Bài giảng MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG - Phần 4 pdf

121
Tầngnhiệtquyển(thermosphere)
§ Lớpkhí rất loãngvớimật
độ phântử khoảng1013
phân tử/cm
3
;
122
PHẦN BÊN NGOÀI KHÍQUYỂN
(EXOSPHERE)
§ Phầnbênngoàitrái đất
trongphạmvi 10.000 km
123
Hạtsol khí
§ Kíchthướcthay đổitrongkhoảng0.001-100 μm
Dạnghạtnhân (ngưngtụcủahơi)
Dạngtíchlũy(đônglại+ngưngtụ)
Dạngthô (cáchạtbềmặtvàhạtmuối)
§ Nồng độ sol khítrongkhíquyển.
124
KH
Á
I NI
Ệ
M
Ổ
N Đ
Ị
NH
CỦA KHÍQUYỂN
§ Yếutốphântầngcủakhíquyển;

§ Thế nàolàkhíquyển ổn địnhvàkhông ổn định;
§ Sự thay đổinhiệt độ theo độ caocủamộtkhốikhí
khichuyển độnglêncaohay xuốngthấp;
§ Sự thay đổinhiệt độ theo độ caocủakhôngkhíkhí
quyển
§ Mô hìnhhóayếutốkhítượng đượcthựchiệnnhư
thế nào?
125
Yếutốphântầngcủanhiệt độ
126
Khíquyển ổn địnhvàkhông ổn
định
§ Vớitrạngtháibiếnthiênnhiệt độ theochiềucaonào
đómàlựctác độngvậtlýcủakhíquyểnlàmchochất
ô nhiễmkhuếchtántheochiềucaokhôngdễdàngthì
gọilàkhíquyển ở trạngthái ổn định, tứclàkhíquyển
ổn địnhsẽcảntrở sự khuếchtánvàphaloãngcủa
chấtô nhiễm;
§ Ngượclạivớiprofile biếnthiênnhiệt độ theochiều
caonào đómàsựhòatrộnkhôngkhítheochiềucao
đượcdễdàngthìsẽlàmchochấtô nhiễmkhôngkhí
khuếchtán(phaloãng) trongkhíquyểndễdàngthì
gọilàkhíquyển ở trạngtháikhông ổn định.
127
128
NHI
Ệ
T
ĐỘ
NG H

Ọ
C C
Ủ
A Q
UÁ TRÌ
NH
CHUYỂN ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA
MỘT KHỐI KHÔNG KHÍ
129
Đốivớikhí khô
§ Adiabatic (đoạnnhiệt): chỉ tínhchấtcủamôitrường
khôngkhíkhisự trao đổinhiệtcủakhốikhívớimôi
trườngkhông đủ lớn để diễnrasự cânbằngnhiệt
nên có thể bỏ qua;
§ Gradient nhiệt độ đoạnnhiệt là độ hạ hoặctăng
nhiệt độ củamộtkhốikhôngkhí khilêncaohoặc hạ
xuống
130
Mốiquanhệgiữaápsuấtvànhiệt độ
trongkhốikhítheo độ cao
§ Quá trình dãnnởhoặc
nén ép đều xảyratheo
tínhchất đoạnnhiệt
131
286.0
1
2
/
1
2

1
2
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
=
p
p
p
p
T
T
p
CR
Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của
chấtkhí khô trong quá trình đoạnnhiệt

C
C
p
p
–
–
ty
ty
̉
̉
nhi
nhi
ệ
ệ
t
t
củ
củ
a
a
ch
ch
ấ
ấ
t
t
khi
khi
́ ở
́ ở

đi
đi
ề
ề
u
u
ki
ki
ệ
ệ
n
n
đ
đ
ẳ
ẳ
ng
ng
á
á
p
p
, J/
, J/
kg.K
kg.K
;
;
R
R

–
–
h
h
ằ
ằ
ng
ng
sô
sô
́
́
ch
ch
ấ
ấ
t
t
khi
khi
́
́
, Pa.m
, Pa.m
3
3
/kg.K
/kg.K
p
dp

p
dp
C
R
T
dT
p
286.0==
132
pp
CC
w
w
61
.
1
1
83.11
'
+
+
=
pp
CC »Þ¸£
- '2
10)21(
w
p
dp
C

R
T
dT
p
'
=
Thườngthì
Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của
chấtkhí ẩm trong quá trình đoạnnhiệt
w
Lượnghơinước tínhbằngkg chứatrongkhốikhôngkhí
ẩm có phầnkhô là 1kg.
C
C
p
p
–
–
ty
ty
̉
̉
nhi
nhi
ệ
ệ
t
t
củ
củ

a
a
ch
ch
ấ
ấ
t
t
khi
khi
́ ở
́ ở
đi
đi
ề
ề
u
u
ki
ki
ệ
ệ
n
n
đ
đ
ẳ
ẳ
ng
ng

á
á
p
p
, J/
, J/
kg.K
kg.K
;
;
R
R
–
–
h
h
ằ
ằ
ng
ng
sô
sô
́
́
ch
ch
ấ
ấ
t
t

khi
khi
́
́
, Pa.m
, Pa.m
3
3
/kg.K
/kg.K
133
Mốiquanhệ giữa ápsuấtvà nhiệt độ của
chấtkhí bãohòa trong quá trình đoạnnhiệt
'
3
3
1
10.47.51
10.418.51
b
p
dp
C
R
dT
de
p
pT
e
p

dp
C
R
T
dT
p
s
s
p
=
ú
ú
ú
ú
û
ù
ê
ê
ê
ê
ë
é
+
+
=
Trong quá trình đoạnnhiệt ứngvớimộtsự thay đổinhất định
nào đó của ápsuấttương đốidp/pthì sự thay đổitương đối
dT/T củatrườnghợpkhí bão hòanhỏ hơnvớitrườnghợp
khí khô.
134

SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO
CỦA KHÔNG KHÍ TRONG QUÁ TRÌNH DÃN
NỞ HOẶC NÉN ÉP ĐOẠN NHIỆT
§ Phương trìnhcơbảncủacơhọcthủy tĩnh
g
dz
dp
r
-=
r
Khốilượng đơn vị khí
Từ phương trình
RT
p
v
RTpv ==Þ=
1
r
135
Từ cáccôngthức:
mC
smkg
J
CkgJ
sm
C
g
dz
dT
p

/00976.0
/.
1
/1005
/81.9
0
22
2
===-=G
o
p
dp
p
dp
C
R
T
dT
p
286.0==
g
dz
dp
r
-=
RT
p
v
==
1

r
G
Gradiannhiệt độ hay độ giảmnhiệt độ củakhốikhôngkhí
khôkhibốclêncaotrong điềukiện đoạnnhiệt(Dry
Adiabatic Lapse Rate). Lấygầnđúng Γ≈1ºC/100m.
Đốivớikhôngkhí ẩmchưa bão hòa cũng được tínhxấp
xỉ như trên
136
Đốivớikhốikhôngkhí bão hòa
bốclêncao
'
b
p
dp
C
R
T
dT
p
=
g
dz
dp
r
-=
RT
p
v
==
1

r
10,100/,10.
'2''
<G<=-=G mK
C
g
dz
dT
p
b
137
Trị số ứngvớiápsuấtvà nhiệt độ khácnhau, ºK/100 m
0.4
0.3
0.4
0.3
0.5
0.4
0.6
0.5
0.7
0.6
0.9
0.8
0.9
0.9
1000
500
3020100-10-20-30
Nhieätñoä

Aùpsuaát,
mbar
'
G
138
SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ THEO CHIỀU CAO
(GRADIAN) VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA KHÍ QUYỂN
§ Xem xétsự phânbố nhiệt độ theochiềucao củakhôngkhí tronglớp
khí quyển sátmặtđất
g
dz
dp
r
-=
RT
p
v
==
1
r
+
)1(dz
RT
g
p
dp
-=
Tronglớpkhí quyển sátmặtđấtsự thay đổinhiệt độ theochiều
caothườngdiễnratheoquyluật hàmsố bậcnhất
)2()(

1212
dzdTzzTT
b
b
-
=
Þ
-
-
=
b
Rg
T
T
p
p
/
2
1
2
1
)2()1(
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ

=Þ+
139
§ Khinhiệt độ tăngtheo độ cao β<0: nghịchnhiệt;
§ β- có thể thay đổitrongmộtphạmvi rấtlớn: từ giá trị
âmtớigiá trị dươnglớnhơn1.
140
Khíquyểnrấtkhông ổn định
141
Khíquyểnrấtổnđịnh
142
§ Độ giảmnhiệt độ theo
chiềucao mạnhhơnso với
độ giảmnhiệt độ theo quá
trình đoạnnhiệt–phânbố
nhiệt độ siêu đoạnnhiệt.
§ Trong điềukiệnsiêu đoạn
nhiệt( β>Γ ) mọichuyển
độ thẳng đứng củamột
khốikhôngkhí luôn kèm
theogiatốc
G
>
b
Khíquyểnrấtkhông ổn định
143
§ Sự phânbố nhiệt độ theo
chiềucao trùngvớiđường
đoạnnhiệt. Trongtrường
hợpnày, khốilượng của
khốikhí cânbằngvới

khôngkhí xungquanhvà
nó chiếm vị trí cânbằng
mới.
§ Trong điềukiệntrung tính
sự khuếch tán cácchấtô
nhiễmkhôngthuậnlợi
bằng điềukiệnkhông ổn
định.
G
=
b
144
§ Khinhiệt độ giảmtheochiều
caodươngnhưngnhỏ hơn
so vớigradiannhiệt độ của
quá trình đoạnnhiệtkhô;
§ Nếukhốikhi bị đẩylêncao
(hoặcxuốngthấp) thì nhiệt
độ của nó theo quá trình
đoạnnhiệt sẽ nhỏ hơn
(hoặclớnhơn) so vớinhiệt
độ xungquanhtứckhối
lượng của nó nặnghơn
(hoặcnhẹ hơn) so với
khôngkhixungquanh có xu
hướng kéokhốikhôngkhí
trở lại vị trí ban đầu.
G
<
<

b
0
145
§ Giốngnhư trườnghợp
trênnhưng độ ổn định
củakhí quyển còncao
hơn(lực kéotrở lại vị
trí ban đầu mạnhhơn)
G
<
<
0
b
AB: đường đoạnnhiệtkhô;
CD: phânbố nhiệt độ khôngkhí
theo đường nghịchnhiệt;