bài 5 áp suất khí quyển và gió

ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN VÀ GIÓ

Trần Thanh Vân
Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp
Khoa Môi trường


Nội dung bài học

1.  Áp suất khí quyển
–  Khái niệm
–  Sự biến đổi của áp suất
khí quyển
–  Diễn biến của áp suất
khí quyển

2.  Gió
–  Nguyên nhân hình
thành gió
–  Các ảnh hưởng tới gió
–  Các đặc trưng của gió
–  Hoàn lưu khí quyển


1.1 Áp suất khí quyển – khái niệm
•  Áp suất khí quyển là lực tác
động lên một đơn vị diện tích
bề mặt gây ra bởi trọng lượng
của cột không khí trên bề mặt
đó; hay nói cách khác, áp suất
khí quyển là trọng lượng của

cột không khí có tiết diện là
1cm2, có độ cao tính từ mặt
quan trắc tới giới hạn trên của
khí quyển
•  Đơn vị: mmHg hoặc miliba
(mb);
–  1mb = 0,75mmHg;
–  1mb= 10-3 bar.


1.1 Áp suất khí quyển – đơn vị
Áp suất tiêu chuẩn
là áp suất khí
quyển cân bằng với
cột thuỷ ngân cao
760mm ở nhiệt độ
00C, tại vĩ độ 450 ở
1atm = 760mmHg = 1013.25 mb
1atm = 101.325 kPa

mực nước biển,
tương ứng 1 atm


1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao

•  Áp suất khí
quyển càng lên
cao càng giảm

1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)
•  Áp suất khí
quyển giảm
không đều theo
độ cao (do ρ):
–  giảm nhanh ở
lớp khí quyển
thấp
–  giảm chậm hơn
ở lớp khí
quyển trên cao


1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)
•  Phương trình tĩnh học - thể hiện sự biến thiên của áp
suất khí quyển theo độ cao:
dP/dz = -ρg
Trong đó:
-  dP/dz: mức độ chênh lệch của khí áp theo độ cao
-  ρ: mật độ không khí
-  g: gia tốc trọng trường
-  Dấu - biểu thị áp suất giảm theo độ cao


1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)
•  Áp suất khí quyển tại một độ cao xác định:

P = Po xe

−

g ( z − zo )
RT

Trong đó:
-  P: áp suất khí quyển tại độ cao z
-  Po: áp suất khí quyển tại độ cao zo
-  T: nhiệt độ không khí trung bình giữa zo và z


1.2 Sự biến đổi của áp suất theo độ cao (tiếp)
•  Nhiệt độ không khí quyết định độ cao của cột khí quyển
•  Vùng không khí nóng áp giảm chậm hơn theo chiều cao; vùng lạnh
khí áp giảm nhanh hơn theo độ cao.
•  Tại một độ cao: không khí nóng có áp suất cao hơn cột không khí
lạnh
không khí chuyển động về phía cột không khí lạnh
•  Ở mặt đất: cột không khí
lạnh có áp suất cao hơn không
khí nóng nên dòng khí
chuyển động về phía nóng


1.3 Biến đổi áp suất khí quyển theo phương
nằm ngang
•  Do khác nhau về nhiệt độ nên áp suất khí quyển
theo phương nằm ngang cũng không đồng nhất.
•  Gradient khí áp nằm ngang G

P1 − P2
dP
G =
=
L1 − L2
dL

Trong đó:
-  dP: chênh lệch áp suất giữa 2 địa điểm
-  dL: khoảng cách theo phương nằm ngang giữa
hai địa điểm


1.3 Biến đổi của khí áp theo phương nằm ngang
•  Bản đồ đường đẳng áp để thể hiện biến thiên khí áp
theo phương nằm ngang
•  Đường đẳng áp: là những đường liền nét, khép kín nối
liền các điểm có cùng trị số áp suất
•  Sử dụng trị số áp suất với đơn vị là mb (tránh ảnh
hưởng của độ cao)


Vùng áp cao và áp thấp


Vùng lưỡi và vùng rãnh


Vùng Yên

1.4 Diễn biến của áp suất khí quyển
•  Diễn biến hàng ngày
–  Diễn biến kép: 02 cực đại (10 giờ và 22 giờ); 02 cực tiểu (4 giờ
và 16 giờ); rõ rệt nhất ở các vĩ độ nhiệt đới
–  Biên độ dao động đạt tới 3-4mb; có thể tới 10-15mb khi thời tiết
thay đổi đột ngột. Biên độ giảm dần theo vĩ độ: vĩ độ 60 khoảng
0,3mb

•  Diễn biến hàng năm:
–  Trên lục địa: cực đại vào mùa đông, cực tiểu vào mùa hè; rõ rệt
khi vĩ độ càng tăng
–  Trên đại dương và vùng duyên hải: cực đại vào mùa hè, cực tiểu
vào mùa đông hoặc cuối thu
–  Biên độ dao động: trên lục địa tới 20mb, trên đại dương nhỏ hơn.


2.1 Nguyên nhân sinh ra gió
•  Gió là sự chuyển động tương đối của không khí theo
phương nằm ngang so với mặt đất.
•  Nguyên nhân sinh ra gió: Do sự chênh lệch nhiệt độ
trên bề mặt Trái Đất
–  Theo vĩ độ địa lý (độ cao mặt trời)
–  Tính chất mặt đệm
•  Sự chênh lệch nhiệt độ gây ra sự chênh lệch về áp suất
chuyển dịch của không khí từ vùng áp suất cao đến
vùng áp thấp.
•  Sự dịch chuyển dừng khi có sự cân bằng áp suất theo
phương nằm ngang

Các lực sinh ra và ảnh hưởng đến gió

•  Lực phát động gradient khí áp (PGF)
•  Lực Coriolis (CF)
•  Lực ly tâm (Fc)
•  Lực ma sát (F)


Lực sinh ra gió
•  Lực phát động gradient khí áp (PGF): xuất hiện khi
có sự chênh lệch khí áp theo chiều nằm ngang để đẩy
không khí chuyển động từ nơi áp cao đến nơi có áp
thấp.
–  Hướng chuyển động trùng với hướng của gradient khí áp
nằm ngang
–  Độ lớn của lực được tính theo công thức sau:

PGF = - (1/ρ) x (∆P/∆n)
Trong đó: ρ - mật độ không khí


Lực phát động gradient khí áp


Các lực ảnh
hưởng đến gió

•  Lực Coriolis: Là lực làm lệch hướng chuyển động của
các phần tử không khí do sự tự quay của trục trái đất.

•  Lực Coriolis làm phần tử chuyển động lệch về phía
tay phải ở Bắc bán cầu và về phía tay trái ở Nam bán
cầu


Lực Coriolis
•  Độ lớn của lực:
CF = 2.ω.v. sinφ
Trong đó: ω - tốc độ quay của trái đất (15o/giờ)
v- tốc độ của phân tử chuyển động
φ- vĩ độ địa lý

•  Lực Coriolis chỉ ảnh hưởng đến hướng của dòng
chuyển động chứ không ảnh hưởng đến tốc độ của
dòng chuyển động đó.
•  Lực Coriolis bao giờ cũng tác dụng theo phương
thẳng góc với hướng của dòng chuyển động


Gió địa chuyển

nguồn: The Atmosphere, 8th edition, Lutgens and Tarbuck, 8th edition, 2001


Các lực ảnh hưởng đến gió (tiếp)
•  Lực Ly tâm: Lực ly tâm xuất hiện khi các phẩn tử không
khí chuyển động theo quỹ đạo cong.
•  Độ lớn của lực ly tâm được tính theo công thức
Fc = v2/r
Trong đó: v - vận tốc chuyển động của không khí

r – bán kính của quỹ đạo chuyển động
•  Lực ly tâm bao giờ cũng hướng từ tâm ra ngoài theo bán
kính quỹ đạo chuyển động và có xu thế làm duỗi thẳng
quỹ đạo chuyển động


Gió gradient

Nguồn: />

Các lực sinh ảnh hưởng đến gió (tiếp)
•  Lực ma sát: xuất hiện do không khí chuyển động cọ sát,
tiếp xúc với mặt đất và tính theo công thức:
F = -k x v
Trong đó: v - vận tốc chuyển động của không khí
k – hệ số ma sát phụ thuộc độ gồ ghề mặt
đệm và độ cao của không khí so với bề mặt
•  Hướng của lực ma sát thường được đơn giản là ngược
hướng với hướng chuyển động