Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 1 – Phan Văn Tân

KHÍ HẬU HỌC
& KHÍ HẬU VIỆT NAM
(Dành cho sinh viên ĐH từ K57)
Phan Văn Tân



Giới thiệu môn học
|  Thời lượng: 5 TC = 75 tiết TC
{  Gồm 2 phần:
|  Phần 1 - Khí hậu học: 3 TC = 45 tiết TC
|  Phần 2 - Khí hậu Việt Nam: 2 TC = 30 tiết
TC
{  Lý thuyết
{  Bài tập
{  Tiểu luận


Giới thiệu mơn học
Tài liệu tham khảo:
|  Phần 1:
{  Khí hậu vật lý toàn cầu (Global Physical Climatology), Dennis L. Hartmann:

Ch1 – Ch8
{  Nguyên lý khí hậu học – Tập 1, Yêu Trẩm Sinh (Bản dịch tiếng Việt)
{  Bài giảng và bài tập:
/>
|  Phần 2:
{  Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc: Khí hậu Việt Nam. Nhà xuất bản Khoa học
{ 
{ 

{ 
{ 
{ 

Kỹ thuật Hà Nội, 1993
Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu: Khí hậu và tài nguyên khí hậu Việt
Nam. Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội, 2004
Nguyễn Vi Dân, Nguyễn Cao Huần, Trương Quang Hải: Cơ sở Địa lý tự
nhiên. NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005.
Lê Bá Thảo (chủ biên) và nnk.,. Cơ sở địa lý tự nhiên, tập 1, 2, 3. NXB Giáo
Dục, Hà Nội, 1987
Báo cáo Tổng kết Đề tài KC08.29/06-10:
/>Một số tài liệu khác: />

Nội dung chương trình
Phần 1: Khí hậu học
1.  Giới thiệu về hệ thống khí hậu
2.  Cân bằng năng lượng tồn cầu
3.  Bức xạ và khí hậu
4.  Cân bằng năng lượng bề mặt
5.  Chu trình nước
6.  Hồn lưu khí quyển và khí hậu
7.  Hồn lưu chung đại dương và khí hậu
8.  Dao động tự nhiên quy mô mùa và nội mùa


Nội dung chương trình
Phần 2: Khí hậu Việt Nam
1.  Khái quát về điều kiện KHVN
2.  Các nhân tố hình thành KHVN

3.  Các qui luật của KHVN
4.  Phân bố của một số yếu tố khí hậu cơ bản
5.  Phân vùng KHVN
6.  Biến đổi khí hậu ở Việt Nam


PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC


Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo
Đại lượng

Tên đơn vị đo

Ký hiệ SI

Độ dài

mét

m

Thời gian

giây

s

Khối lượng

gram hoặc kilogram

g hoặc kg

Diện tích

Mét vng

m2

Thể tích

Mét khối

m3

Mật độ

Kilogram trên mét khối

Kg/m3

Tần số

1/s

Vận tốc hoặc tốc độ

Mét trên giây

m/s

Gia tốc

Mét trên giây bình phương

m/s2

Lực

Newton

N

Áp suất

Milibar, Pascal

Mb, Pa

Năng lượng

Jun, calo

J, Cal


Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo
|  Mật độ của các chất khác nhau
{ 

{ 
{ 
{ 

Nước
1000 kg/m3
Nước biển
1023.6 kg/m3
Thép
7800 kg/m3
Khơng khí (ở mực nước biển)
1.2 kg/m3

|  Năng lượng:
{  1 Calorie = 4.1868 Joules
{  1 Joule = 0.2388 Calories
{  1 Joule/s = 1 Watt

|  Lực = Khối lượng x Gia tốc: F = ma
{  [F] = kg x m/s2

|  Trọng lượng = Khối lượng x Gia tốc trọng trường: W = mg
{  [W] = kg x m / s2

|  K = oC +273.16
| 

oF

= 9/5 * oC + 32

Một số đại lượng vật lý và đơn vị đo
|  Gia tốc trọng trường như là hàm của vĩ độ

Trong đó:


Chương 1. Giới thiệu về
hệ thống khí hậu


1.1 Mở đầu
Những câu hỏi thơng thường
|  Khí hậu là gì? Thời tiết là gì?
|  Khí hậu khác với thời tiết như thế nào?
|  Khí hậu và thời tiết có liên hệ với nhau như thế nào?
|  Cái gì chi phối khí hậu?
|  Khí hậu có biến đổi khơng?
|  Có thể dự báo được khí hậu khơng?
|  ….


1.1 Một số khái niệm cơ bản
Trái đất hấp thụ năng lượng bức
xạ mặt trời, nóng lên và phát xạ
vào không trung

Mặt trời phát xạ năng lượng
bức xạ xuống Trái đất

Năng lượng đến = Năng lượng đi
S (1 − α )π R 2 = 4π R 2σ T 4 T ≈ −18o C


|  Từ phương trình cân bằng (mơ hình 0-D):
{  Nhiệt độ trung bình tồn cầu T ≈ -18C

|  Nhưng nhiệt độ quan trắc được: T ~ 15C

è Chênh lệch: ~33C !!!

Có gì thiếu sót?
|  Chưa tính đến:
{  Vai trị của khí quyển:
|  Hiệu ứng nhà kính
{  Tích lũy và vận chuyển năng lượng
|  Hồn lưu khí quyển và đại dương
{  Đốt nóng và làm lạnh bề mặt
|  Các dịng hiển nhiệt và ẩn nhiệt


Vai trị của khí quyển!
|  Trái đất rất lớn, cịn lớp Khí quyển của nó thì rất mỏng,

và hầu hết Khí quyển nằm gần bề mặt Trái đất
{  Bán kính Trái đất: 6,371 km
{  Khoảng cách từ Nam cực đến Bắc cực: 20,000 km
{  Khoảng 90% khối lượng khí quyển nằm dưới độ cao 30 km
{  99.99997% khí quyển nằm dưới 100 km

|  Sự tồn tại của khí quyển là nguyên nhân của Hiệu ứng

nhà kính
|  Hiệu ứng nhà kính giữ cho chúng ta khỏi bị chết vì lạnh
giá


Cấu trúc nhiệt thẳng đứng!
|  Bị đốt nóng từ phía

dưới: Bức xạ mặt trời,
các dòng ẩn nhiệt và
hiển nhiệt
|  Bị đốt nóng trong tầng
bình lưu do ozone hấp
thụ bức xạ cực tím
|  Bị đốt nóng trong tầng
nhiệt quyển do bức xạ
mặt trời làm phân ly
các phân tử Oxy,
Nitơ,...


Vai trị của hồn lưu!
|  Đốt nóng bức xạ mặt trời lớn hơn làm lạnh sóng dài ở

Nhiệt đới: Năng lượng tích lũy ở đó, cả trong khí
quyển và đại dương
|  Làm lạnh sóng dài lớn hơn đốt nóng bức xạ mặt trời ở

các cực: Năng lượng bị mất đi ở đó do bức xạ nhiệt
vào khơng gian vũ trụ
|  Cơng việc của khí quyển và đại dương là vận chuyển
năng lượng từ nơi nó tích lũy đến nơi nó có thể bị mất
(vận chuyển hướng cực và vận chuyển đi lên)
|  Công việc này bị cản trở bởi lực Coriolis


Năng lượng được vận chuyển như thế nào?!

|  Vận chuyển của cả khí quyển và đại dương đóng vai

trị quyết định
|  Đối lưu do lực nổi tạo ra vận chuyển thẳng đứng
|  Ẩn nhiệt cũng quan trọng như hiển nhiệt


Meanwhile, at latitude 30°, not all of the surface air
moves equatorward. Some air moves toward the poles
and deflects toward the east, resulting in a more or less
DID YOUwesterly
KNOW?
air flow—called the prevailing westerlies, or,

*You can see why the air converges if you have a globe of the world. Put
your fingers on meridian lines at the equator and then follow the meridians poleward. Notice how the lines and your fingers bunch together in the
middle latitudes.

Global Winds

Hồn lưu khí quyển!

201

Strong upper-level winds during April, 2010, blew tons of
dust and ash from an Icelandic volcano over much of western
◗FIGURE 7.24 The
Europe. The ash cloud closed most of the continent’s airports
idealized
wind
and surfacefor a week, which in turn affected more than a million passenpressure
distribution
over a
gers a day, and cost the airline industry more than $1.7 billion
uniformly
water-covered
rotating
in lost revenues.

Active

earth.

air aloft carried poleward by the Hadley cell produces
sharp temperature differences, strong pressure gradients, and high winds. ◗ Figure 7.32 illustrates how the
polar jet stream and the subtropical jet stream might appear as they sweep around the earth in winter.
We can better see the looping pattern of the jet by
studying ◗ Fig. 7.33a, which shows the position of the
polar jet stream and the subtropical jet stream at the

300-mb level (near 9 km or 30,000 ft) on March 9, 2005.
The fastest flowing air, or jet core, is represented by
the heavy dark arrows. The map shows a strong polar
jet stream sweeping south over the Great Plains with
an equally strong subtropical jet over the Gulf states.
Notice that the polar jet has a number of loops, with
one off the west coast of North America and another
over eastern Canada. Observe in the satellite image
(Fig. 7.33b) that the polar jet stream (blue arrow) is directing cold, polar air into the Plains States, while the
subtropical jet stream (orange arrow) is sweeping subtropical moisture, in the form of a dense cloud cover,
over the southeastern states.
The looping pattern of the polar jet stream has an
important function. In the Northern Hemisphere,
where the air flows southward, swiftly moving air di-

Active ◗FIGURE 7.32

rents of air that
move in
a wavy west-to-east
direction.(mưa
The
|  Khơng
khí
nóng
đi lên
figure shows the position of the polar jet stream and subtropJet streams are swiftly flowing cur-

nhiều) ở các vùng nhiệt đới
|  Khơng

khí bị lạnh đi và chìm
rects cold air equatorward; where the air flows northward, warm
is carried
toward the cận
poles. Jet nhiệt
streams,
xuống
ởaircác
vùng
therefore, play a major role in the global transfer of heat.
jet streams tend to meander around the
đớiMoreover,
(cácsincevùng
sa mạc)
world, we can easily understand how pollutants or volcanic ash injected into the atmosphere in one part of the
|  Dòng hướng cực bị lệch đi do lực Coriolisglobevà
hòa
vào
xiết
could
eventually
settle todòng
the ground many
thousands of kilometers downwind. And, as we will see in
gió tây ở ơn đới
|  Dịng xiết là hệ thống khơng ổn định, nên khi có xáo trộn nhỏ sẽ
dẫn đến phát sinh những xốy khổng lồ (bão và front), và như vậy
kết thúc công việc vận chuyển của khí quyển
ical jet stream in winter. Although jet streams are shown as
one continuous river of air, in reality they are discontinuous,

with their position varying from one day to the next.

0 Cengage Learning. All Rights Reserved. May not be copied, scanned, or duplicated, in whole or in part. Due to electronic rights, some third party content may be suppressed from the eBook and/or eChapter(s).
w has deemed that any suppressed content does not materially affect the overall learning experience. Cengage Learning reserves the right to remove additional content at any time if subsequent rights restrictions require it.

_p176-211.indd 195

15/11/10 11:30 AM


Thời tiết khác với khí hậu
|  Thời tiết là trạng thái tức thời của

khí quyển ở một địa điểm cụ thể,
được đặc trưng bởi các đại lượng đo
được, như nhiệt độ, độ ẩm, gió,
lượng mưa,… hoặc các hiện tượng
quan trắc được, như sương mù,
dơng, mưa, nắng,…
|  Ví dụ:
{  “Hơm qua mưa rất to ở Hà Nội”
{  “Ngày mai trời sẽ trở rét, ở các vùng

núi phía bắc nhiệt độ có thể xuống
dưới 5oC”
{  …


Thời tiết khác với khí hậu
|  Khí hậu là sự tổng hợp của thời tiết, được

đặc trưng bởi các giá trị trung bình thống
kê và các cực trị đo được hoặc quan trắc
được của các yếu tố và hiện tượng thời tiết
trong một khoảng thời gian đủ dài, thường
là hàng chục năm
|  Ví dụ:
{  “Việt Nam có khí hậu nhiệt đới gió mùa với miền

Bắc có mùa đơng lạnh”
{  “Một đặc điểm quan trọng của khí hậu khu vực Hà
Nội là sự tương phản sâu sắc về nhiệt độ giữa mùa
nóng và mùa lạnh: về mùa nóng nhiệt độ trung
bình tháng nóng nhất là 29,0 độ C, cao nhất có thể
lên tới trên 42,0 độ C, trong khi nhiệt độ trung
bình tháng lạnh nhất là 16,6 độ C, thấp nhất có thể
xuống tới dưới 3,0 độ C”


Thời tiết khác với khí hậu
|  Ta có thể nói thời tiết tại một thời điểm (ví dụ, bây giờ trời

| 

| 
| 
| 

đang mưa), của một ngày (ví dụ, hơm qua sương mù dày
đặc), của tuần, thậm chí của một hoặc vài năm (ví dụ, thời

tiết năm nay có nhiều sự kiện bất thường hơn năm ngối),
Nhưng ta khơng thể nói khí hậu của một ngày, một tháng
hoặc một năm nào đó. Chẳng hạn, có thể nói thời tiết năm
2010 nhưng khơng thể nói khí hậu năm 2010!
Thời tiết biến đổi liên tục từ nơi này đến nơi khác, từ thời
điểm này đến thời điểm khác
Khí hậu có tính ổn định tương đối
Qui mô không gian, thời gian và các dạng thời tiết, khí hậu


Thời tiết khác với khí hậu!
|  Khí hậu là cái mà ta mong đợi ..., thời tiết là cái mà ta

nhận được! ( Climate is what you expect … weather is
what you get! )
|  Khí hậu là một cái vỏ bọc chứa mọi khả năng mà bên
trong đó thời tiết có thể xảy ra (Climate is an “envelope of
possibilities” within which the weather bounces around)
|  Khí hậu tự nó được xác định bởi các thuộc tính của hệ
thống Trái đất (các điều kiện biên), trong khi thời tiết lại
phụ thuộc mạnh mẽ vào sự tiến triển của hệ thống từ thời
điểm này đến thời điểm tiếp theo
|  Weather is an initial value problem, whereas climate is a
boundary-value problem. è xét ví dụ


Ví dụ đơn giản
Xét trường hợp truyền nhiệt trên một thanh kim loại (cách nhiệt với
xung quanh) một đầu được đốt nóng, cịn đầu kia được làm lạnh

Tốc độ biến thiên của nhiệt độ theo thời gian tại một điểm bất kỳ
trên thanh có thể được mơ tả bởi phương trình truyền nhiệt:

∂T ∂ ∂T
C
= k
∂t ∂x ∂x
Trong đó: C là nhiệt dung, k là hệ số dẫn nhiệt của thanh


Ví dụ đơn giản
Dự báo nhiệt độ: Mơ hình thời tiết
|  Phương trình đạo hàm riêng mơ tả sự biến đổi của nhiệt độ

dọc theo thanh có thể giải được hoặc bằng giải tích hoặc bằng
phương pháp số
|  Nghiệm của phương trình sẽ cho kết quả dự báo nhiệt độ như
là hàm của vị trí x trên thanh và thời gian trơi qua t
|  Để dự báo, cần có điều kiện ban đầu là nhiệt độ tại mọi điểm
trên thanh ở thời điểm t=0, và điều kiện biên là nhiệt độ hoặc
thông lượng nhiệt) tại các điểm đầu mút của thanh
|  Đây là bài toán tương tự như dự báo thời tiết


Ví dụ đơn giản
“Dự báo” nhiệt độ: “Mơ hình hố khí hậu”
|  Nếu ta cố định nhiệt độ ở các đầu mút của thanh, ví dụ giá trị của

chúng tương ứng là Thot và Tcold, khi đó ta có thể tính nhiệt độ tại
mọi điểm trên thanh ở trạng thái ổn định

|  Cho thành phần đạo hàm theo thời gian bằng 0 và lấy tích phân
hai lần ta được
2

∂T
=0
2
∂x

∂T
=a
∂x

T ( x) = ax + b

Như vậy, nhiệt độ đơn giản chỉ là hàm tuyến tính của vị trí x trên
thanh (chú ý ở đây đã giả thiết thông lượng nhiệt không đổi)