Các đặc trưng khí tượng chủ yếu

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. CHƯƠNG 7 CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG CHỦ YẾU. Các đặc trưng khí tượng xét trong chương này gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không khí, gió, bão, mưa, bốc hơi và tầm nhìn xa. Đây là các đặc trưng quan trọng, có ảnh hưởng đến chế độ thuỷ văn, công tác vận hành khai thác các công trình thuỷ, công trình bảo đảm an toàn hàng hải cũng như công tác điều động, dẫn tàu. Bản thân các đặc trưng này đều có sự tác động qua lại lẫn nhau. 7.1. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đệm. 7.1.1. Trạng thái nhiệt của khí quyển. Nguồn gốc của nhiệt: nguồn gốc chính của năng lượng nhiệt là nhiệt mặt trời đi tới khí quyển và bề mặt đất dưới dạng năng lượng tia. Nhiệt lượng này được các vật thể hấp thụ và tạo thành nhiệt dự trữ. Năng lượng tia mặt trời do mặt trời toả ra gọi là bức xạ mặt trời, truyền đi dưới dạng sóng điện từ với tốc độ 300.000km/s. Trong khí quyển và trên Trái Đất nó chuyển sang dạng nhiệt lượng. Khí quyển và Trái Đất nhận được nhiệt lượng tổng cộng từ mặt trời trong suốt một năm là 1,3x1024 cal. Nhiệt lượng này có thể làm tan một lớp băng dày 36m phủ kín toàn bộ địa cầu ở nhiệt độ 00C. Tổ hợp toàn bộ dải sóng mà trên đó bức xạ mặt trời phát ra gọi là phổ bức xạ mặt trời. Phổ mặt trời chia thành 3 dạng tia: bức xạ tử ngoại - sóng ngắn với bước sóng từ 0,1 - 0,4µm; bức xạ nhìn thấy (bức xạ ánh sáng) - bước sóng từ 0,4 - 0,76µm; bức xạ hồng ngoại - sóng dài với bước sóng 0,76- 4,0µm. Bức xạ mặt trời đến mặt đất có thể dưới dạng tia trực tiếp (đi thẳng) và tia khuếch tán. Bức xạ đến một cách trực tiếp từ mặt trời dưới dạng các chùm tia song song gặp bề mặt đất và các lớp khác nhau trong khí quyển gọi là bức xạ trực tiếp. Cường độ của bức xạ trực tiếp phụ thuộc vào độ cao của mặt trời trong thời gian ban ngày. Cường độ bức xạ trực tiếp đạt cực đại vào lúc giữa trưa địa phương. Bức xạ mặt trời bị tán xạ nhiều lần trong khí quyển gọi là bức xạ khuếch tán. Bức xạ khuếch tán đến bề mặt đất từ tất cả các hướng của phông trời. Cường độ bức xạ khuếch tán phụ thuộc vào độ cao mặt trời, độ trong suốt của khí quyển, sự hiện diện của mây, đặc điểm phản xạ của mặt đệm, độ cao của địa điểm so với mặt biển. Bức xạ tổng cộng là tổng hợp bức xạ trực tiếp và bức xạ khuếch tán đã đến được mặt đất trong điều kiện hiện tại. Bức xạ phản hồi: bức xạ tổng cộng đi vào một bề mặt nào đó, một phần được bề mặt đó hấp thụ, một phần khác phản hồi trở lại. Mức độ hấp thụ và phản hồi bức xạ phụ thuộc vào tính chất của mặt đệm. 7.1.2. Tác dụng nhiệt của mặt đệm đối với khí quyển dưới thấp. Mặt đệm là bề mặt đất, nước, lớp phủ thực vật.. Do đặc điểm khác nhau về màu sắc và độ ẩm của từng loại mặt đệm mà sự hấp thụ và phản hồi bức xạ mặt trời cũng khác nhau. Đối với bề mặt màu đen, xám thì mức độ hấp thụ bức xạ là lớn nhất. Bề mặt màu sáng và khô thì mức hấp thụ ít nhất và phản hồi nhiều nhất. 7-1 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. Sự nóng lên và lạnh đi của mặt đệm phụ thuộc vào sự cân bằng nhiệt của nó, tức là phụ thuộc vào mức chênh lệch giữa lượng nhiệt hấp thụ vào và lượng nhiệt toả ra. 7.1.3. Các thang đo nhiệt độ và cách đo. Có thể dùng các thang đo sau đây để đo nhiệt độ: -Thang độ Celcius (0C), còn gọi là thang độ bách phân. Đây là thang đo thực hành quốc tế. Trong đó 00C tương đương với nhiệt độ tan của băng, còn 1000C - nhiệt độ sôi của nước ở áp suất 760mmHg, độ cao trên mực nước biển. Mỗi khoảng cách bằng 1/100 giữa hai điểm nói trên tương đương với 10C của thang nhiệt kế. -Thang độ Farenheit (0F): một số nước thường sử dụng thang độ F, trong thang này, độ tan băng đạt ở 320F, điểm sôi của nước là 2120F; 00F được xác định là nhiệt độ nóng chảy của chất cùng tinh thể - hỗn hợp của nước đá với muối. Đoạn giữa hai điểm trên được chia thành 180 phần bằng nhau, mỗi1/180 đoạn chia là 10F. Vậy 10F gần bằng 1/2 0C, 00F tương đương -17,80C. -Thang độ Kelvin (0K), còn gọi là thang độ tuyệt đối. Trong các tính toán lý thuyết, cũng như trong nhiệt động học thường dùng thang độ K. Nhiệt độ được tính từ 00 tuyệt đối, là nhiệt độ mà ở đó chuyển động nhiệt của tất cả các phân tử đều ngừng lại. Độ 0 tuyệt đối ở -273,160C. Mật độ chia trên thang độ K bằng mật độ chia trên thang độ C. Để đo nhiệt độ có thể dùng nhiệt kế lỏng, nhiệt kế dẫn điện và nhiệt kế biến dạng. Nhiệt kế lỏng có chất lỏng nhạy với với biến đổi nhiệt (như thuỷ ngân, cồn), đựng trong bầu kín. Khi nhiệt độ thay đổi, chất lỏng thay đổi thể tích và dâng lên hay hạ xuống trong bầu chứa. Đọc số đọc tương ứng với bề mặt chất lỏng để xác định nhiệt độ. Loại này dùng phổ biển nhưng có hạn chế về khoảng đọc. Nhiệt kế biến dạng: dựa trên tính chất biến dạng của kim loại khi nhiệt độ thay đổi, thường được dùng trong các nhiệt kế tự ghi hay trên các bóng thám không. Nhiệt kế điện dựa trên nguyên lý thay đổi độ dẫn điện khi nhiệt độ thay đổi, thường được dùng ở những vùng xa xôi hẻo lánh, thời tiết khắc nghiệt. 7.1.4. Các đặc điểm chính của nhiệt độ không khí và mặt đệm. a. Nhiệt độ không khí Theo quy định, nhiệt độ không khí đo ở độ cao 2m trên mặt đất, nơi không có ánh sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào, ở đây không khí đối lưu dễ dàng nhưng không có gió. Trong một ngày, nhiệt độ không khí ở nước ta đạt cực đại lúc 14 – 15h và cực tiểu vào 5 – 6h sáng. Trong năm, nhiệt độ cực đại vào tháng 7 và cực tiểu vào tháng 1. Nhiệt độ không khí còn thay đổi theo độ cao, cứ lên cao 100m, nhiệt độ giảm đi khoảng 0,6°C nhưng cũng tuỳ thuộc vào từng mùa và từng vùng khác nhau. b. Nhiệt độ mặt đất. Trong ngày, nhiệt độ đạt cực đại vào lúc 13 – 14h, cực tiểu vào lúc 1 – 2h sáng. Biên độ biến thiên trong ngày khoảng 10°C, trong năm khoảng 30-40°C. Đất là vật dẫn nhiệt kém, sự trao đổi nhiệt độ giữa mặt đất và tầng dưới là rất ít. Dưới sâu (10-20)cm sự biến thiên rất ít. Sâu từ 15-20m sự biến thiên nhiệt độ không đổi. Khi ở độ sâu này, cứ sâu 14m thì nhiệt độ lại tăng lên 1°C do nhiệt năng của quả đất toả ra. 7-2 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. c. Nhiệt độ mặt nước. Sự trao đổi nhiệt độ của nước chậm hơn so với đất, nhiệt độ cực đại trong ngày vào lúc 15 – 16h, cực tiểu lúc 2 – 3h sáng. Biên độ biến thiên hàng ngày của nước cũng rất nhỏ. Trên mặt hồ, ao biên độ từ 2 – 5°C. Trên biển và đại dương biên độ thay đổi trong khoảng 0,1 – 0,5°C. 7.2. Áp suất không khí. Áp suất không khí (gọi tắt là khí áp) là một đặc trưng khí tượng tương đối quan trọng vì sự chênh lệch khí áp giữa các vùng khác nhau trong khí quyển là nguyên nhân chính hình thành các bộ phận khí quyển và các hiện tượng gió, áp thấp, áp cao, bão … 7.2.1. Áp suất không khí tĩnh. Áp suất không khí tĩnh ở địa điểm quan trắc là trọng lượng của cột không khí thẳng đứng (tính đến giới hạn trên của khí quyển) có tiết diện bằng 1 đơn vị diện tích. Đơn vị đo : mmHg, hoặc miliba (mb) (1 mb = 0,76mmHg) 7.2.2. Áp suất không khí tiêu chuẩn. Là áp suất không khí đo được trên mặt biển ở vĩ độ 45° lúc nhiệt độ 0°C, áp suất đó đo được bằng 760mmHg. Càng lên cao áp suất không khí càng giảm, ở độ cao 5km áp suất không khí chỉ còn bằng 1/2 so với mặt đất. Theo chiều ngang, áp suất không khí cũng thay đổi. Trên mặt đệm, nơi nào có nhiệt độ cao, thể tích không khí nở ra, mật độ không khí giảm xuống do đó áp suất cũng giảm theo. Ngược lại nơi nào có nhiệt độ giảm thì áp suất không khí tăng. 7.2.3. Đo khí áp. 7.3. Gió. 7.3.1. Khái niệm về gió. Gió là sự vận chuyển của không khí cùng với độ ẩm theo phương nằm ngang. Các sự dịch chuyển không khí không theo phương ngang chỉ gọi là các luồng khí. Nguyên nhân trực tiếp gây ra gió là sự phân bố áp suất không khí không đều theo hướng nằm ngang. Gió thổi từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp thấp. 7.3.2. Các đặc trưng của gió. Hai yếu tố đặc trưng của gió là tốc độ gió và hướng gió. 7.3.2.1.Tốc độ gió. Tốc độ gió tính theo đơn vị m/s và được chia làm 12 cấp theo Beaufort như bảng 7.1 Bảng 7.1. Bảng cấp gió của Beaufort. Tốc độ tương đương Tác dụng của gió Cấp gió Tên cấp gió knot m/s Trên mặt đất Khơi Lộng Độ cao sóng (m) 0 Lặng gió <1 0 - 0,2 Lặng gió khói lên thẳng Mặt biển phẳng lặng như gương Lặng - 1 Gần như lặng 1,0 - 3,0 0,3 - 1,5 Khói biểu thị được hướng gió, phong tiêu chưa chỉ đ- ược hướng gió Sóng lăn tăn, đã hình thành những nếp nhăn nh vảy cá, nhưng không có tí bọt nào Thuyền đánh cá thông thường thấy rung động 0,1 7-3 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. Tốc độ tương đương Tác dụng của gió Cấp gió Tên cấp gió knot m/s Trên mặt đất Khơi Lộng Độ cao sóng (m) 2 Gió rất nhẹ 4,0 - 6,0 1,6 - 3,3 Mặt người cảm thấy có gió, lá cây hơi rung Sóng nhẹ, sóng còn ngắn nhưng hình dạng đã rõ hơn, đầu sóng có dạng trong nhưng không đổ xuống Nếu thuyền đánh cá có giương buồm thì mỗi giờ có thể nhờ gió đưa đi được 2 - 3km 0,2 3 Gió khá nhẹ 7,0 - 10,0 3,4 - 5,4 Lá và cành nhỏ rung động luôn, gió mở những cơn nhẹ Sóng rất nhỏ, đầu sóng bắt đầu đổ xuống, bọt có dạng trong, đôi chỗ có sóng bạc đầu Thuyền đánh cá bị lay động, mỗi giờ có thể đi được 5 - 6 km 0,6 4 Gió nhẹ 11,0 - 16 5,5 - 7,9 Gió nắng bụi và các tờ giấy rời lên, cành nhỏ rung chuyển Sóng nhỏ, trở nên dài hơn, rõ ràng, có nhiều sóng bạc đầu Khi gió thổi căng buồm có thể làm thân thuyền đánh cá nghiêng về một phía 1,0 5 Gió vừa 17 - 21 8,0 - 10,7 Những cây nhỏ có lá bắt đầu lay động, mặt nước trong đất liền hình thành những sóng nhỏ có đầu Sóng vừa, dạng sóng dài hơn rõ rệt, xuất hiện nhiều sóng bạc đầu (có thể có bụi nước) Thuyền đánh cá phải cuốn bớt một phần buồm 2,0 6 Gió hơi mạnh 22 - 27 10.8 - 13.8 Cành lớn rung chuyển, đ-ường dây cáp "reo". Lỡi sóng bắt đầu hình thành, những đầu sóng có bọt trắng mở rộng ra mọi phía (thông thường có bụi nước) Thuyền đánh cá phải cuốn bớt buồm nhỏ lại gấp bội, đánh cá cần chú ý nguy hiểm 3,0 7 Gió khá mạnh 28 - 33 13,9 - 17,1 Cả cây rung chuyển, khó đi ngược gió Biển động, bọt trắng tữ những lưỡi sóng đổ xuống bắt đầu bị cuốn thành dải và hướng theo chiều gió Thuyền đậu lại ở bến hay tìm chỗ bỏneo ngoài biển 4,0 8 Gió mạnh 34 - 40 17,2 - 20,7 Gió làm gãy cành con, thường không đi ngược gió được Lưỡi sóng cao trung bình và dài hơn, những cuộn bụi nước trên đầu sóng đã bắt đầu tung ra, bọt bị thổi thành dải rõ rệt và hướng theo chiều gió Tất cả tàu thuyền đánh cá đều phải về bến 5,5 9 Gió rất mạnh 41 - 47 20,8 - 24,4 Gió làm thiệt hại nhà cửa, giật chụp ống khói và ngói Lưỡi sóng lớn, những dải bọt dày đặc hướng theo chiều gió, đầu lưỡi sóng bắt đầ rung, đổ xuống và uốn thành cuộn, bụi nước có thể làm giảm tầm nhìn Tàu thuỷ khó đi 7,0 10 Gió khá dữ dội 48 - 55 24,8 - 28,4 Ít có trong đất liền, cây bị bật rễ, nhà cửa hư hại nặng Lưỡi sóng lớn,có đỉnh dài như bờm ngựa, bọt hợp thành tứng đám rộng và bị gió thổi thành những dải trắng đặc, nhìn chung mặt nước hầu nh trắng, đầu sóng đổ và cuộn mạnh & dữ dội, tầm nhìn ngang giảm sút Rất nguy hiểm đối với tàu đang trên đường đi 9,0 11 Gió dữ dội 56 - 63 28,5 - 32,6 Rất ít có, gây thiệt hại nặng Lưỡi sóng đặc biệt cao, những tàu trọng tải nhỏ và trung bình đôi khi bị che khuất. Mặt biển hoàn toàn bị che phủ bởi những dải bọt dài trắng, hớng theo chiều gió, tất cả các phía của đỉnh sóng bị gió thổi sinh ra bọt trắng nh bọt xà phòng Rất nguy hiểm với tàu thuỷ 11,5 12 Gió rất dữ dội 64 - 71 32,7 - 36,9 Rất hiếm có trong đất liền, sức phá hoại cực lớn Không trung đầy những bọt và bụi nước, mặt biển hoàn toàn trắng do những đám bọt trải ra, tầm nhìn ngang giảm rất nhiều Sóng biển ngợp trời 14,0 7.3.2.2. Hướng gió. Hướng gió được xác định là hướng mà từ đó gió thổi tới người quan sát. Hướng gió được chia làm 16 hướng ký hiệu bằng các chữ cái đầu tên của phương hướng. Quy phạm quy định các máy đo gió được đặt ở độ cao 9-10m nhằm tránh các chướng ngại vật và ma sát mặt đất. 7-4 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. Máy đo gió còn được gọi là phong tiêu, hoạt động dựa trên nguyên lý dùng tác dụng của gió làm quay chong chóng. Vận tốc quay của chong chóng được quy đổi thành vận tốc gió, hướng của trục máy là hướng gió. Số liệu thu được có thể được ghi lại hoặc đọc trực tiếp trên màn hình hoặc các bộ hiển thị khác. Để thể hiện chế độ gió (gồm cả tốc độ gió và hướng gió) tại một vùng ta thường vẽ đa giác gió (hoa gió, biểu đồ hoa gió). Cách vẽ hoa gió như sau: - Từ số liệu quan trắc gió liên tục, thống kê thời gian không có gió trong suốt thời kỳ quan trắc (theo giờ hoặc ngày tuỳ hình thức quan trắc). - Trên mỗi hướng gió chính, thống kê thời gian có gió theo từng cấp gió, tính tỷ lệ % (tần suất trong thời kỳ quan trắc). - Vẽ biểu đồ: + Hệ trục toạ độ là 16 hướng gió chính. Tại tâm hệ trục vẽ một vòng tròn có bán kính biểu thị thời gian (hoặc tần suất) không có gió. + Trên mỗi hướng, lấy các đoạn có chiều dài biểu thị thời gian (hoặc tần suất) có gió theo từng cấp gió. + Nối các điểm cùng cấp trên các hướng được biểu đồ hoa gió. §B § §N N TN T TB B Hình 7.1. Biểu đồ hoa gió. 7.3.3. Phân loại gió. Gió được phân làm 3 loại chính : a. Gió cố định : do luồng không khí tuần hoàn trong bầu khí quyển sinh ra như gió xích đạo, gió mậu dịch thịnh hành ở 2 miền ôn đới và 2 cực, loại gió này suốt năm luôn giữ một phương cố định. b. Gió có chu kỳ : xuất hiện vào một thời gian nhất định trong năm hoặc trong ngày như gió giữa biển và lục địa – hoàn lưu Brizơ (ban ngày gió thổi từ biển vào lục địa, ban đêm gió thổi từ lục địa ra biển), gió giữa núi và thung lũng. c. Gió không có chu kỳ : là gió sinh ra do sự đột biến về áp suất không khí như gió xoáy và gió xoáy ngược. 7-5 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. 1km 1km BiÓn Lôc ®Þa Lôc ®Þa BiÓn a) b) Hình 7.2. Hoàn lưu Brizơ giữa biển và lục địa. a) Ban ngày b) Ban đêm 7.3.4. Áp lực gió Thông qua tốc độ gió và tốc độ gió cho phép ta tìm được áp lực gió tác dụng lên công trình hoặc tàu bè đậu trên bến và các phương tiện bốc xếp hàng hoá. Áp lực gió được tính theo công thức thực nghiệm sau: 2v.A.cP = (7.1) Trong đó : A – diện tích thẳng góc với hướng gió (m2); V – tốc độ gió (m/s); C – hệ số kinh nghiệm, được xác định cụ thể với từng dạng kết cấu chắn gió khác nhau. 7.3.5. Gió biểu kiến. Khi đánh giá tác động của gió tới vận hành của tàu biển (phục vụ cho công tác thiết kế luồng lạch hoặc điều động tàu) thì phải xác định thông số gió có xét tới ảnh hưởng do tàu chuyển động. Khi đó coi như trạm quan trắc đặt trên tàu đang chuyển động. Gió đo được trên tàu đang chạy gọi là gió biểu kiến. Theo Quy trình thiết kế kênh biển thì gió biểu kiến là tổng giữa véctơ gió thực và véctơ vận tốc tàu lấy theo hướng ngược lại. 7.4. Bão. Bão là một cơn gió xoáy rất mạnh, trung tâm khí áp thấp, vành ngoài khí áp cao, chênh lệch khí áp ở trung tâm đặc biệt lớn làm cho không khí từ miền khí áp cao liên tục thổi vào trung tâm rất mạnh thành hình xoáy ốc đi lên. Bão đi qua nơi nào đó thì gây cho nơi đó chế độ khí áp biến đổi đột ngột. Khi bão đến gần thì khí áp giảm đi rất nhanh. Bão đi qua khí áp lại tăng lên một cách đột ngột, vì khí áp thay đổi đột ngột nên tốc độ gió cũng thay đổi đột ngột theo. Bão thường phát sinh ở các vùng biển nhiệt đới, hơi nước rất nhiều vì vậy bão thường mang theo mây và mưa. Miền Bắc nước ta bão thường xảy ra vào tháng 5 –10, nhiều nhất vào tháng 8,9,10. Miền Trung bão từ tháng 9 –12. 7.5. Độ ẩm không khí. Do bức xạ mặt trời, nước từ mặt nước bốc hơi vào khí quyển. Độ ẩm của không khí chỉ mật độ hơi nước có trong khí quyển, có nhiều cách biểu thị độ ẩm không khí, một số cách thường dùng là : 7.5.1. Độ ẩm tuyệt đối. 7-6 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. Là lượng hơi nước chứa trong một đơn vị thể tích không khí. Đơn vị : g/cm3; g/m3. Đo lượng hơi nước này rất khó, trong thực tế để biểu thị độ ẩm tuyệt đối dùng áp suất hơi nước. 7.5.2. Áp suất hơi nước Là áp lưc do hơi nước tác dụng lên một đơn vị diện tích. Đơn vị đo : mmHg, mb. Khả năng chứa hơi nước của không khí ở nhiệt độ nào đó có giới hạn nhất định. Không khí ở trạng thái giới hạn đó gọi là không khí bão hoà hơi nước. Nếu tiếp tuc thêm hơi nước vào không khí bão hoà hơi nước thì nước sẽ ngưng tụ lại. Áp suất hơi nước đạt cực đại gọi là áp suất hơi nước bão hoà (E) và là hằng số tại nhiệt độ đang xét. 7.5.3. Độ ẩm tương đối (R %) Là tỷ số % giữa áp suất hơi nước thực tế e và áp suất hơi nước bão hoà E ở cùng một nhiệt độ đang xét. %100. E eR = (7.2) 7.5.4. Độ sai kém (độ hụt) bão hoà. Là độ chênh giữa áp suất hơi nước bão hoà E và áp suất hơi nước thực tế e. eEd −= (7.3) 7.6. Mưa. Mưa là một đặc trưng khí tượng quan trọng, có ảnh hưởng đến điều kiện khí hậu, chế độ thuỷ văn và các yếu tố khí tượng khác. 7.6.1. Nguyên nhân gây ra mưa. Vì một nguyên nhân nào đó không khí lạnh đi xuống dưới điểm sương, hơi nước trong không khí đạt trạng thái quá bão hoà, nhờ các hạt nhân ngưng kết (là các hạt rắn nhỏ, háo nước như tinh thể nước đá, khói bụi công nghiệp, tro bụi cháy rừng…), phần hơi nước thừa trong không khí sẽ ngưng tụ lại thành giọt và rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Nguyên nhân chủ yếu để nhiệt độ không khí hạ thấp xuống dưới điểm sương là việc giảm động lực của các khối khí. Có thể phân chia thành các nguyên nhân gây lạnh như sau: -Lạnh vì hỗn hợp: một khí đoàn nóng ẩm và một khí đoàn lạnh khô gặp nhau sẽ hỗn hợp lại thành khí đoàn mới có nhiệt độ thấp hơn và bị lạnh đi. -Lạnh vì tiếp xúc hoặc bức xạ: một khí đoàn nóng ẩm đi qua hoặc tiếp xúc với một mặt đệm lạnh hơn sẽ bị lạnh đi do truyền nhiệt sang mặt đệm. -Lạnh vì động lực: một khí đoàn chuyển động lên cao sẽ bị giãn nở. Quá trình giãn nở sinh công, năng lượng sinh công lấy từ năng lượng nội tại của khí đoàn, nên khí đoàn sẽ bị mất năng lượng và bị lạnh đi. 7.6.2. Phân loại mưa. Tuỳ theo nguyên nhân gây lạnh mà chia các loại mưa sau : 7-7 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. a. Mưa đối lưu. Về mùa hè, mặt đệm bị đốt nóng và lớp không khí ẩm sát mặt đất bị đốt nóng, bốc lên cao. Đồng thời không khí chuyển động từ trên cao xuống chiếm chỗ tạo thành luồng đối lưu. Khối không khí ẩm, nóng bốc lên cao lạnh đi vì động lực giảm tạo nên mưa, gọi là mưa đối lưu. Mưa loại này có cường độ lớn, diện mưa không rộng, thời gian không dài lắm và kèm theo sấm sét. b. Mưa địa hình. Khối không khí ẩm trên đường đi gặp núi cao, trườn lên và giảm nhiệt động lực tạo thành mưa gọi là mưa địa hình. Mưa loại này thường có lượng nước lớn, thời gian mưa kéo dài (suốt cả mùa gió). Mưa địa hình xảy ra ở sườn núi đón gió, sườn bên kia rất ít mưa. Khí đoàn nóng ẩm sau khi qua núi sẽ mất hơi nước và trở nên rất khô và nóng. Miền Trung nước ta có dãy Trường Sơn là đặc trưng cho loại mưa này. km 2 4 8 6 MÆt ®Öm Nói cao K.khÝ nãng Èm Hình 7.3. Mưa động lực và mưa địa hình. c. Mưa Frông. Khi 2 khí đoàn nóng và lạnh gặp nhau, khí đoàn nóng luôn có xu thế bị đẩy lên cao, tại mặt front sẽ có các quá trình lạnh vì tiếp xúc, lạnh vì động lực và lạnh vì hỗn hợp, gây ra mưa lớn kéo dài. Nếu khí đoàn nóng đi tới gặp khí đoàn lạnh sẽ bị trượt lên trên khí đoàn lạnh và bốc lên cao, lúc đó có mưa front nóng. Nếu khí đoàn lạnh đi tới gặp khí đoàn nóng sẽ đẩy khí đoàn nóng lên cao, gây ra mưa front lạnh. 2 4 6 8 K.khÝ nãng MÆt fr«ng MÆt ®Öm K.khÝ l¹nh MÆt ®Öm 2 4 8 6 MÆt fr«ng K.khÝ l¹nh K.khÝ nãngkmkm Hình 7.4. Mưa frông nóng và frông lạnh. d. Mưa bão : 7-8 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. Khi bão di chuyển, sự chênh khí áp sẽ hút không khí nóng ở dưới thấp lên cao, gây sự lạnh đi vì động lực và gây ra mưa. Mưa bão có cường độ rất lớn, phạm vi rộng, kéo dài tới vài ngày. km 2 4 8 6 300km300km M¾t b∙o Hình 7.5. Mưa bão. 7.6.3. Một số đặc trưng của mưa : Các đặc trưng của mưa là lượng mưa và cường độ mưa. 7.6.3.1. Lượng mưa. Lượng mưa là chiều dày của lớp nước mưa rơi trực tiếp xuống mặt đất, tính bằng mm. Để xác định lượng mưa tại một khu vực người ta bố trí các trạm đo mưa, dùng máy đo tự ghi hay thùng đo mưa. Thiết bị đo hoạt động dựa trên việc dâng lên của phao trong thùng chứa nước mưa. Dưới đây là một số phương pháp dùng để tính lượng mưa trung bình trên một khu vực: a. Phương pháp trung bình số học: ∑ = = n 1i ix.n 1x (7.4) Trong đó : x : lượng mưa trung bình trên toàn lưu vực; xi : lượng mưa của từng trạm; n : số trạm đo mưa. Tại những lưu vực mưa thay đổi không nhiều thì tính theo phương pháp này cho kết quả chính xác, còn ở những nơi địa hình phức tạp, mưa thay đổi nhiều thì dùng phương pháp này cho kết quả không chính xác. b. Phương pháp đa giác Thiessen: Nối các trạm đo mưa trên lưu vực thành các tam giác, vẽ đường trung trực của các tam giác đó. Các đường trung trực này cùng với đường phân nước của lưu vực tạo thành các đa giác. 7-9 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. X1 X2 X3 X6 X5 X4 Hình 7.6. Phương pháp đa giác Thiesen. Lượng mưa của trạm đo mưa nằm trong mỗi đa giác đại diện cho lượng mưa phần lưu vực do đa giác đó khống chế. Lượng mưa trung bình tính bằng: ∑ = = n 1i ii x.f.F 1x (7.5) Trong đó : fi – diện tích lưu vực do trạm đo mưa thứ i khống chế (km2); F – diện tích lưu vực (km2); n – số trạm đo mưa được bố trí trên lưu vực. 7.6.3.2. Cường độ mưa. Cường độ mưa là lượng mưa rơi trong một đơn vị thời gian. t xa = (7.6) Trong đó : x – lượng mưa (mm); t – thời gian mưa rơi tính bằng phút, giờ; a – cường độ mưa (mm/min); (mm/h). 7.7. Bốc hơi Bốc hơi là một nhân tố quan trọng trong quá trình hình thành dòng chảy. Bốc hơi chia làm 3 loại : bốc hơi mặt nước, bốc hơi mặt đất và bốc hơi qua lá cây. 7.7.1. Bốc hơi mặt nước : Loại này phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ, tốc độ gió và độ thiếu hụt bão hoà. Ngoài ra, bốc hơi còn phụ thuộc vào tính chất nước, diện tích mặt thoáng. Để đo lượng bốc hơi dùng chậu đo bốc hơi hoặc dùng công thức kinh nghiệm : ( ) 32d.W2,01.6,18Z += (7.7) d - độ thiếu hụt bão hoà trung bình tháng (mmHg); 7-10 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. W – tốc độ gió trung bình tháng (m/s); z – lượng bốc hơi trung bình tháng (mm). 7.7.2. Bốc hơi mặt đất. Bốc hơi mặt đất phức tạp hơn nhiều so với bốc hơi mặt nước. Nó phụ thuộc nhiệt độ, gió, tính chất vật lý của đất và địa hình. 7.7.3. Bốc hơi qua lá cây Dùng công thức kinh nghiệm của David d.5,0Zng = (7.8) d - độ thiếu hụt bão hoà (mmHg) z - độ bốc hơi 1 ngày (mm) 7.8. Tầm nhìn xa khí tượng. 7.8.1. Khái niệm về tầm nhìn xa khí tượng. Khả năng nhìn xa hay tầm nhìn xa là mức độ phân biệt được những mục tiêu ở xa. Cần phân biệt khả năng nhìn xa ban ngày và khả năng nhìn xa ban đêm, vì hai khả năng này gây ra bởi những nguyên nhân khác nhau. Những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phân biệt mục tiêu ban ngày là: độ trong suốt khí quyển, độ lớn của mục tiêu, độ tương phản ánh sáng (màu sắc) giữa mục tiêu với nền (phông cảnh) và cuối cùng là độ nhạy của mắt người quan sát. Ban đêm để nhận biết mục tiêu chủ yếu phụ thuộc vào cường độ ánh sáng nhân tạo, và đương nhiên cũng phụ thuộc vào độ trong suốt khí quyển cũng như điều kiện thời tiết lúc quan trắc. Độ trong suốt của khí quyển là khả năng của không khí cho bức xạ mặt trời xuyên qua, khả năng đó phụ thuộc rất nhiều vào lượng hơi nước và các tạp chất có trong khí quyển, tốc độ thẳng đứng và ngang của gió. 7.8.2. Độ lớn mục tiêu. Ban ngày mắt thường có thể phân biệt được một mục tiêu có kích thước góc không nhỏ quá 1’ (α ≥ 1’). Góc nhìn α =1’ được gọi là khả năng phân giải của mắt. Để phân biệt với nền xung quanh, yêu cầu kích thước góc của mục tiêu không dưới 20’. Kích thước góc không đổi có nghĩa là mục tiêu càng lớn thì thấy được ở khoảng cách càng xa. Vậy tỷ lệ giữa độ lớn thực của mục tiêu (h) trên khoảng cách (l) sẽ là kích thước góc của nó. 7.8.3. Độ tương phản ánh sáng giữa mục tiêu với nền. Là yếu tố quan trọng nhất quyết định khả năng phân biệt mục tiêu ở điều kiện độ trong suốt khí quyển hiện tại vào ban ngày. Vì vậy khái niệm về khả năng nhìn xa chính là khái niệm về sự tương phản ánh sáng. Nếu gọi độ rọi sáng nhìn thấy của mục tiêu là B1, còn độ rọi nhìn thấy của nền là B2, thì độ tương phản ánh sáng K xác định bằng công thức: 7-11 Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu. 2 12 B BBK −= (7.9) Mắt thường có thể phân biệt được mục tiêu mà độ rọi sáng của nó chênh với dộ rọi sáng của nền nhỏ nhất 2%. Đại lượng Kmin = 2/100 gọi là giới hạn nhạy tương phản của mắt. Chênh lệch giữa B1 và B2 càng lớn thì độ tương phản càng lớn và khả năng phân biệt mục tiêu càng cao, tức tầm nhìn xa càng lớn. 7.8.4. Tầm nhìn xa khí tượng. Để đặc trưng cho khả năng nhìn xa người ta dùng các dạng tầm nhìn xa sau: a. Tầm nhìn xa khí tượng: là khoảng cách lớn nhất mà trong điều kiện độ trong suốt hiện tại của khí quyển vào ban ngày, mắt thường còn phân biệt được một mục tiêu màu đen, có kích thước góc không nhỏ hơn 20’ trên phông trời gần chân trời. Định nghĩa trên cho thấy tầm nhìn xa lớn hay nhỏ cuối cùng phụ thuộc chủ yếu vào độ trong suốt của khí quyển, khí ba yếu tố khác đã được tiêu chuẩn hoá: độ lớn mục tiêu α ≥ 20’, độ tương phản giữa mục tiêu màu đen với nền trời (trắng nhạt), độ tương phản lớn nhất và mắt người quan sát tốt. b.Tầm nhìn xa toán học (địa lý): là khoảng cách từ mắt người quan sát đến đường chân trời thực, phụ thuộc vào độ cao của mắt trên mực biển. Trên đại dương, trong điều kiện thời tiết lý tưởng, tầm nhìn xa có thể đạt tới giá trị cực đại, đó là khoảng cách đến đường chân trời (toán học). Công thức thực nghiệm để xác định khoảng cách đến đường chân trời toán học: Rh2d = (7.10) Trong đó: h- độ cao mắt trên mực nước biển (m) R - bán kính trung bình Trái Đất, 6.370.000m. c. Tầm nhìn xa quang học: là khoảng cách đến mục tiêu nhìn thấy, phụ thuộc rất mạnh vào tính chất quang học của khí quyển (độ trong suốt, cường độ ánh sáng tán xạ, màu sắc phông trời...) và đặc điểm chủ quan của mắt người quan sát. Trong thực tế tầm nhìn xa thay đổi rất mạnh từ mấy mét đến hàng chục mét trong sương mù, và đến hàng chục km trong điều kiện thời tiết tốt. Do tầm nhìn xa quang học không thể chuẩn hoá được chính xác, nên trong công tác phục vụ thời tiết khái niệm của nó được đơn giản hoá và gộp vào tầm nhìn xa khí tượng, và là một trong những đặc trưng của độ trong suốt khí quyển. 7-12