Bài giảng khí tượng hải dương học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA NÔNG – LÂM - NGƯ
----------   ----------

BÀI GIẢNG
(Lưu hành nội bộ)

KHÍ TƯỢNG HẢI DƯƠNG HỌC
(Dành cho hệ Đại học ngành Nuôi trồng thủy sản)

Người biên soạn: Trần Thị Yên

Quảng Bình, năm 2015

i


MỤC LỤC
Chương I. MỞ ĐẦU VỀ HỆ THỐNG KHÍ QUYỂN ......................................................................1
I. KHÍ QUYỂN .............................................................................................................................1
1. Các tầng khí quyển ...............................................................................................................1
2. Thành phần khí quyển ..........................................................................................................2
II. THỜI TIẾT, KHÍ HẬU VÀ CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU .............................4
1. Thời tiết ................................................................................................................................4
2. Khí hậu .................................................................................................................................4
3. Các nhân tố hình thành khí hậu ............................................................................................5
III. NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ ......................................................................................................8
Chương II. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI ......................................................................10
1. Mặt trời và các dạng dòng bức xạ mặt trời .........................................................................10
2. Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên các quá trình khí quyển và lớp sinh quyển. ...............11
3. Chế độ nhiệt của không khí ................................................................................................12

Chương III. TUẦN HOÀN NƯỚC TRONG TỰ NHIÊN .............................................................22
1. Chu trình nước trong tự nhiên ............................................................................................22
2. Độ ẩm không khí ................................................................................................................24
3. Sự bốc hơi ...........................................................................................................................29
Chương IV. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG ..........................33
I. PHÂN BỐ LỤC ĐỊA VÀ NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT ............................................................33
II. ĐẠI DƯƠNG THẾ GIỚI VÀ BIỂN .....................................................................................34
1. Đại dương ...........................................................................................................................34
2. Biển.....................................................................................................................................34
III. ĐƯỜNG CONG TRẮC CAO VÀ ĐỊA HÌNH ĐÁY ĐẠI DƯƠNG ...................................35
1. Đường cong trắc cao ...........................................................................................................35
2. Mực nước trung bình ..........................................................................................................35
3. Số không độ sâu của hải đồ ................................................................................................35
4. Đường đẳng sâu ..................................................................................................................35
5. Địa hình đáy đại dương ......................................................................................................35
IV. TRẦM TÍCH ĐÁY ĐẠI DƯƠNG.......................................................................................37
1. Khái niệm trầm tích đại dương ...........................................................................................37
2. Cấu tạo và quá trình hình thành đất đáy .............................................................................37
3. Sự phân bố trầm tích đáy trong đại dương .........................................................................39
4. Vai trò của nghiên cứu đất đáy biển ...................................................................................39
CHƯƠNG V: NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NƯỚC BIỂN ............................................41
I. MẬT ĐỘ VÀ SỰ DỊ THƯỜNG CỦA MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA NƯỚC .......41
1. Cấu tạo nước .......................................................................................................................41
2. Mật độ nước........................................................................................................................41
3. Sự dị thường của một số tính chất vật lý của nước ............................................................42
II. CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA NƯỚC ĐẠI DƯƠNG ......................................................43
1. Khái niệm nhiệt độ nước ....................................................................................................43
2. Chế độ nhiệt của đại dương ................................................................................................43
3. Cân bằng nhiệt của đại dương ............................................................................................44
4. Nhiệt độ của mật độ cực đại và nhiệt độ đóng băng...........................................................44

III. TÍNH CHẤT QUANG HỌC CỦA NƯỚC BIỂN ...............................................................49
1. Độ trong của nước ..............................................................................................................49
2. Độ đục ................................................................................................................................50
3. Các tính chất quang học của nước biển ..............................................................................51
ii


CHƯƠNG VI. ĐỘNG LỰC HỌC CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG ...............................................54
I. SÓNG BIỂN............................................................................................................................54
1. Các yếu tố sóng ..................................................................................................................54
2. Các dạng sóng và phân loại chúng .....................................................................................55
3. Sóng gió ..............................................................................................................................57
II. CÁC YẾU TỐ THỦY TRIỀU ...............................................................................................59
1. Thủy triều ...........................................................................................................................59
2. Cơ sở lý thuyết thủy triều ...................................................................................................63
III. HẢI LƯU..............................................................................................................................69
1. Khái niệm xáo trộn .............................................................................................................69
2. Các loại xáo trộn .................................................................................................................69
3. Sơ đồ hoàn lưu ....................................................................................................................71
4. Những đặc điểm quan trọng của dòng chảy trong đại dương.............................................74
Chương VII. CƠ SỞ HẢI DƯƠNG HỌC CỦA VIỆC HÌNH THÀNH CÁC VÙNG CÓ NĂNG
SUẤT SINH HỌC CAO VÀ SỬ DỤNG CÁC YẾU TỐ VÔ SINH TRONG NGHIÊN CỨU DỰ BÁO .........................................................................................................................................77
I. ĐIỀU KIỆN HẢI DƯƠNG HỌC CỦA VIỆC HÌNH THÀNH CÁC VÙNG CÓ NĂNG
SUẤT SINH HỌC CAO ............................................................................................................77
1. Các điều kiện quyết định ....................................................................................................77
2. Chỉ số hải dương học của vùng có năng suất sinh học cao ................................................81
II. MÙA THỦY VĂN - CƠ SỞ ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA THỦY SINH
VẬT ............................................................................................................................................83
III. CÁC YẾU TỐ VÔ SINH VÀ CÁC MỐI TƯƠNG QUAN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG
NGHIÊN CỨU DỰ BÁO ...........................................................................................................85

1. Các yếu tố vô sinh trực tiếp và gián tiếp ............................................................................85
2. Các mối tương quan được sử dụng trong nghiên cứu dự báo ............................................87
IV. SỬ DỤNG NHIỆT ĐỘ TRONG NƯỚC ĐỂ NGHIÊN CỨU DỰ BÁO ............................88
1. Nhiệt độ nước là yếu tố trực tiếp ........................................................................................88
2. Nhiệt độ nước là yếu tố gián tiếp .......................................................................................89
V. SỬ DỤNG CÁC YẾU TỐ THỦY HÓA, ĐỘNG LỰC VÀ CÁC YẾU TỐ HẢI DƯƠNG
KHÁC .........................................................................................................................................91
1. Độ muối ..............................................................................................................................91
2. Oxy hòa tan.........................................................................................................................91
3. Các chất biogen ..................................................................................................................91
4. Các yếu tố động lực học .....................................................................................................93
5. Địa hình đáy .......................................................................................................................93
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………………………..94

iii


LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng “Khí tượng hải dương học” được biên soạn cho ngành Nuôi trồng thủy
sản hệ Đại học. Nội dung bài giảng đề cập đến đến các quy luật về thời tiết, khí tượng
cũng như quy luật hình thành nên các dòng hải lưu, vùng nước trồi ở trong đại dương.
Bài giảng còn tập trung phân tích một số vấn đề chính theo hướng liên quan đến
môi trường và sinh vật biển, đồng thời nêu lên cơ sở hải dương học của việc hình thành
các vùng có năng suất sinh học cao và sử dụng các yếu tố vô sinh trong nghiên cứu và dự
báo.
Học xong học phần này sinh viên nắm đựơc các quy luật về thời tiết, khí tượng, các
dòng hải lưu ở biển. Đồng thời, sinh viên biết vận dụng chúng trong nuôi trồng thủy sản
và dự báo được vùng có năng suất sinh học cao. Mặt khác người học sẽ có khả năng đọc
bảng thủy triều, tính độ cao thủy triều, cắm móc thủy triều.
Bài giảng được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi những sai sót rất mong sự

đóng góp của đồng nghiệp và của các em sinh viên để lần biên soạn sau được hoàn thiện
hơn.
Tác giả

iv


Chương I. MỞ ĐẦU VỀ HỆ THỐNG KHÍ QUYỂN
I. KHÍ QUYỂN
1. Các tầng khí quyển
- Tầng đối lưu: từ bề mặt trái đất tới độ cao 7 - 17km, phụ thuộc theo vĩ độ (ở
2 vùng cực là 7 - 10km) và các yếu tố thời tiết, nhiệt độ giảm dần theo độ cao đạt
đến -50°C. Không khí trong tầng đối lưu chuyển động theo chiều thẳng đứng và
nằm ngang rất mạnh làm cho nước thay đổi cả 3 trạng thái, gây ra hàng loạt quá
trình thay đổi vật lý. Những hiện tượng mưa, mưa đá, gió, tuyết, sương giá, sương
mù,... đều diễn ra ở tầng đối lưu.
- Tầng bình lưu: từ độ cao trên tầng đối lưu đến khoảng 50 km, nhiệt độ tăng
theo độ cao đạt đến 0°C. Ở đây không khí loãng, nước và bụi rất ít, không khí
chuyển động theo chiều ngang là chính, rất ổn định.
- Tầng trung lưu: từ khoảng 50 km đến 80 - 85 km, nhiệt độ giảm theo độ
cao đạt đến -75°C. Phần đỉnh tầng có một ít hơi nước, thỉnh thoảng có một vài vệt
mây bạc gọi là mây dạ quang.
- Tầng điện li: từ 80 - 85 km đến khoảng 640 km, nhiệt độ tăng theo độ cao
có thể lên đến 2.000°C hoặc hơn. Ôxy và nitơ ở tầng này ở trạng thái ion, vì thế gọi
là tầng điện li. Sóng vô tuyến phát ra từ một nơi nào đó trên vùng bề mặt Trái đất
phải qua sự phản xạ của tầng điện li mới truyền đến các nơi trên thế giới. Tại đây,
do bức xạ môi trường, nhiều phản ứng hóa học xảy ra đối với ôxy, nitơ, hơi nước,
CO2...chúng bị phân tách thành các nguyên tử và sau đó ion hóa thành các ion như
NO+, O+, O2+, NO3-, NO2-...và nhiều hạt bị ion hóa phát xạ sóng điện từ khi hấp thụ
các tia mặt trời vùng tử ngoại xa.

- Tầng ngoài: từ 500 - 1.000 km đến 10.000 km, nhiệt độ tăng theo độ cao có
thể lên đến 2.500°C. Đây là vùng quá độ giữa khí quyển Trái Đất với khoảng
không vũ trụ. Vì không khí ở đây rất loãng, nhiệt độ lại rất cao, một số phân tử và
nguyên tử chuyển động với tốc độ cao cố "vùng vẫy" thoát ra khỏi sự trói buộc của
sức hút Trái đất lao ra khoảng không vũ trụ. Do đó tầng này còn gọi là tầng thoát
ly. Tuy nhiêt, các nhiệt kế, nếu có thể, lại chỉ các nhiệt độ thấp dưới 0°C do mật độ
khí là cực kỳ thấp nên sự truyền nhiệt ở mức độ có thể đo đạc được là rất khó xảy
ra.
1


Hình 1. Các tầng khí quyển
2. Thành phần khí quyển
Khí quyển được gọi là bề mặt không khí của trái đất, đó chính là môi trường
sống của toàn bộ Trái đất (trừ các loại vi trùng, vi khuẩn ký sinh), và do đó lớp
dưới cùng của khí quyển được gọi là môi trường của sản xuất nông nghiệp.
Hỗn hợp các chất khí tạo nên khí quyển gọi là không khí. Sự cân bằng động
học được thiết lập giữa khí quyển và sinh quyển. Vì vậy, con người và đối tượng
của sản xuất nông nghiệp thích nghi với một thành phần không khí nào đó (hay đó
chính là điều kiện cần thiết) để tồn tại.
Lớp không khí khô và sạch ở tầng khí quyển dưới cùng được đặc trưng bởi
thành phần các chất khí không đổi, và trong một đơn vị thể tích chứa 78,08% Nitơ
(N2); 20,95% Ôxy (O2); 0,93% Argôn (Ar); 0,03% Cacbonic (CO2). Phần còn lại
0,01% thể tích gồm Nêon (Ne), Heli (He), nước (H2O) và các chất khí khác. Trong
đó, N2, O2, CO2 và hơi nước có ý nghĩa lớn nhất đối với sinh quyển cũng như đối
với sản xuất nông nghiệp.
- Nitơ (N2) là một trong các nhân tố cơ bản để nuôi sống cây trồng và tham
gia vào thành phần Prôtít của thực vật, động vật. Nitơ tự do của khí quyển được
liên kết bởi một vài tạp khuẩn trong đất và củ của các loại cây có củ, chúng làm
giàu đất bằng các hỗn hợp Nitơ và các sinh vật dễ hấp thụ Nitơ. Để đất màu mỡ

hơn, người ta đưa vào đất các hỗn hợp Nitơ hữu cơ và khoáng chất dưới dạng phân
bón. Mưa cũng thâm nhập vào đất một lượng Nitơ không nhỏ.

2


- Ôxy (O2) rất cần thiết cho sự thở của cây trồng. Khi liên kết các chất hữu cơ
với Ôxy ở trong tế bào sống sẽ sinh ra năng lượng bảo đảm cho sự sống của thực
vật, động vật. Vì vậy đối với đất giàu Ôxy khi tăng kỹ thuật canh tác đất, sẽ tăng
tác động vi khuẩn trong đất, rễ cây sẽ sinh trưởng nhanh và do đó sẽ tăng các chất
nuôi dưỡng cây trồng.
- Cácbonic (CO2) đó chính là nguồn nuôi dưỡng chính của không khí đối với
sự sống của thực vật, là nhân tố quan trọng tạo nên sản lượng cây trồng. Cây xanh
cùng với năng lượng mặt trời (ánh sáng) trong quá trình quang hợp sẽ nhận được
chất hữu cơ từ nước (H2O) và Cácbonic (CO2). Khi động, thực vật thở hoặc bị đốt
nóng hay các chất hữu cơ bị thoái hoá, khí Cácbonic sẽ toả ra khí quyển. Sự tăng
nồng độ khí Cácbonic (đến giới hạn nào đó) trong không khí làm tăng năng suất
cây trồng.
- Hơi nước là mắt xích cơ bản của tuần hoàn nước trong tự nhiên. Nước tạo
ra mây, tạo ra mưa... Khả năng chứa hơi nước trong khí quyển gọi là độ ẩm không
khí. Hoạt động sống của thực vật, năng suất của cây nông nghiệp và sản lượng của
động vật nuôi; cũng như sự phân bố và hoạt tính của côn trùng và bệnh tật của cây
trồng phụ thuộc vào độ ẩm không khí. Khả năng chứa hơi nước trong không khí ở
bề mặt đất dao động từ 0,01 đến 4% thể tích. Trung bình, lượng hơi nước ở vùng
cực xấp xỉ 0,02% thể tích, trong vùng nhiệt đới 2,5% thể tích; tức là thay đổi lớn
hơn 100 lần. Tỷ khối hơi nước theo chiều cao giảm nhanh hơn so với tỷ khối các
chất khí tạo ra trong không khí. Ở độ cao 1,5 - 2 km, tỷ khối hơi nước nhỏ hơn 2
lần so với tỷ khối hơi nước của lớp không khí gần mặt đất. Ở độ cao 10 - 15 km
hầu như không tồn tại hơi nước.
Trong khí quyển tồn tại các hợp chất khí khác nhau, chúng xâm nhập vào khí

quyển do sự phun xuất của núi lửa, cháy rừng, tác động công nghiệp, hàng không
và của các phương tiện giao thông. Các phần tử bụi đất, bụi sản xuất, bụi vũ trụ,
khói, muối biển, các vi chất hữu cơ, các bào tử thực vật, giọt nước nằm trong trạng
thái lơ lửng là thành phần cơ bản của các tạp chất lơ lửng.
- Ôzôn tồn tại ở độ cao 10 - 60 km. So sánh với Ôxy, Ôzôn được chứa trong
không khí không lớn lắm nhưng đối với sự sống có ý nghĩa rất lớn. Ôzôn làm giảm
phần lớn tia cực tím, có hại cho sự sống trên Trái đất, khối lượng Ôzôn tập trung

3


phần lớn ở độ cao 25 - 50 km. Ở độ cao trên 1000 km, bắt đầu là các khí nhẹ - He,
sau đó là Ôxy ...
II. THỜI TIẾT, KHÍ HẬU VÀ CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
1. Thời tiết
Trong khí quyển thường xuyên xảy ra những quá trình vật lí, những quá trình
này không ngừng làm biến đổi trạng thái của nó. Trạng thái của khí quyển ở gần
mặt đất và ở những tầng thấp hơn (thường là trong môi trường hoạt động của hàng
không) gọi là thời tiết. Những đặc trưng của thời tiết như: nhiệt độ không khí, khí
áp, độ ẩm, lượng mây, giáng thuỷ, gió và các hiện tượng dông, bão, sương mù, gió
tây khô nóng được gọi là những yếu tố khí tượng.
Những sự biến đổi của thời tiết ở gần mặt đất có ý nghĩa lớn đối với nông
nghiệp và các lĩnh vực kinh tế khác của con người. Thời tiết ở những tầng khí
quyển cao hơn ảnh hưởng đến hoạt động của hàng không. Cần lưu ý là những quá
trình khí quyển ở các độ cao khác nhau có liên quan với nhau. Vì vậy, để nghiên
cứu thời tiết gần mặt đất một cách toàn diện ta cần nghiên cứu cả các tầng khí
quyển ở cao hơn.
Tóm lại: Trạng thái khí quyển vào một giai đoạn tại một khu vực nhất định
trong lớp hoạt động của con người được gọi là thời tiết. Thời tiết đặc trưng bằng tổ
hợp các yếu tố khí tượng.

2. Khí hậu
Chế độ thời tiết nhiều năm tại một vùng nào đó được gọi là khí hậu của vùng
đó. Ở mỗi nơi trên Trái Đất, trong những năm khác nhau, thời tiết diễn ra khác
nhau, song trong sự khác biệt của thời tiết hàng ngày, hàng tháng, hàng năm ở mỗi
địa phương, ta vẫn có thể phân biệt được một loại khí hậu hoàn toàn xác định.
Khí hậu là tập hợp của những điều kiện khí quyển đặc trưng cho mỗi địa
phương và phụ thuộc hoàn toàn vào hoàn cảnh địa lí của địa phương. Hoàn cảnh
địa lí không những chỉ vị trí của địa phương tức là vĩ độ, kinh độ và độ cao trên
mực biển mà còn chỉ đặc điểm của mặt đất, địa hình, lớp phủ thổ nhưỡng, lớp phủ
thực vật...
Những điều kiện khí quyển ít nhiều biến thiên trong quá trình một năm: từ
mùa đông sang mùa hè và từ mùa hè sang mùa đông. Tập hợp những điều kiện khí
quyển đó ít nhiều biến đổi từ năm này sang năm khác. Những sự biến đổi này có
4


đặc tính dao động lân cận giá trị trung bình nhiều năm. Như vậy khí hậu có đặc tính
ổn định.
Cũng chính vì vậy, khí hậu là một trong những đặc trưng địa lí tự nhiên của
địa phương, một trong những thành phần cảnh quan của địa lí. Mặt khác, giữa các
quá trình khí quyển và trạng thái mặt đất (kể cả đại dương thế giới) có những mối
liên quan chặt chẽ nên khí hậu cũng liên quan với những đặc điểm địa lí và các
thành phần cảnh quan địa lí khác.
3. Các nhân tố hình thành khí hậu
3.1. Tuần hoàn nhiệt
Khí hậu được xác định bởi các vòng tuần hoàn cơ bản đó là tuần hoàn nhiệt,
tuần hoàn ẩm và hoàn lưu khí quyển gọi là các quá trình hình thành khí hậu. Thực
chất của tuần hoàn nhiệt tạo nên chế độ nhiệt của khí quyển như sau:
Khí quyển, hấp thụ một phần các tia mặt trời xuyên qua nó và biến chúng
thành nhiệt, một phần khuếch tán và làm biến đổi thành phần quang phổ của chúng.

Nhiệt độ không khí thường gây cảm giác nóng hay lạnh và có tầm quan trọng
rất lớn đối với đời sống trên Trái Đất nói chung và đời sống hoạt động kinh tế của
con người nói riêng.
Sự biến đổi của nhiệt độ không khí trong quá trình một ngày và trong quá
trình một năm phụ thuộc vào sự quay của Trái Đất và sự biến thiên của thông lượng
bức xạ mặt trời, liên quan với chuyển động quay đó. Song nhiệt độ không khí biến
đổi không điều hoà, không có chu kì do không khí chuyển động không ngừng từ
nơi này đến nơi khác trên Trái Đất. Sự phân bố của nhiệt độ không khí trên Trái
Đất phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện chung theo đới của thông lượng bức xạ mặt
trời, phụ thuộc vào sự phân bố lục địa và biển (vì biển và lục địa hấp thụ bức xạ và
được đốt nóng khác nhau). Và cuối cùng, phụ thuộc vào những dòng khí thịnh hành
đem không khí từ khu vực này đến khu vực khác của Trái Đất.

5


Hình 2: Chu trình nhiệt ẩm và cân bằng nước
Tuy nhiên, nhiệt độ không khí và nước chỉ được xác định như động năng
trung bình (tốc độ trung bình) của tất cả các phân tử khí và nước. Nhiệt độ cho
chúng ta biết trạng thái “nóng” hay “lạnh” của vật, nhiệt độ không cho ta biết nội
năng của vật có được (bao gồm cả thế năng và động năng). Với cùng nhiệt độ, vật
có khối lượng lớn hơn có năng lượng lớn hơn.
Trong khí quyển và đại dương, nhiệt như một dạng năng lượng được vận
chuyển trong các quá trình truyền nhiệt phân tử và truyền nhiệt rối và trong quá
trình đối lưu. Do nước có nhiệt dung lớn hơn đất 5 lần và không khí 3 lần nên khối
nước biển chậm bị đốt nóng và làm lạnh và sự biến đổi nhiệt độ nhỏ hơn so với đất
liền và có khả năng tích luỹ năng lượng nhiều hơn đất và không khí. Chính vì vậy,
biển có tác động rất lớn đến thời tiết và khí hậu.
3.2. Tuần hoàn ẩm
Ngoài tuần hoàn nhiệt, giữa khí quyển và mặt đất thường xuyên diễn ra tuần

hoàn nước hay tuần hoàn ẩm. Nước từ bề mặt đại dương và các vùng chứa nước, từ
thổ nhưỡng ẩm và thực vật bốc hơi vào khí quyển. Quá trình này được thổ nhưỡng
và các lớp nước trên cùng cung cấp một lượng nhiệt lớn. Hơi nước - nước trong
trạng thái hơi, là một thành phần quan trọng của không khí khí quyển. Trong các
điều kiện khí quyển hơi nước có thể biến đổi ngược lại, nó ngưng kết, tụ lại, kết
quả là mây và sương mù xuất hiện. Do quá trình ngưng tụ, một lượng ẩn nhiệt lớn
toả ra trong khí quyển, với những điều kiện nhất định, nước sẽ rơi xuống từ mây.
6


Trở về mặt đất, nếu tính chung cho toàn Trái Đất, lượng giáng thuỷ cân bằng
với lượng bốc hơi.
Lượng giáng thuỷ và sự phân bố của nó theo mùa có ảnh hưởng đến lớp thổ
nhưỡng và việc trồng cây. Điều kiện dòng chảy, chế độ sông, mực nước hồ và các
hiện tượng thuỷ văn khác cũng phụ thuộc vào sự phân bố và biến thiên của lượng
giáng thuỷ.
3.3. Hoàn lưu khí quyển
Sự phân bố nhiệt không đều trong khí quyển dẫn tới sự phân bố không đều
của khí áp. Chuyển động không khí hay các dòng khí lại phụ thuộc vào sự phân bố
của khí áp. Đặc tính của chuyển động không khí tương ứng với mặt đất chịu ảnh
hưởng lớn của điều kiện là chuyển động này xảy ra trên Trái Đất quay. Ở những
tầng dưới cùng của khí quyển, chuyển động của không khí còn chịu ảnh hưởng của
ma sát. Chuyển động của không khí tương ứng với mặt đất gọi là gió.
Toàn bộ hệ thống những dòng khí quy mô lớn trên Trái Đất là hoàn lưu
chung khí quyển. Chuyển động xoáy cỡ lớn như xoáy thuận và xoáy nghịch thường
xuyên xuất hiện trong khí quyển, làm cho hệ thống hoàn lưu này trở nên rất phức
tạp. Những sự biến đổi cơ bản của thời tiết có liên quan với sự di chuyển của không
khí trong hoàn lưu chung khí quyển, vì các khối khí di chuyển từ khu vực này sang
khu vực khác mang theo những điều kiện mới của nhiệt độ, độ ẩm, lượng mây và
các yếu tố khác.

Ngoài hoàn lưu chung, trong khí quyển còn có hoàn lưu địa phương quy mô
nhỏ hơn nhiều như gió đất - gió biển (brizơ), gió núi - thung lũng và các loại gió
khác. Các xoáy mạnh cỡ nhỏ như lốc, vòi rồng cũng thường xuất hiện.
Gió gây sóng trên mặt nước, các dòng chảy đại dương và hiện tượng băng trôi. Gió
là nhân tố quan trọng trong quá trình xói mòn và tạo thành địa hình.
3.4. Sự hình thành khí hậu
Các quá trình hình thành khí hậu phát triển trong các hoàn cảnh địa lí khác
nhau. Do đó, những đặc điểm cụ thể của những quá trình này và các loại khí hậu
liên quan với chúng được xác định bởi những nhân tố địa lí của khí hậu như: vĩ độ,
sự phân bố lục địa và biển, cấu trúc của bề mặt lục địa (nhất là địa hình qui mô
lớn), thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật, lớp tuyết phủ, băng biển, dòng biển,... Sự phân

7


bố của các điều kiện khí hậu trên Trái Đất phụ thuộc vào sự phân bố của các nhân
tố địa lí đó.
Những điều kiện đặc biệt, gọi là những điều kiện vi khí hậu, thường quan sát
thấy ở tầng không khí dưới cùng gần mặt đất, nơi sinh trưởng của cây trồng. Ở đây,
những đặc điểm của chế độ khí quyển chịu ảnh hưởng của các đặc điểm trong cấu
trúc và trạng thái của mặt đất.
Khí hậu có những sự biến thiên đáng kể, thậm chí rất lớn qua các thời đại địa
chất. Những sự biến thiên này liên quan với sự biến đổi trong cấu trúc của mặt đất
và thành phần không khí khí quyển cũng như do những nguyên nhân thiên văn
khác như sự biến đổi trong sự quay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời, sự biến đổi
mật độ của vật chất trong không gian vũ trụ... Cũng có thể chính là do sự biến đổi
trong hoạt động của Mặt Trời. Những điều kiện khí hậu cũng dao động ít nhiều
trong quá trình hàng nghìn, hàng trăm năm hay trong thời gian ngắn hơn. Hiện
tượng nóng lên ở phần lớn Trái Đất thuộc miền vĩ độ cao và vĩ độ trung bình vào
đầu thế kỷ 20. Rất có thể là hiện tượng này cũng xảy ra ở Nam bán cầu. Người ta

thường liên hệ những dao động hiện tại của khí hậu này chủ yếu với sự biến đổi của
hoàn lưu chung khí quyển, còn những sự biến đổi của hoàn lưu chung này, người ta
lại liên hệ với sự biến đổi trong hoạt động Mặt Trời.
III. NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ
Nhiệt độ trung bình của khí quyển tại bề mặt Trái Đất là khoảng 14°C. Cũng
như mọi vật thể, không khí có nhiệt độ khác với độ không tuyệt đối. Nhiệt độ
không khí ở mỗi điểm của khí quyển thường xuyên biến đổi. Ở mặt đất nhiệt độ
không khí biến thiên rất lớn.
Những đại lượng cực trị đã quan trắc được đến nay gần 60°C (ở sa mạc miền
nhiệt đới) và gần - 90°C (ở Nam Cực). Theo chiều cao, nhiệt độ không khí biến
đổi, ở những tầng khác nhau và trong những trường hợp khác nhau, nhiệt độ biến
đổi khác nhau. Tính trung bình, nhiệt độ giảm đến độ cao 10 - 15km; sau đó tăng
đến 50 - 60km, sau đó lại giảm.
Ở phần lớn các nước, nhiệt độ của không khí cũng như của thổ nhưỡng và
nước được biểu diễn bằng độ theo bảng nhiệt độ quốc tế Selsi (Celsius) - °C quy
định chung trong đo lường vật lý. Điểm 0°C của băng này là nhiệt độ băng tan, còn
8


+ 100°C là nhiệt độ của nước đang sôi (đều trong điều kiện khí áp chuẩn 1000mb,
khí áp trên mực biển).
Nhưng ở Mỹ và ở nhiều nước trong khối liên hiệp Anh, đến nay vẫn sử dụng
nhiệt độ Faranet (Fahrenheit) trong đời sống cũng như ngay trong khí tượng lý
thuyết. Trong bảng này, khoảng giữa điểm tan của băng và điểm sôi của nước chia
làm 180°F ở điểm tan của băng, trên bảng ghi giá trị +32°F. Như vậy, nhiệt độ
Faranet bằng 5/9°C còn 0°C ứng với +32°F, còn 100°C bằng +212°F.
Bảng 1: Công thức chuyển đổi oC sang oF
Đổi từ

Sang

Fahrenheit (°F) Celsius (°C)
Celsius (°C)

Công thức
°C = (°F – 32) / 1.8

Fahrenheit (°F) °F = °C × 1.8 + 32

Ngoài ra, trong khí tượng học lý thuyết, người ta còn dùng bảng nhiệt độ
tuyệt đối (bảng Kenvanh K). Không độ của bảng này tương ứng với sự ngừng hoàn
toàn chuyển động nhiệt của phân tử, nghĩa là nhiệt độ thấp nhất có thể có. Theo
bảng Selsi đại lượng đó bằng -273,18 + 0,03°C. Nhưng trong thực tế, người ta
thường lấy độ không tuyệt đối đúng bằng - 273°C; độ chia của bảng nhiệt độ tuyệt
đối bằng độ chia của bảng Selsi. Vì vậy, 0°C của bảng Selsi tương ứng với +273°K
của bảng nhiệt độ tuyệt đối.

9


Chương II. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI
1. Mặt trời và các dạng dòng bức xạ mặt trời
Năng lượng mặt trời là nguồn gốc duy nhất và chủ yếu nhất cho mọi sự sống
trên mặt đất. Nếu không có ánh sáng và nhiệt của mặt trời thì trên trái đất không thể
có sự sống được. Năng lượng mặt trời có một tác dụng lớn trong đời sống thực vật.
Nhiệt lượng quyết định mọi hoạt động sống của thực vật, còn ánh sáng mặt trời là
nhân tố cần thiết để thực vật tạo ra chất hữu cơ bằng tác dụng quang hợp.
Mặt trời là một khối khí nóng bỏng mà thể tích của nó lớn hơn thể tích trái
đất rất nhiều (khoảng 1.300.000lần); khối lượng của nó chiếm 99,87% toàn bộ khối
lượng của hệ mặt trời. Mặt trời tỏa ra không gian xung quanh một năng lượng xấp

xỉ 3,71.1026 W, người ta tính được trên 1km2 bề mặt đất (kể cả khí quyển) nhận
được khoảng 3,3.108 W, tương đương với công suất 330.000kW.
Công suất dòng bức xạ mặt trời được tính bằng W/m2. Trong khí tượng nông
nghiệp công suất dòng bức xạ mặt trời thường được biểu thị bằng Calo trên một
đơn vị diện tích sau một đơn vị thời gian - Cal/(cm2.phút). Dòng bức xạ bằng 1
Cal/(cm2.phút) tương đương với 698W/m2. Tại lớp biên phía trên của khí quyển,
với khoảng cách bình quân từ trái đất đến mặt trời thì bề mặt trái đất vuông góc với
tia sáng mặt trời sẽ hấp thụ một lượng bức xạ mặt trời bằng 1,98 Cal/(cm 2.phút) =
1382 W/m2 - đại lượng này gọi là hằng số mặt trời.
Trong khí quyển có ba dòng bức xạ mặt trời: trực xạ, tán xạ và phản xạ.
Bức xạ mặt trời tới trái đất trực tiếp từ đĩa mặt trời trong dạng chùm tia song
song được gọi là trực xạ. Một phần bức xạ mặt trời đi qua khí quyển được phát tán
bởi các tạp chất ngoài trời - đó là tán xạ. Bức xạ trực tiếp tới bề mặt nằm ngang và
tán xạ tác động đồng thời tạo thành bức xạ tổng cộng. Một phần bức xạ mặt trời
phản xạ lại bởi bề mặt đất, bởi mây... được gọi là phản xạ.

10


Hình 3: Vị trí của mặt trời và trái đất
2. Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời lên các quá trình khí quyển và lớp sinh
quyển.
Bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng cơ bản của hầu hết tất cả các quá trình
sống tự nhiên diễn ra hàng ngày trong khí quyển và trên bề mặt đất. Tia sáng mặt
trời khi qua khí quyển phát sinh ra nhiều hiện tượng tự nhiên, hệ quả của sự phát
tán đó là màu bầu trời xanh, hoàng hôn màu mặt trời đỏ ở chân trời. Khi các tia mặt
trời đi qua các giọt nước và tinh thể băng chúng ta nhìn thấy cầu vồng, những
quầng sáng, vòng tròn quanh mặt trời và một số hiện tượng quang học khác. Bức xạ
mặt trời đốt nóng bề mặt trái đất và đại dương không đồng đều, tạo nên sự trộn lẫn
khối khí và tạo ra sự chuyển động của không khí lên trên. Dưới tác động của dòng

bức xạ mặt trời, sự bốc hơi diễn ra trên bề mặt sông, hồ, đất và cây xanh. Hơi nước
được chuyển từ đại dương, biển do gió đưa đến lục địa và là nguồn ẩm chính để tạo
thành mưa cung cấp cho sông, hồ, và dùng để tưới cho cánh đồng, vườn và rừng.
Năng lượng mặt trời - đó là nguồn sống trên trái đất. Trung gian giữa năng
lượng mặt trời và sự sống của con người đó là cây xanh. Nhà bác học người Nga
Timirazep đưa ra vai trò của cây xanh - đó là sự chuyển hoá năng lượng mặt trời

11


thành chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp. Tức là từ CO 2, nước và các chất
khoáng trong đất, cây xanh tổng hợp thành chất hữu cơ và thải ra khí quyển Ôxy.
Các chất hữu cơ này dùng để nuôi tất cả các cơ quan sống và là nguồn năng
lượng chính đối với loài người (than đá, dầu mỏ, than bùn ... là sản phẩm của quá
trình quang hợp cây xanh trong các kỷ nguyên trước đây).
Ánh sáng mặt trời - đây là nhân tố sống không thể thay thế được đối với thực
vật và động vật. Vì vậy, cơ thể sống phải thích nghi với sự thay đổi cường độ bức
xạ mặt trời và thành phần phổ của nó. Độ dài ngày, cường độ bức xạ mặt trời xác
định đặc tính thực vật.
Do sự tác động của cường độ bức xạ khác nhau nên tất cả cây xanh được
chia thành hai loại: ưa sáng và chịu tối. Trong điều kiện không đủ ánh sáng, khi
gieo hạt (trong những ngày âm u) làm các tế bào phân hoá yếu và có thể làm cây đổ
rạp. Trong cánh đồng ngô được gieo dày, nếu cường độ bức xạ mặt trời yếu, sự tạo
bắp của cây bị yếu đi.
Bức xạ mặt trời ảnh hưởng lên thành phần hóa học của cây xanh. Ví dụ: độ
ngọt của củ cải đường hoặc nho, lượng prôtít của cây lấy hạt phụ thuộc vào số ngày
nắng. Lượng đường của táo hay một số cây khác phụ thuộc vào cường độ bức xạ
mặt trời. Tia cực tím của mặt trời chiếu vào động vật nuôi về mùa đông có thể tác
dụng chữa một số bệnh cho chúng và để tăng sản lượng của động vật nuôi.
3. Chế độ nhiệt của không khí

3.1. Quá trình nóng lên và lạnh đi của không khí
Người ta nhận thấy rằng khi mặt đất hấp thu năng lượng bức xạ mặt trời thì
được chuyển hoá thành nhiệt năng làm cho nó nóng lên. Một phần nhiệt lượng
của mặt đất sẽ truyền vào các lớp đất sâu, còn phần lớn truyền cho các lớp khí
quyển bên trên nó. Tính trung bình bề mặt đất truyền vào không khí 37% năng
lượng bức xạ mà nó hấp thu được. Riêng bề mặt cát truyền cho khí quyển 43%,
mặt nước 0,4% lượng nhiệt của nó. Quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không
khí diễn ra liên tục suốt ngày đêm. Vào ban ngày mặt đất nhận được nhiều năng
lượng bức xạ mặt trời nên nhiệt độ tăng cao vì vậy nó nhường nhiệt cho khí quyển.
Còn vào ban đêm mặt đất bức xạ mạnh, cân bằng nhiệt thường có giá trị âm. Mặt
đất mất nhiệt dần dần và có nhiệt độ thấp hơn khí quyển, lúc này khí quyển lại bức
xạ ngược cho nó.
12


Sự truyền nhiệt từ đất cho không khí có thể xảy ra bằng các phương thức
khác nhau:
a) Phương thức dẫn nhiệt phân tử
Dẫn nhiệt phân tử là sự truyền nhiệt từ những phân tử có nhiệt độ cao sang
những phân tử có nhiệt độ thấp hơn. Các phần tử đất nhận năng lượng từ bức xạ
mặt trời nóng lên, không khí sát mặt đất khi hấp thu nhiệt từ đất sẽ nóng lên và
truyền nhiệt cho các phần tử không khí bên trên.
Tuy nhiên, do hệ số dẫn nhiệt của không khí rất nhỏ (λ = 0,00005), nên sự
truyền nhiệt xảy ra chậm và chỉ có lớp không khí mỏng gần mặt đất được nóng lên.
b) Phương thức truyền nhiệt đối lưu
Đây là phương thức truyền nhiệt nhờ quá trình đối lưu không khí. Phương
thức này xảy ra khi mặt đất bị đốt nóng, không khí tiếp giáp vớí nó sẽ nóng lên
nhanh và trở nên nhẹ hơn bốc lên cao. Theo quy luật tự nhiên, không khí ở lớp bên
trên có nhiệt độ thấp hơn, có áp suất cao hơn nên chuyển động đi xuống chiếm chỗ
của khối không khí nóng. Quá trình diễn ra liên tục, khối không khí mới tiếp tục bị

đốt nóng và lại bốc lên cao. Cứ như vậy tạo thành dòng không khí liên tục đi lên và
đi xuống theo phương thẳng đứng. Dòng đối lưu có vai trò rất lớn trong quá trình
trao đổi nhiệt giữa mặt đất và khí quyển theo chiều hướng làm giảm nhiệt độ mặt
đất và làm tăng nhiệt độ không khí.
Hiện tượng đối lưu nhiệt thường diễn ra mạnh trên đất liền vào ban ngày và
trên bề mặt biển vào ban đêm.
c) Phương thức truyền nhiệt loạn lưu
Do đặc điểm bề mặt trái đất, ở các vùng khác nhau thường không giống nhau
về màu sắc, địa hình, lớp phủ thực vật..., nên có nơi nhận được nhiều nhiệt, có nơi
nhận được ít nhiệt hơn. Không khí tiếp xúc với mặt đất cũng nhận được nhiệt nơi
nhiều, nơi ít dẫn tới chênh lệch về áp suất không khí giữa các vùng. Không khí sẽ
di chuyển từ nơi có áp suất cao sang nơi có áp suất thấp hơn. Nhờ đó nhiệt được
truyền theo các dòng không khí theo phương nằm ngang từ nơi này đến nơi khác.
Loạn lưu là sự chuyển động không có trật tự của từng khối không khí nhỏ riêng
biệt. Khi không khí chuyển động trên bề mặt không bằng phẳng, do ma sát sẽ xuất
hiện các xoáy nhỏ di chuyển theo nhiều hướng khác nhau và gây ra sự loạn lưu
của không khí. Loạn lưu có ý nghĩa đặc biệt lớn trong sự chuyển vận nhiệt từ đất
13


vào không khí. Nhờ nó mà lượng nhiệt được truyền vào không khí khá hiệu quả và
đồng đều ở các độ cao khác nhau.
d) Phương thức truyền nhiệt nhờ bức xạ nhiệt
Ban ngày, mặt đất hấp thu năng lượng bức xạ mặt trời và nóng lên. Do có
nhiệt độ cao nên mặt đất lại phát sinh bức xạ sóng dài truyền vào khí quyển. Các
lớp không khí dưới thấp hấp thu bức xạ sóng dài và phản xạ sóng ngắn từ mặt đất
vào ban ngày để nóng lên, sau đó đến lượt chúng lại phát xạ và làm nóng các lớp
lân cận, cứ như vậy sự nóng lên sẽ lan dần đến những lớp cao hơn.
Trong thời kỳ lạnh đi của mặt đất, dòng bức xạ nghịch hướng từ những lớp
không khí trên cao xuống mặt đất bổ sung năng lượng cho mặt đất. Quá trình này

thường xảy ra mạnh vào ban đêm khi quá trình loạn lưu yếu, nhiệt độ không khí ở
các lớp trên cao nóng hơn ở các lớp dưới thấp (nghịch nhiệt).
e) Phương thức truyền nhiệt nhờ tiềm nhiệt bốc hơi
Để bốc hơi một gam nước cần cung cấp khoảng 600calo, ngược lại, khi
ngưng kết một gam hơi nước cũng sẽ tỏa ra một lượng nhiệt tương tự. Vì vậy, khi
nước bốc hơi từ mặt đất và được ngưng kết ở các lớp trên cao thì bản thân chúng đã
tham gia vào quá trình truyền nhiệt cho khí quyển. Phương thức truyền nhiệt này
được gọi là truyền nhiệt nhờ tiềm nhiệt bốc hơi.
Trong tất cả các phương thức truyền nhiệt, phương thức đối lưu và loạn lưu
là quan trọng nhất. Người ta nhận thấy rằng truyền nhiệt đối lưu và loạn lưu lớn
gấp 125 lần truyền nhiệt bằng bức xạ và gấp 500.000 lần bằng dẫn nhiệt phân tử.
Như vậy, nhờ những quá trình trao đổi nhiệt giữa mặt đất và khí quyển làm
cho nhiệt độ mặt đất luôn luôn thay đổi và cũng nhờ nó mà nhiệt độ không khí trên
mặt đất được điều hòa trên quy mô toàn cầu.
3.2. Sự biến thiên của nhiệt độ không khí
a) Biến thiên hàng ngày của nhiệt độ không khí
Diễn biến hàng ngày của nhiệt độ không khí là một dao động đơn giản với
một cực đại xảy ra lúc 13 - 14 giờ và một cực tiểu xảy ra trước khi mặt trời mọc.
Biên độ biến thiên hàng ngày của nhiệt độ không khí luôn nhỏ hơn biên độ hàng
ngày của nhiệt độ mặt đất và phụ thuộc vào một số yếu tố sau đây:
- Phụ thuộc vào vĩ độ địa lý: Biên độ nhiệt độ giảm khi vĩ độ tăng. Biên độ
nhiệt độ lớn nhất quan sát thấy tại các vĩ độ cận nhiệt đới (khoảng 20 - 25oC) tại
14


các sa mạc, còn biên độ nhiệt độ nhỏ nhất quan sát thấy tại các vùng cực đới. Trung
bình biên độ nhiệt độ ngày tại các vùng nội chí tuyến là 10 - 12oC, vùng ôn đới 8 9oC, vùng cực đới 3 - 4oC.
- Phụ thuộc vào mùa trong năm: Tại các vùng cực đới vào mùa đông, biến
thiên hàng ngày mất hẳn, còn vào mùa hè thì rất nhỏ. Ngược lại, vào mùa xuân và
mùa thu biến đổi nhiệt độ ở vùng này có biên độ lớn nhất. Tại những vĩ độ ôn đới,

biên độ nhỏ nhất thường thấy vào mùa đông (2 - 4oC), lớn nhất vào đầu mùa hè (8 12oC). Tại các vĩ độ nhiệt đới, nhiệt độ biến thiên hàng ngày rất ít trong năm.
- Phụ thuộc vào địa hình: dạng địa hình lồi (đồi, núi) biên độ biến thiên hàng
ngày nhỏ, còn địa hình lõm (vùng trũng, thung lũng) biên độ nhiệt độ hàng ngày
cao hơn. Nguyên nhân là do ở địa hình lồi, bề mặt tiếp giáp giữa đất và không khí
nhỏ, tại đó sự trao đổi tự do của các lớp không khí trên cao và dưới thấp khá lớn.
Ban ngày, những đám không khí mới, chưa được sấy nóng đưa tới làm cho không
khí mát mẻ. Còn ban đêm không khí lạnh nặng hơn, trượt theo sườn núi chảy
xuống. Ở trên cao, không khí nóng hơn dồn tới rồi được làm lạnh và nhập vào dòng
chảy xuống tạo thành một vòng khép kín. Còn ở địa hình lõm, thấp thì ban ngày
không khí nóng lên nhanh hơn do mặt đất truyền nhiệt tới. Vì địa hình trũng khuất
nên không khí ít được thay đổi. Ban đêm thì không khí lạnh từ sườn núi tràn xuống,
nhiệt độ giảm nhanh nên biên độ nhiệt độ ngày đêm rất cao.
- Phụ thuộc vào đặc điểm của mặt đệm: mặt đệm thường là mặt đất, mặt
nước, thực bì... Sự khác nhau về đặc tính của mặt đệm có ảnh hưởng nhiều đến biên
độ hàng ngày của nhiệt độ không khí. Biên độ hàng ngày trên mặt nước nhỏ hơn
trên đất liền do mặt đất hấp thu nhiều nhiệt hơn mặt nước, hơn nữa trên mặt nước
bằng phẳng, không có chướng ngại vật, tốc độ gió thường khá lớn. Biên độ biến
thiên hàng ngày của nhiệt độ không khí trên đất cát lớn hơn trên đất sét, trên đất
sẫm màu và đất đã được xới xáo lớn hơn trên đất màu nhạt và không được xới xáo.
Trên đất có lớp phủ thực vật biên độ nhiệt độ của không khí bao giờ cũng nhỏ hơn
trên đất không có lớp phủ thực vật.
- Vị trí tương đối giữa biển và lục địa: Càng xa biển, càng vào sâu trong đất
liền thì biên độ nhiệt độ ngày đêm càng tăng lên.

15


Bảng 2. Biến thiên nhiệt độ ngày theo khoảng cách từ bờ biển
Khoảng cách từ
bờ biển (km)

Biên độ nhiệt độ ngày của các tháng (oC)
Tháng I

Tháng IV

0
50
100
200
300

Tháng VII

Tháng X

5,5
5,0
5,8
6,3
6,2
5,7
6,2
6,6
6,6
6,3
6,7
7,3
7,0
7,0

7,7
8,6
7,0
7,4
8,1
9,0
Nguồn: Viện Khí tượng thủy văn (1990)
- Phụ thuộc vào lượng mây trên bầu trời: Trong những ngày nhiều mây biên
độ nhiệt độ không khí nhỏ hơn so với những ngày quang mây. Mây nhiều vào ban
ngày sẽ giữ lại lượng bức xạ và phản xạ của mặt đất nhiều hơn, vào ban đêm sẽ giữ
lại phát xạ sóng dài của mặt đất, hạn chế sự mất nhiệt.
- Phụ thuộc vào độ cao so với mực nước biển: Độ cao càng tăng thì biên độ
càng giảm và thời gian xảy ra cực đại, cực tiểu càng chậm lại.
b) Diễn biến hàng năm của nhiệt độ không khí
Trên lục địa, hàng năm cực đại của nhiệt độ không khí quan sát thấy vào
tháng 7, cực tiểu vào tháng 1. Trên đại dương và các miền duyên hải của lục địa,
cực đại xảy ra vào tháng 8, còn cực tiểu xảy ra vào tháng 2, tháng 3.
Biến thiên hàng năm của nhiệt độ không khí phụ thuộc vào những yếu tố sau:
- Vĩ độ địa lý: Vĩ độ địa lý càng tăng thì biên độ nhiệt độ càng tăng do các
vùng vĩ độ cao chênh lệch cân bằng nhiệt giữa mùa đông và mùa hè khác nhau.
Chênh lệch này đạt trị số lớn nhất ở các vĩ độ cực đới. Trị số nhỏ nhất của biên độ
hàng năm quan sát thấy tại vùng xích đạo, là nơi lượng nhiệt bức xạ mặt trời quanh
năm hầu như không thay đổi. Trên trái đất, có thể phân biệt 4 kiểu biến thiên nhiệt
độ hàng năm sau đây:
* Kiểu xích đạo: nhiệt độ biến thiên kép, một năm có 2 cực đại vào dịp xuân
phân (21/3) và thu phân (23/9), 2 cực tiểu vào dịp hạ chí (22/6) và đông chí
(22/12). Biên độ nhiệt độ nhỏ: trên lục địa từ 6 - 10oC, trên mặt biển 1oC, vùng
duyên hải 1 - 3oC.
* Kiểu nhiệt đới: nhiệt độ biến thiên kiểu đơn, một năm có 1 cực đại xuất
hiện vào sau ngày hạ chí (22/6) và 1 cực tiểu xuất hiện sau ngày đông chí (22/12).

Biên độ nhiệt độ ở lục địa từ 10 - 20oC, ở đại dương khoảng 5oC.
16


* Kiểu ôn đới: tương tự như kiểu nhiệt đới nhưng các giá trị cực trị thường
đến muộn hơn. Cực đại nhiệt độ thường xảy ra vào tháng 7, cực tiểu xảy ra vào
tháng 1 ở lục địa. Trên đại dương, cực đại nhiệt độ quan sát thấy vào đầu tháng 8,
cực tiểu vào tháng 2. Biên độ nhiệt độ khá cao vì cực tiểu thường khá thấp, ở lục
địa 20 - 40oC, trên đại dương 10 - 20oC.
* Kiểu cực đới và cận cực đới: hàng năm có mủa đông kéo dài 8 - 9 tháng,
mùa hè mát mẻ và ngắn. Biên độ nhiệt độ rất cao, ở đất liền biên độ 65 - 75oC,
vùng duyên hải biên độ nhiệt độ 25 - 40oC, trên đại dương 20 - 30oC
- Đặc điểm của mặt đệm: Trên mặt biển, biến thiên hàng năm của nhiệt độ
nhỏ, càng xa bờ biển vào sâu trong lục địa biên độ càng tăng lên. Ở các vùng cực
đới, trên đất liền biên độ nhiệt độ hàng năm lên tới 65 oC, vùng bờ biển vào khoảng
25 - 40oC. Biên độ hàng năm nhỏ nhất quan sát thấy ở xích đạo 6 - 10oC trên đất
liền và 1 - 3oC ở vùng ven biển.
c) Biến thiên của nhiệt độ không khí theo phương thẳng đứng
Sự biến thiên của nhiệt độ không khí theo độ cao được đặc trưng bằng
gradien nhiệt độ thẳng đứng, ký hiệu là γ .
Trị số của gradien nhiệt độ thẳng đứng được biểu thị bằng biến thiên của
nhiệt độ ứng với 100 m độ cao (lấy với dấu âm), nghĩa là:

Trong đó: tc là nhiệt độ ứng với độ cao zc, và tt là nhiệt độ ứng với độ cao zt
(tính theo khoảng cách hàng trăm mét độ cao trong tầng đối lưu của khí quyển).
Nếu tc< tt tức là nhiệt độ giảm theo độ cao thì gradien nhiệt độ thẳng đứng có
giá trị dương (γ >0). Nếu tc>tt nghĩa là nhiệt độ sẽ tăng theo độ cao thì gradien
nhiệt độ thẳng đứng có giá trị âm (γ <0), còn nếu tc = tt nghĩa là nhiệt độ không
thay đổi theo độ cao thì γ = 0.
Qua nhiều lần quan sát, người ta nhận thấy gradien nhiệt độ thẳng đứng

trung bình có trị số γ ≈ 0,64oC, nghĩa là cứ lên cao 100 m nhiệt độ của không khí
giảm đi khoảng 0,64oC. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn có các lớp không khí có nhiệt
độ tăng theo độ cao (lớp nghịch nhiệt), và có cả các lớp không khí có nhiệt độ
không thay đổi theo độ cao (lớp đẳng nhiệt).
17


So sánh biến đổi nhiệt độ theo độ cao và theo phương nằm ngang người ta
thấy, theo phương nằm ngang dọc theo kinh tuyến từ xích đạo lên vùng địa cực, cứ
thay đổi 10o vĩ tuyến (1100km) nhiệt độ trung bình giảm 10 oC còn lên cao 10km
nhiệt độ đã giảm đi 50 - 60oC.
3.3. Một số chỉ tiêu đánh giá nhiệt độ không khí
Trong nông nghiệp, khi nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ không khí đối
với các quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng người ta thường
dùng những chỉ tiêu sau đây:
a) Nhiệt độ trung bình
Người ta thường phân biệt 2 chỉ tiêu nhiệt độ trung bình là nhiệt độ trung
bình ngày và nhiệt độ trung bình một giai đoạn khí hậu.
- Nhiệt độ trung bình ngày là giá trị trung bình của nhiệt độ ở các lần quan
trắc được trong ngày. Để có được giá trị nhiệt độ ứng với số lần quan trắc trong
ngày, người ta dùng nhiệt kế khí tượng (nhiệt kế thường) để quan trắc và tuân theo
quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt của Tổng cục khí tượng thủy văn. Nhiệt độ
trung bình ngày được tính theo công thức:
(t1 + t2 + t3 + t4)
tngày =
4
Trong đó: tngày: nhiệt độ trung bình ngày (oC)
t1, t2, t3, t4: giá trị nhiệt độ (oC) quan trắc vào 4 thời điểm 1h, 7h,
13h và 19h. (Theo Quy phạm quan trắc - 1994)
Đối với các trạm khí tượng tự động, số lần quan trắc trong ngày được tự

động ghi lại ở các thời điểm chẵn giờ (24 lần trong ngày), vì vậy, nhiệt độ trung
bình ngày là trung bình cộng của nhiệt độ ở 24 thời điểm quan trắc.
- Nhiệt độ trung bình một giai đoạn khí hậu là giá trị trung bình cộng của
nhiệt độ trung bình các ngày trong giai đoạn khí hậu đó. Giai đoạn khí hậu là một
khoảng thời gian dài ngắn khác nhau tùy mục đích nghiên cứu cụ thể. Trong nghiên
cứu nông nghiệp, giai đoạn khí hậu thường là tuần (10 ngày), tháng, năm, quý (3
tháng), thế kỷ (100 năm) hoặc một giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây trồng,
một vụ sản xuất...
b) Nhiệt độ tối cao
18


Nhiệt độ tối cao có 4 loại: nhiệt độ tối cao trong ngày, nhiệt độ tối cao tuyệt
đối, nhiệt độ tối cao trung bình của một giai đoạn khí hậu và nhiệt độ tối cao sinh
vật học.
- Nhiệt độ tối cao trong ngày là nhiệt độ cao nhất quan trắc được trong ngày.
Thông thường vào khoảng 13h - 14h hàng ngày nhiệt độ không khí sẽ đạt giá trị
cao nhất.
- Nhiệt độ tối cao tuyệt đối trong một giai đoạn khí hậu là giá trị nhiệt độ cao
nhất đã từng xảy ra và quan trắc được trong giai đoạn khí hậu đó. Ví dụ, nhiệt độ
tối cao tuyệt đối ở một số nơi như sau:
Để xác định nhiệt độ cao nhất ở các kỳ quan trắc, người ta sử dụng nhiệt kế
tối cao. Từ các số liệu quan trắc được hàng ngày người ta có thể tìm được các giá
trị nhiệt độ tối cao trong tháng, trong năm hoặc trong một giai đoạn sinh trưởng bất
kỳ của cây trồng.
Bảng 3. Nhiệt độ tối cao tuyệt đối các tháng mùa nóng và năm (oC)
Tháng

Địa phương

Năm

IV

V

VI

VII

VIII

IX

Điện Biên

38,5

38,6

37,9

36,0

35,2

35,0

38,6

Hà Nội

38,5

42,8

40,4

40,0

39,0

37,1

42,8

Vinh

39,9

41,1

42,1

41,1

39,5

39,4

42,1

Đồng Hới

41,2

42,2

41,8

40,9

41,5

40,9

42,2

Huế

40,0

41,3

40,7

39,8

39,4

38,2

41,3

Nha trang

35,9

38,5

39,5

39,0

39,5

38,3

39,5

Buôn Mê Thuột 39,4

37,0

35,1

32,1

34,6

31,5

39,4

TP HCM

39,0

37,5

35,2

35,0

35,3

40,0

40,0

Nguồn: Chương trình 42A - viện KTTV (1989), giai đoạn khí hậu 1958 -1985
- Nhiệt độ tối cao trung bình của một giai đoạn khí hậu là trung bình cộng
các giá trị nhiệt độ tối cao ngày trong giai đoạn khí hậu đó. Nhiệt độ tối cao trung
bình năm là giá trị trung bình cộng của nhiệt độ tối cao trung bình các tháng trong
năm.
- Nhiệt độ tối cao sinh vật học thường được xác định cho một giai đoạn sinh
19


trưởng, phát triển của sinh vật. Nhiệt độ tối cao sinh vật học là nhiệt độ cao nhất mà

tại đó các hoạt động sống của sinh vật bị ngừng lại. Hầu hết ở các loại cây trồng
nhiệt độ tối cao sinh vật học vào khoảng 45 - 55oC.
Nhiệt độ cao xúc tiến quá trình thoát hơi nước bề mặt lá, nếu trong điều kiện hạn
hán kéo dài, cây trồng bị thiếu nước dẫn đến khô héo và chết. Nhiệt độ cao làm
tăng quá trình hô hấp của thực vật, làm giảm khả năng tích lũy chất dinh dưỡng ở
trong cây dẫn tới năng suất và chất lượng sản phẩm bị suy giảm. Nhiệt độ cao còn
ảnh hưởng đến khả năng thụ phấn, thụ tinh của thực vật dẫn đến tỷ lệ đậu quả, kết
hạt thấp.
c) Nhiệt độ tối thấp
Tương tự như khái niệm về nhiệt độ tối cao, nhiệt độ tối thấp có 4 loại:
- Nhiệt độ tối thấp trong ngày là nhiệt độ thấp nhất quan trắc được trong
ngày. Thông thường vào khoảng 4 - 5 giờ hàng ngày nhiệt độ không khí sẽ đạt giá
trị thấp nhất.
- Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trong một giai đoạn khí hậu là giá trị nhiệt độ
thấp nhất đã từng xảy ra và quan trắc được trong giai đoạn khí hậu đó. Ví dụ, nhiệt
độ tối thấp tuyệt đối ở một số nơi như sau:
Bảng 4. Nhiệt độ tối thấp tuyệt đối các tháng mùa lạnh và năm (oC)
Địa phương

Tháng

Năm

X

XI

XII

I

II

III

Điện Biên

7,7

4,0

0,4

-0,4

4,8

6,6

-0,4

Hà Nội

12,4

6,8

5,1

2,7

5,0

8,5

2,7

Vinh

14,3

8,4

5,4

4,0

7,3

9,5

4,0

Đồng Hới

14,6

12,3

7,8

7,7

8,0

10,5

7,7

Huế

16,9

12,9

11,1

8,8

11,0

12,0

8,8

Nha trang

18,8

16,9

15,1

14,6

14,6

16,4

14,6

Buôn Mê Thuột

14,9

10,7

7,4

9,1

12,0

12,3

7,4

TP HCM

16,5

15,9

13,9

13,8

16,0

17,4

13,8

Nguồn: Chương trình 42A - viện KTTV (1989), giai đoạn khí hậu 1958 -1985
Để xác định nhiệt độ thấp nhất ở các kỳ quan trắc, người ta sử dụng nhiệt kế
tối thấp. Từ các số liệu quan trắc được hàng ngày người ta có thể tìm được các giá
20


trị nhiệt độ tối thấp trong tháng, trong năm hoặc trong một giai đoạn sinh trưởng
bất kỳ của cây trồng.
- Nhiệt độ tối thấp trung bình của một giai đoạn khí hậu là trung bình cộng
các giá trị nhiệt độ tối thấp ngày trong giai đoạn khí hậu đó. Nhiệt độ tối thấp trung
bình tháng (giai đoạn khí hậu là tháng) là giá trị trung bình cộng của nhiệt độ tối
thấp các ngày trong tháng đó. Nhiệt độ tối thấp trung bình năm là giá trị trung bình
cộng của nhiệt độ tối thấp trung bình các tháng trong năm. Cách thức tính các loại
nhiệt độ tối thấp trung bình cũng tương tự như ở nhiệt độ tối cao trung bình.
- Nhiệt độ tối thấp sinh vật học thường được xác định cho một giai đoạn sinh
trưởng, phát triển của sinh vật. Nhiệt độ tối thấp sinh vật học là nhiệt độ thấp nhất
mà tại đó sinh vật ngừng sinh trưởng, các hoạt động sống của nó cũng bị ngừng lại.

21