Đang tải... (xem toàn văn)
Nội dung bài học 1. Chế độ nhiệt của đất a. Cân bằng nhiệt của mặt đất b. Các đặc tính nhiệt lực của đất c. Quy luật lan truyền nhiệt độ xuống các lớp đất sâu d. Diễn biến của nhiệt độ mặt đất theo thời gian 2. Chế độ nhiệt của không khí gần mặt đất
CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA ĐẤT VÀ KHÔNG KHÍ Trần Thanh Vân Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp Khoa Môi trường Nội dung học 1. Chế độ nhiệt đất a. Cân nhiệt mặt đất b. Các đặc tính nhiệt lực đất c Quy luật lan truyền nhiệt độ xuống lớp đất sâu d Diễn biến nhiệt độ mặt đất theo thời gian 2. Chế độ nhiệt không khí gần mặt đất Các thành phần cân nhiệt mặt đất vào ban ngày ban đêm Các đặc tính nhiệt lực đất\ • Thông lượng truyền nhiệt • Hệ số dẫn nhiệt đất • Nhiệt dung đất • Hệ số truyền nhiệt Thông lượng truyền nhiệt • Thông lượng truyền nhiệt đại lượng dùng để lượng nhiệt truyền từ lớp đất đến lớp đất khác đơn vị thời gian G = -λ x ∆T/∆z - G thông lượng nhiệt truyền đất (W m-2) - 𝛌 hệ số dẫn nhiệt (W m-1 K-1) - Dấu âm chiều hướng truyền nhiệt Biến thiên nhiệt độ đất theo độ sâu Hệ số dẫn nhiệt đất (λ) • Biểu thị khả truyền nhiệt loại đất • Định nghĩa: Là lượng nhiệt qua đơn vị diện tích 1cm2, có độ dày 1cm thời gian giây nhiệt độ chênh lệch lớp đất 10C • Đơn vị: calo/cm2/giây/độ Hệ số dẫn nhiệt số loại đất thành phần cấu tạo nên đất Thành phần Hệ số dẫn Loại đất tạo nên nhiệt cấu Hệ số dẫn nhiệt đất Cát 0,016-0,26 Đất cát khô 0,0004 Than bùn 0,006 Đất cát pha (khô) 0,00025 Không khí 0,00006 Đất than bùn (khô) 0,00015 Nước 0,0140 Hệ số dẫn nhiệt đất (tiếp) • Hệ số dẫn nhiệt loại đất khác khác phụ thuộc vào: – hệ số dẫn nhiệt chất cấu tạo nên đất, – độ xốp, – độ ẩm đất? • Ví dụ: – Đất cát, đất pha cát: hệ số dẫn nhiệt nhỏ – Đất sét, đất pha sét: hệ số dẫn nhiệt lớn – Đất chứa nhiều hay nước không khí? Mối quan hệ giữa độ ẩm đất và hệ số dẫn nhiệt Nhiệt độ trung bình • Nhiệt độ trung bình ngày: giá trị trung bình cộng nhiệt độ tối thấp tối cao ngày trung bình cộng số thời điểm quan trắc • Nhiệt độ trung bình cho giai đoạn khí hậu : giá trị trung bình cộng nhiệt độ trung bình ngày giai đoạn khí hậu • Nhiệt độ trung bình tháng: giá trị trung bình cộng nhiệt độ trung bình ngày tháng Ứng dụng số liệu nhiệt độ • Mức nhiệt ngày • Tiện nghi nhiệt cho người • Chỉ số nhiệt ẩm số phong hàn • Chỉ số nhiệt tam cầu Mức nhiệt ngày (Degree day, DD) • Cho biết mức nóng hay lạnh khí hậu • DD tính chênh lệch nhiệt độ trung bình ngày ngưỡng nhiệt độ tối thấp (Tb) • Trong xây dựng lượng: DD dùng để ước lượng mức lượng hộ gia đình cần sử dụng để sưởi ấm (HDD) hay làm mát (CDD) để người cảm thấy dễ chịu Chỉ tiêu đánh giá • Mức nhiệt sưởi ấm (HDD): lượng cần thiết để làm nhiệt độ không khí đạt mức Tb =18oC • Mức nhiệt làm mát ngày (CDD), mùa hè: lượng cần sử dụng để làm nhiệt độ không khí phòng giảm xuống 18oC • Mức nhiệt phát triển (GDD) nông nghiệp Mức nhiệt phát triển GDD = Ttb ngày - Tb • Loài khác nhau: nhiệt độ tối thích sinh vật học khác nhau, tuỳ thuộc vào khả chịu lạnh chúng • Tổng GDD cần thiết để hoàn thành mùa vụ loại hay vòng đời côn trùng nào: tổng nhiệt độ hữu hiệu hay tích ôn hữu hiệu (GDDs) Nhiệt độ tối thấp sinh vật học số trồng côn trùng Cây trồng Tb (oC) Ngô, ngô ngọt, lúa, đậu cô ve, đậu đỗ, cà chua 10 Bông 16 Lạc 13 Khoai tây Lúa mì, yến mạch, lúa mạch, rau diếp, măng tây Côn trùng Tb Bọ cánh cứng hại cỏ họ đậu Alfalfa Sâu xám (Black cutworm) 10 Bọ cánh cứng hại rễ ngô (corn Rootworm) Green cloverworm 11 Tiện nghi nhiệt • điều kiện để thể cảm nhận thoả mãn với môi trường nhiệt định đánh giá chủ quan người (theo hiệp hội kỹ sư thông gió cấp nhiệt Mỹ) • Môi trường nhiệt bao gồm – nhiệt độ không khí, tốc độ gió, độ ẩm xạ từ mặt trời hay từ bề mặt nóng gần – Điều kiện liên quan đến người: quần áo hay mức độ hoạt động thể chất – khả thích nghi • Chỉ tiêu đánh giá: số nhiệt ẩm, số phong hàn; số tam cầu Chỉ số nhiệt ẩm (heat index) • Là số kết hợp nhiệt độ không khí độ ẩm tương đối để xác định nhiệt độ tương đương với cảm nhận thể • Các quốc gia khác có cách tính/thuật ngữ sử dụng khác Chỉ số nhiệt ẩm (HI) Được tính dựa vào kết hợp hai yếu tố nhiệt độ không khí độ ẩm tương đối Nhiệt độ không khí 31oC kết hợp với độ ẩm 80% cho nhiệt độ tương đương(HI) với 41oC Chỉ số nhiệt ẩm triệu chứng sức khỏe Chỉ số phong hàn (WCI, wind chill index) • WCI: mức độ cảm nhận độ giảm nhiệt độ không khí thể bị gió đẩy không khí lạnh đến tiếp xúc với da • Cơ thể hoạt động đảm cân nhiệt • Gió thổi không khí nóng đi, đưa không khí lạnh đến làm tăng nhiệt thể • Hiệu ứng tương tự: bật quát làm mát; thổi cơm canh nóng cho nguội Chỉ số phong hàn (oC) theo công thức Dịch vụ thời tiết Quốc gia, Mỹ Nhiệt độ 5oC với tốc độ gió 30 km/h cho nhiệt độ cảm nhận tương đương với 0,1oC* Chỉ số nhiệt tam cầu (WBGT) • Phát triển vào cuối năm 1950 nhằm phục vụ đánh giá điều kiện môi trường tập trận cho hải quân Mỹ đảo Paris Nam Carolina - Sử dụng để hướng dẫn sức khoẻ an toàn lao động môi trường làm việc nóng nực (hoạt động thể thao trời) • Công thức tính đơn giản: WBGT (oC)= 0,567x Ta + 0,393x e + 3,94; Chỉ số nhiệt độ tam cầu (WBGT)* Nếu nhiệt độ không khí môi trường làm việc 31oC với độ ẩm không khí 75%, số WBGT 35oC Mức giới hạn cho phép theo số nhiệt tam cầu *Mức giới hạn dựa giả định: công nhân quen với môi trường làm việc, mặc quần áo bảo hộ cấp nước uống muối sinh lý đầy đủ hoạt động hiệu điều kiện làm việc không vượt nhiệt độ thể 38°C, [...]... truyền nhiệt xuống tầng đất sâu • Chu kỳ dao động của nhiệt độ giữ nguyên không đổi theo độ sau z và bằng chu kỳ dao động ở mặt đất • Biên độ biến thiên của nhiệt độ giảm dần theo độ sâu ΔTz=ΔT0 e-z√π/kτ ΔTz: biên độ nhiệt độ ở độ sâu z ΔT0: biên độ nhiệt độ ở mặt đất τ: chu kỳ biến thiên của nhiệt độ đất K: hệ số truyền nhiệt của đất (0,0 03- 0,008 cm-2giây-1 tuỳ theo độ ẩm đất Quy luật lan truyền nhiệt. .. lý, – lớp phủ thực vật CHẾ ĐỘ NHIỆT CỦA KHÔNG KHÍ GẦN MẶT ĐẤT 1. Sự nóng lên và lạnh đi hàng ngày của không khí 2. Biến thiên của nhiệt độ không khí 3. Những chỉ tiêu đánh giá nhiệt độ không khí 4. Ứng dụng số liệu nhiệt độ • Nhiệt độ – là mức độ nóng hay lạnh của một vật chất được đo bằng nhiệt kế • Trong khí tượng, đơn vị đo nhiệt độ bao gồm độ C, độ F và Kelvins • Độ Fahrenheit (early 1700’s,... truyền nhiệt của đất (K) • Hệ số truyền nhiệt của đất là tỷ số giữa hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung của đất: K= λ/Cv – K: hệ số truyền nhiệt của đất (1/cm2/giây), – λ: Hệ số dẫn nhiệt (cal/cm/giây /độ) – Cv: nhiệt dung của đất (cal/cm3 /độ) • Tỷ trọng của đất càng tăng thì K càng lớn • K lớn nhất khi độ ẩm đất vào khoảng 20% Ảnh hưởng của tỷ trọng và độ ẩm đối với hệ số truyền nhiệt của đất Độ ẩm... (%) đất Tỷ trọng của đất (g/cm3) 1,1 1,2 1 ,3 1,4 1,5 0 0,0012 0,00 13 0,0015 0,0016 0,0017 4 10 20 0,00 13 0,00 23 0,0 033 0,0015 0,0026 0,0 035 0,0016 0,0027 0,0 038 0,0017 0,0 030 0,0041 0,0017 -0,00 43 25 0,0 031 0,0 033 0,0 035 0,0 037 0,0 039 Mối quan hệ giữa độ ẩm đất và hê số truyền nhiệt Cách 9nh nhiệt độ đất • Nhiệt độ mặt đất ở một thời điểm t cụ thể: T(0,t)=T0+∆T0 sin(2π/τt) • τ là chu kỳ dao động... • Đất cát hoặc đất pha cát: nhiệt dung nhỏ • Đất sét hoặc đất pha sét: nhiệt dung lớn • Đất khô có nhiệt dung nhỏ hơn so với đất ẩm • Điều tiết chế độ nhiệt cho đất? Loại đất Đất cát 0 0 ,35 Độ ẩm đất (%) 20 50 80 0,40 0,48 0,58 100 0, 63 Đất sét 0,26 0 ,36 0, 53 0,72 0,90 Đất nhiều bùn 0,15 0 ,30 0,52 0,75 0,90 Đất than bùn 0,20 0 ,32 0,56 0,79 0,94 Mối quan hệ giữa độ ẩm đất và nhiệt dung thể... biến nhiệt độ đất theo thời gian • Diễn biến hàng ngày nhiệt độ đất: Sự nóng lên vào ban ngày và lạnh đi vào ban đêm của mặt đất gây ra biến thiên nhiệt độ liên tục trong thời gian một ngày đêm - Thời gian xuất hiện các cực trị của nhiệt độ đất: Tmax: 14-15h; Tmin: 5-6h - Biên độ dao động nhiệt độ đất: Δt ngày = tmax – tmin Biến thiên hàng ngày của nhiệt độ mặt đất Các yếu tố ảnh hưởng đến biên độ. . .Nhiệt dung của đất (c) • Đánh giá khả năng nóng lên nhanh hay chậm của đất • Nhiệt dung trọng lượng (CP): lượng nhiệt cần thiết làm cho 1 gam đất nóng lên 10C (cal/g /độ) • Nhiệt dung thể tích (CV): lượng nhiệt cần thiết làm cho 1cm3 đất nóng lên 10C (cal/cm3 /độ) Cv= Cp x ρ; ρ tỷ trọng của đất (g/cm3) Nhiệt dung của các thành phần cấu tạo nên đất và một số loại đất Thành phần của đất Sét... thức truyền nhiệt đối lưu: nhờ vào quá trình đối lưu của không khí làm tăng nhiệt độ không khí • Phương thức truyền nhiệt nhờ tiềm nhiệt bốc hơi • Phương thức truyền nhiệt loạn lưu • Phương thức truyền nhiệt nhờ bức xạ nhiệt Biến thiên nhiệt độ không khí hàng ngày • Thời gian xuất hiện cực trị • Biên độ nhiệt độ ngày đêm phụ thuộc vào – Vĩ độ địa lý (cận nhiệt đới 20-25oC; cực đới: 3- 4oC) – Mùa... + 32 °F − Nhiệt độ sôi ở 212°F − Nhiệt độ đóng băng 32 °F Độ Celsius (thế kỷ 18) – được sử dụng phổ biến trên Thế giới TC = (TF - 32 °F)/(1.8°F/°C) - Nhiệt độ sôi ở 100o C - Nhiệt độ đóng băng 0o C Trong đó TC là nhiệt độ Celsius và TF là nhiệt độ Fahrenheit • Kelvin – chủ yếu sử dụng cho tính toán trong khí tượng (mô hình, dự báo thời tiết) TK = TC(1.0K/°C) + 2 73 K − Nhiệt độ sôi ở 37 3 K − Nhiệt. .. bùn Không khí trong đất Nước trong đất Đất than bùn Đất cát Đất cát pha Nhiệt dung trọng lượng 0,18 0, 23 0,48 0,24 1,00 0,67 0,26 0 ,36 Nhiệt dung thể tích 0,4900 0,5900 0,6000 0,00 03 1,0000 0,60 0,42 0,51 • Nhiệt dung của đất phụ thuộc vào nhiệt dung các chất hình thành nên đất • Nhiệt dung của các thành phần cấu tạo nên đất rất khác nhau • Nhiệt dung thể tích của thành phần rắn là như nhau • Đất