng áp th p có trung tâm g n o Iceland (áp th p Iceland) và m t vùng áp th p có trung tâm trên qu n o Aleut (áp th p Aleut). V mùa ông khi không khí trên các i dương tương i nóng thì các vùng áp th p này th hi n c bi t rõ r t, i u ó ch ng t s nh hư ng c a nhi t b m t rõ r t. Hình 2.10a. S phân b khí áp m c bi n trung bình trong tháng 1 Hình 2.10b. S phân b khí áp m c bi n trung bình trong tháng 7 27
Trư ng áp b m t trung bình tháng 7 ư c d n ra trong hình 2.10b. Theo hình v , các trung tâm khí áp tháng 7 tuy ã khác nhi u so v i tháng 1 nhưng ta v n nh n ra nh ng nét cơ b n c a hoàn lưu chung c a khí quy n, ó là rãnh th p xích o th hi n khá rõ r t và ã n m phía bán c u B c; trên các l c a nóng, có nh ng vùng áp th p nhi t l c ư c hình thành. i áp cao c n nhi t i bán c u Nam, nơi m t m khá ng nh t, v n th hi n rõ r t; còn bán c u B c, i áp cao c n nhi t i ho t ng m nh m trên i Tây Dương v i trung tâm g n qu n o Azore ( ư c g i là áp cao B c i Tây Dương hay áp cao Azore) và trên B c Thái Bình Dương v i trung tâm g n qu n o Hawaii (còn g i là áp cao B c Thái Bình Dương hay áp cao Hawaii). Trong khi ó áp th p Iceland và áp th p Aleut u th hi n không rõ như trong tháng 1. 5. Vòng hoàn lưu Walker Hoàn lưu Walker là hoàn lưu vĩ hư ng d c theo xích o. Nó c trưng b i s thăng lên c a không khí mi n tây Thái Bình Dương trong khu v c Indonesia và dòng giáng phía ông Thái Bình Dương bên b nam M (hình 2.11). Hình 2.11. Hoàn lưu vĩ hư ng mi n xích o. Hoàn lưu Walker m r ng trên Thái Bình Dương. S tương tác gi a hoàn lưu vĩ hư ng trên Tây Phi và khu v c Thái Dình Dương và Nam M có th quy nh tính nh y c m c a gió mùa tây nam trên Tây Phi i v i hi n tư ng ENSO Hoàn lưu này mang tên hoàn lưu Walker k ni m ông Gilbert Walker vào năm 1920 ã phát hi n hoàn lưu ông tây c a khí quy n trên Thái Bình Dương. Dao ng khí áp này g i là dao ng nam phân bi t v i dao ng khí áp khác như dao ng b c i Tây dương và b c Thái Bình Dương. Ngư i ta l y tên hoàn lưu Walker ch dao ng nam bi u di n s bi n ng cư ng c a hoàn lưu tuân theo s bi n ng c a nhi t m t nư c bi n mi n ông và mi n tây Thái Bình Dương. S bi n i trong dao ng nam và do ó là dung lư ng nhi t c a bi n ư c v n chuy n vào không khí dư i d ng bi n i c a khí áp. K t qu là x y ra s bi n i trong phân b c a khí áp ngang qua Thái Bình Dương theo chi u ông tây. Trên cơ s nh ng k t qu quan tr c này Bjerknes (1969) ã gi thi t r ng c i dương và khí quy n u ph i h p m nh m gây nên nh ng s bi n i c a m t trong các thành ph n c a h th ng khí h u và có th gây nh ng s bi n i c a các 28
thành ph n kia. ý t ng này ã thay i suy nghĩ c a các nhà khí h u trong vi c gi i thích nh ng bi n ng khí h u và th i ti t Thái Bình Dương và các khu v c k c n. nh hư ng tr c ti p c a ý tư ng m i là vi c gi i thích hi n tư ng nóng lên ven b Nam M có liên quan v i chu kì khi hoàn lưu Walker t t i m t trong hai pha c c i. Dao ng c a i dương và khí quy n ó ư c g i là các hi n tư ng dao ng nam El Nino (ENSO). 2.2.2 Hoàn lưu gió mùa 1. Khái ni m v gió mùa Thu t ng gió mùa (Monsoon) có ngu n g c t vùng R pv it a phương là Maussam. Thu t ng này thư ng g n li n v i s bi n i theo mùa c a hai y u t khí tư ng chính là mưa và hư ng gió th nh hành. Cho n nay, có r t nhi u nh nghĩa v gió mùa c a nhi u nhà khí tư ng khác nhau (Hann-1908, Shick-1953, Khromov-1957, Kaoetal-1962,...). Nh ng nh nghĩa này u d a trên cơ s s thay i hư ng gió b m t gi a mùa ông và mùa hè. Trong ó, nh nghĩa c a Khromov xu t và sau ó là Ramage (1971) b sung ư c nhi u nhà khí tư ng th a nh n nh t. Theo nh nghĩa này, khu v c ư c g i là có gió mùa n u hoàn lưu b m t trong tháng 1 và tháng 7 tho mãn b n tiêu chu n sau: Hư ng gió th nh hành trong hai tháng ph i l ch nhau m t góc ≥ 1200; - T n su t trung bình c a hư ng gió th nh hành trong hai tháng ph i ≥ 40%; - Tc gió t ng h p trung bình c a ít nh t m t trong hai tháng ph i ≥ 3 m/s; - S luân phiên c a hoàn lưu xoáy thu n/ngh ch x y ra trong hai tháng c a hai - năm liên ti p, trên m t hình vuông 5 kinh/vĩ , ph i nh hơn m t l n. Nh ng khu v c tho mãn b n tiêu chu n trên ư c minh ho b i hình 2.12. Theo hình v ta th y, các khu v c gió mùa trên th gi i ch y u n m trong vùng t 250S n 350N và 300W n 1700E. 2. Gió mùa châu Á Gió mùa châu Á liên quan ch y u v i s luân phiên kh ng ch theo mùa c a các trung tâm khí áp t ng i lưu dư i. S thay i này th hi n vai trò c a các nhân t ng l c và nhi t l c. ó là s d ch chuy n kinh hư ng c a các i khí áp và gió quy mô hành tinh phù h p v i s phân b c a cán cân b c x b m t trong năm. Vào mùa hè, các i khí áp và gió d ch chuy n v phía c c; còn sang mùa ông, chúng d ch chuy n v xích o, tương ng v i quy lu t d ch chuy n theo mùa c a cán cân b c x b m t. C th là, vùng nhi t i l c a châu Á, rãnh th p xích o, t mùa ông sang mùa hè, d ch chuy n lên vĩ cao t i vùng c n nhi t i Nam Á, kéo theo s m r ng c a i gió tây nam lên phía b c. i gió tây nam lúc 29
này kh ng ch Nam Á, thay th cho gió ông b c th nh hành trong mùa ông ây. Trên vùng bi n phía ông châu Á và Tây B c Thái Bình Dương, rãnh th p xích o d ch chuy n v phía b c ít hơn trên l c a nên i gió tây nam ây cũng m r ng lên phía b c ít hơn trên l c a. Trong mùa ông, rãnh th p xích o n m bán c u Nam, toàn b vùng nhi t i Nam Á b kh ng ch b i dòng không khí xu t phát t áp cao l c a châu Á và áp cao c n nhi t i B c Thái Bình Dương. Hình 2.12. Khu v c gió mùa theo tiêu chu n c a Ramage. ư ng m nét bi u th gi i h n phía b c c a khu v c gió mùa t tiêu chu n th tư S thay i hư ng gió th nh hành gi a mùa ông và mùa hè trên khu v c nhi t i châu Á còn có s tác ng c a nhân t nhi t l c, gây nên b i s tương ph n v s phân b nhi t , s nóng lên và l nh i không u gi a i dương và l c a trong hai mùa. Như v y, gió mùa là h qu ho t ng c a các h th ng khí áp quy mô l n trên l c a và i dương trong mùa ông và mùa hè, gây ra b i nhân t nhi t l c và ng l c. Mùa ông, hoàn lưu xoáy ngh ch có hư ng t l c a ra bi n, còn mùa hè, hoàn lưu xoáy thu n có hư ng t bi n vào l c a. S tương ph n v nhi t gi a l c a châu Á v i vùng bi n n Dương và Thái Bình Dương phù h p v i s d ch chuy n kinh hư ng c a các trung tâm khí áp và gió mùa. Rõ ràng r ng, di chuy n theo mùa c a các trung tâm khí áp trong t ng i lưu dư i dn ns i hư ng gió rõ r t, g n như i l p nhau trên khu v c châu Á, h th ng gió mùa ây v n là h th ng gió mùa a d ng và ph c t p nh t. Theo Krishnamurti, gió mùa châu Á có 6 y u t chính trong m i mùa gió mùa (hình 2.13) và s tương thích c a 6 y u t này trong hai mùa gió mùa ư c d n ra trong b ng 2.1. Như v y, có nh ng c trưng khác nhau r t cơ b n gi a hai mùa c a gió mùa châu 30
Á. M t trong nh ng c trưng cơ b n ó là s phân b t - bi n c a khu v c. Xét m t cách chi ti t nh ng c trưng này ta nh n th y r ng, vào mùa hè nhánh i lên c a vòng hoàn lưu Hadley n m trên l c a và nhánh i xu ng n m trên bi n n Dương; còn trong mùa ông, nhánh i lên n m trên vùng ông Nam Á và nhánh i xu ng n m trên l c a Trung Qu c và Siberia. Thêm vào ó, a hình vùng Tây T ng còn óng m t vai trò r t quan tr ng i v i s khác nhau gi a hai mùa gió mùa. Gió mùa mùa ông Gió mùa mùa hè Áp cao 500N Áp cao Tây T ng Siberia Dòng xi t Dòng xi t gió c n nhi t i 0 30 N ông nhi t i Sóng l nh Rãnh gió mùa Dòng xi t Gió mùa SW Somali Áp cao Thái Gió mùa NE 150N Bình Dương Rãnh 00 00 gió mùa Tín phong SE Áp cao Mascarene 200S 400E 800E 1100E 1500E Hình 2.13. Sơ gió mùa mùa ông và gió mùa mùa hè. Trong hình v , ư ng t quãng bi u th nh ng c trưng trong t ng i lưu trên B ng 2.1. S tương thích c a các y u t gió mùa châu Á TT Mùa hè Mùa ông 1 Áp cao Mascaren Áp cao Siberia 2 Dòng xi t qua xích o ông Phi Nh ng t xâm nh p l nh 3 Gió mùa tây nam Gió mùa ông b c Rãnh gió mùa v i mây, mưa trên Rãnh th p xích o trên khu v c 4 bc n Malaysia- Indonesia 5 Áp cao Tây T ng Áp cao Thái Bình Dương 6 Dòng xi t gió ông nhi t i Dòng xi t gió tây c n nhi t i 31
Tuy nhiên, trong m i mùa gió, ngoài hư ng gió th nh hành v n còn t n t i nh ng hư ng gió khác x y ra trong nh ng kho ng th i gian ng n, do các nhi u ng khí quy n quy mô nh gây nên. Trong nh ng tháng chuy n ti p (tháng 4 và 10), các c trưng ch y u c a gió mùa càng b xáo tr n m nh hơn. Như ã bi t, gió mùa châu Á là m t h th ng gió mùa l n nh t hành tinh. H th ng này có th ư c phân thành gió mùa Nam Á (hay gió mùa n ) và gió mùa ông Á. Riêng gió mùa ông Á l i còn ư c phân thành gió mùa ông B c Á và gió mùa Tây B c Thái Bình Dương (hay gió mùa c n nhi t i ông Á và gió mùa nhi t i Tây B c Thái Bình Dương). Vi c phân chia khu v c gió mùa này cũng khá ph c t p cho nên, n nay v n t n t i nhi u cách chia khác nhau. Theo Bin Wang, Steven Clemens và Ping Liu, kinh tuy n 1050E ch y qua sư n phía ông cao nguyên Tây T ng và qua bán o ông Dương là ranh gi i phân chia gió mùa Nam Á v i gió mùa ông Á; vĩ tuy n 22,50N ch y qua ph n phía nam l c a Trung Qu c là ranh gi i phân chia gió mùa ông B c Á v i gió mùa Tây B c Thái Bình Dương, theo ó, h th ng gió mùa châu Á ư c phân thành các ti u h th ng (hình 2.14): gió mùa Nam Á (5-27,50N; 65-1050E), gió mùa nhi t i Tây B c Thái Bình Dương (5- 22,50N; 105-1500E) và gió mùa c n nhi t i ông Á (22,5-450N; 105-1400E). Hình 2.14. Ba hình ch nh t xác nh ba vùng gió mùa Nam Á, ông Á và Tây B c Thái Bình Dương 3. Gió mùa Nam Á G ió mùa Nam Á có th ư c c trư ng b i các thành ph n sau ây: (1) áp cao Mascarene; (2) dòng xi t vư t xích o ông Phi; (3) rãnh gió mùa phía b c n ; (4) mưa gió mùa; (5) mây gió mùa; (6) áp cao Tây T ng và (7) dòng xi t gió ông nhi t i. Nh ng thành ph n này ư c mô t không gian trong hình 2.15. 32
- Áp cao Mascarene là m t áp cao thu c h th ng áp cao c n nhi t i n m trên Dương có tâm vào kho ng 300S; 500E trên o Mascarene. Vào nam n th i kì mùa hè bán c u B c, tín phong ông nam t áp cao này vư t qua xích o trên khu v c Somali ( ông Phi) thành dòng xi t Somali (hay dòng xi t ông Phi). 6 Áp cao Tây T ng 7 Dòng xi t gió ông nhi t i 200mb 5 Màn mây gió mùa Bán c u B c 300N Mưa gió 4 mùa Rãnh gió mùa 3 Xích o Dòng xi t m c th p 2 Vĩ Áp cao Mascarene 1 B mt 250S Bán c u Nam 0 0 90 E 30 E Kinh Hình 2.15. Các thành ph n trong c u trúc trung bình c a gió mùa mùa hè Nam Á (Krishnamurti và Bhalme, 1976). - Dòng xi t Somali là m t dòng gió t ng th p có cư ng cc i vào tháng 7-8 và m nh nh t trên m c 1-1,5km. - Rãnh gió mùa là m t rãnh th p nóng t ng th p thu c rãnh th p xích o. Khi gió tây nam h i t vào rãnh cùng v i gió ông rìa phía b c thì ti m năng c a rãnh tăng lên áng k , nó có th phát tri n lên t i gi a t ng i lưu, và rãnh th p nóng trư c y ã tr thành rãnh gió mùa. - Áp cao Tây T ng là m t cao áp t n t i trong t ng i lư u trên vùng b c n , ngay trên rãnh gió mùa m t t. T tháng 7 n tháng 9, cao áp này ho t ng trên cao nguyên Tây T ng, sau ó di chuy n d n v phía ông nam. 33