Khí Hậu Trong Nuôi Trồng Nông Nghiệp phần 2 pdf

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

16

Bảng 1.2. Lượng bức xạ trung bình tháng (cal/cm
2
/tháng) ở vùng Postdum (52
o
23'N)

Tháng
Hướng dốc có
ñộ nghiêng 30
o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
M
ặt nằm ngang
20 44 102 196 276 319 269 223 165 81 25 15 1735
Sư
ờn dốc phía Nam

54 91 161 248 303 326 283 263 235 149 63 45 2221
Sư
ờn dốc phía ðông

18 42 96 182 251 289 240 204 153 76 24 14 1589
Sư
ờn dốc phía Tây
19 42 92 175 245 281 239 198 149 76 25 15 1556
Sư

ờn dốc phía Bắc

- - 15 91 176 228 183 124 50 - - - 867

b) Bức xạ khuyếch tán ( D)
Bức xạ khuyếch tán còn ñược gọi là tán xạ. Tán xạ là một phần năng lượng bức xạ
mặt trời ñược khí quyển, mây khuyếch tán từ bầu trời xuống mặt ñất. Vào ban ngày khi
ñứng trong bóng dâm hoặc ngồi trong phòng mặc dù không ñược ánh sáng mặt trời trực tiếp
chiếu vào nhưng ta vẫn nhìn rõ mọi vật, phần bức xạ mặt trời giúp ta nhìn rõ mọi vật trong
trường hợp này chính là tán xạ.
Cường ñộ tán xạ là năng lượng tính bằng calo do bức xạ khuyếch tán từ bầu trời
chiếu trên 1 cm
2
bề mặt nằm ngang trong 1 phút (cal/cm
2
/phút).
Giá trị cực ñại của bức xạ khuyếch tán thường thấp hơn nhiều so với bức xạ trực tiếp.
ðộ cao mặt trời, ñộ vẩn ñục của khí quyển quyết ñịnh ñộ lớn của bức xạ khuyếch tán. Vào
những ngày trời trong bức xạ khuyếch tán có thể ñạt tới 0,10 - 0,25 cal/cm
2
/phút, còn những
ngày trời ñầy mây bức xạ khuyếch tán chỉ ñạt 0,08 - 0,1 cal/cm
2
/phút. Bản chất vật lý của
bức xạ khuyếch tán ñã ñược trình bày trong phần 2.3.
+ Chỉ số khuyếch tán: ðặc trưng cho mức ñộ khuyếch tán các tia bức xạ mặt trời
người ta dùng chỉ số khuyếch tán hay ñộ khuyếch tán (d). Trong trường hợp các phần tử gây
khuyếch tán có kích thước nhỏ hơn ñộ dài bước sóng của các tia bức xạ thì ñộ khuyếch tán tỉ
lệ nghịch với luỹ thừa bậc bốn của ñộ dài sóng. Quy luật này gọi là quy luật Roley. Quy luật
Roley ñược biểu diễn bằng công thức sau:

C
d
λ
= ― I
λ
(5)
λ
4

Trong ñó: d
λ
là ñộ khuếch tán của tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ.
I
λ
là cường ñộ tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ.
C là hằng số phụ thuộc vào số phân tử không khí có trong 1 ñơn vị thể (N)
tích và chiết suất khí quyển (n), γ là hằng số thực nghiệm.
γ.π
2
.(n-1)
2

C = (6)
3N
Công thức (5) cho thấy những tia bức xạ có bước sóng càng nhỏ thì bị khuếch tán
càng mạnh và ngược lại. Nếu sắp xếp các tia sáng ñơn sắc theo thứ tự từ ñỏ ñến tím thì bước
sóng tương ứng của nó giảm dần và do vậy tia tím sẽ bị khuếch tán mạnh nhất, còn tia ñỏ bị
khuếch tán ít nhất.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

17

Nếu kích thước (r) của các phần tử khuếch tán nằm trong khoảng:
r < 10
-6
mm thì sự khuếch tán sẽ tỉ lệ nghịch với luỹ thừa nhỏ hơn 4 của ñộ dài sóng.
10
-3
mm > r > 10
-6
mm ñịnh luật Roley kém tác dụng.
Nếu r > 10
-3
mm (cỡ các hạt mây, hạt mưa phùn) quy luật Roley không còn ñúng
nữa, lúc này tất cả các tia bức xạ ñều bị khuếch tán.
Như vậy, quy luật khuyếch tán của Roley cho phép ta giải thích ñược nhiều hiện
tượng quang học trong khí quyển như nền trời có màu xanh vào những ngày ñẹp trời, bầu
trời có ráng ñỏ khi trời xấu, lúc bình minh hoặc hoàng hôn mặt trời có màu ñỏ
+ Cường ñộ bức xạ khuyếch tán: Nếu coi lượng bức xạ mặt trời bị khí quyển hấp thụ
là không ñáng kể (1 - 2%) và một nửa lượng bức xạ khuyếch tán hướng xuống mặt ñất thì
cường ñộ bức xạ khuếch tán (D) có thể xác ñịnh theo công thức sau:
1
D = ― I
o
(1- P
m
) sinh h
o
(7)

2
Trong ñó:
I
o
là hằng số mặt trời
m là khối lượng khí quyển quy ước.
P ñộ trong suốt của khí quyển.
h
o
là ñộ cao mặt trời.
Từ công thức (7) ta thấy rằng yếu tố chính chi phối tán xạ là ñộ cao mặt trời. Nhìn
chung những yếu tố ảnh hưởng tới tán xạ gồm có:
- ðộ cao mặt trời: ñộ cao mặt trời càng lớn thì tán xạ càng lớn và ngược lại. Hiện
tượng khuyếch tán và khúc xạ ánh sáng ñã có từ trước khi mặt trời mọc và sau khi mặt trời
lặn chừng 15 - 20 phút (bình minh và hoàng hôn) nhưng cường ñộ nhỏ. Hàng năm cường ñộ
bức xạ khuyếch tán có gía trị nhỏ vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên ñỉnh nhất và ñạt giá trị lớn
vào thời kỳ mặt trời ở gần thiên ñỉnh nhất.
- Khí quyển càng nhiều mây, bụi và hơi nước thì cường ñộ tán xạ càng tăng. Tuy
nhiên, nếu mây dầy ñặc và phủ kín bầu trời thì tán xạ cũng giảm xuống. Như vậy trong
những ngày nhiều mây, thời kỳ nhiều mây hoặc ở bề mặt khuất nắng thì ánh sáng tán xạ
chiếm ưu thế hơn so với ánh sáng trực xạ
- Bức xạ khuyếch tán cũng giảm dần theo ñộ cao so với mặt biển.
- Càng lên vĩ ñộ cao tỷ lệ tán xạ trong tổng lượng bức xạ chiếu ñến mặt ñất càng
tăng vì ñường ñi của tia sáng trong khí quyển càng dài nên các tia sáng bị khuyếch tán mạnh.
Cường ñộ bức xạ khuyếch tán trong thực tế có thể ñạt ñến 0,25 cal/cm
2
/phút.

c) Tổng xạ (Q)
Tổng xạ là lượng bức xạ mặt trời tổng cộng chiếu xuống mặt ñất.

Q = S + D (8)
Tổng xạ phụ thuộc vào các yếu tố chi phối trực xạ và tán xạ. Tuy nhiên những yếu tố
chính ảnh hưởng tới tổng xạ là ñộ cao mặt trời, mây và ñộ trong suốt của khí quyển
Hàng ngày tổng xạ thường có giá trị lớn nhất vào giữa trưa. Chừng 60 % tổng xạ
hàng ngày nhận ñược vào thời gian từ 10 giờ ñến 14 giờ
Hàng năm bức xạ tổng cộng có giá trị lớn nhất vào thời kỳ mặt trời ở thiên ñỉnh hoặc
gần thiên ñỉnh nhất. Tổng xạ có giá trị nhỏ nhất vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên ñỉnh nhất.
Với các vùng ngoại chí tuyến biến trình hàng năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn một
cực ñại vào hạ chí và một cực tiểu vào ñông chí. Với các vùng nội chí tuyến biến trình hàng
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

18


Hình 1.6. Phân bố trung bình năm của tổng xạ (Kcal/cm
2
/năm)
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

19

năm của tổng xạ là biến trình tuần hoàn với 2 cực ñại ứng với hai thời kỳ mặt trời ở
thiên ñỉnh, 2 cực tiểu ứng với 2 thời kỳ mặt trời ở chí tuyến Nam và Bắc.
Mây làm cho tổng xạ bị suy yếu khá nhiều, nếu trời không mây tổng xạ bị giảm ñi
chừng 20 % so với tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển, khi trời có mây tổng xạ tiếp tục
giảm thêm 20 -30% nữa. Do vậy tính trung bình mặt ñất chỉ nhận ñược chừng 50-60% so với
tổng xạ ở giới hạn trên của khí quyển.
Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy rằng sự phụ thuộc của tổng xạ vào lượng mây có
thể biểu diễn theo biểu thức sau:

Q = Q
0
[1 - (a +b)n] (9)
Trong ñó:
Q là tổng xạ trên mặt ñất khi trời có mây
Q
0
là tổng xạ trên mặt ñất khi trời không mây
n là lượng mây tính theo phần mười
a, b là các hệ số biến ñổi phụ thuộc vào vĩ ñộ

Công thức (9) cho biết nếu trời không mây tổng xạ tới mặt ñất chỉ bằng 80% so với ở
giới hạn trên của khí quyển thì khi lượng mây che phủ 50 % bầu trời (n = 0,5) tổng xạ trên
mặt ñất chỉ còn bằng khoảng 65% và khi lượng mây che phủ cả bầu trời (n = 1) thì tổng xạ
chỉ xấp xỉ 20% so với ở giới hạn trên của khí quyển.
Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích ñạo về cực. Tuy nhiên cũng có những
khác biệt do ñặc ñiểm ñịa lý ñịa phương gây nên, chẳng hạn như cự ly cách biển, ñịa hình,
thời tiết Do vậy sự phân bố ñịa lý của tổng xạ năm khá phức tạp. Tổng xạ lớn nhất quan sát
thấy ở vùng áp cao cận chí tuyến Bắc và Nam bán cầu chứ không phải ở vùng xích ñạo. Ở
vùng cận chí tuyến lượng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn hơn so với vùng
xích ñạo. Hình 1.6 là bản ñồ phân bố tổng xạ trên trái ñất (ñơn vị là Kcal/cm
2
/năm). Tổng xạ
có vai trò quan trọng nhất trong quá trình hình thành chế ñộ khí hậu ở các vùng khác nhau
trên thế giới. Trên bản ñồ cho thấy, tổng xạ lớn nhất trên lục ñịa châu Phi, châu Úc và một số
nơi có vĩ ñộ 0 - 20
0
, trị số tổng xạ từ 180 - 220 Kcal/cm
2
/năm. Ở nước ta tổng xạ trên miền

Bắc từ 90 - 110 Kcal/cm
2
/năm; miền Nam từ 120 - 130 Kcal/cm
2
/năm.

d) Phản xạ ( Rn)

Bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt ñất phần lớn ñược hấp thu ñể biến thành nhiệt. Tuy
nhiên một phần bức xạ sóng ngắn bị phản chiếu (phản xạ) trở lại khí quyển. Phản xạ (Rn) là
phần của bức xạ mặt trời chiếu tới mặt ñất bị phản xạ trở lại khí quyển. Mức ñộ phản xạ phụ
thuộc vào tính chất của các bề mặt như màu sắc, ñộ gồ ghề, ñộ ẩm, loại ñất, lớp phủ thực
vật và phụ thuộc vào góc tới của tia bức xạ. ðể biểu diễn khả năng phản xạ của các bề mặt
khác nhau người ta dùng ñại lượng gọi là suất phản xạ hay Albedo (A) của các bề mặt.
Albedo là tỷ số giữa bức xạ phản chiếu và bức xạ tổng cộng (tổng xạ), ñược biểu diễn
bằng biểu thức sau:

Rn
A (%) = ― 100% (10)
Q

Dưới ñây là trị số Albedo của một số bề mặt trong tự nhiên (bảng 1.3). Hệ số phản xạ
nói chung tỷ lệ nghịch với ñộ cao mặt trời. Chẳng hạn với mặt nước yên tĩnh khi h
o
= 90
o
thì
A = 20%, h
o
= 10

o
thì A = 35%, khi h
o
= 4
o
thì A = 65% còn khi h
o
= 2
o
thì A = 78 %.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

20


Bảng 1.3. Trị số albedo trên các loại bề mặt (%)

Bề mặt nhận bức xạ Albedo Bề mặt nhận bức xạ Albedo
ðất ñen 5-15 Cánh ñồng bông 20-25
ðất xám ướt 1-20 Rừng thường xanh 10-20
ðất sét 20-35 Rừng lá to 15-20
ðất cát khô 25-45 Rừng lá kim 10-15
Mặt ruộng khoai tây 15-25 Mặt nước 70-85
ðồng lúa 15-25 Mặt tuyết mới rơi 80-95

Tất nhiên hệ số này còn phụ thuộc vào ñộ cao sóng, ñộ ñục của nước
Thực vật phản xạ các tia xanh và hồng ngoại. Cây trồng ở vùng nhiệt ñới phản xạ tia
hồng ngoại nhiều hơn so với cây trồng ở xứ lạnh.
Trong kỹ thuật viễn thám người ta sử dụng hệ số phản xạ ñể theo dõi sự biến ñộng
của nhiều chỉ tiêu như ñộ cao sóng biển, phun trào dung nham, sinh trưởng phát triển của cây

trồng, hạn hán, ngập lụt, cháy rừng, sâu bệnh hại rừng, ñồng ruộng trên một diện rộng. Tuy
nhiên những quan trắc bằng kỹ thuật viễn thám (hàng không, vệ tinh) luôn chịu ảnh hưởng
của khí quyển. ðể giảm bớt sự ảnh hưởng này, theo một số tác giả thì phải lấy các giá trị ñộ
phản xạ cực tiểu quan sát ñược trong năm, coi ñó là các giá trị mặt ñệm. ðể kiểm tra ñộ
chính xác của các số liệu vệ tinh người ta phải so sánh chúng với các số liệu quan trắc tại
mặt ñất.

e) Bức xạ sóng dài của mặt ñất và khí quyển

Mọi vật có nhiệt ñộ lớn hơn 0
o
K ñều có khả năng bức xạ, tức là khả năng phát ra năng
lượng dưới dạng các tia sóng ñiện từ. ðối với vật ñen tuyệt ñối khả năng bức xạ (phát ra
năng lượng) và khả năng hấp thụ (nhận năng lượng) là lớn nhất. Cường ñộ bức xạ (E
o
) do
vật ñen tuyệt ñối phát ra có thể tính theo công thức Stefan-Boltzmann :
Eo = σ.T
4
( 11)
Trong ñó:
σ là hằng số Stefan-Boltzmann, σ = 0,826.10
-10
[cal/cm
2
/phút.ñộ
-4
]
T nhiệt ñộ của vật (
0

K)
Bức xạ của mặt ñất E
ñ
:
Sau khi nhận năng lượng bức xạ mặt trời, mặt ñất bị nóng lên. ðó là sự hấp thụ bức xạ.
Theo ñịnh luật 1 nhiệt ñộng học, nhiệt năng của mặt ñất lại tiếp tục chuyển sang dạng
sóng ñiện từ. Mặt ñất không phải là vật ñen tuyệt ñối nên bức xạ của nó luôn nhỏ hơn so
với vật ñen tuyệt ñối. Bức xạ của mặt ñất có thể tính theo công thức (11) nhưng thêm vào
một hệ số gọi là khả năng bức xạ tương ñối (δ). Công thức bức xạ của mặt ñất có dạng:

E
ñ
= δ.σ.T
4
(12)

Hệ số khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau thay ñổi trong khoảng
từ 0,85 ñến 0,99. Chẳng hạn cát có hệ số bức xạ tương ñối là 0,89; lớp cỏ phủ là 0,98; tuyết
0,99; ñất ñen là 0,87; nước 0,96 Vì thế hệ số bức xạ tương ñối của mặt ñất có thể lấy trung
bình bằng 0,95.
Theo ñịnh luật Wien thì bước sóng lớn nhất (λ
max
) mà một vật phát ra tỷ lệ nghịch với
nhiệt ñộ (T) của vật thể, cho nên vật có nhiệt ñộ càng cao thì năng lượng phát xạ càng tập
trung ở vùng phổ sóng ngắn và ngược lại.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

21

Bảng 1.4. Khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau (δ)

Loại bề mặt δ Loại bề mặt δ
Vật ñen tuyệt ñối 1,00 ðồng cỏ 0,94
ðất ñen 0,87 nước 0,96
Cát 0,89 tuyết 0,99


Biểu thức Wien có dạng:
λ
max
= b/T (13)
Trong ñó: b là hằng số Wien, b = 2,886.10
-3
mm.ñộ
Giả sử nhiệt ñộ của mặt ñất trung bình là 15
o
C (288
o
K), áp dụng công thức (12) ta thấy
năng lượng bức xạ có bước sóng lớn nhất do mặt ñất phát ra xấp xỉ λ
max
= 10 µ. Như vậy,
bức xạ của mặt ñất nói riêng và các vật có nhiệt ñộ thấp khác ñều là bức xạ sóng dài.

Bức xạ nghịch của khí quyển (E
ng
):
Bức xạ nghịch của khí quyển là phần bức xạ sóng dài của khí quyển hướng xuống mặt
ñất. Bức xạ nghịch khí quyển phụ thuộc vào ñộ ẩm của không khí. Người ta có thể tính ñộ
lớn cường ñộ bức xạ nghịch (E

ng
) dựa vào công thức sau:

E
ng
= σ.T
4
(a
1
+ b
1
)√ (14)
Trong ñó: e là áp suất hơi nước của không khí (ñộ ẩm)
a
1,
b
1
là các hệ số phụ thuộc vào ñặc ñiểm thành phần không khí trong khí quyển.
Bức xạ hữu hiệu (E
hh
):
Bức xạ hữu hiệu là hiệu số giữa bức xạ của mặt ñất và bức xạ nghịch của khí quyển

E
hh
= E
ñ
- E
ng
(15)

Nếu E
hh
> 0 thì lượng nhiệt mặt ñất mất ñi do bức xạ lớn hơn lượng nhiệt mà nó nhận ñược,
do ñó mặt ñất bị lạnh ñi. Thông thường vào những ñêm trời trong, gió nhẹ nhiệt ñộ không
khí và mặt ñất tương ñối thấp,do E
hh
rất lớn nên những ñêm ñó thời tiết rất giá lạnh.
Những ngày có E
hh
= 0 thì nhiệt ñộ của mặt ñất không thay ñổi, thường xảy ra vào
những ñêm trời có nhiều mây, ñộ ẩm không khí cao.
E
hh
< 0 , là trường hợp thường xảy ra vào những ngày có lớp nghịch nhiệt, không khí nóng
truyền nhiệt xuống mặt ñất bằng cách bức xạ nhiệt.

g) Cân bằng bức xạ của mặt ñất
Cân bằng bức xạ của mặt ñất là tổng ñại số năng lượng của các thành phần bức xạ nhận
vào và các thành phần bức xạ thoát ra khỏi mặt ñất. Nếu quy ước các thành phần nhận vào
có dấu cộng (+) và thành phần thoát ra mang dấu trừ (-) thì cân bằng bức xạ (B) có thể viết
như sau:
B = S+D+E
ng
-E
ñ
- Rn (16)
Trong ñó:
S là trực xạ
D là tán xạ

E
ng
là bức xạ nghịch của khí quyển
Rn là phản xạ
E
ñ
là bức xạ của ñất
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

22


Hình 1.7. Sự phân bố cân bằng bức xạ trên trái ñất (Kcal/cm
2
/phút)
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

23

Các thành phần cân bằng bức xạ của mặt ñất luôn biến ñổi hoặc bị triệt tiêu. Dễ dàng
nhận thấy nếu cân bằng bức xạ của mặt ñất dương thì mặt ñất nhận ñược năng lượng và nóng
lên, ngược lại nếu cân bằng có giá trị âm thì mặt ñất mất năng lượng và lạnh ñi.
Cân bằng bức xạ không chỉ phụ thuộc vào vĩ ñộ mà còn phụ thuộc vào ñiều kiện ñịa lý,
vật lý ñịa phương như loại mặt ñệm, ñịa hình, mây, ñộ trong suốt khí quyển,
Cân bằng bức xạ là một trong những nhân tố rất quan trọng trong việc hình thành chế ñộ
nhiệt ở các vùng khác nhau. Cân bằng bức xạ ở mỗi thời ñiểm tại ñịa phương là cơ sở ñể dự
báo thời tiết. Ngoài ra cân bằng bức xạ rất cần thiết trong việc xác ñịnh cơ cấu mùa vụ, sinh
trưởng, phát triển và năng suất của các loại cây trồng. Phân bố ñịa lý của cân bằng bức xạ
trên bề mặt trái ñất ñã ñược nhà khí hậu học người Nga M.I. Buñưcô khảo sát và vẽ bản ñồ
(hình 2.8). Trên hình 2.8 ta thấy cân bằng bức xạ mọi nơi trên trái ñất ñều có giá trị dương.

Cân bằng bức xạ mặt ñất lớn nhất ở vùng xích ñạo và giảm dần về 2 cực trái ñất.

3. QUANG PHỔ CỦA BỨC XẠ MẶT TRỜI

Bức xạ mặt trời lan truyền xuống mặt ñất dưới dạng sóng ñiện từ. Quang phổ của bức
xạ mặt trời là một dải bước sóng liên tục. Về lý thuyết, quang phổ bức xạ mặt trời gồm các
tia có bước sóng λ từ 0 µ (micromet) ñến vô cùng lớn. Tuy nhiên các bước sóng quá ngắn và
quá dài có năng lượng quá nhỏ, cho nên trong thực tế có thể coi quang phổ của bức xạ mặt
trời bao gồm những tia có bước sóng từ 0,1 ñến 5µ. Gần 99% năng lượng bức xạ mặt trời
nằm trong khoảng phổ từ 0,17 ñến 4,0 µ, trong ñó tia bức xạ mang năng lượng lớn nhất có
bước sóng 0,474 µ, vì thế người ta thường gọi bức xạ mặt trời là bức xạ sóng ngắn.

Khi xem xét ảnh hưởng của các tia bức xạ ñối với sinh trưởng, phát triển của thực vật
P.N. Thoxki cho rằng quang phổ bức xạ mặt trời là các tia có bước sóng từ 0,2 ñến 24 µ và
chia thành 3 nhóm tia:
• Các tia tử ngoại (tia bức xạ sóng ngắn) có bước sóng từ 0,2 - 0,38 µ.
• Các tia trông thấy (ánh sáng nhìn thấy) có bước sóng từ 0,39µ ñến 0,76 µ
• Các tia hồng ngoại (tia sóng dài) có bước sóng từ 0,76µ ñến 24,0 µ
1 µ = 10
-6
m; 1mµ = 10
-3
µ (còn gọi là nanomet)
Năng lượng của nhóm tia tử ngoại chiếm khoảng 7%, nhóm tia trông thấy chiếm
46% và nhóm tia hồng ngoại chiếm 47% tổng năng lượng bức xạ mặt trời (Bảng 1.5)
Khi ñi qua khí quyển một số thành phần quang phổ của bức xạ mặt trời bị hấp thụ
(xem phần 2.3). Các tia trông thấy bao gồm nhiều tia ñơn sắc hợp thành dải quang phổ từ ñỏ,
da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Nhờ nhóm tia này mà thế giới tự nhiên ñược con người
cảm nhận vừa sinh ñộng về màu sắc, vừa ña dạng, kỳ vĩ về cảnh quan ñịa lý.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

24

Bảng 1.5. ðộ dài bước sóng và năng lượng của thành phần bức xạ mặt trời
(Theo P.N.Thoxki)
Năng lượng Nhóm tia bức xạ
mặt trời
ðộ dài sóng
(µ)
Cal/cm
2
.phút (%)
Ghi chú
Tử ngoại
C
B
A
0,20 - 0,39
0.20 - 0,28
0,29 - 0,32
0,33 - 0,39
0,140
0,008
0,025
0,107
7
0,4
1,2
5,4

Bị O
3
hấp thụ
Trông thấy
A
B
C
0,39 -0,76
0,39 - 0,52
0,52 - 0,62
0,62 - 0,76
0,910
0,350
0,300
0,260
46,0
18,0
15,0
13,0
Tím, chàm,lục,
vàng, ñỏ
Hồng ngoại
A
B
C
0,76 - 24,00
0,76 - 1,40
1,40 - 3,00
3,00 - 24,00

0,930
0,640
0,250
0,040
47,0
32,0
13,0
2,0
Gần ñỏ
Tổng số 0,20 - 24,00 1,980 100,0

4. QUANG CHU KỲ

Quang chu kỳ là sự thay ñổi lặp ñi lặp lại của ñộ dài ngày. Tại một ñịa phương nào
ñó, tùy thuộc vào mỗi mùa khí hậu mà quang chu kỳ dài, ngắn khác nhau. ðộ dài ngày là ñộ
dài của khoảng thời gian chiếu sáng trong một ngày tính từ khi mặt trời mọc cho ñến khi mặt
trời lặn. Vì ñộ dài ngày thay ñổi có tính chu kỳ nên ñộ dài ngày ñược gọi là quang chu kỳ.
Ngoài sự thay ñổi theo mùa, quang chu kỳ còn thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý.
• Quang chu kỳ thay ñổi theo mùa trong năm: Quả ñất hình cầu di chuyển xung
quanh mặt trời theo quỹ ñạo hình elip, trong quá trình di chuyển trục quả ñất luôn luôn
nghiêng một góc 66
o
33' so với mặt phẳng quỹ ñạo, một năm nó quay ñược một vòng xung
quanh mặt trời. Mặt khác trong một ngày ñêm (24 giờ) trái ñất tự xoay quanh trục của mình
ñược một vòng.
Hàng năm có 2 ngày, trên quỹ ñạo chuyển ñộng xung quanh mặt trời, trục quả ñất
nằm ở vị trí vuông góc với các tia bức xạ mặt trời ñó là ngày xuân phân (21/3) và ngày thu
phân (23/9). Vào 2 ngày này, trên mọi vĩ ñộ ñịa lý nửa trái ñất ñược mặt trời chiếu sáng ñúng
bằng nửa còn lại không ñược chiếu sáng, do ñó mọi nơi trên trái ñất ñều có ngày và ñêm dài
như nhau (12 giờ).

Từ ngày xuân phân ñến ngày hạ chí (22/6) Bắc bán cầu ngày càng nghiêng nhiều về
phía mặt trời. Khi trái ñất quay quanh trục của nó, trên các vòng vĩ ñộ phần trái ñất ñược
chiếu sáng nhiều hơn phần không ñược chiếu sáng, vì vậy càng về phía Bắc ngày càng dài
ra, ñêm càng ngắn lại. Vào ngày hạ chí, Bắc bán cầu nghiêng nhiều nhất về phía mặt trời do
vậy ñộ dài ngày ở các vĩ ñộ là lớn nhất. ðặc biệt, các vĩ ñộ trong vùng cực ñới (>66
0
33’B)
mặt ñất ñều ñược chiếu sáng, do vậy ñộ dài ban ngày kéo dài 24 giờ, không có ban ñêm. Sau
ñó, quãng thời gian từ hạ chí ñến thu phân (23/9) Bắc bán cầu giảm dần ñộ nghiêng về phía
mặt trời nên ñộ dài ban ngày ở Bắc bán cầu lại ngắn dần còn ñêm lại dài dần ra.
Nửa thời gian còn lại trong năm, từ thu phân (23/9) ñến ñông chí (22/12), Nam bán
cầu nghiêng dần về phía mặt trời, trên các vòng vĩ ñộ Bắc phần trái ñất ñược chiếu sáng nhỏ
dần so với phần không ñược chiếu sáng, do vậy ñộ dài ban ngày ngắn dần. Vào ngày ñông
chí, tại các vĩ ñộ Bắc bán cầu ñộ dài ban ngày ñều ngắn nhất. ðặc biệt, các vĩ ñộ trong vòng
cực ñới (>66
0
33’B) mặt ñất ñều bị che khuất hết nên vùng này không có ban ngày, còn ban
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

25

ñêm kéo dài cả 24 giờ. Sau quãng thời gian này, từ ñông chí (22/12) ñến xuân phân (21/3) ñộ
dài ban ngày lại dài dần ra. Vào ngày xuân phân ñộ dài ban ngày và ban ñêm lại bằng nhau.
ở mọi vĩ ñộ ñịa lý.
Diễn biến ñộ dài ngày ở Nam bán cầu tương tự như Bắc bán cầu nhưng nếu ở Bắc bán cầu là
thời kỳ ngày dài, ñêm ngắn thì Nam bán cầu là thời kỳ ngày ngắn, ñêm dài.
•
ðộ dài ngày thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý:

Do ở vị trí trung tâm dao ñộng của góc thiên ñỉnh nên vùng xích ñạo ngày và ñêm luôn

luôn bằng nhau suốt cả năm. Càng ñi lên vĩ ñộ cao chênh lệch về ñộ dài ngày, ñêm càng
tăng. Riêng tại 2 cực trái ñất (90
0
) chỉ có một ngày dài (6 tháng) và 1 ñêm dài (6 tháng).

Người ta phân biệt ñộ dài chiếu sáng thiên văn và ñộ dài chiếu sáng ñịa phương. ðộ dài
chiếu sáng thiên văn ñược tính toán dựa trên các công thức lý thuyết, phụ thuộc vào thời gian
trong năm và vĩ ñộ ñịa lý.
ðộ dài chiếu sáng ñịa phương thường sai khác so với ñộ dài chiếu sáng thiên văn vì
nó bị chi phối bởi ñiều kiện tự nhiên của mỗi vùng như ñịa hình, thời tiết, sự khúc xạ ánh
sáng (bảng 1.6 )

Chu kỳ chiếu sáng có ảnh hưởng rất lớn ñến ñời sống sinh vật, ñặc biệt là những nhịp ñiệu
sinh trưởng và phát dục của chúng. Khi xem xét ảnh hưởng của ñộ dài chiếu sáng tới một số
quá trình sinh lý ở thực vật người ta tính ñến cả khoảng thời gian trước lúc mặt trời mọc và
sau khi mặt trời lặn vì vào thời gian này cường ñộ ánh sáng khoảng 250 - 650 lux, vẫn có tác
dụng cho thực vật quang hợp. ðộ dài ngày trong trường hợp này người ta còn gọi là ñộ dài
chiếu sáng sinh lý (bảng 1.7).
Bảng 1.6. ðộ dài ngày thiên văn tính theo vĩ ñộ ñịa lý (ñơn vị: giờ, phút)

Vĩ ñộ
Thời gian
0
o
10
o
20
o
30
o

40
o
50
o
60
o
65
o
66
o
33
Giờ 12 12 13 14 14 16 18 21 24 Ngày dài
nhất
Phút 05 40 18 02 58 18 45 43 0
Giờ 12 11 10 10 9 8 05 3 0 Ngày
ngắn nhất
Phút 05 30 53 10 16 0 35 22 0

Bảng 1.7. ðộ dài chiếu sáng sinh lý ở các vĩ ñộ khác nhau
ðơn vị: giờ/phút ( Theo Sunghin, 1987)

Vĩ ñộ Tháng
0
o
10
o
20
o
30
o

40
o
50
o
60
o
70
o

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
12,54

12,51

12,51

12,50

12,53

12,53

12,54

12,51

12,50

12,51

12,51

12,53

12,22

12,35

12,48

13,06

13,21

13,31

13,26

13,13

12,55

12,39

12,25

12,21

11,54

12,18

12,46

13,24

13,55

14,12

14,04

13,37

13,00

12,27

12,00

11,47

11,19

12,01

12,48

13,47

14,35

15,02

14,48

14,06

13,02

12,17

11,31

10,09

10,41

11,39

12,49

14,13

15,27

16,08

15,51

14,47

13,26

12,06

11,00

10,26

9,49

11,16

12,57

14,55

16,45

17,50

17,24

15,46

13,46

11,57

10,19

9,26

8,32

10,42

13,08

16,07

19,16

22,19

20,46

17,37

14,23

11,41

9,26

7,54

5,44

9,40

13,36

18,55

24,00

24,00

24,00

23,16

15,38

11,18

7,12

4,16


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

26

5. CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Anh chi hãy nêu mối quan hệ giữa mặt trời và trái ñất ? Ý nghĩa của năng lượng bức xạ
mặt trời ñối với các vùng khí hậu trái ñất ?
2. Cho biết nguồn gốc của năng lượng bức xạ mặt trời, hằng số mặt trời, cường ñộ bức xạ
mặt trời và các quá trình làm suy yếu bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển trái ñất ?
3. Trình bày ñặc ñiểm vật lý và phân bố của tán xạ, trực xạ và tổng xạ ? Các nhân tố ảnh
hưởng ñến chúng ?
4. Trình bày ñặc ñiểm vật lý và phân bố của bức xạ phản chiếu sóng ngắn, bức xạ sóng dài
mặt ñất và khí quyển ? Các nhân tố ảnh hưởng ñến chúng ?
5. Trình bày khái niệm về ñộ dài ngày và các nhân tố ảnh hưởng ñến ñộ dài ngày ?
6. Nêu thành phần quang phổ của bức xạ mặt trời. Vì sao nói bức xạ mặt trời là bức xạ sóng
ngắn còn bức xạ của mặt ñất là bức xạ sóng dài ?





Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
27

Chương II. CÁC KIẾN THỨC CHUNG VỀ KHÍ QUYỂN TRÁI ÐẤT

1. CẤU TRÚC THEO CHIỀU THẰNG ÐỨNG CỦA KHÍ QUYỂN
Dựa trên những ñặc tính vật lý và tính chất hoạt ñộng, khí quyển trái ñất ñược chia
thành 5 tầng mỗi tầng có những ñặc trưng vật lý khác nhau (xem sơ ñồ hình 2.1).
1.1. Tầng ñối lưu (Troposphere)
Là tầng không khí gần mặt ñất nhất, ñộ cao trung bình của nó vào khoảng 11 km: ở hai
cực trái ñất chỉ cao từ 8 - 10 km, còn ở vùng xích ñạo là 15 - 18 km. Ðộ cao của tầng khí
quyển này do ñộ cao của các dòng ñối lưu quyết ñịnh, bởi vậy nó thay ñổi theo mùa trong
năm và thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý, do tính chất nhiệt lực quyết ñịnh.
Tầng ñối lưu là tầng khí quyền hoạt ñộng nhất. Các hiện tượng thời tiết, mưa, nắng,
mây, dông bão ñều xảy ra ở tầng khí quyển này. Tầng ñối lưu cũng là môi trường sống của
tất cả các sinh vật trên trái ñất.
Ðặc ñiểm quan trọng của tầng ñối lưu là nhiệt ñộ giảm dần theo ñộ cao. Trung bình cứ
lên cao 100m nhiệt ñộ giảm xuống 0,64
0
C. Nhiệt ñộ ở giới hạn trên của nó xuống rất thấp, có
thể ñạt - 70

0
C ở vùng xích ñạo của trái ñất.
Ở tầng này thường xảy ra hiện tượng các dòng không khí ñi lên hoặc ñi xuống (do các
trung tâm khí áp cao, khí áp thấp , do gặp các chướng ngại vật trên mặt ñất, do sự tranh chấp
Trái ñất, bằng lực hút của mình ñã t
ập trung xung quanh nó một lớp các chất khí
ñược gọi là khí quyển. Lớp khí quyển gần mặt ñất có vai trò hết s
ức lớn lao ñối với sự sống
trên trái ñất, là môi trường quan trọng của nền sản xuất nông nghiệp.
Hỗn hợp các chất khí tạo nên khí quyển ñược gọi là không khí. Trong khí quyển li
ên
tục xẩy ra các quá trình và hiện tượng vật lý: sự tuần hoàn nước, các hiện tư
ợng quang học,
ñiện học. Tập hợp các hiện tượng và quá trình vật lý ñó chính là ch
ế ñộ thời tiết của một
vùng. Ở một chừng mực nào ñó sự biến ñối của thời tiết ñã tạo nên nh
ững ñiều kiện cần
thiết cho sự sống nói chung và cho ngành sản xuất nông nghiệp nói riêng. S
ự biến ñộng thái
quá của nó có thế dẫn ñến những thiên tai ñe dọa cuộc sống và các ho
ạt ñộng sản xuất của
con người.
Giữa khí quyển, sinh quyển, thủy quyển và ñịa quyển luôn luôn trao ñổi tương tác l
ẫn
nhau trong suốt quá trình lịch sử hình thành trái ñất ñă tạo nên nh
ững cân bằng ñộng.
Những cân bằng này có tác dụng duy trì, tái tạo các pha của cân bằng tư nhiên. N
ếu một
ñiều kiện nào ñó trong cân bằng bị phá vỡ sẽ gây ra những tổn thất không lường trư
ớc

ñược. Sự hoạt ñộng thiếu ý thức bảo vệ thiên nhiên của con người ngày càng xâm ph
ạm cân
bằng sinh thái, làm cho nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt. Hàng năm 17 tri
ệu hecta rừng
nhiệt ñới, 300.000 ha rừng thưa b
ị khai thác quá mức. Một phần ba diện tích ñất ñai bị ñe
doạ bởi nạn hoang mạc hóa. Nạn ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước ñã làm mất ñi ư
ớc
chừng 5 - 10% số loài sinh vật từ nay ñến năm 2020; và ñến năm 2050 số loài sinh v
ật bị
diệt chủng sẽ lên ñến 25%. Sinh quyển bị phá vỡ sẽ gây ra sự biến ñộng khí hậu và khô h
ạn,
lũ lụt trên trái ñất ngày một gia tăng.
Việc bảo vệ cân bằng sinh thái là vấn ñề quyết ñịnh sự tồn vong của loài người. Mọi ngư
ời
cần có ý thức bảo vệ nó. Ðể làm cơ sở cho những hiểu biết chúng ta lần lư
ợt xem xét những
vấn ñề sau ñây:

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
28

giữa các khối không khí ). Hiện tượng thăng giáng của các khối không khí ñã làm thay ñổi
chế ñộ nhiệt, ẩm của không khí.


(Khảo sát khí quyển, Oklahoma - 1997)
Chúng ta biết rằng các chất khí ñều chứa ñựng năng lượng ñược gọi là ñộng năng. Ðộng
năng của chất khí phụ thuộc vào áp suất khí quyển, nó ñiều khiển trạng thái nhiệt: khi bị nén
chúng nóng lên, khi giãn nở chúng bị lạnh ñi. Từ nguyên lý ñó ta có thể suy ra rằng: Khối

không khí khi chuyển ñộng ñi lên, áp suất giảm dần và giãn ra do dó chúng lạnh ñi.
Ngược lại, sự vận chuyển từ cao xuống thấp, không khí ở trạng thái bị nén và làm nhiệt
ñộ của nó tăng lên. Giả thiết rằng khối không khí chuyển ñộng nhanh, không có sự trao ñổi
nhiệt hoặc sự xáo trộn với khối không khí xung quanh. Hiện tượng ñó ñược gọi là ñoạn nhiệt,
có nghĩa là không có sự trao ñổi nhiệt với xung quanh.
Các khối không khí ñi lên bao giờ cũng có hiện tượng ñoạn nhiệt lạnh; các khối không
khí ñi xuống thường kèm theo hiện tượng ñoạn nhiệt nóng. Ở các khối không khí khô (chưa
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
29

bão hòa hơi nước) mức ñộ tăng hoặc giảm nhiệt ñộ là 1
0
C cho 100m gọi là ñoạn nhiệt khô. Ở
khối không khí bão hòa hơi nuớc thì mức ñộ tăng hoặc giảm nhiệt ñộ là 0,5
0
C/100m gọi là
ñoạn nhiệt ẩm. Ðối với khối không khí bốc lên cao lúc ñầu lạnh ñi theo mức ñoạn nhiệt khô
bởi vì nó chưa bão hòa hơi nước, ñến một ñộ cao nhất ñịnh nhiệt ñộ không khí ñã giảm ñến
ñiểm sương, và trở nên bão hòa hơi nước, sự tiếp tục giảm nhiệt ñộ theo mức ñộ ñoạn nhiệt
ẩm.
Kết quả thống kê số liệu cao không 30 năm (1961 - 1990) ở Hà Nội cho thấy, vào mùa
ðông ở lớp không khí 500 mét thường xuất hiện lớp nghịch nhiệt (thể hiện rõ trong giá trị
nhiệt ñộ tối cao), còn mùa Hè lớp nghịch nhiệt yếu hơn. Do có lớp nghịch nhiệt, ở lớp không
khí cao hơn thường xảy ra ngưng kết hơi nước.
Bảng 2.1. Nhiệt ñộ không khí khảo sát lúc 7h (0h GMT) ở các ñộ cao tại Hà Nội
(Số liệu 30 năm 1961 -1990)
Mực (mét) Tháng I Tháng VII
0 T
tb
T

max
T
min
T
tb
T
max
T
min
0 14,6 23,0 5,5 27,3 31,4 21,6
200 13,8 21,7 3,5 26,2 31,9 20,3
500 12,5 24,7 0,9 25,2 30,0 19,1
1000 10,6 21,4 0,6 22,8 27,7 16,0
1500 9,3 19,1 -1,5 20,0 24,8 15,3
2100 7,9 18,1 -1,7 16,6 20,8 2,0
3100 5,0 14,2 -3,7 11,1 15,7 7,9
Nguồn: TS. Hoàng Thị Phương Hồng (ðài khí tượng cao không Hà Nội)
Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí trong tầng ñối lưu thường diễn ra hàng
ngày, với cường ñộ mạnh hay yếu tùy theo chế ñộ nhiệt của mặt ñất và là nguyên nhân làm
hơi nước ngưng kết, tạo thành mây, mưa Hiện tượng ñi xuống của các khối không khí (ở
các trung tâm áp cao, trên các sườn núi xuống ) làm cho không khí nóng lên, ñộ ẩm xa dần
trạng thái bão hòa. Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí là một hiện tượng ñặc
trưng quan trọng của tầng ñối lưu.
Tầng ñối lưu chiếm 80% khối lượng khí quyển và 90% hơi nước, thành phần khí quyển
ở tầng này luôn luôn diễn ra sự trao ñổi giữa mặt ñất, mặt ñại dương và khí quyển.
1.2. Tầng bình lưu (Stratosphere)
Tầng bình lưu là tầng tiếp giáp với tầng ñối lưu, lên cao tới 50 - 55km. Ðặc ñiểm của
tầng bình lưu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng ñứng. Có thể tách tầng này thành hai
lớp:
- Lớp ñẳng nhiệt: nằm sát tầng ñối lưu lên cao tới 25km, nhiệt ñộ ít thay ñổi, trung bình

vào khoảng -55
0
C. Lớp khí quyển này thường chuyển ñộng theo chiều nằm ngang từ ñông
sang tây. Kích thước các khối không khí này có thể tới hàng nghìn cây số.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
30

- Lớp nghịch nhiệt: ở ñộ cao từ 25 ñến trên 50km. Ở tầng này nhiệt ñộ tăng dần theo ñộ
cao, nhiệt ñộ trung bình vào khoảng 0
0
C, tối ña có thể tới trên +10
0
C.
Sư tăng dần nhiệt ñộ của lớp khí quyển này có thể là do sự có mặt của tầng ôzôn, chất
hấp thu mạnh các tia sóng ngắn của bức xạ mặt trời.
- Phía trên tầng nghịch nhiệt là ñỉnh tầng bình lưu (Stratopause), nhiệt ñộ khá ổn ñịnh,
khoảng 0
0
C ở ñộ cao 55km.
1.3. Tầng trung gian (Mesosphere)
Tầng trung gian nằm trên tầng bình lưu cho ñến ñộ cao 80 - 90 km. Tầng này nhiệt ñộ
giảm dần theo ñộ cao và ñạt ñến giá trị - 70
0
C ñến - 80
0
C.
1.4. Tầng ñiện ly (Thermosphere)
Tầng ñiện ly hay còn gọi là tầng nhiệt quyển là tầng không khí có ñộ cao từ 80 ñến
800km. Ở tầng này không khí rất thưa loăng. Dưới tác dụng của các tia bức xạ, các chất khí
ñều bị phân ly và bị ion hoá mạnh. Khí quyển ở ñây có ñộ dẫn ñiện cao.

Ðộ dẫn ñiện cao ở tầng ñiện ly là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyến phát ñi
từ mặt ñất, nhờ vậy mà mọi thiết bị vô tuyến ñiện ở mặt ñất, ở các vệ tinh nhân tạo mới có thể
hoạt ñộng bình thường ñược.
Tầng ion có thể nhận thấy hai cực ñại ion hóa ở ñộ cao 100 km và 180 - 200km.
Ðặc ñiểm quan trọng của tầng khí quyển này là nhiệt ñộ không khí cao và tăng nhanh
theo ñộ cao. Ở ñộ cao 200km có nhiệt ñộ 600
0
C, còn ở giới hạn trên là 2000
0
C.
1.5. Tầng khuyếch tán (Exosphere)
Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 ñến 3000 km, là tầng chuyển tiếp giữa khí
quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thưa loãng thành phần chủ
yếu là hydrô và hêli.
2. MẬT ÐỘ, KHỐI LƯỢNG VÀ SỰ PHÂN BỔ KHÍ QUYỂN THEO CHIỀU CAO
2.1. Mật ñộ không khí
Mật ñộ không khí là khối lượng chất khí có trong 1m
3
không khí, hay là tỷ số giữa khối
lượng và thể tích của chất khí, ñược kí hiệu là ρ.
Lần ñầu tiên trên thế giới, mật ñộ không khí ñược xác ñịnh vào thế kỷ thứ 17 sau khi
sáng chế ra bơm không khí. Mật ñộ không khí ở ñiều kiện tiêu chuẩn (áp suất khí quyển 760
mm; nhiệt ñộ không khí 0
0
C) bằng 1,293 kg/m
3
. Còn nếu áp suất khí quyến bằng 1000 mm thì
mật ñộ không khí là 1,276 kg/m
3
.

Mật ñộ không khí phụ thuộc vào một số yếu tố vật lý như: nhiệt ñộ, áp suất khí quyển
và ñộ ẩm không khí. Ðể xác ñịnh mật ñộ không khí người ta có thể dùng các thiết bị máy móc
ño ñếm trực tiếp, và cũng có thể xác ñịnh một cách gián tiếp dựa trên hai yếu tố là nhiệt ñộ và
áp suất khí quyển.
Ðại lượng nghịch ñảo của mật ñộ không khí ñược gọi là thể tích riêng của không khí
(V):
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
31

1
V =

ρ
(1)
Mật ñộ không khí phụ thuộc vào nhiệt ñộ (T) và áp suất khí quyển (P). Sự phụ thuộc
này ñược biểu thị bằng phương trình Clapayron là phương trình ñược rút ra từ những ñịnh luật
vật lý cơ bản Boymariotte và Gayluitsac
PV = RT (2)
Trong ñó: P- áp suất khí quyển (mm);
V- thể tích riêng;
R- hằng số chất khí;
T- nhiệt ñộ tuyệt ñối của không khí.
Thay (1) vào (2) ta có:
P
ρ
=
R.T
1
Thừa nhận hằng số chất khí R = 2,064 cal/mol. ñộ =
0,4845

P
hay ρ = 0,4845 x

273 + t
t là nhiệt ñộ không khí tính theo ñộ bách phân (
0
C).
Ta có thể dùng phương trình (3) ñể xác ñịnh mật ñộ không khí ở bất kỳ ñiều kiện nhiệt
ñộ và áp suất nào của khí quyển.
Từ phương trình (3) ta suy ra rằng: Mật ñộ không khí tỷ lệ thuận với áp suất của khí
quyển (áp suất càng tăng thì khối lượng chất khí có trong 1m
3
không khí càng 1ớn và do ñó
mật ñộ không khí tăng). Mật ñộ không khí tỷ lệ nghịch với nhiệt ñộ. Nhiệt ñộ không khí càng
tăng thì mật ñộ không khí giảm, vì nhiệt ñộ tăng thể tích tăng làm cho khối lượng của một ñơn
vị thể tích không khí giảm.
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và ẩm ñộ ñến mật ñộ không khí

Nhiệt ñộ không khí (
0
C)
Mật ñộ không khí (g/m
3
)
0 10 20 30
Mật ñộ không khí khô 1293 1247 1203 1165
Mật ñộ không khí bão hoà hơi nước 1290 1241 1194 1194
Chênh lệch không khí khô và ẩm 3 6 11 18
Mật ñộ khí quyển còn phụ thuộc vào ẩm ñộ không khí. Ẩm ñộ không khí càng tăng thì
mật ñộ không khí càng giảm (bảng 2.2)

(3)
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
32

Mật ñộ không khí giảm nhanh theo ñộ cao của khí quyển. Càng lên cao thì khối lượng
chất khí trong một ñơn vị thể tích càng giảm do sức hút của trái ñất yếu dần. Nói cách khác,
càng lên cao không khí càng thưa loãng và tiến dần vào không gian vũ tru.
2.2. Khối lượng khí quyển và sự phân bố theo ñộ cao
Khối lượng khí quyển trái ñất bằng 5,26.10
18
kg. Trong khi ñó khối lượng của ñịa quyển
là 5,96.10
24
kg. Như vậy khối lượng khí quyển chỉ bằng 1/1.000.000 khối lượng của ñịa
quyển. Các kết quả nghiên cứu gần ñây cho thấy: Gần 50% khối lượng khí quyển phân bố từ
mặt ñất ñến ñộ cao 5km, 75% ở ñộ cao 10km và 95% ở ñộ cao từ mặt ñất ñến 20km. Lớp khí
quyển trên 80km chỉ chứa 0,5% khối lượng của nó. Cho ñến nay việc xác ñịnh ñộ cao của khí
quyển còn gặp nhiều khó khăn vì càng lên cao không khí càng thưa loãng. Người ta còn quan
sát thấy hiện tượng cực quang ở ñộ cao 1.100 km. Ðiều ñó cho ta thấy ở ñộ cao ñó vẫn còn
không khí. Những chất khí ở ñộ cao 1000 km trở lên hết sức loăng. Các chất khí có tốc ñộ
chuyển ñộng lớn vì gần như thoát khỏi trường trọng lực của trái ñất và tỏa vào không gian vũ
trụ. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khí quyển trái ñất không có dạng ñối xung mà nó lép
về phía mặt trời và làm thành cái ñuôi chất khí của trái ñất kéo dải hàng chục vạn cây số.
3. THÀNH PHẦN KHÔNG KHÍ TRONG KHÍ QUYỂN TRÁI ÐẤT
3.1. Thành phần không khí của lớp khí quyển gần mặt ñất
Bảng 2.3. Thành phần không khí khô, không bị ô nhiễm
STT Tên chất Công thức Tỉ l ệ Tổng khối lượng (tấn)
1 Nitơ N
2

78,09% 3850. 10
12
2 Oxy O
2
20,94% 1180. 10
12

3 Argon Ar 0,93% 65. 10
12

4 Cacbonic CO
2
0,032% 2,5. 10
12

5 Neon Ne 18 ppm 64. 10
9
6 Heli He 5,2 ppm 3,7. 10
9

7 Metan CH
4
1,3 ppm 3,7. 10
9

8 Kripton Kr 1,0 ppm 15. 10
9

9 Hydro H
2

0,5 ppm 0,18. 10
9

10 Nitơ ôxit N
2
O 0,25 ppm 1,9. 10
9

11 Cacbon monoxit CO 0,10 ppm 0,5. 10
9

12 Ôzon O
3
0,02 ppm 0,2. 10
9

13 Sulfurdioxit SO
2
0,001 ppm 11. 10
6

14 Nitơ dioxit NO
2
0,001 ppm 8. 10
6

Sự trao ñổi liên tục giữa khí quyển, ñịa quyển, thủy quyển và sinh quyển ñã tạo nên
những cân bằng ñộng duy trì sự có mặt và tồn tại của các chất khí trong khí quyển. Trong một
ñơn vị thể tích của không khí khô và sạch có chứa 78,08% nitơ (N
2

), 20,95% ôxy (O
2
), 0,93%
acgon (Ar), 0,03% cacbonic. Các chất khí nêon, hê li, cripton, hyñrô, xênon và ôzôn chỉ
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
33

chiếm 0,01% (bảng 2.3). Trong khí quyển còn có một số chất có thành phần biến ñộng như
hơi nước, bụi khói, các chất khí ñộc hại, các ion và các chất hữu cơ do thực vật thải ra
3.2. Vai trò của các chất khí trong khí quyển
a) Nitơ (N
2
)
Là chất khí chiếm tỷ lệ lớn nhất, là bộ xương của khí quyển trái ñất. Nitơ là nguyên tố
dinh dưỡng cho mọi cơ thể sống, nó tham gia cấu tạo nên nhiều bộ phận và cơ quan trong cơ
thể ñộng vật và thực vật. Trong sản phẩm cây trồng hàm lượng nitơ tổng số không cao, song
nó giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển, hình thành năng suất
và phẩm chất của cây trồng. Viện sĩ N.A. Macximov cho rằng: Về số lượng, nitơ chỉ chiếm vị
trí thứ tư trong thành phần cơ thể thực vật sau các chất cacbon, hydro và ôxy. Ba chất này tạo
nên 95% trọng lượng cơ thể thực vật, còn nitơ chỉ chiếm từ 1 ñến 3%, nhưng thiếu nitơ cây
không thế sống ñược.
Nitơ trong tự nhiên là nguồn vô tận, nhưng thực vật không có khả năng ñồng hóa. Chỉ
một số loài vi khuẩn sống tự do trong ñất như Azotobacter, Clostridium pasterianum, vi
khuẩn cộng sinh ở rễ cây họ ñậu (Rhisobium), tảo cộng sinh ở bèo hoa dâu (Anabaena) mới
có khả năng ñồng hóa nitơ phân từ - tạo thành những hợp chất chứa ñạm, bổ sung nguồn dinh
dưỡng cho ñất. Phần lớn thực vật sống trong tình trạng thiếu nitơ bởi vì rễ cây chỉ có thể hút
nitơ dưới dạng các hợp chất như NH
4
+
, NO

3
-
, urea [CO(NH
2
)
2
] hoặc Alanin (axit amin phân
tử nhỏ).
Nguồn ñạm cung cấp thường xuyên cho ñất là những hợp chất nitơ tan trong nước mưa,
sương mù, sương muối Hợp chất này hình thành chủ yếu do quá trình phóng ñiện trong khí
quyển cung cấp lượng ñạm khoảng 3 - 4 kg/ha/năm, Ở những vùng khí hậu nhiệt ñới nhiều
mưa dông, lượng ñạm thu ñược từ nước mưa có thể tới 13 - 14 kg/ha/năm.
Các sản phẩm phế thải của sinh vật (rễ, lá, thân ) mục nát cũng là nguồn cung cấp ñạm
cho ñất. Trong sản xuất nông nghiệp, ngoài những nguồn ñạm tự nhiên kể trên nông dân còn
bón phân ñạm vô cơ và hữu cơ cho ñất Những xác chết ñộng, thực vật, các sản phụ phẩm
nông nghiệp cũng là nguồn bổ sung một lượng ñạm ñáng kể cho ñất.
Quá trình chuyển ñổi nitơ trên mặt ñất là hiện tượng tự nhiên, tạo nên vòng tuần hoàn
nitơ trong khí quyển, giữ trạng trái cân bằng nitơ giữa ñất và khí quyển. Ðiều ñó giải thích
ñược bằng sự tồn tại của thực vật trên bề mặt trái ñất không cần có tác ñộng của con người.
ðể khai thác nguồn tài nguyên nitơ khí quyển con người ñã sử dụng nhiều phương pháp
khác nhau như dùng nhiệt ñộ và áp suất cao sản xuất phân vô cơ, sử dụng phân vi sinh, trồng
cây họ ñậu và thả bèo hoa dâu…
b) Ôxy (O
2
)
Ôxy chiếm gần 21% thể tích khí quyển, là chất có khả năng hấp thụ chọn lọc một số tia
bức xạ mặt trời góp phần vào việc ñiều tiết chế ñộ nhiệt khí quyển. Ôxy là chất cần cho quá
trình hô hấp của mọi cơ thể sống, quá trình ôxy hoá các chất do cơ thể ñồng hóa ñược, giải
phóng năng lượng cung cấp cho mọi hoạt ñộng của cơ thể. Trong quá trình hô hấp, sinh vật
hút ôxy từ khí quyển tự do và thải ra khí cacbonic (CO

2
).
Ôxy cần thiết cho sự phân giải các chất hữu cơ, chất thải, và tàn dư sinh vật… làm sạch
môi trường. Giả sử trong khí quyển không có ôxy, không có sự phân giải các sản phẩm thừa
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
34

của quá trình sống, thì xác chết ñộng thực, vật sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm
trọng.
Ôxy còn cần thiết cho sự ñốt cháy các loại nhiên liệu, giải phóng nhiệt lượng cung cấp
cho các hoạt ñộng công nghiệp, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác.
Nguồn cung cấp ôxy cho khí quyển chủ yếu là quá trình quang hợp của thực vật. Cây xanh
quang hợp thải ôxy vào khí quyển, bởi vậy ở những nơi có cây xanh hàm lượng O
2
cao hơn và
không khí trong lành hơn. Hàm lượng oxy không khí trong các kỷ ñịa chất trước ñây rất thấp,
hàm lượng này tăng dần qua các các kỷ Ðá vôi (Cổ sinh), Chu la (Trung sinh), kỷ Ðệ Tam
(Tân sinh) do cường ñộ quang hợp cao. Sự suy giảm O
2
gây nên những hậu quả nghiệm trọng
về hô hấp cho thế giới sinh vật, tình trạng nghèo oxy kéo dài thì cơ thể sẽ chết. Ðối với thực
vật, hàm lượng 21% oxy khí quyển vẫn chưa ñáp ứng ñầy ñủ cho nhu cầu sinh trưởng. Chỉ có
thực vật thuộc nhóm C
4
ñòi hỏi lượng oxy và lượng CO
2
thấp. Thế nhưng, việc ñốt cháy nhiên
liệu hoá thạch trong công nghiệp, giao thông ñã tiêu tốn oxy và thải CO
2
vào khí quyển. Vào

những thập kỷ gần ñây, do tăng cường hoạt ñộng công nghiệp, nhiên liệu hoá thạch bị thai
thác quá mức. Ngoài ra, nhu cầu nguyên liệu gỗ gia tăng nên diện tích rừng cũng bị thu hẹp là
nguyên nhân làm giảm hàm lượng ôxy, tăng hàm lượng CO
2
trong khí quyển.

c) Ôzôn (O
3
)

Là dạng thù hình của ôxy, có mùi ñặc biệt, ñược gọi tên theo tiếng Hi Lạp là Ôzôn -
khi có mùi). Ôzôn ñược hình thành do tác dụng của các tia sóng ngắn bức xạ mặt trời. Các tia
bức xạ này có năng lượng lớn làm phân ly các phân tử ôxy thành nguyên tử; các nguyên tử
ôxy lại liên kết lại thành ôzôn. Lượng ôzôn trong khí quyển không nhiều và có mặt ở tầng khí
quyển cao từ 10 ñến 50 km, tập trung chủ yếu ở tầng từ 25 ñến 50 km. Ôzôn là loại khí hiếm
ở lớp không khí gần mặt ñất. Mỗi phân tử ôzôn ñược tạo thành từ 3 nguyên tử oxi, bởi vậy
nhiều người tin rằng ôzôn cũng có ích cho cơ thể giống như ôxi. Nhưng thực tế không phải
vậy, nhiều kết quả nghiên cứu ñã chỉ rõ ôzôn ñộc hại, sự ô nhiễm ôzôn tác ñộng xấu ñến năng
suất cây trồng. Mặt khác, lớp ôzôn trên cao lại rất có ích vì nó làm nhiệm vụ như bộ phận lọc,
hấp thụ các bức xạ tử ngoại từ mặt trời chiếu xuống mặt ñất. Những tia tử ngoại rất nguy
hiểm, nó tác ñộng ñến ADN của tế bào, gây ñột biến và ung thư da. Như vậy ôzôn là tác nhân
gây ô nhiễm với không khí ở lớp gần mặt ñất nhưng là tác nhân bảo vệ sự sống, chống tia tử
ngoại ở tầng bình lưu. Trên tầng bình lưu của khí quyển, những tia tử ngoại từ mặt trời tác
ñộng với oxy rồi chuyển hóa thành ôzôn. Ôzôn cũng có thể chuyển thành oxy (O
2
) nhờ những
phản ứng quang hoá. Trong tự nhiên tồn tại một cân bằng ñộng giữa ôxy và ôzôn, duy trì
ñược lớp ôzôn ở tầng bình lưu. Một số loại khí do công nghiệp phát thải có khả năng phân
hủy O
3,

do ñó làm thủng tầng ôzôn.
Ôzôn - lá chắn bảo vệ
Tác dụng của bức xạ Mặt trời ñã duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta. Tác dụng
ñó phụ thuộc vào ñộ dài ban ngày, ñộ cao Mặt trời, mây, ñộ ẩm và ñộ nhiễm bẩn của không
khí. Bức xạ Mặt trời chiếu xuống Trái ñất dưới dạng sóng ñiện từ với phổ bước sóng rất rộng.
Bức xạ Mặt trời chiếu tới giới hạn ngoài của khí quyển Trái ñất (ñộ cao cách mặt ñất khoảng
3000km) gồm các tia gamma, tia rơn ghen, tia tử ngoại, tia nhìn thấy, tia hồng ngoại và các
bước sóng dài (sóng radio, TV). Các tia nhìn thấy có bước sóng từ 0,39 µ* (ánh sáng tím) ñến
0,76µ (ánh sáng ñỏ). Khí quyển Trái ñất có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một bộ phận
lớn các tia bức xạ Mặt trời. Vì vậy, người ta gọi khí quyển là màn chắn các tia bức xạ, nó chỉ
dành lại 2 cửa sổ cho một phần bức xạ Mặt trời chiếu xuống mặt ñất, ñó là “cửa sổ” dành cho
các tia nhìn thấy, một số tia tử ngoại ñi qua và một "cửa sổ" dành cho các bước sóng dài chiếu
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
35

xuống Trái ñất.
Trong khí quyển Trái ñất, tới ñộ cao khoảng 80km là tầng ñiện ly (tầng ion hoá). Tầng
ñiện ly có tác dụng hấp thụ sóng cực ngắn (bước sóng nhỏ hơn 0,099µ). Các tia tử ngoại có
bước sóng ngắn, dao ñộng từ 0,20 - 0,39µ. Các tia có bước sóng từ 0,20 - 0,28 µ gọi là UV -
C, từ 0,28 - 0,32 µ gọi là UV - B. Các tia còn lại có bước sóng dài hơn từ 0,32 - 0,39 µ gọi là
UV - A. Trong số các tia này thì UV - B có tác dụng tích cực nhất ñối với ñộng, thực vật và
con người. UV - C bị hấp thụ bởi thành phần O
3
của khí quyển và UV - A xuyên qua tầng
ôzôn, nhưng lại bị phản xạ bởi oxi và nitơ trở lại vũ trụ. Như vậy, trên thực tế tồn tại một cơ
chế tự nhiên bảo vệ sinh quyển chống lại tác ñộng nguy hiểm của các tia tử ngoại. Sở dĩ các
tia tử ngoại có bước sóng dưới 0,28 µ không xuyên qua tầng bình lưu ñược vì có tầng ôzôn.
Khí ôzôn tự nhiên ñược hình thành là do các tia tử ngoại chiếu vào các phân tử oxi (O
2
), phân

tách chúng thành các nguyên tử (O), các nguyên tử oxi lại tiếp tục kết hợp với các phân tử oxi
khác ñể hình thành ôzôn (O
3
). Phản ứng diễn ra theo các bước:
O
2
+ Bức xạ tử ngoại = O + O
O + O
2
= O
3

Ôzôn có thể hấp thụ năng lượng bức xạ tử ngoại và lại phân huỷ theo phản ứng:
O
3
+ Bức xạ tử ngoại = O
2
+ O
Như vậy, trong thiên nhiên, khí ôzôn luôn luôn phân huỷ và tái tạo, giữ ñược sự tồn tại
ổn ñịnh cho lớp ôzôn. Khí ôzôn hấp thu tia tử ngoại nên có tác dụng che chắn cho bề mặt trái
ñất. Vì thế, lớp ôzôn trong khí quyển ñược gọi là chiếc "ô bảo vệ" hay "lá chắn" cho sinh vật
trên Trái ñất.
Ở giới hạn ngoài khí quyển, bức xạ tử ngoại chiếm 7% tổng năng lượng bức xạ
mặt trời, khi qua tầng khí quyển bị ôzôn giữ lại, chỉ còn l% chiếu tới mặt ñất. Ở mặt ñất hàm
lượng bức xạ sóng ngắn không những không gây ñộc hại cho cơ thể sống mà còn có tác dụng
kích thích, thúc ñẩy các quá trình trao ñổi chất, làm tăng cường sinh trưởng, phát triển ñể cho
năng suất cao.
Trong nhiều thập kỷ qua, do hoạt ñộng thiếu ý thức của con người ñã và ñang làm tổn
hại ñến lớp ôzôn của khí quyển. Một trong những nguyên nhân quan trọng là những hoạt ñộng
thái quá của nền công nghiệp, giao thông vận tải, sử dụng ngày càng nhiều than, dầu và khí

ñốt, thải vào khí quyển mỗi năm hàng trăm triệu tấn khí ñộc như CO
2
, CFC, CO, CH
4
…, gây
ô nhiễm khí quyển và phá hủy tầng ôzôn. Các nhà khoa học dự ñoán rằng ñến năm 2030 sự
suy thoái tầng ôzôn trên phạm vi toàn cầu sẽ là 6,5%. Ðặc biệt, sự suy thái này xảy ra mạnh ở
các vĩ ñộ cao, ñến năm 2030 có thể là 16% ở 60
0
N. Nếu việc cấm sản xuất CFC có hiệu quả
thì sự suy thoái trung bình vẫn ở mức 2% và 8% ở 60
0
N.
d) Khí cacbonic (CO
2
)
Ở ñiều kiện bình thường khí CO
2
chỉ chiếm 0,032% thể tích khí quyển nhưng nó là
nguồn dinh dưỡng quan trọng của thực vật, là yếu tố tạo thành năng suất. Hoạt ñộng của núi
lửa, quá trình cháy, quá trình hô hấp của sinh vật, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ là nguồn
bổ sung khí CO
2
thường xuyên cho khí quyển. Bộ lá của thực vật là nơi hấp thu khí CO
2
chủ
yếu trong tự nhiên.
Khí cacbonic cần thiết cho quá trình quang hợp của cây xanh, là nguyên liệu tổng hợp
các chất hữu cơ ñảm bảo sự sinh trưởng, phát triển và tạo năng suất. Một số loại cây trồng,
lượng CO

2
trong khí quyển chưa ñủ cung cấp cho quá trinh quang hợp ñể ñạt năng suất cao.
Nhiều thí nghiệm tăng dần nồng ñộ CO
2
trong môi trường sống của thực vật cho thấy, nâng
cao dần nồng ñộ CO
2
làm tăng cường ñộ quang hợp giúp thực vật sinh trưởng, phát triển tốt.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
36

Hàm lượng CO
2
thích hợp ñối với các loại cây trồng không giống nhau. Hình 2.2 cho
biết mối quan hệ giữa cường ñộ quang hợp và nồng ñộ CO
2
của một loài cây thông. Qua ñồ
thị ta thấy rằng khả năng ñồng hoá cao nhất của giống thông này khi hàm lượng CO
2
trong
không khí ñạt tới 0,28%. Hàm lượng ñó cao gấp 10 lần so với ñiều kiện bình thường.
Lượng CO
2
thích hợp cho người và gia súc từ
0,02 - 0,03%. Nếu tăng lên trên 0,2% sẽ gây
ngộ ñộc và có thể gây chết. Vì vậy các công
trình xây dựng nhà ở và chuồng trại phải ñảm
bảo ñiều kiện thông thoáng ñể lượng CO
2

không tăng tới mức gây hại.
Thực vật hấp thụ CO
2
qua các khí khổng ở lá
và cố ñịnh cacbon qua hàng loạt các phản
ứng của quá trình quang hợp. Bức xạ mặt trời
là nguồn năng lượng sử dụng ñể tổng hợp
những chất photphat cao năng (ATP -
Anñenozintriphotphate), tách hydro từ phân
tử nước rồi cố ñịnh CO
2
thành glucoze.

Hình 2.2. Quang hợp của cây thông v
à
nồng ñộ CO
2
trong không khí

Cùng lúc ñó, một lượng tương ứng O
2
ñược giải phóng vào khí quyển. Lượng cacbon mà thực
vật cố ñịnh hàng năm trên phạm vi toàn cầu khoảng 4 - 9.10
13
kg. Trong một ngày thực vật
hấp thụ CO
2
suốt từ sáng sớm ñến chiều tối, do ñó ban ngày hàm lượng CO
2
giảm ñi, oxy

tăng lên và ñạt ñến cực ñại vào buổi chiều Sự trao ñổi CO
2
cũng xảy ra giữa khí quyển và ñại
dương, nước biển chứa lượng CO
2
lớn hơn 50 lần so với không khí và vì vậy ñại dương ñóng
vai trò ñiều chỉnh nồng ñộ CO
2
của khí quyển. CO
2
có khả năng hấp thụ bức xạ sóng dài phản
xạ từ mặt ñất do ñó ban ñêm nhiệt ñộ không khí không xuống quá thấp. Hiện nay do không
khí bị ô nhiễm, hàm lượng CO
2
ngày càng tăng gây nên "hiệu ứng nhà kính", nhiều thập kỷ
qua nhiệt ñộ khí quyển ñang tăng lên (xem chương IX).
e) Hơi nước
Hơi nưóc là một mắt xích của vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên. ở một ñiều kiện nào
ñó hơi nước ngưng kết tạo thành sương, sương muối ở mặt ñất, sương mù và mây ở các tầng
khí quyền rồi gây ra mưa, tạo nên các hiện tượng thời tiết khác nhau.
Lương hơi nước chứa trong khí quyển tạo nên ñộ ẩm không khí. Lượng hơi nước có thể
biến ñộng từ một vài phần nghìn ñến 4% thể tích khí quyển (khoảng 0,02% ở vùng cực ñới và
2,5% ở vùng nhiệt ñới). Hơi nước giảm nhanh theo ñộ cao khí quyển, ở ñộ cao 10-15 km
không còn thấy hơi nước. Hơi nước ñóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình vật lý xảy
ra trong khí quyển như sự hấp thu, khúc xạ, khuếch tán bức xạ mặt trời tạo nên các hiện tượng
quang học (quầng, tán mặt trăng, mặt trờì, cầu vồng, ráng…). Hơi nước còn có vai trò trong
việc ñiều tiết chế ñộ nhiệt khí quyển nhờ khả năng hấp thu sóng dài của bức xạ, khả năng
chuyển trạng thái từ thế hơi sang thể lỏng, thể rắn và ngược lại. Hơi nước có vai trò ñặc biệt
quan trọng trong ñời sống thực vật, ñộng vật và con người. Chúng ta sẽ tiếp tục nghiên cứu kỹ
các vấn ñề này ở phần sau (xem chương IV).

g) Bụi
Bụi là những phân tử vật chất có kích thước nhỏ bé bay lơ lửng trong khí quyển. Thành
phần của bụi trong khí quyển biến ñộng lớn theo thời gian và không gian.
Bụi có trong khí quyển là do các quá trình phong hóa ñất ñá, quá trình cháy của các
mảnh thiên thể, cháy rừng, hoạt ñộng của núi lửa, ñốt cháy nhiên liệu trong công nghiệp, giao
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
37

thông vận tải, hoạt ñộng của con người và ñộng vật… Năm 1938 hoạt ñộng của núi lửa
Cracatau (Liên Xô cũ) sinh ra một lượng bụi khói khổng lồ bao bọc cả trái ñất, bụi làm giảm
cường ñộ bức xạ mặt trời, làm xuất hiện những màu sắc ñặc biệt trên bầu trời kéo dài trong
nhiều năm.
Bụi là những hạt nhân ngưng kết hơi nước, ñặc biệt các hạt bụi có chứa những chất hút
ẩm và dễ tan trong nước. Khi hút các phần tử hơi nước, bụi dễ hòa tan tạo thành những hạt
dung dịch nhỏ bé trở thành những hạt nhân ngưng kết rất tốt. Ở ñiều kiện thuận lợi hạt nhân
ngưng kết ấy lớn dần lên ñể tạo thành những giọt nước mưa.
Bụi có vai trò quan trọng trong việc ñiều tiết chế ñộ nhiệt không khí. Những phần từ bụi
nhỏ bé có khả năng hấp thu và bức xạ nhiệt. Lợi dụng ñặc ñiểm này người ta ñã dùng biện
pháp hun khói ñể chống sương muối, bảo vệ cây trồng trong mùa ñông.
Trong không khí chứa nhiều bụi sẽ gây ra nhiều bất lợi cho cây trồng. Hiện tượng sương
mù khô, sương mù ñen ngăn cản phần lớn các tia bức xạ mặt trời chiếu tới mặt lá, làm giảm
cường ñộ quang hợp. Bụi có thể bịt kín khí khổng của lá cây cản trở việc thoát hơi nước mặt
lá, ảnh hưởng xấu ñến các chức năng sinh lý của cây trồng. Hiện tượng mưa axit, mưa mầu ở
Nga và Bắc Mỹ hiện nay ñã tàn phá rừng, ñồng ruộng là do bụi công nghiệp thải vào khí
quyển mang tính axit ðể nghiên cứu bụi, người ta ñã phân loại theo nhiều tieu chí khác
nhau.
+/ Phân loại theo kích thước: bụi: Φ >10 µm; mù: Φ = 0,1 - 10 µm; khói: Φ < 0,1 µm.
Gồm 2 loại: bụi bay và bụi lắng.
• Bụi bay: có kích thước Φ = 0,001 - 10 µm (tro, muội, khói và các hạt chất rắn nhỏ chuyển
ñộng Braonơ hoặc rơi theo ñịnh luật Stok. Gây tổn thương cơ quan hô hấp, bệnh nhiễm

bụi thạch anh (silicose)
• Bụi lắng :có kích thước lớn hơn 10 µm, rơi theo ñịnh luật Niutơn, gây bệnh cho mắt,
nhiễm trùng, dị ứng da
+/ Phân loại theo nguồn gốc: bụi hữu cơ (phấn hoa, phấn côn trùng); bụi vô cơ (bụi
khoáng, bụi kim loại, hỗn hợp); bụi tự nhiên: bụi vũ trụ; bụi núi lửa, bão cát; bụi nhân tạo: bụi
công nghiệp, bụi giao thông…
+/ Phân loại theo tính xâm nhập vào ñường hô hấp: bụi không ở lại phế nang: Φ <0,1
µm; bụi ở lại phế nang: Φ = 0,1 - 5,0 µm; bụi vào phổi nhưng lại ñược ñào thải ra: Φ = 5 -10
µm; bụi ñọng lại ngoài mũi: Φ > 10 µm.
+/ Phân loại theo các ñặc ñiểm khác: theo tác hại (nhiễm ñộc, gây ung thư, xơ phổi,
nhiễm trùng)
3.3. Thành phần không khí trong ñất
Ðất ñược cấu tạo bởi những hạt có kích thước khác nhau, giữa các hạt là những khe hở
chứa ñầy nước hoặc chứa ñầy không khí. Những loại ñất trồng trọt thường có dung tích khe
hở lớn do tác ñộng của các biện pháp kỹ thuật như làm ñất, xới xáo hoặc do rễ cây tạo nên
Không khí trong ñất là một trong những yếu tố quan trọng ñảm bảo cho sự sinh trưởng,
phát triển của bộ rễ cây trồng, các loài sinh vật và vi sinh vật sống trong ñất dồng thời cũng là
yếu tố thúc ñẩy các quá trình phong hoá, hình thành ñất.
Không khí trong ñất không có thành phần cố ñịnh như ở khí quyển. Không khí trong ñất
có hàm lượng CO
2
bao giờ cũng cao hơn ngoài khí quyển vì trong ñất thường ñược bổ sung
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
38

CO
2
do sự phân giải chất hữu cơ, sự hô hấp của sinh vật ñất và của bộ rễ thực vật. Hàm lượng
CO
2

thay ñổi theo mùa sinh trưởng và mùa khí hậu.
Hàm lượng ôxy và nitơ trong ñất bao giờ cũng thấp hơn ngoài khí quyển do sự hô hấp
của sinh vật ñất ñã lấy ñi một lượng ôxy nhất ñịnh. Do hoat ñộng của vi sinh vật, sự phân giải
các chất hữu cơ ñã thải ra một số chất khí mà ngoài khí quyển không có hoặc với hàm lượng
rất thấp (H
2
S, NH
3,
CH
4
…).
Theo Vítkêvic, thành phần các chất khí chính trong ñất gồm nitơ, cacbonic, ôxy như ở bảng
2.4. dưới ñây. Không khí trong ñất và lớp không khí sát mặt ñất thường xuyên diễn ra quá
trình trao ñổi tạo nên những cân bằng ñộng làm cho không khí trong ñất cũng có ñủ thành
phần và tỷ lệ cần thiết cho sự sống của sinh vật ñất Cường ñộ trao ñổi phụ thu
ộc
vào tính chất lý, hóa học, chế ñộ nước trong ñất và quá trình canh tác.
Trong tự nhiên quá trình trao ñổi này cũng bị nhiều yếu tố chi phối:
* Áp suất khí quyển. Sự biến ñộng của áp suất khí quyển xúc tiến các quá trình trao ñổi
khí trong ñất. Khí áp tăng tạo nên lực nén không khí vào ñất, khí áp giảm tạo ra một lực hút
các chất khí từ trong ñất ra. Áp suất khí quyển là yếu tố biến ñộng mạnh và thường xuyên,
như một ñộng lực thúc ñẩy quá trình trao ñổi này.
* Gió: Cũng như áp suất khí quyển, gió vừa tạo nên lực hút và lực nén không khí vừa
xúc tiến các quá trình vận chuyển không khí trên mặt ñất. Cường ñộ trao ñổi xảy ra mạnh hay
yếu phụ thuộc vào tốc ñộ và hướng gió trên mặt ñất.
Bảng 2.4.Thành phần các chất khí trong ñất
(Theo Vitkêvic, 1966)
Chất khí Giới hạn dao ñ
ộng của các
chất khí (% thể tích)

* Bức xạ mặt trời: Bức xạ mặt
trời ñốt nóng lớp ñất mặt, không khí
trong ñất cũng bị ñốt nóng nên giãn nở
thể tích, trở nên nhẹ hơn và bay ra khỏi
ñất. Không khí trên cao lạnh hơn nên có
tỷ trọng lớn, lắng xuống thay thế vị trí
của không khí vừa bay lên.
* Nước mưa, nước tưới. Cũng là
những yếu tố tích cực làm thay ñổi chế

Nitơ
Ôxy
Cácbonic
từ 76 ñến 87
từ 10 ñến 20
từ 0,01 ñến 10-12
ñộ không khí trong ñất. Nước mưa và nước tưới nước chui vào các khe hở của ñất, ñẩy không
khí ra. Hầu hết các khe hở trong ñất ñều chứa ñầy nước sau khi mưa, khi ñộ ẩm ñất giảm
không khí dần dần chiếm lại các khe hở của ñất. Sự xen kẽ giữa thời kỳ mưa và không mưa,
hoặc giữa các thời kỳ tưới và không tưới, chế ñộ không khí trong ñất sẽ ñược cải thiện theo
hướng có lợi cho sinh vật ñất.
* Thành phần cơ giới và cấu trúc của ñất cũng là một yếu tố có vai trò quan trọng trong
quá trình trao ñổi khí. Các loại ñất tơi xốp có kích thước hạt Φ > 0,l cm tạo ra khoảng cách
lớn giữa các viên ñất, sự trao ñổi khí trong các loại ñất này xảy ra manh hơn so với các loại
ñất chặt.
Từ những cơ sở lý luận trên ta có thể cải tạo ñược chế ñộ không khí trong ñất theo chiều
hướng có lợi cho sinh trưởng của bộ rễ cây trồng thông qua các biện pháp kỹ thuật làm ñất và
chăm sóc hợp lý như xới xáo, bón phân, tưới nước