TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước
Bộ mơn Thủy văn và Biến đổi khí hậu

KHÍ HẬU HỌC

Giảng viên : Nguyễn Tiến Thành
Email
:
ĐT
: 0383928535


PHẦN MỞ ĐẦU

 Khí hậu là gì?

Khí hậu là sự tổng hợp của thời tiết, được đặc trưng bởi các giá trị trung
bình thống kê và các cực trị đo được hoặc quan trắc được của các yếu tố và
hiện tượng thời tiết trong một khoảng thời gian đủ dài, thường là hàng chục
năm. Một cách đơn giản, có thể hiểu khí hậu là trạng thái trung bình và
những cực trị của thời tiết được xác định trên một khoảng thời gian đủ dài ở
một nơi nào đó

Phần mở đầu

Trang 2/195


PHẦN MỞ ĐẦU
 Hệ thống khí hậu:

- Tập các hệ con: AH  C
HBA
- Các hệ con khác nhau về
thành phần cấu tạo, thuộc
tính vật lý, cấu trúc và tính
chất.
- Các hệ con liên kết bởi các
dòng khối lượng, năng lượng,
và động lượng => hệ thống
quan hệ tương tác phi tuyến
rất phức tập.

Phần mở đầu

Trang 3/195


PHẦN MỞ ĐẦU
Ví dụ
300

30
Precipitation
Temperature

29

200


28

150

27

100

26

50

25

0

Temperature (oC)

Precipitation (mm)

250

24

Jan

Feb

Mar


Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Dec

Satellite Map of Rainfall in Euro at 13.45, 23.10.2017

Phần mở đầu

Trang 4/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
 Các nhân tố hình thành khí hậu:
+ Quan điểm vật lý:

Nhân tố chung (nhân tố bên ngoài)

- Bức xạ Mặt trời
- Đặc trưng hình cầu của Trái Đất

- Chuyển động quay của Trái Đất quanh Mặt trời và chính nó
- Tờn tại của lục địa và đại dương
Nhân tố bên trong (nhân tố địa phương)

- Khoảng cách biển-lục địa
- Điều kiện địa hình, thảm phủ, sông ngòi.
Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 5/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

+ Quan điểm địa lý:

-

Bức xạ

-

Hoàn lưu khí quyển

-

Điều kiện địa lý.

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 6/195



Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
1.1. Nhân tố bức xạ:
- Mặt trời phát xạ năng lượng bức xạ
xuống Trái đất.
- Trái đất hấp thụ năng lượng Mặt trời,
nóng lên và phát xạ vào khơng gian

Mặt trời

~ 99.9% toàn bộ năng lượng trong khí quyển Trái đất
bắt nguồn từ bức xạ mặt trời. Phần còn lại từ Trái đất 0-D model
do (núi lửa, phóng xạ, đốt các chất hữu cơ => ý nghĩa
cục bộ).

Trái đất

Tổng năng lượng tới = Tổng năng lượng đi
Tại sao nhiệt độ quan trắc được T  15oC?
Cấu trúc thẳng đứng của khí quyển
- Hiệu ứng khí nhà kính
T  -18oC
Tích lũy và vận chuyển năng lượng
- Vai trò của hoàn lưu khí quyển
Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 7/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Cấu trúc thẳng đứng là
yếu tớ quyết định:


-Đốt nóng từ dưới do
dòng ẩn và hiển nhiệt.

- ~ 15% khí quyển nằm
gần bề mặt Trái đất.
- Sự biến đổi nhiệt độ
theo chiều cao là
nguyên nhân “hiệu ứng
khí nhà kính”
- Hiệu ứng khí nhà kính
=> Trái đất ấm lên

-Đốt nóng trong tầng
bình lưu do ozone hấp
thụ bức xạ cực tím.
- Đốt nóng trong tầng
nhiệt quyển do bức xạ
Mặt trời làm phân ly
các phân tử Oxy,
Nitơ…

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 8/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hiệu ứng khí nhà kính:

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 9/195



Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hiệu ứng khí nhà kính:

Cân bằng năng lượng tại đỉnh khí quyển:
Cân bằng năng lượng khí quyển:
Cân bằng năng lượng bề mặt:
Nhiệt đợ bề mặt tăng lên vì khí quyển khơng những không ngăn chặn dòng năng lượng
tới bề mặt mà còn làm tăng sự đốt nóng bề mặt của bức xạ Mặt trời bằng chính sự phát
xạ bức xạ sóng dài của nó xuống phía dưới mà trong trường hợp này nó bằng lượng
nhiệt đốt nóng của Mặt trời.
Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 10/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Cân bằng năng lượng bức xạ toàn cầu:
Hành tinh hấp thụ ~ 70% bức xạ
mặt trời đến và phản xạ 30%.
• Trong đó, khoảng 50% đến bề
mặt và bị hấp thụ ở đó.
• Tầng bình lưu hấp thụ 3% chủ
yếu do ozon và các phân tử
oxy, còn carbon dioxide và hơi
nước hấp thụ khoảng 0.5%.
• Tầng đối lưu hấp thụ 17% chủ
yếu do hơi nước (13%) và mây
(3%), còn carbon dioxide, ozon
và oxy đóng góp 1% còn lại.

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 11/195



Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Đợ dài ngày:

Biến đổi độ dài ngày trong năm tại các vĩ đợ.

Do trục của trái đất nghiêng một góc 67.50 so với mặt phẳng quỹ đạo trái đất xung
quanh mặt trời => độ dài ngày ở bán cầu mùa hè lớn hơn là ở bán cầu mùa đông
Cực trị thường đạt tới ở gần cực, nơi 6 tháng liên tục là ngày và tiếp theo là 6 tháng
đêm.
Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 12/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Sự phân bố độ chiếu nắng
- Sự biến động theo mùa và vĩ độ của nhiệt độ
chủ yếu bị điểu khiển bởi sự biến động của độ
chiếu nắng và góc thiên đỉnh mặt trời trung
bình
- Lượng bức xạ đến ở đỉnh khí quyển phụ
thuộc vào vĩ độ, mùa và thời gian trong ngày
- Lượng năng lượng mặt trời bị phản xạ trở lại
khơng gian vũ trụ phụ thuộc vào góc thiên đỉnh
và tính chất của bề mặt và khí quyển địa
phương
- Biến động mùa của khoảng cách Trái đấtMặt trời ảnh hưởng ít đến biến động mùa của
nhiệt độ
- Tác động chính đến biến động mùa của sự
quay của Trái đất trên quĩ đạo là độ nghiêng

của nó.
Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 13/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 14/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

Sơ đờ chỉ mối quan hệ của góc thiên đỉnh mặt trời với độ chiếu nắng trên
mặt phẳng song song với bề mặt hành tinh

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 15/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hệ tọa đợ thiên cầu:

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 16/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Bức xạ tại đỉnh khí quyển:

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 17/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

1.2. Nhân tớ hoàn lưu khí qủn
Đốt nóng bức xạ mặt trời lớn hơn làm lạnh sóng dài ở Nhiệt đới: Năng lượng tích lũy
ở đó, cả trong khí quyển và đại dương
• Làm lạnh sóng dài lớn hơn đốt nóng bức xạ mặt trời ở Các cực: Năng lượng bị mất
đi ở đó do bức xạ nhiệt vào khơng gian vũ trụ
• “Cơng việc” của khí quyển và đại dương là vận chuyển năng lượng từ nơi nó tích
lũy đến nơi nó có thể bị mất (vận chuyển hướng cực và vận chuyển đi lên)
• Cơng việc này bị cản trở bởi lực Coriolis
Bức xạ thuần tại đỉnh khí quyển dư thừa ở các
vùng nhiệt đới và thiếu hụt ở những vĩ độ
caocần phải được bù trừ cho nhau thông qua
sự vận chuyển năng lượng theo phương ngang
trong khí quyển và đại dương

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 18/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Sự mất cân bằng năng lượng tại
đỉnh khí quyển có thể được làm
cân bằng lại nhờ:
- Vận chuyển nhiệt trong khí
quyển (Hoàn lưu khí quyển)
- Vận chuyển nhiệt trong đại
dương (Hoàn lưu đại dương)
- Hệ thống chuyển động khí
quyển tồn cầu được hình
thành bởi sự đốt nóng của mặt
trời khơng đờng đều các vùng
trên bề mặt trái đất được gọi là

hoàn lưu chung khí quyển.

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 19/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU

Vận chuyển của cả khí
quyển và đại dương là
quyết định
• Đối lưu do lực nổi tạo
ra vận chuyển thẳng
đứng
• ẩn nhiệt cũng quan
trọng như hiển nhiệt

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 20/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hồn lưu của khí qủn khi trái đất khơng quay

Đối lưu nhiệt tạo nên các
vịng hồn lưu trên các bán
cầu
• Năng lượng được vận
chuyển từ xích đạo về
các cực
• Hướng gió thịnh hành tại bề
mặt sẽ là hướng về phía xích

đạo

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 21/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hồn lưu gió quy mơ lớn với Trái đất quay

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 22/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hoàn lưu chung của đại dương

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 23/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
Hoàn lưu chung của đại dương
Là nguồn chính cung cấp hơi nước và nhiệt cho khí quyển
• “Nời hơi” điều khiển chu trình nước toàn cầu
• Tạo ra tính quán tính nhiệt lớn cho hệ thống khí hậu trên quy mô thời gian từ
hàng tuần đến hàng thế kỷ
• Khả năng tích luỹ nhiệt lớn của đại dương làm giảm biên độ chu trình mùa của
nhiệt độ bề mặt
• Sự vận chuyển năng luợng từ xích đạo về cực, làm giảm gradient nhiệt độ từ cực
đến xích đạo
• Vận chuyển năng luợng theo phuơng ngang và phương thẳng đứng có thể điều
chỉnh nhiệt độ bề mặt biển địa phương
• Tác động gián tiếp tới khí hậu thông qua những quá trình hoá học và sinh học


Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 24/195


Chương 1. CÁC NHÂN TỐ HÌNH THÀNH KHÍ HẬU
• Đóng vai trò quan trọng trong việc vận tải nhiệt và ẩm từ vùng này đến
vùng khác
• Các trung tâm áp cao và áp thấp đóng vai trò như các trung tâm tác động
của khí quyển

• Chịu ảnh hưởng mạnh mẽ c ủa điều kiện địa hình, mặt đệm
• Tác động của hoàn lưu khí quyển, trong những điều kiện nhất định của ch ế
độ bức xạ mặt trời, quy định những đặc điểm cơ bản của khí hậu

Chương 1. Các nhân tố hình thành khí hậu Trang 25/195