48
CHƯƠNG 5
TUẦN HOÀN NƯỚC TRONG TỰ NHIÊN
1. Chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên:
Nước tồn tại trong tự nhiên dưới 3 trạng thái: rắn (băng, tuyết), lỏng (nước), khí
(hơi nước). Trong điều kiện phù hợp nhất định, các thể này có thể chuyển hoá lẫn nhau
trong một hệ thống cân bằng động. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên gồm 3 khâu
chính: bốc hơi, ngưng kết, giáng thuỷ (mưa). Nước từ đại dương, sông ngòi, đất, thực
vật bốc hơi vào không khí. Hơi nước gặp lạnh ngưng kết thành mây rồi hình thành mưa
rơi xuống. Nước mưa rơi xuống bề mặt trái đất, rồi lại tiếp tục của vòng tuần hoàn kế
tiếp.
Qua nghiên cứu người ta thấy rằng trong thiên nhiên có một chế độ xác định nào
đó của chu trình nước trong đó lượng mưa tổng cộng rơi trên trái đất bằng lượng nước
bốc hơi tổng cộng. Tính trung bình trong một năm từ mặt các đại dương trên thế giới
có 448.000 km3 nước và từ đất liền có 63.000 km3 nước bốc hơi vào khí quyển. Cũng
trong một năm có 412.000 km
3 nước mưa rơi trên bề mặt đại dương và 99.000 km3 rơi
trên đất liền. Như vậy, một năm có 511.000 km3 nước bốc hơi thì cũng có đúng một
lượng nước tương đương rơi xuống mặt đất.
2. Các đại lượng đặc trưng cho độ ẩm không khí.
Độ ẩm không khí được xác định bằng lượng hơi nước chứa trong không khí, là
một trong những đặc trưng quan khối nhất của thời tiết, khí hậu.
2.1. Sức trương hơi nước (e)
- Sức trương hơi nước là áp suất của thành phần hơi nước trong không khí.
- Đơn vị tính bằng milimét (1mm = 1,33mb) hoặc miliba (1mb = 0,75mm).
* Sức trương hơi nước bảo hòa (E)
Sức trương hơi nước bảo hoà là trị số giới hạn của sức trương mà hơi nước có thể có
ở nhiệt độ đã cho. Sức trương hơi nước bảo hòa được tính theo công thức sau:
49
t
t
E
242
6,7
10.1,6
trong đó:
6,1 là sức trương bảo hòa ở 00C
7,6 và 242 là các hệ số thực nghiệm
t là nhiệt độ không khí
2.2. Độ ẩm tuyệt đối (a): là lượng hơi nước chứa trong 1m3 không khí (g/m3).
Giữa độ ẩm tuyệt đối và sức trương hơi nước có mối liên hệ:
- Nếu e tính bằng mm thì độ ẩm tuyệt đối sẽ bằng:
)/(
).1(
06,1 3
mg
t
e
a
- Nếu e tính bằng mb thì độ ẩm tuyệt đối sẽ bằng:
)/(
.
1
.8,0 3
mg
t
e
a
trong đó: α là hệ số giản nở của khối không khí ( α =0,0036)
t là nhiệt độ không khí
2.3. Độ ẩm tương đối (r):
Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa sức trương hơi nước chứa trong không khí và sức
trương hơi nước bảo hoà ở nhiệt độ đã cho tính theo %.
100.
E
e
r
Độ ẩm tương đối cho biết không khí ẩm đang ở xa hay gần trạng thái bảo hoà.
Khi hơi nước trong không khí đạt tới mức bảo hoà e = E thì r = 100%.
2.4. Độ thiếu hụt bảo hòa của không khí d (độ hụt ẩm):
Độ thiếu hụt bảo hoà của không khí là độ chênh lệch giữa sức trương hơi nước
bảo hoà (E) ở nhiệt độ đã cho và sức trương hơi nước (e) chứa trong không khí.
d = E - e (mm; mb)
2.5. Độ ẩm riêng (S)
Độ ẩm riêng là lượng hơi nước tính bằng gam, chứa trong 1g hay 1kg không khí
ẩm hoặc bằng tỷ số giữa khối lượng hơi nước trong 1m3 không khí và khối lượng toàn
thể của không khí ẩm, trong cùng một thể tích.
50
)/(
.378,0
.622,0 gg
ep
e
S
trong đó, p là áp suất không khí. Vì trị số e rất nhỏ so với p, cho nên S có thể bằng:
)/(
.622,0 gg
p
e
S
Nếu tính độ ẩm riêng bằng gam chứa trong 1kg không khí thì
)/(
.622 kgg
p
e
S
2.6. Điểm sương (τ0C):
Điểm sương là nhiệt độ mà ở đó hơi nước chứa trong không khí đạt tới trạng
thái bảo hòa. Ở nhiệt độ của điểm sương e = E và nhiệt độ không khí t = τ
2.7. Độ giàu hơi ẩm (f):
Độ giàu hơi ẩm là tỷ số giữa khối lượng hơi nước và khối lượng không khí khô
trong cùng một thể tích.
)/(
.622,0 gg
ep
e
f
Những đặc trưng của độ ẩm không khí trên được ứng dụng rộng rãi trong khoa
học nông nghiệp và trong thực tiễn.
3. Diễn biến hàng ngày và hàng năm của độ ẩm tương đối và độ ẩm tuyệt đối.
3.1. Diễn biến hàng ngày và hàng năm của độ ẩm tuyệt đối.
a. Diễn biến hàng ngày của độ ẩm tuyệt đối
Biến thiên theo thời gian hàng ngày của độ ẩm tuyệt đối được quy định bởi hai
nhân tố:
- Độ bốc hơi từ mặt đất làm cho không khí có thêm hơi nước.
- Sự trao đổi thẳng đứng làm cho hơi nước chuyển vận lên các lớp trên cao.
Có hai kiểu diễn biến hàng ngày của độ ẩm tuyệt đối:
* Kiểu thứ nhất là dạng diễn biến hàng ngày đơn. Dạng diễn biến này gần như song
song với diễn biến của nhiệt độ. Có một cực đại vào lúc 14-15 giờ và một cực tiểu vào
lúc trước khi mặt trời mọc. Dạng diễn biến này thường xảy ra ở những vùng hơi nước
bốc hơi nhiều, đảm bảo hơi nước liên tục nhập vào khí quyển.
* Kiểu thứ hai là dạng diễn biến kép có hai cực tiểu (vào lúc trước khi mặt trời mọc
và vào lúc 15-16 giờ), có hai cực đại (vào lúc 8-9 giờ và lúc 20-21 giờ). Dạng này
thường xảy ra trên lục địa vào thời kỳ mùa hè.
51
Nhìn chung, dao động (hàng ngày và hàng năm) của ẩm độ không khí tuyệt đối
có liên quan với biến thiên của nhiệt độ và phụ thuộc vào bản chất của bề mặt:
- Trên mặt biển và đại dương, ở các bờ biển và trong lục địa vào mùa đông độ ẩm
tuyệt đối dao động trùng với sự biến thiên nhiệt độ (dạng diễn biến đơn).
- Trên lục địa vào mùa hè, mỗi ngày ẩm độ tuyệt đối có 2 cực đại (khoảng 8-9 giờ
và trước lúc mặt trời lặn) và hai cực tiểu ( trước mặt trời mọc và khoảng 14-15 giờ)
(dạng diễn biến kép)
- Tại những vùng ôn đới nơi có độ bốc hơi ban ngày lớn, đối lưu và loạn lưu ban
ngày nhỏ nên cực đại vào buổi sáng kéo dài đến 10-11 giờ và cực tiểu ban ngày cao
hơn sáng sớm.
- Trong những vùng khí hậu khô nóng như khí hậu ở Bắc Phi và Trung Á, đất khô
và đối lưu, loạn lưu ban ngày lớn nên cực đại buổi sáng quan sát thấy vào lúc 6-7 giờ
sáng và cực tiểu ban ngày rất thấp.
b. Diễn biến hàng năm của độ ẩm tuyệt đối.
Dao động hàng năm của độ ẩm tuyệt đối thường trùng với sự biến thiên của
nhiệt độ. Cực tiểu xảy ra vào tháng I, cực đại xảy ra vào tháng VII.
3.2. Diễn biến hàng ngày và hàng năm của độ ẩm tương đối.
Biến thiên hàng ngày và hàng năm của độ ẩm tương đối hầu như ở bất cứ nơi
đâu cũng ngược với diễn biến của nhiệt độ.
- Trong dạng diễn biến hàng ngày cực đại xảy ra vào lúc trước khi mặt trời mọc và
cực tiểu vào lúc 14-15 giờ.
- Trong dạng diễn biến hàng năm cực đại xảy ra vào những tháng lạnh nhất và cực
tiểu xảy ra vào những tháng nóng nhất.
Tại những vùng khí hậu gió mùa do hiện tượng brizơ ven biển nên diễn biến
hàng năm ngược với thông thường, nghĩa là cực đại xảy ra vào mùa hè còn cực tiểu
vào mùa đông.
4. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đối với sản xuất nông nghiệp:
- Độ ẩm không khí liên quan đến sự thoát hơi nước của cây. Sự thoát hơi nước của
cây phụ thuộc rất nhiều vào chế độ ẩm của không khí. Không khí càng khô cường độ
thoát hơi nước càng lớn. Độ ẩm không khí từ 90 - 95% giảm xuống 50% thì cường độ
thoát hơi nước từ cơ thể thực vật tăng lên 5 lần. Nếu sự thoát hơi nước quá lớn sẽ làm
mất cân đối giữa lượng nước cây nhu cầu và lượng nước cây mất đi làm giảm năng
suất cây trồng. Trong trường hợp sự cân bằng nước bị phá vỡ, cây mất đi nhiều nước
do độ ẩm không khí khô sẽ xảy ra hiện tượng héo tàn. Hiện tượng này đặc biệt có ảnh
hưởng lớn trong những giai đoạn sinh trưởng chủ yếu của cây trồng như thụ phấn, fơi
màu. Chẳng hạn đối với lúa trong giai đoạn phơi màu nếu gặp hạn sẽ giảm năng suất
đáng kể, có khi hoàn toàn không cho thu hoạch.
52
- Độ ẩm không khí cao kéo dài thời gian sinh trưởng ảnh hưởng đến sản lượng thu
hoạch.
- Ảnh hưởng đến quá trình thụ phấn, thụ tinh, hút khoáng và nước trong đất, làm
giảm sức sống của hạt phấn, gây khó khăn cho sự truyền phấn đặc biệt là những cây
thụ phấn nhờ gió.
- Nhìn chung sâu, bệnh ưa điều kiện ẩm độ cao, song độ ẩm quá cao (trên 95%)
thường làm yếu hoạt động của chúng. Đặc biệt trong điều kiện kiện kết hợp với nhiệt
độ cao sâu bệnh phát triển khác nhau. Độ ẩm cao, nhìn chung làm cho sâu bệnh phát
triển mạnh gây tổn thất cho mùa màng (không những ngoài đồng mà cả trong phòng).
Độ ẩm không khí liên quan đến tốc độ bốc hơi nước của cơ thể côn trùng, đến thân
nhiệt và hoạt động sinh sản của chúng. Độ ẩm cao quá hoặc thấp quá có thể làm côn
trùng tê liệt và chết.
Độ ẩm không khí cao, hàm lượng nước trong cây lớn, đặc biệt hạt ngũ cốc hút
ẩm mạnh, phơi lâu khô, dễ mọc mầm. Khi độ ẩm cao, nhiệt độ cao làm chất béo, chất
đường bị phân giải, khó bảo quản. Rau và hoa quả tươi được bảo quản tốt nhất trong
điều kiện độ ẩm không khí từ 80-90%. Hạt giống sẽ mất sức nảy mầm nghiêm khối khi
độ ẩm vượt quá 14%.
- Độ ẩm cao, chuồng trại ẩm thấp là điều kiện gây ra nhiều bệnh.
5. Những biện pháp sử dụng và cải thiện chế độ ẩm của không khí.
Độ ẩm không khí là đại lượng có liên quan đến nhiều yếu tố khí tượng như mưa,
gió, nhiệt độ đất, nhiệt độ không khí và sự bốc hơi. Như trên đã thấy độ ẩm không khí
ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất nông nghiệp. Để đảm bảo năng suất cây trồng
cao và ổn định, một trong những biện pháp cần lưu ý đó là chế độ ẩm cho cây trồng,
đặc biệt trong thời kỳ khô hạn.
* Những biện pháp có thể sử dụng và cải thiện độ ẩm không khí:
- Trồng rừng chắn gió nóng:
Những nơi thường xuất hiện gió nóng cần trồng những đai rừng phòng hộ để hạn
chế mức độ hại của gió, đồng thời cải thiện khí hậu đồng ruộng: giảm năng lượng bức
xạ của mặt trời, giảm nhiệt độ đất và không khí, giảm khả năng bốc hơi nước từ bề mặt
đất,....
- Trồng cây che bóng, dùng vật che phủ (rơm, rạ, cỏ mục). Trồng những loại cây có
sức cao làm cây che phủ: cỏ stylo, đậu rựa,...
- Xây dựng hồ chứa nước trong thời kỳ mùa mưa, xây dựng hệ thống thuỷ lợi hoàn
chỉnh.
- Các biện pháp kỹ thuật như trồng xen, trồng gối, xác định thời vụ hợp lý đều có
ảnh hưởng rất lớn đến chế độ ẩm trên đồng ruộng.
Để sử dụng hợp lý chế độ ẩm của đồng ruộng cần hiểu rõ tiềm năng của chế độ
ẩm trong từng vùng, từng vụ, sự biến động độ ẩm trong thời kỳ.