Thủy văn học - Chương 7

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu.
CHƯƠNG 7
CÁC ĐẶC TRƯNG KHÍ TƯỢNG CHỦ YẾU.
Các đặc trưng khí tượng xét trong chương này gồm nhiệt độ, độ ẩm, áp suất không
khí, gió, bão, mưa, bốc hơi và tầm nhìn xa. Đây là các đặc trưng quan trọng, có ảnh
hưởng đến chế độ thuỷ văn, công tác vận hành khai thác các công trình thuỷ, công trình
bảo đảm an toàn hàng hải cũng như công tác điều động, dẫn tàu. Bản thân các đặc trưng
này đều có sự tác động qua lại lẫn nhau.
7.1. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ
mặt đệm.
7.1.1. Trạng thái nhiệt của khí quyển.
Nguồn gốc của nhiệt: nguồn gốc chính của năng lượng nhiệt là nhiệt mặt trời đi tới
khí quyển và bề mặt đất dưới dạng năng lượng tia. Nhiệt lượng này được các vật thể hấp
thụ và tạo thành nhiệt dự trữ.
Năng lượng tia mặt trời do mặt trời toả ra gọi là bức xạ mặt trời, truyền đi dướ
i
dạng sóng điện từ với tốc độ 300.000km/s. Trong khí quyển và trên Trái Đất nó chuyển
sang dạng nhiệt lượng.
Khí quyển và Trái Đất nhận được nhiệt lượng tổng cộng từ mặt trời trong suốt một
năm là 1,3x10
24
cal. Nhiệt lượng này có thể làm tan một lớp băng dày 36m phủ kín toàn
bộ địa cầu ở nhiệt độ 0
0
C.
Tổ hợp toàn bộ dải sóng mà trên đó bức xạ mặt trời phát ra gọi là phổ bức xạ mặt
trời. Phổ mặt trời chia thành 3 dạng tia: bức xạ tử ngoại - sóng ngắn với bước sóng từ 0,1
- 0,4µm; bức xạ nhìn thấy (bức xạ ánh sáng) - bước sóng từ 0,4 - 0,76µm; bức xạ hồng
ngoại - sóng dài với bước sóng 0,76- 4,0µm.
Bức xạ mặt trời đến mặt đất có thể
dưới dạng tia trực tiếp (đi thẳng) và tia khuếch

tán.
Bức xạ đến một cách trực tiếp từ mặt trời dưới dạng các chùm tia song song gặp bề
mặt đất và các lớp khác nhau trong khí quyển gọi là bức xạ trực tiếp. Cường độ của bức
xạ trực tiếp phụ thuộc vào độ cao của mặt trời trong thời gian ban ngày. Cường độ bức xạ
trự
c tiếp đạt cực đại vào lúc giữa trưa địa phương.
Bức xạ mặt trời bị tán xạ nhiều lần trong khí quyển gọi là bức xạ khuếch tán. Bức
xạ khuếch tán đến bề mặt đất từ tất cả các hướng của phông trời. Cường độ bức xạ
khuếch tán phụ thuộc vào độ cao mặt trời, độ trong suốt của khí quyển, sự
hiện diện của
mây, đặc điểm phản xạ của mặt đệm, độ cao của địa điểm so với mặt biển.
Bức xạ tổng cộng là tổng hợp bức xạ trực tiếp và bức xạ khuếch tán đã đến được
mặt đất trong điều kiện hiện tại.
Bức xạ phản hồi: bức xạ t
ổng cộng đi vào một bề mặt nào đó, một phần được bề
mặt đó hấp thụ, một phần khác phản hồi trở lại. Mức độ hấp thụ và phản hồi bức xạ phụ
thuộc vào tính chất của mặt đệm.
7.1.2. Tác dụng nhiệt của mặt đệm đối với khí quyển dưới thấp.
Mặt đệm là bề mặt đất, nước, lớp phủ thực vật.. Do đặc điểm khác nhau về màu sắc
và độ ẩm của từng loại mặt đệm mà sự hấp thụ và phản hồi bức xạ mặt trời cũng khác
nhau. Đối với bề mặt màu đen, xám thì mức độ hấp thụ bức xạ là lớn nhất. Bề mặt màu
sáng và khô thì mức hấ
p thụ ít nhất và phản hồi nhiều nhất.
7-1

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu.
Sự nóng lên và lạnh đi của mặt đệm phụ thuộc vào sự cân bằng nhiệt của nó, tức là
phụ thuộc vào mức chênh lệch giữa lượng nhiệt hấp thụ vào và lượng nhiệt toả ra.
7.1.3. Các thang đo nhiệt độ và cách đo.
Có thể dùng các thang đo sau đây để đo nhiệt độ:

-Thang độ Celcius (
0
C), còn gọi là thang độ bách phân. Đây là thang đo thực hành
quốc tế. Trong đó 0
0
C tương đương với nhiệt độ tan của băng, còn 100
0
C - nhiệt độ sôi
của nước ở áp suất 760mmHg, độ cao trên mực nước biển. Mỗi khoảng cách bằng 1/100
giữa hai điểm nói trên tương đương với 1
0
C của thang nhiệt kế.
-Thang độ Farenheit (
0
F): một số nước thường sử dụng thang độ F, trong thang
này, độ tan băng đạt ở 32
0
F, điểm sôi của nước là 212
0
F; 0
0
F được xác định là nhiệt độ
nóng chảy của chất cùng tinh thể - hỗn hợp của nước đá với muối. Đoạn giữa hai điểm
trên được chia thành 180 phần bằng nhau, mỗi1/180 đoạn chia là 1
0
F. Vậy 1
0
F gần bằng
1/2
0

C, 0
0
F tương đương -17,8
0
C.
-Thang độ Kelvin (
0
K), còn gọi là thang độ tuyệt đối. Trong các tính toán lý thuyết,
cũng như trong nhiệt động học thường dùng thang độ K. Nhiệt độ được tính từ 0
0
tuyệt
đối, là nhiệt độ mà ở đó chuyển động nhiệt của tất cả các phân tử đều ngừng lại. Độ 0
tuyệt đối ở -273,16
0
C. Mật độ chia trên thang độ K bằng mật độ chia trên thang độ C.
Để đo nhiệt độ có thể dùng nhiệt kế lỏng, nhiệt kế dẫn điện và nhiệt kế biến dạng.
Nhiệt kế lỏng có chất lỏng nhạy với với biến đổi nhiệt (như thuỷ ngân, cồn), đựng
trong bầu kín. Khi nhiệt độ thay đổi, chất lỏng thay đổi thể tích và dâng lên hay hạ xuống
trong bầu chứa. Đọc số đọc tương ứng với bề mặt chất lỏng để xác định nhiệt độ. Loại
này dùng phổ biển nhưng có hạn chế về khoảng đọc.
Nhiệt kế biến dạng: dựa trên tính chất biến dạng của kim loại khi nhiệt độ thay đổi,
thường được dùng trong các nhiệt kế tự ghi hay trên các bóng thám không.
Nhiệt kế điện dựa trên nguyên lý thay
đổi độ dẫn điện khi nhiệt độ thay đổi, thường
được dùng ở những vùng xa xôi hẻo lánh, thời tiết khắc nghiệt.
7.1.4. Các đặc điểm chính của nhiệt độ không khí và mặt đệm.
a. Nhiệt độ không khí
Theo quy định, nhiệt độ không khí đo ở độ cao 2m trên mặt đất, nơi không có ánh
sáng mặt trời trực tiếp chiếu vào, ở đây không khí đối lưu dễ dàng nhưng không có gió.
Trong một ngày, nhiệt độ không khí ở nước ta đạt cực đại lúc 14 – 15h và cực tiểu

vào 5 – 6h sáng. Trong năm, nhiệt độ cực đại vào tháng 7 và cực tiểu vào tháng 1.
Nhiệt độ không khí còn thay đổi theo độ cao, cứ lên cao 100m, nhiệt độ giảm đi
khoảng 0,6°
C nhưng cũng tuỳ thuộc vào từng mùa và từng vùng khác nhau.
b. Nhiệt độ mặt đất.
Trong ngày, nhiệt độ đạt cực đại vào lúc 13 – 14h, cực tiểu vào lúc 1 – 2h sáng.
Biên độ biến thiên trong ngày khoảng 10°C, trong năm khoảng 30-40°C. Đất là vật dẫn
nhiệt kém, sự trao đổi nhiệt độ giữa mặt đất và tầng dưới là rất ít. Dưới sâu (10-20)cm sự
biến thiên rất ít. Sâu từ 15-20m sự biến thiên nhiệt độ không đổi.
Khi ở độ sâu này, cứ sâu 14m thì nhiệt độ lại tăng lên 1°C do nhiệt năng c
ủa quả đất
toả ra.
7-2

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu.
c. Nhiệt độ mặt nước.
Sự trao đổi nhiệt độ của nước chậm hơn so với đất, nhiệt độ cực đại trong ngày vào
lúc 15 – 16h, cực tiểu lúc 2 – 3h sáng.
Biên độ biến thiên hàng ngày của nước cũng rất nhỏ. Trên mặt hồ, ao biên độ từ 2 –
5°C. Trên biển và đại dương biên độ thay đổi trong khoảng 0,1 – 0,5°C.
7.2. Áp suất không khí.
Áp suất không khí (gọi tắt là khí áp) là một đặc trưng khí tượng tương đối quan
trọng vì sự chênh l
ệch khí áp giữa các vùng khác nhau trong khí quyển là nguyên nhân
chính hình thành các bộ phận khí quyển và các hiện tượng gió, áp thấp, áp cao, bão …
7.2.1. Áp suất không khí tĩnh.
Áp suất không khí tĩnh ở địa điểm quan trắc là trọng lượng của cột không khí thẳng
đứng (tính đến giới hạn trên của khí quyển) có tiết diện bằng 1 đơn vị diện tích.
Đơn vị đo : mmHg, hoặc miliba (mb) (1 mb = 0,76mmHg)
7.2.2. Áp suất không khí tiêu chuẩn.

Là áp suất không khí đo được trên mặt biển ở vĩ độ 45° lúc nhiệt độ 0°C, áp suất đó
đo được bằng 760mmHg.
Càng lên cao áp suất không khí càng giảm, ở độ cao 5km áp suất không khí chỉ còn
bằng 1/2 so với mặt đất.
Theo chiều ngang, áp suất không khí cũng thay đổi. Trên mặt đệm, nơi nào có nhiệt
độ cao, thể tích không khí nở ra, mật độ không khí giảm xuống do đó áp suất cũng giảm
theo. Ngược lại n
ơi nào có nhiệt độ giảm thì áp suất không khí tăng.
7.2.3. Đo khí áp.
7.3. Gió.
7.3.1. Khái niệm về gió.
Gió là sự vận chuyển của không khí cùng với độ ẩm theo phương nằm ngang. Các
sự dịch chuyển không khí không theo phương ngang chỉ gọi là các luồng khí.
Nguyên nhân trực tiếp gây ra gió là sự phân bố áp suất không khí không đều theo
hướng nằm ngang. Gió thổi từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp thấp.
7.3.2. Các đặc trưng của gió.
Hai yếu tố đặc trưng của gió là tốc độ gió và hướng gió.
7.3.2.1.Tốc độ gió.
Tốc độ gió tính theo đơn vị m/s và được chia làm 12 cấp theo Beaufort như bảng
7.1
Bảng 7.1. Bảng cấp gió của Beaufort.
Tốc độ tương đương Tác dụng của gió
Cấp
gió
Tên cấp gió
knot m/s Trên mặt đất Khơi Lộng
Độ
cao
sóng
(m)

0 Lặng gió <1 0 - 0,2 Lặng gió khói lên thẳng
Mặt biển phẳng lặng như
gương
Lặng -
1 Gần như lặng 1,0 - 3,0 0,3 - 1,5
Khói biểu thị được hướng
gió, phong tiêu chưa chỉ đ-
ược hướng gió
Sóng lăn tăn, đã hình
thành những nếp nhăn nh
vảy cá, nhưng không có tí
bọt nào
Thuyền đánh cá thông
thường thấy rung động
0,1
7-3

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu.
Tốc độ tương đương Tác dụng của gió
Cấp
gió
Tên cấp gió
knot m/s Trên mặt đất Khơi Lộng
Độ
cao
sóng
(m)
2 Gió rất nhẹ 4,0 - 6,0 1,6 - 3,3
Mặt người cảm thấy có
gió, lá cây hơi rung

Sóng nhẹ, sóng còn ngắn
nhưng hình dạng đã rõ
hơn, đầu sóng có dạng
trong nhưng không đổ
xuống
Nếu thuyền đánh cá có
giương buồm thì mỗi
giờ có thể nhờ gió đưa
đi được 2 - 3km
0,2
3 Gió khá nhẹ 7,0 - 10,0 3,4 - 5,4
Lá và cành nhỏ rung động
luôn, gió mở những cơn
nhẹ
Sóng rất nhỏ, đầu sóng
bắt đầu đổ xuống, bọt có
dạng trong, đôi chỗ có
sóng bạc đầu
Thuyền đánh cá bị lay
động, mỗi giờ có thể đi
được 5 - 6 km
0,6
4 Gió nhẹ 11,0 - 16 5,5 - 7,9
Gió nắng bụi và các tờ
giấy rời lên, cành nhỏ rung
chuyển
Sóng nhỏ, trở nên dài
hơn, rõ ràng, có nhiều
sóng bạc đầu
Khi gió thổi căng buồm

có thể làm thân thuyền
đánh cá nghiêng về một
phía
1,0
5 Gió vừa 17 - 21 8,0 - 10,7
Những cây nhỏ có lá bắt
đầu lay động, mặt nước
trong đất liền hình thành
những sóng nhỏ có đầu
Sóng vừa, dạng sóng dài
hơn rõ rệt, xuất hiện nhiều
sóng bạc đầu (có thể có
bụi nước)
Thuyền đánh cá phải
cuốn bớt một phần
buồm
2,0
6 Gió hơi mạnh 22 - 27 10.8 - 13.8
Cành lớn rung chuyển, đ-
ường dây cáp "reo".
Lỡi sóng bắt đầu hình
thành, những đầu sóng có
bọt trắng mở rộng ra mọi
phía (thông thường có bụi
nước)
Thuyền đánh cá phải
cuốn bớt buồm nhỏ lại
gấp bội, đánh cá cần
chú ý nguy hiểm
3,0

7 Gió khá mạnh 28 - 33 13,9 - 17,1
Cả cây rung chuyển, khó
đi ngược gió
Biển động, bọt trắng tữ
những lưỡi sóng đ
ổ xuống
bắt đầu bị cuốn thành dải
và hướng theo chiều gió
Thuyền đậu lại ở bến
hay tìm chỗ bỏneo
ngoài biển
4,0
8 Gió mạnh 34 - 40 17,2 - 20,7
Gió làm gãy cành con,
thường không đi ngược
gió được
Lưỡi sóng cao trung bình
và dài hơn, những cuộn
bụi nước trên đầu sóng đã
bắt đầu tung ra, bọt bị thổi
thành dải rõ rệt và hướng
theo chiều gió
Tất cả tàu thuyền đánh
cá đều phải về bến
5,5
9 Gió rất mạnh 41 - 47 20,8 - 24,4
Gió làm thiệt hại nhà cửa,
giật chụp ống khói và ngói
Lưỡi sóng lớn, những dải
bọt dày đặc hướng theo

chiều gió, đầu lưỡi sóng
bắt đầ rung, đổ xuống và
uốn thành cuộn, bụi nước
có thể làm giảm tầm nhìn
Tàu thuỷ khó đi 7,0
10
Gió khá dữ
dội
48 - 55 24,8 - 28,4
Ít có trong đất liền, cây bị
bật rễ, nhà cửa hư hại
nặng
Lưỡi sóng lớn,có đỉnh dài
như bờm ngựa, bọt hợp
thành tứng đám rộng và bị
gió thổi thành những dải
trắng đặc, nhìn chung mặt
nước hầu nh trắng, đầu
sóng đổ và cuộn mạnh &
dữ dội, tầm nhìn ngang
giảm sút
Rất nguy hiểm
đối với
tàu đang trên đường đi
9,0
11 Gió dữ dội 56 - 63 28,5 - 32,6
Rất ít có, gây thiệt hại
nặng
Lưỡi sóng đặc biệt cao,
những tàu trọng tải nhỏ và

trung bình đôi khi bị che
khuất. Mặt biển hoàn toàn
bị che phủ bởi những dải
bọt dài trắng, hớng theo
chiều gió, tất cả các phía
của đỉnh sóng bị gió thổi
sinh ra bọt trắng nh bọt xà
phòng
Rất nguy hiểm với tàu
thuỷ
11,5
12 Gió rất dữ dội 64 - 71 32,7 - 36,9
Rất hiếm có trong đất liền,
sức phá hoại cực lớn
Không trung đầy những
bọt và bụi nước, mặt biển
hoàn toàn trắng do những
đám bọt trải ra, tầm nhìn
ngang giảm rất nhiều
Sóng biển ngợp trời 14,0
7.3.2.2. Hướng gió.
Hướng gió được xác định là hướng mà từ đó gió thổi tới người quan sát. Hướng gió
được chia làm 16 hướng ký hiệu bằng các chữ cái đầu tên của phương hướng. Quy phạm
quy định các máy đo gió được đặt ở độ cao 9-10m nhằm tránh các chướng ngại vật và ma
sát mặt đất.
7-4

Chương 7. Các đặc trưng khí tượng chủ yếu.
Máy đo gió còn được gọi là phong tiêu, hoạt động dựa trên nguyên lý dùng tác dụng
của gió làm quay chong chóng. Vận tốc quay của chong chóng được quy đổi thành vận

tốc gió, hướng của trục máy là hướng gió. Số liệu thu được có thể được ghi lại hoặc đọc
trực tiếp trên màn hình hoặc các bộ hiển thị khác.
Để thể hiện chế độ gió (gồm cả tốc độ gió và hướng gió) tại một vùng ta thường vẽ
đa giác gió (hoa gió, bi
ểu đồ hoa gió).
Cách vẽ hoa gió như sau:
- Từ số liệu quan trắc gió liên tục, thống kê thời gian không có gió trong suốt thời
kỳ quan trắc (theo giờ hoặc ngày tuỳ hình thức quan trắc).
- Trên mỗi hướng gió chính, thống kê thời gian có gió theo từng cấp gió, tính tỷ lệ
% (tần suất trong thời kỳ quan trắc).
- Vẽ biểu đồ:
+ Hệ trục toạ độ là 16 hướng gió chính. Tại tâm hệ trục vẽ một vòng tròn có bán
kính biể
u thị thời gian (hoặc tần suất) không có gió.
+ Trên mỗi hướng, lấy các đoạn có chiều dài biểu thị thời gian (hoặc tần suất) có
gió theo từng cấp gió.
+ Nối các điểm cùng cấp trên các hướng được biểu đồ hoa gió.
§B
§
§N
N
TN
T
TB
B

Hình 7.1. Biểu đồ hoa gió.
7.3.3. Phân loại gió.
Gió được phân làm 3 loại chính :
a. Gió cố định : do luồng không khí tuần hoàn trong bầu khí quyển sinh ra như gió

xích đạo, gió mậu dịch thịnh hành ở 2 miền ôn đới và 2 cực, loại gió này suốt năm luôn
giữ một phương cố định.
b. Gió có chu kỳ : xuất hiện vào một thời gian nhất định trong năm hoặc trong ngày
như gió giữa biển và lục địa – hoàn lưu Brizơ (ban ngày gió thổi từ biển vào lục địa, ban
đ
êm gió thổi từ lục địa ra biển), gió giữa núi và thung lũng.
c. Gió không có chu kỳ : là gió sinh ra do sự đột biến về áp suất không khí như gió
xoáy và gió xoáy ngược.
7-5