Tuần hoàn nước trong tự nhiên docx

Ch
Ch
ương IV.
ương IV.
Tuần hoàn nước trong tự
Tuần hoàn nước trong tự
nhiên
nhiên
○
Chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên
Chu trình tuần hoàn nước trong tự nhiên
○
Độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí
○
Sự bốc hơi nước
Sự bốc hơi nước
○
Sự ngưng kêt hơi nước
Sự ngưng kêt hơi nước
○
Sương, sương muối, sương mù
Sương, sương muối, sương mù
○
Các loại mây
Các loại mây
○
Mưa
Mưa
○
Độ ẩm đất

Độ ẩm đất




Chu trình tuần hoàn nước
(Đơn vị: nghìn km
3
/năm, diện tích của trái đất là 520 x 10
3
km
3
)
Vai trò của nước và tuần hoàn nước
Vai trò của nước và tuần hoàn nước

Nước chiếm 70-90% trọng lượng cơ thể thực vật
Nước chiếm 70-90% trọng lượng cơ thể thực vật

Trao đổi nước giữa khí quyển, đất liền và đại dương
Trao đổi nước giữa khí quyển, đất liền và đại dương

Vận chuyển năng lượng trong khí quyển (hoàn lưu
Vận chuyển năng lượng trong khí quyển (hoàn lưu
khí quyển và bão nhiệt đới)
khí quyển và bão nhiệt đới)

Điều hòa độ mặn của nước biển.
Điều hòa độ mặn của nước biển.


Cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vât biển
Cung cấp nguồn dinh dưỡng cho sinh vât biển
(quyết định năng suất của hệ sinh thái biển)
(quyết định năng suất của hệ sinh thái biển)
Độ ẩm không khí
Độ ẩm không khí
1)
1)
Đại lượng đặc trưng cho độ ẩm không khí
Đại lượng đặc trưng cho độ ẩm không khí
–
Áp suất hơi nước của không khí
Áp suất hơi nước của không khí
(sức trương hơi nước - e)
(sức trương hơi nước - e)
Áp suất do hơi nước chứa trong không khí gây ra.
Áp suất do hơi nước chứa trong không khí gây ra.
Đơn vị: 1mb = 10
Đơn vị: 1mb = 10
-3
-3
bar = 100 N/m
bar = 100 N/m
2
2
= 100Pa = 3/4 mmHg
= 100Pa = 3/4 mmHg
–
Áp suất hơi nước bão hòa (E)

Áp suất hơi nước bão hòa (E)
Áp suất hơi nước tối đa trong không khí ở một nhiệt độ xác
Áp suất hơi nước tối đa trong không khí ở một nhiệt độ xác
định
định




E(t) = 6,1 . 10
E(t) = 6,1 . 10
7,6t/(242 + t)
7,6t/(242 + t)
E (t) là áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ t (
E (t) là áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ t (
0
0
C).
C).
Khi t = 0
Khi t = 0
o
o
C thì E = 6,1mb.
C thì E = 6,1mb.
–
Độ ẩm tuyệt đối (g/m
Độ ẩm tuyệt đối (g/m
3
3

):
):
Là lượng hơi nước chứa trong 1m
Là lượng hơi nước chứa trong 1m
3
3
không khí (g/m
không khí (g/m
3
3
)
)


a (g/m
a (g/m
3
3
) =( 0.81e/(1 +
) =( 0.81e/(1 +
α
α
t)
t)
α
α
là hệ số dãn nở thể tích của không khí (0,00366) và e là áp suất
là hệ số dãn nở thể tích của không khí (0,00366) và e là áp suất
hơi nước trong không khí (mb)
hơi nước trong không khí (mb)

Quá
trình
bão
hòa
hơi
nước
của
không
khí
–
Độ ẩm riêng (g/kg):
Độ ẩm riêng (g/kg):


Lượng hơi nước tính bằng gam chứa trong 1 kg không khí ẩm.
Lượng hơi nước tính bằng gam chứa trong 1 kg không khí ẩm.
–
Độ ẩm tương đối (RH%):
Độ ẩm tương đối (RH%):
Đ
Đ
ộ ẩm tương đối là tỷ lệ phần trăm giữa áp suất hơi nước của kh
ộ ẩm tương đối là tỷ lệ phần trăm giữa áp suất hơi nước của kh
ông khí
ông khí


(e
(e
a

a
) và áp suất hơi nước bão hoà (E(t
) và áp suất hơi nước bão hoà (E(t
a
a
).
).
RH(%) = (e
RH(%) = (e
a
a
/E(t
/E(t
a
a
)) . 100
)) . 100
Nếu e
Nếu e
a
a
= E(t
= E(t
a
a
) không khí bão hoà hơi nước và khi đó RH = 100%
) không khí bão hoà hơi nước và khi đó RH = 100%
–
Độ hụt bão hòa(d):
Độ hụt bão hòa(d):

Độ hụt bão hoà hay độ thiếu hụt ẩm (d) là hiệu số giữa áp
Độ hụt bão hoà hay độ thiếu hụt ẩm (d) là hiệu số giữa áp
suất hơi nước bão hoà và áp suất hơi nước thực tế ở nhiệt
suất hơi nước bão hoà và áp suất hơi nước thực tế ở nhiệt
độ xác định
độ xác định


d = E(t
d = E(t
a
a
) – e
) – e
a
a
d cho biết độ ẩm của không khí xa hay gần trạng thái bão
d cho biết độ ẩm của không khí xa hay gần trạng thái bão
hòa
hòa
–
Điểm sương (
Điểm sương (
τ
τ
)
)
Là nhiệt độ mà tại đó hơi nước chứa trong không khí đạt tới
Là nhiệt độ mà tại đó hơi nước chứa trong không khí đạt tới
trạng thái bão hoà

trạng thái bão hoà
[e
[e
a
a
= E(
= E(
τ
τ
)].
)].
Khi khoảng cách giữa t và
Khi khoảng cách giữa t và
τ
τ
càng lớn, càng xa trạng thái bão
càng lớn, càng xa trạng thái bão
hòa.
hòa.
Mối quan hệ giữa E, RH% với nhiệt độ
Mối quan hệ giữa E, RH% với nhiệt độ
Diễn biến độ ẩm của không khí
Diễn biến độ ẩm của không khí
2)
2)
Diễn biến của độ ẩm tuyệt đối
Diễn biến của độ ẩm tuyệt đối
–
Phụ thuộc vào biến đổi của nhiệt độ không khí
Phụ thuộc vào biến đổi của nhiệt độ không khí

–
Biển hay lục địa
Biển hay lục địa
–
Mùa trong năm
Mùa trong năm
Hàng ngày:
Hàng ngày:
a
a
max
max
lúc 14-15h
lúc 14-15h
a
a
min
min
lúc mặt trời mọc
lúc mặt trời mọc


Hàng năm:
Hàng năm:
a
a
max
max
vào tháng 7
vào tháng 7

a
a
min
min
vào tháng 1
vào tháng 1
–
Trên lục địa vào mùa hè hàng ngày:
Trên lục địa vào mùa hè hàng ngày:


2 a
2 a
max
max
vào 8-9h và trước
vào 8-9h và trước


lúc mặt trời lặn;
lúc mặt trời lặn;


2 a
2 a
min
min
vào 14-15h và lúc mặt trời mọc
vào 14-15h và lúc mặt trời mọc
3)

3)
Diễn biến của độ ẩm tương đối
Diễn biến của độ ẩm tương đối
–
Tỷ lệ nghịch với diễn biến của nhiệt độ không khí
Tỷ lệ nghịch với diễn biến của nhiệt độ không khí
–
Ngoại trừ những vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ
Ngoại trừ những vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ
gió mùa diễn biến hàng năm khá phức tạp.
gió mùa diễn biến hàng năm khá phức tạp.
Diễn
biến
hàng
ngày
độ ẩm
tương
đối
Diễn
biến
hàng
ngày
của
nhiệt
độ
Ảnh hưởng của độ ẩm đối với nông nghiệp
Ảnh hưởng của độ ẩm đối với nông nghiệp
o
Ảnh hưởng tới cường độ thoát hơi nước của cây

Ảnh hưởng tới cường độ thoát hơi nước của cây
Tăng lên năm lần khi độ ẩm không khí giảm từ 90-95% xuống 50%
Tăng lên năm lần khi độ ẩm không khí giảm từ 90-95% xuống 50%
o
Các loại cây trồng khác nhau có nhu cầu độ ẩm khác nhau (bông, hồ
Các loại cây trồng khác nhau có nhu cầu độ ẩm khác nhau (bông, hồ
tiêu)
tiêu)
o
Ảnh hưởng tới sự phát dục của sinh vật (đồng hồ sinh học, côn
Ảnh hưởng tới sự phát dục của sinh vật (đồng hồ sinh học, côn
trùng diapause và anabiose…)
trùng diapause và anabiose…)
o
Độ ẩm không khí cao kéo dài thời gian sinh trưởng và thu hoạch
Độ ẩm không khí cao kéo dài thời gian sinh trưởng và thu hoạch
của cây
của cây
o
Độ ẩm quá cao hoặc quá thấp làm giảm sức sống của hạt phấn
Độ ẩm quá cao hoặc quá thấp làm giảm sức sống của hạt phấn
(xoài, nhãn, lúa, ngô)
(xoài, nhãn, lúa, ngô)
o
Ảnh hưởng đến quá trình bảo quản nông sản
Ảnh hưởng đến quá trình bảo quản nông sản
–
Hạt ngũ cốc: yêu cầu độ ẩm không khí thấp; độ ẩm cao kết hợp với nhiệt
Hạt ngũ cốc: yêu cầu độ ẩm không khí thấp; độ ẩm cao kết hợp với nhiệt
độ cao làm giảm chất lượng và trọng lượng của hạt nghiêm trọng.

độ cao làm giảm chất lượng và trọng lượng của hạt nghiêm trọng.
–
Rau quả: yêu cầu độ ẩm không khí cao và nhiệt độ thấp
Rau quả: yêu cầu độ ẩm không khí cao và nhiệt độ thấp
o
Ảnh hưởng tới sự phát triển của sâu bệnh
Ảnh hưởng tới sự phát triển của sâu bệnh

Trứng sâu đục thân ngô khi nở cần độ ẩm thấp (RH < 75%)
Trứng sâu đục thân ngô khi nở cần độ ẩm thấp (RH < 75%)

Sâu đục thân ngô tuổi 1-2 hoạt động mạnh khi độ ẩm cao (RH > 75%).
Sâu đục thân ngô tuổi 1-2 hoạt động mạnh khi độ ẩm cao (RH > 75%).




Xoài nở hoa gặp thời tiết đẹp
Xoài nở hoa gặp thời tiết đẹp






Xoài nở hoa gặp độ ẩm cao nên bị bệnh
Xoài nở hoa gặp độ ẩm cao nên bị bệnh

Hình 4.8. Củ khoai mới chín hình thức




Hình 4.9. Củ khoai tây đã chin sinh lý
Biện pháp điều tiết độ ẩm không khí
Biện pháp điều tiết độ ẩm không khí
–
Trồng đai rừng chắn gió trên cánh đồng nhằm ngăn
Trồng đai rừng chắn gió trên cánh đồng nhằm ngăn
gió khô, nóng và hạn chế tốc độ phân tán hơi ẩm.
gió khô, nóng và hạn chế tốc độ phân tán hơi ẩm.
–
Xây dựng hệ thống tưới tiêu hoàn chỉnh tạo điều kiện
Xây dựng hệ thống tưới tiêu hoàn chỉnh tạo điều kiện
cho cây trồng được tưới đầy đủ
cho cây trồng được tưới đầy đủ
–
Trồng xen để tăng mật độ cây trồng làm tăng độ ẩm
Trồng xen để tăng mật độ cây trồng làm tăng độ ẩm
không khí
không khí
–
Trồng rừng và xây dựng hồ chứa nước để cải thiện
Trồng rừng và xây dựng hồ chứa nước để cải thiện
độ ẩm không khí trên quy mô rộng

độ ẩm không khí trên quy mô rộng
–
Cần nắm vững diễn biến độ ẩm không khí theo không
Cần nắm vững diễn biến độ ẩm không khí theo không
gian và thời giạn, đồng thời nắm vững nhu cầu độ
gian và thời giạn, đồng thời nắm vững nhu cầu độ
ẩm của các loại cây trồng nhằm bố trí thời vụ hợp lý
ẩm của các loại cây trồng nhằm bố trí thời vụ hợp lý
Sự bốc hơi nước (Evaporation)
Sự bốc hơi nước (Evaporation)
1)
1)
Bản chất của sự bốc hơi nước
Bản chất của sự bốc hơi nước
–
Là quá trình chuyển trạng thái của nước từ thể lỏng hoặc thể rắn
Là quá trình chuyển trạng thái của nước từ thể lỏng hoặc thể rắn
sang thể hơi
sang thể hơi
–
Điều kiện: e
Điều kiện: e
a
a
< E(t
< E(t
a
a
) hay ta >
) hay ta >

τ
τ
–
Đơn vị đo bốc hơi: bề dày của lớp nước bốc hơi (mm);1mm = 10
Đơn vị đo bốc hơi: bề dày của lớp nước bốc hơi (mm);1mm = 10
m
m
3
3
ha
ha
-1
-1
= 1 lít m
= 1 lít m
-2
-2
–
Bốc hơi là quá trình tiêu tốn năng lượng:
Bốc hơi là quá trình tiêu tốn năng lượng:
Nhiệt hóa hơi là lượng nhiệt tiêu tốn cho 1 g hơi nước bốc hơi hoàn
Nhiệt hóa hơi là lượng nhiệt tiêu tốn cho 1 g hơi nước bốc hơi hoàn
toàn.
toàn.


L = 597 - 0,6t
L = 597 - 0,6t
Trong đó L là nhiệt hoá hơi của nước (cal g
Trong đó L là nhiệt hoá hơi của nước (cal g

-1
-1
) và t là nhiệt độ của
) và t là nhiệt độ của
nước (
nước (
0
0
C).
C).
2)
2)
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc hơi
Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc hơi


W = A.(E – e)/P
W = A.(E – e)/P
W: tốc độ bốc hơi (mm.ha
W: tốc độ bốc hơi (mm.ha
-1
-1
.h
.h
-1
-1
)
)
A: hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió
A: hệ số phụ thuộc vào tốc độ gió

E: áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ mặt bốc hơi
E: áp suất hơi nước bão hoà ở nhiệt độ mặt bốc hơi
e: áp suất thực tế của hơi nước trên bề mặt bốc hơi
e: áp suất thực tế của hơi nước trên bề mặt bốc hơi
P: áp suất khí quyển
P: áp suất khí quyển



Năng lượng sử dụng khi nước chuyển trạng thái
–
Vật thể bốc hơi:
Vật thể bốc hơi:
Trạng thái vật bốc hơi: nước thể lỏng bốc hơi mạnh hơn ở thể rắn
Trạng thái vật bốc hơi: nước thể lỏng bốc hơi mạnh hơn ở thể rắn
Diện tích mặt ngoài lớn sẽ bốc hơi nhanh hơn
Diện tích mặt ngoài lớn sẽ bốc hơi nhanh hơn
Nhiệt độ vật bốc hơi càng cao thì tốc độ bốc hơi càng lớn
Nhiệt độ vật bốc hơi càng cao thì tốc độ bốc hơi càng lớn
Nước có nhiều tạp chất sẽ bốc hơi chậm hơn nước tinh khiết
Nước có nhiều tạp chất sẽ bốc hơi chậm hơn nước tinh khiết
–
Bốc hơi từ đất
Bốc hơi từ đất
Đất cát bốc hơi nhanh hơn đất giàu mùn, đất sét
Đất cát bốc hơi nhanh hơn đất giàu mùn, đất sét
Mặt đất gồ ghề bốc hơi nhiều hơn mặt đất bằng phẳng.
Mặt đất gồ ghề bốc hơi nhiều hơn mặt đất bằng phẳng.
Khi ẩm, mặt đất màu sẫm bốc hơi mạnh hơn đất màu nhat
Khi ẩm, mặt đất màu sẫm bốc hơi mạnh hơn đất màu nhat

Đất có kết cấu viên bốc hơi mạnh hơn đất có kết cấu đoàn lạp
Đất có kết cấu viên bốc hơi mạnh hơn đất có kết cấu đoàn lạp
–
Bốc thoát hơi nước từ thực vật (Transpiration)
Bốc thoát hơi nước từ thực vật (Transpiration)
Phần lớn lượng nước hút được cây dùng vào quá trình bốc hơi qua lá. Ví
Phần lớn lượng nước hút được cây dùng vào quá trình bốc hơi qua lá. Ví
dụ cây ngô chỉ 1 - 2% lượng nước cây hút từ đất được sử dụng để tạo
dụ cây ngô chỉ 1 - 2% lượng nước cây hút từ đất được sử dụng để tạo
ra chất hữu cơ.
ra chất hữu cơ.
Lượng nước tiêu hao để hình thành một đơn vị chất khô gọi là hệ số
Lượng nước tiêu hao để hình thành một đơn vị chất khô gọi là hệ số
thoát hơi nước của cây.
thoát hơi nước của cây.
Hệ số thoát hơi = lượng nước thoát hơi/lượng chất khô tạo nên
Hệ số thoát hơi = lượng nước thoát hơi/lượng chất khô tạo nên
Hiện nay thường dùng chỉ tiêu WUE (Water Use Efficiency) (g/l)
Hiện nay thường dùng chỉ tiêu WUE (Water Use Efficiency) (g/l)
Đây là CÁC chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn của các giống.
Đây là CÁC chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn của các giống.




Nước bốc thoát hơi
Nước bốc thoát hơi
Nước bốc hơi
(nước bám lại)
Nước bốc hơi

(nước bám lại)
Nước mưa
Nước mưa
Giọt nước từ tán
Giọt nước từ tán
Nước lọt
tán trực tiếp
Nước lọt
tán trực tiếp
N
ư
ớ
c

c
h
ả
y

m
e
n

t
h
â
n
N
ư
ớ

c

t
h
o
á
t

h
ơ
i
N
ư
ớ
c

c
h
ả
y

b
ề

m
ặ
t

đ
ấ

t
Đất trống
Đất trống
Vật rơi rụng
Thảm
mục
Nước chảy bề mặt đất
Thảm
mục
Giọt nước
từ tán
Giọt nước
từ tán
N
ư
ớ
c

t
h
ấ
m
N
ư
ớ
c

c
h
ả

y

n
g
ầ
m
QUÁ TRÌNH
THOÁT HƠI NƯỚC
CỦA CÂY RỪNG
ác
Sự ngưng kết hơi nước
Sự ngưng kết hơi nước

Khái niệm:
Khái niệm:
Là quá trình chuyển trạng thái của nước từ thể hơi sang thể lỏng
Là quá trình chuyển trạng thái của nước từ thể hơi sang thể lỏng
hoặc thể rắn.
hoặc thể rắn.

Điều kiện ngưng kết
Điều kiện ngưng kết

e
e
a
a
≥ E(t
≥ E(t
a

a
) khi t
) khi t
a
a
≤
≤
τ
τ


─
Khối không khí chuyển động ngang (bình lưu) trượt trên bề mặt đệm
Khối không khí chuyển động ngang (bình lưu) trượt trên bề mặt đệm
lạnh hơn hoặc xáo trộn với khối không khí ấm hơn.
lạnh hơn hoặc xáo trộn với khối không khí ấm hơn.
─
Khối khí lạnh đi về ban đêm do mặt đất bức xạ mất nhiệt.
Khối khí lạnh đi về ban đêm do mặt đất bức xạ mất nhiệt.
─
Các khối không khí gần bão hoà có nhiệt độ khác nhau xáo trộn với
Các khối không khí gần bão hoà có nhiệt độ khác nhau xáo trộn với
nhau.
nhau.
─
Các khối không khí chuyển động thăng lên cao, nhiệt độ giảm dần
Các khối không khí chuyển động thăng lên cao, nhiệt độ giảm dần
─
Các khối không khí di chuyển tiếp xúc với nhau (front nóng hoặc lạnh)
Các khối không khí di chuyển tiếp xúc với nhau (front nóng hoặc lạnh)


Có hạt nhân ngưng kết hơi nước (hạt nước nhỏ li ti, bụi, phấn hoa, hạt
Có hạt nhân ngưng kết hơi nước (hạt nước nhỏ li ti, bụi, phấn hoa, hạt
muối…)
muối…)
–
Nếu không có hạt nhân ngưng kết, sự ngưng tụ chỉ xảy ra khi RH =
Nếu không có hạt nhân ngưng kết, sự ngưng tụ chỉ xảy ra khi RH =
400-600%
400-600%




Mây hình thành trên front lạnh Mây hình thành trên front nóng




Các sản phẩm ngưng tụ hơi nước
Các sản phẩm ngưng tụ hơi nước

Sương
Sương
Là lớp nước mỏng, giọt nước hình thành trên mặt đất hay trên
Là lớp nước mỏng, giọt nước hình thành trên mặt đất hay trên
bề mặt các vật thể có nhiệt độ thấp (lá cây, sàn nhà, mặt tảng
bề mặt các vật thể có nhiệt độ thấp (lá cây, sàn nhà, mặt tảng
đá…)
đá…)

Nguyên nhân:
Nguyên nhân:
–
Do ban đêm nhiệt độ giảm dần, không khí gần bão hoà hơi nước
Do ban đêm nhiệt độ giảm dần, không khí gần bão hoà hơi nước
tiếp xúc với bề mặt lạnh.
tiếp xúc với bề mặt lạnh.
–
Do mặt đất bức xạ mất nhiệt, không khí ấm, ẩm tiếp xúc với
Do mặt đất bức xạ mất nhiệt, không khí ấm, ẩm tiếp xúc với
mặt đất lạnh.
mặt đất lạnh.
–
Không khí ấm, ẩm ở dưới đất bốc lên theo các kẽ nứt gặp không
Không khí ấm, ẩm ở dưới đất bốc lên theo các kẽ nứt gặp không
khí lạnh hơn nên ngưng kết thành giọt vướng váo mạng nhện.
khí lạnh hơn nên ngưng kết thành giọt vướng váo mạng nhện.
Vai trò của sương:
Vai trò của sương:
–
Sương có lợi cho cây trồng, hàng năm cung cấp 30 – 40 mm
Sương có lợi cho cây trồng, hàng năm cung cấp 30 – 40 mm
nước.
nước.




Các sản phẩm ngưng tụ hơi nước
Các sản phẩm ngưng tụ hơi nước


Sương muối:
Sương muối:
Là các giọt nước đóng băng hình thành trên mặt đất hoặc trên
Là các giọt nước đóng băng hình thành trên mặt đất hoặc trên
bề mặt các lá cây giống như những hạt muối.
bề mặt các lá cây giống như những hạt muối.
Nguyên nhân:
Nguyên nhân:
–
Vào mùa lạnh, Do ban đêm nhiệt độ không khí rất thấp (t ≤
Vào mùa lạnh, Do ban đêm nhiệt độ không khí rất thấp (t ≤
10
10
0
0
C), mặt đất bức xạ nên nhiệt độ giảm xuống gần 0
C), mặt đất bức xạ nên nhiệt độ giảm xuống gần 0
0
0
C, không
C, không
khí ẩm tiếp xúc với mặt đất lạnh sẽ hình thành sương muối.
khí ẩm tiếp xúc với mặt đất lạnh sẽ hình thành sương muối.
–
Điều kiện thuận lợi cho sương muối hình thành:
Điều kiện thuận lợi cho sương muối hình thành:

trời quang mây và gió nhẹ
trời quang mây và gió nhẹ


Độ ẩm không khí không cao quá.
Độ ẩm không khí không cao quá.

Trong các thung lũng hay bồn địa thấp trũng.
Trong các thung lũng hay bồn địa thấp trũng.
Tác hại của sương muối:
Tác hại của sương muối:
–
Làm chết cây hàng loạt do nước ở gian bào bị đóng băng lại,
Làm chết cây hàng loạt do nước ở gian bào bị đóng băng lại,
màng tế bào bị rách cơ giới không hồi phục được.
màng tế bào bị rách cơ giới không hồi phục được.
–
Động vật ăn cỏ bị viêm họng, viêm phổi, lở mồm, long móng …
Động vật ăn cỏ bị viêm họng, viêm phổi, lở mồm, long móng …