VI KHÍ HẬU HỌC Lê Văn Mai NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 2001 Từ khoá: Vi khí hậu, phân vị, cân xạ, cân nhiệt, lớp khí quyển, thông sô, loạn lưu, cân ẩm, lớp hoạt động, quy toán Tài liệu Thư viện điện tử Đại học Khoa học Tự nhiên sử dụng cho mục đích học tập nghiên cứu cá nhân Nghiêm cấm hình thức chép, in ấn phục vụ mục đích khác không chấp thuận nhà xuất tác giả LÊ VĂN MAI GIÁO TRÌNH VI KHÍ HẬU HỌC NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương SỰ HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ VI KHÍ HẬU 1.1.1 Cấp phân vị khí hậu 1.1.2 Ý nghĩa thực tiễn việc nghiên cứu vi khí hậu 10 1.2 MẶT HOẠT ĐỘNG VÀ VAI TRÒ CỦA CÂN BẰNG BỨC XẠ TRONG SỰ HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU 10 1.2.1 Khái niệm mặt hoạt động lớp hoạt động 10 1.2.2 Cân xạ mặt hoạt động vai trò cân xạ thành phần cân xạ hình thành vi khí hậu 12 1.3 CÂN BẰNG NHIỆT CỦA MẶT HOẠT ĐỘNG VÀ VAI TRÒ CỦA CÁC THÀNH PHẦN CÂN BẰNG NHIỆT TRONG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU 16 1.3.1 Phương trình cân nhiệt ý nghĩa vi khí hậu 16 1.3.2 Phương hướng khả thi cải tạo yếu tố vi khí hậu 20 Chương ĐẶC ĐIỂM VI KHÍ HẬU CỦA LỚP KHÍ QUYỂN SÁT ĐẤT 22 2.1 MÔ HÌNH CHUYỂN ĐỘNG RỐI TRONG LỚP KHÍ QUYỂN SÁT ĐẤT 22 2.1.1 Khái niệm lớp khí sát đất 22 2.1.2 Mô hình rối bán thực nghiệm Prandtl 22 2.2 TÁC ĐỘNG TẦNG KẾT NHIỆT ĐỐI VỚI CHUYỂN ĐỘNG RỐI 27 2.2.1 Nhiễu động rối tác động nhiệt 27 2.2.2 Thông số Richardson ( Ri ) 29 2.2.3 Ý nghĩa vật lý thông số Richardson 32 2.2.4 Hệ loạn lưu nhiệt lực 33 2.3 THÔNG LƯỢNG VẬT CHẤT TRONG CHUYỂN ĐỘNG RỐI 35 2.3.1 Dòng nhiệt rối profil thẳng đứng nhiệt độ không khí 35 2.3.2 Dòng nước chuyển động rối 38 Chương QUY LUẬT HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU TRONG THỔ NHƯỠNG 41 3.1 CÂN BẰNG NHIỆT CỦA MẶT HOẠT ĐỘNG VÀ DAO ĐỘNG NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT THỔ NHƯỠNG 41 3.2 QUY LUẬT DAO ĐỘNG NHIỆT ĐỘ Ở CÁC ĐỘ SÂU TRONG THỔ NHƯỠNG 43 3.2.1 Dao động nhiệt độ bề mặt thổ nhưỡng 43 3.2.2 Quy luật dao động nhiệt độ lớp thổ nhưỡng sâu 44 U U U U U 3.3 TUẦN HOÀN NHIỆT TRONG LỚP HOẠT ĐỘNG VÀ BIỆN PHÁP CẢI TẠO CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA THỔ NHƯỠNG 46 3.4 CÂN BẰNG ẨM CỦA THỔ NHƯỠNG 48 3.4.1 Cân ẩm lớp mặt 48 3.4.2 Cân nước lớp hoạt động 49 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI KHÍ HẬU 52 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 52 4.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VẬT LÝ - MÔ HÌNH HOÁ 52 4.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI KHÍ HẬU NGOÀI THỰC ĐỊA 53 4.3.1 Yêu cầu ý nghĩa việc nghiên cứu vi khí hậu thực địa 53 4.3.2 Các giai đoạn thực ý đồ nghiên cứu 54 4.4 QUY TOÁN SỐ LIỆU VI KHÍ HẬU 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 U U LỜI NÓI ĐẦU Cuốn giáo trình Vi khí hậu học biên soạn dựa nội dung giảng thực khoa đào tạo liên tục 30 năm (từ 1968 đến 1997) Khoa Địa lý - Địa chất Khoa Khí tượng - Thủy văn hải dương học Trường đại học Tổng hợp Hà Nội, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội Nội dung giáo trình nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức có hệ thống trình thành tạo vi khí hậu môi trường địa lý gắn với hoạt động kinh tế, văn hoá du lịch người, để lý giải tượng vi khí hậu đề xuất phương án cải tạo vi khí hậu hợp lý Ngoài giáo trình giới thiệu phương pháp nghiên cứu vi khí hậu thực địa để giúp học sinh sau trường tổ chức đợt khảo sát vi khí hậu nhằm đáp ứng yêu câù khai thác tiềm khí hậu miền đất nước cách có hiệu Chương SỰ HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU 1.1 CÁC KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA VỀ VI KHÍ HẬU Việc quan niệm cách đắn định nghĩa cách xác môn khoa học có tác dụng lớn việc thúc đẩy phát triển lý luận học thuật ứng dụng môn khoa học Do trước nghiên cứu qui luật trình hình thành vi khí hậu phạm vi lãnh thổ nhỏ làm quen với khái niệm định nghĩa vi khí hậu 1.1.1 Cấp phân vị khí hậu Khái niệm vi khí hậu việc đề xuất cấp phân vị khí hậu đề cập đến từ năm 20 kỷ Nhưng ý kiến chưa đến thống Chúng ta tiếp cận với luận điểm nhà khoa học giới a) Quan điểm Geiger cấp trung khí hậu tiểu khí hậu: Năm 1927 sách có tên "Khí hậu lớp sát đất" Gâygơ người đưa khái niệm trung khí hậu tiểu khí hậu để phân biệt với khái niệm khí hậu phổ biến rộng rãi thời Cấp trung khí hậu gắn liền với quan niệm khí hậu địa phương Theo quan điểm Geiger khí hậu địa phương đặc điểm khí hậu lãnh thổ qui mô trung bình, chẳng hạn khí hậu trảng rừng, vùng đồi, vùng tự nhiên chịu ảnh hưởng hồ nước lớn Cấp vi khí hậu gắn liền với đặc điểm vi khí hậu lớp không khí sát đất phạm vi khu vực nhỏ b) Các cấp phân vị khí hậu S P Khromov: Quan điểm Geiger phân chia thành ba cấp phân vị việc nghiên cứu khí hậu nhà khoa học Liên Xô, tiêu biểu S P Khromov A Sapogiơnhicova, tán đồng Năm 1967 sách giáo khoa có tên "Khí tượng học khí hậu học" S P Khromov đưa cấp phân vị khí hậu sau đây: 1) Đại khí hậu tổ hợp điều kiện khí hậu đới hay xứ địa lý Trong nhân tố tác động đến hình thành khí hậu xạ mặt trời, hoàn lưu chung khí bề mặt lục địa đại dương 2) Khí hậu cấp phân vị gắn liền với cảnh địa lý Thí dụ đới địa lý thường tồn khí hậu bình nguyên, khí hậu cao nguyên Các nhân tố tác động đến hình thành khí hậu xạ mặt trời, hoàn lưu chung khí đặc điểm mặt đệm (mặt trải dưới) 3) Khí hậu địa phương cấp khí hậu gắn với dạng địa lý (dạng địa tổng thể) Ví dụ khí hậu khu rừng, vùng đồi thành phố lớn 4) Vi khí hậu cấp khí hậu gắn với diện địa tổng thể (cảnh diện) chẳng hạn đặc điểm vi khí hậu sườn đồi, thung lũng ven bờ hồ nước Như cấp phân vị khí hậu S P Khromov đề xuất làm sáng tỏ quan điểm Geiger đơn vị khí hậu Để mô tả đặc điểm cấp phân vị khí hậu người ta phải vào số liệu quan trắc đài trạm khí tượng phân bố phạm vi lãnh thổ thuộc cấp phân vị khí hậu dựa vào số liệu khảo sát thực địa điều kiện thời tiết tiêu biểu nhất.(Diện địa lý đơn vị tự nhiên nhỏ đặc trưng đồng địa thể, chế độ ẩm, loại đá mặt, biến chủng thổ nhưỡng, khí hậu sinh địa quần thể (xem phần khái niệm cấp phân vị địa cảnh quan)) c) Sự bổ sung I A Golsberg khái niệm vi khí hậu khí hậu địa phương: Trong sách "Khí hậu nông nghiệp" xuất năm 1973 viết chung với tác giả khác, I A Golsberg giải thích cách chi tiết khái niệm vi khí hậu Đó khái niệm khí hậu thực vật 1) Vi khí hậu khí hậu lãnh thổ nhỏ, xuất ảnh hưởng khác biệt địa hình, thực vật, trạng thái thổ nhưỡng, ảnh hưởng hồ nước, công trình xây dựng đặc điểm khác mặt đệm Ví dụ xuất vi khí hậu khu ruộng, sườn đồi, trảng rừng, vùng đầm lầy rút cạn nước, thành phố Những đặc điểm vi khí hậu biểu rõ lớp thổ nhưỡng lớp không khí gần mặt đất đến độ cao vài chục mét, nhiều phát triển đén độ cao 100-150 mét 2) Khí hậu địa phương đặc điểm khí hậu quy định tượng khí tượng phát triển ảnh hưởng địa hình, tương phản vùng hồ nước lớn vùng xung quanh gây Các tượng phát triển với qui mô lớn nhiều so với tượng vi khí hậu ảnh hưởng dạng bề mặt đặc biệt nhiều lên tới độ cao 800-1000 mét Ví dụ hình thành tượng phơn, tượng gió núi, gió thung lũng, tượng giảm lượng mưa vùng bóng địa hình hiệu ứng tăng lượng mưa sườn đón gió ẩm 3) Khí hậu thực vật khí hậu hình thành lớp phủ thực vật phần mặt đất phần mặt đất Khí hậu thực vật hình thành ảnh hưởng thân thực vật khí hậu lớp không khí sát đất, xác định độ dày, độ lớn độ che phủ thực vật Việc đưa khái niệm khí hậu thực vật làm sáng tỏ thêm khái niệm vi khí hậu có ý nghĩa thực tiễn quan trọng Ví dụ dự báo trước biến đổi vi khí hậu vùng đồi núi trọc sau phủ xanh vùng đồi núi bị khai phá cạn kiệt lớp phủ thực vật d) Những quan điểm phủ nhận khái niệm cấp khí hậu địa phương: Năm 1968 M I Serban cho đời giáo khoa "Vi khí hậu học", ông phủ nhận khái niệm khí hậu địa phương Khromov Golsberg đưa Theo ý kiến M I Serban thuật ngữ "Khí hậu địa phương" đặc trưng cho cấp phân vị khí hậu, thuật ngữ khí hậu bao hàm ý nghĩa địa phương Theo ông phải xuất phát từ tương quan hệ thống sau để xác định cấp phân vị khí hâụ: Các đặc điểm vi khí hậu khu đất khác biệt hình thành khí hậu chung, hình thành khí hậu cảnh, xứ, đới địa lý lại chịu ảnh hưởng nhóm vi khí hậu khác Có xuất phát từ mối tương quan thấy tính cấu trúc toàn vẹn mối quan hệ phân hoá theo phương nằm ngang theo phương thẳng đứng Vậy thì, tương ứng với vi khí hậu khí hậu lớp không khí sát đất lớp biên, tương ứng với khí hậu khí hậu khí tự Các nhà khí tượng Trung Quốc có quan điểm tượng tự với quan điểm M I Serban Họ không tán thành cấp khí hậu địa phương Họ rõ phân cấp khí hậu có chuyển hoá liên tục từ cấp sang cấp kia, nên ranh giới rõ ràng Ngoài ra, kích thước địa hình thay đổi lớn dần lên ảnh hưởng mặt vi khí hậu vượt độ cao mét, xem vi khí hậu khí hậu lớp không khí từ mét trở xuống không phù hợp với ảnh hưởng địa hình phát triển Do họ có xu hướng gộp hai cấp vi khí hậu khí hậu địa phương thành cấp "tiểu khí hậu" Các nhà khí tượng học Trung Quốc định nghĩa tiểu khí hậu sau: "Tiểu khí hậu khí hậu cục lớp không khí lớp thổ nhưỡng sát mặt đất, hình thành số đặc tính cấu tạo mặt đệm" Càng gần mặt đệm đặc điểm tiểu khí hậu bật, xa mặt đệm đặc điểm tiểu khí hậu cục giảm dần hoà với đại khí hậu miền lãnh thổ 1.1.2 Ý nghĩa thực tiễn việc nghiên cứu vi khí hậu Việc nghiên cứu vi khí hậu lãnh thổ có nhiều ý nghĩa thực tiễn a) Về mặt phục vụ sản xuất nông nghiệp việc khảo sát vi khí hậu khu vực thuận lợi mặt vi khí hậu loại ưa nhiệt ưa ẩm, việc khảo sát vi khí hậu làm sáng tỏ biến đổi vi khí hậu trình canh tác gây ra, đề xuất biện pháp cải tạo theo hướng làm cho điều kiện vi khí hậu tốt lên b) Về mặt qui hoạch đô thị đề xuất việc bố trí hướng đường phố cho thông thoáng, bố trí đai xanh, hồ nước cho có tác dụng điều hoà vi khí hậu có hiệu cao c) Về mặt học thuật việc khảo sát vi khí hậu bổ xung cho việc dự báo tượng thời tiết địa phương xác Cẳng hạn việc dự báo hình thành tan băng giá, hình thành tan sương mù d) Việc khảo sát chi tiết vi khí hậu khu vực giúp lập sơ đồ phân vùng vi khí hậu địa phương phạm vi lãnh thổ 1.2 MẶT HOẠT ĐỘNG VÀ VAI TRÒ CỦA CÂN BẰNG BỨC XẠ TRONG SỰ HÌNH THÀNH VI KHÍ HẬU 1.2.1 Khái niệm mặt hoạt động lớp hoạt động 1.2.1.1 Mặt hoạt động Mặt hoạt động mặt vật lý có bề dày định mà trình trao đổi lượng diễn định trình vật lý dẫn đến hình thành vi khí hậu lớp sát đất Có nhiều quan điểm khác việc xác định mặt hoạt động 10 thấm xuống lớp bên dưới, W − hàm lượng ẩm đơn vị thể tích thổ nhưỡng lớp bề mặt Hàm lượng ẩm đại lượng biến đổi theo thời gian nên xem W hàm thời gian: W = W ( t ) Sự biến đổi hàm lượng ẩm phụ thuộc vào biến động đại lượng: lượng mưa khí O , lượng bốc E lượng nước ngưng kết i Trong đại lượng kể lượng nước ngưng kết lượng nước bốc thể biến trình ngày rõ rệt, lượng nước mưa O thể rõ rệt biến trình năm mà Do xét biến trình ngày hàm lượng ẩm W ta không cần quan tâm đến yếu tố mưa Vì chu kỳ mưa yếu tố mưa che lấp biến trình ngày hai yếu tố nói Ngược lại xét biến trình năm lượng ẩm W yếu tố mưa trở thành yếu tố chủ đạo Khi đánh giá nhu cầu cung cấp nước cho lớp thổ nhưỡng bề mặt cần phải ý đến cân nước (3.14) để đề xuất lịch tưới hợp lý kinh tế 3.4.2 Cân nước lớp hoạt động Lớp hoạt động bao gồm lớp mặt thổ nhưỡng nên phương trình cân nước có dạng: O(1 ± K ) ± E = W (3.15) Trong công thức (3.15) O lượng mưa khí quyển, K hệ số dòng chảy bề mặt Đối với vùng địa hình trũng tụ nước K mang dấu dương, ngược lại vùng địa hình nhô cao, nước chảy K mang dấu âm, E lượng nước ngưng kết bốc bề mặt Trong phương trình (3.15) thành phần lượng mưa khí quyển, lượng nước bốc E thể biến trình năm rõ rệt Do cân nước W lớp hoạt động có biến trình năm rõ rệt 49 Trong công thức (3.15) lượng mưa khí O đo trạm khí tượng gần nhất, hệ số K phụ thuộc dạng địa hình (là nhân tố tạo vi khí hậu) xác định thông qua đợt khảo sát thực tế địa phương cụ thể, tổng lượng bốc E thường xác định thông qua phương pháp tính gián tiếp Chúng ta tham khảo số phương pháp tính lượng bốc sau đây: Phương pháp tính lượng bốc Anđreanov có dạng sau: − RZ E = ( E − RZ ) E − RZ Wr + Wd + (3.16) Theo Anđreanov hệ số R xác định biểu thức: R = 1− Wd Wr Wd hàm lượng ẩm thổ nhưỡng vào đầu chu kỳ tính, Wr hàm lượng ẩm thổ nhưỡng vào thời điểm cần xác định lượng bốc hơi, Z tổng lượng mưa chu kỳ, E lượng bốc khả khu vực Có nhiều phương pháp để xác định lượng bốc khả Chúng ta tham khảo phương pháp đơn giản Ivanov đề xuất Theo ông có thẻ sử dụng nhiệt độ trung bình độ ẩm tương đối trung bình trạm khí tượng vùng để xác định khả bốc hơi: ( ) E = 0,0018 25 + T (100 − r ) (3.17) Công thức (3.17) áp dụng cho vùng có đầy đủ lượng ẩm, chẳng hạn vùng hồ, vùng đầm lầy, cho kết tốt Còn vùng khô hạn trị số E thu cao thực tế 50 Cân nước lớp hoạt động biến đổi theo thời gian Sự biến đổi cân nước có mối tương quan hàm số với hàm lượng nước thổ nhưỡng Nếu ký hiệu U hàm lượng nước lớp hoạt động ta biểu thị mối tương quan hàm số sau: W= dU dt (3.18) Tích phân biểu thức (3.18) theo thời gian ta có biểu thức sau đây: W* = t2 dU = U ( t ) − U ( t1 ) dt t1 ∫ (3.19) Nếu chọn t1 thời điểm bắt đầu mùa mưa t thời điểm kết thúc mùa mưa U (t1 ) chuyển thành U U (t ) chuyển thành U max Do ta viết: W* = U max − U (3.20) Biểu thức (3.20) chứng tỏ lượng nước biến đổi lớp hoạt động (tích luỹ mùa mưa tiêu hao mùa khô) tạo thành cân nước chu kỳ thời gian Trong trình tiêu hao nước thông qua đường bốc hơi, hàm lượng ẩm lớp hoạt động giảm dần tới giới hạn cạn kiệt, gây thiếu hụt nước trồng Do vào mùa khô vùng có khí hậu khô phải khảo sát định kỳ hàm lượng ẩm U ( t ) thổ nhưỡng để đề xuất việc tưới nước kịp thời Biện pháp hữu hiệu để trì hàm lượng ẩm thổ nhưỡng hạn chế tối đa bốc thoát bề mặt Có thể trồng dải rừng chắn gió, xây dựng hồ chứa nước lớn để làm giảm bớt khô hạn vùng 51 Chương PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI KHÍ HẬU 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Khí hậu địa phương vi khí hậu có nhiều điểm khác biệt so với khí hậu quy mô lớn (khác biệt nhân tố thành tạo, trình thành tạo, vai trò chủ đạo nhân tố thành tạo), nên phương pháp nghiên cứu khác Ngày gắn với nhiều mục đích ứng dụng: thiết kế công trình xây dựng, thiết kế dải rừng chắn gió, quy hoạch khu đô thị, khu công nghiệp mới, cải tạo vi khí hậu vùng đất đai bị khai thác kiệt quệ, bố trí khu nhà nghỉ mát, dưỡng bệnh, quy hoạch vùng đặc sản việc cung cấp số liệu vi khí hậu góp phần làm cho công việc quy hoạch hướng, tận dụng tiềm sẵn có tự nhiên, tránh hậu vi phạm quy luật tự nhiên gây Tuỳ thuộc vào tính chất khẩn cấp công việc, tuỳ thuộc vào khả cung cấp trang thiết bị chuyên dùng mà việc nghiên cứu vi khí hậu phát triển theo hai hướng sau đây: 1) Hướng nghiên cứu dựa phương pháp thí nghiệm vật lý mô hình hoá 2) Hướng nghiên cứu dựa khảo sát thực địa 4.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VẬT LÝ - MÔ HÌNH HOÁ Khi nghiên cứu vi khí hậu thực địa việc đo đạc trực tiếp yếu tố vi khí hậu người ta phải tính toán yếu tố dựa theo số liệu đo đạc trực tiếp thông số vật lý thực thể taọ môi trường Các thông số vật lý thường xác định thí nghiệm vật lý 52 phòng thí nghiệm Ví dụ cần xác định dòng nhiệt truyền xuống lớp sâu thổ nhưỡng cần phải xác định hệ số dẫn nhiệt, xác định khả hấp thụ xạ khả phát xạ dạng bề mặt tự nhiên, cần phải xác định hệ số hấp thụ phát xạ loại đất đá tạo nên loại bề mặt Để làm việc người ta phải tiến hành thí nghiệm vật lý phòng thí nghiệm Các thí nghiệm vật lý cung cấp thông số riêng rẽ để hỗ trợ cho công việc khảo sát thực địa Để nghiên cứu tác động tổng hợp nhân tố tạo kiểu vi khí hậu người ta phải sử dụng phương pháp mô hình hoá Đó phương pháp thực nghiệm đo đạc mô hình dựng lại tương tự đối tượng nghiên cứu tự nhiên với kích thước thu nhỏ lại Dựa vào mô hình người ta nghiên cứu quy luật trình thành tạo vi khí hậu có biến đổi nhân tố chủ đạo Ngoài nghiên cứu phân bố vi khí hậu phụ thuộc vào cấu trúc địa hình Trên sở nghiên cứu yếu tố vi khí hậu mô hình mà người ta đề xuất phương án caỉ tạo vi khí hậu thực tế đạt hiệu Để có thông số gần với tự nhiên người ta thường áp dụng phương pháp tính toán đồng dạng áp dụng rộng rãi học ứng dụng 4.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI KHÍ HẬU NGOÀI THỰC ĐỊA 4.3.1 Yêu cầu ý nghĩa việc nghiên cứu vi khí hậu thực địa Việc khảo sát vi khí hậu thực địa tổ chức khu vực cụ thể nhằm làm sáng tỏ quy luật vi khí hậu dự đoán trước Kết việc khảo sát phụ thuộc vào hai điều kiện sau đây: a) Độ hoàn thiện (độ xác) máy móc, dụng cụ quan trắc b) Đặt vấn đề nghiên cứu hướng, mục tiêu Cần phải cụ thể hoá yêu cầu nghiên cứu, xác định yếu tố nghiên cứu chủ yếu 53 Vì thời gian khảo sát có hạn, mối quan hệ vi khí hậu nhân tố địa lý nói chung phức tạp, không xác định mục tiêu nghiên cứu cụ thể khó rút kết luận xác đáng dựa dãy số liệu khảo sát ngắn ngủi Khi làm cụ thể hoá nhiệm vụ nghiên cứu cần ý phân biệt hai loại nghiên cứu sau đây: Việc nghiên cứu tượng khí tượng không đơn mang ý nghĩa khí tượng mà phải coi tượng môi trường gây nên tượng khác Coi tượng khí tượng đối tượng nghiên cứu chủ yếu cần nghiên cứu phụ thuộc vào điều kiện địa lý tự nhiên Ví dụ rừng hồ nước có tác dụng cải tạo vi khí hậu Khi giải nhiệm vụ nghiên cứu thứ cần phải cường độ yếu tố khí tượng, phân hoá theo thời gian, không gian yếu tố khí tượng Khi giải nhiệm vụ thứ hai cần phải tìm mối tương quan điều kiện địa lý tự nhiên với số tượng yếu tố khí tượng địa phương nghiên cứu để rút quy luật vận dụng cho địa phương khác có điều kiện địa lý tương tự Ví dụ: Dạng địa hình, độ cao biển, độ cao tương đối, độ gần bờ biển, lớp phủ thực vật có tác dụng làm thay đổi điều kiện nhiệt, ẩm khu vực 4.3.2 Các giai đoạn thực ý đồ nghiên cứu a) Tìm hiểu sơ lãnh thổ - Có thể tiến hành số quan trắc sơ - Có thể tham khảo ý kiến, kinh nghiệm sống cán bộ, nhân dân sống lâu năm địa phương để nắm bắt vấn đề cách có định hướng 54 b) Lập sơ đồ nghiên cứu tiến hành khảo sát Việc lập sơ đồ khảo sát vạch sở sau nghiên cứu tổng thể điều kiện địa lý tự nhiên khu vực để có định hướng nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện địa lý tới biến đổi yếu tố khí tượng Tuỳ thuộc vào khả cung cấp máy móc dụng cụ quan trắc lực lượng cán phục vụ cho đợt khảo sát mà người ta chọn hai phương án sau đây: - Khảo sát số điểm chìa khoá cố định - Khảo sát theo tuyến di động cắt ngang dạng địa hình cảnh diện địa hình Quan điểm phân cấp đơn vị diện địa tổng thể theo phạm trù sau: Diện địa lý Nhóm diện địa lý Dạng địa lý Cảnh địa lý Cảnh địa lý thuộc miền đới địa lý Trong phạm vi đới nhiệt đới cảnh địa lý là: cảnh biển, cảnh bờ đông, bờ tây, cảnh núi cao nguyên, đồng (đồng cỏ, sa mạc, rừng ) c) Tiến hành khảo sát thực địa Sau chọn phương án khảo sát tiến hành tổ chức khảo sát thực địa Ví dụ cần khảo sát phân hoá vi khí hậu khu vực yếu tố nhiệt độ (lập địa nhiệt độ), tốc độ hướng gió, phân tích bước tiến hành hai loại khảo sát - Lập địa nhiệt độ: Cụ thể lập địa nhiệt độ tối thấp thời kỳ mùa đông để xác định mức độ tác hại băng giá khu vực khác lãnh thổ Khu vực có băng giá mạnh khu vực thường có biên độ dao động ngày đêm nhiệt độ lớn nhất, độ ẩm không khí xuống thấp thường rơi vào bồn địa thung lũng khép kín, lắng đọng không khí lạnh vào ban đêm 55 Nhiệm vụ việc lập địa nhiệt độ xác định mức độ sương giá địa phương nhiều hay so với trạm khí tượng gần nhát Mạng lưới điểm quan trắc chọn điểm đặc trưng cho khu vực khí hậu đồng nhất, khu vực có ý nghĩa thực tiễn (diện tích trồng loại đặc sản ) tính đến tính chất tiêu biểu chúng so với khu vực xung quanh Những quan trắc nhiệt độ tiến hành lều quan trắc dã chiến có độ cao 1,5 hay mét Có thể bổ sung mực sát đất (0,2 m) hay bề mặt thổ nhưỡng Khi nghiên cứu sương giá ta cần đặc trưng cho diện tích vài chục hay vài trăm mét chiều Đặc trưng ổn định thể độ cao 1,5 hay mét, độ cao sát đất (biến động mạnh theo khoảng cách), cần ý độ cao 1,5 hay mét tính từ mặt hoạt động Còn sương giá tạo thành từ vùng tích tụ không khí lạnh ban đêm bị nhiệt xạ nhiệt Có hai hình thức khảo sát: * Quan trắc mạng lưới điểm cố định tiến hành nhiệt kế tối thấp nhiệt kế thường để kiểm tra độ xác nhiệt kế tối thấp Nhiệt kế đặt lều dã chiến Để theo dõi kéo dài sương giá cần đặt thêm nhiệt ký (đặt lều khí tượng) Các kỳ quan trắc hai lần ngày Nếu quan trắc lần ngày quan trắc vào khoảng 11 đến 15 để đọc nhiệt độ tối cao, tối thấp theo nhiệt kế thường chuẩn bị nhiệt kế tối thấp để đo ban đêm Nếu quan trắc hai lần ngày, quan trắc vào buổi sáng buổi chiều: Quan trắc buổi sáng để xác định nhiệt độ tối thấp có số liệu mây, gió, tồn sương giá Quan trắc buổi chiều để chuẩn bị nhiệt kế cho đêm sau 56 * Nếu tiến hành khảo sát di động cần chọn trước điểm khảo sát lộ trình vạch sẵn Tuyến khảo sát cắt ngang qua khu vực tiêu biểu cho diện địa tổng thể (diện địa lý) Khảo sát (quan trắc) lộ trình thực vào thời gian buổi sáng, trước mặt trời mọc (thời gian khảo sát kéo dài khoảng 1,5 đến giờ) Đó giai đoạn nhiệt độ không khí biến đổi theo thời gian dao động vĩ mô vào thời điểm nhỏ (không có loạn lưu) Các khảo sát thực nghiệm Đavitai so sánh kết quan trắc cố định quan trắc lộ trình điểm: đỉnh đồi, sườn đồi thung lũng Sai số kết hai loại khảo sát không vượt 0,5oC Như sai số không đáng kể so với hiệu nhiệt độ điểm khảo sát (thường vượt 3o đến 4oC), phương pháp khảo sát theo tuyến cho phép ta lập địa nhiệt độ cách thuận lợi Để làm giảm bớt sai số hai loại khảo sát, ta chọn lộ trình thích hợp cho thời gian khảo sát giới hạn khoảng 1,5 điểm khảo sát đọc hai lần số đo (số đo lượt lượt về), sau lấy trung bình hai lần đo Công thức hiệu bình phương hai dãy số liệu có dạng: Δ= ( L − C) n −1 , L − trị số điểm quan trắc theo lộ trình, C − trị số quan trắc điểm quan trắc cố định trùng với điểm quan trắc lộ trình Chú ý chọn lộ trình khảo sát phải chọn điểm đầu điểm cuối lộ trình khảo sát, làm điểm chuẩn để lấy số liệu so sánh với trạm khí tượng gần vùng Khi khảo sát theo lộ trình phải chọn đêm có thời tiết thuận lợi: lặng gió, quang mây (tốc độ gió < m/s) Độ mây tầng cao (Ci, Cs, As) không ảnh hưởng đến kết quan trắc Cần chọn vào thời điểm sau có sóng lạnh tràn để 57 thời tiết ổn định Tiến hành quan trắc vài ba ngày để xác định độ kéo dài đợt sương giá - Lập địa gió: Ta tiến hành xác định biến dạng hướng gió tốc độ gió theo ảnh hưởng địa hình Lập địa gió có nhiệm vụ xác định biến dạng dòng khí ảnh hưởng địa hình điều kiện thời tiết định Ngoài khảo sát biến dạng tốc độ gió hướng gió độ cao khác lớp khí biên Cần phân biệt hai yêu cầu việc lập địa gió: * Lập địa gió để khám phá phân bố không gian tốc độ hướng gió khu vực cụ thể (vùng kinh tế, khu dân cư ) * Lập địa gió để xác định quy luật dòng không khí phụ thuộc vào đặc điểm địa lý địa phương, sở suy luận quy luật biến dạng vùng lãnh thổ khác có điều kiện tương tự (địa hình, thực vật, công trình kiến trúc) Ví dụ nghiên cứu bề rộng chiều cao dải rừng chắn gió có ảnh hưởng tới tốc độ gió đến độ cao Để xác dịnh hướng gió người ta dùng băng vải dài có bề rộng 1-2 cm cột vào đỉnh cột cao m, sau dùng la bàn để xác định hướng (nhớ độ khuynh từ 5o) Để xác định tốc độ gió dùng phong kế Trechiacov với độ xác 0,5 m/s đo tốc độ gió phạm vi 1-6 m/s, tới 10 m/s Trong khảo sát vi khí hậu dụng cụ phổ biến phong kế cầm tay có cánh quạt hình gáo Loại phong kế không đo tốc độ gió m/s (độ nhạy kém) không đo tốc độ gió lớn 10 m/s (vì truyền lực đồng hồ bị gãy) Độ cao đặt phong kế thường 1,5 m bề mặt phẳng (hướng gió tốc độ gió chưa bị biến dạng so với dòng bản) Khi đo mặt đồng hồ phong kế phải vuông góc với hướng gió thổi (vì hiệu chỉnh từ vòng quay sang tốc độ phòng kiểm định đặt máy tư này) 58 Để đặc trưng cho định lượng biến dạng tốc độ gió, ta lập tỷ số tốc độ gió điểm khảo sát cố định khu vực tốc độ gió điểm chuẩn (điểm đặt khu vực phẳng thông thoáng hướng) Vì độ nhạy không cao nên phong kế không ghi nhận nhiễu động tức thời tốc độ gió, số đo phong kế cho giá trị trung bình dòng khí (tốc độ trung bình lớn tổng đại số nhiễu động) Khi nhiễu động nhiều (xảy đơn vị thời gian), biên độ nhiễu động lớn sai số tốc độ lớn Sau lập tỷ số tốc độ gió điểm khảo sát tốc độ gió điểm chuẩn, ta đưa giá trị đo lên đồ địa hình tỷ lệ lớn (1:10.000 1:25.000) để phân vùng khu vực lặng gió khu vực thông gió Chính khu vực lặng gió tạo điều kiện cho xuất sương giá tích tụ vật chất ô nhiễm (đối với nghành địa lý môi trường cần ý tới vấn đề này) Để nghiên cứu mức độ biến dạng hướng gió, ta xác định hiệu số tính độ hướng gió điểm chuẩn hướng gió điểm khảo sát (hướng gió xác định theo tám hướng chính) 4.4 QUY TOÁN SỐ LIỆU VI KHÍ HẬU Những đặc điểm tượng vi khí hậu khí hậu địa phương thể biến thiên lớn không gian Song dãy số liệu nghiên cứu lại ngắn, ta dựa vào dãy số liệu chung có sẵn Sau quy toán sơ bộ, nghĩa hiệu đính, lấy trung bình lần đo, lập bảng kiểm tra lại số liệu, ta phải tiến hành quy toán đặc biệt để tạo khả tốt cho việc sử dụng thực tiễn Ở nêu nguyên lý sở để quy toán, tính phức tạp nhân tố hình thành vi khí hậu khí hậu địa phương, nên có quy tắc cụ thể 59 Quy toán số liệu vi khí hậu có hai nhiệm vụ chính: - Chuyển dãy số liệu ngắn hạn sang đặc trưng chuẩn - Trên sở đặc trưng chuẩn điểm quan trắc, đánh giá lãnh thổ mặt khí hậu Ở dùng phương pháp nội suy tuyến tính đơn giản Để đặc trưng cho lãnh thổ phương diện vi khí hậu khí hậu địa phương, phải dùng quy luật đặc điểm địa phương (địa hình, thực vật, thổ nhưỡng, công trình xây dựng ) Phương pháp dẫn dãy số liệu ngắn sang dãy số liệu dài khí hậu quy mô lớn không áp dụng cho dãy số liệu vi khí hậu Trong khí hậu quy mô lớn sử dụng hiệu trung bình (hay hệ số) rút từ thời kỳ quan trắc song song đồng thời trạm có số liệu cần quy toán Đối với dãy số liệu ngắn ta dựa vào định luật số lớn để phát đặc trưng Ở ta có tài liệu khí hậu chung điển hình, biến đổi điều kiện thời tiết mà hiệu hai dãy số liệu biến đổi theo thời gian Việc quy dẫn số liệu cực ngắn trị chuẩn chủ yếu tiến hành sở quy luật biến đổi hiệu số phụ thuộc vào biến đổi điều kiện thời tiết tính xác suất điều kiện dãy số liệu nhiều năm G T Selianhinov tiến hành quy dẫn nhiệt độ tối thấp trung bình cho kỳ quan trắc hai tháng vùng cận nhiệt đới Liên Xô trị trung bình nhiều năm sau: - Lấy trị số trung bình tuyệt đối nhiều năm - Tiến hành quan trắc nhiệt độ tối thấp chu kỳ hai tháng số điểm tiêu biểu cho dạng địa hình phổ biến - Xác định tần suất lượng mây gắn với nhiệt độ tối thấp năm dãy số liệu dài hạn trạm khí tượng gần vùng khảo sát 60 Ông phân lượng mây thành hai cấp: cấp che bầu trời gây thời tiết bóng râm cấp che bầu trời không gây thời tiết bóng râm, tính xác suất cho hai cấp - Tính hiệu trung bình nhiệt độ tối thấp tuyệt đối dựa sở xác suất hai cấp mây nói hiệu nhiệt độ tối thấp hàng ngày trạm khí tượng vùng điểm khảo sát chu kỳ hai tháng: Δt = nΔt q + mΔt m n+m đó: Δt q − hiệu nhiệt độ tối thấp trung bình ngày bóng râm, Δt m − hiệu nhiệt độ tối thấp trung bình ngày tạo thời tiết bóng râm, n − tính theo phần trăm năm có thời tiết không tạo thành bóng râm, m − tính theo phần trăm năm có thời tiết tạo thành bóng râm Chú ý: số liệu phải xem số liệu quan trắc khí tượng gốc (bảng BKT1) - Để tính nhiệt độ tối thấp trung bình nhiều năm điểm khảo sát, ta đem hiệu Δtmin tính theo công thức cộng vào nhiệt độ tối thấp tuyệt đối trung bình nhiều năm trạm khí tượng gần vùng Nhận xét: Phương pháp tính hiệu sai nhiệt độ tối thấp xuất phát từ chế vật lý: Những trị nhiệt độ tối thấp liên quan đến lượng mây che khuất bầu trời, yếu tố mây tạo khả xạ nhiệt mặt đệm, cực trị nhiệt độ tối thấp khu vực thường diễn sau đợt không khí lạnh tràn từ phương bắc ổn định thời tiết không mây tạo khả xạ nhiệt lớn đêm, làm cho mặt đệm lạnh đáng kể Selianhianov dựa vào phương pháp để nghiên cứu khả xuất sương giá khu vực khác miền cận nhiệt đới Liên Xô 61 Để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố thời tiết khác (tốc độ gió, độ ẩm không khí, sương mù ) nhiệt độ ta áp dụng phương pháp tần xuất nói để tìm hiểu kỹ mối liên hệ nhiệt độ trạm khí tượng điểm khảo sát 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Geiger R Climat prizemnovo xloia vozdukha Leningrat, 1960 (bản tiếng Nga) Golsberg I nnk Argoclimatologie Leningrat, 1973 (bản tiếng Nga) Khromov X P Climatologie i meteorologie Leningrat, 1967 (bản tiếng Nga) Mc Ilroy I C., Sleier Mircoclimatologie pratique Leningrat, 1967 (bản tiếng Nga) Serban M I Microclimatologie Leningrat, 1967 (bản tiếng Nga) Sapogiơnhivova A C., Microclimat i mextnưi climat Leningrat, 1950 (bản tiếng Nga) Yêu Trẩm Sinh Nguyên lý khí hậu học Nha khí tượng xuất bản, 1962 (bản dịch từ Trung văn Vũ Văn Minh) 63 [...]... ngha vi khớ hu ca cỏc thnh phn cõn bng nhit núi trờn a) Thnh phn cõn bng bc x B : Trong mc 1.2.2 ó núi n vai trũ cung cp nng lng ca cõn bng bc x cho mi quỏ trỡnh vt lý din ra trờn mt hot ng õy cn nhn mnh n s ph thuc vo a hỡnh khu vc ca ngun bc x mt tri i ti Cỏc dng a hỡnh che khut cú tỏc dng lm gim ỏng k i vi trc x (lm gim cng v thi gian chiu nng) cỏc min khớ hu ụn i, s khỏc bit vi khớ hu gia sn... lp khụng khớ sỏt t Do ú nhng khu vc khụ hn, thiu nc nhit khụng khớ s cú nhng cc tr cao 1.3.2 Phng hng kh thi ci to cỏc yu t vi khớ hu Ngy nay vic ci to vi khớ hu theo nh hng nhm hn ch cỏc tỏc ng tiờu cc n s phỏt trin ca cõy trng, vt nuụi v n sinh hot ca con ngi Vic tỏc ng n vi khớ hu c thc hin trc ht l tỏc ng vo cỏc thnh phn ca cõn bng nhit khu vc cú cng bc x ln, gp thi tit nng núng, ngi ta cú th... ca lp khớ quyn sỏt t phỏt trin ti cao vi chc một, thm chớ ti cao vi trm một vựng i nỳi Bi vỡ cỏc khu vc ny chuyn ng ri rt phỏt trin, nờn nh hng ca mt hot ng cú th lan truyn ti cao vi trm một c im c bn ca lp khớ quyn sỏt t l quỏ trỡnh trao i vt cht, quỏ trỡnh truyn nhit gia cỏc lp khụng khớ c thc hin bng cỏc dũng ri g gh ca mt t, nung núng khụng ng u b mt gia cỏc khu vc nh khỏc nhau ca lónh th... ca bc x ph thuc vo tớnh cht vt lý ca mụi 11 trng t nhiờn v bc súng ca bc x Nh vy i vi cỏc mụi trng t nhiờn khỏc nhau, b dy ca lp hot ng s thay i Chng hn, trong mụi trng nc i vi bc x súng ngn b dy ca lp hot ng cú th t ti hng chc một, cũn i vi bc x súng di, kh nng xuyờn thu yu, thỡ trong mụi trng nc lp hot ng ch t ti vi xentimột Túm li b dy ca lp hot ng ph thuc vo trng thỏi vt lý ca mụi trng v ph thuc... vi sut phn x ln, ngi ta cú th lm gim sut phn x mt cỏch ỏng k lm tng s hp th bc x ti mt hot ng Kt qu cú th lm gim bt s lnh giỏ Bin phỏp lm bin i sut phn x cú th lm bin i mt cỏch ỏng k nng lng cõn bng bc x ca mt hot ng Thụng thng nhng vựng cú ỏnh nng gay gt (cng trc x v tỏn x ln), ngi ta cú th to ra cỏc tỏn che nng hn ch bt cỏc tia bc x mt tri chiu ti mt t Vớ d vic to ra cỏc cụng vi n cõy xanh, vic... lu P : õy l thnh phn trao i nhit lon lu gia mt hot ng v khớ quyn Thụng thng mt t c t núng lờn do cõn bng bc x dng, cũn trao i nhit lon lu li ti nhit t mt hot ng vo khớ quyn Tc xỏo trn gia cỏc lp khụng khớ cng nhanh thỡ dũng nhit trao i lon lu cng ln, tc l s ti nhit din ra cng nhanh Trờn nn a hỡnh bng phng cng xỏo trn lon lu yu hn so vi b mt mp mụ, trong phm vi cỏc bn a hay cỏc thung lng khộp kớn khụng... ng, C P nhit dung riờng ng ỏp ca khụng khớ khụ, C P = 0,24 cal/, V * tc ng lc, tc riờng ca xoỏy, T chờnh lch nhit gia hai lp khớ quyn nm cao Z2 v Z1 35 T = T1 T2 (2.35) Nu chn hai cao Z2 v Z1 trựng vi nh v chõn xoỏy, thỡ ta cú th biu th s gia nhit T thụng qua biu thc vi phõn sau õy: T = l dT dz (2.36) Thay T theo biu thc (2.36) vo (2.34) ta cú: P = CP V *l dT dz (2.37) p dng gi thit th... o v cn xớch o thỡ na ngy bui sỏng v na ngy bui chiu cú s phõn bit vi khớ hu rừ nột gia sn ụng v sn tõy ca qu i 17 S ph thuc ca trc x vo hng sn v dc ca qu i c biu th theo cụng thc sau: s \ = sn cos i trong ú i l gúc ti ca tia mt tri, s \ l cng trc x mt tri trờn mt nghiờng ca sn i, sn l cng trc x trờn mt nm ngang Mi liờn h ph thuc gia gúc ti i v cỏc yu t nghiờng, hng sn nh sau: cos i = cos sinh... lng ú c ký hiu bng E kq v cú tờn l dũng bc x nghch, cú ngha l cú hng ngc li vi dũng bc x ca mt hot ng Túm li, trờn mt hot ng v trong lp khớ quyn sỏt t luụn cú s trao i nng lng gia cỏc dũng bc x t mt tri hoc t khớ quyn i xung v t mt t i lờn Cng ca cỏc dũng nng lng ny ph thuc vo trng thỏi khớ quyn, trng thỏi mt hot ng, vo thi gian trong ngy v cỏc mựa trong nm 1.2.2.2 Phng trỡnh cõn bng bc x Quỏ trỡnh... t, dz K h s lon lu, CP nhit dung riờng ng ỏp ca khụng khớ trong ú Cụng thc (1.10) biu th mi tng quan ph thuc gia ba thụng s dT , chỳng l nhng i lng bin i ph thuc ln nhau v c trng dz cho tng kiu mt hot ng trong tng iu kin thi tit mi khu vc Vic P, K, dT s giỳp phỏt hin ra nhng khỏc bit dz vi khớ hu mi khu vc cú mt hot ng khỏc nhau xỏc nh tr s ca nhng thụng s P, K, c) Thnh phn nng lng cung cp cho quỏ ... ti ho vi i khớ hu trờn lónh th ú 1.1.2 í ngha thc tin ca vic nghiờn cu vi khớ hu Vic nghiờn cu vi khớ hu ca mt lónh th cú nhiu ý ngha thc tin a) V mt phc v sn xut nụng nghip vic kho sỏt vi khớ... cỏc quỏ trỡnh hỡnh thnh vi khớ hu trờn phm vi mt lónh th nh chỳng ta hóy lm quen vi cỏc khỏi nim v nh ngha v vi khớ hu 1.1.1 Cp phõn v ca khớ hu Khỏi nim v vi khớ hu v vic xut cỏc cp phõn v ca... nht v mt vi khớ hu i vi cỏc loi cõy a nhit v a m, ngoi vic kho sỏt vi khớ hu cng lm sỏng t nhng bin i vi khớ hu quỏ trỡnh canh tỏc gõy ra, xut bin phỏp ci to theo hng lm cho cỏc iu kin vi khớ