08.09.2021

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

KHÍ TƯỢNG HỌC

Giảng viên : Nguyễn Tiến Thành
Email
:
ĐT
: 0383928535
1

Phần mở đầu

1


08.09.2021

PHẦN MỞ ĐẦU
❖Đới tượng khí tượng là gì:
Khí tượng học là ngành khoa học nghiên cứu về các quá trình khí quyển,
lớp đất (hoặc lớp nước sát bề mặt trái đất) như: sự thay đổi nhiệt độ, truyền
nhiệt vào lớp nước, tương tác biển-khí…
Như vậy, các vấn đề chính của Khí tượng học bao gờm:
1.

Thu thập một cách chính xác các sớ liệu thực tế đặc trưng cho khí qủn và các

hiện tượng xảy ra trong đó. Tiến hành mơ tả chung cả về sớ lượng và chất
lượng

2.

Giải thích đúng đắn các hiện tượng khí quyển và xác lập những quy luật phát
triển của chúng.

Phần mở đầu Trang 2/254
2

Phần mở đầu

2


08.09.2021

PHẦN MỞ ĐẦU

3

Sử dụng các quy luật đã tìm được, nghiên cứu các phương pháp cho phép chỉ
ra tiến trình phát triển của các quá trình quan trắc được trong khí quyển ở thời
đoạn tiếp theo.

4

Sử dụng các quy luật tìm được trong sự phát triển của các quá trình khí quyển
để sử dụng sức mạnh của tự nhiên để phục vụ hoạt động thực tiễn của con

người.

Phần mở đầu Trang 3/254
3

Phần mở đầu

3


08.09.2021

PHẦN MỞ ĐẦU
❖ Quan hệ giữa khí tượng học và các khoa học khác
-

Ngành địa vật lý (vật lý địa cầu): Để nghiên cứu các tính chất vật lý của trái
đất và các quá trình xảy ra trên đó

-

Ngành khoa học địa lý: Làm sáng tỏ các quy luật phân bớ địa lý của các hiện
tượng khí tượng và nghiên cứu chế đợ thời tiết nhiều năm (khí hậu) ở các vùng
địa lý nhật định.

-

Ngành thiên văn học: Liên quan tới việc nghiên cứu bức xạ mặt trời, và mối
quan hệ giữa các hiện tượng xảy ra trên mặt trời và trái đất.


-

Trong quá trình phát triển khí tượng học được phân chia: Vật lý lớp khí quyển
sát mặt đất, vật lý lớp khí quyển tự do (khí tượng cao không) và vật lý tầng
cao.

-

Theo phương pháp nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu cụ thể, khí tượng phân
chia thành những chuyên ngành khác nhau: khí tượng động lực, quang học khí
quyển, điện học khí quyển…
Phần mở đầu Trang 4/254

4

Phần mở đầu

4


08.09.2021

PHẦN MỞ ĐẦU
❖ Ứng dụng thực tế của khí tượng học
Ngành hàng không: Chủ yếu tập trung dự báo trạng thái của khí qủn và sự
thay đổi của nó như sương mù, mây giông, dòng chảy xiết.
Ngành giao thông: Chủ yếu ở đường biển và đánh bắt thủy sản.
Ngành xây dựng, nông nghiệp, y học…

Phần mở đầu Trang 5/254

5

Phần mở đầu

5


08.09.2021

PHẦN MỞ ĐẦU
❖ Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp chính:
1.

Quan trắc trong điều kiện tự nhiên

2.

Phương pháp thực nghiệm

3.

Phân tích lý thuyết

Phần mở đầu Trang 6/254
6

Phần mở đầu

6



08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
1.1. Các ́u tớ khí tượng cơ ban
Nhiệt đợ: Biểu thị mức đợ nóng lạnh của khơng khí. Nhiệt đợ trong một khới
khơng khí, thời tiết nhất định đặc trưng cho động năng trung bình của các phần
tử khí trong đó.
Quan hệ giữa nhiệt đợ bác phân (oC) và nhiệt độ tuyệt đối (oK) như sau:

ToK = 273 + toC = 273(1+αtoC)
Trong đó: α =

1/273 là hệ sớ dãn nở thể tích của khơng khí

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 7/254
mối quan hệ giữa chúng
7

Phần mở đầu

7


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG

Áp suất khí quyển (khí áp):
áp lực thủy tĩnh của khơng
khí tác động lên một đơn vị
diên tích 1 m2.
Trường hợp khơng có
chủn động, áp śt khí
qủn là sức trương của
khơng khí và tại mỡi điểm
nó cân bằng với trọng lượng
cột khơng khí thẳng đứng
tiết diện đơn vị nằm trên
điểm đó.

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 8/254
mối quan hệ giữa chúng
8

Phần mở đầu

8


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG

Đơn vị: có thể dùng milimet thủy ngân (mmHg). Đơn vị này liên quan tới cấu
trúc của một dụng cụ đo là khí áp biểu thủy ngân (áp suất khí quyển bằng trọng
lượng của một cột thủy ngân có tiết diện 1 cm2 trong khí áp biểu). Khi đó áp śt

khí qủn được biểu thị bằng đợ cao của cột thủy ngân đó (mmHg).
1mb = 10-3b = 102 N/m2 = ¾ mmHg
Trong điều kiện tiêu chuẩn, áp suất khí quyển ~ 760 mmHg hay 1013 mb và được
gọi là 1 atmophe (amt)

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 9/254
mối quan hệ giữa chúng
9

Phần mở đầu

9


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Đợ ẩm khơng khí: Biểu thị mức đợ tờn tại hơi nước trong khơng khí. Khơng tiến hành
đo đạc trực tiếp, mà tính toán gián tiếp qua số liệu nhiệt độ. Các đặc trưng độ ẩm:

-

Độ ẩm tụt đới: Là khới lượng hơi nước có trong một đơn vị thể tích (kg/m3). Ký
hiệu α

-

Sức trương hơi nước (e): là áp suất riêng của hơi nước (1 phần của áp suất khí
quyển). Đơn vị mmHg hay mb, N/m2. Trong điều kiện nhiệt độ nhất định, sức

trương hơi nước có thể đạt tới trạng thái bão hòa và hơi nước bắt đầu ngưng kết.
Giá trị tới hạn này được gọi là sức trương hơi nước bão hòa (áp suất hơi nước bão
hòa - E). Như vậy, mỗi giá trị của nhiệt đợ khơng khí có một giá trị của áp suất hơi
nước bão hòa nhất định.

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 10/254
mối quan hệ giữa chúng
10

Phần mở đầu

10


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
-

Độ ẩm tương đối (f): Là tỷ số (%) giữa áp suất hơi nước chứa trong không khí với
áp suất hơi nước bão hòa ở cùng một nhiệt độ. f = (e/E).100 (%). Độ ẩm tương đối
phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ tăng thì độ ẩm giảm, và ngược lại. Khi f = 100%,
tức khơng khí ở trạng thái bão hòa hơi nước; f > 100%, tức khơng khí quá bão hòa.

-

Đợ hụt bão hòa: Là sự chệnh lệch giữa sức trương hơi nước bão hòa E và sức
trương hơi nước hiện có e ở điều kiện nhiệt độ nhất định (mmHg hay mb): d = E –
e.


-

Độ ẩm riêng (q): Là khối lượng hơi nước có trong 1 đơn vị khới lượng khơng khí
ẩm (kg/kg) hoặc g/kg. Độ ẩm riêng được biểu thị bằng tỷ số giữa mật độ hơi nước
n hay khối lượng hơi nước Mn với mật đợ của khơng khí ẩm a hay khới lượng
khơng khí ẩm Ma trong cùng 1 đơn vị thể tích

q=

n M n
=
a M a

hoặc

q=

n
n + k

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 11/254
mối quan hệ giữa chúng
11

Phần mở đầu

11



08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
-

-

Tỷ hỗn hợp (s): Là tỷ số giữa mật độ hơi nước n hay khối lượng hơi nước Mn với
mật đợ của khơng khí khơ k hay khới lượng khơng khí khơ Mk trong cùng đơn vị
thể tích khơng khí ẩm (kg/kg) hoặc (g/g)

n M n
=
s=
k M k

Điểm sương: Là nhiệt độ mà khi hạ xuống tới nhiệt đợ đó trong điều kiện áp śt
khơng đổi thì hơi nước trong khơng khí đạt tới trạng thái bão hòa (Td).

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 12/254
mối quan hệ giữa chúng
12

Phần mở đầu

12


08.09.2021


Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Bảng cấp gió và sóng (Việt Nam)

Tớc đợ và hướng gió:
Gió là chủn động của
khơng khí đới với bề mặt
trái đất. Gió được đặc
trưng bởi tớc đợ và
hướng gió

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 13/254
mối quan hệ giữa chúng
13

Phần mở đầu

13


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
1 m/s = 1.942 hải lý/h = 3.6 km/h
Hướng gió: là hướng mà từ đó gió thổi tới
điểm quan trắc

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 14/254

mối quan hệ giữa chúng
14

Phần mở đầu

14


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Mây: Là sản phầm ngưng kết của hơi nước ở các đợ cao khác nhau trong khí quyển tự
do
Họ mây

Tên mây
Tên quốc tế
Mây ti
Cirus
Ci
Mây tầng cao Mây ti tích
Cirrocumulus Cc
Mây ti tằng
Cirrostratus Cs
Mây tầng trung Mây trung tích Altocumulus Ac
Mây
trung Altostratus
As
tằng

Mây vũ tằng Nimbostratus Ns
Mây phát triển Mây tằng tích Stratocumulus Sc
Stratus
St
theo chiều Mây tằng
Cumulus
Cu
thẳng đứng Mây tích
Mây vũ tích Cumulonimbus Cb

Dạng
Tơ sợi, móc câu, kén, túm
Thấu kính, kén, hạt nhân
Tơ sợi, kiểu sương mù
Thấu kính, kén, hạt nhân
Màn lớp, thấu kính, nhân
Kiểu sương mù, mảnh
Dẹt, vừa, dầy, mảnh
Hói, có tóc

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 15/254
mối quan hệ giữa chúng
15

Phần mở đầu

15


08.09.2021


Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG

Mưa: Là lượng nước rơi trong khí quyển đạt tới bề mặt. Đặc trưng: lượng mưa và
cường đợ mưa.
Tầm nhìn xa: Để đánh gía mức đợ trong śt của khí qủn. Tầm nhìn xa là khoảng
cách xa nhất để còn có thể phân biệt được vật tiêu điểm với nền xung quanh bằng
mắt thường.

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 16/254
mối quan hệ giữa chúng
16

Phần mở đầu

16


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
1.2. Phương trình trạng thái của khơng khí
1.2.1. Phương trình trạng thái của khơng khí khơ:

Đới với khơng khí khơ ở nhiệt đợ khoảng -190oC dưới áp suất bình thường đã chuyển
từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi. Do vậy, ở nhiệt đợ của khí qủn khơng khí khơ
có thể xem như là khí lý tưởng.


Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 17/254
mối quan hệ giữa chúng
17

Phần mở đầu

17


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG

P Vµ = Rµ T

(1-1)

Trong đó:

P: Áp śt của khí nén lên bình;
Vµ : Thể tích của 1 phần tử gam khí;
T: Nhiệt độ của chất khí;
Rµ: Hằng sớ hơi của 1 phân tử gam khí;
(Rµ: là cơng sinh ra do 1 phân tử gam khí lý tưởng nở ra khi nhiệt độ tăng lên 1o
trong điều kiện áp śt khơng đổi, Rµ = 8,3143.107 erg/độ)

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 18/254
mối quan hệ giữa chúng
18


Phần mở đầu

18


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Trường hợp, P là áp suất khí qủn khơng có hơi nước; V là thể tích của 1 phân tử
gam khơng khí khơ và R là hằng sớ hơi của 1 phân tử gam khơng khí khơ thì
phương trình trạng thái viết cho 1 phân tử gam khơng khí khơ có dạng sau:
P V = RT

(1-1’)

Nếu có khới lượng khơng khí khơ bất kỳ M chiếm thể tích v thì theo (1-1') ta có thể
viết phương trình trạng thái như sau:

Pv =

M
. RT
k

(1-2)

k: Trọng lượng phân tử gam của khơng khí khơ.
P =


M R
T
v k

(1-2’)

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 19/254
mối quan hệ giữa chúng
19

Phần mở đầu

19


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Mà:

𝑀
= 𝜌𝑘
𝑉
𝑅
= 𝑅𝑘
𝜇𝑘

𝑅𝑘 =


8,31.107
erg
= 2,87.106
28,166
g. độ

k : Tỷ trọng hay mật độ của khơng khí khơ
Rk: Hằng sớ hơi của 1 gam khơng khí khơ, gọi tắt là hằng sớ hơi riêng của khơng
khí khơ, thay vào (1-2’) ta có:
P = k Rk T

(1-3)

(1-3) là dạng khác của phương trình trạng thái khơng khí khơ
=> Nếu biết được áp suất P và nhiệt độ T, thì chúng ta tính được mật đợ của
khơng khí khơ:
Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 20/254
mối quan hệ giữa chúng
20

Phần mở đầu

20


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG

=>

P
k =
R kT

Chuyển sang dạng nhiệt độ bách phân:

k =

P
R k 273(1 +  t)

( : hệ sớ dãn nở thể tích của khí lý tưởng).
Ở điều kiện tiêu chuẩn: P = P0 = 760 mmHg ; toC = 0oC = 273oK

k
0

P0
=
R k T0

=>

 0k
P
k =
P0 1 +  t


=> Mật độ của khơng khí khơ là đại lượng tỷ lệ thuận với áp suất và tỷ lệ nghịch
với nhiệt độ của nó
Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 21/254
mối quan hệ giữa chúng
21

Phần mở đầu

21


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
1.2.2. Phương trình trạng thái của hơi nước và quan hệ giữa các đặc trưng độ
ẩm của khơng khí
- Phương trình trạng thái của hơi nước
e = n . Rn . T
Trong đó:

e: áp suất hơi nước
n: mật độ hơi nước;
Rn: hằng số hơi của 1 gam hơi nước;

R 8,31.107
Rn =
= 4,615 . 106 erg/g®é
=
 n 18,016

Để tiện tính toán, quy Rn sang Rk

Rn =

R
n

Rk =

R
k

Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 22/254
mối quan hệ giữa chúng
22

Phần mở đầu

22


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Suy ra:

R n k
=
Suy

Suyra:
ra:R
n
k
=>

kk R = k . R
kk
RRnnNên
n Nên
k
R
=
. .RRkk
==
Nên
Rnn =

n
RRkk nn
nn

Thay k =Thay
28,966
và n = 18,016
Ta cã: RnTa
= cã:
1,608
Rk= 1,608 R
có: RR

Thay
Thaykk==28,966
28,966vµ
vµ nn==18,016
18,016 TaTa
cã:
nn = 1,608 Rkk
Vào phương trình trạng thái của hơi nước ta được:

e = 1,608 n . Rk . T
=>

e
n =
1,608 R k T

Như vậy, nếu biết sức trương hơi nước e và nhiệt độ khơng khí T thì ta có thể
tính được mật độ hơi nước n trong khí quyển
Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 23/254
mối quan hệ giữa chúng
23

Phần mở đầu

23


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ

MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
Quan hệ giữa các đặc trưng độ ẩm của khơng khí
a/ Quan hệ giữa e và a

Theo thực nghiệm:
Trong đó:

a = 103 . n (g/cm3)
e (mb)
n =
1,6 R k T



10 3 e
a=
1,6 R k T

Thay Rk = 2.87.106 vào được

e
103 e
-6
3
a=
=
217
.
10
(g/cm

) = 217e/T (g/m3)
6
273 (1 +  t)
4,610 T
Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 24/254
mối quan hệ giữa chúng
24

Phần mở đầu

24


08.09.2021

Chương 1. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG CƠ BẢN VÀ
MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
b/ Quan hệ giữa s, q, e và P

q=

=>

n
n + k

s
q =
s +1


Tuy nhiên,

k =

P-e
R kT

=>

q =

Hay

n
k

n
+1
k

s=

Mµ:

n
= s
k

q
1- q


e
1,608 R k T
e
0,622 e
e
s
=
=
=
(g/g)
vµ n =
=>
P
e
1,608
(P
−
e)
P
−
e
1,608 R k T
R kT
Chương 1. Các yếu tố khí tượng cơ bản và Trang 25/254
mối quan hệ giữa chúng

25

Phần mở đầu


25