Khí Hậu Trong Nuôi Trồng Nông Nghiệp phần 1 doc

Trng i hc Nụng nghip 1 - Giỏo trỡnh Khớ tng Nụng nghip


i

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp I
o0o


đoàn văn điếm
(chủ biên)



giáo trình
khí tợng nông nghiệp




các tác giả: trần đức hạnh
Lê quang vĩnh
Nguyễn thanh bình






Hà Nội - 2008

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


ii

GIỚI THIỆU GIÁO TRÌNH
1. ðối tượng sử dụng giáo trình:
Giáo trình KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP biên soạn nhằm phục vụ cho các chuyên
ngành ñào tạo về Chọn giống cây trồng, Nông học, Bảo vệ thực vật, Công nghệ sinh học, Môi
trường nông nghiệp, Khoa học ñất, Sư phạm kỹ thuật nông nghiệp… thuộc các trường ðại
học Nông nghiệp và Nông - Lâm nghiệp. Giáo trình còn là một tài liệu tham khảo cần thiết
ñối với các Học viên cao học, Nghiên cứu sinh, Cán bộ giảng dạy và nghiên cứu trong các
lĩnh vực thuộc ngành Nông Lâm.
2. Mục tiêu cuốn giáo trình:
Trang bị cho sinh viên kiến thức về thời tiết, khí hậu, biến ñổi khí hậu và tác ñộng của
chúng ñối với cây trồng và sâu bệnh ngoài ñồng ruộng, kỹ năng khảo sát và ñánh giá các yếu
tố thời tiết, khí hậu, ảnh hưởng của chúng ñối với sinh vật và sản xuất nông nghiệp.
3. Kiến thức trọng tâm của giáo trình:
Khái quát về khí tượng nông nghiệp, khí hậu nông nghiệp, phương pháp quan trắc,
thu thập số liệu khí tượng, phân tích ñịnh tính, ñịnh lượng các yếu tố khí tượng ảnh hưởng
ñến tình hình sinh trưởng, phát triển, năng suất của cây trồng, phát sinh của sâu bệnh và sản
xuất nông nghiệp.
4. Phân công biên soạn:
Chủ biên và hiệu ñính: PGS.TS. ðoàn Văn ðiếm
Trường ðại học nông nghiệp I
1. PGS.TS. ðoàn Văn ðiếm, Trường ðHNN I biên soạn các chương II, IV, VI,
VIII, IX, phần mở ñầu và thực tập.
2. PGS. TS. Trần ðức Hạnh, Trường ðHNN I biên soạn các chương X và XI.
3. TS. Lê Quang Vĩnh, Trường ðHNL Huế biên soạn các chương III và VII.
4. ThS. Nguyễn Thanh Bình, ðH Tây Nguyên biên soạn các chương I và V.

5. Những ñiểm mới của giáo trình:
Căn cứ vào nhiệm vụ giảng dạy của khối ngành Nông - Lâm ở bậc Ðại học và khung
chương trình ñào tạo mới ñưọc Hội ñồng tư vấn Bộ Giáo dục và Ðào tạo thông qua, trên cơ
sở cuốn Giáo trình Khí tượng nông nghiệp của trường ÐHNNI xuất bản năm 1997 và các tài
liệu trong và ngoài nước cùng nhiều ý kiến ñóng góp của các chuyên gia, giáo trình Khí
tượng nông nghiệp lần này ñã cập nhật các kiến thức mới, bổ sung các nội dung phù hợp với
mục tiêu ñào tạo của các ngành học. Giáo trình ñã bổ sung thêm các chương về tác ñộng của
các yếu tố khí tượng tới sinh vật ( chương VI), thiên tai khí tượng nông nghiệp (chương VII),
biến ñổi khí hậu (chương IX) và phần thực tập khí tượng nông nghiệp (phần E). Giáo trình
cũng ñã bổ sung nội dung về mối quan hệ giữa khí hậu và sản xuất nông nghiệp (mục I, phần
A), Thực trạng và giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu ở Việt Nam (mục 1 và 2,
chương X). Ngoài ra giáo trình lần này ñã hiệu ñính chuẩn xác nhiều kiến thức, công thức
ñịnh lượng và số liệu khí tượng… cung cấp cho bạn ñọc nguồn tài liệu sử dụng trong nghiên
cứu khoa học.
6. Hướng dẫn sử dụng Giáo trình:
Giáo trình viết cho nhiều chuyên ngành, tùy từng chuyên ngành khi sử dụng có thể
chọn lựa các chương chuyên sâu phù hợp ñể giảng dạy cho sinh viên. Nếu sử dụng cho 3 ñơn
vị học trình (3 ðVHT), nên giảng lý thuyết 35 tiết (2 ÐVHT) và thực tập 10 tiết (1 ÐVHT).
7. Tài liệu tham khảo khi ñọc Giáo trình:
1. Trần ðức Hạnh, Văn Tất Tuyên, ðoàn Văn ðiếm, Trần Quang Tộ, Giáo trình khí tượng
nông nghiệp. NXB Nông nghiệp, H. - 1997
2. Trần ðức Hạnh, ðoàn văn ðiếm, Nguyễn Văn Viết, Lý thuyết về khai thác hợp lý nguồn tài
nguyên khí hậu nông nghiệp, Giáo trình Cao học, NXB Nông nghiệp - 1997.
3. Lê Quang Huỳnh và cộng tác viên. Ðánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp Việt Nam,
Báo cáo khoa học ñề tài cấp nhà nước, Mã số 42A-01. Tổng cục KTTV, Hà Nội - 1989.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


ii

CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG GIÁO TRÌNH

Viết tắt Tiếng Anh ðọc là
A
c
TS Active Temperature Sum Tích ôn hoạt ñộng
ASEAN Association of South-East Asian Nation Các nước ðông Nam Á
ATS Average Temperature Sum Tích ôn trung bình
BÐKH Climate Change Biến ñổi khí hậu
BXMT Solar Radiation Bức xạ mặt trời
CF Coriolit Force Lực Coriolit
ENSO En Nino - Southern Oscilation En Nino - Dao ñộng Nam bán cầu
ETA Actual Evapo-Transpiration Bốc thoát hơi nước thực tế
ETS Effective Temperature Sum Tích ôn hữu hiệu
EW Evaporation Water Lượng nước bốc hơi
FAO Food and Agricultural Organization Tổ chức nông - lương Thế giới
F
c
Centrifugal Force Lực ly tâm
GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin ñịa lý
GMT Greenwich Mean Time Giờ chuẩn kinh tuyến Greenwich
ICRAF International Centre for Research in
Agroforestry
Trung tâm nghiên cứu nông lâm
kết hợp Quốc tế
IRRI International Rice Research Institute Viện nghiên cứu lúa Quốc tế
KA Air Pressure Khí áp
Kcr Crop Coefficient Hệ số cây trồng
KTNN Agro-Meteorology Khí tượng nông nghiệp
KTTV Hydrometeorological Service of Vietnam Khí tượng thủy văn

LMU Land Mapping Unit ðơn vị bản ñồ ñất ñai
LUT Land Use Type Loại hình sử dụng ñất
N,S ,E,W North, South, East, West Hướng gió: Bắc, Nam, ðông, Tây
NASA National Aeronautics and Space
Administration
Cơ quan hàng không và vũ trụ
quốc gia (Mỹ)
PAR Photosynthesis Active Radiation Bức xạ quang hợp
PET Potential Evapo-Transpiration Bốc thoát hơi nước tiềm năng
R
eff
Effective Rainfall Lượng mưa hữu hiệu
R
tot
Total Rainfall Lượng mưa tổng số
SCACð Sức chứa ẩm cực ñại
SLN NPC Sản lượng nguyên
SOI Southern Oscilation Index Chỉ số Dao ñộng Nam bán cầu
TCN Before Christ (BC) Trước công nguyên
TPHCM Ho Chi Minh City Thành phố Hồ Chí Minh
WMO World Meteorological Organization Tổ chức Khí tượng thế giới
WR Water Requirement Nhu cầu nước của cây trồng






Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

iii

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

STT Tên bảng Trang
Bảng 1.1. Khối lượng khí quyển (m) tia sáng ñi qua ứng với ñộ cao mặt trời (h
o
) 14
Bảng 1.2. Lượng bức xạ trung bình tháng (cal/cm
2
/tháng) ở vùng Postdum 16
Bảng 1.3. Trị số albedo trên các loại bề mặt (%) 20
Bảng 1.4. Khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau (δ) 21
Bảng 1.5. ðộ dài bước sóng và năng lượng của thành phần bức xạ mặt trời 24
Bảng 1.6. ðộ dài ngày thiên văn tính theo vĩ ñộ ñịa lý (ñơn vị: giờ, phút) 25
Bảng 1.7. ðộ dài chiếu sáng sinh lý ở các vĩ ñộ khác nhau 25
Bảng 2.1. Nhiệt ñộ không khí khảo sát lúc 7h (0h GMT) ở các ñộ cao tại Hà Nội 29
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và ẩm ñộ ñến mật ñộ không khí 31
Bảng 2.3. Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm 32
Bảng 2.4. Thành phần các chất khí trong ñất 38
Bảng 2.5. Ảnh hưởng của biện pháp trồng cây che bóng ñối với sâu, bệnh hại cà
phê chè Catimor ở huyện Hướng hóa, Quảng trị
39
Bảng 3.1. Nhiệt dung của các chất cấu tạo ñất 41
Bảng 3.2. Nhiệt dung thể tích của một số loại ñất có ñộ ẩm khác nhau 42
Bảng 3.3. Hệ số dẫn nhiệt của một số vật chất cấu tạo ñất 42
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của tỷ trọng và ñộ ẩm ñối với hệ số truyền nhiệt ñộ của ñất 43
Bảng 3.5. Biến thiên nhiệt ñộ hàng ngày của một số loại ñất, ñá tại Huế (
o

C) 45
Bảng 3.6. Biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm của ñất trồng chè Phú Hộ - Phú Thọ 47
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của việc làm luống tới nhiệt ñộ ñất 48
Bảng 3.8. Biến thiên nhiệt ñộ ngày theo khoảng cách từ bờ biển 52
Bảng 3.9. Nhiệt ñộ tối cao tuyệt ñối các tháng mùa nóng và năm (
0
C) 55
Bảng 3.10 Nhiệt ñộ tối thấp tuyệt ñối các tháng mùa lạnh và năm (
0
C) 56
Bảng 3.11 Tổng nhiệt ñộ trung bình, hoạt ñộng và hữu hiệu của ngô Bioseed 9670 59
Bảng 3.12 Chế ñộ nhiệt và bức xạ các vườn cà phê ở Khe Sanh (Quảng Trị) 59
Bảng 4.1. Cân bằng nước trên trái ñất hàng năm 62
Bảng 4.2. Hệ số tương quan giữa lượng mưa với thời gian sinh trưởng và các yếu
tố cấu thành năng suất ngô LVN10 vụ ðông ở ðBSH

82
Bảng 5.1. Cấp gió Beaufort (Theo Quy phạm quan trắc - Tổng cục KTTV 1994) 98
Bảng 6.1. Hiệu suất sử dụng bức xạ mặt trời trong ñiều kiện kỹ thuật tối ưu 106
Bảng 6.2. Bức xạ quang hợp các tháng ở một số nơi 107
Bảng 6.3. Một số chỉ tiêu nhiệt ñộ của cây trồng (
o
C) 111
Bảng 6.4. Giới hạn nhiệt ñộ tối thấp sinh vật học ( B
0
C) của cây trồng 112
Bảng 6.5. Nhu cầu nhiệt ñộ ñất của một số hạt giống cây trồng thời kỳ nảy mầm 113
Bảng 6.6. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến tốc ñộ sinh trưởng chiều dài của rễ ngô 113
Bảng 6.7. Tốc ñộ gió trong các lô cà phê có ñai rừng chắn gió ở Khe Sanh 118
Bảng 7.1. Tần số sương muối trung bình ở một số vùng . 121

Bảng 7.2. Quan hệ giữa hệ số C và ñộ ẩm tương ñối của không khí 122
Bảng 7.3. Mức ñộ gió khô nóng ở một số ñịa ñiểm vùng Bắc Trung Bộ 123
Bảng 7.4. Chỉ số khí tượng của các loại hạn không khí 125
Bảng 7.5. Tần suất hạn hán trong mùa khô ở Quảng Ngãi (%) 126
Bảng 7.6. Thiệt hại do lũ lụt gây ra ở miền Trung (Quảng Bình - Bình Thuận) 128
Bảng 7.7. Tần số bão, áp thấp nhiệt ñới ảnh hưởng trực tiếp (*) hay gián tiếp (**) 132
Bảng 8.1. Ngày mặt trời qua thiên ñỉnh ở các vĩ ñộ ñịa lý 135
Bảng 8,2, Ðộ cao mặt trời và ñộ dài ngày ở các vĩ ñộ ñịa lý 136
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


iv

Bảng 8.3. Tổng lượng bức xạ lý thuyết nhận ñược hàng năm ở các vĩ ñộ ñịa lý 136
Bảng 8.4. Một số ñặc trưng thời tiết ở Hà Nội khi có tín phong mùa ñông 137
Bảng 8.5. Một số ñặc trưng của không khí cực ñới thổi về Hà Nội
*
137
Bảng 8.6. Một số ñặc trưng của không khí vịnh Bengan trên lãnh thổ Việt Nam
*
139
Bảng 8.7 Ðặc trưng khái quát của gió mùa Ðông Nam Á trên lãnh thổ nước ta
*
139
Bảng 8.8. So sánh các ñặc trưng khí hậu ở một số ñịa ñiểm vùng nội chí tuyến 141
Bảng 8.9. Các khối không khí, thời kỳ ảnh hưởng và phạm vi tác ñộng 142
Bảng 8.10 Tổng lượng bức xạ mặt trời các tháng ở một số ñịa ñiểm 146
Bảng 8.11 Nhiệt ñộ không khí trung bình các tháng (
0
C) 148

Bảng 8.12 Biên ñộ trung bình ngày của nhiệt ñộ không khí (
0
C) 149
Bảng 8.13 Lượng mưa trung bình tháng (mm) 152
Bảng 8.14 Ðộ ẩm không khí tương ñối trung bình ở một số nơi (%) 153
Bảng 8.15 Tần số bão ñộ bộ vào bờ biển Việt Nam (cơn) 154
Bảng 8.16 Các ñặc trưng khí hậu trung bình năm ở một số nơi 155
Bảng 9.1. Sự thay ñổi vĩ ñộ ở một số nơi trong các thời ñại ñịa chất 166
Bảng 9.2. Ngày tan băng các thời kỳ trên các sông, hồ thuộc Bắc Âu 167
Bảng 9.3. Thời gian thu hoạch nho qua các thế kỷ ở Dijion, Pháp 167
Bảng 9.4. Biến ñổi khí hậu từ sau Công nguyên ñến thế kỷ XIX 168
Bảng 9.5. Số lượng các tác nhân ô nhiễm trên toàn thế giới trong năm 1992 170
Bảng 9.6. Thống kê hiện tượng En Nino từ 1949 ñến nay 180
Bảng 9.7. Chuẩn sai nhiệt ñộ trung bình của thập kỷ 1986 - 1995 (
0
C) 182
Bảng 10.1 Tiềm năng năng suất lúa tính theo các phương pháp khác nhau (tạ/ha) 191
Bảng 10.2 Nhu cầu nước, lượng nước tưới và mức giảm năng suất do nước gây ra 193
Bảng 10.3 Năng suất khoai tây ở các thời vụ có bức xạ quang hợp khác nhau 194
Phần thực tập
Bảng I.1. Tần số và tần suất (%) các nhóm nhiệt ñộ 216
Bảng II.1. Phương trình tương quan giữa số giờ nắng và bức xạ quang hợp 221
Bảng III.1. Lập bảng hiệu chính giản ñồ nhiệt ký 226
Bảng IV.1.

Bảng tra sức trương hơi nước bão hòa (Emb) và ñiểm sương (τ
0
C) 232
Bảng VI.1.

Xác ñịnh tốc ñộ gió theo vòng răng máy Wind-gauge 246

.

















Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

STT Tiêu ñề Trang
Hình 1.1. Sơ ñồ hệ mặt trời - trái ñất 10
Hình 1.2. Phổ bức xạ mặt trời ñi qua khí quyển xuống mặt ñất (Gates, 1965) 13

Hình 1.3. Sơ ñồ ñường ñi của tia sáng trong khí quyển 13
Hình 1.4. ðộ cao mặt trời và ñường ñi của tia sáng trong khí quyển 14
Hình 1.5. Sơ ñồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang 15
Hình 1.6. Phân bố trung bình năm của tổng xạ (Kcal/cm
2
/phút) 18
Hình 1.7. Sự phân bố cân bằng bức xạ trên trái ñất (Kcal/cm
2
/phút) 22
Hình 1.8 Quang phổ của bức xạ mặt trời 23
Hình 2.1. Nhiệt ñộ và khí áp trung bình ở các tầng cấu trúc của khí quyển 28
Hình 2.1. Quang hợp của cây thông và nồng ñộ CO
2
trong không khí 36
Hình 3.1. Biến thiên nhiệt ñộ ñất feralit trồng cà phê theo chiều sâu tại Tây Hiếu,
Nghệ An (Theo Fritland - 1968)

46
Hình 4.1 Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên 61
Hình 4.2 Vòng tuần hoàn nước trong giới hạn lục ñịa 62
Hình 4.3 Ðồ thị biểu diễn phụ thuộc của áp suất hơi nước bão hòa vào nhiệt ñộ 64
Hình 4.4 Mây hình thành trên front lạnh 75
Hình 4.5 Mây hình thành trên front nóng 75
Hình 4.6 Mây ti - Ci (Cirrus) 77
Hình 4.7 Mây ti tằng - Cs (Cirro - stratus) 77
Hình 4.8 Mây ti tích - Cc ( Cirro - cumulus) 77
Hình 4.9 Mây trung tằng - As (Alto - stratus) 77
Hình 4.10 Mây trung tích - Ac (Alto - cumulus) 78
Hình 4.11 Mây tằng - St (Stratus) 78
Hình 4.12 Mây tằng tích - Sc (Strato - cumulus) 78

Hình 4.13 Mây vũ tằng - Ns (Nimbo - stratus) 78
Hình 4.14 Mây tích - Cu (Cumulus) 78
Hình 4.15 Mây vũ tích - Cb (Cumulo - nimbus) 78
Hình 5.1 Biến trình khí áp theo ñộ cao 88
Hình 5.2 Khí áp kế thủy ngân 88
Hình 5.3. Sơ ñồ biến ñổi của áp suất khí quyển 88
Hình 5.4 Sơ ñồ chênh lệch bậc khí áp 90
Hình 5.5 Bản ñồ các ñường ñẳng áp trên mực nước biển 91
Hình 5.6 Sơ ñồ giải thích nguyên nhân sinh ra gió 92
Hình 5.7 Sơ ñồ giải thích chênh lệch nhiệt ñộ dẫn ñến chênh lệch khí áp 93
Hình 5.8 Sơ ñồ giải thích lực gradient khí áp 93
Hình 5.9 Tác dụng của lực làm lệch hướng do sự tự quay của trái ñất 94
Hình 5.10 Hướng của lực ma sát và hướng chuyển ñộng của không khí 95
Hình 5.11 Sơ ñồ giải thích lực ly tâm 95
Hình 5.12 Hoa gió xác ñịnh hướng gió 96
Hình 5.13 Xác ñịnh hướng gió bằng góc ñộ 96
Hình 5.14 Sơ ñồ hoàn lưu ñịa cầu 99
Hình 5.15 Sơ ñồ giải thích sự hình thành gió ñất - biển 100
Hình 5.16 Gió núi - thung lũng (ban ngày) 101
Hình 5.17 Sơ ñồ giải thích sự hình thành gió fohn 101
Hình 5.18 Hướng gió trong vùng khí áp cao 103
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


vi

Hình 5.19 Hướng gió trong vùng khí áp thấp 103
Hình 7.1 Ảnh vệ tinh chụp cơn bão Andriu ñổ bộ vào Florida (Mỹ) năm 1992 130
Hình 7.2 Sơ ñồ các dòng không khí và sự phát triển của mây trong vùng bão 131
Hình 7.3 ðường ñi của các cơn bão vào Việt Nam qua các tháng 132

Hình 8.1 Sơ ñồ vị trí trái ñất - mặt trời ngày 22/6

135
Hình 8.2 Bản ñồ phân bố khí áp mặt biển và hoàn lưu khí quyển tháng I (mb)

138
Hình 8.3 Bản ñồ phân bố khí áp mặt biển và hoàn lưu khí quyển tháng VII (mb)

140
Hình 8.4 Bản ñồ ñịa hình Việt Nam 144
Hình 8.5 Toán ñồ suất bảo ñảm ngày bắt ñầu và kết thúc mùa nóng (t
0
> 25
0
C) 147
Hình 8.6 Toán ñồ suất bảo ñảm ngày bắt ñầu và kết thúc mùa lạnh (t <
20
0
C) 151
Hình 9.1 Nêm nhiệt ở Thái Bình Dương trong ñiều kiện bình thường 175
Hình 9.2 Nêm nhiệt ở Thái Bình Dương trong ñiều kiện El Ninô 176
Hình 9.3 Những khu vực chịu tác ñộng mạnh của El Ninô mùa ñông 177
Hình 9.4 Những khu vực chịu tác ñộng mạnh của El Ninô mùa hè 177
Hình 11.1. Mô hình xoáy thuận 198
Hình 11.2 Mô hình xoáy nghịch 198
Hình 11.3. Bản ñồ thời tiết xoáy thuận 199
Hình 11.4. Bản ñồ Synốp 200
Phần thực tập
Hình I.1. Sơ ñồ Vườn quan trắc khí tượng 214
Hình I.2. Lều khí tượng 214

Hình II.1 Lux kế EA - 505 - 092 219
Hình II.2. Nhật quang ký 220
Hình II.3. Giản ñồ nhật quang ký 221
Hình III.1. Nhiệt kế thường (A); Bầu nhiệt kế tối cao (B); Vi quản nhiệt kế tối thấp

224
Hình III.2. Giá ñặt nhiệt biểu 225
Hình III.3. Nhiệt ký 225
Hình III.4. Giản ñồ nhiệt ký 225
Hình IV.1.

Nhiệt ẩm biểu lều 229
Hình IV.2.

Cách buộc vải 229
Hình IV.3.

Nhiệt ẩm biểu Assman 230
Hình IV.4.

Ẩm kế tóc 231
Hình IV.5.

ðồ thị hiệu chính (BKT-9) 231
Hình IV.6.

Ẩm ký 231
Hình IV.7.

Cấu tạo chi tiết ẩm ký 232

Hình V.1 Vũ kế và ống ño giáng thủy 235
Hình V.2. Vũ lượng ký 236
Hình V.3. Ruột vũ lượng ký 236
Hình V.4. Giản ñồ vũ ký 237
Hình V.5 Ống Piche 239
Hình V.6. Thùng GGI 3000 239
Hình V.7. Ống ño lượng bốc hơi 240
Hình V.8. Thùng ño giáng thủy GGI-3000 240
Hình VI.1.

Khí áp kế thủy ngân 243
Hình VI.2.

Khí áp kế hộp rỗng 244
Hình VI.3.

Nhiệt cao kế 244
Hình VI.4.

Máy ño gió Wind-gauge 245
Hình VI.5.

Máy ño gió cầm tay 246
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


vi
i

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


1

A. NHỮNG VẤN ðỀ CHUNG CỦA MÔN HỌC

1. MỐI QUAN HỆ GIỮA KHÍ HẬU VÀ SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP

Sản xuất nông nghiệp bị chi phối rất nhiều bởi ñiều kiện ngoại cảnh vì ñối tượng của
nó là sinh vật. Trong các yếu tố ngoại cảnh như khí hậu, ñất, nước, con người và sinh vật khác
thì khí hậu ñược coi là yếu tố tác ñộng trực tiếp và thường xuyên nhất ñối với sinh vật. Trong
thời ñại ngày nay, do những hoạt ñộng công nghiệp ngày càng gia tăng, khí hậu ñang biến ñổi
theo chiều hướng bất lợi. Vì vậy, vấn ñề sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu ñang là một thách
thức với con người trước mọi hoạt ñộng trong ñó có sản xuất nông nghiệp. ðể hiểu rõ tầm
quan trọng vấn ñề sử dụng bền vững tài nguyên khí hậu, chúng ta cần tìm hiểu mối quan hệ
giữa khí hậu và sản xuất nông nghiệp.

1.1. Sự phân bố sinh vật trên trái ñất phụ thuộc vào ñiều kiện khí hậu.

Như chúng ta ñã biết, trên bề mặt trái ñất ở các vùng khác nhau có những ñặc ñiểm khí
hậu khác nhau. Mỗi vùng khí hậu ñược quyết ñịnh do ñiều kiện ñịa lý và vật lý riêng của
chúng. Người ta ñã phân biệt các ñới khí hậu với những ñặc ñiểm riêng biệt rõ nét về chế ñộ
bức xạ, chế ñộ nhiệt, chế ñộ mưa, ẩm Ngay trong mỗi ñới khí hậu thì tùy thuộc vào ñiều
kiện của mỗi nước, mỗi vùng khí hậu, thời tiết khác nhau rất xa Do ñặc ñiểm khí hậu, sinh
vật ñược phân bố một cách phù hợp. Các loài sinh vật, ngay cả các giống trong cùng một loài
cũng có thể chỉ sinh trưởng, phát triển tốt trong mỗi vùng khí hậu nào ñó. Không phải ngẫu
nhiên mà sinh vật chỉ lựa chọn ñiều kiện khí hậu cho riêng mình như vậy. Ngược lại, chính
ñiều kiện khí hậu diễn ra hàng ngàn năm nay ñã lựa chọn chủng loại sinh vật phù hợp cho nó.
Ngoài ra, sinh vật cũng tìm cách thích nghi dần với ñiều kiện khí hậu mà nó sinh sống. Tuy

nhiên, những biến ñổi thất thường của ñiều kiện khí hậu ñã tiêu diệt nhiều cá thể có sức khỏe
yếu ñể dần dần lựa chọn ñược những cá thể và chủng loại sinh vật phù hợp nêu trên Kết quả
là nhiều loại sinh vật chỉ phân bố hẹp trong những ñiều kiện khí hậu rất riêng mà khó có thể di
chuyển sang những vùng khí hậu khác ñược.
Theo nhà chọn giống cây trồng người Nga Vavilốp, ngay từ xa xưa trên trái ñất ñã
hình thành nhiều Trung tâm khởi nguyên về giống cây trồng ở các vùng khí hậu khác nhau.
Theo các nhà khoa học, vùng ðông Nam Á là vùng có khí hậu nhiệt ñới, gió mùa với tài
nguyên nhiệt, bức xạ dồi dào, lượng mưa và ñộ ẩm cao ñã hình thành Trung tâm khởi nguyên
loài lúa nước (Oryza Sativa). Tương tự như vậy, có rất nhiều cái nôi của những giống cây
trồng, vật nuôi ñược gọi là các Trung tâm khởi nguyên như Trung Quốc, Trung Á, ðịa Trung
Hải, Trung ðông, Abixini, Trung Mỹ, Nam Mỹ Không phải ngẫu nhiên mà các nền văn
minh từ cổ ñại ñến hiện ñại chỉ hình thành và phát triển ở những vùng ñịa lý riêng của nó.
Cách ñây 5 - 6 ngàn năm, vùng Cận ðông ñã tồn tại nền văn minh Lưỡng hà rực rỡ, ở Trung
Mỹ là nền văn minh Maya , sự phát triển và suy vong của các nền văn minh ñó ñều có bàn
tay của khí hậu. Các vùng sa mạc của vùng Cận ðộng rộng lớn ngày nay chính là những khu
vực ñất ñai màu mỡ ngày xưa. Xyry trước ñây là một vùng nguyên liệu cung cấp cho Ai Cập
nhiều loại gỗ quý và cho La Mã nho và cọ dầu. Hy Lạp xưa kia phồn vinh và nổi tiếng với
cảnh quan trù phú, núi xanh và ñồng ruộng phì nhiêu xã hội ñạt tới một trình ñộ văn minh
tuyệt ñỉnh. ðây chính là một chặng dừng chân của con ñường tơ lụa từ ðông sang Tây. Ngày
nay, vùng này chỉ là một vùng ñịa lý bình thường với những ngọn ñồi trơ trụi, ñất ñai khô cằn
ñang sa mạc hóa. Một nguyên nhân quan trọng là sự thay ñổi của khí hậu ở khu vực này trong
suốt nhiều thiên niên kỷ qua từ ẩm ướt sang khô hạn. .

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


2

1.2. Khí hậu là yếu tố quyết ñịnh chất lượng nông sản phẩm.

Trên thế giới, trong mỗi Quốc gia ñều có những vùng cây trồng ñặc sản. Do ñiều kiện
ñất ñai, khí hậu riêng mà thiên nhiên ñã ban tặng, loại cây trồng ñặc sản không những cho
phẩm chất ñặc biệt mà năng suất cũng rất cao. Khí hậu là môi trường gắn liền với ñất ñai và
liên hệ tới cây trồng. Các yếu tố khí hậu như năng lượng bức xạ mặt trời, nhiệt ñộ, ñộ ẩm
không khí, lượng mưa, bốc hơi thường ñược phối hợp tác ñộng khá tinh vi ñối với các loại
men sinh học trong các tế bào ñể tổng hợp hay phân giải các chất hữu cơ tạo nên chất lượng
nông sản. Bức xạ mặt trời là nguồn cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp, tổng hợp
các chất. Nhiệt ñộ, ñộ ẩm và biên ñộ ngày ñêm của chúng trong những trường hợp thuận lợi
ñã ñiều chỉnh, gia giảm ñể tổng hợp nên những chất thơm, alcaloid, tanin, vitamine, ñường
bột, protein, lipid hay một chất hoạt tính riêng nào ñó. Trong nghệ thuật nấu ăn người dầu bếp
ñã từng gia giảm các chất gia vị ñể tạo ra các món ăn nổi tiếng của ñịa phương mình. ðối với
khí hậu cũng như người ñầu bếp vậy, nó cần mẫn ñiều chỉnh chút nắng, chút gió, chút sức
nóng hay ñộ lạnh ñể có một sản phẩm riêng của nó Còn các loại cây ñặc sản thì tiếp nhận sự
gia giảm tác ñộng của các yếu tố khí hậu ñể tạo nên những trái thơm, quả ngọt.
Không phải ngẫu nhiên miền núi lại có những loại dược liệu chất lượng cao từ cây
trồng, vật nuôi. ðể có sản phẩm hàng hóa, con người ñã tiến hành sản xuất dược liệu ngay ở
vùng ñồng bằng khí hậu ôn hòa với năng suất cao nhưng ñã không tạo ra ñược sản phẩm chất
lượng cao. Khí hậu khắc nghiệt ñối với chất lượng dược liệu cũng giống như ñặc tính chữa
bệnh của dược liệu là “ thuốc ñắng” thì “dã tật”. Ở miền núi, các yếu tố khí hậu thường biến
ñộng rất nhiều: ban ngày trời nắng, nóng, ban ñêm trời lạnh; ñộ ẩm không khí lúc cao, lúc
thấp. ðặc biệt trong chế ñộ mưa, ẩm thì phân biệt rõ thời kỳ mưa nhiều, thời kỳ mưa ít
Chính do hình thành và tích lũy các chất dược hoạt tính trong những ñiều kiện ñó mà cây
dược liệu ñã cho chất lượng cao.
Ở miền Bắc ñối với cây mía, nông dân ñã tổng kết: “Mía tháng bảy ñường chảy lên
ngọn”. Từ tháng bảy âm lịch, khí hậu ở miền Bắc bắt ñầu chuyển sang tiết heo may (ảnh
hưởng của trung tâm khí áp cao cận chí tuyến): trời trong xanh, không một gợn mây, ban ngày
tròi nắng, ban ñêm se lạnh, ñộ ẩm không khí thấp Từ ñộ tiết Thu sang thì cây cối bước vào
thời kỳ tích lũy các chất dinh dưỡng, chất lượng mía và hoa quả ñều tăng lên ñáng kể. Biên ñộ
nhiệt ñộ ngày ñêm cao ñã tạo ñiều kiện cho các loại men tổng hợp ñường saccaroza hoạt ñộng
tốt còn men hô hấp, phân giải thì hoạt ñộng yếu ñi.

Còn một ví dụ nữa về sự chi phối của khí hậu ñối với chất lượng nông sản phẩm. Ở
các tỉnh vùng ðồng bằng Bắc Bộ thường biết rất rõ về chất lượng của cơm, gạo lúa vụ mùa.
ðặc sản ở một số nơi ñã nổi tiếng về “cơm niêu ñất, thổi gạo mùa”. ðể có thứ cơm ñó người
ta thường phải chọn loại gạo hạt trong, không bị bạc bụng, ñó là gạo lúa vụ mùa. Do thời gian
làm hạt vào tháng 9, tháng 10 có thời tiết heo may như trên mà chất lượng cơm gạo lúa mùa
hơn hẳn so với lúa vụ chiêm, xuân (xét cùng một giống). Lúa vụ chiêm, xuân thì làm hạt vào
tháng 4, tháng 5, với thời tiết nhiều mây, nóng nực, biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm thấp mà ñộ ẩm
không khí cao ðó là ñiều kiện thường làm cho cây trồng tích lũy dinh dưỡng kém, hô hấp
mạnh.
Khi bước tới vườn cây ăn quả, nếu bạn muốn hái một quả thơm ngon thì hãy chọn
những quả ở ñầu cành, trên một cây ở giữa vườn nhiều nắng, nhiều gió, không bị che khuất
bởi tán của những cây khác. ðó chính là chất lượng mà khí hậu ñã ban tặng bạn.

1.3. Quan hệ giữa khí hậu và ñất ñai

Theo các tiêu chuẩn ñành giá ñất ñai của Tổ chức Nông nghiệp, lương thực Quốc tế
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


3

(FAO) thì khí hậu là chỉ tiêu hàng ñầu cần ñược nghiên cứu. Trong Quy trình ñánh giá ñất ở
Việt Nam, các công ñoạn từ xây dựng bản ñồ ñơn vị ñất ñai (LMU), xác ñịnh loại hình sử
dụng ñất (LUT) cũng cần phải nghiên cứu rất kỹ ñiều kiện khí hậu. Khí hậu hàng ngày,
hàng giờ có ảnh hưởng tới ñất ñai. Trong quá trình hình thành ñất, các yếu tố khí hậu như bức
xạ mặt trời, nhiệt ñộ, lượng mưa, ñộ ẩm ñã tác ñộng không chỉ tới thành phần nông hóa mà
còn ảnh hưởng tới cấu trúc ñất, thành phần cơ giới của ñất ðất không xuất hiện ñột ngột từ
ñá mẹ mà phát triển từ từ dưới ảnh hưởng của khí hậu và sinh vật sống trên ñó. Tùy theo các
vùng khí hậu khác nhau mà hình thành nhiều loại ñất khác nhau. Ở vùng nhiệt ñới, sự phân
hủy ñá mẹ xảy ra với cường ñộ mạnh hơn nhiều so với các vùng ôn ñới. ðất nhiệt ñới có

khuynh hướng rửa trôi rất mạnh dioxit silic và tích tụ các ôxit sắt, nhôm, mangan làm cho ñất
có màu vàng ñỏ. Cùng với dioxit silic, các chất dễ tan, chất màu mỡ cũng bị rửa trôi, xói mòn
làm cho ñất trở nên nghèo dinh dưỡng ñối với cây trồng. Các loại ñất feralit của vùng nhiệt
ñới có các tiểu phần riêng biệt rất mảnh nhưng thường ñược gắn chặt với nhau thành những
hạt nhỏ như cát (hạt cát giả) nên ít dẻo, nhẹ, ít trương khi bị thấm nước và rất dễ cày. Các loại
ñất này nếu gặp ñiều kiện khí hậu khô hạn thì rời rạc, không có kết cấu và gây ra hiện tượng
bị xói mòn do gió. Ví dụ, khoảng năm 1935 ở Hoa kỳ, người ta ñã phải kéo còi báo ñộng vì
những cơn lốc bụi (dust bowls). Trên những ñồng bằng rộng lớn vùng Têchzat bị khô hạn
nghiêm trọng, ñất ñai bị vỡ vụn dưới chân của ñàn gia súc và biến thành bụi, bị gió tung lên
mù mịt không trung. Các khu ñất màu mỡ trước ñó ñã biến thành những ñụn cát trên sa mạc.
ðất thường ñược che phủ bởi thảm thực vật nên nước mưa không rơi trực tiếp làm phá
vỡ kết cấu ñât. Ở tầng canh tác, ñất ñược bảo vệ bởi hệ thống rễ cây, tạo thành một “miếng
bọt biển” khổng lồ hút vào và giữ lại nước mưa ñể chúng có thể ngấm dần xuống mạch nước
ngầm rồi mới chảy ra sông, ra suối. Nếu thực bì bị tiêu diệt thì nước sau những trận mưa sẽ
không ñược giữ lại mà chảy tràn trên mặt ñất, gây ra sự xói mòn ñất. Theo số liệu ñiều tra của
FAO, trong mỗi thế kỷ có trên 1/4 ñất nông nghiệp ñã bị thoái hóa do khí hậu và sự sử dụng
không hợp lý của con người. Hàng năm nước mưa có thể cuốn trôi hơn 3 tỷ tấn chất hữu cơ
trên mặt ñất. Ở Trung Quốc, hàng năm hiện tượng xói mòn ñã mang ñi khoảng 2,5 tỷ tấn ñất
màu mỡ ñổ vào các con sông Hoàng Hà, Hoàng Hải. Ở nước ta, mỗi năm những trận mưa rào
cũng ñã cuốn ñi hàng triệu tấn ñất vào các dòng sông rồi ñổ ra biển. Lượng ñất này bị mất ñi
mà không bao giờ có thể hoàn lại ñược

1.4. Khí hậu và mùa vụ sản xuất.

Khác với sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp có tính thời vụ. Do yêu cầu khác
nhau về ñiều kiện khí hậu của mỗi loại cây trồng mà nó chỉ sinh trưởng, phát triển tốt và cho
năng suất cao ở một giai ñoạn khí hậu nào ñó trong một năm. Nếu gieo trồng trái mùa vụ thì
con người sẽ không ñạt ñược những mong muốn của họ. Trong quá trình sản xuất người nông
dân ñã có những kinh nghiệm canh tác ñối với mỗi loại cây trồng trên những thời vụ nhất
ñịnh. Ở Việt Nam, hàng năm người ta thường tiến hành từ 2 ñến 4 vụ trồng trọt ñối với loại

cây lương thực và cây công nghiệp ngắn ngày. ðối với các loại cây ăn quả lâu năm thì hàng
năm thường ñược một mùa thu hái. Thời vụ ñược hình thành như vậy và yếu tố chủ yếu quyết
ñịnh thời vụ cây trồng là khí hậu.
Do sản xuất nông nghiệp mang tính thời vụ nên mọi hoạt ñộng khác của người nông
dân cũng dần dần hình thành tính thời vụ. Chúng ta ñều biết ñến vấn ñề sử dụng lao ñộng ở
nông thôn thường gặp nhiều khó khăn do tính thời vụ. Mỗi năm, ở nông thôn thường có thời
kỳ “ñông vụ” rất căng thẳng về lao ñộng và thời kỳ “nông nhàn” dư thừa lao ñộng. ðiều này
ảnh hưởng không những ở nông thôn mà ngay cả tới các thành phố nữa. Vào thời kỳ “nông
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


4

nhàn” người nông dân thường ñổ ra các thành phố ñể tìm việc làm ñã gây ra các hiện tượng
xã hội nan giải như ùn tắc giao thông, gia tăng các tệ nạn khác
Tính thời vụ của sản xuất nông nghiệp ñã hình thành nên các phong tục, tập quán ở
mỗi làng quê. Từ xa xưa vùng ñồng bằng Bắc Bộ ñã truyền miệng những tập quán tốt, xấu
gắn liền với thời kỳ nông nhàn như: “Tháng giêng là tháng ăn chơi, tháng hai cờ bạc, tháng ba
hội hè ”.
Người ta cũng ñã nhận thấy rằng, ngay trong các lĩnh vực văn hóa, văn học, nghệ thuật
cũng có bóng dáng của khí hậu. Chúng ta chắc cũng ñã nghiệm thấy trong các bài thơ hay các
tác phẩm văn học, nghệ thuật nổi tiếng thường mang những nét ñặc sắc riêng của những vùng
xuất xứ của nó. Cuối cùng trong mỗi tác phẩm ñó cũng ñã cho ta thấy rõ ñiều kiện khí hậu của
chính nơi xuất xứ của nó.

2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP

2.1. Lược sử Khí tượng Thế giới

Nông nghiệp là hoạt ñộng sản xuất xuất hiện sớm nhất của loài người. Ngay từ buổi

ban ñầu trong lao ñộng sản xuất nông nghiệp con người ñã phải ñối mặt với thiên nhiên vô
cùng khắc nghiệt, ñặc biệt là thời tiết và khí hậu. ðứng trước những hiện tượng thiên nhiên kỳ
vĩ, con người cổ xưa chưa thể hiểu biết ñược bản chất của nó nên ñã giải thích bằng những
sức mạnh của ðấng tối cao. Trên thế giới, hầu như tất cả mọi nền văn minh cổ ñại ñều tồn tại
những vị thần linh cai quản các công việc của trời ñất trong tín ngưỡng của loài người như
Thần mặt trời, Thần gió, Thần mưa, Thần sấm Con người rất cần sự giúp ñỡ của các vị Thần
ñó ñể tạo niềm tin chiến thắng mọi sức mạnh của thiên nhiên. Bên cạnh ñó, trong sản xuất
nông nghiệp từ xa xưa con người cũng ñã tích luỹ ñược nhiều kinh nghiệm về dự ñoán thời
tiết, bảo vệ mùa màng, chế ngự thiên tai. Có thể coi những cao dao, tục ngữ về thời tiết, khí
hậu là những mầm mống ñầu tiên của công cuộc nghiên cứu khí hậu học của loài người tuy
những kinh nghiệm như vậy còn rất thô sơ và có thể còn nhiều sai lầm do ảnh hưởng của tôn
giáo
Những nhà tư tưởng Hy lạp là những người ñầu tiên ñưa ra ñược sự giải thích logic về
các hiện tượng tự nhiên, về thế giới và nguồn gốc của nó. Thế kỷ VI TCN, nhà thông thái
người Hy lạp Thales ñã biết tính trước nhật thực. Một thế kỷ sau, Anarxagore ñã khẳng ñịnh
mặt trời, mặt trăng không phải là những Thần linh. Ngay từ năm 384 trước công nguyên
G.Aristot ñã viết cuốn sách “Bầu trời” (The Sky) cho rằng mọi vật ñều do các yếu tố cấu tạo
thành, ñó là ñất, không khí, nước và lửa. Ông cho rằng mỗi yếu tố ñều có vận ñộng riêng.
Thời tiết là những biến tướng của các yếu tố xảy ra hàng ngày quanh chúng ta. Chúng ta có
thể coi ñây là một tác phẩm khí hậu ñầu tiên của loài người mặc dù nhiều hiện tượng thời tiết
ñược mô tả và giải thích theo quan ñiểm ñã lỗi thời của Aristot. Năm 130 Ptôlêmê ñưa ra
“Thuyết ñịa tâm” cho rằng trái ñất là trung tâm của vũ trụ, quay xung quanh trái ñất là vành
ñai các vì sao cố ñịnh, ngoài cùng là Thượng ñế tối cao ñiều khiển mọi hoạt ñộng của mặt ñất
và các vì sao. Thuyết Ptôlêmê tồn tại 14 thế kỷ ñã giúp cho các tôn giáo củng cố thế lực của
họ. Thời gian này những tầng lớp thống trị như giới quý tộc và nhà thờ Thiên chúa giáo ñã
ngăn chặn mọi tiến bộ của khoa học. Thời Trung cổ những thế lực này ñã dựa vào thần quyền
ñể trình bày những ý kiến của họ như là những chân lý do Chúa mách bảo.
Cơn gió lớn thời Phục Hưng ñã quét sạch những ñiều khẳng ñịnh của Tôn giáo. Năm
1543 nhà thiên văn học người Ba Lan là Nicolas Copécnic (1473 - 1543) chỉ vài ngày trước
khi chết ñã ñưa ra “Thuyết Nhật tâm” cho rằng mặt trời là trung tâm của vũ trụ, có 9 hành tinh

quay xung quanh mặt trời trong ñó có trái ñất. Thuyết nhật tâm ñã ñả phá quan ñiểm sai lầm
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


5

của Ptôlêmê và chống lại uy quyền của Tôn giáo. Phát hiện gây chấn ñộng này ñã bị các nhà
tư tưởng bác bỏ vì nó trái với giáo lý của nhà thờ. Từ thời Phục Hưng trỏ ñi các “chân lý” của
nhà thờ ñược xem xét lại và khoa học lại tiếp tục những bước ñi khổng lồ của nó.
Thế kỷ thứ XVI, Galilê ñã sáng chế ra kính thiên văn và nhiệt kế. Năm 1644 Torixenly chế
tạo ra khí áp kế và chứng minh ñược không khí có trọng lượng. 1649 Torixenly ñã quan sát
thấy khi áp suất khí quyển giảm thì sau ñó thời tiết thường là không ổn ñịnh, có gió và mưa.
Năm 1783 tại Pháp, anh em nhà Montgolfier ñã chế tạo ra khí cầu bằng không khí nóng. Sau
này người ta dúng hydro ñể thay không khí nóng và ñến 1930 thì khinh khí cầu trở thành
những phi thuyền chuyên chở hành khách trên tuyến ñường giữa châu Âu và Nam Mỹ. Thế kỷ
XVIII (năm 1785) Lavoisier ñã phát hiện ra ôxy và khí cacbonic.
Nhà bác học Nga vĩ ñại Lômônôxốp từ thế kỷ XVIII ñã chế tạo ra nhiều thiết bị khí tượng.
Ông ñã có nhiều công trình nghiên cứu về vật lý khí quyển, khí hậu ñối với sản xuất và ñời
sống.
Tiếp theo nhiều nhà bác học Nga khác như P.I. Brơunôp, A.I. Vôâycôp ñã tổ chức
mạng lưới nghiên cứu khí tượng nông nghiệp khắp nước Nga vào khoảng cuối thế kỷ XIX và
sau ñó cho toàn Liên bang Xô Viết. Liên Xô rất thành công trong việc ñánh giá tiềm năng khí
hậu ñất nước ñối với nông nghiệp, phân vùng khí hậu nông nghiệp, sử dụng tài nguyên khí
hậu phục vụ các ngành kinh tế quốc dân; ðặc biệt các nhà khoa học Liên Xô có nhiều thành
công trong việc phòng chống thiên tai như băng giá, bão tuyết, dự báo khí tượng nông nghiệp.
Ở Mỹ, nhà bác học B.Lêvingstơn ñã có nhiều công trình nghiên cứu về ñánh giá và xử lý tiềm
năng khí hậu ñất nước phục vụ sản xuất và ñời sống, ñặc biệt trong lĩnh vực dự báo khí tượng
nông nghiệp. Các nhà khoa học Mỹ ñã ñạt ñược ñộ chính xác tới trên 90% ñối với dự báo sâu
bệnh hại, dự báo năng suất bông, lúa mì và hàng loạt cây trồng khác.
Ở Pháp nhà bác học Gasparene ñã thành công trong việc nghiên cứu các phương

pháp sử dụng tiềm năng khí hậu phục vụ sản xuất như bức xạ mặt trời. Nhiều ngành sản xuất
nông nghiệp của Pháp nhờ áp dụng các thành tựu về khí tượng nông nghiệp ñã có những bước
phát triển mạnh mẽ về sản lượng và phẩm chất như nho, hướng dương, lúa mì và củ cải
ñường.
Nhà bác học Ý Assi ñã mô hình hoá mối quan hệ phức tạp giữa ñiều kiện khí tượng và sinh
vật, ứng dụng rất có hiệu quả trong việc dự báo khí tượng nông nghiệp, xác ñịnh vùng sinh
thái cho các loại cây trồng.
Ngành Khí tượng Nông nghiệp thế giới chính thức ñược thành lập từ năm 1921, ñặt
trụ sở tại Rome (Italia). ðể hoạt ñộng phục vụ sản xuất nông nghiệp có hiệu quả, Tổ chức Khí
tượng Nông nghiệp thế giới ñược ñặt trong cơ quan Lương thực và Nông nghiệp thế giới
(Food and Agricultural Organization - FAO) dưới sự hợp tác về chuyên môn của Tổ chức Khí
tượng thế giới (World Meteorological Organization - WMO).
Sau này, mạng lưới nghiên cứu của Tổ chức Khí tượng Nông nghiệp thế giới ñược
phát triển rộng khắp ở các châu lục như: Viện nghiên cứu lúa Quốc tế (IRRI) tại Philippin,
Israel, Mỹ, Ucraina Nhờ mạng lưới nghiên cứu này, Khí tượng Nông nghiệp ñã phục vụ ñắc
lực cho sản xuất nông nghiệp ở các khu vực. ðến nay, Hội thảo khoa học về Khí tượng Nông
nghiệp ñã ñược tổ chức ở nhiều nước. Trong các cuộc hội thảo này, các nhà khoa học các
nước ñã ñạt ñược nhiều thoả thuận về phương pháp nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp, tổ
chức mạng lưới nghiên cứu ở các quốc gia, nối mạng thông tin và ñào tạo cán bộ
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của các ngành khoa học khác như toán học, vật lý,
thiên văn học ngành vũ trụ học cũng từng bước phát triển rực rỡ. Ngày 4 tháng 10 năm 1957
Liên Xô ñã phóng Vệ tinh nhân tạo ñầu tiên vào thăm dò vũ trụ. Ngày 12 tháng 4 năm 1961
nhà du hành người Nga Iuri Gagarin ñã bay vào vũ trụ, mở ñầu cho kỷ nguyên chinh phục vũ
trụ của con người. Nga và Mỹ là những nước tiên phong ñặt chân lên mặt trăng và phóng các
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


6

vệ tinh thăm dò sao hỏa, sao kim, sao mộc ñể thu thập các tài liệu khoa học về vũ trụ. Các

chương trình Quốc tế nghiên cứu vũ trụ và khí hậu bề mặt trái ñất phục vụ con người như
chương trình COSPAS SARSAT, chương trình NASA Hiện nay nhờ các bức ảnh thu ñược
từ vệ tinh chúng ta có thể nghiên cứu sâu hơn về thời tiết và khí hậu trên bề mặt trái ñất. Vấn
ñề trang bị kỹ thuật hiện ñại cho nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp ngày càng ñược chú ý.
Việc ứng dụng kỹ thuật vi tính vào công việc khảo sát, quản lý số liệu là một bước phát triển
quan trọng của Khí tượng Nông nghiệp.
Những kết quả nghiên cứu ứng dụng Khí tượng Nông nghiệp ñã giúp cho nhiều quốc
gia tự giải quyết nạn thiếu lương thực ở khu vực sa mạc Sahara (Châu Phi). Ở các nước này
hàng năm mưa rất ít, lượng bốc hơi nước nhiều, tình trạng hạn hán nghiêm trọng xảy ra liên
tục, làm thất thu nông nghiệp dẫn ñến thiếu lương thực, thực phẩm. Dự báo mùa màng dựa
vào ñộ ẩm ñất và những giải pháp khắc phục ñã giúp các nước này hạn chế ñược tác hại của
hạn hán, tự túc khá ổn ñịnh tới 50% nhu cầu lương thực hàng năm. Những kết quả nghiên cứu
ñó ñã góp phần xây dựng và làm phong phú kho tàng lý luận của Ngành Khí tượng Nông
nghiệp thế giới. Ở khu vực ðông Nam Á, với sự giúp ñỡ của FAO, WMO mà trực tiếp là các
nhà khoa học như M. Frère, G.F. Popôp, L.K. Oldeman Khí tượng Nông nghiệp ñã có
những ñóng góp quan trọng vào việc tăng năng suất cây trồng, giữ vững mức an toàn lương
thực, thực phẩm cho vùng. ðáng chú ý là kết quả nghiên cứu phát triển Hệ thống canh tác nền
lúa ở các ñịa bàn ñủ nước và thiếu nước của Thái Lan, Inñônexia, Malaixia, Philippin bằng
những giải pháp về thời vụ và sử dụng cây trồng chịu hạn
Ngày nay, một vấn ñề lớn ñặt ra ñó là khí hậu trái ñất ñang có những biến ñổi không
thuận lợi ñối với sản xuất và ñời sống như việc nhiệt ñộ không khí tăng lên, dâng mực nước
biển, giảm sút nguồn nước ngọt Hơn nữa, dân số thế giới lại ñang bùng nổ mãnh liệt, nạn
ñói ñang ñe doạ trên phạm vi toàn cầu. Con người phải làm gì ñể ñối phó với các biến ñổi khí
hậu, giữ vững cân bằng sinh thái ? ðó là câu hỏi lớn ñặt ra trước các nhà khoa học, các nhà
khí tượng nông nghiệp thế giới.

2.2. Lược sử phát triển Khí tượng nông nghiệp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, từ xa xưa người nông dân ñã có nhiều kinh nghiệm về sản xuất và thời
tiết phục vụ cho nghề trồng trọt, nghề chài lưới và nghề làm muối. Từ thế kỷ XIII, trong Binh

thư yếu lước của Trần Hưng ðạo ñã có những ghi chép và nhận ñịnh về tình hình khí hậu, ñịa
lý. Tác phẩm Dư ñịa chí của Nguyễn Trãi (thế kỷ XV) ñã mô tả chi tiết ñiều kiện ñịa lý, khí
hậu, nhân văn ở nhiều ñịa phương trong cả nước như Thăng Long, Phố hiến, Thiên Trường
Nhiều tài liệu còn lưu giữ lại của các nhà bác học như Lê Quí ðôn, Ngô Thời Sỹ, Nguyễn
Nghiễm ñã cho thấy trước ñây việc quan sát khí hậu và thời tiết, ñặc biệt là vấn ñề nông lịch
và mùa vụ ñã ñược chú ý rất nhiều. ðặc biệt là 2 cuốn “ Việt sử thông giám cương mục” và
“Lịch triều hiến chương loại chí” ñã ghi chép về khí hậu, thiên tai và hiện tượng thời tiết ñặc
biệt. Thế kỷ XVIII Hải Thượng Lãn Ông ñã có sáng kiến lập mạng lưới quan sát khí hậu và
nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu tới sinh lý, bệnh lý. Các tài liệu ñó cho ñến ngày nay vẫn
còn nguyên giá trị. Việc khảo sát khí hậu ở Việt Nam ñã ñược tiến hành từ trên một trăm năm
nay bằng các máy ño ñạc ñịnh lượng. Việc lập ra các trạm khí tượng ñầu tiên do người Pháp
tiến hành ở những nơi có nhiều tiềm năng phát triển kinh tế nhằm mục ñích khai thác thuộc
ñịa. Phần lớn các trạm khí tượng ñến nay ñã có dãy số liệu quan trắc trên 60 năm.
Ở Việt Nam công tác nghiên cứu khí tượng nông nghiệp ñã ñược bắt ñầu từ lâu. ðặc
biệt từ năm 1954, Nhà nước Việt Nam Dân chủ Cộng hòa ñã thành lập cơ quan Khí tượng
Quốc gia với hệ thống các ñài trạm nghiên cứu khí tượng. Lúc ñầu, những nghiên cứu khí
tượng nông nghiệp ñược tiến hành bởi các chuyên gia thuộc phòng Nghiên cứu khí hậu. Năm
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


7

1960, Phủ Thủ tướng ñã ký quyết ñịnh thành lập phòng Khí tượng nông nghiệp thuộc Nha
khí tượng. Phòng Khí tượng nông nghiệp vì thế ñã ñược tách ra từ phòng Nghiên cứu khí hậu.
Phòng Khí tượng nông nghiệp có một mạng lưới quan trắc khí tượng nông nghiệp trên cả
nước và một ñội ngũ cán bộ nghiên cứu chuyên sâu khá hùng hậu. Nhiều quy trình khảo sát
cơ bản về khí tượng nông nghiệp ñã ñược phòng Khí tượng nông nghiệp thuộc Nha khí tượng
hoặc Tổng cục Khí tượng - Thủy văn trước ñây, Trung tâm nghiên cứu Khí tượng nông
nghiệp, Viện Khí tượng - Thuỷ văn ngày nay soạn thảo và áp dụng. Ở các tỉnh có các ñài trạm
khí tượng nông nghiệp quan trắc các ñiều kiện khí tượng và vật hậu. Ngành khí tượng nước ta

ñã gia nhập Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), ñã ñược Tổ chức khí tượng thế giới tài trợ
kinh phí ñể nghiên cứu và xây dựng cơ bản. Một số dự án ñã ñược xây dựng và ñang triển
khai. Sự giúp ñỡ của Liên Xô (cũ) ñối với ngành khí tượng nước ta, trong ñó có khí tượng
nông nghiệp rất có hiệu quả. Viện nghiên cứu khí tượng nhiệt ñới và bão ñược xây dựng nhờ
sự hợp tác với Liên Xô ñã tiến hành nhiều chương trình lớn như nghiên cứu bão và tác hại của
nó ñối với sản xuất và ñời sống.
Bên cạnh ñó, nhiều ñề tài khí tượng nông nghiệp ñã ñược thực hiện như nghiên cứu
ñiều kiện khí tượng ñối với một số cây trồng chính (lúa, ngô, ñậu tương, lạc, bông, cao su, cà
phê). Một số ñề tài lớn ñược thực hiện như ñánh giá tiềm năng khí hậu nông nghiệp ñất nước,
phân vùng khí hậu nông nghiệp, bước ñầu lập ra ñược những bản tin dự báo khí tượng nông
nghiệp ñạt ñộ chính xác cho phép ñối với nhiều vùng.
Thành tựu lớn nhất của ngành khí tượng thuỷ văn Việt Nam là:
- Khảo sát ñánh giá tài nguyên khí hậu, thuỷ văn. Xây dựng Atlat quốc gia và Tuyển tập số
liệu khí tượng - thuỷ văn phục vụ ñắc lực cho việc quy hoạch phát triển kinh tế.
- Dự báo thời tiết ngắn hạn và hạn vừa có ñộ chính xác cho phép. ðặc biệt là dự báo nhiệt ñộ
và thời tiết mùa ñông, dự báo thiên tai, hạn hán, bão, lụt, gió mùa và sương muối, giải pháp
khắc phục.
- Nghiên cứu khí tượng phục vụ sản xuất nông nghiệp như cơ cấu mùa vụ, thời vụ gieo cấy,
chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh và thu hoạch.
- Nghiên cứu về sự ô nhiễm môi trường, kiểm kê khí hiệu ứng nhà kính, biến ñổi khí hậu và
hệ quả của biến ñổi khí hậu, những giải pháp ứng phó.
Nhiệm vụ ñặt ra ñối với ngành khí tượng nông nghiệp rất lớn nhằm góp phần xây
dựng nền sản xuất nông nghiệp nhiệt ñới, hạn chế tác hại của thiên tai, ñưa sản xuất nông
nghiệp nước ta tới bước phát triển cao hơn.

3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nội dung của môn học

Khí tượng nông nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của ñiều kiện thời

tiết, khí hậu ñối với sản xuất, các biện pháp khai thác và bảo vệ nguồn tài nguyên khí hậu
phục vụ sản xuất nông - lâm - ngư nghiệp ðể ñạt ñược mục tiêu ñó, Khí tượng nông nghiệp
quan tâm tới các vấn ñề sau ñây:
1. Nghiên cứu quá trình sinh trưởng, phát triển (phenology) của cây trồng, vật nuôi và sự tác
ñộng của ñiều kiện khí hậu, xác ñịnh yêu cầu về ñiều kiện khí tượng ñối với mỗi loại sinh vật.
2. Nghiên cứu khí quyển, các quá trình vật lý xảy ra trong khí quyển, các ñặc trưng thời tiết,
khí hậu có ảnh hưởng tới cây trồng, vật nuôi, ñất ñai, nguồn nước và sâu bệnh. ðánh giá mối
tương quan giữa khí hậu với sinh vật và các yếu tố môi trường khác, xác ñịnh các ngưỡng khí
hậu của mỗi giống nhằm xây dựng cơ cấu cây trồng, vật nuôi hợp lý ở các vùng sinh thái khác
nhau.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


8

3. Nghiên cứu ñặc ñiểm khí hậu, tiềm năng và hướng sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu ở các
vùng. Phân vùng khí hậu nông nghiệp, ñánh giá khả năng ñảm bảo ñiều kiện khí hậu ñối với
các ñối tượng của sản xuất nông nghiệp.
4. Nghiên cứu các phương pháp dự báo khí tượng nông nghiệp, cung cấp các thông tin dự báo
chi tiết cho mỗi vùng sản xuất. Dự báo về khả năng áp dụng các biện pháp kỹ thuật nông
nghiệp trong ñiều kiện thời tiết khác nhau.
5. Nghiên cứu sự biến ñổi khí hậu, vấn ñề ô nhiễm không khí và các biện pháp hạn chế sự ô
nhiễm gây ra biến ñổi khí hậu. Nghiên cứu thiên tai, các biện pháp phòng chống thiên tai
nhằm hạn chế ñến mức thấp nhất tác hại ñối với sản xuất và ñời sống.

3.2. Phương pháp nghiên cứu môn học

Với những nội dung nêu trên, Khí tượng nông nghiệp cần sử dụng các phương pháp
nghiên cứu sau ñây:
1. Phương pháp vật lý và toán học: Khí tượng nông nghiệp áp dụng phương pháp này ñể ño

ñạc, khảo sát và ñánh giá các yếu tố thời tiết, khí hậu.
2. Phương pháp quan sát song song: Phương pháp này ñược dùng trong những nghiên cứu về
sinh trưởng, phát triển của sinh vật và những tác ñộng của các yếu tố khí hậu ñối với sinh vật.
Nội dung của phương pháp quan sát song song như sau: gieo trồng các giống vào các thời vụ
khác nhau, thông thường các thời vụ cách nhau 5, 10, 15 ngày, sau ñó theo dõi sinh trưởng,
phát triển, năng suất và ñiều kiện khí tượng tương ứng. Người ta cũng có thể gieo trồng các
giống cùng một thời ñiểm nhưng bố trí ở các vùng ñịa lý khác nhau. Việc khảo sát sinh
trưởng, phát triển của cây trồng và ñiều kiện khí tượng cũng ñược tiến hành tương tự như
trên. Kết quả của phương pháp quan sát song song là tài liệu ñược sử dụng ñể xác ñịnh thời vụ
hoặc phân tích tìm các chỉ tiêu khí hậu của sinh vật.
3. Phương pháp thống kê tài liệu lịch sử: tiến hành ñiều tra thống kê tài liệu của 2 nhóm ñối
tượng là sinh vật và khí hậu trong nhiều năm. Ở các vùng ñịa lý khác nhau người ta nghiên
cứu các chỉ tiêu sinh học trên các giống hoặc các chủng loại cây trồng từ ñó tìm ra quy luật
diễn biến và tác ñộng của khí hậu ñối với sinh vật kiểm chứng các mô hình thống kê thực
nghiệm, phục vụ cho sản xuất diện rộng.
4. Phương pháp nghiên cứu riêng rẽ: ñược tiến hành trong phòng thí nghiệm hay trong các
nhà khí hậu nhân tạo, các yếu tố khí tượng ñược ñiều chỉnh thống nhất, chỉ cho một yếu tố
nào ñó thay ñổi. Việc theo dõi tình hình sinh trưởng, phát triển của cây trồng cũng ñược tiến
hành thường xuyên như trên. Phương pháp này ñòi hỏi nhiều trang thiết bị ñắt tiền, nghiên
cứu mang tính cơ bản, kết quả thu ñươc có nhiều ý nghĩa về lý thuyết nhưng thường xa rời
thực tế sản xuất.
5. Phương pháp GIS: sử dụng các thông tin từ ảnh vệ tinh, ảnh hàng không ñể tìm hiểu diễn
biến khí hậu và các hệ sinh thái. Phương pháp này ñã ñược nghiên cứu ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khoa học như Dự báo thời tiết, Nghiên cứu biến ñổi khí hậu, Nghiên cứu bão Ở
Việt Nam, các ảnh vệ tinh thu ñược từ vệ tinh "ðịa tĩnh" ñã ñược sử dụng trong việc dự báo
thời tiết, tìm kiếm các tai nạn và dự báo khí tượng nông nghiệp vụ sản xuất.
Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, Kết quả thu ñược bằng các
phương pháp nghiên cứu nêu trên ngày càng ñáp ứng ñược nhiều vấn ñề cấp bách của sản
xuất và ñời sống.

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

9

B. KHÍ TƯỢNG ÐẠI CƯƠNG
Chương I. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI










1. MỘT SỐ ðẶC TRƯNG VẬT LÝ, THIÊN VĂN CỦA MẶT TRỜI

Mặt trời là một quả cầu lửa khổng lồ có ñường kính khoảng 1.392.000 km, thể tích
1,41.10
18
km
3
. cấu tạo chủ yếu gồm hyñrô,heli và ôxy ở trạng thái plasma. Trong hệ mặt trời
gồm có một ngôi sao là mặt trời ñứng ở vị trí trung tâm (ñịnh tinh) là vật duy nhất phát sáng
và 9 hành tinh khác không phát sáng quay xung quanh mặt trời.
Theo hệ thống phân loại sao trong thiên văn học thì mặt trời có tên gọi là " sao lùn

vàng". Trong Thiên hà của chúng ta, mặt trời chỉ là một ngôi sao dưới trung bình về công
suất bức xạ, kích thước và nhiệt ñộ so với hàng tỷ ngôi sao khác.
Một số thông số vật lý chung của mặt trời
• Mặt trời có cấu trúc phức tạp, ở tâm của mặt trời là nhân hoặc lõi tiếp ñến là vùng bức
xạ, ở khoảng cách cách tâm chừng 0,7-0,8 bán kính mặt trời là vùng ñối lưu, ngoài cùng
là bề mặt mặt trời. Ở nhân mặt trời nơi xảy ra phản ứng hạt nhân nhiệt ñộ lên tới 15 triệu
ñộ. Nhiệt ñộ bề mặt của mặt trời ở phần quang cầu vào khoảng 6000
o
K, ở phần sắc cầu
khoảng 20.000
o
K, ở phần nhật hoa vào khoảng 2.000.000
o
K ( tính theo ñộng năng trung
bình của các phân tử).
• Trái ñất chuyển ñộng xung quanh mặt trời theo quỹ ñạo elíp (hình 1) do vậy khoảng
cách từ mặt trời ñến trái ñất luôn thay ñổi tuỳ thuộc vào vị trí của nó trên quỹ ñạo.
Khoảng cách trung bình từ mặt trời ñến trái ñất vào khoảng 149,6 triệu km, khoảng cách
này gọi là 1 ñơn vị thiên văn (ñvtv). Khoảng cách ngắn nhất 147 triệu km (ngày 3/I)
bằng 0,983 ñvtv, khoảng cách dài nhất khoảng 152 triệu km (ngày 5/VII ) bằng
1,017ñvtv. Xem hình 1.1
• Thành phần hoá học của mặt trời: Hyñrô chiếm khoảng 70-71% về khối lượng, hêli từ
27-29% , còn lại từ 1-3% là các nguyên tố nặng hơn như cacbon, ôxy
• Cứ mỗi giây mặt trời tiêu hao trên 4 tấn hyñrô ñể tạo ra năng lượng.
• Gió mặt trời là dòng các hạt prôton và electron xuất phát từ bề mặt mặt trời bay vào
không gian. Khi các dòng hạt trên thổi tới các lớp trên cùng của khí quyển trái ñất với
vận tốc khoảng 400-500 km/s gây ra hiện tượng bão từ và cực quang. Vào những ngày
gió mặt trời hoạt ñộng mạnh việc thông tin vô tuyến ñiện trên trái ñất bị cản trở hoặc
không thực hiện ñược.
Năng lượng bức xạ mặt trời

• Trong lòng mặt trời có nhiệt ñộ rất cao vì thế tại ñó luôn luôn xảy ra phản ứng nhiệt
hạch còn gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân biến hiñrô (H
2
) thành hêli (He) và giải
phóng một năng lượng vô cùng lớn. Phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể biểu diễn theo
sơ ñồ sau:
Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng nguyên thuỷ của hầu hết các quá trình v
ận
ñộng vô sinh và hữu sinh trên trái ñất. Các quá trình vô sinh như ho
ạt ñộng của máy
móc, các quá trình vật lý khí quyển , các quá trình hữu sinh như sinh trư
ởng, phát triển
và vận ñộng của sinh giới muốn xảy ra ñược thì cần phải có năng lư
ợng. Xét về nguồn
gốc thì các nguồn năng lượng ñó ñều là năng lượng bức xạ mặt trời. Các ñặc trưng c
ủa
bức xạ mặt trời như cường ñộ năng lượng, quang chu kỳ, quang phổ và các d
ạng bức xạ
mặt trời là những yếu tố tạo nên ñiều kiện thời tiết, khí hậu và tác ñ
ộng trực tiếp tới ñời
s
ống cây trồng.

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

10

H
1
+ H

1
H
2
+ e + γ
H
2
+ H
1
He
3
+ γ
He
3
+ He
3
He
4
+ 2H
1


Trong sơ ñồ trên: H
1
- hyñrô ( prôton); H
2
- ñơteri (ñơtron ) ; He
3
, He
4
là các ñồng vị của

heli; e - electron; γ - bức xạ gama.







Hình 1.1. Sơ ñồ Hệ mặt trời - trái ñất

Do khối lượng của 4 hạt nhân H
1
lớn hơn khối lượng của 1 hạt nhân He
3
. ðộ hụt khối
lượng trong phản ứng là cơ chế sinh ra năng lượng theo công thức Anhxtanh: E = ∆mc
2
.
Năng lượng tổng hợp 4 hạt nhân H
1
thành 1 hạt nhân He
3
là E = (4m
H
- m
He
).c
2
. Trong ñó:
∆m = (4m

H
- m
He
); c = 10
7
Jun. Nếu có 1 g hạt nhân H
1
chuyển thành He
3
thì ∆m = 0,01g và
năng lượng giải phóng là 10
12
Jun.

• Công suất bức xạ mặt trời là năng lượng toàn phần của mặt trời chiếu trên diện tích mặt
cầu có tâm là mặt trời, bán kính (d/2) là 1 ñvtv trong 1 giây. Nếu hằng số mặt trời là I
0
thì W = I
0 .
4πd
2
/60 = 3,86.10
26
W ( tức 3,86.10
26
J/s) nói cách khác cứ mỗi phút mặt
trời phát vào không gian xung quanh một lượng năng lượng vào khoảng 5,5.10
24
Kcal
nhưng trái ñất chỉ nhận ñược một phần rất nhỏ năng lượng ñó ( khoảng 0,5 phần tỉ công

suất bức xạ năng lượng toàn phần của mặt trời).
• Mặt trời không những phát ra bức xạ dưới dạng các tia sóng ñiện từ mà từ mặt trời còn
phát ra dòng liên tục các hạt ( chủ yếu là electron và pozitron). Ngoài ra người ta còn
nhận thấy phổ bức xạ ñiện từ của mặt trời rất rộng, từ tia gama ñến sóng vô tuyến.



152. 10
6
km (5/VII)

147.10
6
Km (3/I)







Xuân phân (21/III)

Thu phân

(23/IX)
Hạ chí (22/VI)
ðông chí

(22/XII)

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

11

Năng lượng bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng ñầu tiên của mọi quá trình chuyển
hoá năng lượng trên bề mặt trái ñất. Năng lượng bức xạ mặt trời chiếu tới trái ñất có thể
chuyển sang các dạng khác như nhiệt năng và công năng tạo ra các quá trình vật lý trên bề
mặt trái ñất, các hiện tượng thời tiết, khí hậu. ðặc biệt, bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng
gần như duy nhất ñược thế giới thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp biến các chất
vô cơ (CO
2
, H
2
O) thành chất hữu cơ ñầu tiên, ñó là glucoza. Từ glucoza có thể tổng hợp
hàng loạt các chất tạo thành một thế giới hữu cơ phong phú.
ðể hiểu ñầy ñủ về năng lượng bức xạ mặt trời chúng ta cần nghiên cứu sự biến ñổi
cường ñộ và một số ñặc trưng của nó.

2. CƯỜNG ðỘ BỨC XẠ MẶT TRỜI

2.1. Khái niệm và ñơn vị ño:

Cường ñộ bức xạ mặt trời (I) là năng lượng bức xạ chiếu tới một ñơn vị diện tích ñặt
vuông góc với nó trong một ñơn vị thời gian.
Theo ñịnh nghĩa, ta có thể dùng ñơn vị ño cường ñộ bức xạ mặt trời là : calo/cm
2
/phút,
calo/cm
2

/ngày, Kcal/cm
2
/tháng, Kcal/cm
2
/năm.
Calo (cal) là lượng nhiệt cần thiết làm cho nhiệt ñộ của 1 gam (1 ml) nước nóng lên 1
o
C ở
nhiệt ñộ nước từ 14,5
o
C ñến 15,5
o
C
Kilocalo (Kcal) là lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 kg nước (1lít) tăng lên 1
o
C ở nhiệt ñộ
nước từ 14,5
o
C ñến 15,5
o
C. 1 Kcal = 1000 cal.
Mặt khác, năng lượng bức xạ mặt trời có thể chuyển hoá thành nhiệt năng và công năng,
do vậy có thể dùng các ñơn vị ño năng lượng ñể làm ñơn vị ño cường ñộ bức xạ mặt trời.
Một số ñơn vị cơ sở ño năng lượng bức xạ mặt trời
1 Jun = 0,24 calo
1 watt = 1J/s = 14,3 calo
1 B.T.U ( British Thermal Unit) = 251,9 calo ( B.T.U là lượng nhiệt cần thiết làm cho
1 funt nước nóng lên 1
o
F)

1 lengli = 1 cal/cm
2
1Watt/m
2
= 10 microeinsteins/m
2
/s = 100 lux
1 cal/cm
2
/phút = 69 930 lux.

2.2. Hằng số mặt trời ( I
o
)

Hằng số mặt trời là năng lượng bức xạ toàn phần của mặt trời truyền thẳng góc ñến diện
tích 1 cm
2
trong 1 phút ở khoảng cách trung bình từ mặt trời tới trái ñất (1 ñvtv). Tại giới hạn
trên của khí quyển cường ñộ bức xạ mặt trời tương ñối ổn ñịnh ñược gọi là hằng số mặt trời
(Solar constant). Thực ra do khoảng cách từ mặt trời ñến trái ñất thay ñổi theo thời gian
trong năm nên hằng số mặt trời cũng có sự thay ñổi ít nhiều ( từ 1308 W/m
2
ñến 1398 W/m
2
, dao ñộng khoảng 3,5%). Những lần ño gần ñây bằng thiết bị ñặt trên vệ tinh ñịa tĩnh thì
hằng số mặt trời là 1,95 cal/cm
2
/phút.
Hằng số mặt trời (I

0
) có thể xác ñịnh theo biểu thức sau:
I
0
r
2
0

= (1)
1,88 r
2

Trong ñó :
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

12

r
0
là khoảng cách trung bình từ trái ñất ñến mặt trời (r
0
=

149.600.000 km)
r là khoảng cách thực tế
Vì trái ñất có trục nghiêng với mặt phẳng hoàng ñạo một góc 66
o
33' cho nên hằng số
mặt trời ở các vĩ ñộ ñịa lý cũng biến ñộng ít nhiều.
Ở Châu Âu I

0
= 1,88 cal/cm
2
.phút
Ở Châu Mỹ I
0
= 1,96 cal/cm
2
.phút
Ở Việt Nam I
0
= 1,98 cal/cm
2
.phút

2.3. Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển.

Khí quyển bao bọc xung quanh quả ñịa cầu gồm có các thành phần tạo nên như nitơ,
oxy, acgôn, hơi nước, ôzôn, bụi (sol khí) Bức xạ mặt trời ñi qua khí quyển bị suy yếu ñi do
một số nguyên nhân như:
• Một phần bức xạ mặt trời bị một số chất như ôxy, ôzon, cacbonic, hơi nước, bụi hấp
thụ có chọn lọc, nghĩa là mỗi chất chỉ hấp thụ những tia bức xạ có bước sóng nhất ñịnh.
ðối với oxy (O
2
) : Oxy có các dải hấp thụ trong khoảng phổ nhìn thấy và cực tím.
Trong phổ nhìn thấy, dải hấp thụ ở bước sóng 0,69 - 0,76 µ. Mức ñộ hấp thụ các tia bức xạ
trong dải này không lớn nên sự suy giảm bức xạ do oxy hấp thụ không ñáng kể. Oxy hấp thụ
các tia cực tím với bước sóng nhỏ hơn 0,2 µ khá mạnh. Sự hấp thụ các tia cực tím ở các lớp
khí quyển trên cao dẫn ñến sự phân ly phân tử oxy ñể tạo thành ozôn.
ðối với ozôn (O

3
) : Dải hấp thụ bức xạ quan trọng nhất của ozôn có bước sóng λ =
0,2 - 0,32 µ. Các tia bức xạ trong dải sóng này khi ñi qua lớp ozon bi suy giảm ñi một nửa.
Nhờ có lớp ozon hấp thụ các tia bức xạ cực tím của mặt trời mà sự sống trên trái ñất ñược
bảo vệ. Ngoài ra dải các tia bức xạ có bước sóng λ = 0,43 - 0,75 µ cũng bị ozôn hấp thụ.
ðối với khí cacbonic (CO
2
) : Dải bức xạ bị hấp thụ mạnh nhất là bước sóng khoảng
2,05 ñến 2,7µ và 4,3 µ, tuy nhiên quan trọng hơn cả là dải có bước sóng từ 12,9 ñến 17,1 µ.
Như vậy khí cacbonic hấp thụ dải sóng dài nên nó có tác dụng làm nóng trái ñất.
ðối với hơi nước (H
2
O): Hơi nước có nhiều dải bức xạ hấp thụ như 0,58-0,61 µ,
0,68 - 0,73 µ, ñặc biệt từ 4 - 40 µ. Tuy nhiên, dải bức xạ từ 8-12 µ ñược gọi là cửa sổ của khí
quyển, không bị hơi nước hấp thụ và lại là vùng phát xạ của mặt ñất và khí quyển mạnh nhất,
nhờ ñó trái ñất nguội nhanh do thoát nhiệt vào không gian vũ trụ.
ðối với sol khí (bụi): Sự hấp thụ bức xạ rất phức tạp tuỳ thuộc vào bản chất, kích
thước và hàm lượng của bụi. Tuy nhiên, bụi quá nhiều có thể làm giảm trực xạ. Khi cháy
rừng trên diện rộng hoặc núi lửa hoạt ñộng phun tro bụi vào khí quyển ñã làm giảm cường
ñộ bức xạ mặt trời, nhiệt ñộ không khí cũng có thể ñột ngột giảm xuống.
• Một phần bức xạ mặt trời bị các phần tử không khí, hơi nước, bụi và mây làm khuếch
tán do vậy bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển cũng bị suy yếu ñi. Khi bức xạ mặt trời
ñi qua khí quyển ñã gặp phải các phần tử gây khuếch tán nêu trên thì tạo ra các dao ñộng
cưỡng bức. Sau ñó chính các phần tử khuếch tán lại trở thành nguồn phát sóng ñiện từ
thứ cấp cùng tần số với bức xạ mặt trời. Do ñó bức xạ mặt trời ñã bị mất ñi một phần
năng lượng.
• Một phần bức xạ mặt trời bị ngăn cản bởi các ñám mây hoặc bị phản xạ trở lại khí
quyển nên bị suy yếu ñi.
Reifsnyder và Lull (1965) dẫn theo Gates, vào những ngày trời nắng, năng lượng ánh
sáng mà mặt ñất nhận ñược gồm 10% bức xạ tử ngoại, 45% bức xạ trông thấy và 45% bức

xạ hồng ngoại (hình 1.2)
Khi ñi qua khí quyển do chịu tác dụng của các quá trình hấp thụ, khuếch tán và phản
xạ nên bức xạ mặt trời bị suy yếu ñi. ðường ñi của tia bức xạ trong khí quyển càng dài thì
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

13

ảnh hưởng của các quá trình trên càng mạnh và sự suy yếu của bức xạ càng nhiều. Theo
Bughe và Menborate, sự giảm của cường ñộ bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển phụ thuộc


Hình 1.2. Phổ bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt ñất (Gates, 1965)
[Không bị sai lệch khi xuyên qua khí quyển (I) ; mặt biển nhận ñược vào ngày trời nắng (II);
xuyên qua lớp mây dày (III); xuyên qua thảm thực vật (IV) xuyên qua mái kính (V)].


Nếu ñộ cao mặt trời càng thấp ñường ñi của tia bức xạ càng dài. Do phải ñi qua nhiều lớp
không khí có lượng hơi nước và chiết suất khác nhau nên tia sáng càng bị khúc xạ tạo thành
ñường cong hoặc ñường gấp khúc.

Hình 1.3. Sơ ñồ ñường ñi của tia sáng trong khí quyển
vào ñ
ộ d
ài ñư
ờng ñi của các
tia b
ức xạ trong khí quyển
hay khối lượng quy ư
ớc của
khí quyển m

à tia sáng ñi
qua. Nếu ñư
ờng ñi của tia
bức xạ trong khí quyển là

ngắn nhất có khối lư
ợng
khí quy
ển tia sáng ñi qua
quy ư
ớc bằng 1. Lúc ñó mặt
trời nằm ở thiên ñ
ỉnh, ñộ
cao mặt trời là 90
0
. Khi ñ
ộ
cao m
ặt trời thay ñổi từ 0
ñến 90
0
, khối lư
ợng khí
quyển m
à tia sáng ñi qua
trình bày ở bảng 1.1.

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

14

Hình 1.4. ðộ cao mặt trời và ñường ñi của tia
sáng trong khí quyển ở các vĩ ñộ
quyển quy ước mà tia bức xạ ñi qua.
Io: là hằng số mặt trời (cường ñộ bức xạ mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển)
P: là ñộ trong suốt của khí quyển, phụ thuộc vào lượng hơi nước trong khí quyển, bụi,
mây Khi khí quyển trong sạch và khô, ñộ trong suốt lớn nhất, trung bình P = 0,75.


Bảng 1.1.
Khối lượng khí quyển (m) tia sáng ñi qua ứng với ñộ cao mặt trời (h
o
)


ðộ cao mặt
trời (h
o
)
90
o
70
o
60
o
50
o

40
o
30
o
20
o
10
o
5
o
3
o
1
o
0
o

Khối lượng khí
quyển (m)
1 1,06 1,15 1,30 1,55 2,00 2,90 5,60 10,4 15,3 28,9
37,4


2.4. Các dạng bức xạ mặt trời

Căn cứ vào hướng truyền bức xạ, ñặc ñiểm của các tia bức xạ mặt trời trong khí quyển và ở
mặt ñất, chia bức xạ mặt trời thành các dạng như sau:

a) Bức xạ mặt trời trực tiếp (S’)

Bức xạ mặt trời trực tiếp còn gọi là trực xạ. Trực xạ là phần năng lượng mặt trời
chiếu trực tiếp xuống mặt ñất dưới dạng chùm tia song song. Vào những ngày trời nắng
trong phần phổ nhìn thấy của bức xạ mặt trời, trực xạ chính là phần tạo ra vết sáng trên mặt
ñất (chỗ mặt ñất ñược chiếu sáng).
Cường ñộ trực xạ (S’) là năng lượng của chùm tia sáng trực tiếp chiếu ñến một ñơn
vị diện tích bề mặt ñặt vuông góc với tia tới trong một ñơn vị thời gian.
Bức xạ mặt trời trực tiếp là một chỉ tiêu quan trọng dùng ñể ñánh giá ñặc ñiểm khí
hậu của mỗi vùng. Khí hậu ñạt tiêu chuẩn nhiệt ñới phải có cường ñộ bức xạ trực tiếp trên
130 Kcal/cm
2
/năm. Trong thực tiễn ñôi khi ta cần biết lượng bức xạ trực tiếp trên một bề mặt
nào ñó, chẳng hạn trên một thửa ruộng nằm ngang, sườn ñồi nghiêng hoặc trên diện tích của
Hình 1.3 là sơ ñồ ñuờng ñi
của tia sáng khi ñi qua khí
quyển với nhừng ñộ cao mặt
trời khác nhau. Hình 1.4. cho
thấy, càng lên vĩ ñộ cao
ñường ñi của tia sáng qua khí
quyển càng dài, vì thế càng
lên vĩ ñộ cao, cường ñộ bức
xạ càng giảm.
Bức xạ mặt trời chiếu tới mặt
ñất ñuợc xác ñịnh theo công
thúc Bughe:
I = I
o
.P
m
(2)

Trong ñó:
M: là khối lượng khí

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

15

lá cây Ta có thể tính cường ñộ trực xạ trên bề mặt nằm ngang hoặc nghiêng theo biểu thức
sau:
S
ng
= S’.sinh
o
(3)
Trong ñó :
S
ng
là cường ñộ bức xạ trên bề mặt nằm ngang hay nằm nghiêng [cal/cm
2
/phút]
S’ là cường ñộ trực xạ [ cal/cm
2
/phút]
h
o
là ñộ cao mặt trời ( góc tạo bởi tia bức xạ với mặt phẳng nằm ngang hay nằm
nghiêng) (hình 1.5)

☼

C
S
S
ng
h
o

A B mặt nằm ngang.




Trong thiên văn học người ta xác ñịnh ñộ cao mặt trời ở các vĩ ñộ ñịa lý theo công
thức:
Sinh
o
= sinφsinδ + cosφcosδcosω (4)

Trong ñó: φ là vĩ ñộ ñịa lý, δ là xích vĩ " góc giữa mặt phẳng xích ñạo và mặt phẳng
hoàng ñạo", thay ñổi theo thời gian trong năm giữa hai giá trị ± 23
o
27', còn ω là góc giờ, ω =
2πt/τ với τ là chu kỳ quay của trái ñất quanh trục của nó ( τ ≈ 24 giờ), còn t là thời gian thực
trong ngày.
Như vậy qua các công thức (3) và (4) dễ dàng nhận thấy trong các yếu tố chi phối
trực xạ thì ñộ cao mặt trời là yếu tố chính. ðộ cao mặt trời thay ñổi không những theo vĩ ñộ
ñịa lý mà còn thay ñổi theo thời gian trong năm. Nhìn chung trực xạ phụ thuộc vào các yếu
tố sau ñây:

• ðộ cao mặt trời: hàng ngày vào sáng sớm khi mặt trời mới mọc ñộ cao mặt trời nhỏ
trực xạ nhỏ, sau ñó ñộ cao mặt trời tăng dần trực xạ cũng tăng theo, ñến buổi trưa khi ñộ cao
mặt trời lớn nhất trực xạ cũng lớn nhất. Trong một năm quy luật thay ñổi của trực xạ theo ñộ
cao mặt trời cũng tương tự. Vào thời kỳ mặt trời ở thiên ñỉnh thì trực xạ lớn nhất, còn vào
thời kỳ mặt trời xa thiên ñỉnh nhất thì trực xạ có giá trị nhỏ nhất.
• ðộ cao so với mặt biển: nhìn chung càng lên cao so với mặt biển, do ñộ trong suốt
của khí quyển càng cao nên trực xạ càng tăng
• Vĩ ñộ ñịa lý: càng lên vĩ ñộ cao, ñộ cao mặt trời càng giảm nên trực xạ càng giảm
• Lượng mây: trời càng nhiều mây trực xạ càng giảm, khi trời ñầy mây thì hầu như
không có trực xạ.
• ðịa hình: Cường ñộ trực xạ chiếu ñến những bề mặt có ñộ nghiêng và hướng
nghiêng khác nhau thì rất khác nhau. Lượng bức xạ chiếu ñến một bề mặt có cùng ñộ dốc thì
rất khác nhau khi chúng khác nhau về hướng, vĩ ñộ ñịa lý và thời gian trong năm. ðất dốc
theo hướng ðông - Tây có cường ñộ trực xạ lớn hơn so với hướng Bắc - Nam (bảng 1.2)

Hình 1.5. Sơ ñồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang