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, q trình thành tạo, vai trị chủ đạo nhân tố thành tạo), nên phương pháp nghiên cứu khác Ngày gắn với nhiều mục đích ứng dụng: thiết kế cơng trình xây dựng, thiết kế dải rừng chắn gió, quy hoạch khu thị, khu cơng 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 cơng 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 mơ hình hố 2) Hướng nghiên cứu dựa khảo sát thực địa 4.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM VẬT LÝ - MƠ HÌNH HỐ Khi nghiên cứu vi khí hậu ngồi thực địa ngồi việc đo đạc trực tiếp yếu tố vi khí hậu người ta cịn phải tính tốn 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 phịng 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 phịng 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 mơ hình hố Đó phương pháp thực nghiệm đo đạc mơ hình dựng lại tương tự đối tượng nghiên cứu tự nhiên với kích thước thu nhỏ lại Dựa vào mơ hình người ta nghiên cứu quy luật q trình thành tạo vi khí hậu có biến đổi nhân tố chủ đạo Ngồi nghiên cứu phân bố vi khí hậu phụ thuộc vào cấu trúc địa hình Trên sở nghiên cứu yếu tố vi khí hậu mơ hình mà người ta đề xuất phương án caỉ tạo vi khí hậu thực tế đạt hiệu Để có thơng số gần với tự nhiên người ta thường áp dụng phương pháp tính tốn đồng dạng áp dụng rộng rãi học ứng dụng 4.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VI KHÍ HẬU NGỒI THỰC ĐỊA 4.3.1 Yêu cầu ý nghĩa việc nghiên cứu vi khí hậu ngồi thực địa Việc khảo sát vi khí hậu ngồi thực địa tổ chức khu vực cụ thể nhằm làm sáng tỏ quy luật vi khí hậu dự đốn 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, khơng 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 khơng 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 hố theo thời gian, khơng 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 đơng, 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 hố 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 khơng 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 Cịn sương giá tạo thành từ vùng tích tụ khơng 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 khơng 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 Cơng 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 dịng khí ảnh hưởng địa hình điều kiện thời tiết định Ngồi cịn 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 dịng khơng 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, cơng 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 khơng đo tốc độ gió m/s (độ nhạy kém) khơng 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 vng góc với hướng gió thổi (vì hiệu chỉnh từ vịng 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 thơng thống 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 dịng 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 thơng 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 TỐN 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 tốn 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 khơng thể có quy tắc cụ thể 59 Quy tốn 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, cơng trình xây dựng ) Phương pháp dẫn dãy số liệu ngắn sang dãy số liệu dài khí hậu quy mơ lớn khơng áp dụng cho dãy số liệu vi khí hậu Trong khí hậu quy mơ 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 khơng có 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 khơng 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 cơng 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 khơng 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 khơng 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 ... THỰC ĐỊA 4. 3.1 Yêu cầu ý nghĩa vi? ??c nghiên cứu vi khí hậu ngồi thực địa Vi? ??c khảo sát vi khí hậu ngồi thực địa tổ chức khu vực cụ thể nhằm làm sáng tỏ quy luật vi khí hậu dự đốn trước Kết vi? ??c khảo... cứu quy luật q trình thành tạo vi khí hậu có biến đổi nhân tố chủ đạo Ngồi nghiên cứu phân bố vi khí hậu phụ thuộc vào cấu trúc địa hình Trên sở nghiên cứu yếu tố vi khí hậu mơ hình mà người ta... gian buổi sáng, trước mặt trời mọc (thời gian khảo sát kéo dài khoảng 1,5 đến gi? ?) Đó giai đoạn nhiệt độ khơng khí biến đổi theo thời gian dao động vĩ mơ vào thời điểm nhỏ (khơng có loạn lưu)