BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA KHÍ TƯỢNG - THUỶ VĂN - TÀI NGUYÊN NƯỚC BÁO CÁO NIÊN LUẬN Tên đề tài: Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Bình Phong Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hường Lớp: LĐH1K HÀ NỘI – 01/2013 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương I: Những khái niệm 1.1 Khái niệm khí hậu 1.2 Các thành phần khí hậu 1.3 Tác động khí hậu Chương II:Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu 2.1 Tác động xạ hồi tiếp hệ thống khí hậu 2.1.1 Tác động xạ 2.1.2 Hồi tiếp hệ thống khí hậu 10 2.2 Hoàn lưu khí quyển, đại dương 16 3.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến khí hậu 18 Kết luận 19 Tài liệu tham khảo 21 Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu MỞ ĐẦU Đặt vấn đề: Hiện trạng tính cấp thiết đề tài Ở nơi Trái Đất, năm khác nhau, thời tiết diễn khác nhau, song khác biệt thời tiết hàng ngày, hàng tháng, hàng năm địa phương, ta phân biệt loại khí hậu hoàn toàn xác định Tuy nhiên, khí hậu tập hợp điều kiện khí đặc trưng cho địa phương phụ thuộc hoàn toàn vào hoàn cảnh địa lí địa phương Hoàn cảnh địa lí vị trí địa phương tức vĩ độ, kinh độ độ cao mực biển mà đặc điểm mặt đất, địa hình, lớp phủ thổ nhưỡng, lớp phủ thực vật v.v Ngày nay, hệ thống khí hậu nhìn nhiều góc độ khác Dù hệ thống biểu diễn cách hiểu hợp thành thành phần : khí quyển, thủy quyển, sinh quyển, thạch quyển, băng Tất thành phần hệ thống khí hậu tương tác với phức tạp thông qua trình lượng, động lượng, khối lượng, nước Hệ thống khí hậu có biến đổi Trong khứ, khí hậu có thời kỳ ấm, lạnh (băng hà) Hiện nay, khí hậu biến đổi biến đổi tương lai Sự biến đổi nhận thấy khoảng thời gian đủ dài Vì vậy, để tìm hiểu nghiên cứu hệ thống khí hậu mô mô hình vật lý phòng thí nghiệm mà cần có công cụ toán học kết hợp với định luật bảo toàn Từ đó, nhà nghiên cứu đưa đánh giá phân tích khí hậu cách có hệ thống Với tên niên luận là: “ Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu”, em trình bày kiến thức khí hậu, trình vật lý tương tác trình khí hậu Mặc dù, em nhận dẫn tận tình thầy cô trình độ kinh nghiệm hạn chế, nên chắn vấn đề đề cập niên luận không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy, cô quan tâm để niên luận đạt thành công Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Thị Hường Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Chương I: Những khái niệm 1.1.Khái niệm khí hậu Khí hậu kinh điển coi khoa học bao gồm việc mô tả trạng thái trung bình khí khu vực theo thời gian theo không gian Trong bao gồm đặc trưng khí hậu địa phương, số đặc trưng mô tả thống kê độ ẩm, gió, mức độ lạnh, khô, hay lặng gió Khí hậu có liên quan đến thời tiết khí hậu điều kiện trung bình địa phương thời tiết Tất nhiên, khí hậu đặc trưng biến cực trị 1.2.Các thành phần khí hậu Hệ thống khí hậu (S) bao gồm hệ khí (atmosphere - A), thuỷ (hydrosphere - H), sinh (biosphere - B), băng (cryosphere - C), thạch (lithosphere - L) Các hệ khác thành phần cấu tạo, thuộc tính, cấu trúc tính chất Chúng liên kết với dòng khối lượng, dòng lượng động lượng, tạo nên hệ thống rộng lớn gọi hệ thống khí hậu 1.2.1 Khí Khí Trái đất lớp tương đối mỏng gồm hỗn hợp chất khí phân bố đồng bề mặt Trái đất, 99% khối lượng khí nằm độ cao 30km, mỏng so với kích thước ngang khí (khoảng cách cực bắc cực nam Trái đất, khoảng 20000 km) Thành phần khí tầng trung đồng tập trung chủ yếu khí oxy khí trơ khác Hơi nước phân bố chủ yếu tầng đối lưu dưới, ozon tầng bình lưu giữa, carbon dioxide phía tầng trung Ngoài ra, thành phần khí có chất lơ lửng khác, nước thể lỏng rắn (mây), hạt bụi, sulfate aerosol (xon khí) bụi núi lửa 1.2.2 Thuỷ Khí chứa phần nước nhỏ so với tổng lượng nước hệ thống khí hậu Hầu bề mặt Trái đất chứa đại dương tảng băng Đại dương có vai trò quan trọng hệ thống khí hậu Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 1: Địa hình độ sâu đại dương Đại dương bao phủ khoảng 71% bề mặt trái đất Độ sâu trung bình 3729 m Trong đại dương, 10m có khối lượng tương đương khối lượng khí quyển, 3m có nhiệt dung tương đương nhiệt dung khí Ở vĩ độ cận nhiệt đới độ muối bề mặt lớn bốc vượt lượng mưa làm cho nước biển giàu muối Tại ví độ trung bình cao, mưa nước vượt lượng bốc độ muối bề mặt hoàn toàn thấp Lớp sâu đại dương biến đổi độ muối nhỏ nhiều so với bề mặt nguồn bồn nước bề mặt 1.2.3 Sinh Sinh gồm có cối mặt đất, động vật lục địa hệ động thực vật đại dương Thực vật làm thay đổi độ gò ghề, albedo, bốc hơi, dòng chảy bề mặt khả chứa đất Sinh ảnh hưởng đến cân carbon dioxide khí đại dương thông qua trình quang hợp hô hấp Sinh thay đổi với thay đổi khí hậu trái đất Và thông qua dấu hiệu hoá thạch khứ, ta nhận thông tin khí hậu Trái đất Từ quan điểm này, nói đến tác động người tới hệ thống khí hậu thông qua hoạt động sản xuất nông nghiệp, đô thi hoá, công nghiệp hoá, phát triển dân số, 1.2.4 Thạch Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Thạch bao gồm lục địa mà dạng địa hình ảnh hưởng đến chuyển động không khí đáy biển Về quy mô thời gian, thạch xem gần vĩnh cửu hệ thống khí hậu Khí thạch có tương tác mạnh mẽ thông qua việc truyền khối lượng, động lượng nhiệt lượng thông qua tiêu tán động ma sát lớp biên khí Sự truyền khối lượng chủ yếu dạng nước, mưa tuyết, phạm vi nhỏ dạng tạp chất bụi Hoạt động núi lửa phun vật chất lượng từ thạch vào khí làm tăng độ vẩn đục khí Các hạt vật chất ngưng tụ tầng bình lưu ảnh hưởng quan trọng đến cân xạ khí ảnh hưởng đến khí hậu Trái đất Thạch thuỷ có tương tác với thông qua truyền động lượng quy mô lớn tác động momen động lượng đại dương lục địa 1.2.4 Băng Băng năm thành phần quan trọng hệ thống khí hậu Băng phận cấu thành quan trọng băng Băng bao gồm băng biển, thảm băng, băng vùng núi băng lớp đất đóng băng vĩnh cửu Băng phân loại nhiều phương diện khác Mỗi phương diện thể tính chất riêng loại băng Tương tác xạ băng ảnh hưởng mạnh mẽ tới hệ thống khí hậu Mỗi tính chất đặc điểm băng như: độ dày băng, độ phủ băng, độ muối băng, mật độ băng tương tác với xạ tạo kết khác Ví dụ độ muối băng, nước biển đóng băng, tốc độ lớn lên tinh thể băng khác nên tinh thể hình thành khoảng hổng chứa nước biển, gọi nước muối Khi nhiệt độ giảm nhiều nước từ nước muối đóng băng muối tách làm tăng nồng độ nước muối lại, kết nhiệt độ đóng băng nước muối trở thành nhiệt độ băng tinh khiết xung quanh Băng biển tạo thành -100C có độ muối 4-6%, tạo thành -400C có độ muối 10-15% 1.3 Tác động khí hậu Hệ thống khí hậu hệ động lực trạng thái cân động (cân tạm thời) Tác động khí hậu biến đổi áp đặt lên cân lượng hành tinh, gây nên biến đổi nhiệt độ toàn cầu Những tác động áp đặt lên hệ thống khí hậu chia làm hai loại: Tác động bên ngoài: Gây nên tác nhân hệ thống khí hậu, thay đổi xạ mặt trời Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Tác động bên trong: Là nhân tố bên hệ thống khí hậu, phun núi lửa, biến đổi tảng băng, tăng hàm lượng CO 2, tàn phá rừng biến động thành phần hệ thống khí hậu Sự trôi dạt lục địa, vận động tạo sơn, biến đổi trục từ trường Trái đất, tác động mạnh mẽ tới hệ thống khí hậu 1.3.1 Những nguyên nhân bên hệ thống khí hậu 1) Hoạt động mặt trời Biến động khí hậu lịch sử có kiên quan đến chu kỳ vết đen mặt trời Chu kỳ xuất cách tuần hoàn 22 năm, hai lần vết đen mặt trời mạnh Dường biên độ chu kỳ tăng chậm theo thời gian sau giảm nhanh với chu kỳ khoảng 80-100 năm Tuy nhiên, chu kỳ có dao động khoảng 180 năm Cơ chế liên hệ hoạt động vết đen mặt trời điều kiện bề mặt Trái đất chưa giải thích tương quan đơn giản khí hậu vết đen mặt trời thường xem xét điều kiện toàn cầu 2) Những nhân tố bên khác Ngoài nguyên nhân hoạt động mặt trời tác động tới khí hậu có nhiều nhân tố khác như: Sự tăng aerosol tầng bình lưu tầng đối lưu bụi vũ trụ, băng 1.3.2 Những nhân tố bên hệ thống khí hậu 1) Biến đổi tự nhiên Những hoạt động tự nhiên xảy tác động làm hệ thống khí hậu biến đổi Sự phun trào núi lửa làm tăng nhiệt độ không khí môi trường xung quanh Hoạt động đóng góp chủ yếu hàm lượng H2SO4 tầng bình lưu, làm tăng hàm lượng aerosol khí quyển, chủ yếu trú ngụ tầng bình lưu 2) Biến đổi người Nền công nghiệp hoá – đại hoá ngày phát triển gây nên tình trạng cân lượng Lượng khí nhà kính tăng lên đáng kể làm nhiệt độ ấm lên gây nhiều hệ luỵ như: Sự biến đổi tảng băng, tăng hàm lượng CO 2, gây nên lỗ thủ tầng bình lưu, Sự biến đổi bề mặt đất như: phá rừng, hoang mạc hoá, sa mạc hoá, biến đổi đất sử dụng Con người tiếp tục tìm giải phấp công nghệ để giảm thiểu tác hại Chương II: Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu 2.1.Tác động xạ hồi tiếp hệ thống khí hậu 2.1.1 Tác động xạ Trong hệ thống khí hậu, thông lượng quan trọng dòng lượng xạ (mặt trời, sóng dài) Sự trao đổi lượng chủ yếu Trái đất không gian vũ trụ xạ điện từ Trong khí tượng, người ta qui định chia xạ sóng ngắn xạ sóng dài Bức xạ sóng ngắn xạ có bước sóng khoảng 0,14μm Ngoài ánh sáng thấy được, xạ sóng ngắn bao gồm xạ hồng ngoại xạ cực tím có bước sóng gần bước sóng ánh sáng thấy Khoảng 99 % xạ mặt trời xạ sóng ngắn Bức xạ sóng dài bao gồm xạ mặt đất xạ khí với bước sóng từ đến 100 – 200μm Bức xạ nhiệt với bước sóng từ 0,002 – 0,4μm xạ cực tím Bức xạ với bước sóng từ 0,4 – 0,75μm ánh sáng mắt ta nhìn thấy (gọi tắt ánh sáng nhìn thấy) Bức xạ có bước sóng từ 0,75μm đến vài phần trăm m xạ hồng ngoại, xạ cực tím, xạ hồng ngoại không nhìn thấy 1) Tác động xạ mặt trời khí mặt đất Khi qua khí xạ mặt trời bị chất khí khí tạp chất khuếch tán phần chuyển thành tán xạ Một phần xạ mặt trời phân tử chất khí khí tạp chất hấp thụ biến thành nhiệt đốt nóng khí Phần trực xạ không bị khuếch tán hấp thụ khí thẳng tới mặt đất, phần bị mặt đất phản hồi phần lớn bị mặt đất hấp thụ đốt nóng nó; phần tán xạ tới mặt đất, phần lại phản hồi phần đốt nóng mặt đất Một phần khác tán xạ lên phía vào khoảng không gian hành tinh Do trình hấp thụ khuếch tán xạ khí quyển, trực xạ tới mặt đất biến đổi so với tới giới hạn khí Cường độ xạ giảm đi, thành phần phổ biến đổi, tia xạ có bước sóng khác bị khí hấp thụ khuếch tán khác Trong điều kiện thuận lợi nhất, nghĩa Mặt Trời lên cao không khí nhất, ta đo cường độ trực xạ mặt biển khoảng 1,5 cal/1cm phút Ở vùng núi độ cao – 5km, cường độ trực xạ đạt tới 1,7 cal/cm phút hay Mặt Trời gần đường chân trời độ dày tầng không khí mà tia xạ qua lớn, cường độ trực xạ gần tới không 2) Sự hấp thụ xạ mặt trời khí Mặt đất liên tục hấp thụ xạ mặt trời sóng ngắn liên tục phát xạ hồng ngoại Nếu phần hấp thụ xạ mặt trời phần xạ hồng ngoại Trái Đất đạt trạng thái cân xạ nhiệt độ trung bình trạng thái nhiệt độ cân xạ Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Nhiệt độ cân xạ Trái Đất (được coi vật đen tuyệt đối) – 18 0C, thấp nhiều so với nhiệt độ mặt đất trung bình quan trắc 15 0C Sự khác biệt lớn khí Trái Đất hấp thụ phát xạ hồng ngoại cách có chọn lọc Do khí vật đen tuyệt đối nên hấp thụ xạ khoảng phổ không hấp thụ xạ khoảng phổ khác 3) Sự khuếch tán xạ mặt trời khí Ngoài hấp thụ, trực xạ đường xuyên qua khí giảm yếu bị khuếch tán giảm yếu lớn giảm yếu hấp thụ Quá trình khuếch tán biến đổi phần trực xạ có hướng lan truyền định thành xạ lan theo hướng Quá trình khuếch tán xảy môi trường không đồng mặt quang học, nghĩa môi trường mà số khúc xạ biến đổi từ điểm tới điểm khác Không khí khí chứa hạt tạp chất nhỏ thể rắn thể lỏng giọt nước, hạt băng hay nhân ngưng kết, hạt bụi môi trường không đồng Ngay không khí tạp chất môi trường quang học không đồng Vì không khí chuyển động nhiệt phân tử, nên luôn xảy trình dãn ra, nén lại biến đổi nhiệt độ Vì vậy, gặp phần tử hạt vật chất khí quyển, tia mặt trời bị lệch khỏi hướng lan truyền thẳng bị khuếch tán 4) Sự phản hồi xạ mặt trời – Albêdo mặt đất Khi tới mặt đất, phần lớn tổng xạ bị hấp thụ lớp mỏng nằm thổ nhưỡng hay vùng chứa nước biến thành nhiệt, phần bị phản hồi Lượng xạ mặt trời bị mặt đất phản hồi phụ thuộc vào đặc tính mặt đất Tỉ số lượng xạ phản hồi (phản xạ) với thông lượng xạ tới bề mặt (tổng xạ) gọi albêdo bề mặt Tỉ số thường biểu thị phần trăm Albêdo mặt thổ nhưỡng nói chung biến đổi khoảng từ 10 đến 30 %, đất đen ướt albêdo giảm đến 5%, cát khô màu xám albêdo tăng đến 45 % Độ ẩm thổ nhưỡng tăng, albêdo giảm Albêdo lớp phủ thực vật, rừng, đồng cỏ, ruộng, biến đổi khoảng 10 đến 25 % Đối với tuyết rơi lâu, albêdo khoảng 50 % hay nhỏ Albêdo mặt nước phẳng trực xạ biến đổi từ vài trăm với độ cao mặt trời lớn, đạt tới 70 % với độ cao mặt trời nhỏ, đại lượng phụ thuộc vào mức độ sóng biển: albêdo lớn sóng nhỏ Tính trung bình albêdo mặt đại dương giới – 20 % Albêdo đỉnh mây biến đổi từ 70 đến 80 %, tuỳ thuộc vào loại độ dày mây, tính trung bình giá trị 50 – 60 % Phần lớn xạ bị mặt đất đỉnh mây phản hồi khỏi khí vào không gian vũ trụ Một phần tán xạ (khoảng 1/3) vào không gian vũ trụ Tỉ số phần phản Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu xạ tán xạ vào vũ trụ so với thông lượng xạ chung tới khí gọi albêdo Trái Đất Albêdo Trái Đất khoảng 35 – 40% chủ yếu mây phản hồi xạ mặt trời gây nên 5) Sự phát xạ mặt đất Bản thân lớp thổ nhưỡng nước, lớp tuyết phủ lớp phủ thực vật phát xạ sóng dài Người ta gọi xạ xạ mặt đất Ta tính xạ mặt đất biết nhiệt độ tuyệt đối Theo định luật Stephan – Boltzmann, cường độ xạ từ 1cm bề mặt vật đen tuyệt đối tính calo phút với nhiệt độ tuyệt đối T bằng: E=σT4 ( σ= 8,2.10-11cal/cm2) 6) Bức xạ nghịch Khí nóng lên trực tiếp hấp thụ xạ mặt trời (mặc dù với lượng không lớn, khoảng 15% toàn xạ mặt trời tới Trái Đất) hấp thụ xạ mặt đất Ngoài ra, khí thu nhiệt từ mặt đất trình truyền nhiệt trình bốc ngưng kết nước Bị đốt nóng, khí phát xạ Cũng mặt đất, khí phát xạ hồng ngoại không nhìn thấy với bước sóng tương tự Phần lớn xạ khí (70%) tới mặt đất, phần lại vào không gian vũ trụ Người ta gọi phần xạ khí tới mặt đất xạ nghịch hướng ngược với xạ mặt đất Mặt đất hấp thụ hoàn toàn (90 – 99%) xạ nghịch Như vậy, mặt đất, xạ nghịch nguồn nhiệt lớn quan trọng làm tăng thêm lượng hấp thụ xạ chung Bức xạ khí tăng lượng mây tăng mây phát xạ mạnh Đối với trạm đồng bằng, cường độ xạ khí (trên diện tích cm mặt đất nằm ngang phút) trung bình khảng 0,3 – 0,4 cal, trạm vùng núi, giá trị khoảng 0,1 – 0,2 cal Bức xạ khí giảm theo chiều cao lượng nước giảm Giá trị cực đại quan sát thấy vùng xích đạo nơi khí bị đốt nóng mạnh giàu nước, giá trị trung bình năm xạ khí khoảng 0,5 – 0,6 cal/cm phút, vùng cực giá trị giảm tới 0,3 cal/cm2 phút Thực thể chủ yếu khí hấp thụ xạ mặt đất phát xạ khí nước Hơi nước hấp thụ xạ hồng ngoại phần lớn phổ với bước sóng từ 4,5 – 80μm trừ phần phổ 8,5 – 11μm Với lượng nước trung bình khí quyển, xạ với bước sóng từ 5,5 – 7μm hay lớn hơn, bị hấp thụ hoàn toàn Bức xạ có bước sóng khác bị hấp thụ phần Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 10 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu 2.1.2 Hồi tiếp hệ thống khí hậu Cán cân lượng hệ thống khí hậu đốt nóng xạ sóng ngắn làm lạnh phát xạ sóng dài Vì vậy, phản ứng lại tác động xạ dương đóng góp vào cân Tác động xạ dương phải cân tăng nhiệt độ bề mặt Trái đất để tăng lượng xạ sóng dài Hình 2: Hồi tiếp xạ hệ thống khí hậu Nếu có chế hồi tiếp này, dự báo xác độ tăng nhiệt độ tương ứng với thay đổi thành phần khí Tuy nhiên, thực tế có nhiều trình phản ứng lại tác động xạ không dễ để dự báo xác hiệu ứng thay đổi thành phần không khí Tác động xạ khí hậu tương lai thị nóng lên hay lạnh toàn cầu Tuy nhiên, hệ thống khí hậu bị tác động phản ứng lại theo cách khuếch đại suy giảm cường độ hiệu ứng Đó hồi tiếp khí hậu 1) Hồi tiếp nước Sự hữu nước ba pha (rắn, lỏng, hơi) nét đặc thù Trái đất Nước đóng vai trò thiết yếu hệ thống khí hậu: - Các trình ẩn nhiệt thành phần cân lượng - Hơi nước mây có vai trò việc xác định cân xạ Trái đất - Nếu nước không tồn sinh Nước đưa vào khí thông qua bốc quay trở lại bề mặt nhờ giáng thuỷ Để bốc lớp nước dày 1m năm đòi hỏi phải có lượng trung bình khoảng 80Wm-2 Mặt trời nguồn lượng cần thiết để bốc nước từ bề mặt Nếu nhiệt độ trung bình tăng, lượng không khí không khí tăng, từ hiệu ứng nhà kính tăng cường, dẫn tới tác động xạ dương: trình hồi tiếp dương Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 11 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 3: Hồi tiếp nước khí hậu 2) Hồi tiếp xạ-mây Mây có ý nghĩa lớn trao đổi nhiệt Trái Đất Nó phản hồi trực xạ mặt trời giảm thông lượng xạ tới mặt đất Mây tăng cường khuếch tán xạ giảm xạ hữu hiệu, thay đổi điều kiện chiếu sáng Các hiệu ứng mây khí hậu chưa hiểu rõ, chúng phụ thuộc vào độ cao mây, thành phần, độ dày, kiểu mây Tất chúng thay đổi khí hậu thay đổi Tuy nhiên, quan trắc vệ tinh xác định ảnh hưởng tổng thể mây khí hậu ngày Người ta tính rằng, tính chất mây không thay đổi tăng 10% độ phủ mây dẫn tới tác động Hình 4: kiểu hồi tiếp mây xạ khoảng – Wm-2 ( Hồi tiếp âm) Hình D chất xác việc tăng lượng mây chưa rõ ràng Mây mở rộng theo chiều thẳng đứng theo chiều nằm ngang Mây làm tăng gấp đôi albedo Trái đất, từ 15% lên 30% Kết làm giảm lượng 50Wm-2 Nhưng mây làm giảm phát xạ sóng dài 30 Wm -2 Như vây, hiệu ứng mây làm giảm lượng Trái đất 20 Wm -2 Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 12 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 5: Hồi tiếp xạ - mây hệ thống khí hậu 3) Hồi tiếp albedo-băng Băng phận cấu thành quan trọng băng chiếm không gian rộng lớn mặt Trái Đất Băng gồm băng biển, thảm băng, băng vùng núi bă ng lớp đất đóng băng vĩnh cửu Băng sản phẩm tương tác đại dương khí phần mình, có ảnh hưởng đáng kể tới trình nhiệt động lực muối đại dương, thông qua chế albeđô - tới hình thành cân nhiệt khí Những số ước lượng toàn cầu diện tích phân bố thể tích băng biển đượ c dẫn bảng 1.1 Phải lưu ý ước lượng cực tiểu ứng với thời kì cuối mùa hạ ước lượng cực đại - cuối mùa đông Bảng 1.1: Ước lượng toàn cầu lượng băng băng Băng Thảm băng Nam cực Thảm băng Grinlan Băng vùng núi Đai đóng băng vĩnh cửu Băng biển: Bán cầu Nam, cực tiểu cực đại Bán cầu Bắc, cực tiểu cực đại Diện tích (106 km2) 14 1,8 0,35 Thể tích (km3) 28.106 2,7.106 0,24.106 (0,2-0,5).106 2,5 19 14 5.103 5.104 1,7.104 3,7.104 Chúng ta biết rằng, kỷ băng hà xảy lịch sử Trái đất Các lớp băng cực trải xa phía xích đạo Có hai trình chế hồi tiếp albedo-băng Thứ nhất, lớp phủ băng tăng lên làm cho albedo trung bình toàn cầu tăng, làm giảm lượng xạ sóng ngắn hấp thụ được, dẫn tới tác động xạ âm (làm xu khí hậu lạnh đi) Thứ hai, nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng, làm cho lớp băng tan giảm albedo, tác động xạ dương Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 13 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 6: Hồi tiếp albedo-băng hệ thống khí hậu Do nguội lạnh lớp mặt biển tới nhiệt độ đóng băng, lượng nhiệt vào khí xảy nhờ nhiệt lượng giải phóng khio đông lạnh nước Sau tạo thành màng băng mỏng, gia tăng độ dày tiếp tục diễn hiệu giũa dòng nhiệt từ băng vào khí từ nước vào băng Vào thời kỳ xuân hè, dòng xạ mặt trời tới tăng lên nên trình tan băng bắt đầu Trước hết, nhiệt độ mặt thảm băng tuyết tăng lên với nhiệt độ nóng chảy Sau đó, dòng nhiệt từ mặt băng chấm dứt tất nhiệt tới từ phía thực tế hoàn toàn chi phí cho tan băng 4) Hồi tiếp loại đất Các kiểu đất vùng xác định có ảnh hưởng quan trọng khí hậu địa phương Ví dụ, tương phản rừng sa mạc bề mặt khô có xu nóng bề mặt ẩm có nhiệt vận chuyển dạng ẩn nhiệt Điều ngạc nhiên bề mặt khô cằn có xu mát Người ta cho nguyên nhân trình sa mạc hoá, mưa có xu giảm khu vực lạnh hơn, dẫn tới trình khô cằn đất Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 14 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 7: Hồi tiếp khí hậu vùng rừng sa mạc 5) Hồi tiếp sinh học Hồi tiếp sinh hoc liên quan tới trình sản sinh khí dimethyl sulphide (DMS) xác sinh vật phù du lớp đại dương DMS chất trung gian để tạo thành xon khí khu vực đại dương Người ta cho rằng, lượng phù du tăng lên làm cho thông lượng DSM vào khí tăng lên, từ ảnh hưởng tới trình hình thành mây, hạt mây nhỏ albedo tăng Như vậy, lượng phù du tăng lên dẫn tới tác động âm Tuy nhiên, trình có nhiều điều chưa rõ ràng cần tìm hiểu sâu nữa, 6) Hồi tiếp hoàn lưu đại dương khí Tương tác đại dương khí - trình phức tạp, biểu nhiều chế qui mô khác phân bố lại nhiệt, nước, động năng, chất khí muối, kết làm cho đặc trưng lý - hóa đại dương thích nghi (phù hợp) với Sự tương tác dòng nhiệt theo phương ngang phương thẳng đứng dẫn tới biến đổi theo thời gian enthalpy (trữ lượng nhiệt) khí đại dương, biến đổi xem dương khí đại dương nóng lên âm khí đại dương bị lạnh Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 15 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 8: Sơ đồ cân nhiệt năm trung bình hệ thống khí hậu Trái đất Từ hình thấy rằng, albeđô hệ thống Trái Đất - khí 28 %, lượng phát xạ sóng ngắn phản xạ trở lại khoảng không vũ trụ (do mây - 19 %, tán xạ phân tử zôn khí - %, phát xạ từ mặt đệm - %) Một phần xạ mặt trời xuống (25 %) hấp thụ khí quyển, ôzôn tầng bình lưu hấp thụ %, nước tạp chất - 17 %, mây - % Phần lại (47 %) hấp thụ lớp mặt Trái Đất, chủ yếu Đại dương Thế giới hấp thụ dạng dòng trực xạ tán xạ Chính có khác biệt lớp mặt đại dương lục địa, nhiệt dung đại dương nhiều lần cao so với lục địa Dòng phát xạ sóng dài từ mặt đệm trực tiếp vào khoảng không vũ trụ bằ ng %, vào khí - 110 %, phần áp đảo (105 %) bị hấp thụ nước, khí cacbonic, mây tạp chất khác Đồng thời khí phát xạ vào vũ trụ (67 %) xuống mặt đất (96 %) Từ thấy dòng xạ sóng dài tổng cộng vào khoảng không vũ trụ 72 %, biên phân cách hệ thống Trái Đất - khí 14 % hướng lên Đặc điểm quan trọng sơ đồ trao đổi nhiệt toàn cầu xét tất dòng lượng có hướng thẳng đứng: số dòng hướng xuống dưới, số dòng khác hướng lên Vì vậy, chuyển từ qui mô lấy trung bình toàn cầu sang qui mô địa phương sơ đồ trao đổi nhiệt phức tạp nhiều 2.2 Hoàn lưu khí quyển, đại dương Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 16 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu 2.2.1 Hoàn lưu khí Nguyên nhân gây hoàn lưu khí đại dương đốt nóng lượng mặt trời Bức xạ mặt trời đốt nóng mặt đất nước, gây nên sai khác mật độ hay lượng khí Năng lượng chuyển thành động năng, chẳng hạn đối lưu Chất lỏng chất khí chuyển động từ vùng có áp suất cao vùng có áp suất thấp Do trái đất quay quanh trục nên dòng khí dòng chất lỏng chịu tác động lực Coriolis – hướng sang phía phải chuyển động bán cầu bắc (phía trái chuyển động bán cầu nam) Các dạng vận chuyển chủ yếu nhiệt từ vĩ độ thấp lên ví độ cao ẩn nhiệt hiển nhiệt Các ổ hoàn lưu kinh hướng mô tả hình Hình 9: Các khu vực hoàn lưu chung khí 2.2.2 Hoàn lưu đại dương Các dòng bề mặt: Các dòng bề mặt đại dương chủ yếu tác động gió Chúng xảy lớp khoảng 100m bị ảnh hưởng mạnh lực Coriolis vị trí lục địa Độ muối nhiệt độ nhân tố quan trọng tác động đến dòng bề mặt Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 17 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Hình 10: Các dòng biển đại dương giới Hoàn lưu đại dương sâu: Có hai khu vực đại dương giới nơi hình thành độ muối cao khu vực Bắc Đại Tây Dương xung quanh Vòng Cực Các chế gây nên độ muối cao bốc bề mặt đóng băng Quy mô thời gian hoàn lưu tới hàng nghìn năm, hoàn lưu thay đổi, dẫn đến biến đổi lớn khí hậu Hình 11: Các hoàn lưu đại dương sâu hoàn lưu bề mặt 3.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến khí hậu Các hiệu ứng kiến tạo: khoảng thời gian vài triệu năm, trôi dạt lục địa làm biến đổi đáng kể loại hoàn lưu khí đại dương với việc phân bố lại đốt nóng bề mặt Quá trình tạo sơn: dãy núi hình thành di chuyển lục địa ảnh hưởng đến hoàn lưu chung khí quyển, vùng mưa, vùng hình thành băng hà Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 18 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu ( Hình 12:Biến đổi lục địa bề mặt Trái đất qua thời kỳ địa chất 500 triệu năm qua) KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua chương trình bày niên luận, em thu số kiến thức lĩnh vực nghiên cứu sau: Các thành phần hệ thống khí hậu có mối quan hệ mật thiết với Mỗi có đặc trưng riêng tác động qua lại tách rời Có nhiều nguyên nhân tác động đến khí hậu Sự tác động tự nhiên phun trào núi lửa, hiệu ứng kiến tạo, trình tạo sơn…, tác động người hiệu ứng nhà kính, phá rừng, việc sử dụng đất… Tất gây biến đổi khí hậu Và người chịu biến đổi Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 19 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Bức xạ trình hồi tiếp ( xạ, nước, xạ-mây, đất, albedo- băng, sinh học, hoàn lưu đại dương) khí hậu cho thấy liên quan mật thiết Không qua trình tách rời Việc thay đổi yếu tố dẫn đến thay đổi yếu tố khác Chúng phát triển theo hướng tích cực suy giảm theo hướng tiêu cực Việc nghiên cứu đề tài giúp em hiểu sâu hệ thống khí hậu, tạo tiền đề cho nghiên cứu khoá luận em sau Trong năm gần đây, đặc biệt ngữ cảnh sách môi trường, biến đổi khí hậu thường đề cập tới thay đổi khí hậu nay, gọi chung tượng nóng lên toàn cầu Nguyên nhân làm biến đổi khí hậu trái đất gia tăng hoạt động tạo chất thải khí nhà kính, hoạt động khai thác mức bể hấp thụ bể chứa khí nhà kính sinh khối, rừng, hệ sinh thái biển, ven bờ đất liền khác Biến đổi khí hậu Trái Đất thay đổi hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển, băng tương lai nguyên nhân tự nhiên nhân tạo giai đoạn định từ tính thập kỷ hay hàng triệu năm Để hiểu nguyên nhân biến đổi khí hậu, cần hiểu nguyên nhân tồn bên bên hệ thống khí hậu trình vật lý xảy hệ thống khí hậu, hoạt động mặt trời, Từ đây, thấy mối quan hệ trình tương tác chúng Việc hiểu trình vật lý hồi tiếp khí hậu tạo điều kiện thuận lợi nghiên cứu sâu yếu tố khí tượng Mỗi yếu tố khí tượng khu vực, địa hình riêng (bề mặt băng, địa hình đồi núi- sườn dốc, lớp thổ nhưỡng, ) đưa đặc điểm khí hậu vùng nghiên cứu Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 20 Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Tài liệu tham khảo 1) Khí tượng khí hậu đại cương, Trần Công Minh, Nxb ĐHQGHN, 2005 2) Khí hậu vật lý toàn cầu (Dennis L Hartmann) 3) Nguyên lý khí hậu hoc, Yêu Trẩm Sinh ( dịch tiếng việt) 4) Khí hậu Việt Nam, Phạm Ngọc Toàn, Phan Tất Đắc, 1993 5) Hải dương hoc đại cương, V N MALINHIN (biên dịch Phạm Văn Huấn), Nxb ĐHQGHN, 2005 Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 21 [...]... biến đổi khí hậu, chúng ta cần hiểu nguyên nhân tồn tại bên trong và bên ngoài của hệ thống khí hậu như các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống khí hậu, hoạt động của mặt trời, Từ đây, chúng ta sẽ thấy được mối quan hệ của các quá trình này và tương tác giữa chúng Việc hiểu được các quá trình vật lý và hồi tiếp trong khí hậu sẽ tạo điều kiện thuận lợi khi nghiên cứu sâu hơn của từng yếu tố khí tượng... tố khí tượng của từng khu vực, từng địa hình riêng (bề mặt băng, địa hình đồi núi- sườn dốc, lớp thổ nhưỡng, ) sẽ đưa ra được đặc điểm khí hậu của vùng nghiên cứu Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 20 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu Tài liệu tham khảo 1) Khí tượng và khí hậu đại cương, Trần Công Minh, Nxb ĐHQGHN, 2005 2) Khí hậu vật lý toàn cầu (Dennis L Hartmann) 3) Nguyên lý khí hậu. .. quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu Hình 7: Hồi tiếp khí hậu ở vùng rừng và sa mạc 5) Hồi tiếp sinh học Hồi tiếp sinh hoc liên quan tới quá trình sản sinh khí dimethyl sulphide (DMS) của xác sinh vật phù du ở lớp trên của đại dương DMS là chất trung gian cơ bản để tạo thành xon khí trên khu vực đại dương Người ta cho rằng, lượng phù du tăng lên sẽ làm cho thông lượng DSM đi vào khí quyển... Hường – LĐH1K 11 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu Hình 3: Hồi tiếp hơi nước trong khí hậu 2) Hồi tiếp bức xạ-mây Mây có ý nghĩa lớn đối với trao đổi nhiệt trên Trái Đất Nó phản hồi trực xạ mặt trời và do đó giảm thông lượng bức xạ tới mặt đất Mây cũng tăng cường sự khuếch tán bức xạ và giảm bức xạ hữu hiệu, thay đổi điều kiện chiếu sáng Các hiệu ứng của mây đối với khí hậu chưa được... 12 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu Hình 5: Hồi tiếp bức xạ - mây trong hệ thống khí hậu 3) Hồi tiếp albedo-băng Băng là một bộ phận cấu thành quan trọng nhất của băng quyển và chiếm những không gian rộng lớn trên mặt Trái Đất Băng ở đây gồm băng biển, thảm băng, băng trên vùng núi và bă ng trong lớp đất đóng băng vĩnh cửu Băng là sản phẩm tương tác của đại dương và khí quyển và. .. tan và giảm albedo, tác động bức xạ dương Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 13 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu Hình 6: Hồi tiếp albedo-băng trong hệ thống khí hậu Do sự nguội lạnh của lớp mặt biển tới nhiệt độ đóng băng, lượng mất nhiệt vào khí quyển tiếp theo xảy ra nhờ nhiệt lượng giải phóng ra trong khio đông lạnh nước Sau khi đã tạo thành màng băng mỏng, thì sự gia tăng độ dày tiếp. .. biến đổi này Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 19 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu 3 Bức xạ và các quá trình hồi tiếp ( bức xạ, hơi nước, bức xạ-mây, đất, albedo- băng, sinh học, hoàn lưu đại dương) trong khí hậu đã cho thấy sự liên quan mật thiết Không một qua trình nào có thể tách rời nhau Việc thay đổi của một yếu tố này sẽ dẫn đến sự thay đổi các yếu tố khác Chúng có thể hoặc phát triển.. .Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu 2.1.2 Hồi tiếp trong hệ thống khí hậu Cán cân năng lượng chính của hệ thống khí hậu là giữa sự đốt nóng do bức xạ sóng ngắn và làm lạnh do phát xạ sóng dài Vì vậy, sự phản ứng lại tác động bức xạ dương có thể đóng góp vào sự cân bằng này Tác động bức xạ dương phải được cân bằng bởi... Quá trình tạo sơn: các dãy núi được hình thành bởi sự di chuyển của các lục địa đã ảnh hưởng đến hoàn lưu chung khí quyển, vùng mưa, vùng hình thành băng hà Nguyễn Thị Hường – LĐH1K 18 Các quá trình vật lý khí hậu và hồi tiếp trong khí hậu ( Hình 12:Biến đổi của các lục địa trên bề mặt Trái đất qua các thời kỳ địa chất 500 triệu năm qua) KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua các chương đã trình bày của niên... đi Hình 2: Hồi tiếp bức xạ trong hệ thống khí hậu Nếu chỉ có cơ chế hồi tiếp này, chúng ta có thể dự báo khá chính xác độ tăng của nhiệt độ tương ứng với các thay đổi của các thành phần khí quyển Tuy nhiên, thực tế có rất nhiều quá trình có thể phản ứng lại tác động bức xạ và không dễ để dự báo được chính xác các hiệu ứng do sự thay đổi các thành phần không khí Tác động bức xạ của khí hậu trong tương .. .Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Chương I: Những khái niệm 1.1 Khái niệm khí hậu 1.2 Các thành phần khí hậu 1.3 Tác động khí hậu Chương II :Các trình vật lý khí hậu. .. Con người tiếp tục tìm giải phấp công nghệ để giảm thiểu tác hại Chương II: Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu Nguyễn Thị Hường – LĐH1K Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu 2.1.Tác... tên niên luận là: “ Các trình vật lý khí hậu hồi tiếp khí hậu , em trình bày kiến thức khí hậu, trình vật lý tương tác trình khí hậu Mặc dù, em nhận dẫn tận tình thầy cô trình độ kinh nghiệm