Bài giảng Khí hậu và biến đổi khí hậu (Dành cho Cao học Thủy văn) - Phan Văn Tân

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HÀ NỘI
BỘ MÔN KHÍ TƯỢNG

KHÍ HẬU VÀ BIẾN ĐỔI
KHÍ HẬU
(Dành cho Cao học Thủy văn)
Phan Văn Tân



Giới thiệu môn học (7)
|  Tài liệu tham khảo:
1.  James E. Burt, Edward Aguado. 2003. Understanding Weather &

Climate, 3 edition, Prentice Hall, 592 p.
2.  IPCC: Climate Change 2007 - The Physical Science Basis.

Cambridge University Press., 996 p.
3.  Will Steffen, Regina Angelina Sanderson, Peter D. Tyson, Jill Jäger.

2005. Global change and the Earth system, Springer, 332 p.
4.  Dennis L. Hartmann, 1994: Global Physical Climatology.

Academic Press, Inc., 330p.
5.  Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc, 1993: Khí hậu Việt Nam. NXB

Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội
6.  Nguyễn Đức Ngữ, Nguyễn Trọng Hiệu, 2004: Khí hậu và tài ngun

khí hậu Việt Nam. NXB Nơng nghiệp, Hà Nội

Mở đầu
|  Những câu hỏi thường gặp
{  Khí hậu là gì?
{  Khí hậu khác với thời tiết như thế nào?
{  Khí hậu và thời tiết có liên hệ gì với nhau khơng”
{  Cái gì chi phối khí hậu?
{  Khí hậu có biến đổi khơng?
{  Có thể dự báo được khí hậu không?
{  Tại sao hạn hán thường xảy ra ở miền Trung
{  Tại sao mùa đông miền Bắc thường hay có rét đậm, rét hại?
{  …


M u

| Cn nguyờn ca vn

Trái đất hấp thụ năng lượng bức xạ
mặt trời, nóng lên và phát xạ vào
không gian

Mặt trời phát xạ năng
lượng bức xạ xuống
trái đât

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

Mở đầu
|  Tính tốn từ phương trình cân bằng trên đây: T ~ -18oC
|  Thực tế quan trắc được: T ~ +15oC
|  è Chênh lệch ~33oC
|  Tại sao?
{  Chưa tính đến cấu trúc thẳng đứng của khí quyển và vai trị
của khí quyển
{  Chưa tính đến vai trị của các dịng năng lượng khác
{  Chưa tính đến sự vận chuyển năng lượng
{  …
|  Cần phải làm rõ !!!


Mở đầu
|  Những nhân tố quyết định khí hậu Trái đất
{  Sự biến đổi bức xạ đến từ mặt trời (do biến đổi quĩ đạo của

Trái đất hoặc của lượng bức xạ mặt trời)
{  Sự biến đổi tỷ lệ bức xạ mặt trời bị phản xạ (albedo; do thay

đổi độ phủ mây, các hạt phân tử trong khí quyển hoặc thực
vật)
{  Sự biến đổi bức xạ sóng dài từ Trái đất trở lại vũ trụ (do biến

đổi hàm lượng khí nhà kính)
{  Sự phản ứng lại của hệ thống khí hậu, một cách trực tiếp hoặc

gián tiếp, với những biến đổi trên thơng qua tính đa dạng của
các cơ chế hồi tiếp

Mở đầu
|  Khái niệm về tác động bức xạ
|  Biến đổi khí hậu
|  Dao động khí hậu (biến động khí hậu - Variability)
|  Cực trị thời tiết
{  Thời tiết nguy hiểm
{  Thời tiết hiếm
{  Thời tiết cực đoan

|  Cực trị khí hậu – Cực đoan khí hậu


Mở đầu


Chương 1. Giới thiệu về hệ thống khí
hậu tồn cầu


Khái niệm về thời tiết và khí hậu (1)
|  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, dông, 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”
{  …


Khái niệm về thời tiết và khí hậu (2)
|  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”


Khái niệm về thời tiết và khí hậu (3)
|  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 ngoái),

|  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 mơ khơng gian, thời gian và các dạng thời tiết, khí hậu


Các thành phần của hệ thống khí hậu (1)
|  Hệ thống khí hậu:
{  Là một hệ rất phức tạp bao gồm năm thành phần chính là khí quyển,

thủy quyển, băng quyển, bề mặt đất và sinh quyển, và sự tương tác
giữa chúng

{  Các thành phần của hệ thống khí hậu liên kết với nhau thơng qua

các dịng khối lượng, dịng năng lượng và động lượng, tạo nên một
thể thống nhất rộng lớn

{  Hệ thống khí hậu tiến hóa theo thời gian dưới tác động của các nhân

tố bên trong và bên ngồi

|  Các nhân tố bên trong: thành phần khí quyển, tính chất ổn định,

hồn lưu khí quyển, điều kiện địa lý, v.v.

|  Các nhân tố bên ngoài: bức xạ mặt trời, tính chất hình cầu của

Trái đất, chuyển động của Trái đất, sự tồn tại của lục địa và đại
dương, cũng như những tác động do con người làm thay đổi các
thành phần khí quyển, biến đổi sử dụng đất


Các thành phần của hệ thống khí hậu (2)

Sơ đồ minh họa hệ thống khí hậu: A, H (O), B, C, L


Các thành phần của hệ thống khí hậu (2)
1) Khí quyển
|  Là thành phần quan trọng nhất của hệ thống khí hậu.
|  Khối lượng KQ khoảng 5,14 × 1018 kg, nhỏ hơn so với khối lượng

của đại dương (1,39 × 1021 kg) và khối lượng của Trái đất thuần
(5,98 × 1024 kg).

|  Thành phần chủ yếu: Nitơ (N2, chiếm 78,1%), Ôxy (O2, chiếm

20,9%) và Acgon (Ar, chiếm 0,93%).

|  Khoảng dưới 1% khối lượng khí quyển là các chất khí có vai trò

quan trọng đối với sự hấp thụ và phát xạ năng lượng bức xạ:

{  Hơi nước (khoảng 3,3 × 10-3 tổng khối lượng khí quyển), điơxit cacbon

(CO2 – khoảng 5,3× 10-7), ơzơn (O3 – khoảng 6,42 × 10-7) và các chất khí
khác như mêtan (CH4), oxit nitơ (N2O), v.v.

|  Khoảng 99% khối lượng khí quyển nằm trong lớp vài chục km

tính từ bề mặt, nên quan trọng nhất đối với khí hậu là lớp khí
quyển tầng thấp


Các thành phần của hệ thống khí hậu (3)

Cấu trúc của khí quyển


Các thành phần của hệ thống khí hậu (4.1)
Cấu trúc nhiệt của
KQ:
|  Nhiệt độ giảm

theo độ cao trong
tầng đối lưu

|  Nhiệt độ tăng theo

độ cao trong tầng
bình lưu

|  Nhiệt độ tăng theo

độ cao trong tầng
nhiệt quyển


Các thành phần của hệ thống khí hậu (4.2)
Thành phần khí quyển

Ø  Most of the air is N2 and O2
Ø  How much H2O is there?


Các thành phần của hệ thống khí hậu (4.3)
|  Hầu hết hơi

nước trong KQ
nằm ở vài km
dưới cùng
|  Giảm theo vĩ

độ: Ở xích đạo
lớn hơn khoảng
10 lần so với
các vùng cực
|  Phân bố độ ẩm trong khí quyển


Các thành phần của hệ thống khí hậu (5)
2) Thủy quyển và đại dương thế giới:

{  Bao gồm nước trong các đại dương, các tảng băng trên biển và lục địa,

nước trong đất, trong các sông suối và nước trong khí quyển.
{  Tổng lượng nước của Trái đất vào khoảng 1,35×109 km3, trong đó khoảng
97% là nước biển.
{  Đại dương thế giới:
|  Bao phủ khoảng 71% bề mặt Trái đất
|  Độ sâu trung bình 3729 m.
|  Có khả năng dự trữ và giải phóng nhiệt vơ cùng lớn, trên các qui mơ
thời gian từ mùa đến hàng thế kỷ.
|  Đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển năng lượng.
|  Là kho dự trữ nước để cung cấp hơi nước cho khí quyển
|  Đóng vai trị trong việc xác định thành phần khí quyển:
{ 
{ 
{ 

Trao đổi khí và các hạt bụi qua mặt đất phân cách
Phân huỷ CO2 trong khí quyển và tạo ra O2,
Tham gia vào các chu trình hố học quan trọng khác làm điều hồ mơi trường
bề mặt Trái đất


Các thành phần của hệ thống khí hậu (5.1)

|  Khí quyển chứa một phần nước rất nhỏ
|  Hầu hết nước của hệ thống KH chứa trong các đại dương và

các tảng băng
|  Vai trò quan trong của đại dương đối với KH

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


Các thành phần của hệ thống khí hậu (5.2)

Phân bố Đại dương – lục địa và bản đồ độ sâu đáy biển


Nồng độ của các thành phần chính của nước biển có độ muối 35‰!
Thành phần
Clorua
Natri
Sulfate
Magiª
Canxi

g/kg
19.353
10.76
2.712
1.29
0.413

Kali
Bicarbonate (carbonat axit)
Bromua
Stronti
Bo
Florua

0.387
0.142
0.067
0.008
0.004
0.001


Các thành phần của hệ thống khí hậu (5.4)

Phân bố nhiệt độ bề mặt biển (SST) toàn cầu


Các thành phần của hệ thống khí hậu (5.5)
|  Các dòng chảy đại dương