Hệ thống Khí hậu vật lý toàn cầu: Phần 2

Tiếp nối phần 1, phần 2 cuốn sách Hệ thống Khí hậu vật lý toàn cầu gồm có 4 chương như sau: Chương 4 cân bằng năng lượng bề mặt; chương 5 chu trình nước; chương 6 hoàn lưu chung khí quyển và khí hậu; chương 7 hoàn lưu chung đại dương và khí hậu. Mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống Khí hậu vật lý toàn cầu: Phần 2 Ch−¬ng 4. C©n b»ng n¨ng l−îng bÒ mÆt 4.1 §iÓm tiÕp xóc BÒ mÆt cña tr¸i ®Êt lµ biªn gi÷a khÝ quyÓn vµ mÆt ®Êt hoÆc ®¹i d−¬ng. ViÖc x¸c ®Þnh vÞ trÝ cña biªn nµy cã thÓ khã kh¨n khi trªn biÓn cã nhiÔu ®éng lín hoÆc trªn mÆt ®Êt cã líp phñ thùc vËt biÕn ®æi. Ta sÏ gi¶ thiÕt r»ng vÞ trÝ cña bÒ mÆt nµy cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh mét c¸ch thÝch hîp, vµ ta sÏ xem nã nh− lµ mét mÆt ph©n c¸ch ®¬n gi¶n gi÷a hai m«i tr−êng, nh−ng khi xÐt ®Õn nh÷ng qu¸ tr×nh trao ®æi n¨ng l−îng quan träng ta cÇn ph¶i ®−a vµo c¸c líp biªn cña khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng vµ líp mét vµi mÐt trªn cïng cña líp ®Êt. Còng nh− c¸c dßng t¹i ®Ønh khÝ quyÓn, dßng n¨ng l−îng ®i qua bÒ mÆt cã vai trß rÊt quan träng ®èi víi khÝ hËu, ®Æc biÖt v× khÝ hËu t¹i vÒ mÆt lµ bé phËn quan träng nhÊt. C©n b»ng n¨ng l−îng bÒ mÆt quyÕt ®Þnh l−îng n¨ng l−îng cã ®−îc ®Ó lµm bèc h¬i n−íc bÒ mÆt vµ lµm t¨ng hoÆc gi¶m nhiÖt ®é bÒ mÆt. C¸c qu¸ tr×nh bÒ mÆt còng ®ãng vai trß quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh c©n b»ng n¨ng l−îng cña c¶ hÖ thèng toµn cÇu. Nguån (budget) n¨ng l−îng t¹i bÒ mÆt phøc t¹p h¬n nhiÒu so víi t¹i ®Ønh khÝ quyÓn, v× nã ®ßi hái xem xÐt c¸c dßng n¨ng l−îng do truyÒn dÉn vµ do ®èi l−u nhiÖt, Èm th«ng qua sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng còng nh− bøc x¹. Nguån n¨ng l−îng bÒ mÆt ®Þa ph−¬ng phô thuéc vµo ®é chiÕu n¾ng, c¸c ®Æc tr−ng bÒ mÆt nh− tr¹ng th¸i Èm −ít, líp phñ thùc vËt, albedo, vµ c¸c tÝnh chÊt cña khÝ quyÓn phÝa trªn. Nguån n¨ng l−îng bÒ mÆt liªn hÖ mËt thiÕt víi chu tr×nh n−íc, v× sù bèc h¬i tõ bÒ mÆt lµ thµnh phÇn c¬ b¶n trong c¶ c¸c nguån n¨ng l−îng vµ nguån n−íc. ViÖc hiÓu biÕt nguån n¨ng l−îng bÒ mÆt lµ bé phËn cÇn thiÕt ®Ó hiÓu biÕt khÝ hËu vµ sù phô thuéc cña nã vµo nh÷ng t¸c ®éng c−ìng bøc tõ bªn ngoµi. 4.2 Nguån n¨ng l−îng bÒ mÆt Nguån n¨ng l−îng bÒ mÆt cã thÓ ®−îc viÕt d−íi d¹ng dßng n¨ng l−îng ®i qua mét ®¬n vÞ diÖn tÝch mÆt ph©n c¸ch kh«ng khÝ − bÒ mÆt theo ph−¬ng th¼ng ®øng vµ ®−îc ®o b»ng Watt trªn mÐt vu«ng (W/m2). C¸c qu¸ tr×nh x¸c ®Þnh sù truyÒn n¨ng l−îng gi÷a bÒ mÆt vµ khÝ quyÓn bao gåm sù truyÒn bøc x¹ mÆt trêi vµ bøc x¹ hång ngo¹i, c¸c dßng n¨ng l−îng liªn quan víi sù chuyÓn ®éng cña chÊt láng trong khÝ quyÓn vµ ®¹i d−¬ng. Sù tÝch luü vµ vËn chuyÓn n¨ng l−îng phÝa d−íi bÒ mÆt còng quan träng. Cho môc ®Ých tÝnh to¸n nguån n¨ng l−îng, tÝch luü n¨ng l−îng bÒ mÆt x¶y ra trong thÓ tÝch gi÷a biªn víi khÝ quyÓn vµ ®é s©u d−íi bÒ mÆt n¬i mµ c¸c dßng n¨ng l−îng vµ tèc ®é tÝch luü n¨ng l−îng ®−îc xem lµ kh«ng ®¸ng kÓ. §é s©u nµy cã thÓ nhá chØ vµi mÐt ë nh÷ng vïng ®Êt kh« hoÆc lín ®Õn vµi kil«mÐt nh− trong c¸c vïng ®¹i d−¬ng n¬i n−íc s©u. §èi víi bÒ mÆt n−íc, dßng n¨ng l−îng ngang sinh ra do chuyÓn ®éng chÊt láng phÝa d−íi bÒ mÆt cã thÓ ®ãng vai trß rÊt quan träng. C©n b»ng n¨ng l−îng bÒ mÆt cã thÓ ®−îc viÕt b»ng c¸c ký hiÖu nh− trong (4.1). ∂ E s = G = R s − LE − SH − ∆Feo (4.1) ∂t ∂ trong ®ã E s = G lµ tÝch luü n¨ng l−îng trong líp ®Êt vµ n−íc bÒ mÆt, Rs lµ dßng ∂t n¨ng l−îng bøc x¹ thuÇn ®i vµo bÒ mÆt, LE lµ dßng Èn nhiÖt tõ bÒ mÆt vµo khÝ quyÓn, SH lµ dßng hiÓn nhiÖt tõ bÒ mÆt vµo khÝ quyÓn vµ ∆Feo lµ dßng ngang ra khái cét ®Êt−®¹i d−¬ng phÝa d−íi bÒ mÆt. D−íi ®iÒu kiÖn æn ®Þnh bÒn v÷ng trong ®ã tÝch luü n¨ng l−îng lµ nhá, vÝ dô nh− cã thÓ gi¶ thiÕt lÊy trung b×nh cho toµn n¨m hoÆc trung b×nh ngµy trªn ®Êt, c©n b»ng n¨ng l−îng lµ sù c©n b»ng gi÷a ®èt nãng bøc x¹ vµ c¸c qu¸ tr×nh lÊy ®i n¨ng l−îng tõ bÒ mÆt. Rs = LE + SH + ∆Feo (4.2) Trong phÇn lín c¸c tr−êng hîp th× bøc x¹ ®èt nãng bÒ mÆt, cßn c¸c dßng Èn nhiÖt vµ hiÓn nhiÖt l¹i lµm l¹nh bÒ mÆt, do ®ã c¸c h¹ng tö biÓu diÔn dßng nhiÖt bøc x¹, Èn nhiÖt vµ hiÓn nhiÖt trong (4.1) vµ (4.2) hÇu nh− th−êng mang dÊu d−¬ng (h×nh 4.1) H×nh 4.1 S¬ ®å chØ mèi quan hÖ cña c¸c thµnh phÇn kh¸c nhau trong c©n b»ng n¨ng l−îng bÒ ∂ mÆt (RS=Bøc x¹ thuÇn, LE=Lµm l¹nh bèc h¬i, SH=Lµm l¹nh hiÓn nhiÖt, ES=TÝch luü nhiÖt d−íi ∂t bÒ mÆt, ∆Feo=Ph©n kú dßng n¨ng l−îng ngang d−íi bÒ mÆt) ý nghÜa vËt lý cña (4.1) lµ ë chç, tÝch luü n¨ng l−îng phÝa d−íi bÒ mÆt b»ng bøc x¹ thuÇn ®i vµo trõ ®i l−îng nhiÖt mÊt tõ bÒ mÆt do bèc h¬i, dßng hiÓn nhiÖt vµ vËn chuyÓn nhiÖt theo ph−¬ng ngang ®Õn c¸c vÜ ®é hoÆc kinh ®é kh¸c. Khi x©y dùng (4.1) ta ®· lo¹i bá rÊt nhiÒu thµnh phÇn kh¸c mµ ®èi víi mét ®Þa ph−¬ng hoÆc ®èi víi nh÷ng thêi kú ng¾n chóng cã thÓ lµ quan träng. Nh÷ng thµnh phÇn nµy bao gåm: − Èn nhiÖt lµm tan b¨ng hoÆc tuyÕt vÒ mïa xu©n cã thÓ cÇn ®Õn 10% n¨ng l−îng bøc x¹ d− thõa trong mét thêi ®o¹n nhÊt ®Þnh. − Sù chuyÓn ®æi ®éng n¨ng cña giã vµ sãng thµnh nhiÖt n¨ng, nãi chung nhá. − TruyÒn nhiÖt do gi¸ng thuû cã thÓ xuÊt hiÖn nÕu gi¸ng thuû cã nhiÖt ®é kh¸c nhiÖt ®é bÒ mÆt. C¬ chÕ nµy ®Æc biÖt quan träng khi cã m−a rµo vÒ mïa hÌ, v× n−íc m−a cã thÓ l¹nh h¬n bÒ mÆt nhiÒu vµ nhiÖt dung cña n−íc lín. 79 − Mét l−îng n¨ng l−îng mÆt trêi nµo ®ã kh«ng ®−îc thÓ hiÖn râ d−íi d¹ng nhiÖt, mµ ®−îc tÝch luü d−íi d¹ng liªn kÕt ho¸ häc h×nh thµnh trong qu¸ tr×nh quang hîp. TÝnh chung toµn cÇu lo¹i nµy nhá h¬n 1%, nh−ng cã thÓ ®¹t ®Õn cì 5% mang tÝnh ®Þa ph−¬ng trong mét kho¶ng thêi gian h¹n chÕ. − NhiÖt gi¶i phãng do oxy ho¸ c¸c vËt chÊt sinh vËt, qu¸ tr×nh ng−îc l¹i cña qu¸ tr×nh quang hîp, nh− trong qu¸ tr×nh ph©n huû sinh vËt hoÆc ch¸y rõng. N¨ng l−îng chøa trong vËt chÊt sinh vËt trong qu¸ tr×nh quang hîp ®−îc tr¶ vÒ hÖ thèng khÝ hËu vËt lý th«ng qua sù oxy ho¸. Qu¸ tr×nh nµy x¶y ra quanh n¨m nh−ng thùc hiÖn kh¸ nhanh khi bÒ mÆt nãng vµ Èm. − Trªn qui m« toµn cÇu, sù gi¶i phãng n¨ng l−îng ®Þa nhiÖt ë nh÷ng khe nøt nãn ...