- Trang Chủ
- Địa Lý
- Bài giảng Khí hậu học và Khí hậu Việt Nam (Phần 1: Khí hậu học): Chương 6 – Phan Văn Tân
Xem mẫu
- PHẦN 1: KHÍ HẬU HỌC
Chương 6. Hoàn lưu chung khí
quyển và khí hậu
- 6.1 Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung
Bản đồ phân bố bức xạ Trái đất nhận được (trái) và các thành phần cân bằng năng
lượng bức xạ trung bình vĩ hướng (phải)
| Bức xạ mặt trời nhận được giảm từ xích đạo về các cực
| Phát xạ sóng dài (OLR) đạt cực trị tại các vĩ độ cận nhiệt đới
| Bức xạ thuần dương ở các vĩ độ nhiệt đới và âm từ các vĩ độ ngoài 40o
Bức xạ thuần tại đỉnh khí quyển dư thừa ở các vùng nhiệt đới và thiếu
hụt ở những vĩ độ cao cần phải được bù trừ cho nhau thông qua sự vận
chuyển năng lượng theo phương ngang trong khí quyển và đại dương
- Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung
FIGURE 2.11 Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013.
Sự mất cân bằng năng lượng tại đỉnh khí quyển có thể được
làm cân bằng lại nhờ:
• Vận chuyển nhiệt trong khí quyển (Hoàn lưu khí quyển)
• Vận chuyển nhiệt trong đại dương (Hoàn lưu đại dương)
- Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung
2.9 POLEWARD ENERGY FLUX
2.9 POLEWARD ENERGY FLUX
In the lowest curve of Fig. 2.12, we see that the annual me
tion is positive equatorward of about 40° of latitude and n
ward of that latitude. As illustrated in Fig. 2.13, the energy b
climate system involves only the exchange at the top of the
the transport through the lateral boundaries of the region in
the atmosphere and ocean, and the time rate of change of e
the region. Energy exchange with the solid earth can be negl
| Năng lượng bức xạ dư thừa ở nhiệt đới phải được vận chuyển về
FIGURE 2.11
Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013.
write the energy balance for the climate system as
các vùng vĩ độ cao mà ở đó thiếu hụt
| Phương trình cân bằng năng lượng: ∂Eao
= RTOA − ∆Fao
∂t
time rate of change of net incoming radiation at divergence of the horizontal flux
where
the energy ∂E
content
ao /∂ttheistopthe time
of the rate of change
atmosphere of theandenergy
in the atmosphere ocean content
system, RTOA is the net incoming radiation at the top of the
- Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung
| Năng lượng dư thừa ở nhiệt đới được vận chuyển về hai đầu
URE 2.13 Diagram
cực nhờ of động
chuyển the energy balance
của khí quyểnforvàađại
vertical
dương column of the cl
m in some latitude interval.
| Sự chuyển động đó được gọi là hoàn lưu chung khí quyển và
hoàn lưu chung đại dương
- Chuyển động của khí quyển và hoàn lưu chung
Hệ thống chuyển động khí quyển toàn cầu được hình thành bởi sự
FIGURE 2.11 Global maps of net incoming radiation. Data from CERES 2000–2013.
đốt nóng của mặt trời không đồng đều các vùng trên bề mặt trái
đất được gọi là hoàn lưu chung khí quyển.
| Hoàn lưu chung khí quyển được mô tả bởi các biến gió, nhiệt độ và độ ẩm trung bình, sự
biến động của chúng và những biến khác liên quan với các hệ thống thời tiết qui mô lớn
| Hoàn lưu chung khí quyển có thể được mô phỏng bằng cách giải hệ các phương trình
chuyển động trên máy tính
| Những mô hình hoàn lưu chung như vậy tạo thành một bộ phận của các mô hình khí hậu
toàn cầu
- Hoàn lưu khí quyển nếu Trái đất không quay
| Đối lưu nhiệt tạo nên
các vòng hoàn lưu trên
các bán cầu
| Năng lượng được vận
chuyển từ xích đạo về
các cực
| Hướng gió thịnh hành
tại bề mặt sẽ là hướng
về phía xích đạo
| Tại sao?
- Ảnh hưởng của lực Coriolis
Bắc bán cầu: Lệch phải Nam bán cầu: Lệch trái
- Hoàn lưu khí quyển
• Nếu trái đất quay chậm có
thể sẽ có hoàn lưu giống
• Chuyển động thực của khí
như thế này (!) quyển
- 6.2 Cân bằng năng lượng của khí quyển
Nhớ lại:
| Cân bằng năng lượng Trái đất là cân bằng giữa năng
lượng mặt trời đến và OLR của hệ Trái đất – Khí quyển
(suy ra được T ~ -18C)
| Cân bằng năng lượng bức xạ toàn cầu là sự cân bằng
giữa các nguồn năng lượng bức xạ, phi bức xạ đến và đi
đối với từng đối tượng trong hệ Trái đất – Khí quyển
(Tại bề mặt, tầng đối lưu, tầng bình lưu, đỉnh khí quyển)
| Cân bằng năng lượng bề mặt là cân bằng giữa tích lũy
nhiệt và các thành phần bức xạ thuần, hiển nhiệt, ẩn
nhiệt và phân kỳ ngang tại lớp bề mặt
Cân bằng năng lượng khí quyển ??
- • Xét cột khí quyển có tiết diện
ngang bằng đơn vị
• Cân bằng năng lượng của cột khí
quyển bao gồm
Ra = RTOA - Rs
• các hiệu ứng bức xạ,
• trao đổi hiển nhiệt với bề mặt,
• nhiệt ngưng kết
ΔFa • dòng năng lượng theo phương
∂E a ngang trong khí quyển
∂t • tốc độ biến đổi theo thời gian
LP của lượng năng lượng trong cột
SH
khí quyển
• Phương trình cân bằng:
∂E a
= R a + LP + SH − ΔFa
∂t
- Nói chung có thể bỏ qua ∂E a ⇒ R a + LP + SH = ΔFa
∂t
Tính trung bình năm theo dải vĩ độ, tác động thuần tuý
của sự truyền bức xạ lên khí quyển là làm lạnh đi khoảng
Ra -90W/m2 è làm giảm nhiệt độ khí quyển khoảng
1.5oC/ 1 ngày
Ra • Khí quyển mất năng lượng qua con
ΔFa đường truyền bức xạ ~ 2.5% tổng năng
∂E a lượng khí quyển/ 1 tuần
∂t • è Nếu chỉ xét nhiệt dung của khí
LP quyển, thì ~2 tuần, chỉ riêng tác động
SH của làm lạnh bức xạ cũng sẽ làm cho
nhiệt độ không khí bề mặt trung bình
toàn cầu hạ xuống dưới điểm băng
• Sự làm lạnh bức xạ được cân bằng bởi
nhiệt ngưng kết và hiển nhiệt truyền
từ bề mặt
- | SH tương đối nhỏ.
| Đóng góp lớn nhất vào cân bằng lại lượng
năng lượng mất đi do bức xạ từ khí quyển
là ẩn nhiệt giải phóng khi giáng thủy.
| Ra
- 6.3 Chuyển động khí quyển
và sự vận chuyển năng lượng kinh hướng
• Những hiện tượng qui mô nhỏ (rối và các
hiện tượng qui mô vừa có tổ chức như dông)
có ảnh hưởng chủ yếu đến sự vận chuyển
động lượng, ẩm và năng lượng thẳng đứng
• Những hiện tượng có qui mô rất lớn (các
xoáy thuận ngoại nhiệt đới, sóng qui mô
hành tinh, và hoàn lưu kinh hướng chậm) có
ảnh hưởng đến sự vận chuyển động lượng,
nhiệt và ẩm theo phương ngang giữa các
vùng nhiệt đới và cực.
• Dòng năng lượng và ẩm đi lên trong lớp
biên và dòng năng lượng hướng cực do
hoàn lưu qui mô hành tinh trong khí
quyển có vai trò quan trọng như nhau
đối với khí hậu.
- 6.3.1 Các thành phần gió trên trái đất hình cầu
Các thành phần gió ngang
Chuyển động thẳng đứng
ϕ = vĩ độ
λ = kinh độ
- 6.3.2 Hoàn lưu trung bình vĩ hướng
Trung bình thời gian Độ lệch tức thời khỏi giá trị trung bình
Trung bình vĩ hướng Độ lệch địa phương khỏi trung bình vĩ hướng
| Tương tự như phân tích thành các thành phần trung
bình và rối
| Qui tắc áp dụng lấy tích phân (giống như phép lấy
trung bình của Reynold)
- Gió vĩ hướng trung bình!
| Gió tây ở vĩ độ trung bình
| Gió đông nhiệt đới dày
| Gió tây xuyên suốt hầu như
cả tầng đối lưu và có cực đại
tốc độ vượt quá 30m/s trong
các dòng xiết cận nhiệt đới
có tâm nằm ở khoảng 30 độ
vĩ và ở độ cao khoảng 12 km
| Dòng xiết mùa hè yếu hơn và
xa các cực hơn
| Ở bề mặt, gió tây từ 30 - 70
Trung bình thời gian của trung bình vĩ độ vĩ, gió đông trong dải
hướng của thành gió vĩ hướng (m/s) 30oN - 30oS
- Dòng xiết
- Hoàn lưu kinh hướng trung bình (MMC)!
Gió kinh hướng
Định nghĩa hàm dòng khối lượng: trung bình vĩ hướng
Khi đó gió có thể được viết:
Tích phân trọng khối (mass-weighted)
thẳng đứng từ đỉnh khí quyển (TOA)
Dòng khối lượng giữa hai đường dòng
bất ký của hàm dòng kinh hướng trung
bình bằng hiệu giữa hai giá trị hàm dòng
| Hàm dòng Ψ là tổng của dòng khối lượng hướng bắc
phía trên mực áp suất p
| Được sử dụng để khảo sát dòng khí quyển trong mặt y-z
- Ý nghĩa hàm dòng khối lượng:
Dòng khối lượng
tại vĩ độ φ
(kg/s) (m) (m/s2) (m/s) (kg.m/s2)
Đỉnh khí quyển | Hàm dòng khối lượng biểu
thị tốc độ vận chuyển khối
Mực áp suất p
lượng khí quyển phía trên
Bề mặt Trái đất mực áp suất p
| Phụ thuộc dấu của v
nguon tai.lieu . vn