2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

NHIỆT ĐỘ
SỰ BỐC HƠI
ĐỘ ẨM KK
SỰ NGƯNG KẾT
MÂY
GIÁNG THỦY
ÁP SUẤT KQ
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK - GIÓ

2


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
• là một trong những quá trình tham gia vào vòng tuần hoàn
kín của nước trên trái đất, là con đường chủ yếu để nước từ
mặt địa cầu (đại dương, biển, hồ, sông, cây cối...) bay vào
KQ
• là quá trình chuyển pha của nước (thể lỏng Æ thể hơi)

3

2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Quá trình bốc hơi
• Các phân tử nước luôn chuyển động với những tốc độ khác nhau, trong
đó có một số phân tử có tốc độ lớn và nằm ở mặt nước thắng được lực
hút phân tử thì bay từ nước vào lớp KK bên trên mặt nước. Chính những
hạt nước đó tạo ra lượng hơi ẩm dồn vào KQ
• Đồng thời, còn có một quá trình ngược lại tức là quá trình các phân tử hơi
nước rơi từ KQ vào nước
• Nếu các hạt bay từ nước ra nhiều hơn số lượng các hạt rơi trở về Æ hiện
tượng bốc hơi của nước
• Số hạt nước bay từ mặt nước ra = số hạt nước rơi từ lớp KK bên ngoài
trở vào nước Æ sự bốc hơi ngừng lại Æ KQ ở ngay trên mặt nước trở
thành bão hòa hơi nước Î sự bốc hơi chỉ có thể xảy ra trong trường hợp
hơi nước ở ngay trong lớp KK bên trên mặt nước chưa đạt tới mức bão
hòa hơi nước
4


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Sức trương bão hòa
•
•
•
•

Là sức trương của hơi nước ở trạng thái bão hòa

Đơn vị tính: milimét thủy ngân (mmHg) hoặc miliba (mb)
tăng lên theo T: T càng cao thì sức trương bão hòa càng lớn
Các hạt nước (của mây và sương mù) thường xuất hiện trong trạng thái
quá lạnh của KQ. Trong điều kiện T -10oC, KQ thường ở vào trạng thái quá
lạnh, nhưng khi T xuống thấp hơn nữa thì một bộ phận các hạt nước sẽ
đông lại Æ trong KQ những hạt nước và những hạt băng thường quan
trắc thấy ở những vùng cận kề nhau

5


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Sức trương bão hòa - Độ lớn của sức trương bão hòa
chịu ảnh hưởng:
• Độ cong của mặt mà hơi nước bám vào: trên mặt lõm sức trương nhỏ hơn
trên mặt phẳng và trên mặt phẳng sức trương nhỏ hơn trên mặt lồi
• Trạng thể của hạt mây (nước, băng) mà hơi nước bám vào: hạt nước sức
trương bão hòa lớn hơn hạt băng
• Thành phần của những chất hòa tan trong nước: chất muối hòa tan trong
nước làm giảm sức trương bão hòa hơi nước cho nên nước biển bốc hơi
chậm hơn một ít so với nước ngọt khoảng 2%
• Điện tích của các giọt: điện tích làm giảm sức trương bão hòa của hơi
nước (nhưng không đáng kể)

6


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:

Tốc độ bốc hơi:
• Tốc độ bốc hơi V là lượng nước tính bằng gam (g) bốc hơi trong một đơn
vị thời gian (s) từ một đơn vị diện tích bốc hơi (cm2)

Es − e
f (v)
p
(Es – e) là độ chênh lệch bão hòa giữa sức trương bão hòa hơi
nước ở nhiệt độ của bề mặt bốc hơi và sức trương thực tế của
KK ở bên trên mặt bốc hơi
p - áp suất KQ
k - hệ số tỷ lệ
f(v) - hàm tốc độ gió, v=0 Æ V rất nhỏ, v>0 Æ V tăng lên
V = k

•

•
•
•

7


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Tốc độ bốc hơi:
• Đo bốc hơi là một công việc rất khó khăn Æ xác định lượng bốc hơi trên
một khu vực địa lý rộng lớn người ta thường sử dụng phương pháp tính
toán.

• Ví dụ, muốn tính toán lượng bốc hơi trên lục địa người ta dùng lượng
mưa, dòng chảy và độ giữ nước của đất, nghĩa là bằng những yếu tố khác
trong sự cân bằng lượng nước có quan hệ với lượng bốc hơi mà những
yếu tố đó được xác định một cách dễ dàng bằng con đường đo đạc

8


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Tốc độ bốc hơi:
• Khi nói đến lượng bốc hơi ở vùng này hay vùng khác thì vẫn phải phân
biệt rõ lượng bốc hơi thực tế và lượng bốc hơi khả năng
• Bốc hơi khả năng là khả năng bốc hơi lớn nhất không bị giới hạn bởi
nguồn ẩm
• Mặt đất khô thì lượng bốc hơi thực tế nhỏ hơn lượng bốc hơi trên mặt
nước trong cùng những điều kiện khác (do thiếu ẩm)

9


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ BỐC HƠI:
Phân bố địa lý:

• Vùng cực, trong điều kiện T thấp của các bề mặt, Es gần bằng e và nhỏ Æ
độ hụt bão hòa (Es – e) nhỏ Î bốc hơi khả năng nhỏ
• Vùng nhiệt đới, bốc hơi khả năng dọc theo vùng bờ biển tương đối không
lớn và tăng mạnh khi vào sâu trong đất liền, đặc biệt là ở các vùng sa
mạc

• Vùng xích đạo, nơi thiếu hụt về độ ẩm, bốc hơi khả năng tương đối thấp
• Trên đại dương, bốc hơi thực tế lớn hơn trên đất liền khá nhiều (do lượng
bốc hơi thực tế gần trùng với lượng bốc hơi khả năng) - khu vực vĩ độ
thấp và trung bình, lượng bốc hơi thực tế hàng năm ở vào khoảng 600
đến 2500 mm, cực đại đến 3000 mm
• Trên lục địa lượng bốc hơi hàng năm khoảng 100 – 200 mm
10


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

NHIỆT ĐỘ
SỰ BỐC HƠI
ĐỘ ẨM KK
SỰ NGƯNG KẾT
MÂY
MƯA
ÁP SUẤT KQ
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK - GIÓ

11



2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK:
• Lượng nước chứa trong KK tại một vùng trước hết phụ thuộc
vào lượng hơi nước bay vào KQ bằng quá trình bốc hơi của
nước từ bề mặt trái đất tại chính vùng đó
• Lượng hơi nước tại mọi vùng còn phụ thuộc vào hoàn lưu khí
quyển
• Ứng với mỗi nhiệt độ khác nhau có một trạng thái bão hòa
hơi nước khác nhau, tức là trong KK chỉ tồn tại một lượng hơi
nước bị giới hạn nào đó mà không bao giờ có thể vượt quá
được

12


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Các đặc trưng của độ ẩm KK: để biểu thị một cách định lượng hơi nước chứa
trong KQ:
• Độ ẩm tuyệt đối (e) - áp suất riêng phần của hơi nước trong KQ tính bằng
mmHg hoặc bằng mb, hay là lượng hơi nước tính bằng gam (g) hoặc
kilôgam (kg) chứa trong một đơn vị thể tích KK (1 cm3 hay 1 m3)
• e biến đổi theo quá trình đoạn nhiệt. Trong điều kiện KK dãn nở Æ
thể tích KK sẽ lớn lên Æ lượng hơi nước phải trải rộng theo tểh tích
đó Æ mật độ hơi nước nhỏ
• Ngược lại, trong điều kiện KK bị dồn lại Æ e lại lớn lên
• Độ ẩm tương đối (r) - tỉ lệ phần trăm giữa sức trương thực tế e và sức
trương bão hòa hơi nước E ở cùng một nhiệt độ
e

r = .100%
E
• Mật độ của hơi nước (a) - nơi thiếu hụt về độ ẩm, bốc hơi khả năng tương
đối thấp
e
3
13
a = 220
(g / m )
T


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Các đặc trưng của độ ẩm KK: để biểu thị một cách định lượng hơi nước chứa
trong KQ:
• Độ ẩm riêng (s) - lượng hơi nước tính bằng gam (g) trong một kilôgam
(kg) KK (P – áp suất KK)
e
s = 623
(g / kg)
P
• Điểm sương (τ) - là nhiệt độ (t) mà tại đó hơi nước thực tế có trong không
khí sẽ trở thành bão hòa hơi nước trong điều kiện áp suất của KK không
thay đổi. τo ≤ to, khi bão hòa hơi nước thì τ và t bằng nhau
• Tỷ số hỗn hợp tức là lượng chứa hơi nước tính bằng gam (g) trong một
kilogam (kg) KK khô. (Đại lượng này gần giống như độ ẩm riêng của KK)
• Độ chênh lệch bão hòa (d) - mức độ khác nhau giữa sức trương bão hòa E
và sức trương thực tế của hơi nước trong cùng một nhiệt độ của KK
d = E – e (mmH hoặc mb)

14


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Đo độ ẩm KK lớp sát mặt đất (2m):
• bằng 2 nhiệt kế khô và ướt Æ sau đó dùng bảng tra có sẵn
Sự biến đổi của độ ẩm KK: theo thời gian và không gian phụ
thuộc vào:
• quá trình bốc hơi và ngưng kết của hơi nước
• sự lan truyền của hơi nước trong không gian là do kết quả
của các dòng đối lưu, loạn lưu và bình lưu của KK

15


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Sự biến đổi của độ ẩm KK:
•

Biến trình ngày
• Độ ẩm tuyệt đối: 2 kiểu cơ bản
1. biến trình ngày đơn giản, gần song song với biến trình ngày của
Tkk xảy ra nơi có nhiều hơi ẩm: một cực đại vào những giờ quá
trưa và một cực tiểu vào sáng sớm (trên biển và trên lục địa mùa
Đông)
2. biến trình kép, 2 cực đại khoảng 9 giờ sáng và 21 giờ tối - 2 cực
tiểu vào sáng sớm và khoảng 15-16 giờ (trên các lục địa mùa Hè)
• Độ ẩm tương đối: Tkk tăng, r giảm và ngược lại Æ cực đại xảy ra

trước lúc mặt trời mọc và cực tiểu xảy ra vào khoảng 15 – 16 giờ
16


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Sự biến đổi của độ ẩm KK:
•

Biến trình năm
• Độ ẩm tuyệt đối: như kiểu biến trình năm của T: lớn nhất vào mùa
Hè và nhỏ nhất vào mùa Đông
• Độ ẩm tương đối: Cực đại xảy ra vào mùa Đông và cực tiểu xảy ra
vào mùa Hè

17


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
ĐỘ ẨM KK :
Sự biến đổi của độ ẩm KK:
•

Biến đổi theo độ cao
• Độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm riêng của KK: giảm theo chiều cao, do:
• Áp suất và mật độ KK giảm theo độ cao, mật độ hơi nước giảm
nhanh hơn do đến một độ cao nào đó bị ngưng kết thành hạt
nước
• Vùng núi, lượng hơi nước nhiều hơn một ít so với cùng độ cao
trong KQ tự do: vì độ cao cách bề mặt đất của vùng núi thấp hơn

so với của KQ
• Độ ẩm tương đối: biến thiên theo chiều cao không có quy luật rõ
ràng, nói chung giảm theo độ cao.
• Ở những lớp KQ quan trắc có mây ở đó độ ẩm tương đối phải
tăng cao.
• Ở lớp nghịch nhiệt, độ ẩm tương đối giảm mạnh vì Tkk tăng lên

18


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

NHIỆT ĐỘ
SỰ BỐC HƠI
ĐỘ ẨM KK
SỰ NGƯNG KẾT
MÂY
MƯA
ÁP SUẤT KQ
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK - GIÓ

19



2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ NGƯNG KẾT :
là sự chuyển pha của nước từ thể hơi Æ thể lỏng xảy ra trong
KQ với những giọt nước rất nhỏ, đường kính vài micron (μ).
Các hạt nhỏ vận chuyển khuếch tán Æ kết tụ lại Æ giọt nước
lớn hơn
•

Hiện tượng bắt đầu: KK đạt bão hòa nước + hạ nhiệt độ

•

Lượng hơi nước trong KQ chưa đạt đến mức bão hòa nhưng nếu Tkk hạ
xuống tới T điểm sương Æ KK sẽ trở nên bão hòa

•

T tiếp tục hạ thấp Æ trong KK có một lượng hơi nước dư thừa quá tiêu
chuẩn cần thiết cho sự bão hòa thì lượng hơi nước dư thừa này sẽ
chuyển sang trạng thái lỏng Æ tế bào mây Æ giọt mây

•

T điểm sương < 0oC Æ xuất hiện tế bào mây Æ giọt quá lạnh Æ đông
đặc và xuất hiện tinh thể băng
20



2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ NGƯNG KẾT :
•

Sự lạnh đi của KK diễn ra theo quá trình đoạn nhiệt (KK không có sự trao
đổi nhiệt với môi trường xung quanh và sự dãn nở của KK diễn ra chủ
yếu bằng cách thăng lên của nó)

•

KK chưa bão hòa hơi nước khi thăng lên đoạn nhiệt, mức hạ T là
1oC/100m

•

KK đã gần bão hòa hơi nước cần phải thăng lên một vài trăm mét, thậm
chí đến một vài kilômét để cho sự ngưng kết bắt đầu

•

Cơ chế thăng lên của khối KK:
• KK bốc lên trong quá trình loạn lưu dưới dạng các lốc xoáy
• KK bốc lên với tốc độ mạnh hoặc yếu của các dòng đối lưu
• KK bốc lên theo các front KQ, ở đó xuất hiện các hệ thống mây bao
phủ cả một vùng rộng lớn đến hàng trăm nghìn kilômét vuông.
• Sự thăng lên của KK còn có thể xảy ra ở những đỉnh của sóng KQ Æ
21
tạo ra mây ở những độ cao mà ở đó xuất hiện chuyển động sóng



2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ NGƯNG KẾT :
Quá trình ngưng hoa là sự hình thành hạt băng - là quá
trình nước chuyển pha từ thể hơi Æ thể đặc
• quan sát thấy trong các đám mây và các trận mưa
• xuất hiện trên mặt đất cũng như trên các vật thể
khác (như sương giá, sương muối)... khi T của
chúng xuống < 0oC

22


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ NGƯNG KẾT :
hạt nhân ngưng kết
•

Vai trò: là nhờ vào sự hút ẩm của nó mà các tế bào phôi thai của giọt
nước sẽ lớn lên một cách ổn định

•

Nếu KK hoàn toàn trong sạch, không có các hạt bụi, khói v.v... thì hiện
tượng ngưng kết sẽ không bao giờ xuất hiện cho dù KK đã đạt đến trạng
thái quá bão hòa

•

Những hạt nhân quan trọng nhất là những hạt muối hút ẩm và hòa tan,
đặc biệt là muối biển, được tìm thấy trong nước mưa


•

Chúng rơi vào KK với một lượng lớn dưới tác dụng của sóng biển và của
nước biển bốc hơi

•

Trên đỉnh sóng hình thành các bọt sóng chứa đầy KK Æ chúng vỡ ra và
tung tóe vào KK

•

kích thước khoảng từ 1/10 đến 1/100μ (= 10–6m), có khi hơn 1μ

23


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
SỰ NGƯNG KẾT :
hạt nhân ngưng kết
•

rất nhỏ bé Æ không tự lắng xuống Æ được chuyển dời đi xa theo các
dòng KK + tính hút ẩm nên các hạt nhân ngưng kết lơ lửng trong KQ
dưới dạng những hạt rất nhỏ của một dung dịch muối hòa tan

•

Khi độ ẩm tương đối tăng Æ những hạt dung dịch đó bắt đầu lớn lên và

khi độ ẩm tương đối đạt đến gần 100% Æ chúng chuyển thành hạt mây
và sương mù

•

Sự ngưng kết cũng diễn ra trên những phân tử và hạt nhỏ thuộc chất
rắn, như những phẩm vật của sự cháy hoặc của sự phân rã các chất hữu
cơ. Đó là những axit nitric (HNO3), axit sunfuric (H2SO4), amonic sunfat
((NH4)2SO4), v.v... ở các khu trung tâm công nghiệp

•

Phân bố theo độ cao: trong 1 cm3 KK trên bề mặt trái đất - 1.000 ∼
10.000 hạt và giảm theo độ cao rất nhanh. Ở độ cao 3-4 km còn chỉ
24
hàng trăm hạt


Các quá trình vật lý KQ cơ bản
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

NHIỆT ĐỘ
SỰ BỐC HƠI

ĐỘ ẨM KK
SỰ NGƯNG KẾT
MÂY
GIÁNG THỦY
ÁP SUẤT KQ
SỰ CHUYỂN ĐỘNG CỦA KK - GIÓ

25


2.3.Các quá trình vật lý KQ cơ bản
MÂY :
là kết quả của sự ngưng kết hơi nước trong KQ
•

KK không chuyển động: Tốc độ rơi ổn định của các giọt nước khoảng 0,1
cm/s. Tốc độ rơi của các tinh thể băng nhỏ hơn

•

KK chuyển động loạn lưu: giọt nước và tinh thể băng rất nhỏ không rơi
xuống mà trong thời gian dài vẫn lơ lửng trong KK và cùng với các thành
phần loạn lưu hết đi xuống rồi lại bốc lên

•

Mây di chuyển theo các dòng KK
• Nếu độ ẩm tương đối của KK trong đám mây giảm nhỏ Æ đám mây
phải bốc hơi
• Trong những điều kiện được xác định, một phân tử của đám mây lớn

lên, nặng thêm rồi rơi xuống Æ nước từ KQ quay trở về mặt đất
26