Bài giảng Khí hậu học: Chương 5 – ĐH KHTN Hà Nội

KHÍ HẬU HỌC
Chương 5. Chu trình nước


5.1 Nước là yếu tố cần thiết cho khí hậu và đời sống
 Nước di chuyển liên tục giữa đại dương, khí quyển, băng quyển và










đất liền.
Tổng lượng nước trên trái đất được duy trì gần như khơng đổi trên
qui mơ thời gian cỡ hàng ngàn năm, nhưng nó thay đổi trạng thái
giữa các dạng lỏng, rắn và khí.
Sự di chuyển của nước giữa các đại dương, khí quyển và đất liền
được gọi là chu trình nước.
Lượng nước di chuyển thơng qua chu trình nước hàng năm tương
đương với lớp nước lỏng dày khoảng 1m phủ đều trên bề mặt Trái
đất.
Nước được đưa vào khí quyển thơng qua bốc hơi và quay trở lại
bề mặt nhờ giáng thuỷ.
Để bốc hơi một lớp nước dày 1m trong một năm đòi hỏi phải có
một lượng năng lượng trung bình khoảng 80 Wm2.
Mặt trời cung cấp năng lượng cần thiết để bốc hơi nước từ bề mặt

 Sự di chuyển hơi nước theo phương ngang và

phương thẳng đứng trong khí quyển là yếu tố quyết
định cân bằng nước trên lục địa
 Khoảng 1/3 lượng giáng thuỷ rơi trên lục địa là
nước bốc hơi từ các vùng đại dương.
 Lượng giáng thuỷ vượt quá lượng bốc hơi trong các
vùng lục địa được trả về đại dương qua các con
sơng.
 Nếu tất cả hơi nước trong khí quyển ngưng kết

lại thành dạng lỏng và trải đều trên bề mặt trái
đất thì nó chỉ tương đương với lớp nước dày
khoảng 2.5 cm.


 (Lượng nước bốc hơi và ngưng kết)/Năm ~ lớp nước dày







100cm,
Lượng nước tồn tại trong KQ ~ 2.5cm
 Nước trong khí quyển bị lấy đi (remove) do giáng thuỷ ~
40 lần/Năm (=100/2.5), hay 9 ngày một lần.
Vì lượng bốc hơi thuần là phần nhỏ cịn lại của q trình trao

đổi hai chiều xảy ra rất nhanh của các phân tử nước qua bề
mặt tiếp xúc khí quyểnnước, nên thời gian trú ngụ của các
phân tử nước trong khí quyển chỉ khoảng 3 ngày.
Vì lượng nước nằm sát bề mặt trái đất chỉ khoảng gần 3 km
độ sâu (chủ yếu trong các đại dương), và chỉ có lớp nước
dày 2.5 cm có mặt trong khí quyển, nên trung bình mỗi
phân tử nước phải chờ một thời gian rất dài trong đại
dương, trong các tảng băng hoặc trong các tầng ngậm nước,
giữa các lần du ngoạn ngắn ngủi vào trong khí quyển.


Chu trình nước tồn cầu

(cm/năm phủ đều trên diện tích đất hoặc đại dương)

•
•
•

•

Nước từ đại dương vận chuyển vào đất liền trong khí quyển
Nước từ đất liền trở về đại dương qua các con sông
Phần lớn lượng giáng thủy trên đất liền tham gia vào chu
trình nước (48/75=64%)
Yếu tố nào quyết định chu trình nước tồn cầu ?


Phân bố nước trong hệ thống khí hậu và chu trình nước

Chu trình nước thứ cấp


Chu trình nước liên quan đến:
 Nguồn bức xạ mặt trời thuần tại bề mặt
 Nguồn bức xạ sóng dài thuần tại bề mặt
 Thông lượng hiển nhiệt
 Thông lượng ẩn nhiệt
 Thông lượng nhiệt đi lên từ đất
 Độ ẩm tương đối bề mặt


Phân bố bức xạ sóng dài thuần tại bề mặt

 Phụ thuộc vào:
 Nhiệt độ bề mặt (Ts4)
 Độ phát xạ của khí
quyển (chủ yếu do hơi
nước)
 Nhiệt độ khí quyển


Phân bố thông lượng hiển nhiệt bề mặt

 Phụ thuộc vào:
 Mức độ nước sẵn có
 Hiệu nhiệt độ bề mặt
và nhiệt độ khơng khí
(Tsfc – Tair)

 Bức xạ thuần


Phân bố Thơng lượng ẩn nhiệt

 Nói chung lớn hơn SH ở trên

biển
 Phụ thuộc lượng nước sẵn
có
 Phụ thuộc Tsfc – Tair
 Phụ thuộc bức xạ thuần


Phân bố Thông lượng nhiệt đi lên từ đất

 Nhỏ hơn nhiều so với

SH hoặc LE
 Tsoil trễ pha so với Tair


Phân bố độ ẩm tương đối bề mặt (%)

 Khác biệt lớn giữa

biển và lục địa
 Vai trò của ẩm đất ?

Phân bố nước trên trái đất
Loại

Thể tích (106km3)
Đại dương
1348.0
Các chỏm băng cực, núi băng, sông băng
227.8
Nước ngầm, ẩm trong đất
8.062
Sông và hồ
0.225
Khí quyển
0.013
Tổng lượng nước
1384
Nước ngọt
36.0
Các bể nước ngọt tính theo % tổng lượng nước ngọt
Các chỏm băng cực, núi băng, sông băng
Nước ngầm cho đến độ sâu 800m
Nước ngầm ở độ sâu 800400m
Ẩm trong đất
Hồ (nước ngọt)
Sơng
Nước khống
Thực vật, động vật, con người
Khí quyển
Tổng

%
97.39
2.01
0.58*
0.02
0.001
100.0
2.60
77.2
9.8*
12.3*
0.17*
0.35
0.003
0.001
0.003
0.040
100.000


Phân bố nước trong hệ thống khí hậu


Nước ngầm


Nước trong khí quyển
Trung bình năm lượng nước có thể cho giáng thủy (mm)
 Trung bình ~ 25








mm
Cường độ giáng
thủy trung bình
khoảng 2.6
mm/ngày
Thời gian trú
ngụ ~ 9 ngày
Rất ổn định
E ~ P ~ 2.6
mm/ngày


January

Giáng thủy
(mm/tháng)

July

• Rất ẩm ở những vùng
nhiệt đới
• Dịch chuyển theo mùa
(Bắc/Nam bán cầu)

• Các khu vực gió mùa
• Rất khơ ở các vĩ độ cao
cận nhiệt đới
• Tại các vĩ độ trung bình
mưa nhiều vào mùa hè
• Bản đồ mưa tháng 7
trông giống như bản đồ
phân bố rừng


5.2 Cân bằng nước
 Cân bằng nước bề mặt:

gw = P + D  E  f
tích luỹ nước tại bề
mặt và dưới bề mặt

nước ngưng kết
bề mặt
giáng thuỷ do
mưa và tuyết

dịng chảy
lượng bốc
thốt hơi

• Trung bình trong thời kỳ dài: lượng nước tích luỹ là
nhỏ. Nước do sương cũng thường là nhỏ hoặc có thể
sáp nhập vào giáng thuỷ, nên
f = P  E

• Cân bằng nước bề mặt:
gw = P + D  E  f
 Cân bằng nước khí quyển:

gwa = (P + D  E)  fa
tích luỹ nước trong khí quyển

lượng nước ra khỏi cột khí quyển

• Cân bằng nước cho hệ trái đấtkhí quyển :
gw + gwa = f  fa

Trung bình năm:

f =  fa

Lượng nước mang vào lục địa do sự vận chuyển của
khí quyển bằng lượng dịng chảy từ các con sơng


Phân bố theo vĩ độ của cân bằng nước bề mặt
 Giáng thuỷ đạt các cực đại ở gần






xích đạo và ở các vĩ độ trung
bình
Cực đại ở xích đạo do giáng thuỷ
mạnh trong dải hội tụ nhiệt đới
Cực đại ở vĩ độ trung bình do các
nhiễu động xốy thuận
Bốc hơi biến thiên đều hơn giáng
thuỷ: một cực đại ở nhiệt đới.
Giáng thuỷ > bốc hơi ở xích đạo
và ở các vĩ độ trung bình và cao.

Phân bố dịng chảy cho thấy:
• Hơi nước trong khí quyển vận chuyển từ cận nhiệt đới về xích
đạo và vĩ độ cao.
• Cịn dịng chảy biển hoặc các dịng chảy sơng lại mang nước
từ nơi khác trở lại các vùng cận nhiệt đới


Cân bằng nước của lục địa và đại dương (mm/năm)
Vùng

E

P

f

f/P

282

276
114
269
242
618
141
266

0,43
0,40
0,16
0,33
0,37
0,39
0,83
0,36

44
372
251
90
110
0

0,45
0,49
0,24
0,07
0,10

Lục địa
Châu Âu
Châu Á
Châu Phi
Châu Úc
Bắc Mỹ
Nam Mỹ
Châu Nam cực
Tất cả các lục địa
Bắc Băng Dương
Đại Tây Dương
Ấn Độ Dương
Thái Bình Dương
Tất cả các đại dương
Toàn cầu

375
420
582
534
403
946
28
480

657
696
696
803
645

1564
169
746
Đại dương
53
97
1133
761
1294
1043
1202
1292
1176
1066
973
973


5.3 Tích luỹ nước mặt và dịng chảy
gw = P + D  E  f









Trên lục địa thành phần này bao gồm:



nước trong lớp đất gần bề mặt,



nước chảy xuống các lớp sâu hơn và trở thành một bộ phận của hệ thống nước ngầm.



lớp tuyết phủ bề mặt.

Nước tích luỹ có ý nghĩa đối với khí hậu và đời sống
Tích luỹ nước giáng thuỷ trong các bãi tuyết phụ thuộc vào cấu trúc vật lý và
nhiệt động lực của bề mặt.
Tích luỹ nước bề mặt do mưa phụ thuộc vào tần suất và cường độ giáng thuỷ,
vào các tính chất của đất, lớp phủ thực vật và dạng địa hình bề mặt
Nếu đất bề mặt đã bão hồ và giáng thuỷ hoặc tuyết tan nhanh hơn lượng nước
có thể được cân bằng lại (ngấm vào đất, bốc hơi) thì các vũng nước bề mặt sẽ
xuất hiện.
Khi những chỗ thấp trên bề mặt đã được phủ đầy nước, nước bề mặt sẽ bắt đầu
chảy tràn ra xung quanh về phía các dịng suối và các hệ thống tiêu thốt 
Xuất hiện dòng chảy mặt


5.4 Giáng thủy và sương sa
 Giáng thủy thường xuất hiện khi:
 Có chuyển động thăng của các phần tử khí (tầng kết bất ổn
định đối lưu, làm lạnh bức xạ ở trên đỉnh mây, khơng khí ẩm
bị cưỡng bức trượt dọc lên trên sườn núi,...)

 Giáng thủy lớn nhất ở gần xích đạo, nhỏ nhất ở các vùng

cận nhiệt đới
 Sương hình thành khi:
 khơng khí tiếp xúc với bề mặt lạnh (đêm trời quang)

 Sương rơi góp phần đáng kể cho cân bằng nước bề mặt ở

những vùng khí hậu khơ cằn, nhưng nói chung là lượng
nước nhỏ


Một dạng giáng thủy