Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:42

Thêm vào BST

Báo xấu

157
lượt xem 38
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình Thời tiết và khí hậu của Edward Aguado và James E. Burt, nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội do Đặng Thị Hồng Thủy và Nguyễn Lan Anh biên dịch - Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5 Độ ẩm khí quyển

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5

PhÇn 2 - N íc trong khÝ quyÓn Ch ¬ng 5 §é Èm khÝ quyÓn BÊt chÊp b·o tuyÕt chiÒu ng y 9 th¸ng 1 n¨m 1997, l u l îng tíi v ®i cña S©n bay Detroit Metropolitan tiÕp tôc nh th êng lÖ, gièng nh vÉn th êng diÔn ra ë kh¾p miÒn Midwest. Tr íc 4 giê chiÒu mét chót, chuyÕn bay Comair 3272 ®ang chuÈn bÞ h¹ c¸nh. ChuyÕn bay n y xuÊt ph¸t mét giê tr íc ®ã tõ S©n bay quèc tÕ Cincinnati, B¾c Kentucky, ®ang diÔn ra b×nh th êng th× bçng d ng ng êi l¸i bÞ mÊt kiÓm so¸t m¸y bay. Theo chøng kiÕn cña mét sè ng êi nh Ted Rath, anh quan s¸t ® îc c¶nh t îng khñng khiÕp chiÕc may bay hai ®éng c¬ xoay ba lÇn råi lao xuèng c¸nh ®ång c¸ch ® êng bay sè 3 m êi t¸m dÆm. Kh«ng mét ng êi n o sèng sãt trong sè 29 h nh kh¸ch v ®éi l¸i. C¸c chuyªn gia an to n h ng kh«ng lËp tøc nghi ngê sù kÕt b¨ng l nguyªn nh©n cña tai n¹n. B»ng chøng tiÕp theo, nh m¸y bay ®· gÆp hai lÇn trôc trÆc tr íc ®ã víi hÖ thèng chèng kÕt b¨ng, ®· cñng cè thªm sù dù ®o¸n. ñy ban An to n VËn t¶i Quèc gia nhÊt trÝ kÕt luËn r»ng mét m ng b¨ng bao c¸nh m¸y bay v tèc ®é tiÕp ®Êt thÊp ®· l m cho m¸y bay mÊt ®é n©ng khÝ ®éng lùc cÇn thiÕt. MÆc dï nh÷ng vô vì m¸y bay kh¸c ®· tõng g©y nªn do kÕt b¨ng m¸y bay, song nh÷ng tai n¹n n y rÊt hiÕm khi x¶y ra. Tuy nhiªn, thùc tÕ vÉn l ®iÒu kiÖn thêi tiÕt cã thÓ t¹o ra nh÷ng vÊn ®Ò quan träng ®èi víi ng nh h ng kh«ng. Thêi tiÕt nguy hiÓm rÊt hay t¹o ra rèi cùc ®oan hoÆc biÕn ®æi nhanh ®iÒu kiÖn giã. §«i khi thËm chÝ nh÷ng ®iÒu kiÖn t ¬ng ®èi «n hßa cã thÓ g©y nªn nh÷ng nguy hiÓm ®¸ng kÓ nh tr êng hîp ë Detroit. ThËm chÝ mét d¶i hoÆc líp m©y mï nhÑ cã thÓ l m gi¶m tÇm nh×n v ®e däa sù an to n giao th«ng ® êng bé v trªn kh«ng. MÆc dï m©y v s ¬ng mï rÊt phæ biÕn trong ®êi sèng th êng ng y, nh ng nhiÒu ng êi trong chóng ta hiÓu biÕt rÊt kÐm vÒ chóng h×nh th nh nh thÕ n o. N íc l chÊt duy nhÊt kh«ng chØ bëi v× nã xuÊt hiÖn tù nhiªn gÇn bÒ mÆt Tr¸i §Êt ë c¸c pha r¾n, láng v khÝ, m cßn bëi v× nã cã thÓ chuyÓn ®æi gi÷a c¸c pha ®ã trong mét kho¶ng thêi gian kh¸ ng¾n. ThËt vËy, vÒ trung b×nh, mét ph©n tö h¬i n íc trong khÝ quyÓn sÏ tån t¹i trong pha khÝ chØ trong Ýt ng y tr íc khi ng ng tô th nh nh÷ng giät chÊt láng hoÆc tinh thÓ b¨ng ®Ó t¹o th nh m©y hoÆc s ¬ng mï. M©y v s ¬ng mï còng cã kho¶ng thêi gian sèng h¹n chÕ v th êng bèc th nh h¬i hoÆc r¬i xuèng th nh m a trong vßng v i giê h×nh th nh. Ch ¬ng n y b¾t ®Çu phÇn 2, “N íc trong khÝ quyÓn”, b»ng viÖc m« t¶ nh÷ng c¬ së vÒ ®é Èm khÝ quyÓn. §ã l nh÷ng c¬ së cña c¸c qu¸ tr×nh m nhê ®ã n íc cã thÓ http://www.ebook.edu.vn 163
chuyÓn tõ pha n y sang pha kh¸c v giíi thiÖu nh÷ng phÐp ®o chung ®Ó chóng ta thÓ hiÖn ®é Èm. Ch ¬ng n y còng sÏ m« t¶ nh÷ng c¬ së liªn quan tíi sù h×nh th nh s ¬ng mï v m©y. Ch ¬ng 6 m« t¶ c¸c qu¸ tr×nh ph¸t triÓn m©y v d¹ng m©y kÕt qu¶. Ch ¬ng 7 b n luËn nh÷ng giät n íc m©y lín lªn nh thÕ n o ®Ó r¬i xuèng th nh gi¸ng thñy. Nh÷ng chñ ®Ò th¶o luËn ë ®©y rÊt quan träng ®Ó hiÓu mét sè hiÖn t îng thêi tiÕt chung nhÊt còng nh nh÷ng hiÖn t îng ®«i khi ¶nh h ëng tíi con ng êi. H¬i n íc v n íc láng MÆc dï vËt chÊt ë pha khÝ cã ®é nÐn cao, song mËt ®é cña mét chÊt khÝ kh«ng thÓ t¨ng ®Õn mét møc cao tïy ý. Khi chÊt khÝ ®¹t tíi mét ®iÓm giíi h¹n n o ®ã, nã buéc ph¶i chuyÓn th nh tr¹ng th¸i láng hoÆc r¾n. §èi víi mét chÊt khÝ khÝ quyÓn - h¬i n íc, giíi h¹n ®ã th êng ®¹t tíi t¹i c¸c nhiÖt ®é v ¸p suÊt th êng thÊy trªn Tr¸i §Êt. (Nh÷ng chÊt khÝ kh¸c, nh nit¬ v «xy, chØ cã thÓ bÞ hãa láng t¹i nh÷ng nhiÖt ®é rÊt thÊp). Kh«ng khÝ chøa nhiÒu n íc nhÊt cã thÓ ® îc gäi l kh«ng khÝ b·o hßa v nÕu ® a thªm h¬i n íc sÏ dÉn ®Õn h×nh th nh c¸c giät n íc hoÆc tinh thÓ b¨ng. Kh¸i niÖm vÒ b·o hßa l kh¸i niÖm c¬ së ®Ó hiÓu c¸c qu¸ tr×nh h×nh th nh m©y v s ¬ng mï. Chóng ta b¾t ®Çu th¶o luËn víi mét thùc nghiÖm gi¶ ®Þnh trong phßng thÝ nghiÖm, nã m« t¶ nh÷ng nguyªn lý chung vÒ bay h¬i v ng ng tô. Sau ®ã, chóng ta ¸p dông nh÷ng nguyªn lý Êy cho c¸c qu¸ tr×nh diÔn ra trong khÝ quyÓn thùc. Bay h¬i v ng ng tô H×nh 5.1 biÓu diÔn mét thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh, trong ®ã mét hép bÞt kÝn chøa mét phÇn n íc tinh khiÕt (H2O). MÆc dï ®iÒu n y cã thÓ t ëng nh hiÓn nhiªn t¹i thêi ®iÓm n y, nh ng chóng ta h·y ®Æt ®iÒu kiÖn r»ng n íc ë trong b×nh cã bÒ mÆt ph¼ng ho n to n. Ngo i ra, gi¶ sö t¹i lóc b¾t ®Çu thÝ nghiÖm bÒ mÆt n íc ® îc che phñ bëi mét líp vá kÝn sao cho h¬i n íc kh«ng tån t¹i ë trong thÓ tÝch b×nh chøa phÝa bªn trªn bÒ mÆt n íc. ThÓ tÝch bªn trªn bÒ mÆt n íc chøa kh«ng khÝ hay kh«ng ho n to n kh«ng liªn quan g× tíi thÝ nghiÖm n y. ThÓ tÝch ®ã cã thÓ chøa kh«ng khÝ b×nh th êng, hy®r« nguyªn chÊt, mªtan hay chÊt th¬m tõ n íc hoa Ph¸p - nã thËm chÝ l ch©n kh«ng ho n to n. TÊt c¶ vÊn ®Ò liªn quan tíi qu¸ tr×nh bay h¬i/ng ng tô l h¬i n íc kh«ng cã mÆt lóc ®Çu. H×nh 5.1b cho thÊy ®iÒu g× x¶y ra khi chóng ta nhÊc bá líp phñ trªn bÒ mÆt n íc láng. Kh«ng cã líp phñ, mét sè ph©n tö t¹i bÒ mÆt cã thÓ tho¸t v o thÓ tÝch bªn trªn th nh h¬i n íc. Qu¸ tr×nh m c¸c ph©n tö tho¸t tù do khái thÓ tÝch chÊt láng ® îc gäi l bay h¬i. Qu¸ tr×nh ng îc l¹i l ng ng tô, trong qu¸ tr×nh n y c¸c ph©n tö h¬i n íc ngÉu nhiªn va ch¹m víi bÒ mÆt n íc v g¾n kÕt víi c¸c ph©n tö bªn c¹nh. T¹i thêi ®iÓm ®Çu cña thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh kh«ng thÓ x¶y ra ng ng tô bëi v× kh«ng cã h¬i n íc. Tuy nhiªn, khi bay h¬i b¾t ®Çu, h¬i n íc b¾t ®Çu tÝch tô bªn trªn bÒ mÆt cña chÊt láng. http://www.ebook.edu.vn 164
H×nh 5.1. Mét b×nh t ëng t îng chøa n íc tinh khiÕt víi mét bÒ mÆt ph¼ng v thÓ tÝch n»m bªn trªn lóc ®Çu kh«ng chøa h¬i n íc (a). Khi bay h¬i b¾t ®Çu (b), h¬i n íc tÝch lòy trong thÓ tÝch bªn trªn bÒ mÆt n íc láng. Lóc ®Çu ng ng tô kh«ng thÓ x¶y ra bëi v× kh«ng cã h¬i n íc ë bªn trªn chÊt láng. Nh ng khi bay h¬i cung cÊp n íc cho thÓ tÝch bªn trªn, ng ng tô cã thÓ xuÊt hiÖn. Bay h¬i v ît tréi ng ng tù mét thêi gian v nhê ®ã l m t¨ng dung l îng h¬i n íc. DÇn dÇn h¬i n íc ë bªn trªn chÊt láng ®ñ nhiÒu ®Ó cho ng ng tô b»ng bay h¬i (c). T¹i thêi ®iÓm n y, sù b·o hßa xuÊt hiÖn T¹i thêi ®o¹n sím cña bay h¬i, dung l îng h¬i n íc thÊp ng¨n chÆn kh«ng cho ng ng tô x¶y ra v tèc ®é bay h¬i v ît tréi tèc ®é ng ng tô. §iÒu ®ã l m t¨ng l îng h¬i n íc. Tuy nhiªn, khi dung l îng h¬i n íc t¨ng lªn, tèc ®é ng ng tô còng t¨ng. DÇn dÇn, l îng h¬i n íc bªn trªn bÒ mÆt ®ñ ®Ó cho tèc ®é ng ng tô v bay h¬i trë nªn b»ng nhau nh h×nh 5.1c. B©y giê mét l îng h¬i n íc kh«ng ®æi tån t¹i ë trong thÓ tÝch bªn trªn bÒ mÆt n íc do nhËn v mÊt bï trõ gi÷a bay h¬i v ng ng tô. Tr¹ng th¸i c©n b»ng kÕt qu¶ ® îc gäi l b·o hßa. Tr¹ng th¸i b·o hßa ® îc m« t¶ ë ®©y cã thÓ diÔn ra cho dï cã hay kh«ng cã kh«ng khÝ (hay c¸c khÝ kh¸c) tån t¹i trong hép chøa. Nãi c¸ch kh¸c, h¬i n íc kh«ng bÞ “gi÷” bëi kh«ng khÝ (mÆc dï nhiÒu khi ng êi ta vÉn th êng kh¼ng ®Þnh mÖnh ®Ò sai lÇm n y). H¬i n íc l mét chÊt khÝ, gièng nh c¸c hîp phÇn kh¸c cña kh«ng khÝ. Do ®ã, nã kh«ng cÇn ph¶i bÞ “gi÷” bëi kh«ng khÝ gièng nh «xy, nit¬, acg«n v c¸c khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn kh«ng cÇn bÞ gi÷ bëi h¬i n íc! Khi kh«ng khÝ b·o hßa th× chØ ®¬n gi¶n l cã mét sù c©n b»ng gi÷a bay h¬i v ng ng tô; kh«ng khÝ kh« kh«ng cã vai trß trong viÖc ®¹t tr¹ng th¸i n y. Còng cÇn biÕt r»ng sù trao ®æi h¬i n íc v chÊt láng ® îc m« t¶ ë ®©y còng ¸p dông cho sù chuyÓn ®æi pha gi÷a h¬i n íc v b¨ng. Sù chuyÓn ®æi pha trùc tiÕp tõ b¨ng th nh h¬i n íc, kh«ng qua pha láng, ® îc gäi l th¨ng hoa. Qu¸ tr×nh ng îc l¹i (tõ h¬i n íc th nh b¨ng) gäi l l¾ng ®äng. (C¸c nh khÝ t îng ®«i khi dïng tõ th¨ng hoa ¸p dông cho chuyÓn ®æi pha h¬i th nh r¾n còng nh r¾n th nh h¬i. V× c¸c qu¸ tr×nh ng îc nhau kh«ng nªn cã cïng mét tªn, nªn sö dông chuyªn tõ l¾ng ®äng cho sù chuyÓn ®æi h¬i th nh b¨ng). C¸c chØ sè vÒ dung l îng h¬i n íc Chóng ta cÇn cã mét c¸ch n o ®ã biÓu diÔn dung l îng n íc cña kh«ng khÝ gièng nh ®èi víi mét thuéc tÝnh kh¸c bÊt kú cña khÝ quyÓn. §é Èm l l îng h¬i http://www.ebook.edu.vn 165
n íc trong kh«ng khÝ. §é Èm cã thÓ ® îc biÓu diÔn b»ng mét sè c¸ch - th«ng qua mËt ®é cña h¬i n íc, ¸p suÊt cña h¬i n íc, tØ lÖ phÇn tr¨m cña l îng h¬i n íc cã thÓ thùc sù tån t¹i hoÆc mét sè ph ¬ng ph¸p kh¸c. Kh«ng cã mét sè ®o “®óng” duy nhÊt, m ng îc l¹i, mçi sè ®o cã nh÷ng u ®iÓm v nh îc ®iÓm cña nã, tïy thuéc v o môc ®Ých sö dông dù ®Þnh. Tuy nhiªn, tÊt c¶ c¸c sè ®o vÒ ®é Èm cã mét nÐt chung - chóng ¸p dông tuyÖt ®èi cho h¬i n íc v kh«ng cho c¸c giät chÊt láng hay c¸c tinh thÓ b¨ng ë trong hoÆc ®ang r¬i qua kh«ng khÝ. B©y giê chóng ta xem xÐt c¸c sè ®o ®ã. ¸p suÊt h¬i Trong c¸c ch ¬ng 1 v 4, chóng ta thÊy r»ng kh«ng khÝ t¸c ®éng ¸p suÊt lªn tÊt c¶ c¸c bÒ mÆt. Tõng chÊt khÝ cÊu t¹o nªn khÝ quyÓn gãp phÇn v o ¸p suÊt kh«ng khÝ tæng céng, c¸c chÊt khÝ th êng trùc nhiÒu nhÊt t¹o th nh phÇn lín ¸p suÊt. Bëi v× h¬i n íc hiÕm khi chiÕm h¬n 4 % khèi l îng khÝ quyÓn tæng céng, nªn nã chØ t¸c ®éng mét tØ lÖ phÇn tr¨m nhá cña ¸p suÊt kh«ng khÝ tæng céng. PhÇn ¸p suÊt khÝ quyÓn tæng céng do h¬i n íc t¸c ®éng ® îc gäi l ¸p suÊt h¬i. Gièng nh ¸p suÊt khÝ quyÓn, ¸p suÊt h¬i th êng ® îc biÓu diÔn b»ng ®¬n vÞ miliba (mb) theo c¸c nh khÝ t îng häc Mü v b»ng kil«pascal (kPa) theo c¸c ®ång nghiÖp Cana®a, mÆc dï trong phÇn lín c¸c øng dông khoa häc pascal (Pa) l ®¬n vÞ ® îc a dïng nhÊt (100 Pa = 1 ba = 0,1 kPa). H×nh 5.2. ChuyÓn ®éng cña nh÷ng ph©n tö t¸c ®éng mét ¸p suÊt lªn c¸c bÒ mÆt, gäi l ¸p suÊt h¬i. ¸p suÊt h¬i t¨ng lªn theo nång ®é v nhiÖt ®é ¸p suÊt h¬i cña mét thÓ tÝch kh«ng khÝ phô thuéc c¶ v o nhiÖt ®é v mËt ®é cña c¸c ph©n tö h¬i n íc (h×nh 5.2). NÕu nhiÖt ®é kh«ng khÝ cao, c¸c ph©n tö h¬i n íc (cïng víi tÊt c¶ c¸c hîp phÇn khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn) chuyÓn ®éng nhanh h¬n v t¸c ®éng ¸p suÊt lín h¬n. Mét c¸ch t ¬ng tù, nång ®é cña c¸c ph©n tö h¬i n íc lín h¬n cã nghÜa r»ng mét l îng khèi l îng lín h¬n cã mÆt ®Ó t¸c ®éng ¸p suÊt. Trong thùc tÕ, ¶nh h ëng nhiÖt ®é l nhá so víi nh÷ng biÕn thiªn mËt ®é, th nh thö ¸p suÊt h¬i tu©n theo nh÷ng biÕn thiªn mËt ®é, hay sè l îng c¸c ph©n tö n íc mét c¸ch chÆt chÏ. V× cã mét l îng h¬i n íc cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i, nªn còng cã ¸p suÊt h¬i cùc ®¹i t ¬ng øng, gäi l ¸p suÊt h¬i b·o hßa. ¸p suÊt h¬i b·o hßa kh«ng biÓu thÞ l îng http://www.ebook.edu.vn 166
Èm hiÖn t¹i trong kh«ng khÝ, ng îc l¹i, nã l biÓu thÞ cña c¸i cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i. ¸p suÊt h¬i b·o hßa chØ phô thuéc v o mét biÕn - nhiÖt ®é. H×nh 5.3 biÓu diÔn mèi liªn quan gi÷a ¸p suÊt h¬i b·o hßa v nhiÖt ®é, nhiÖt ®é c ng cao th× ¸p suÊt h¬i b·o hßa c ng cao. VÝ dô, t¹i 40oC ¸p suÊt h¬i b·o hßa l 73,8 mb, cßn t¹i 0oC ¸p suÊt h¬i b·o hßa chØ b»ng 6,1 mb, nhá h¬n mét phÇn m êi. Sù t¨ng ¸p suÊt h¬i b·o hßa theo nhiÖt ®é kh«ng tuyÕn tÝnh. T¹i nh÷ng nhiÖt ®é thÊp, ¸p suÊt h¬i b·o hßa chØ t¨ng rÊt Ýt, nh ng t¹i nh÷ng nhiÖt ®é cao, ¸p suÊt h¬i b·o hßa t¨ng rÊt nhanh. VÝ dô, t¹i 2oC t¨ng nhiÖt ®é tõ 0oC lªn 2oC l m t¨ng ¸p suÊt h¬i b·o hßa tõ 6,1 mb lªn 7,1 mb, chØ kh¸c nhau 1 mb. Còng víi l îng t¨ng nhiÖt ®é nh trªn, nh ng tõ mét ®iÓm xuÊt ph¸t cao h¬n, tõ 40oC lªn 42 oC, ¸p suÊt h¬i b·o hßa t¨ng lªn 7,7 mb, tõ 73,8 lªn th nh 81,5 mb. §é Èm tuyÖt ®èi Mét sè ®o kh¸c vÒ dung l îng h¬i n íc l ®é Èm tuyÖt ®èi, ®¬n gi¶n l mËt ®é cña h¬i n íc ® îc biÓu diÔn b»ng sè gam h¬i n íc chøa trong mét mÐt khèi kh«ng khÝ. V× ®é Èm tuyÖt ®èi biÓu diÔn l îng n íc chøa trong mét thÓ tÝch kh«ng khÝ, nªn gi¸ trÞ cña nã thay ®æi mçi khi kh«ng khÝ gi·n hoÆc nÐn. Do ®ã, vÝ dô, nÕu mét phÇn tö kh«ng khÝ gi·n ra (khi nã nãng h¬n hoÆc n©ng lªn cao), ®é Èm tuyÖt ®èi cña nã sÏ gi¶m, mÆc dï h¬i n íc kh«ng bÞ mÊt khái phÇn tö. V× ®é Èm tuyÖt ®èi cã nh îc ®iÓm n y, nªn nã kh«ng cã tÝnh u viÖt lín so víi nh÷ng chØ sè kh¸c v Ýt ® îc sö dông. §é Èm riªng MÆc dï kh«ng ® îc sö dông nhiÒu bªn ngo i nh÷ng øng dông khoa häc, ®é Èm riªng l mét chØ sè h÷u Ých ®Ó biÓu diÔn ®é Èm khÝ quyÓn. §é Èm riªng thÓ hiÖn khèi l îng h¬i n íc tån t¹i trong mét khèi l îng kh«ng khÝ ®ang xÐt. VÝ dô, xÐt mét thÓ tÝch chøa ®óng 1 kg kh«ng khÝ (t¹i mùc n íc biÓn thÓ tÝch ®ã b»ng kho¶ng 0,8 mÐt khèi). Trong 1 kg ®ã mét sè gam l h¬i n íc. TØ lÖ khèi l îng kh«ng khÝ thuéc vÒ phÇn h¬i n íc l ®é Èm riªng. Th«ng th êng nhÊt, ®é Èm riªng ® îc biÓu diÔn b»ng sè gam h¬i n íc trong mét kil«gam kh«ng khÝ. ThËt ra, chóng ta ®· mét c¸ch kh«ng t êng minh ®Ò cËp ®Õn ®é Èm riªng trung b×nh cña khÝ quyÓn ë trong ch ¬ng 1 khi nãi r»ng h¬i n íc th«ng th êng chØ chiÕm kho¶ng 1 hoÆc 2 phÇn tr¨m khèi l îng khÝ quyÓn. V× h¬i n íc ë bªn ngo i vïng nhiÖt ®íi th êng l Ýt h¬n 2 phÇn tr¨m khèi l îng kh«ng khÝ, c¸c ®é Èm riªng th êng nhá h¬n 20 gam h¬i n íc trong mét kil«gam kh«ng khÝ. §é Èm riªng q ® îc biÓu diÔn to¸n häc nh sau: mv mv q= = , mv + m d m ë ®©y mv − khèi l îng h¬i n íc, m − khèi l îng cña khÝ quyÓn v m d − khèi l îng cña kh«ng khÝ kh« (tÊt c¶ c¸c chÊt khÝ khÝ quyÓn kh¸c víi h¬i n íc). Kh¸c víi ¸p suÊt h¬i, ®é Èm riªng chÞu ¶nh h ëng Ýt bëi ¸p suÊt khÝ quyÓn, v× nã phô thuéc mét phÇn v o khèi l îng tæng céng cña khÝ quyÓn m . http://www.ebook.edu.vn 167
Kh¸c víi ®é Èm tuyÖt ®èi, ®é Èm riªng cã u ®iÓm kh«ng thay ®æi khi kh«ng khÝ gi·n në hoÆc co l¹i. VÝ dô, khi mét kil«gam kh«ng khÝ në ra, khèi l îng cña nã kh«ng thay ®æi (nã vÉn l 1 kg), v tØ phÇn thuéc vÒ h¬i n íc kh«ng thay ®æi. KÕt qu¶ l , ®é Èm riªng kh«ng bÞ ¶nh h ëng. Mét ®Æc ®iÓm thuËn tiÖn kh¸c cña ®é Èm riªng l nã kh«ng phô thuéc v o nhiÖt ®é. NÕu mét kil«gam kh«ng khÝ chøa 1 g h¬i n íc, nã vÉn chøa 1 g sau khi bÞ nung nãng. V× lý do ®ã, ®é Èm riªng l mét chØ thÞ tèt ®Ó so s¸nh h¬i n íc trong kh«ng khÝ t¹i nh÷ng ®Þa ph ¬ng kh¸c nhau m mçi n¬i nhiÖt ®é kh«ng khÝ cã thÓ kh¸c nhau. VÝ dô, nÕu Toronto, Ontario cã ®é Èm riªng 10 gam h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ v o mét ng y n o ®ã, cßn Albuquerque, New Mexico cã 5 g/kg, chóng ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng Toronto cã h¬i n íc trong kh«ng khÝ nhiÒu b»ng hai lÇn Albuquerque, nhiÖt ®é hai n¬i ®ã l bao nhiªu kh«ng th nh vÊn ®Ò. §iÒu n y cã thÓ l tá ra kh«ng cã g× ®Æc biÖt, nh ng sù t ¬ng øng trùc tiÕp gi÷a ®é Èm riªng v dung l îng h¬i n íc kh«ng cßn ®óng ®èi víi chØ sè ®é Èm th êng ® îc dïng - ®é Èm t ¬ng ®èi. V× vËy, ®é Èm riªng l mét sè ®o h÷u Ých vÒ h¬i n íc; nã chØ cã nh îc ®iÓm duy nhÊt l c«ng chóng Ýt quen thuéc víi chuyªn tõ n y. H×nh 5.3. ¸p suÊt h¬i b·o hßa v ®é Èm riªng b·o hßa nh mét h m cña nhiÖt ®é. § êng cong dèc h¬n t¹i c¸c nhiÖt ®é cao cã nghÜa r»ng ¸p suÊt h¬i b·o hßa nh¹y c¶m h¬n víi biÕn thiªn nhiÖt ®é khi kh«ng khÝ Êm V× cã mét l îng cùc ®¹i h¬i n íc cã thÓ tån t¹i t¹i mét nhiÖt ®é cô thÓ, nªn còng cã mét ®é Èm riªng cùc ®¹i. Cùc ®¹i ®ã ® îc gäi l ®é Èm riªng b·o hßa. TÝnh chÊt n y trùc tiÕp t ¬ng tù víi ¸p suÊt h¬i b·o hßa v t¨ng theo kiÓu kh«ng tuyÕn tÝnh nh trªn h×nh 5.3. http://www.ebook.edu.vn 168
TØ sè x¸o trén TØ sè x¸o trén rÊt gièng víi ®é Èm riªng. Trong tr êng hîp ®é Èm riªng, chóng ta biÓu diÔn khèi l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ nh mét tØ phÇn cña tÊt c¶ kh«ng khÝ. Ng îc l¹i, tØ sè x¸o trén r l mét sè ®o khèi l îng h¬i n íc t ¬ng ®èi so víi khèi l îng cña c¸c chÊt khÝ kh¸c cña khÝ quyÓn, hay r = mv / m d . (L u ý r»ng mÉu sè chØ khèi l îng cña kh«ng khÝ kh«, tr¸i ng îc víi tÊt c¶ kh«ng khÝ). VÒ ph ¬ng diÖn sè, tØ sè x¸o trén v ®é Èm riªng sÏ lu«n cã gi¸ trÞ gÇn b»ng nhau. §ã l v× l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ lu«n lu«n nhá, cho nªn dï nã cã ® îc tÝnh ®Õn hay kh«ng trong mÉu sè còng kh«ng l m thay ®æi tØ sè. Mét vÝ dô ®¬n gi¶n cã thÓ l m râ sù t ¬ng tù gi÷a ®é Èm riªng v tØ sè x¸o trén. NÕu ®é Èm riªng l 10 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, tØ sè x¸o trén l 10 g h¬i n íc trªn 990 g kh«ng khÝ kh«. H·y l u ý r»ng 10 chia cho 990 b»ng 10,0011. Nãi kh¸c ®i, nÕu ®é Èm riªng l 10,0 g/kg, th× tØ sè x¸o trén chØ cao h¬n 1,1 %, hay 10,011 g/kg. Sö dông tØ sè x¸o trén nh mét chØ sè vÒ dung l îng ®é Èm cã cïng nh÷ng u ®iÓm nh ®é Èm riªng. Ngo i ra, ho n to n gièng nh ®é Èm riªng cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i ® îc gäi l ®é Èm riªng b·o hßa, th× tØ sè x¸o trén cùc ®¹i cã thÓ ® îc gäi l tØ sè x¸o trén b·o hßa. §é Èm t ¬ng ®èi Sè ®o quen thuéc nhÊt vÒ dung l îng h¬i n íc l ®é Èm t ¬ng ®èi, RH, nã liªn hÖ l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ víi l îng cùc ®¹i cã thÓ t¹i nhiÖt ®é hiÖn thêi. Mét c¸ch t ¬ng ® ¬ng, ®é Èm t ¬ng ®èi b»ng RH = (®é Èm riªng / ®é Èm riªng b·o hßa) × 100 % Nãi c¸ch kh¸c, ®é Èm t ¬ng ®èi l l îng h¬i n íc biÓu diÔn t ¬ng ®èi víi gi¸ trÞ cùc ®¹i cã thÓ tån t¹i t¹i mét nhiÖt ®é cô thÓ (®iÓm b·o hßa cña nã). §Ó xem xÐt cô thÓ, ta xÐt vÝ dô trªn h×nh 5.4, trong ®ã ®é Èm riªng thùc tÕ l 6 g/kg kh«ng khÝ v nhiÖt ®é 14oC cho ®é Èm riªng b·o hßa 10 g/kg kh«ng khÝ. Do ®ã, ®é Èm t ¬ng ®èi sÏ b»ng 6 RH = × 100 % = 0,6 × 100 % = 60 % . 10 §é Èm t ¬ng ®èi kh«ng ph¶i duy nhÊt x¸c ®Þnh b»ng l îng h¬i n íc cã mÆt. V× trong kh«ng khÝ Êm cã thÓ chøa nhiÒu h¬i n íc h¬n trong kh«ng khÝ l¹nh, nªn ®é Èm t ¬ng ®èi phô thuéc v o c¶ dung l îng Èm thùc tÕ v nhiÖt ®é kh«ng khÝ. NÕu nhiÖt ®é kh«ng khÝ t¨ng lªn, th× nhiÒu h¬i n íc h¬n cã thÓ tån t¹i v tØ sè gi÷a l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ trªn l îng b·o hßa gi¶m. Do ®ã, ®é Èm t ¬ng ®èi gi¶m thËm chÝ nÕu dung l îng Èm kh«ng thay ®æi. Mét lÇn n÷a xÐt vÝ dô trªn h×nh 5.4, ta xem ®iÒu g× sÏ x¶y ra nÕu l îng h¬i n íc gi÷ kh«ng ®æi nh ng nhiÖt ®é t¨ng tõ gi¸ trÞ xuÊt ph¸t 14oC lªn 25oC. T¹i nhiÖt ®é míi, ®é Èm riªng b·o hßa t¨ng lªn tíi 20 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ v ®é Èm t ¬ng ®èi trë th nh http://www.ebook.edu.vn 169
6 RH = × 100 % = 0,3 × 100 % = 30 % . 20 §é Èm t ¬ng ®èi ®· bÞ gi¶m mÆc dï l îng h¬i n íc gi÷ kh«ng ®æi! §©y l mét nh îc ®iÓm quan träng ®èi víi mét chØ sè bÊt kú nh»m dïng l m sè ®o vÒ ®é Èm. H×nh 5.4. Quan hÖ gi÷a ®é Èm t ¬ng ®èi v nhiÖt ®é. (a) NhiÖt ®é 14oC cã ®é Èm riªng b·o hßa 10 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. NÕu ®é Èm riªng thùc tÕ l 6 g/kg, ®é Èm t ¬ng ®èi b»ng 60%; (b) §é Èm riªng vÉn l 6 g/kg, nh ng nhiÖt ®é cao h¬n dÉn tíi ®é Èm riªng b·o hßa lín h¬n, do ®ã ®é Èm t ¬ng ®èi nhá h¬n tr êng hîp (a) mÆc dï mËt ®é h¬i n íc vÉn nh cò V× phô thuéc v o nhiÖt ®é, ®é Èm t ¬ng ®èi sÏ thay ®æi trong ng y thËm chÝ nÕu l îng n íc trong kh«ng khÝ kh«ng thay ®æi. §é Èm t ¬ng ®èi th êng cao v o lóc s¸ng sím - kh«ng ph¶i v× nhiÒu h¬i n íc, m ®¬n gi¶n bëi v× nhiÖt ®é thÊp. Khi trêi Êm dÇn, ®é Èm t ¬ng ®èi th êng gi¶m bëi v× ®é Èm riªng b·o hßa t¨ng lªn. Sù ¶nh h ëng cña nhiÖt ®é tíi ®é Èm t ¬ng ®èi g©y nªn mét vÊn ®Ò kh¸c - nã g©y khã kh¨n cho viÖc so s¸nh trùc tiÕp dung l îng n íc t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau cã nhiÖt ®é kh«ng b»ng nhau. VÝ dô, xÐt mét buæi s¸ng l¹nh ë Montreal, Quebec, nhiÖt ®é b»ng -20oC v ®é Èm riªng l 0,7 g/kg. T¹i -20oC ®é Èm riªng b·o hßa l 0,78 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, v ®é Èm t ¬ng ®èi kÕt qu¶ l (0,70 / 0,78) × 100% , hay 89,7% . B©y giê h·y so s¸nh víi t×nh huèng Êm h¬n t¹i Atlanta, n¬i nhiÖt ®é l 10oC v ®é Èm riªng 6,2 g/kg (gÇn 10 lÇn lín h¬n so víi ë Montreal!). T¹i 10oC ®é Èm riªng b·o hßa l 7,7 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ, nªn ®é Èm t ¬ng ®èi l (6,2 / 7,7) × 100% , hay 79,9% . H·y chó ý r»ng ®é Èm t ¬ng ®èi ë Atlanta thÊp h¬n so víi ë Montreal, mÆc dï thùc tÕ l kh«ng khÝ ë Atlanta chøa nhiÒu h¬i n íc h¬n http://www.ebook.edu.vn 170
nhiÒu. §iÒu n y cho thÊy v× sao ®é Èm t ¬ng ®èi l mét lùa chän kÐm ®Ó so s¸nh l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ ë c¸c n¬i kh¸c nhau. Mét sè ng êi ho n to n nhÇm lÉn vÒ ý nghÜa thùc cña ®é Èm t ¬ng ®èi. Mét sè ng êi nghÜ thuËt ng÷ n y biÓu diÔn phÇn kh«ng khÝ l h¬i n íc. §iÒu ®ã kh«ng ®óng. §Ó hiÓu v× sao, h·y xÐt mét t×nh huèng trong ®ã ®é Èm t ¬ng ®èi l 100%. NÕu kh«ng khÝ cã 100% h¬i n íc, th× nã kh«ng thÓ chøa nit¬ hay «xy v chóng ta khã m thë ® îc. Mét ®iÒu nhÇm lÉn phæ biÕn kh¸c, ®ã l vÒ ®é Èm t ¬ng ®èi cã thÓ cao nh thÕ n o v o mét ng y nãng, Èm. NhiÒu ng êi cã thÓ cho r»ng v o mét ng y nh vËy ®é Èm t ¬ng ®èi cã lÏ kho¶ng 99%. Nh ng trªn thùc tÕ, nh÷ng ng y rÊt nãng kh«ng bao giê cã ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn víi gi¸ trÞ ®ã. Bëi v× t¹i c¸c nhiÖt ®é cao ®é Èm riªng b·o hßa cao h¬n rÊt nhiÒu so víi ®é Èm riªng thùc tÕ vÉn th êng gÆp. VÝ dô, nÕu nhiÖt ®é l 35oC, ®é Èm riªng b·o hßa l 36,8 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. Nh ng chóng ta ®· thÊy r»ng bªn ngo i vïng nhiÖt ®íi Ýt khi ®é Èm riªng v ît qu¸ 20 g/kg - thËm chÝ khi kh«ng khÝ rÊt Èm. VËy ®é Èm t ¬ng ®èi 99% kh«ng ph¶i l mét kh¶ n¨ng hiÖn thùc t¹i nhiÖt ®é ®ã. Thùc ra, nh÷ng ng y nãng cã thÓ l rÊt khã chÞu thËm chÝ víi ®é Èm t ¬ng ®èi chØ kho¶ng 50%. §iÓm s ¬ng Mét chØ sè ®é Èm h÷u Ých kh«ng bÞ phô thuéc nhiÖt ®é l nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng (hay gäi ®¬n gi¶n l ®iÓm s ¬ng). §¹i l îng n y tho¹t ®Çu cã thÓ tá ra khã hiÓu bëi v× nã ® îc biÓu diÔn nh nhiÖt ®é, nh ng nã l mét chØ sè ®¬n gi¶n sö dông v dÔ gi¶i thÝch ý nghÜa. V nã phô thuéc hÇu nh ho n to n v o l îng h¬i n íc hiÖn cã. §Ó minh häa ®iÓm s ¬ng, ta xÐt phÇn tö kh«ng khÝ ch a b·o hßa trªn h×nh 5.5. Ban ®Çu nhiÖt ®é kh«ng khÝ l 14oC, øng víi mét ®é Èm riªng b·o hßa 10 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. §é Èm riªng ban ®Çu l 8 g/kg. §é Èm t ¬ng ®èi do ®ã b»ng 80%. Khi kh«ng khÝ bÞ l¹nh xuèng, ®é Èm t ¬ng ®èi cña nã t¨ng lªn v nÕu kh«ng khÝ bÞ l¹nh ®ñ nhiÒu th× ®é Èm t ¬ng ®èi cña nã ®¹t ®Õn 100% v trë nªn b·o hßa. NÕu l¹nh tiÕp n÷a sÏ dÉn tíi h¬i n íc bÞ mÊt do ng ng tô. NhiÖt ®é m t¹i ®ã sù b·o hßa xuÊt hiÖn gäi l ®iÓm s ¬ng. Trong vÝ dô n y, ®iÓm s ¬ng l 10oC v× ®©y l nhiÖt ®é m t¹i ®ã ®é Èm riªng b·o hßa l 8 g/kg. H·y ®Ó ý r»ng mÆc dï ®é Èm t ¬ng ®èi ®· t¨ng lªn khi nhiÖt ®é gi¶m, nh ng ®iÓm s ¬ng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi l 10oC. §iÒu g× cã thÓ sÏ x¶y ra nÕu nh ®é Èm riªng gi÷ nguyªn kh«ng ®æi, cßn nhiÖt ®é th× t¨ng lªn qu¸ gi¸ trÞ xuÊt ph¸t 14oC? §é Èm t ¬ng ®èi sÏ bÞ gi¶m, cßn ®iÓm s ¬ng vÉn gi÷ nguyªn kh«ng ®æi. §iÓm s ¬ng sÏ kh«ng thay ®æi, bëi v× sù nguéi l¹nh dÇn cña kh«ng khÝ ®Õn 10oC vÉn dÉn tíi sù b·o hßa. §iÓm s ¬ng l mét chØ thÞ tèt vÒ dung l îng n íc; khi ®iÓm s ¬ng cao th× nhiÒu h¬i n íc trong kh«ng khÝ. H¬n n÷a, khi kÕt hîp víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ, nã l mét chØ thÞ vÒ ®é Èm t ¬ng ®èi. Khi ®iÓm s ¬ng thÊp h¬n nhiÒu so víi nhiÖt ®é kh«ng khÝ, ®é Èm t ¬ng ®èi rÊt thÊp. Khi ®iÓm s ¬ng gÇn b»ng nhiÖt ®é kh«ng khÝ, ®é Èm t ¬ng ®èi cao. Ngo i ra, khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng b»ng nhau, http://www.ebook.edu.vn 171
kh«ng khÝ b·o hßa v ®é Èm t ¬ng ®èi l 100%. H×nh 5.5. §iÓm s ¬ng thÓ hiÖn dung l îng h¬i n íc, mÆc dï nã ® îc biÓu diÔn nh nhiÖt ®é. Trong (a) nhiÖt ®é lín h¬n ®iÓm s ¬ng v kh«ng khÝ ch a b·o hßa. Khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ bÞ h¹ thÊp sao cho ®é Èm riªng b·o hßa b»ng chÝnh ®é Èm riªng thùc tÕ (b), th× nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng b»ng nhau. TiÕp tôc bÞ l¹nh n÷a (c) dÉn ®Õn nhiÖt ®é kh«ng khÝ v ®iÓm s ¬ng gi¶m cïng mét l îng v chóng duy tr× b»ng nhau Kh¸c víi ®é Èm t ¬ng ®èi, ®iÓm s ¬ng kh«ng thay ®æi ®¬n gi¶n chØ v× nhiÖt ®é kh«ng khÝ thay ®æi. Ngo i ra, nÕu mét ®Þa ph ¬ng cã ®iÓm s ¬ng cao h¬n so víi mét ®Þa ph ¬ng kh¸c, th× ®Þa ph ¬ng ®ã còng cã l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ cao h¬n trong ®iÒu kiÖn cïng ¸p suÊt kh«ng khÝ. NÕu b¹n quen thuéc víi ®iÓm s ¬ng, cã lÏ nã l chØ sè h÷u hiÖu nhÊt vÒ dung l îng h¬i n íc. §iÓm s ¬ng v o nh÷ng ng y rÊt nãng, Èm ®iÓn h×nh ë kho¶ng ©m 2oC. (Khi b¹n thÊy ®iÓm s ¬ng b»ng 70oF hoÆc cao h¬n, b¹n sÏ cã mét ®ªm khã ngñ trõ khi b¹n dïng m¸y ®iÒu hßa kh«ng khÝ). V o nh÷ng ng y dÔ chÞu, kh«ng Èm v kh«ng kh«, ®iÓm s ¬ng cã thÓ b»ng kho¶ng mét v i phÇn m êi oC d íi kh«ng; nh÷ng ng y rÊt kh« cã thÓ cã ®iÓm s ¬ng kho¶ng ©m 2oC hoÆc thÊp h¬n. §iÓm s ¬ng lu«n b»ng hoÆc thÊp h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ; kh«ng bao giê cao h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ. VËy ®iÒu g× sÏ x¶y ra nÕu kh«ng khÝ bÞ l¹nh ®Õn ®iÓm s ¬ng v sau ®ã l¹nh tiÕp? Trong tr êng hîp ®ã, l îng h¬i n íc v ît tréi l îng cã thÓ tån t¹i v l îng h¬i n íc thõa bÞ lo¹i ra khái kh«ng khÝ. §iÒu n y x¶y ra b»ng qu¸ tr×nh ng ng tô ®Ó h×nh th nh chÊt láng hoÆc b»ng qu¸ tr×nh h×nh th nh c¸c tinh thÓ b¨ng. Trong c¶ hai tr êng hîp, ®iÓm s ¬ng dÒu gi¶m xuèng víi cïng tèc ®é nh nhiÖt ®é kh«ng khÝ v hai chØ tiªu ®ã b»ng nhau. §iÒu n y ® îc minh häa trªn http://www.ebook.edu.vn 172
h×nh 5.5b v 5.5c. Khi nhiÖt ®é bÞ xuèng thÊp ®Õn 10oC trªn h×nh 5.5b, kh«ng khÝ trë nªn b·o hßa víi 8 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ. Khi kh«ng khÝ l¹nh tiÕp tíi 6oC (h×nh 5.5c) ®é Èm riªng b·o hßa gi¶m tíi 6 g/kg. V× ®é Èm riªng theo ®Þnh nghÜa kh«ng thÓ lín h¬n ®é Èm riªng b·o hßa, 2 g h¬i n íc (8 g trõ 6 g) ph¶i bÞ lo¹i ra khái mçi kil«gam kh«ng khÝ b»ng ng ng tô. Lo¹i bá h¬i n íc gi÷ cho ®é Èm riªng b»ng ®é Èm riªng b·o hßa v còng h¹ thÊp ®iÓm s ¬ng. H·y l u ý r»ng nhiÖt ®é m t¹i ®ã cã thÓ x¶y ra b·o hßa thÊp h¬n 0oC, chóng ta sö dông thuËt ng÷ ®iÓm ®ãng b¨ng thay cho ®iÓm s ¬ng. v mang theo nã nh÷ng nhiÖt ®é ban ®ªm cao h¬n. Mét c¸ch t ¬ng tù, khi mét front 5-1 Dù b¸o: l¹nh tiÕn vÒ (®· ® îc m« t¶ ng¾n gän ë §iÓm s ¬ng v nhiÖt ®é ch ¬ng 1 v sÏ b n luËn chi tiÕt h¬n ë tèi thÊp ban ®ªm ch ¬ng 9) cã thÓ l m gi¶m m¹nh nhiÖt ®é xuèng thÊp h¬n ®iÓm s ¬ng hiÖn t¹i. Th¶m m©y d y ®Æc v giã m¹nh BiÕt nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng hiÖn t¹i l ng¨n c¶n kh«ng cho nhiÖt ®é gi¶m v cã mét c«ng cô h÷u Ých ®Ó dù b¸o nhiÖt ®é thÓ gi÷ cho nhiÖt ®é kh«ng khÝ tèi thÊp thÊp buæi s¸ng. NÕu kh«ng chê ®îi sù cao h¬n ®iÓm s ¬ng. Th¶m m©y cã ® îc chuyÓn ®æi tr êng giã mét c¸ch c¬ b¶n hiÖu øng n y bëi v× nã hÊp thô v t¸i hoÆc nh÷ng thay ®æi thêi tiÕt kh¸c, th× ph¸t x¹ n¨ng l îng sãng d i xuèng phÝa nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ th êng gÇn b»ng d íi. Giã m¹nh ng¨n kh«ng cho gi¶m ®iÓm s ¬ng. XÐt mét ®ªm gi¶ ®Þnh cã nhiÖt ®é nhiÒu t¹i bÒ mÆt bëi v× nã g©y nhiÖt ®é kh«ng khÝ 15oC v ®iÓm s ¬ng nªn x¸o trén th¼ng ®øng. Líp kh«ng khÝ 5oC. Kho¶ng c¸ch gi÷a nhiÖt ®é kh«ng l¹nh d íi thÊp lÏ ra ph¶i ph¸t triÓn th× khÝ v nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng l kh«ng lín, l¹i dÔ bÞ ph¸ vì, dÉn tíi nh÷ng nhiÖt ®é t¹i 10oC thÊp h¬n nhiÖt ®é kh«ng khÝ l bÒ mÆt cao h¬n v ph©n bè nhiÖt ®é ®ång b×nh th êng. NÕu nhiÖt ®é kh«ng khÝ nhÊt h¬n theo ®é cao. thùc sù h¹ xuèng tíi ®iÓm s ¬ng v cã giã C¸c nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng g¶m nhÑ, th× s ¬ng mï bøc x¹ dÔ cã kh¶ n¨ng tíi ®iÓm s ¬ng nÕu nh chªnh lÖch gi÷a h×nh th nh. Sau ®ã s ¬ng sÏ ng¨n c¶n nhiÖt ®é kh«ng khÝ v nhiÖt ®é ®iÓm l m l¹nh tiÕp, bëi v× c¸c giät n íc l s ¬ng rÊt lín. Ta cã thÓ ®· thÊy ®iÒu n y nh÷ng vËt hÊp thô rÊt hiÖu qu¶ bøc x¹ cã thÓ x¶y ra nh thÕ n o nÕu mét hoang sãng d i tõ bÒ mÆt. Kh«ng bÞ mÊt bøc x¹, m¹c cã nhiÖt ®é cao 45oC v ®iÓm s ¬ng nhiÖt ®é bÒ mÆt sÏ gi÷ nguyªn kh«ng ®æi 0oC. ThËm chÝ víi giã rÊt nhÑ v kh«ng cã v qu¸ tr×nh h¹ nhiÖt ®é qua ®ªm sÏ b»ng th¶m m©y, sù h¹ nhiÖt ®é 45oC khã cã thÓ nhiÖt ®é ®iÓm s ¬ng. x¶y ra trong thêi gian mét ®ªm hÌ ng¾n Mèi quan hÖ gi÷a ®iÓm s ¬ng v ngñi. MÆc dï nhiÖt ®é sÏ kh«ng lu«n lu«n nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng cßn duy tr× h¹ xuèng thÊp b»ng ®iÓm s ¬ng, nh ng trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nhÊt ®Þnh. VÝ dô, ch¾c ch¾n r»ng trõ khi cã mét front ®i h·y t ëng t îng mét khèi kh«ng khÝ Êm qua hoÆc h íng giã thay ®æi mét c¸ch ®ang di chuyÓn tíi khu vùc dù b¸o. Khèi ®¸ng kÓ, nhiÖt ®é tèi thÊp sÏ kh«ng h¹ kh«ng khÝ lín n y cã thÓ thay thÕ khèi xuèng nhiÒu qu¸ ®iÓm s ¬ng ban ®ªm. kh«ng khÝ hiÖn diÖn t¹i thêi gian dù b¸o Ph©n bè h¬i n íc H¬i n íc ®i lªn khÝ quyÓn nhê sù bèc h¬i ®Þa ph ¬ng còng nh nhê sù vËn chuyÓn ®é Èm theo ph ¬ng ngang (b×nh l u) tõ nh÷ng ®Þa ph ¬ng kh¸c. TÇm quan http://www.ebook.edu.vn 173
träng cña b×nh l u ®èi víi sù ph©n bè h¬i n íc ® îc thÊy râ trªn h×nh 5.6, h×nh n y cho thÊy sù ph©n bè kh«ng gian cña ®iÓm s ¬ng (b»ng oF v oC) trªn n íc Mü trong th¸ng 1 (a) v th¸ng 7 (b). Nh×n lªn phÇn phÝa ®«ng réng hai phÇn ba ®Êt n íc n y ta thÊy râ trong c¶ hai th¸ng l îng h¬i n íc nh×n chung gi¶m theo kho¶ng c¸ch tõ vÞnh Mexico. V× nhiÖt ®é n íc cao ë vÞnh, n íc dÔ bèc h¬i v o khÝ quyÓn trong c¶ n¨m v ®é Èm n y cã thÓ ® îc vËn chuyÓn lªn phÝa b¾c. Sù gi¶m dung l îng h¬i n íc thÓ hiÖn trªn h íng b¾c-nam v di chuyÓn vÒ phÝa t©y tõ kho¶ng s«ng Mississipi vÒ phÝa d·y nói Rocky trong thêi gian mïa hÌ. Trong c¸c th¸ng mïa ®«ng, l îng Èm më réng tíi vïng ®ång b»ng Great Plans th êng thÊp v chØ thÓ hiÖn biÕn thiªn ®«ng-t©y mét chót. HiÖu øng kho¶ng c¸ch kÓ tõ nguån Èm cßn thÓ hiÖn ë miÒn T©y, h¬i n íc nãi chung gi¶m tõ bê Th¸i B×nh D ¬ng tíi d·y nói Rocky. Sù gi¶m nhanh nhÊt x¶y ra ë gÇn bê bëi v× d·y nói ng¨n chÆn nh÷ng l îng lín h¬i n íc khái khu vùc bªn trong ®Êt liÒn. So s¸nh hai b¶n ®å, b¹n sÏ nhËn thÊy l îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ t¨ng lªn ®¸ng kÓ trong th¸ng 7 so víi trong th¸ng 1. §iÒu n y kh«ng cã g× ng¹c nhiªn bëi v× nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n l m cho dung l îng h¬i n íc cao khã tån t¹i. Do ®ã, vÝ dô, däc theo thung lòng s«ng Ohio ®iÓm s ¬ng trung b×nh t¨ng tõ kho¶ng -7oC v o th¸ng 1 tíi kho¶ng 17oC v o th¸ng 7. ®ã l lý do v× sao d©n c cña phÇn lín ®Êt n íc, ®Æc biÖt ë phÝa ®«ng d·y Rocky, bÞ kh« da khã chÞu trong mïa ®«ng - chØ ®æ må h«i nhiÒu trong mïa hÌ. Nh÷ng bøc tranh tæng qu¸t m« t¶ cho n íc Mü còng ®óng víi phÇn lín n íc Cana®a. Nh÷ng qu¸ tr×nh l m cho kh«ng khÝ ®¹t tíi b·o hßa Kh«ng khÝ cã thÓ trë nªn b·o hßa böi mét trong ba qu¸ tr×nh chung: bæ sung h¬i n íc v o khÝ quyÓn; x¸o trén kh«ng khÝ l¹nh víi kh«ng khÝ nãng, Èm; h¹ nhiÖt ®é tíi ®iÓm s ¬ng. Qu¸ tr×nh thø nhÊt cã thÓ ® îc thÊy trong phßng t¾m cña b¹n khi b¹n t¾m n íc nãng. N íc nãng tõ ®Çu vái sen bèc h¬i v o kh«ng khÝ trong phßng v l m cho kh«ng khÝ ®¹t tíi ®iÓm b·o hßa. Sù ng ng tô h×nh th nh tr íc hÕt trªn c¸c tÊm g ¬ng cña b¹n v c¸c bÒ mÆt kh¸c, sau ®ã ®Õn s ¬ng mï ph¸t triÓn. Trong m«i tr êng tù nhiªn, sù bèc h¬i n íc tõ nh÷ng giät m a r¬i cã thÓ l m t¨ng ®iÓm s ¬ng trong kh«ng khÝ ë bªn d íi m©y. NÕu h¬i n íc ®ñ nhiÒu ® îc bæ sung ®Ó l m b·o hßa kh«ng khÝ th× s ¬ng mï gi¸ng thñy sÏ h×nh th nh ë bªn d íi m©y. http://www.ebook.edu.vn 174
H×nh 5.6. Ph©n bè trung b×nh cña ®iÓm s ¬ng trªn n íc Mü trong th¸ng 1 (a) v th¸ng 7 (b) http://www.ebook.edu.vn 175
Sù ng ng tô tõ qu¸ tr×nh thø hai, x¸o trén kh«ng khÝ l¹nh víi kh«ng khÝ Èm nãng, ® îc minh häa trªn h×nh 5.7. Ta xÐt hai phÇn kh«ng khÝ ch a b·o hßa ® îc ®¸nh dÊu b»ng c¸c h×nh trßn. PhÇn A cã nhiÖt ®é 0oC v ®é Èm riªng 3 g h¬i n íc trong 1 kg kh«ng khÝ; phÇn B cã nhiÖt ®é 30oC v ®é Èm riªng 20 g/kg. NÕu nh÷ng l îng b»ng nhau cña hai phÇn x¸o trén víi nhau, th× phÇn míi cã nhiÖt ®é 15oC, ®óng b»ng trung b×nh gi÷a c¸c nhiÖt ®é cña hai phÇn gèc. Tuy nhiªn, ®èi víi ®é Èm riªng th× kh«ng nh vËy. H×nh 5.7. Sù b·o hßa bëi x¸o trén kh«ng khÝ nãng Èm víi kh«ng khÝ l¹nh. PhÇn A cã nhiÖt ®é thÊp v do ®ã chØ cã thÓ chøa Ýt h¬i n íc. PhÇn Êm (phÇn B) cã dung l îng Èm cao h¬n. PhÇn C - kÕt qu¶ x¸o trén A v B, cã nhiÖt ®é b»ng trung b×nh gi÷a nhiÖt ®é cña c¸c phÇn gèc. L îng h¬i n íc trong kh«ng khÝ lín h¬n so víi l îng cã thÓ tån t¹i ë nhiÖt ®é míi, nªn h¬i n íc d sÏ bÞ ng ng tô MÆc dï dung l îng H2O tæng céng ë trong phÇn x¸o trén ®óng b»ng c¸c l îng cña c¸c phÇn gèc, nh ng mét sè l îng Èm xuÊt hiÖn d íi d¹ng chÊt láng chø kh«ng ph¶i l h¬i n íc. Bëi v×: ®iÓm gi÷a cña c¸c gi¸ trÞ ®é Èm riªng xuÊt ph¸t l 11,5 g/kg, nh ng t¹i 15oC ®é Èm riªng b·o hßa chØ b»ng 10,8 g/kg. Nãi c¸ch kh¸c, kh«ng khÝ chøa mét l îng 0,7 g n íc lín h¬n l îng cã thÓ tån t¹i d íi d¹ng h¬i. Do ®ã l îng d ng ng tô ®Ó t¹o th nh c¸c giät s ¬ng. Qu¸ tr×nh nªu trªn l nguyªn nh©n h×nh th nh nh÷ng vÖt khãi ®»ng sau m¸y bay bay ë ®é cao lín. Khi ®éng c¬ ph¶n lùc ®èt ch¸y nhiªn liÖu, nã th¶i ra rÊt nhiÒu nhiÖt v h¬i n íc. Kh«ng khÝ khi m¸y bay bay qua cã ®é rèi rÊt m¹nh, nªn nhiÖt v http://www.ebook.edu.vn 176
h¬i n íc (nh ng ch a b·o hßa) th¶i ra tõ ®éng c¬ nhanh chãng x¸o trén víi kh«ng khÝ l¹nh xung quanh. T¹i nhiÖt ®é ®ãng b¨ng ë líp trªn quyÓn ®èi l u, h¬i n íc trùc tiÕp trë th nh nh÷ng tinh thÓ b¨ng hoÆc nh ng giät n íc láng dÇn dÇn ®ãng b¨ng ®Ó t¹o th nh vÖt khãi. c¸c gi¸ trÞ nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng vÏ trªn h×nh kh«ng ho n to n b»ng nhau). §iÓm 5-2 Dù b¸o: s ¬ng v nhiÖt ®é kh«ng khÝ sau ®ã gi¶m Tr¾c diÖn th¼ng ®øng cña víi cïng tèc ®é cho tíi tËn kho¶ng mùc ®é Èm 460 mb (kho¶ng 6500 m trªn bÒ mÆt), bªn trªn mùc n y nhiÖt ®é l¹i lín h¬n ®iÓm s ¬ng. V× kh«ng khÝ l b·o hßa trong líp Trong ch ¬ng 3, b¹n ®· thÊy c¸c gi÷a 4850 m v 6500 m bªn trªn bÒ mÆt, biÓu ®å nhiÖt ®éng lùc ®¬n gi¶n hãa cã chóng ta cã thÓ suy ra r»ng m©y sÏ chiÕm thÓ ® îc dïng nh thÕ n o ®Ó thÓ hiÖn lÜnh líp d y 1650 m ®ã. tr¾c diÖn th¼ng ®øng cña nhiÖt ®é. V× c¸c gi¸ trÞ ®iÓm s ¬ng còng ® îc biÓu diÔn BiÓu ®å nhiÖt ®éng lùc ® îc biÓu diÔn ë ®©y h¬i phøc t¹p h¬n so víi ë nh nhiÖt ®é, nªn chóng còng cã thÓ ® îc ch ¬ng 3, bëi v× nã cã thªm mét tËp hîp vÏ trªn c¸c ®å thÞ nhiÖt ®éng lùc. ThËt ® êng cong cung cÊp nhiÒu kiÓu th«ng tin vËy, b»ng c¸ch biÓu diÔn nhiÖt ®é v ®iÓm ®é Èm. C¸c ® êng g¹ch nèi h¬i nghiªng s ¬ng ®ång thêi, b¹n cã thÓ nhËn ® îc vÒ bªn tr¸i khi chóng ®i lªn phÝa trªn chØ th«ng tin ®¸ng kÓ vÒ ®iÒu kiÖn m©y. H·y ®é Èm riªng v ®é Èm riªng b·o hßa t¹i xem xÐt b¨ng th¸m s¸t nhiÖt ®é v ®iÓm mét mùc bÊt kú. Tr íc hÕt ta xem tr¾c s ¬ng trªn h×nh 1, thu ë s©n bay Staple- diÖn nhiÖt ®é kh«ng khÝ cã thÓ dïng ®Ó ton, gÇn Denver, Colorado, v o nöa ®ªm, x¸c ®Þnh ®é Èm riªng b·o hßa t¹i mét thêi gian Greenwich, ng y 12/4/2002. mùc ¸p suÊt n o ®ã nh thÕ n o. ThÊy r»ng t¹i mùc 700 mb nhiÖt ®é kh«ng khÝ VÝ dô trªn h×nh 1 biÓu diÔn nhiÖt ®é l 2oC. Mét trong sè c¸c ® êng nghiªng (® ¬ng cong bªn ph¶i) v ®iÓm s ¬ng (ghi nh·n b»ng sè 7 ë ®¸y biÓu ®å) gÇn (bªn tr¸i). NÕu b¹n ®èi chiÕu h×nh n y víi giao nhau víi tr¾c diÖn nhiÖt ®é t¹i mùc tr¾c diÖn biÓu diÔn ë ch ¬ng 3, thu t¹i 700 mb. §iÒu ®ã chØ ra r»ng trong kh«ng Slidell, Louisiana, b¹n sÏ nhËn thÊy r»ng khÝ t¹i mùc 700 mb cã ®é Èm riªng b·o th¸m s¸t b¾t ®Çu t¹i mét ¸p suÊt thÊp hßa b»ng ®óng 7 g h¬i n íc trong 1 kg h¬n nhiÒu - t¹i kho¶ng mùc 840 mb - so kh«ng khÝ. víi vÝ dô tr íc. Lý do cña ®iÒu n y rÊt Chóng ta cã thÓ tu©n theo mét thñ ®¬n gi¶n. Cao ®é cña Denver l 1625 m tôc t ¬ng tù ®Ó t×m ® îc ®é Èm riªng l m cho ¸p suÊt bÒ mÆt cña nã thÊp h¬n thùc tÕ t¹i mùc 700 mb. Muèn vËy, ta dâi nhiÒu so víi ¸p suÊt t¹i Slidell, ®Þa ®iÓm theo tr¾c diÖn ®iÓm s ¬ng tíi mùc 700 gÇn mùc n íc biÓn (nhí l¹i r»ng ¸p suÊt mb. §iÓm m tr¾c diÖn c¾t qua ® êng lu«n gi¶m theo ®é cao). 700 mb xuÊt hiÖn ngay gi÷a ® êng Trªn h×nh 1, nhiÖt ®é t¹i bÒ mÆt l nghiªng cã nh·n 2 v 4. Nãi c¸ch kh¸c, ®é 17oC v ®iÓm s ¬ng l -4oC. Chªnh lÖch Èm riªng thùc tÕ t¹i mùc 700 mb chÝnh l lín gi÷a hai gi¸ trÞ nãi lªn r»ng ®é Èm gi÷a 2 g/kg v 4 g/kg - 3 g/kg l mét xÊp t ¬ng ®èi thÊp (tÝnh ra b»ng 23 %). xØ rÊt tèt. Nh ng khi kho¶ng c¸ch tõ bÒ mÆt t¨ng Sau khi íc l îng ® îc ®é Èm riªng lªn, nhiÖt ®é gi¶m ®i nhanh h¬n so víi thùc tÕ v ®é Èm riªng b·o hßa t¹i mùc ®iÓm s ¬ng. T¹i kho¶ng mùc 560 mb (®é 700 mb, dÔ d ng sö dïng nh÷ng gi¸ trÞ ®Ó cao kho¶ng 4850 m trªn bÒ mÆt) hai ®¹i nhËn ® îc ®é Èm t ¬ng ®èi: l îng trë nªn b»ng nhau v kh«ng khÝ b·o hßa (mét chót sai sè ®o ®· l m cho http://www.ebook.edu.vn 177
RH = (®é Èm riªng/®é Èm riªng b·o hßa) VÒ sau trong ch ¬ng n y, chóng ta × 100 % = (3/7) × 100 % = 43 % sÏ thÊy c¸c biÓu ®å nhiÖt ®éng lùc cã thÓ Thñ tôc n y cã thÓ thùc hiÖn t¹i bÒ mÆt cho th«ng tin quan träng trong viÖc dù hoÆc mùc bÊt kú n o kh¸c cña khÝ quyÓn. b¸o x¸c suÊt ph¸t triÓn m©y. H×nh 1. Th¸m s¸t nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng. §å thÞ n y biÓu diÔn nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng trong to n ®èi l u quyÓn v phÇn lín b×nh l u quyÓn. C¸c ® êng nghiªng g¹ch nèi chØ gi¸ trÞ ®é Èm riªng. C¸c nh khÝ t îng dïng c¸c ® êng n y cïng víi ®å thÞ nhiÖt ®é v ®iÓm s ¬ng ®Ó x¸c ®Þnh ®é Èm riªng b·o hßa v ®é Èm riªng thùc tÕ. S ¬ng h¬i l mét hiÖn t îng t ¬ng tù, nh ng x¶y ra trong tù nhiªn. Nh chóng ta ®· biÕt ë ch ¬ng 3, c¸c thñy vùc thay ®æi nhiÖt ®é kh¸ chËm. C¸c hå n íc cã thÓ gi÷ t ¬ng ®èi Êm tíi tËn mïa thu hoÆc ®Çu mïa ®«ng, thËm chÝ khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®· thÊp. Do bèc h¬i v vËn chuyÓn nhiÖt hiÖn lªn phÝa trªn, mét líp kh«ng khÝ ®Öm máng tån t¹i ngay bªn trªn bÒ mÆt n íc, nã Êm v Èm h¬n so víi kh«ng khÝ bªn trªn. NÕu mét khèi kh«ng khÝ l¹nh bÊt ngê ®i qua trªn hå Êm, th× líp kh«ng khÝ ®Öm Êm, Èm x¸o trén víi líp kh«ng khÝ l¹nh n»m bªn trªn nã ®Ó t¹o th nh líp s ¬ng d y mét H×nh 5.8. S ¬ng mï trong giã hoÆc hai mÐt (h×nh 5.8). MÆc dï chóng ta cã thÓ dÉn ra mét sè vÝ dô vÒ m©y h×nh th nh nh thÕ n o do t¨ng dung l îng Èm hoÆc do x¸o trén kh«ng khÝ nãng, Èm víi kh«ng khÝ kh«, l¹nh, song kinh nghiÖm cho thÊy r»ng phÇn lín m©y h×nh th nh khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ http://www.ebook.edu.vn 178
bÞ h¹ thÊp tíi ®iÓm s ¬ng. Cã mét sè c¸ch ®Ó x¶y ra sù l¹nh ®i nh vËy, nh ng ®ßi hái ph¶i gi¶i thÝch nhiÒu h¬n nh chóng ta sÏ thÊy sau trong ch ¬ng n y. B©y giê chóng ta chØ ®¬n gi¶n nhËn xÐt r»ng c¬ chÕ thø ba, sù l¹nh ®i cña khÝ quyÓn, l qu¸ tr×nh quan träng nhÊt ®Ó h×nh th nh m©y. C¸c hiÖu øng cña ®é cong v dung dÞch Ch ¬ng n y ®· më ®Çu b»ng mét thÝ nghiÖm gi¶ ®Þnh, trong ®ã n íc ë trong b×nh duy tr× c©n b»ng gi÷a ng ng tô v bay h¬i. ThÝ nghiÖm ®· gi¶ thiÕt n íc tinh khiÕt víi mét bÒ mÆt ph¼ng ®Ó l m c¬ së t×m hiÓu vÒ sù b·o hßa. Nh ng khÝ t îng häc nghiªn cøu khÝ quyÓn - kh«ng ph¶i nh trong c¸c b×nh gi¶ ®Þnh. Trong khÝ quyÓn thùc, chóng ta tiÕp xóc víi tèc ®é bay h¬i v ng ng tô qua nh÷ng bÒ mÆt cã nh÷ng giät s ¬ng v m©y ë d¹ng l¬ löng. Nh÷ng giät ®ã kh«ng ph¶i l ph¼ng, m còng kh«ng ph¶i t¹o th nh tõ H2O tinh khiÕt. Do ®ã, chóng ta sÏ më réng viÖc b n luËn vÒ sù bèc h¬i, ng ng tô v sù c©n b»ng ®Ó tÝnh tíi nh÷ng hiÖu øng cña ®é cong v sù kh«ng tinh khiÕt cña c¸c giät m©y v s ¬ng. HiÖu øng cña ®é cong Nh÷ng giät n íc tån t¹i trong tù nhiªn kh«ng ph¶i l nh÷ng h×nh lËp ph ¬ng nhá li ti víi nh÷ng mÆt bªn ph¼ng. H·y so s¸nh hai giät biÓu diÔn trªn h×nh 5.9. Giät ë bªn tr¸i lín h¬n nhiÒu so víi giät ë bªn ph¶i v do ®ã cã ®é cong bÐ h¬n. Chóng ta thËm chÝ cã thÓ xÐt mét vÝ dô th¸i cùc h¬n - chÝnh Tr¸i §Êt. §a sè chóng ta b©y giê biÕt r»ng h nh tinh kh«ng ph¼ng m h×nh cÇu. Tuy nhiªn, do Tr¸i §Êt cã kÝch th íc lín, ®é cong cña nã kh«ng thÓ hiÖn râ v mét x¨ngtimÐt kho¶ng c¸ch trªn bÒ mÆt cña nã cã thÓ l mét ® êng th¼ng. Ngo i ra, mét c¸i th íc c¹nh th¼ng cã thÓ n»m th¼ng trªn bÒ mÆt cña nã. Nh ng nÕu ¸p mét c¸i th íc v o mét qu¶ bãng b n th× chØ mét phÇn nhá cña th íc tiÕp xóc víi bÒ mÆt qu¶ bãng; qu¶ bãng cã ®é cong lín h¬n so víi Tr¸i §Êt. H×nh 5.9. H¹t lín cã ®é cong nhá h¬n so víi h¹t bÐ h¬n DÜ nhiªn, c¸c giät m©y nhá h¬n rÊt nhiÒu so víi nh÷ng qu¶ bãng b n, nªn nã cã ®é cong lín h¬n n÷a. Nh ng ®é cong cã liªn quan g× tíi sù b·o hßa? C©u tr¶ lêi l : ®é cong cã mét hiÖu øng tíi sù bèc h¬i tõ bÒ mÆt cña giät m©y v do ®ã tíi ¸p suÊt http://www.ebook.edu.vn 179
h¬i cÇn thiÕt ®Ó b·o hßa. Nãi ®¬n gi¶n, nh÷ng hiÖu øng n¶y sinh tõ søc c¨ng bÒ mÆt dÉn tíi nh÷ng kh¸c nhau vÒ ®iÓm b·o hßa. §å thÞ ¸p suÊt h¬i b·o hßa phô thuéc nhiÖt ®é nh trªn h×nh 5.3 chØ ¸p dông cho c¸c bÒ mÆt ph¼ng cña H2O tinh khiÕt. §èi víi nh÷ng bÒ mÆt n íc cong, tèc ®é bay h¬i lín h¬n. Tèc ®é bay h¬i gia t¨ng ®ßi hái ng ng tô còng ph¶i t¨ng lªn ®Ó hai qu¸ tr×nh c©n b»ng. Do ®ã, mét giät n íc tinh khiÕt ®é cong lín t¹i nhiÖt ®é ®· cho n o ®ã cã mét ¸p suÊt h¬i b·o hßa cao h¬n so víi nh ®· chØ ra trªn h×nh 5.3. Nãi c¸ch kh¸c, c¸c giät n íc tinh khiÕt ®é cong lín ®ßi hái ®é Èm t ¬ng ®èi lín h¬n 100 % ®Ó gi÷ cho chóng kh«ng bay h¬i. H×nh 5.10 minh häa hiÖu øng cña kÝch th íc giät tíi ®é Èm t ¬ng ®èi cÇn thiÕt ®Ó duy tr× mét giät n íc tinh khiÕt tån t¹i. §èi víi nh÷ng giät rÊt nhá (víi b¸n kÝnh kho¶ng 0,1 μm ), ®é Èm t ¬ng ®èi d b»ng 300% cÇn ®Ó ®¹t sù c©n b»ng gi÷a bay h¬i v ng ng tô. Nãi c¸ch kh¸c, nh÷ng giät ®ã ®ßi hái mét møc siªu b·o hßa 200%. Møc siªu b·o hßa cÇn thiÕt ®Ó duy tr× mét giät gi¶m rÊt nhanh khi kÝch th íc giät t¨ng lªn. Nh÷ng giät víi b¸n kÝnh lín h¬n 1,0 μm ®ßi hái møc siªu b·o hßa chØ b»ng kho¶ng 10%. H×nh 5.10. C¸c h¹t n íc tinh khiÕt nhá ®ßi hái ®é Èm t ¬ng ®èi trªn 100% ®Ó duy tr× c©n b»ng NÕu nh khÝ quyÓn kh«ng cã c¸c h¹t son khÝ, th× sù ng ng tô diÔn ra chØ bëi sù kÕt nh©n ®ång nhÊt, trong ®ã c¸c giät h×nh th nh b»ng sù va ch¹m ngÉu nhiªn v g¾n kÕt cña c¸c ph©n tö h¬i n íc trong nh÷ng ®iÒu kiÖn siªu b·o hßa. Nh÷ng giät nh thÕ ch¾c ch¾n sÏ chØ cã mét sè l îng ph©n tö Ýt ái v ®é cong lín, v do ®ã chØ tån t¹i ë møc siªu b·o hßa cao. Qu¸ tr×nh n y nÕu cã x¶y ra th× còng rÊt hiÕm, bëi v× c¸c h¹t son khÝ hÊp dÉn n íc (hót n íc) trong khÝ quyÓn kÝch thÝch sù h×nh th nh c¸c giät t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi thÊp h¬n nhiÒu d íi møc cÇn thiÕt ®èi víi sù kÕt nh©n ®ång nhÊt. Sù h×nh th nh c¸c giät n íc trªn nh÷ng h¹t hót n íc ® îc gäi l sù kÕt nh©n ®a nguyªn, cßn nh÷ng h¹t m trªn ®ã h×nh th nh c¸c giät ® îc gäi l nh©n ng ng kÕt. Khi ng ng tô x¶y ra, c¸c nh©n ng ng kÕt hßa tan v o trong n íc ®Ó t¹o th nh dung dÞch. http://www.ebook.edu.vn 180
HiÖu øng cña dung dÞch Khi c¸c chÊt bÞ hßa tan trong n íc, mét sè nhÊt ®Þnh c¸c ph©n tö ë bÒ mÆt l nh÷ng ph©n tö cña chÊt tan (chÊt bÞ hßa tan trong n íc) chø kh«ng ph¶i l c¸c ph©n tö n íc. Víi sè l îng ph©n tö n íc Ýt h¬n tån t¹i ë bÒ mÆt, tèc ®é bay h¬i thÊp h¬n so víi n íc tinh khiÕt. KÕt qu¶ l c¸c dung dÞch ®ßi hái Ýt h¬i n íc h¬n ë bªn trªn bÒ mÆt ®Ó duy tr× c©n b»ng gi÷a bay h¬i v ng ng tô so víi tr êng hîp n íc tinh khiÕt. NÕu nh ng ng tô trong khÝ quyÓn x¶y ra bëi sù kÕt nh©n ®ång nhÊt, th× c¸c giät míi h×nh th nh sÏ cÊu t¹o tõ n íc tinh khiÕt. Nh ng chóng ta ®· thÊy r»ng trong thùc tÕ c¸c giät thùc sù h×nh th nh bëi sù kÕt nh©n ®a nguyªn v sù kÕt hîp c¸c nh©n v o trong dung dÞch n íc. §iÒu n y cã hiÖu øng ng îc l¹i ®é cong giät, l m h¹ thÊp l îng h¬i n íc cÇn thiÕt ®Ó gi÷ cho c¸c giät c©n b»ng. Trong phÇn lín c¸c t×nh huèng, hiÖu øng dung dÞch n y gÇn b»ng hiÖu øng cña ®é cong giät v sù ng ng tô th êng x¶y ra t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn b»ng hoÆc thÊp h¬n 100% mét chót. MÆc dï tØ phÇn c¸c son khÝ trong kh«ng khÝ cã t¸c dông hót n íc nhá, khÝ quyÓn chøa rÊt nhiÒu c¸c phÇn tö l¬ löng nªn bao giê còng phong phó c¸c nh©n ng ng tô. Mét sè chÊt cã tÝnh hót n íc cao h¬n mét sè kh¸c, c¸c son khÝ lín th êng hiÖu qu¶ h¬n c¸c son khÝ bÐ. Mét sè son khÝ thËm chÝ cã kh¶ n¨ng hÊp dÉn n íc t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi d íi 90% v t¹o th nh c¸c giät cùc nhá. Khãi (haze) chÝnh l nh÷ng giät nh vËy. Cho tíi rÊt gÇn ®©y ng êi ta cho r»ng phÇn lín nh©n ng ng kÕt trong khÝ quyÓn cã nguån gèc tù nhiªn, gåm chñ yÕu l bôi, muèi biÓn v son khÝ sinh ra tõ phun nói löa, ch¸y tù nhiªn v c¸c chÊt khÝ do ®éng vËt phï du th¶i ra. Nh÷ng nghiªn cøu tiÕn h nh trong nh÷ng n¨m chÝn m ¬i cho thÊy r»ng vai trß cña ho¹t ®éng con ng êi ®· bÞ ®¸nh gi¸ thiªn thÊp v c¸c nguån nh©n sinh cã thÓ l nh÷ng l îng chÝnh nh©n ng ng kÕt trªn nh÷ng khu vùc c«ng nghiÖp hãa ë B¾c b¸n cÇu. ¶nh h ëng cña ho¹t ®éng con ng êi tíi nång ®é son khÝ thËm chÝ më réng tíi c¸c vïng ®¹i d ¬ng ë B¸c b¸n cÇu. ë Nam b¸n cÇu, ¶nh h ëng cña con ng êi Ýt h¬n rÊt nhiÒu v chñ yÕu liªn quan víi nh÷ng khu vùc ho¹t ®éng c«ng nghiÖp lín v th êng xuyªn ®èt nhiªn liÖu. MÆc dï c¸c phÇn tö muèi cã tÝnh hót n íc rÊt cao, nh ng Ýt gÆp trªn lôc ®Þa so víi trªn ®¹i d ¬ng. Do ®ã, trªn lôc ®Þa c¸c phÇn tö muèi l nh÷ng nh©n rÊt lín trong sè c¸c ng ng kÕt m©y, nh ng chóng t ¬ng ®èi hiÕm hoi so víi nh÷ng vËt liÖu kh¸c. C¸c nh©n b¨ng §Õn nay chóng ta ®· xÐt sù h×nh th nh c¸c giät n íc láng khi kh«ng khÝ trë nªn b·o hßa. Nh ng sù b·o hßa cã thÓ x¶y ra t¹i nh÷ng nhiÖt ®é rÊt thÊp, t¹i ®ã kh«ng ph¶i l c¸c giät n íc láng, m l nh÷ng tinh thÓ b¨ng cã thÓ h×nh th nh. MÆt kh¸c, nhiÒu ng êi trong chóng ta ®· gÆp s ¬ng mï cÊu t¹o tõ c¸c giät láng mÆc dï nhiÖt ®é thÊp h¬n 0oc. VËy c¸i g× thùc sù x¶y ra khi sù ng ng tù diÔn ra t¹i nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n ®iÓm ®ãng b¨ng? §iÒu ®ã cã dÉn ®Õn ng ng tô cña c¸c giät láng http://www.ebook.edu.vn 181
hay sù kÕt l¾ng c¸c tinh thÓ b¨ng? C©u tr¶ lêi l cßn tïy. ThËt k× l¹, mÆc dï b¨ng lu«n tan t¹i 0oC, nh ng n íc trong khÝ quyÓn th êng kh«ng ®ãng b¨ng t¹i 0oC. NÕu nh b·o hßa xuÊt hiÖn t¹i nhyiÖt ®é gi÷a 0 v -4oC th× l îng h¬i n íc d lu«n ng ng tô ®Ó t¹o th nh n íc siªu l¹nh (n íc cã nhiÖt ®é thÊp h¬n ®iÓm ®ãng b¨ng nh ng vÉn tån t¹i ë tr¹ng th¸i láng). B¨ng kh«ng t¹o th nh trong ph¹m vi d¶i nhiÖt ®é n y. Gièng nh sù h×nh th nh c¸c giät láng t¹i nh÷ng ®é Èm t ¬ng ®èi gÇn 100% ®ßi hái sù cã mÆt cña c¸c nh©n ng ng kÕt, sù h×nh th nh c¸c tinh thÓ b¨ng t¹i nh÷ng nhiÖt ®é gÇn 0oC ®ßi hái c¸c nh©n b¨ng. Kh¸c víi c¸c nh©n ng ng kÕt, chóng lu«n lu«n cã nhiÒu, c¸c nh©n b¨ng hiÕm cã trong khÝ quyÓn, bëi v× gièng nh b¨ng, chóng ph¶i cã cÊu tróc s¸u mÆt (mÆc dï cã nh÷ng ngo¹i lÖ víi quy t¾c n y). Kh¶ n¨ng mét vËt chÊt t¸c ®éng nh mét nh©n b¨ng phô thuéc v o nhiÖt ®é v kh«ng cã vËt liÖu n o hiÖu qu¶ t¹i nh÷ng nhiÖt ®é trªn -4oC. MÆc dï b¨ng cã thÓ tån t¹i ë nh÷ng nhiÖt ®é gi÷a -4oC v 0oC, nh ng nã kh«ng h×nh th nh ngay trong khÝ quyÓn ë d¶i nhiÖt ®é ®ã. (Trong thùc tÕ cã mét Ýt b¨ng trong khÝ quyÓn t¹i nh÷ng nhiÖt ®é trªn -10oC). VËy gi÷a -4oC v 0oC, h¬i n íc bÞ mÊt chØ bëi sù ng ng tô n íc siªu l¹nh. Khi nhiÖt ®é gi¶m, x¸c suÊt h×nh th nh b¨ng t¨ng lªn v t¹i nh÷ng nhiÖt ®é gi÷a kho¶ng -10oC v -40oC sù b·o hßa cã thÓ dÉn tíi kÕt nh©n tinh thÓ b¨ng, c¸c giät siªu l¹nh hoÆc c¶ hai. M©y cã nhiÖt ®é trong d¶i n y th êng sÏ cã c¸c giät láng v tinh thÓ r¾n cïng tån t¹i, nh ng víi tØ phÇn b¨ng lín h¬n t¹i nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n. T¹i nh÷ng nhiÖt ®é d íi -30oC m©y sÏ chñ yÕu l nh÷ng tinh thÓ b¨ng. Víi nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n 40oC sù b·o hßa dÉn tíi h×nh th nh to n c¸c tinh thÓ b¨ng, cã hay kh«ng cã c¸c nh©n b¨ng. Nh chóng ta sÏ thÊy ë ch ¬ng 7, sù cïng tån t¹i cña c¸c tinh thÓ b¨ng v giät láng trong m©y rÊt quan träng ®èi víi sù ph¸t triÓn gi¸ng thñy ë bªn ngo i vïng nhiÖt ®íi. Trong sè nh÷ng vËt liÖu cã thÓ dïng l m nh©n b¨ng cã c¸c hîp phÇn cña ®Êt tù nhiªn gäi l ®Êt sÐt. C¸c vËt liÖu sÐt cã cÊu tróc ph¼ng, kÝch th íc vi m« v hÊp dÉn ®iÖn m¹nh. Nh÷ng ®Æc ®iÓm ®ã l m cho chóng rÊt khã bÞ bøt khái bÒ mÆt v gia nhËp v o khÝ quyÓn, ®ã l lý do v× sao chóng rÊt hiÕm. SÐt xuÊt hiÖn trong rÊt nhiÒu tæ hîp, hiÖu qu¶ nhÊt trong sè ®ã cã lÏ l kaolinite (silicate nh«m). Cã c¸c lo¹i sÐt kh¸c cã thÓ dïng l m nh©n b¨ng , nh ng chóng chØ ph¸t huy ë nh÷ng nhiÖt ®é thÊp h¬n. §¸ng tiÕc, c¸c nh vËt lý m©y rÊt khã cã ® îc nhiÒu th«ng tin vÒ nh÷ng nguån nh©n b¨ng bëi v× chóng th êng cã kÝch th íc bÐ v hiÕm vÒ sè l îng. Tuy nhiªn, c¸c quan tr¾c cho thÊy r»ng cã mét sè tinh thÓ b¨ng chøa l m th nh mét nh©n b¨ng ngo¹i lai. §iÒu n y dÉn tíi ý t ëng r»ng c¸c tinh thÓ b¨ng tù nã cã thÓ l nh÷ng nh©n b¨ng rÊt quan träng. Theo m« h×nh n y, nh÷ng tinh thÓ b¨ng ®ang tån t¹i bÞ vì th nh nh÷ng m¶nh nhá bÐ råi sau ®ã t¸c ®éng nh nh÷ng nh©n ®èi víi nh÷ng tinh thÓ míi. Nh÷ng vËt liÖu kh¸c m c¸c nh vËt lý m©y xem l c¸c nh©n b¨ng tiÒm n¨ng gåm c¸c m¶nh l¸ c©y ph©n hñy, vËt liÖu nói löa v thËm chÝ mét sè vi khuÈn. http://www.ebook.edu.vn 182