CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 CHẾ ĐỘ BỨC XẠ TRONG CHẾ ĐỘ BỨC XẠ TRONG KHÍ QUYỂN KHÍ QUYỂN 3.1. Tổng quan về bức xạ trong KQ 3.1.1. Quang phổ BXMT - BXMT? Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra. Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ trên Trái Đất, cũng như chiếu sáng và sưởi ấm cho các hành tinh trong hệ Mặt Trời + Đó là E của các tia phát ra từ Mtrời, xuyên qua KQ và truyền đến MĐ. + BXMT lan truyền theo mọi hướng dưới dạng những chùm tia song song và theo dạng sóng điện từ (hay còn gọi là BX nhiệt) với vận tốc: 300.000km/s - Quang phổ BXMT? + Nằm trong dải rộng, nhưng trong đó năng lượng có bước sóng từ 0,1 – 4 chiếm 99% E BXMT, bao gồm * Ánh sáng trắng: 46% (0,4 – 0,75 ) * AS hồng ngoại: 47% ( > 0,75) * AS tử ngoại: 7% (< 0,4) - E BXMT vào KQ được xác định: * 1 phút MT phát ra 5,316.10 27 Kcal * Nhưng trái đất chỉ nhận trong 1 phút là 2,5.10 15 Kcal * Một năm TĐ nhận 1,314.10 21 Kcal * Trung bình 1 cm 2 bề mặt TĐ (tổng S TĐ là 510.10 6 km 2 ) nhận được 2,6.10 3 Kcal/ năm, tương đương đốt 400.000 tấn than 3.1.3. Sự suy yếu của BXMT - BXMT khi vào KQ sẽ bị các thành phần KK hấp thụ một phần, phản xạ trở lại một phần và khuếch tán một phần. - Phần E khuếch tán trở thành tán xạ, còn phần E bị hấp thụ sẽ chuyển thành nhiệt đốt nóng KQ - Phần tán xạ khi đến MĐ sẽ bị MĐ hấp thụ một phần, phản xạ trở lại KQ một phần và tiếp tục bị tán xạ do các thành phần khác trong KQ 3.2. Các dạng BXMT đến mặt đất 3.2.1. Trực xạ 1. Cường độ BX Mặt trời trực tiếp: I ? Là E BXMT được xác định trên 1cm 2 bề mặt TĐ mà vuông góc với mặt đất và được tính trong 1 phút Đơn vị? cal/ cm 2 / phút 2. Thông lượng BXMT: I / Là E BXMT được xác định trên 1cm 2 bề mặt TĐ nhưng tia tới không vuông góc (không ở vị trí thiên đỉnh) - Mối quan hệ giữa cường độ BXMT và thông lượng BXMT được xác định như sau: I / = I.sinh 0 I / = I khi h 0 = 90 0 , nghĩa là Mtrời ở thiên đỉnh I / = 0 khi h 0 = 0 0 , Mtrời khuất dưới đường chân trời - I / phụ thuộc: + Độ cao Mtrời h 0 + Độ cao so với mực biển Tại núi Alpe, vĩ độ 47 0 VB, I / thay đổi: h 0 : 5 0 35 0 65 0 200m: 0,28 1,06 1,27 cal/ cm 2 / phút 3km : 0,84 1,45 1,58 + Khoảng cách từ TĐ đến Mtrời + Độ vẫn đục của KQ (mây) + Độ ẩm không khí a: 2,8 3,9 6,4 8,7 11,6g/ cm 3 I / : 1,35 1,25 1,15 1,05 0,95cal/cm 2 /phút 3. Hằng số Mtrời: I 0 - Là cường độ BXMT được xác định tại giới hạn trên của KQ Tại sao giá trị này được xem là hằng số? + Do sự suy yếu của BXMT khi đi vào KQ, vì vậy tại giới hạn trên của KQ, E này có thể xem như không bị thay đổi + Khoảng cách từ Mtrời đến giới hạn trên của KQ trung bình là 149.10 6 km. Mặc dù thực tế có lúc TĐ rất gần Mtrời (147.10 6 km) và có lúc rất xa Mtrời (152.10 6 km) + Tại hai thời điểm cực trị này E BXMT thay đổi khoảng 3,4% - Giá trị hằng số Mtrời được xác định I 0 = 1,98 Kcal/ cm 2 / phút 3.2.2. Tán xạ (i) 1. Khái niệm: - Hiện tượng tán xạ (khuếch tán)? Là sự biến đổi từng phần tia BXMT lan truyền theo 1 hướng xác định thành tia bức xạ lan truyền theo mọi hướng (dưới dạng những chùm tia song song) - Năng lượng tán xạ là lượng bức xạ khuếch tán chiếu đến 1cm 2 bề mặt TĐ trong 1 đơn vị thời gian (cal/ cm 2 / phút) i phụ thuộc vào độ vẫn đục của KQ a. Đối với môi trường KK sạch, quá trình khuếch tán chỉ xảy ra trên các phân tử khí. Theo Relej, i được xác định như sau: i : Cường độ tán xạ tương ứng bước sóng I : Cường độ trực xạ a : hệ số tán xạ I - Khi bước sóng càng bé thì tán xạ càng mạnh Vd: tím = 0,4 , đỏ = 0,8 Như vậy đỏ = 2 tím i đỏ < i tím là 2 4 lần Vì thế trong phổ ánh sáng khả kiến, tia tím và tia xanh thường khuếch tán mạnh hơn, nghĩa là bầu trời càng sạch (không bụi, không hơi nước) thì càng ngã về màu xanh thẩm và tím nhạt. * Đường chỉ thị tán xạ: Đó là đường biểu thị sự phân bố E quanh hạt tán xạ (phân tử khí). Đối với không khí sạch E tán xạ theo hướng tới và hướng ngược lại bằng nhau và lớn gấp hai lần E theo hướng vuông góc với tia tới. b. Đối với không khí không sạch i không phụ thuộc vào bước sóng mà chủ yếu phụ thuộc vào kích thước của hạt. Theo Muy, năng lượng tán xạ trong môi trường không sạch được xác định như sau: là một số nguyên, dương, thay đổi từ 0 – 4. phụ thuộc vào kích thước của hạt. Những hạt có bán kính r > 10 -3 cm (sương mù, mây, hạt mưa phùn ) thì = 0, nghĩa là = 1, như vậy năng lượng tán xạ trong môi trường không sạch sẽ không phụ thuộc vào bước sóng của tia tới c: là hệ số khuếch tán * Đường chỉ thị tán xạ trong môi trường không sạch được thể hiện như sau: E tán xạ theo hướng tới lớn gấp nhiều lần so với E tán xạ theo hướng ngược lại Nhờ hiện tượng tán xạ, mặt đất vẫn nhận được ánh sáng Mtrời khi Mtrời đã khuất dưới đường chân trời. Hiện tượng này đã làm xuất hiện hiện tượng bình minh và hoàng hôn 3.2.3. Bức xạ tổng cộng (Q) Là tổng của trực xạ và tán xạ Q = I / + i = ISinh 0 + i Q phụ thuộc: - Độ cao Mtrời ? - Vĩ độ, từ XĐ đến 2 cực ? - Lượng mây – độ trong suốt? - Độ dốc? - Hướng sườn? 3.2.4. Bức xạ phản chiếu - Khái niệm: Q khi tới mặt đất sẽ bị mặt đất hấp thụ 1 phần (trở thành nguồn nhiệt) và phản hồi lại KQ 1 phần. Phần phản hồi trở lại này được gọi là BX phản chiếu, B p - Để đặc trưng khả năng phản chiếu BXMT người ta dùng khái niệm Anbedo (A) + A của mặt hoạt động là tỉ lệ % giữa BX phản chiếu B p và tổng xạ Q Như vậy A phản ánh khả năng phản xạ trở lại KQ của BX tổng cộng Theo kết quả từ thực nghiệm, khả năng phản chiếu này tùy thuộc vào đặc điểm của lớp hoạt động? (LHĐ) - Nước trong: LHĐ khoảng vài chục mét - Nước đục: Vài chục dm - Lớp tuyết: Vài dm - Lớp cát: Vài cm - Đất màu tối: Vài mm A còn phụ thuộc vào: + Độ cao Mtrời (h 0 )? h 0 : 90 0 5 0 2 0 A: 2% 45% 78% + Vĩ độ? (cùng thời điểm) + Mùa? (đông, hè) 3.3. Các dạng bức xạ sóng dài 3.3.1. Bức xạ sóng dài của mặt đất (B d ) Theo Stefan – Bolzman, bức xạ sóng dài của mặt đất được xác định: là hằng số Stefan – Bolzman và có giá trị = 8,2.10 - 11 cal/cm 2 /phút T d nhiệt độ tuyệt đối của mặt đất 3.4.2. Bức xạ nghịch của khí quyển (B k ) - Khái quát BXNKQ - Theo Kierchoff BXNKQ được xác định hệ số hấp thụ tương đối của KQ (<1), nó phụ thuộc vào hơi nước trong KQ, hơi nước càng nhiều thì giá trị hệ số này càng lớn + B k phụ thuộc vào độ cao Z? + phụ thuộc vào vĩ độ (XĐ, cực?) + phụ thuộc vào lượng mây? 3.3.3. BX hiệu dụng (BX hữu hiệu) (B * ) - Khái quát? BXHH là hiệu số giữa BX sóng dài của MĐ và BX nghịch của KQ Hay đây chính là phần nhiệt mà MĐ bị mất vào ban đêm. Công thức được xác định = B d - B k Thông thường B * dương (+), trừ trường hợp nghịch nhiệt thì B * âm (-) 3.4. Cân bằng bức xạ của mặt đất (R d ) - Khái quát R d Là hiệu số giữa E mà Mđất thu được và E Mđất phát ra + Thu: Trực xạ, tán xạ, B k + Chi: B d , B p R d = (ISinh 0 + i)(1 – A) – B * - R d ban ngày (+), đêm (-). Từ giá trị (+) chuyển sang giá trị (-) và ngược lại là lúc nào? - R d thay đổi theo mùa (hạ và đông) - Tính trung bình năm R d dương, trừ châu Nam cực và bán đảo Greenland + Nam cực và Greenland: -5 - -10kcal/cm 2 + 60 0 VBN: 20 – 30kcal/cm 2 + 40 0 VBN: 60kcal/cm 2 + 20 0 VBN: >100kcal/cm 2 + Tại sa mạc R d thường không lớn do bức xạ nghịch rất bé . kiến, tia tím và tia xanh thường khuếch tán mạnh hơn, nghĩa là bầu trời càng sạch (không bụi, không hơi nước) thì càng ngã về màu xanh thẩm và tím nhạt. *. 149.10 6 km. Mặc dù thực tế có lúc TĐ rất gần Mtrời (147.10 6 km) và có lúc rất xa Mtrời (152.10 6 km) + Tại hai thời điểm cực trị này E BXMT thay đổi khoảng