Thời tiết và khí hậu - Phần 2 Nước trong khí quyển - Chương 5 docx

163
Phần 2 - N{ớc trong khí quyển
Chơng 5
Độ ẩm khí quyển
Bất chấp bão tuyết chiều ngy 9 tháng 1 năm 1997, lu lợng tới v đi của Sân
bay Detroit Metropolitan tiếp tục nh thờng lệ, giống nh vẫn thờng diễn ra ở
khắp miền Midwest. Trớc 4 giờ chiều một chút, chuyến bay Comair 3272 đang
chuẩn bị hạ cánh. Chuyến bay ny xuất phát một giờ trớc đó từ Sân bay quốc tế
Cincinnati, Bắc Kentucky, đang diễn ra bình thờng thì bỗng dng ngời lái bị mất
kiểm soát máy bay. Theo chứng kiến của một số ngời nh Ted Rath, anh quan sát
đợc cảnh tợng khủng khiếp chiếc may bay hai động cơ xoay ba lần rồi lao xuống
cánh đồng cách đờng bay số 3 mời tám dặm. Không một ngời no sống sót trong
số 29 hnh khách v đội lái.
Các chuyên gia an ton hng không lập tức nghi ngờ sự kết băng l nguyên
nhân của tai nạn. Bằng chứng tiếp theo, nh máy bay đã gặp hai lần trục trặc
trớc đó với hệ thống chống kết băng, đã củng cố thêm sự dự đoán.
ủy ban An ton
Vận tải Quốc gia nhất trí kết luận rằng một mng băng bao cánh máy bay v tốc độ
tiếp đất thấp đã lm cho máy bay mất độ nâng khí động lực cần thiết.
Mặc dù những vụ vỡ máy bay khác đã từng gây nên do kết băng máy bay, song
những tai nạn ny rất hiếm khi xảy ra. Tuy nhiên, thực tế vẫn l điều kiện thời tiết
có thể tạo ra những vấn đề quan trọng đối với ngnh hng không. Thời tiết nguy
hiểm rất hay tạo ra rối cực đoan hoặc biến đổi nhanh điều kiện gió. Đôi khi thậm
chí những điều kiện tơng đối ôn hòa có thể gây nên những nguy hiểm đáng kể nh
trờng hợp ở Detroit. Thậm chí một dải hoặc lớp mây mù nhẹ có thể lm giảm tầm
nhìn v đe dọa sự an ton giao thông đờng bộ v trên không. Mặc dù mây v
sơng mù rất phổ biến trong đời sống thờng ngy, nhng nhiều ngời trong chúng
ta hiểu biết rất kém về chúng hình thnh nh thế no.
Nớc l chất duy nhất không chỉ bởi vì nó xuất hiện tự nhiên gần bề mặt Trái
Đất ở các pha rắn, lỏng v khí, m còn bởi vì nó có thể chuyển đổi giữa các pha đó

trong một khoảng thời gian khá ngắn. Thật vậy, về trung bình, một phân tử hơi
nớc trong khí quyển sẽ tồn tại trong pha khí chỉ trong ít ngy trớc khi ngng tụ
thnh những giọt chất lỏng hoặc tinh thể băng để tạo thnh mây hoặc sơng mù.
Mây v sơng mù cũng có khoảng thời gian sống hạn chế v thờng bốc th
nh hơi
hoặc rơi xuống thnh ma trong vò
ng vi giờ hình thnh.
Chơng ny bắt đầu phần 2, Nớc trong khí quyển, bằng việc mô tả những cơ
sở về độ ẩm khí quyển. Đó l những cơ sở của các quá trình m nhờ đó nớc có thể

164
chuyển từ pha ny sang pha khác v giới thiệu những phép đo chung để chúng ta
thể hiện độ ẩm. Chơng ny cũng sẽ mô tả những cơ sở liên quan tới sự hình thnh
sơng mù v mây. Chơng 6 mô tả các quá trình phát triển mây v dạng mây kết
quả. Chơng 7 bn luận những giọt nớc mây lớn lên nh thế no để rơi xuống
thnh giáng thủy. Những chủ đề thảo luận ở đây rất quan trọng để hiểu một số
hiện tợng thời tiết chung nhất cũng nh những hiện tợng đôi khi ảnh hởng tới
con ngời.
Hơi n~ớc v n~ớc lỏng
Mặc dù vật chất ở pha khí có độ nén cao, song mật độ của một chất khí không
thể tăng đến một mức cao tùy ý. Khi chất khí đạt tới một điểm giới hạn no đó, nó
buộc phải chuyển thnh trạng thái lỏng hoặc rắn. Đối với một chất khí khí quyển -
hơi nớc, giới hạn đó thờng đạt tới tại các nhiệt độ v áp suất thờng thấy trên
Trái Đất. (Những chất khí khác, nh nitơ v ôxy, chỉ có thể bị hóa lỏng tại những
nhiệt độ rất thấp). Không khí chứa nhiều nớc nhất có thể đợc gọi l không khí
bão hòa v nếu đa thêm hơi nớc sẽ dẫn đến hình thnh các giọt nớc hoặc tinh
thể băng. Khái niệm về bão hòa l khái niệm cơ sở để hiểu các quá trình hình
thnh mây v sơng mù. Chúng ta bắt đầu thảo luận với một thực nghiệm giả định
trong phòng thí nghiệm, nó mô tả những nguyên lý chung về bay hơi v ngng tụ.
Sau đó, chúng ta áp dụng những nguyên lý ấy cho các quá trình diễn ra trong khí

quyển thực.
Bay hơi v ngng tụ
Hình 5.1 biểu diễn một thí nghiệm giả định, trong đó một hộp bịt kín chứa một
phần nớc tinh khiết (H
2
O). Mặc dù điều ny có thể tởng nh hiển nhiên tại thời
điểm ny, nhng chúng ta hãy đặt điều kiện rằng nớc ở trong bình có bề mặt
phẳng hon ton. Ngoi ra, giả sử tại lúc bắt đầu thí nghiệm bề mặt nớc đợc che
phủ bởi một lớp vỏ kín sao cho hơi nớc không tồn tại ở trong thể tích bình chứa
phía bên trên bề mặt nớc. Thể tích bên trên bề mặt nớc chứa không khí hay
không hon ton không liên quan gì tới thí nghiệm ny. Thể tích đó có thể chứa
không khí bình thờng, hyđrô nguyên chất, mêtan hay chất thơm từ nớc hoa Pháp
- nó thậm chí l chân không hon ton. Tất cả vấn đề liên quan tới quá trình bay
hơi/ngng tụ l hơi nớc không có mặt lúc đầu.
Hình 5.1b cho thấy điều gì xảy ra khi chúng ta nhấc bỏ lớp phủ trên bề mặt
nớc lỏng. Không có lớp phủ, một số phân tử tại bề mặt có thể thoát vo thể tích
bên trên thnh hơi nớc. Quá trình m các phân tử thoát tự do khỏi thể tích chất
lỏng đợc gọi l
bay hơi. Quá trình ngợc lại l ngng tụ, trong quá trình ny các
phân tử hơi nớc ngẫu nhiên va chạm với bề mặt nớc v gắn kết với các phân tử
bên cạnh. Tại thời điểm đầu của thí nghiệm giả định không thể xảy ra ngng tụ bởi
vì không có hơi nớc. Tuy nhiên, khi bay hơi bắt đầu, hơi nớc bắt đầu tích tụ bên
trên bề mặt của chất lỏng.

165
Hình 5.1. Một bình t~ởng t~ợng chứa n~ớc tinh khiết với một bề mặt phẳng v thể tích nằm bên trên
lúc đầu không chứa hơi n~ớc (a). Khi bay hơi bắt đầu (b), hơi n~ớc tích lũy trong thể tích bên trên
bề mặt n~ớc lỏng. Lúc đầu ng~ng tụ không thể xảy ra bởi vì không có hơi n~ớc ở bên trên chất
lỏng. Nh~ng khi bay hơi cung cấp n~ớc cho thể tích bên trên, ng~ng tụ có thể xuất hiện. Bay hơi
v~ợt trội ng~ng tự một thời gian v nhờ đó lm tăng dung l~ợng hơi n~ớc. Dần dần hơi n~ớc ở bên

trên chất lỏng đủ nhiều để cho ng~ng tụ bằng bay hơi (c). Tại thời điểm ny, sự bão hòa xuất hiện
Tại thời đoạn sớm của bay hơi, dung lợng hơi nớc thấp ngăn chặn không cho
ngng tụ xảy ra v tốc độ bay hơi vợt trội tốc độ ngng tụ. Điều đó lm tăng lợng
hơi nớc. Tuy nhiên, khi dung lợng hơi nớc tăng lên, tốc độ ngng tụ cũng tăng.
Dần dần, lợng hơi nớc bên trên bề mặt đủ để cho tốc độ ngng tụ v bay hơi trở
nên bằng nhau nh hình 5.1c. Bây giờ một lợng hơi nớc không đổi tồn tại ở trong
thể tích bên trên bề mặt nớc do nhận v mất bù trừ giữa bay hơi v ngng tụ.
Trạng thái cân bằng kết quả đợc gọi l bão hòa.
Trạng thái bão hòa đợc mô tả ở đây có thể diễn ra cho dù có hay không có
không khí (hay các khí khác) tồn tại trong hộp chứa. Nói cách khác, hơi nớc không
bị giữ bởi không khí (mặc dù nhiều khi ngời ta vẫn thờng khẳng định mệnh đề
sai lầm ny). Hơi nớc l một chất khí, giống nh các hợp phần khác của không
khí. Do đó, nó không cần phải bị giữ bởi không khí giống nh ôxy, nitơ, acgôn v
các khí khác của khí quyển không cần bị giữ bởi hơi nớc! Khi không khí bão hòa
thì chỉ đơn giản l có một sự cân bằng giữa bay hơi v ngng tụ; không khí khô
không có vai trò trong việc đạt trạng thái ny. Cũng cần biết rằng sự trao đổi hơi
nớc v chất lỏng đ
ợc mô tả ở đây cũng áp dụng cho sự chuyển đổi pha giữa hơi
nớc v băng. Sự chuyển đổi pha
trực tiếp từ băng thnh hơi nớc, không qua pha
lỏng, đợc gọi l
thăng hoa. Quá trình ngợc lại (từ hơi nớc thnh băng) gọi l
lắng đọng. (Các nh khí tợng đôi khi dùng từ thăng hoa áp dụng cho chuyển đổi
pha hơi thnh rắn cũng nh rắn thnh hơi. Vì các quá trình ngợc nhau không nên
có cùng một tên, nên sử dụng chuyên từ
lắng đọng cho sự chuyển đổi hơi thnh
băng).
Các chỉ số về dung l~ợng hơi n~ớc
Chúng ta cần có một cách no đó biểu diễn dung lợng nớc của không khí
giống nh đối với một thuộc tính khác bất kỳ của khí quyển.

Độ ẩm l lợng hơi

166
nớc trong không khí. Độ ẩm có thể đợc biểu diễn bằng một số cách - thông qua
mật độ của hơi nớc, áp suất của hơi nớc, tỉ lệ phần trăm của lợng hơi nớc có
thể thực sự tồn tại hoặc một số phơng pháp khác. Không có một số đo đúng duy
nhất, m ngợc lại, mỗi số đo có những u điểm v nhợc điểm của nó, tùy thuộc
vo mục đích sử dụng dự định. Tuy nhiên, tất cả các số đo về độ ẩm có một nét
chung - chúng áp dụng tuyệt đối cho hơi nớc v không cho các giọt chất lỏng hay
các tinh thể băng ở trong hoặc đang rơi qua không khí. Bây giờ chúng ta xem xét
các số đo đó.
áp suất hơi
Trong các chơng 1 v 4, chúng ta thấy rằng không khí tác động áp suất lên
tất cả các bề mặt. Từng chất khí cấu tạo nên khí quyển góp phần vo áp suất không
khí tổng cộng, các chất khí thờng trực nhiều nhất tạo thnh phần lớn áp suất. Bởi
vì hơi nớc hiếm khi chiếm hơn 4 % khối lợng khí quyển tổng cộng, nên nó chỉ tác
động một tỉ lệ phần trăm nhỏ của áp suất không khí tổng cộng. Phần áp suất khí
quyển tổng cộng do hơi nớc tác động đợc gọi l
áp suất hơi. Giống nh áp suất
khí quyển, áp suất hơi thờng đợc biểu diễn bằng đơn vị miliba (mb) theo các nh
khí tợng học Mỹ v bằng kilôpascal (kPa) theo các đồng nghiệp Canađa, mặc dù
trong phần lớn các ứng dụng khoa học pascal (Pa) l đơn vị đợc a dùng nhất (100
Pa = 1 ba = 0,1 kPa).
Hình 5.2. Chuyển động của những phân tử tác
động một áp suất lên các bề mặt, gọi l áp suất
hơi. áp suất hơi tăng lên theo nồng độ v nhiệt độ
áp suất hơi của một thể tích không khí phụ thuộc cả vo nhiệt độ v mật độ
của các phân tử hơi nớc (hình 5.2). Nếu nhiệt độ không khí cao, các phân tử hơi
nớc (cùng với tất cả các hợp phần khí khác của khí quyển) chuyển động nhanh hơn
v tác động áp suất lớn hơn. Một cách tơng tự, nồng độ của các phân tử hơi nớc

lớn hơn có nghĩa rằng một lợng khối lợng lớn hơn có mặt để tác động áp suất.
Trong thực tế, ảnh hởng nhiệt độ l nhỏ so với những biến thiên mật độ, thnh
thử áp suất hơi tuân theo những biến thiên mật độ, hay số lợng các phân tử nớc
một cách chặt chẽ.
Vì có một lợng hơi nớc cực đại có thể tồn tại, nên cũng có áp suất hơi cực đại
tơng ứng, gọi l
áp suất hơi bão hòa. áp suất hơi bão hòa không biểu thị lợng

167
ẩm hiện tại trong không khí, ngợc lại, nó l biểu thị của cái cực đại
có thể tồn tại.
áp suất hơi bão hòa chỉ phụ thuộc vo một biến - nhiệt độ. Hình 5.3 biểu diễn mối
liên quan giữa áp suất hơi bão hòa v nhiệt độ, nhiệt độ cng cao thì áp suất hơi
bão hòa cng cao. Ví dụ, tại 40
o
C áp suất hơi bão hòa l 73,8 mb, còn tại 0
o
C áp suất
hơi bão hòa chỉ bằng 6,1 mb, nhỏ hơn một phần mời.
Sự tăng áp suất hơi bão hòa theo nhiệt độ không tuyến tính. Tại những nhiệt
độ thấp, áp suất hơi bão hòa chỉ tăng rất ít, nhng tại những nhiệt độ cao, áp suất
hơi bão hòa tăng rất nhanh. Ví dụ, tại 2
o
C tăng nhiệt độ từ 0
o
C lên 2
o
C lm tăng áp
suất hơi bão hòa từ 6,1 mb lên 7,1 mb, chỉ khác nhau 1 mb. Cũng với lợng tăng
nhiệt độ nh trên, nhng từ một điểm xuất phát cao hơn, từ 40

o
C lên 42
o
C, áp suất
hơi bão hòa tăng lên 7,7 mb, từ 73,8 lên thnh 81,5 mb.
Độ ẩm tuyệt đối
Một số đo khác về dung lợng hơi nớc l độ ẩm tuyệt đối, đơn giản l mật độ
của hơi nớc đợc biểu diễn bằng số gam hơi nớc chứa trong một mét khối không
khí. Vì độ ẩm tuyệt đối biểu diễn lợng nớc chứa trong một thể tích không khí,
nên giá trị của nó thay đổi mỗi khi không khí giãn hoặc nén. Do đó, ví dụ, nếu một
phần tử không khí giãn ra (khi nó nóng hơn hoặc nâng lên cao), độ ẩm tuyệt đối của
nó sẽ giảm, mặc dù hơi nớc không bị mất khỏi phần tử. Vì độ ẩm tuyệt đối có
nhợc điểm ny, nên nó không có tính u việt lớn so với những chỉ số khác v ít
đợc sử dụng.
Độ ẩm riêng
Mặc dù không đợc sử dụng nhiều bên ngoi những ứng dụng khoa học, độ ẩm
riêng l một chỉ số hữu ích để biểu diễn độ ẩm khí quyển. Độ ẩm riêng thể hiện
khối lợng hơi nớc tồn tại trong một khối lợng không khí đang xét. Ví dụ, xét một
thể tích chứa đúng 1 kg không khí (tại mực nớc biển thể tích đó bằng khoảng 0,8
mét khối). Trong 1 kg đó một số gam l hơi nớc. Tỉ lệ khối lợng không khí thuộc
về phần hơi nớc l độ ẩm riêng. Thông thờng nhất, độ ẩm riêng đợc biểu diễn
bằng số gam hơi nớc trong một kilôgam không khí.
Thật ra, chúng ta đã một cách không tờng minh đề cập đến độ ẩm riêng trung
bình của khí quyển ở trong chơng 1 khi nói rằng hơi nớc thông thờng chỉ chiếm
khoảng 1 hoặc 2 phần trăm khối lợng khí quyển. Vì hơi nớc ở bên ngoi vùng
nhiệt đới thờng l ít hơn 2 phần trăm khối lợng không khí, các độ ẩm riêng
thờng nhỏ hơn 20 gam hơi nớc trong một kilôgam không khí. Độ ẩm riêng
q đợc
biểu diễn toán học nh sau:
dv

vv
mm
m
m
m
q
+
== ,
ở đây

v
m khối lợng hơi nớc,
m
khối lợng của khí quyển v
d
m khối lợng
của không khí khô (tất cả các chất khí khí quyển khác với hơi nớc). Khác với áp
suất hơi, độ ẩm riêng chịu ảnh hởng ít bởi áp suất khí quyển, vì nó phụ thuộc một
phần vo khối lợng tổng cộng của khí quyển
m .

168
Khác với độ ẩm tuyệt đối, độ ẩm riêng có u điểm không thay đổi khi không
khí giãn nở hoặc co lại. Ví dụ, khi một kilôgam không khí nở ra, khối lợng của nó
không thay đổi (nó vẫn l 1 kg), v tỉ phần thuộc về hơi nớc không thay đổi. Kết
quả l, độ ẩm riêng không bị ảnh hởng. Một đặc điểm thuận tiện khác của độ ẩm
riêng l nó không phụ thuộc vo nhiệt độ. Nếu một kilôgam không khí chứa 1 g hơi
nớc, nó vẫn chứa 1 g sau khi bị nung nóng. Vì lý do đó, độ ẩm riêng l một chỉ thị
tốt để so sánh hơi nớc trong không khí tại những địa phơng khác nhau m mỗi
nơi nhiệt độ không khí có thể khác nhau.

Ví dụ, nếu Toronto, Ontario có độ ẩm riêng 10 gam hơi nớc trong 1 kg không
khí vo một ngy no đó, còn Albuquerque, New Mexico có 5 g/kg, chúng ta có thể
khẳng định rằng Toronto có hơi nớc trong không khí nhiều bằng hai lần
Albuquerque, nhiệt độ hai nơi đó l bao nhiêu không thnh vấn đề. Điều ny có thể
l tỏ ra không có gì đặc biệt, nhng sự tơng ứng trực tiếp giữa độ ẩm riêng v
dung lợng hơi nớc không còn đúng đối với chỉ số độ ẩm thờng đợc dùng - độ ẩm
tơng đối. Vì vậy, độ ẩm riêng l một số đo hữu ích về hơi nớc; nó chỉ có nhợc
điểm duy nhất l công chúng ít quen thuộc với chuyên từ ny.
Hình 5.3. áp suất hơi bão hòa v độ ẩm riêng bão hòa nh~ một hm của
nhiệt độ. Đ~ờng cong dốc hơn tại các nhiệt độ cao có nghĩa rằng áp
suất hơi bão hòa nhạy cảm hơn với biến thiên nhiệt độ khi không khí ấm
Vì có một lợng cực đại hơi nớc có thể tồn tại tại một nhiệt độ cụ thể, nên
cũng có một độ ẩm riêng cực đại. Cực đại đó đợc gọi l
độ ẩm riêng bão hòa.
Tính chất ny trực tiếp tơng tự với áp suất hơi bão hòa v tăng theo kiểu không
tuyến tính nh trên hình 5.3.

169
Tỉ số xáo trộn
Tỉ số xáo trộn rất giống với độ ẩm riêng. Trong trờng hợp độ ẩm riêng, chúng
ta biểu diễn khối lợng hơi nớc trong không khí nh một tỉ phần của
tất cả không
khí. Ngợc lại, tỉ số xáo trộn
r l một số đo khối lợng hơi nớc tơng đối so với
khối lợng của các chất khí khác của khí quyển, hay
dv
mmr /=
.
(Lu ý rằng mẫu số chỉ khối lợng của không khí khô, trái ngợc với
tất cả không

khí). Về phơng diện số, tỉ số xáo trộn v độ ẩm riêng sẽ luôn có giá trị gần bằng
nhau. Đó l vì lợng hơi nớc trong không khí luôn luôn nhỏ, cho nên dù nó có đợc
tính đến hay không trong mẫu số cũng không lm thay đổi tỉ số.
Một ví dụ đơn giản có thể lm rõ sự tơng tự giữa độ ẩm riêng v tỉ số xáo trộn.
Nếu độ ẩm riêng l 10 g hơi nớc trong 1 kg không khí, tỉ số xáo trộn l 10 g hơi
nớc trên 990 g không khí khô. Hãy lu ý rằng 10 chia cho 990 bằng 10,0011. Nói
khác đi, nếu độ ẩm riêng l 10,0 g/kg, thì tỉ số xáo trộn chỉ cao hơn 1,1 %, hay
10,011 g/kg.
Sử dụng tỉ số xáo trộn nh một chỉ số về dung lợng độ ẩm có cùng những u
điểm nh độ ẩm riêng. Ngoi ra, hon ton giống nh độ ẩm riêng cực đại có thể
tồn tại đợc gọi l
độ ẩm riêng bão hòa, thì tỉ số xáo trộn cực đại có thể đợc gọi l
tỉ số xáo trộn bão hòa.
Độ ẩm tơng đối
Số đo quen thuộc nhất về dung lợng hơi nớc l độ ẩm tơng đối, RH, nó
liên hệ lợng hơi nớc trong không khí với lợng cực đại có thể tại nhiệt độ hiện
thời. Một cách tơng đơng, độ ẩm tơng đối bằng
RH = (độ ẩm riêng / độ ẩm riêng bão hòa) ì 100 %
Nói cách khác, độ ẩm tơng đối l lợng hơi nớc biểu diễn tơng đối với giá trị
cực đại có thể tồn tại tại một nhiệt độ cụ thể (điểm bão hòa của nó). Để xem xét cụ
thể, ta xét ví dụ trên hình 5.4, trong đó độ ẩm riêng thực tế l 6 g/kg không khí v
nhiệt độ 14
o
C cho độ ẩm riêng bão hòa 10 g/kg không khí. Do đó, độ ẩm tơng đối sẽ
bằng
%60%1006,0%100
10
6
RH =ì=ì= .
Độ ẩm tơng đối không phải duy nhất xác định bằng lợng hơi nớc có mặt. Vì

trong không khí ấm có thể chứa nhiều hơi nớc hơn trong không khí lạnh, nên độ
ẩm tơng đối phụ thuộc vo cả dung lợng ẩm thực tế v nhiệt độ không khí. Nếu
nhiệt độ không khí tăng lên, thì nhiều hơi nớc hơn có thể tồn tại v tỉ số giữa
lợng hơi nớc trong không khí trên lợng bão hòa giảm. Do đó, độ ẩm tơng đối
giảm thậm chí nếu dung lợng ẩm không thay đổi. Một lần nữa xét ví dụ trên hình
5.4, ta xem điều gì sẽ xảy ra nếu lợng hơi nớc giữ không đổi nhng nhiệt độ tăng
từ giá trị xuất phát 14
o
C lên 25
o
C. Tại nhiệt độ mới, độ ẩm riêng bão hòa tăng lên
tới 20 g hơi nớc trong 1 kg không khí v độ ẩm tơng đối trở thnh

170
%30%1003,0%100
20
6
RH =ì=ì= .
Độ ẩm tơng đối đã bị giảm mặc dù lợng hơi nớc giữ không đổi! Đây l một nhợc
điểm quan trọng đối với một chỉ số bất kỳ nhằm dùng lm số đo về độ ẩm.
Hình 5.4. Quan hệ giữa độ ẩm t~ơng đối v nhiệt độ. (a) Nhiệt độ 14
o
C có độ ẩm riêng bão
hòa 10 g hơi n~ớc trong 1 kg không khí. Nếu độ ẩm riêng thực tế l 6 g/kg, độ ẩm t~ơng đối
bằng 60%; (b) Độ ẩm riêng vẫn l 6 g/kg, nh~ng nhiệt độ cao hơn dẫn tới độ ẩm riêng bão hòa
lớn hơn, do đó độ ẩm t~ơng đối nhỏ hơn tr~ờng hợp (a) mặc dù mật độ hơi n~ớc vẫn nh~ cũ
Vì phụ thuộc vo nhiệt độ, độ ẩm tơng đối sẽ thay đổi trong ngy thậm chí
nếu lợng nớc trong không khí không thay đổi. Độ ẩm tơng đối thờng cao vo
lúc sáng sớm - không phải vì nhiều hơi nớc, m đơn giản bởi vì nhiệt độ thấp. Khi
trời ấm dần, độ ẩm tơng đối thờng giảm bởi vì độ ẩm riêng bão hòa tăng lên.

Sự ảnh hởng của nhiệt độ tới độ ẩm tơng đối gây nên một vấn đề khác - nó
gây khó khăn cho việc so sánh trực tiếp dung lợng nớc tại các vị trí khác nhau có
nhiệt độ không bằng nhau. Ví dụ, xét một buổi sáng lạnh ở Montreal, Quebec, nhiệt
độ bằng -20
o
C v độ ẩm riêng l 0,7 g/kg. Tại -20
o
C độ ẩm riêng bão hòa l 0,78 g
hơi nớc trong 1 kg không khí, v độ ẩm tơng đối kết quả l %100)78,0/70,0(
ì ,
hay
%7,89 . Bây giờ hãy so sánh với tình huống ấm hơn tại Atlanta, nơi nhiệt độ l
10
o
C v độ ẩm riêng 6,2 g/kg (gần 10 lần lớn hơn so với ở Montreal!). Tại 10
o
C độ
ẩm riêng bão hòa l 7,7 g hơi nớc trong 1 kg không khí, nên độ ẩm tơng đối l
%100)7,7/2,6( ì , hay %9,79 . Hãy chú ý rằng độ ẩm tơng đối ở Atlanta thấp hơn so
với ở Montreal, mặc dù thực tế l không khí ở Atlanta chứa nhiều hơi nớc hơn

171
nhiều. Điều ny cho thấy vì sao độ ẩm tơng đối l một lựa chọn kém để so sánh
lợng hơi nớc trong không khí ở các nơi khác nhau.
Một số ngời hon ton nhầm lẫn về ý nghĩa thực của độ ẩm tơng đối. Một số
ngời nghĩ thuật ngữ ny biểu diễn phần không khí l hơi nớc. Điều đó không
đúng. Để hiểu vì sao, hãy xét một tình huống trong đó độ ẩm tơng đối l 100%.
Nếu không khí có 100% hơi nớc, thì nó không thể chứa nitơ hay ôxy v chúng ta
khó m thở đợc. Một điều nhầm lẫn phổ biến khác, đó l về độ ẩm tơng đối có thể
cao nh thế no vo một ngy nóng, ẩm. Nhiều ngời có thể cho rằng vo một ngy

nh vậy độ ẩm tơng đối có lẽ khoảng 99%. Nhng trên thực tế, những ngy rất
nóng không bao giờ có độ ẩm tơng đối gần với giá trị đó. Bởi vì tại các nhiệt độ cao
độ ẩm riêng bão hòa cao hơn rất nhiều so với độ ẩm riêng thực tế vẫn thờng gặp.
Ví dụ, nếu nhiệt độ l 35
o
C, độ ẩm riêng bão hòa l 36,8 g hơi nớc trong 1 kg
không khí. Nhng chúng ta đã thấy rằng bên ngoi vùng nhiệt đới ít khi độ ẩm
riêng vợt quá 20 g/kg - thậm chí khi không khí rất ẩm. Vậy độ ẩm tơng đối 99%
không phải l một khả năng hiện thực tại nhiệt độ đó. Thực ra, những ngy nóng có
thể l rất khó chịu thậm chí với độ ẩm tơng đối chỉ khoảng 50%.
Điểm sơng
Một chỉ số độ ẩm hữu ích không bị phụ thuộc nhiệt độ l nhiệt độ điểm
sơng
(hay gọi đơn giản l điểm sơng). Đại lợng ny thoạt đầu có thể tỏ ra khó
hiểu bởi vì nó đợc biểu diễn nh nhiệt độ, nhng nó l một chỉ số đơn giản sử dụng
v dễ giải thích ý nghĩa. V nó phụ thuộc hầu nh hon ton vo lợng hơi nớc
hiện có.
Để minh họa điểm sơng, ta xét phần tử không khí cha bão hòa trên hình 5.5.
Ban đầu nhiệt độ không khí l 14
o
C, ứng với một độ ẩm riêng bão hòa 10 g hơi nớc
trong 1 kg không khí. Độ ẩm riêng ban đầu l 8 g/kg. Độ ẩm tơng đối do đó bằng
80%. Khi không khí bị lạnh xuống, độ ẩm tơng đối của nó tăng lên v nếu không
khí bị lạnh đủ nhiều thì độ ẩm tơng đối của nó đạt đến 100% v trở nên bão hòa.
Nếu lạnh tiếp nữa sẽ dẫn tới hơi nớc bị mất do ngng tụ. Nhiệt độ m tại đó sự
bão hòa xuất hiện gọi l điểm sơng. Trong ví dụ ny, điểm sơng l 10
o
C vì đây l
nhiệt độ m tại đó độ ẩm riêng bão hòa l 8 g/kg. Hãy để ý rằng mặc dù độ ẩm
tơng đối đã tăng lên khi nhiệt độ giảm, nhng điểm sơng giữ nguyên không đổi

l 10
o
C.
Điều gì có thể sẽ xảy ra nếu nh độ ẩm riêng giữ nguyên không đổi, còn nhiệt
độ thì tăng lên quá giá trị xuất phát 14
o
C? Độ ẩm tơng đối sẽ bị giảm, còn điểm
sơng vẫn giữ nguyên không đổi. Điểm sơng sẽ không thay đổi, bởi vì sự nguội
lạnh dần của không khí đến 10
o
C vẫn dẫn tới sự bão hòa.
Điểm sơng l một chỉ thị tốt về dung lợng nớc; khi điểm sơng cao thì
nhiều hơi nớc trong không khí. Hơn nữa, khi kết hợp với nhiệt độ không khí, nó l
một chỉ thị về độ ẩm tơng đối. Khi điểm sơng thấp hơn nhiều so với nhiệt độ
không khí, độ ẩm tơng đối rất thấp. Khi điểm sơng gần bằng nhiệt độ không khí,
độ ẩm tơng đối cao. Ngoi ra, khi nhiệt độ không khí v điểm sơng bằng nhau,

172
không khí bão hòa v độ ẩm tơng đối l 100%.
Hình 5.5. Điểm s~ơng thể hiện dung l~ợng hơi n~ớc, mặc dù nó đ~ợc biểu diễn nh~
nhiệt độ. Trong (a) nhiệt độ lớn hơn điểm s~ơng v không khí ch~a bão hòa. Khi nhiệt
độ không khí bị hạ thấp sao cho độ ẩm riêng bão hòa bằng chính độ ẩm riêng thực tế
(b), thì nhiệt độ không khí v điểm s~ơng bằng nhau. Tiếp tục bị lạnh nữa (c) dẫn đến
nhiệt độ không khí v điểm s~ơng giảm cùng một l~ợng v chúng duy trì bằng nhau
Khác với độ ẩm tơng đối, điểm sơng không thay đổi đơn giản chỉ vì nhiệt độ
không khí thay đổi. Ngoi ra, nếu một địa phơng có điểm sơng cao hơn so với một
địa phơng khác, thì địa phơng đó cũng có lợng hơi nớc trong không khí cao hơn
trong điều kiện cùng áp suất không khí. Nếu bạn quen thuộc với điểm sơng, có lẽ
nó l chỉ số hữu hiệu nhất về dung lợng hơi nớc. Điểm sơng vo những ngy rất
nóng, ẩm điển hình ở khoảng âm 2

o
C. (Khi bạn thấy điểm sơng bằng 70
o
F hoặc cao
hơn, bạn sẽ có một đêm khó ngủ trừ khi bạn dùng máy điều hòa không khí). Vo
những ngy dễ chịu, không ẩm v không khô, điểm sơng có thể bằng khoảng một
vi phần mời
o
C dới không; những ngy rất khô có thể có điểm sơng khoảng âm
2
o
C hoặc thấp hơn.
Điểm sơng luôn bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ không khí; không bao giờ cao
hơn nhiệt độ không khí. Vậy điều gì sẽ xảy ra nếu không khí bị lạnh đến điểm
sơng v sau đó lạnh tiếp? Trong trờng hợp đó, lợng hơi nớc vợt trội lợng có
thể tồn tại v lợng hơi nớc thừa bị loại ra khỏi không khí. Điều ny xảy ra bằng
quá trình ngng tụ để hình thnh chất lỏng hoặc bằng quá trình hình thnh các
tinh thể băng. Trong cả hai trờng hợp, điểm sơng dều giảm xuống với cùng tốc độ
nh nhiệt độ không khí v hai chỉ tiêu đó bằng nhau. Điều ny đợc minh họa trên

173
hình 5.5b v 5.5c. Khi nhiệt độ bị xuống thấp đến 10
o
C trên hình 5.5b, không khí
trở nên bão hòa với 8 g hơi nớc trong 1 kg không khí. Khi không khí lạnh tiếp tới
6
o
C (hình 5.5c) độ ẩm riêng bão hòa giảm tới 6 g/kg. Vì độ ẩm riêng theo định nghĩa
không thể lớn hơn độ ẩm riêng bão hòa, 2 g hơi nớc (8 g trừ 6 g) phải bị loại ra
khỏi mỗi kilôgam không khí bằng ngng tụ. Loại bỏ hơi nớc giữ cho độ ẩm riêng

bằng độ ẩm riêng bão hòa v cũng hạ thấp điểm sơng. Hãy lu ý rằng nhiệt độ m
tại đó có thể xảy ra bão hòa thấp hơn 0
o
C, chúng ta sử dụng thuật ngữ điểm đóng
băng thay cho điểm sơng.
5-1 Dự báo:
Điểm sơng v nhiệt độ
tối thấp ban đêm
Biết nhiệt độ điểm sơng hiện tại l
một công cụ hữu ích để dự báo nhiệt độ
thấp buổi sáng. Nếu không chờ đợi sự
chuyển đổi trờng gió một cách cơ bản
hoặc những thay đổi thời tiết khác, thì
nhiệt độ tối thấp sẽ thờng gần bằng
điểm sơng. Xét một đêm giả định có
nhiệt độ không khí 15
o
C v điểm sơng
5
o
C. Khoảng cách giữa nhiệt độ không
khí v nhiệt độ điểm sơng l không lớn,
tại 10
o
C thấp hơn nhiệt độ không khí l
bình thờng. Nếu nhiệt độ không khí
thực sự hạ xuống tới điểm sơng v có gió
nhẹ, thì sơng mù bức xạ dễ có khả năng
hình thnh. Sau đó sơng sẽ ngăn cản
lm lạnh tiếp, bởi vì các giọt nớc l

những vật hấp thụ rất hiệu quả bức xạ
sóng di từ bề mặt. Không bị mất bức xạ,
nhiệt độ bề mặt sẽ giữ nguyên không đổi
v quá trình hạ nhiệt độ qua đêm sẽ bằng
nhiệt độ điểm sơng.
Mối quan hệ giữa điểm sơng v
nhiệt độ tối thấp sẽ không còn duy trì
trong những điều kiện nhất định. Ví dụ,
hãy tởng tợng một khối không khí ấm
đang di chuyển tới khu vực dự báo. Khối
không khí lớn ny có thể thay thế khối
không khí hiện diện tại thời gian dự báo
v mang theo nó những nhiệt độ ban đêm
cao hơn. Một cách tơng tự, khi một front
lạnh tiến về (đã đợc mô tả ngắn gọn ở
chơng 1 v sẽ bn luận chi tiết hơn ở
chơng 9) có thể lm giảm mạnh nhiệt độ
xuống thấp hơn điểm sơng hiện tại.
Thảm mây dy đặc v gió mạnh
ngăn cản không cho nhiệt độ giảm v có
thể giữ cho nhiệt độ không khí tối thấp
cao hơn điểm sơng. Thảm mây có đợc
hiệu ứng ny bởi vì nó hấp thụ v tái
phát xạ năng lợng sóng di xuống phía
d
ới. Gió mạnh ngăn không cho giảm
nhiệt độ nhiều tại bề mặt bởi vì nó gây
nên xáo trộn thẳng đứng. Lớp không khí
lạnh dới thấp lẽ ra phải phát triển thì
lại dễ bị phá vỡ, dẫn tới những nhiệt độ

bề mặt cao hơn v phân bố nhiệt độ đồng
nhất hơn theo độ cao.
Các nhiệt độ tối thấp sẽ không gảm
tới điểm sơng nếu nh chênh lệch giữa
nhiệt độ không khí v nhiệt độ điểm
sơng rất lớn. Ta có thể đã thấy điều ny
có thể xảy ra nh thế no nếu một hoang
mạc có nhiệt độ cao 45
o
C v điểm sơng
0
o
C. Thậm chí với gió rất nhẹ v không có
thảm mây, sự hạ nhiệt độ 45
o
C khó có thể
xảy ra trong thời gian một đêm hè ngắn
ngủi. Mặc dù nhiệt độ sẽ không luôn luôn
hạ xuống thấp bằng điểm sơng, nhng
chắc chắn rằng trừ khi có một front đi
qua hoặc hớng gió thay đổi một cách
đáng kể, nhiệt độ tối thấp sẽ không hạ
xuống nhiều quá điểm sơng ban đêm.
Phân bố hơi n~ớc
Hơi nớc đi lên khí quyển nhờ sự bốc hơi địa phơng cũng nh nhờ sự vận
chuyển độ ẩm theo phơng ngang (bình lu) từ những địa phơng khác. Tầm quan

174
trọng của bình lu đối với sự phân bố hơi nớc đợc thấy rõ trên hình 5.6, hình ny
cho thấy sự phân bố không gian của điểm sơng (bằng

o
F v
o
C) trên nớc Mỹ trong
tháng 1 (a) v tháng 7 (b). Nhìn lên phần phía đông rộng hai phần ba đất nớc ny
ta thấy rõ trong cả hai tháng lợng hơi nớc nhìn chung giảm theo khoảng cách từ
vịnh Mexico. Vì nhiệt độ nớc cao ở vịnh, nớc dễ bốc hơi vo khí quyển trong cả
năm v độ ẩm ny có thể đợc vận chuyển lên phía bắc. Sự giảm dung lợng hơi
nớc thể hiện trên hớng bắc-nam v di chuyển về phía tây từ khoảng sông
Mississipi về phía dãy núi Rocky trong thời gian mùa hè. Trong các tháng mùa
đông, lợng ẩm mở rộng tới vùng đồng bằng Great Plans thờng thấp v chỉ thể
hiện biến thiên đông-tây một chút.
Hiệu ứng khoảng cách kể từ nguồn ẩm còn thể hiện ở miền Tây, hơi nớc nói
chung giảm từ bờ Thái Bình Dơng tới dãy núi Rocky. Sự giảm nhanh nhất xảy ra ở
gần bờ bởi vì dãy núi ngăn chặn những lợng lớn hơi nớc khỏi khu vực bên trong
đất liền.
So sánh hai bản đồ, bạn sẽ nhận thấy lợng hơi nớc trong không khí tăng lên
đáng kể trong tháng 7 so với trong tháng 1. Điều ny không có gì ngạc nhiên bởi vì
những nhiệt độ thấp hơn lm cho dung lợng hơi nớc cao khó tồn tại. Do đó, ví dụ,
dọc theo thung lũng sông Ohio điểm sơng trung bình tăng từ khoảng -7
o
C vo
tháng 1 tới khoảng 17
o
C vo tháng 7. đó l lý do vì sao dân c của phần lớn đất
nớc, đặc biệt ở phía đông dãy Rocky, bị khô da khó chịu trong mùa đông - chỉ đổ
mồ hôi nhiều trong mùa hè.
Những bức tranh tổng quát mô tả cho nớc Mỹ cũng đúng với phần lớn nớc
Canađa.
Những quá trình lm cho không khí đạt tới bão hòa

Không khí có thể trở nên bão hòa bửi một trong ba quá trình chung: bổ sung
hơi nớc vo khí quyển; xáo trộn không khí lạnh với không khí nóng, ẩm; hạ nhiệt
độ tới điểm sơng. Quá trình thứ nhất có thể đợc thấy trong phòng tắm của bạn
khi bạn tắm nớc nóng. Nớc nóng từ đầu vỏi sen bốc hơi vo không khí trong
phòng v lm cho không khí đạt tới điểm bão hòa. Sự ngng tụ hình thnh trớc
hết trên các tấm gơng của bạn v các bề mặt khác, sau đó đến sơng mù phát
triển. Trong môi trờng tự nhiên, sự bốc hơi nớc từ những giọt ma rơi có thể lm
tăng điểm sơng trong không khí ở bên dới mây. Nếu hơi nớc đủ nhiều đợc bổ
sung để lm bão hòa không khí thì
sơng mù giáng thủy sẽ hình thnh ở bên
dới mây.

175
H×nh 5.6. Ph©n bè trung b×nh cña ®iÓm s~¬ng trªn n~íc Mü trong th¸ng 1 (a) v th¸ng 7 (b)

176
Sự ngng tụ từ quá trình thứ hai, xáo trộn không khí lạnh với không khí ẩm
nóng, đợc minh họa trên hình 5.7. Ta xét hai phần không khí cha bão hòa đợc
đánh dấu bằng các hình tròn. Phần
A có nhiệt độ 0
o
C v độ ẩm riêng 3 g hơi nớc
trong 1 kg không khí; phần
B
có nhiệt độ 30
o
C v độ ẩm riêng 20 g/kg. Nếu những
lợng bằng nhau của hai phần xáo trộn với nhau, thì phần mới có nhiệt độ 15
o
C,

đúng bằng trung bình giữa các nhiệt độ của hai phần gốc. Tuy nhiên, đối với độ ẩm
riêng thì không nh vậy.
Hình 5.7. Sự bão hòa bởi xáo trộn không khí nóng ẩm với không khí lạnh. Phần A có nhiệt độ thấp
v do đó chỉ có thể chứa ít hơi n~ớc. Phần ấm (phần B) có dung l~ợng ẩm cao hơn. Phần C - kết
quả xáo trộn A v B, có nhiệt độ bằng trung bình giữa nhiệt độ của các phần gốc. L~ợng hơi n~ớc
trong không khí lớn hơn so với l~ợng có thể tồn tại ở nhiệt độ mới, nên hơi n~ớc d~ sẽ bị ng~ng tụ
Mặc dù dung lợng H
2
O tổng cộng ở trong phần xáo trộn đúng bằng các lợng
của các phần gốc, nhng một số lợng ẩm xuất hiện dới dạng chất lỏng chứ không
phải l hơi nớc. Bởi vì: điểm giữa của các giá trị độ ẩm riêng xuất phát l 11,5
g/kg, nhng tại 15
o
C độ ẩm riêng bão hòa chỉ bằng 10,8 g/kg. Nói cách khác, không
khí chứa một lợng 0,7 g nớc lớn hơn lợng có thể tồn tại dới dạng hơi. Do đó
lợng d ngng tụ để tạo thnh các giọt sơng.
Quá trình nêu trên l nguyên nhân hình thnh những vệt khói đằng sau máy
bay bay ở độ cao lớn. Khi động cơ phản lực đốt cháy nhiên liệu, nó thải ra rất nhiều
nhiệt v hơi nớc. Không khí khi máy bay bay qua có độ rối rất mạnh, nên nhiệt v

177
hơi nớc (nhng cha bão hòa) thải ra từ động cơ nhanh chóng xáo trộn với không
khí lạnh xung quanh. Tại nhiệt độ đóng băng ở lớp trên quyển đối lu, hơi nớc
trực tiếp trở thnh những tinh thể băng hoặc nhng giọt nớc lỏng dần dần đóng
băng để tạo thnh vệt khói.
5-2 Dự báo:
Trắc diện thẳng đứng của
độ ẩm
Trong chơng 3, bạn đã thấy các
biểu đồ nhiệt động lực đơn giản hóa có

thể đợc dùng nh thế no để thể hiện
trắc diện thẳng đứng của nhiệt độ. Vì các
giá trị điểm sơng cũng đợc biểu diễn
nh nhiệt độ, nên chúng cũng có thể đợc
vẽ trên các đồ thị nhiệt động lực. Thật
vậy, bằng cách biểu diễn nhiệt độ v điểm
sơng đồng thời, bạn có thể nhận đợc
thông tin đáng kể về điều kiện mây. Hãy
xem xét băng thám sát nhiệt độ v điểm
sơng trên hình 1, thu ở sân bay Staple-
ton, gần Denver, Colorado, vo nửa đêm,
thời gian Greenwich, ngy 12/4/2002.
Ví dụ trên hình 1 biểu diễn nhiệt độ
(đơng cong bên phải) v điểm sơng
(bên trái). Nếu bạn đối chiếu hình ny với
trắc diện biểu diễn ở chơng 3, thu tại
Slidell, Louisiana, bạn sẽ nhận thấy rằng
thám sát bắt đầu tại một áp suất thấp
hơn nhiều - tại khoảng mực 840 mb - so
với ví dụ trớc. Lý do của điều ny rất
đơn giản. Cao độ của Denver l 1625 m
lm cho áp suất bề mặt của nó thấp hơn
nhiều so với áp suất tại Slidell, địa điểm
gần mực nớc biển (nhớ lại rằng áp suất
luôn giảm theo độ cao).
Trên hình 1, nhiệt độ tại bề mặt l
17
o
C v điểm sơng l -4
o

C. Chênh lệch
lớn giữa hai giá trị nói lên rằng độ ẩm
tơng đối thấp (tính ra bằng 23 %).
Nhng khi khoảng cách từ bề mặt tăng
lên, nhiệt độ giảm đi nhanh hơn so với
điểm sơng. Tại khoảng mực 560 mb (độ
cao khoảng 4850 m trên bề mặt) hai đại
lợng trở nên bằng nhau v không khí
bão hòa (một chút sai số đo đã lm cho
các giá trị nhiệt độ v điểm sơng vẽ trên
hình không hon ton bằng nhau). Điểm
sơng v nhiệt độ không khí sau đó giảm
với cùng tốc độ cho tới tận khoảng mực
460 mb (khoảng 6500 m trên bề mặt), bên
trên mực ny nhiệt độ lại lớn hơn điểm
sơng. Vì không khí l bão hòa trong lớp
giữa 4850 m v 6500 m bên trên bề mặt,
chúng ta có thể suy ra rằng mây sẽ chiếm
lĩnh lớp dy 1650 m đó.
Biểu đồ nhiệt động lực đợc biểu
diễn ở đây hơi phức tạp hơn so với ở
chơng 3, bởi vì nó có thêm một tập hợp
đờng cong cung cấp nhiều kiểu thông tin
độ ẩm. Các đờng gạch nối hơi nghiêng
về bên trái khi chúng đi lên phía trên chỉ
độ ẩm riêng v độ ẩm riêng bão hòa tại
một mực bất kỳ. Trớc hết ta xem trắc
diện nhiệt độ không khí có thể dùng để
xác định độ ẩm riêng bão hòa tại một
mực áp suất no đó nh thế no. Thấy

rằng tại mực 700 mb nhiệt độ không khí
l 2
o
C. Một trong số các đờng nghiêng
(ghi nhãn bằng số 7 ở đáy biểu đồ) gần
giao nhau với trắc diện nhiệt độ tại mực
700 mb. Điều đó chỉ ra rằng trong không
khí tại mực 700 mb có độ ẩm riêng bão
hòa bằng đúng 7 g hơi nớc trong 1 kg
không khí.
Chúng ta có thể tuân theo một thủ
tục tơng tự để tìm đợc độ ẩm riêng
thực tế tại mực 700 mb. Muốn vậy, ta dõi
theo trắc diện điểm sơng tới mực 700
mb. Điểm m trắc diện cắt qua đờng
700 mb xuất hiện ngay giữa đờng
nghiêng có nhãn 2 v 4. Nói cách khác, độ
ẩm riêng thực tế tại mực 700 mb chính l
giữa 2 g/kg v 4 g/kg - 3 g/kg l một xấp
xỉ rất tốt.
Sau khi ớc lợng đợc độ ẩm riêng
thực tế v độ ẩm riêng bão hòa tại mực
700 mb, dễ dng sử dùng những giá trị để
nhận đợc độ ẩm tơng đối:

178
RH = (độ ẩm riêng/độ ẩm riêng bão hòa)
ì 100 % = (3/7) ì 100 % = 43 %
Thủ tục ny có thể thực hiện tại bề mặt
hoặc mực bất kỳ no khác của khí quyển.

Về sau trong chơng ny, chúng ta
sẽ thấy các biểu đồ nhiệt động lực có thể
cho thông tin quan trọng trong việc dự
báo xác suất phát triển mây.
Hình 1. Thám sát nhiệt độ v điểm sơng. Đồ thị ny biểu diễn nhiệt độ v điểm
sơng trong ton đối lu quyển v phần lớn bình lu quyển. Các đờng nghiêng
gạch nối chỉ giá trị độ ẩm riêng. Các nh khí tợng dùng các đờng ny cùng với đồ
thị nhiệt độ v điểm sơng để xác định độ ẩm riêng bão hòa v độ ẩm riêng thực tế.
Sơng hơi l một hiện tợng tơng tự,
nhng xảy ra trong tự nhiên. Nh chúng ta đã
biết ở chơng 3, các thủy vực thay đổi nhiệt độ
khá chậm. Các hồ nớc có thể giữ tơng đối
ấm tới tận mùa thu hoặc đầu mùa đông, thậm
chí khi nhiệt độ không khí đã thấp. Do bốc hơi
v vận chuyển nhiệt hiện lên phía trên, một
lớp không khí đệm mỏng tồn tại ngay bên trên
bề mặt nớc, nó ấm v ẩm hơn so với không
khí bên trên. Nếu một khối không khí lạnh bất
ngờ đi qua trên hồ ấm, thì lớp không khí đệm
ấm, ẩm xáo trộn với lớp không khí lạnh nằm
bên trên nó để tạo thnh lớp sơng dy một
hoặc hai mét (hình 5.8).
Hình 5.8. S~ơng mù trong gió
Mặc dù chúng ta có thể dẫn ra một số ví dụ về mây hình thnh nh thế no do
tăng dung lợng ẩm hoặc do xáo trộn không khí nóng, ẩm với không khí khô, lạnh,
song kinh nghiệm cho thấy rằng phần lớn mây hình thnh khi nhiệt độ không khí

179
bị hạ thấp tới điểm sơng. Có một số cách để xảy ra sự lạnh đi nh vậy, nhng đòi
hỏi phải giải thích nhiều hơn nh chúng ta sẽ thấy sau trong chơng ny. Bây giờ

chúng ta chỉ đơn giản nhận xét rằng cơ chế thứ ba, sự lạnh đi của khí quyển, l quá
trình quan trọng nhất để hình thnh mây.
Các hiệu ứng của độ cong v dung dịch
Chơng ny đã mở đầu bằng một thí nghiệm giả định, trong đó nớc ở trong
bình duy trì cân bằng giữa ngng tụ v bay hơi. Thí nghiệm đã giả thiết nớc tinh
khiết với một bề mặt phẳng để lm cơ sở tìm hiểu về sự bão hòa. Nhng khí tợng
học nghiên cứu khí quyển - không phải nh trong các bình giả định. Trong khí
quyển thực, chúng ta tiếp xúc với tốc độ bay hơi v ngng tụ qua những bề mặt có
những giọt sơng v mây ở dạng lơ lửng. Những giọt đó không phải l phẳng, m
cũng không phải tạo thnh từ H
2
O tinh khiết. Do đó, chúng ta sẽ mở rộng việc bn
luận về sự bốc hơi, ngng tụ v sự cân bằng để tính tới những hiệu ứng của độ cong
v sự không tinh khiết của các giọt mây v sơng.
Hiệu ứng của độ cong
Những giọt nớc tồn tại trong tự nhiên không phải l những hình lập phơng
nhỏ li ti với những mặt bên phẳng. Hãy so sánh hai giọt biểu diễn trên hình 5.9.
Giọt ở bên trái lớn hơn nhiều so với giọt ở bên phải v do đó có độ cong bé hơn.
Chúng ta thậm chí có thể xét một ví dụ thái cực hơn - chính Trái Đất. Đa số chúng
ta bây giờ biết rằng hnh tinh không phẳng m hình cầu. Tuy nhiên, do Trái Đất có
kích thớc lớn, độ cong của nó không thể hiện rõ v một xăngtimét khoảng cách
trên bề mặt của nó có thể l một đờng thẳng. Ngoi ra, một cái thớc cạnh thẳng
có thể nằm thẳng trên bề mặt của nó. Nhng nếu áp một cái thớc vo một quả
bóng bn thì chỉ một phần nhỏ của thớc tiếp xúc với bề mặt quả bóng; quả bóng có
độ cong lớn hơn so với Trái Đất.
Hình 5.9. Hạt lớn có độ cong nhỏ hơn so với hạt bé hơn
Dĩ nhiên, các giọt mây nhỏ hơn rất nhiều so với những quả bóng bn, nên nó có
độ cong lớn hơn nữa. Nhng độ cong có liên quan gì tới sự bão hòa? Câu trả lời l:
độ cong có một hiệu ứng tới sự bốc hơi từ bề mặt của giọt mây v do đó tới áp suất

180
hơi cần thiết để bão hòa. Nói đơn giản, những hiệu ứng nảy sinh từ sức căng bề mặt
dẫn tới những khác nhau về điểm bão hòa. Đồ thị áp suất hơi bão hòa phụ thuộc
nhiệt độ nh trên hình 5.3 chỉ áp dụng cho các bề mặt phẳng của H
2
O tinh khiết.
Đối với những bề mặt nớc cong, tốc độ bay hơi lớn hơn. Tốc độ bay hơi gia tăng đòi
hỏi ngng tụ cũng phải tăng lên để hai quá trình cân bằng. Do đó, một giọt nớc
tinh khiết độ cong lớn tại nhiệt độ đã cho no đó có một áp suất hơi bão hòa cao hơn
so với nh đã chỉ ra trên hình 5.3. Nói cách khác, các giọt nớc tinh khiết độ cong
lớn đòi hỏi độ ẩm tơng đối lớn hơn 100 % để giữ cho chúng không bay hơi.
Hình 5.10 minh họa hiệu ứng của kích thớc giọt tới độ ẩm tơng đối cần thiết
để duy trì một giọt nớc tinh khiết tồn tại. Đối với những giọt rất nhỏ (với bán kính
khoảng
m1,0

), độ ẩm tơng đối d bằng 300% cần để đạt sự cân bằng giữa bay hơi
v ngng tụ. Nói cách khác, những giọt đó đòi hỏi một
mức siêu bão hòa 200%. Mức
siêu bão hòa cần thiết để duy trì một giọt giảm rất nhanh khi kích thớc giọt tăng
lên. Những giọt với bán kính lớn hơn
m0,1

đòi hỏi mức siêu bão hòa chỉ bằng
khoảng 10%.
Hình 5.10. Các hạt n~ớc tinh khiết nhỏ đòi hỏi độ ẩm t~ơng đối trên 100% để duy trì cân bằng
Nếu nh khí quyển không có các hạt son khí, thì sự ngng tụ diễn ra chỉ bởi sự
kết nhân đồng nhất, trong đó các giọt hình thnh bằng sự va chạm ngẫu nhiên v
gắn kết của các phân tử hơi nớc trong những điều kiện siêu bão hòa. Những giọt
nh thế chắc chắn sẽ chỉ có một số lợng phân tử ít ỏi v độ cong lớn, v do đó chỉ

tồn tại ở mức siêu bão hòa cao. Quá trình ny nếu có xảy ra thì cũng rất hiếm, bởi
vì các hạt son khí
hấp dẫn noớc (hút nớc) trong khí quyển kích thích sự hình
thnh các giọt tại những độ ẩm tơng đối thấp hơn nhiều dới mức cần thiết đối với
sự kết nhân đồng nhất. Sự hình thnh các giọt nớc trên những hạt hút nớc đợc
gọi l sự
kết nhân đa nguyên, còn những hạt m trên đó hình thnh các giọt đợc
gọi l
nhân ngong kết. Khi ngng tụ xảy ra, các nhân ngng kết hòa tan vo trong
nớc để tạo thnh
dung dịch.

181
Hiệu ứng của dung dịch
Khi các chất bị hòa tan trong nớc, một số nhất định các phân tử ở bề mặt l
những phân tử của
chất tan (chất bị hòa tan trong nớc) chứ không phải l các
phân tử nớc. Với số lợng phân tử nớc ít hơn tồn tại ở bề mặt, tốc độ bay hơi thấp
hơn so với nớc tinh khiết. Kết quả l các dung dịch đòi hỏi ít hơi nớc hơn ở bên
trên bề mặt để duy trì cân bằng giữa bay hơi v ngng tụ so với trờng hợp nớc
tinh khiết.
Nếu nh ngng tụ trong khí quyển xảy ra bởi sự kết nhân đồng nhất, thì các
giọt mới hình thnh sẽ cấu tạo từ nớc tinh khiết. Nhng chúng ta đã thấy rằng
trong thực tế các giọt thực sự hình thnh bởi sự kết nhân đa nguyên v sự kết hợp
các nhân vo trong dung dịch nớc. Điều ny có hiệu ứng ngợc lại độ cong giọt,
lm hạ thấp lợng hơi nớc cần thiết để giữ cho các giọt cân bằng. Trong phần lớn
các tình huống,
hiệu ứng dung dịch ny gần bằng hiệu ứng của độ cong giọt v sự
ngng tụ thờng xảy ra tại những độ ẩm tơng đối gần bằng hoặc thấp hơn 100%
một chút.

Mặc dù tỉ phần các son khí trong không khí có tác dụng hút nớc nhỏ, khí
quyển chứa rất nhiều các phần tử lơ lửng nên bao giờ cũng phong phú các nhân
ngng tụ. Một số chất có tính hút nớc cao hơn một số khác, các son khí lớn thờng
hiệu quả hơn các son khí bé. Một số son khí thậm chí có khả năng hấp dẫn nớc tại
những độ ẩm tơng đối dới 90% v tạo thnh các giọt cực nhỏ.
Khói (haze) chính
l những giọt nh vậy.
Cho tới rất gần đây ngời ta cho rằng phần lớn nhân ngng kết trong khí
quyển có nguồn gốc tự nhiên, gồm chủ yếu l bụi, muối biển v son khí sinh ra từ
phun núi lửa, cháy tự nhiên v các chất khí do động vật phù du thải ra. Những
nghiên cứu tiến hnh trong những năm chín mơi cho thấy rằng vai trò của hoạt
động con ngời đã bị đánh giá thiên thấp v các nguồn nhân sinh có thể l những
lợng chính nhân ngng kết trên những khu vực công nghiệp hóa ở Bắc bán cầu.
ảnh hởng của hoạt động con ngời tới nồng độ son khí thậm chí mở rộng tới các
vùng đại dơng ở Bác bán cầu.
ở Nam bán cầu, ảnh hởng của con ngời ít hơn rất
nhiều v chủ yếu liên quan với những khu vực hoạt động công nghiệp lớn v thờng
xuyên đốt nhiên liệu. Mặc dù các phần tử muối có tính hút nớc rất cao, nhng ít
gặp trên lục địa so với trên đại dơng. Do đó, trên lục địa các phần tử muối l
những nhân rất lớn trong số các ngng kết mây, nhng chúng tơng đối hiếm hoi
so với những vật liệu khác.
Các nhân băng
Đến nay chúng ta đã xét sự hình thnh các giọt nớc lỏng khi không khí trở
nên bão hòa. Nhng sự bão hòa có thể xảy ra tại những nhiệt độ rất thấp, tại đó
không phải l các giọt nớc lỏng, m l những tinh thể băng có thể hình thnh. Mặt
khác, nhiều ngời trong chúng ta đã gặp sơng mù cấu tạo từ các giọt lỏng mặc dù
nhiệt độ thấp hơn 0
o
c. Vậy cái gì thực sự xảy ra khi sự ngng tự diễn ra tại những
nhiệt độ thấp hơn điểm đóng băng? Điều đó có dẫn đến ngng tụ của các giọt lỏng

182
hay sự kết lắng các tinh thể băng? Câu trả lời l còn tùy. Thật kì lạ, mặc dù băng
luôn tan tại 0
o
C, nhng nớc trong khí quyển thờng không đóng băng tại 0
o
C.
Nếu nh bão hòa xuất hiện tại nhyiệt độ giữa 0 v -4
o
C thì lợng hơi nớc d
luôn ngng tụ để tạo thnh
nớc siêu lạnh (nớc có nhiệt độ thấp hơn điểm đóng
băng nhng vẫn tồn tại ở trạng thái lỏng). Băng không tạo thnh trong phạm vi dải
nhiệt độ ny. Giống nh sự hình thnh các giọt lỏng tại những độ ẩm tơng đối gần
100% đòi hỏi sự có mặt của các nhân ngng kết, sự hình thnh các tinh thể băng
tại những nhiệt độ gần 0
o
C đòi hỏi các nhân băng. Khác với các nhân ngng kết,
chúng luôn luôn có nhiều, các nhân băng hiếm có trong khí quyển, bởi vì giống nh
băng, chúng phải có cấu trúc sáu mặt (mặc dù có những ngoại lệ với quy tắc ny).
Khả năng một vật chất tác động nh một nhân băng phụ thuộc vo nhiệt độ v
không có vật liệu no hiệu quả tại những nhiệt độ trên -4
o
C. Mặc dù băng có thể
tồn tại ở những nhiệt độ giữa -4
o
C v 0
o
C, nhng nó không hình thnh ngay trong

khí quyển ở dải nhiệt độ đó. (Trong thực tế có một ít băng trong khí quyển tại
những nhiệt độ trên -10
o
C). Vậy giữa -4
o
C v 0
o
C, hơi nớc bị mất chỉ bởi sự ngng
tụ nớc siêu lạnh.
Khi nhiệt độ giảm, xác suất hình thnh băng tăng lên v tại những nhiệt độ
giữa khoảng -10
o
C v -40
o
C sự bão hòa có thể dẫn tới kết nhân tinh thể băng, các
giọt siêu lạnh hoặc cả hai. Mây có nhiệt độ trong dải ny thờng sẽ có các giọt lỏng
v tinh thể rắn cùng tồn tại, nhng với tỉ phần băng lớn hơn tại những nhiệt độ
thấp hơn. Tại những nhiệt độ dới -30
o
C mây sẽ chủ yếu l những tinh thể băng.
Với những nhiệt độ thấp hơn 40
o
C sự bão hòa dẫn tới hình thnh ton các tinh thể
băng, có hay không có các nhân băng. Nh chúng ta sẽ thấy ở chơng 7, sự cùng tồn
tại của các tinh thể băng v giọt lỏng trong mây rất quan trọng đối với sự phát
triển giáng thủy ở bên ngoi vùng nhiệt đới.
Trong số những vật liệu có thể dùng lm nhân băng có các hợp phần của đất tự
nhiên gọi l đất sét. Các vật liệu sét có cấu trúc phẳng, kích thớc vi mô v hấp dẫn
điện mạnh. Những đặc điểm đó lm cho chúng rất khó bị bứt khỏi bề mặt v gia
nhập vo khí quyển, đó l lý do vì sao chúng rất hiếm. Sét xuất hiện trong rất

nhiều tổ hợp, hiệu quả nhất trong số đó có lẽ l kaolinite (silicate nhôm). Có các loại
sét khác có thể dùng lm nhân băng , nhng chúng chỉ phát huy ở những nhiệt độ
thấp hơn.
Đáng tiếc, các nh vật lý mây rất khó có đợc nhiều thông tin về những nguồn
nhân băng bởi vì chúng thờng có kích thớc bé v hiếm về số lợng. Tuy nhiên, các
quan trắc cho thấy rằng có một số tinh thể băng chứa lm thnh một nhân băng
ngoại lai. Điều ny dẫn tới ý tởng rằng các tinh thể băng tự nó có thể l những
nhân băng rất quan trọng. Theo mô hình ny, những tinh thể băng đang tồn tại bị
vỡ thnh những mảnh nhỏ bé rồi sau đó tác động nh những nhân đối với những
tinh thể mới. Những vật liệu khác m các nh vật lý mây xem l các nhân băng
tiềm năng gồm các mảnh lá cây phân hủy, vật liệu núi lửa v thậm chí một số vi
khuẩn.

183
Quan trắc độ ẩm
Xét thấy một thực tế hơi nớc l một chất khí không nhìn thấy xáo trộn cùng
với tất cả các chất khí khác của khí quyển, bạn có thể nghi ngờ rằng quan trắc nó
phải có một số dụng cụ rất phức tạp. Không phải nh vậy. Dụng cụ đơn giản nhất
v dùng rộng rải nhất để đo độ ẩm,
ẩm kế cặp (sling psychrometer) (hình 5.11a)
cấu tạo từ một cặp nhiệt kế, một trong đó có một mảnh vải bông quấn quanh bầu
đợc thấm nớc. Nhiệt kế kia không có vải bao nh vậy v chỉ để đo nhiệt độ không
khí. Hai nhiệt kế, tuần tự đợc gọi l
nhiệt kế ớt v nhiệt kế khô, đợc gắn vo
một giá đỡ có trục xoay cho phép chúng đợc thông khí bởi không khí xung quanh.
Nếu không khí không bão hòa, nớc bay hơi từ nhiệt kế ớt, nhiệt độ của nó giảm vì
nhiệt ẩn bị tiêu thụ. Sau khoảng một phút thông khí, lợng nhiệt mất do bay hơi
đợc bù trừ bằng lợng nhập nhiệt hiện từ không khí ấm xung quanh v sự lạnh đi
ngừng lại. Từ đó nhiệt kế ớt duy trì một nhiệt độ không đổi bất chấp dụng cụ xoay
bao lâu.

Bảng 5.1. Các điểm s~ơng
Độ giảm bầu oớt (
o
C) = nhiệt độ bầu khô trừ nhiệt độ bầu oớt
Bầu khô
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
-20 -33
-18 -28
-16 -24
-14 -21 -36
-12 -18 -28
-10 -14 -22
-8 -12 -18 -29
-6 -10 -14 -22
-4 -7 -12 -17 -29
-2 -5 -8 -13 -20
0 -3 -6 -9 -15 -24
2 -1 -3 -6 -11 -17
4 1 -1 -4 -7 -11 -19
6 4 1 -1 -4 -7 -13 -21
8 6 3 1 -2 -5 -9 -14
10 8 6 4 1 -2 -5 -9 -14 -28
12 10 8 6 4 1 -2 -5 -9 -16
14 12 11 9 6 4 1 -2 -5 -10 -17
16 14 13 11 9 7 4 1 -1 -6 -10 -17
18 16 15 13 11 9 7 4 2 -2 -5 -10 -19
20 19 17 15 14 12 10 7 4 2 -2 -5 -10 -19
22 2119 171614 12 10853-1-5-10-19
24 23 21 20 18 16 14 12 10 8 6 2 -1 -5 -10 -18
26 25 23 22 20 18 17 15 13 11 9 6 3 0 -4 -9 -18

28 2725 242221 19 171614119741-3-9-16
30 2927 262423 21 191816141210851-2-8 -15
32 3129 282725 24 22211917151311852-2 -7 -14
34 33 31 30 29 27 26 24 23 21 20 18 16 14 12 9 6 3 -1 -5 -12 -29
36 35 33 32 31 29 28 27 25 24 22 20 19 17 15 13 10 7 4 0 -4 -10
38 37 35 34 33 32 30 29 28 26 25 23 21 19 17 15 13 11 8 5 1 -3 -9
Nhiệt độ bầu khô (không khí) (
o
C)
40 39 37 36 35 34 32 31 30 28 27 25 24 22 20 18 16 14 12 9 6 2 -2

184
Hiệu nhiệt độ của các nhiệt kế khô vớt, gọi l
độ giảm nhiệt kế ớt, phụ
thuộc vo dung lợng ẩm của không khí. Nếu không khí hon ton bão hòa, thì bay
hơi thuần không xảy ra từ nhiệt kế ớt, nhiệt ẩn không bị mất v nhiệt độ nhiệt kế
ớt bằng nhiệt độ nhiệt kế khô. Mặt khác, nếu độ ẩm thấp, từ bầu nhiệt kế ớt sẽ
bay hơi nhiều v nhiệt độ của nó sẽ giảm đáng kể trớc khi đạt tới một giá trị cân
bằng. Để xác định dung lợng ẩm, trớc hết bạn ghi nhận hiệu giữa các nhiệt độ
bầu khô v bầu ớt. Sau đó, dùng các bảng nh bảng 5.1 v 5.2, điểm sơng, độ ẩm
tơng đối hay số đo độ ẩm bất kỳ khác nhận đợc bằng cách tìm giá trị tơng ứng
với dòng nhiệt độ không khí v cột độ giảm nhiệt kế ớt.
Bảng 5.2. Các độ ẩm t~ơng đối
Độ giảm bầu oớt (
o
C) = nhiệt độ bầu khô trừ nhiệt độ bầu oớt
Bầu khô
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
-20 28
-18 40

-16 48 0
-14 55 11
-12 61 23
-10 66 33 0
-8 71 41 13
-6 73 48 20 0
-4 77 54 32 11
-2 79 58 37 20 1
0 81 63 45 28 11
2 83 67 51 36 20 6
4 85 70 56 42 27 14
6 86 72 59 46 35 22 10 0
8 87 74 62 51 39 28 17 6
10 88 76 65 54 43 33 24 13 4
12 88 78 67 57 48 38 28 19 10 2
14 89 79 69 60 50 41 33 25 16 8 1
16 90 80 71 62 54 45 37 29 21 14 7 1
18 91 81 72 64 56 48 40 33 26 19 12 6 0
20 91 82 74 66 58 51 44 36 30 23 17 11 5
22 92 83 75 68 60 53 46 40 33 27 21 15 10 4 0
24 9284 766962 55 49423630252014940
26 92 85 77 70 64 57 51 45 39 34 28 23 18 13 9 5
28 93 86 78 71 65 59 53 45 42 36 31 26 21 17 12 8 4
30 93 86 79 72 66 61 55 49 44 39 34 29 25 20 16 12 8 4
32 93 86 80 73 68 62 56 51 46 41 36 32 27 22 19 14 11 8 4
34 93 86 81 74 69 63 58 52 48 43 38 34 30 26 22 18 14 11 8 5
36 94 87 81 75 69 64 59 54 50 44 40 36 32 28 24 21 17 13 10 7 4
38 94 87 82 76 70 66 60 55 51 46 42 38 34 30 26 23 20 16 13 10 7 5
Nhiệt độ bầu khô (không khí) (
o

C)
40 94 89 82 76 71 67 61 57 52 48 44 40 36 33 29 25 22 19 16 13 10 7
Một số ẩm kế có trang bị các máy quạt để lu thông không khí qua các bầu của
hai nhiệt kế. Những
ẩm kế thông gió (aspirated psychrometer) ny tránh cho

185
ngời dùng không phải xoay các nhiệt kế trong không khí (cũng nh không phải
khắc phục hỏng hóc sau khi ngẫu nhiên va chạm các vật xung quanh). Một loại ẩm
kế khác với ẩm kế cặp l
ẩm kế tóc (hair hygrometer) với bộ phận chính l một sợi
tóc ngời. Tóc giãn nở hoặc co tơng ứng với độ ẩm tơng đối. Bằng cách nối một sợi
tóc với một cơ cấu đòn bẩy, chúng ta có thể dễ dng xác định dung lợng hơi nớc
của nó. Thông thờng, ẩm kế tóc gắn cùng với một thanh lỡng kim v tang quay
để cho băng ghi liên tục về nhiệt độ v độ ẩm. Một ẩm nhiệt ký nh vậy đợc biểu
diễn trên hình 5.11b.
Hình 5.11. ẩm kế cặp (a) v ẩm nhiệt ký (b)
Độ ẩm cao v tác động bất lợi đối với con ng~ời
Nhiệt độ l một trong những biến thời tiết quan trọng nhất liên quan tới sự
thuận lợi của con ngời v những nhiệt độ cao hay thấp cực đoan mang lại nhiều
bất hạnh cho vùng Bắc Mỹ hơn l tất cả bão, sét, lũ lụt v gió xoáy gộp lại. Nhng
các hiệu ứng của cực đoan nhiệt độ có thể kết hợp với những nhân tố khác, nh độ
ẩm, cờng độ nắng v sức gió.
ở chơng 3 chúng ta đã thấy tốc độ gió có thể kết hợp
với nhiệt độ thấp nh thế no để tạo ra chỉ số lạnh do gió. Một cách đơn giản, hiệu
ứng của độ ẩm v nhiệt độ cao có thể đợc thể hiện bằng một chỉ số nhiệt.
Một trong những cơ chế hiệu quả nhất của cơ thể ngời chống lại thời tiết nóng
cực đoan l thoát mồ hôi. Mồ hôi lm mát cơ thể vì khi thoát ra bề mặt da, nó tự do
bay hơi vo khí quyển v tiêu thụ nhiệt ẩn. Tuy nhiên, nếu khí quyển có một dung
lợng ẩm cao, tốc độ bay hơi bị chậm lại v quá trình mất nhiệt ẩn bị giảm. Nói

cách khác, mồ hôi không thể lm tốt chuyện m nó phải lm. Chỉ số nhiệt tính đến
hiệu ứng ny (bảng 5.3).
Các nhiệt độ biểu kiến tạo nên bởi tổ hợp nhiệt v ẩm cung cấp những chỉ dẫn
quan trọng cho con ngời. Tại giá trị từ 41 đến 54
o
C sốt hoặc cảm nóng có rất có thể
xảy ra đối với nhóm ngời có nguy cơ cao v thậm chí với nhóm không có nguy cơ
cao cũng có thể bị say nắng. Các nhiệt độ biểu kiến trên 54
o
C đợc xem l đặc biệt
nguy hiểm v say nắng chắc chắn xảy ra với nhóm ngời có nguy cơ cao.
Những nhiệt độ biểu kiến dẫn ở bảng 5.3 nên đợc xem nh những chỉ dẫn gần

186
đúng. Một số ngời phản ứng khác nhau với nhiệt v chỉ số ny không tính đến
những yếu tố nh ở ngoi trời nắng hoặc gió.
Bảng 5.3. Chỉ số nhiệt
Độ ẩm toơng đối (%)
Nhiệt
độ
(
o
C)
40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
47 56
Loại
Chỉ
số
nhiệt
Rối loạn nhiệt khả

năng đối với những
ngoời thuộc các nhóm
ngoời mạo hiểm cao
43 54 58
41 51 54 58
40 48 51 55 58
Cực
nguy
hiểm
54
o
C
hoặc
hơn
Say nóng chắc chắn
39 46 48 51 54 58
38 43 46 48 51 54 58
37 41 43 45 47 51 53 57
36 38 40 42 44 47 49 52 56
Nguy
hiểm
41 đến
54
o
C
Sốt vw, hoặc cảm nóng
có thể với ở ngowi trời lâu
vw, hoặc hoạt động chân
tay
34 36 38 39 41 43 46 48 51 54 57

33 34 36 37 38 41 42 44 47 49 52 55
32 33 34 35 36 38 39 41 43 45 47 50 53
31 31 32 33 34 35 37 38 39 41 43 45 47
Nguy cơ
cao
32 đến
41
o
C
Sốt vw, hoặc cảm nóng
có thể với ở ngowi trời lâu
vw, hoặc hoạt động chân
tay
30 29 31 31 32 33 34 35 36 38 39 41 42
29 28 29 29 30 31 32 32 33 34 36 37 38
28 27 28 28 29 29 29 30 31 32 32 33 34
Nguy cơ 27 đến
32
o
C
Mệt mỏi có thể với ở
ngowi trời lâu vw, hoặc
hoạt động chân tay
27 27 27 27 27 28 28 28 29 29 29 30 30
Nguồn: Cơ quan Phục vụ Thời tiết Quốc gia,
Birmingham, AL.
Sự hạ nhiệt của không khí tới điểm s~ơng hoặc điểm đóng băng
Mặc dù ngng tụ có thể xảy ra do tăng lợng hơi nớc hay do xáo trộn không
khí lạnh với không khí nóng, ẩm, cơ chế quan trọng nhất đối với sự hình thnh mây
l sự hạ thấp nhiệt độ không khí tới điểm sơng hoặc điểm đóng băng. Chúng ta có

thể nghĩ rằng nhiệt độ không khí chỉ có thể thay đổi tơng ứng với nhận hoặc mất
năng lợng, nhng không hẳn nh vậy. Những biến thiên nhiệt độ không khí có thể
xảy ra do hai lớp quá trình rất tổng quát: những quá trình liên quan v những quá
trình không liên quan tới mất hoặc nhập nhiệt. Tuần tự chúng đợc gọi l những
quá trình dẫn nhiệt v những quá trình đoạn nhiệt.
Các quá trình truyền nhiệt
Quá trình truyền nhiệt l quá trình trong đó năng lợng đợc bổ sung vo hoặc
bị mất ra khỏi một hệ thống. Một bình nớc đặt trên bếp lò nóng lên bằng quá trình
truyền nhiệt, không khí cũng vậy, nó nóng lên bằng dẫn nhiệt khi tiếp xúc với một
bề mặt nóng. Tơng tự, không khí khi đi qua bên trên một bề mặt lạnh nó lm mất
năng lợng do truyền nhiệt vo bề mặt v do đó lạnh đi theo quá trình truyền
nhiệt. Hãy lu ý rằng hớng vận chuyển nhiệt phù hợp với
định luật thứ hai
nhiệt động lực học
, nói rằng năng lợng di chuyển từ những khu vực nhiệt độ cao
đến những khu vực nhiệt độ thấp hơn. Các quá trình truyền nhiệt thờng l
nguyên nhân của sự hình thnh sơng mù, nhng l nguyên nhân thứ hai của sự
phát triển mây.

187
Các quá trình đoạn nhiệt
Các quá trình, trong đó nhiệt độ thay đổi nhng không có nhiệt lợng đợc bổ
sung vo hoặc mất đi khỏi một chất thể, đợc gọi l đoạn nhiệt (nghĩa đen l không
truyền nhiệt). Mặc dù biến đổi nhiệt độ m không có sự trao đổi nhiệt lợng thoạt
tiên có thể l mâu thuẫn, song các quá trình đoạn nhiệt rất phổ biến trong khí
quyển v l cơ chế quan trọng nhất đối với sự hình thnh mây.
Để hiểu đúng những quá trình nh vậy, ta xem xét một phơng án của
định
luật thứ nhất nhiệt động lực học
, nói chỉ ra điều gì xảy ra khi nhiệt lợng đợc

bổ sung cho hoặc bị mất khỏi các chất khí. Cụ thể, nếu nhiệt lợng đợc bổ sung sẽ
có một tổ hợp nở ra của chất khí v tăng nhiệt độ của nó. Định luật đợc biểu diễn
dới dạng số nh sau
TcpH
v
+=

,
ở đây
=
H
Nhiệt lợng bổ sung cho hệ thống, p l áp suất không khí,


l biến
thiên thể tích (dơng đối với giãn nở v âm đối với co nén),
v
c
l nhiệt lợng riêng
của không khí (giả sử thể tích không đổi), còn
T
l biến thiên nhiệt độ. Số hạng
thứ nhất ở vế phải của phơng trình,


p
, l công m chất khí thực hiện khi xảy
ra sự giãn nở. Số hạng thứ hai,
Tc
v

, ứng với biến đổi nội năng. Điều quan trọng
đối với chúng ta l nhiệt lợng bổ sung cho không khí không đơn thuần biến mất,
m đợc phân bố cho những biến đổi nhiệt độ v thể tích.
Hình 5.12. Động cơ ô tô bốn kỳ lm việc theo nguyên lý
của định luật thứ nhất nhiệt động lực học
Định luật thứ nhất nhiệt động lực học mô tả nguyên lý cơ bản của những gì
diễn ra trong si lanh của một động cơ đốt trong trong chiếc ô tô (hình 5.12). Khi hỗn
hợp không khí-nhiên liệu bị đốt, nó nở ra v đẩy vo pít tông (công đợc thực hiện)
v rút cuộc đẩy xe đi. Ngoi ra, nội năng của chất khí tăng lên m chúng ta thấy
qua tăng nhiệt độ. (Hỹa hỏi ai đó đã từng lm bỏng tay mình trên một ống xả!) Vậy
l năng lợng đợc giải phóng nhờ đốt nhiên liệu đợc thể hiện thnh công đã thực
hiện v tăng nhiệt độ. Dĩ nhiên, thiết kế xe tốt đòi hỏi động cơ chuyển đổi phần lớn
năng lợng hóa học thnh công đợc thực hiện, còn phần nhỏ thì chuyển cho tăng
nội năng. Nói cách khác, nhiệt động cơ phản ánh năng lợng lãng phí v một ống xả
lạnh sẽ l dấu hiệu của kỹ thuật tốt. Đúng quan hệ nh vậy giữa nhiệt lợng, nhiệt