Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 9

Tầng bình lưu 9.1 Chu kỳ mùa của các hoàn l-u trong tầng bình l-u Cho đến nay, ta đã tập trung nghiên cứu phần lớn đặc điểm tầng đối l-u, tầng khí quyển đ-ợc đặc tr-ng bởi tầng kết t-ơng đối yếu, với gradien nhiệt độ khoảng 67K/km. Tại đỉnh tầng đối l-u, gradien nhiệt độ tiến dần đến phần d-ới 0; tầng bình l-u gần nh- là đẳng nhiệt. Tầng kết có thể đ-ợc xác định t-ơng ứng theo biến đổi của tần số Brunt-Vaisala, tần số này biến đổi từ 10-2 s-1 ở tầng đối l-u đến 2 x...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhập môn hoàn lưu khí quyển - ( ĐH Quốc Gia HN ) - Chương 9 ch−¬ng 9. tÇng b×nh l−u 9.1 Chu kú mïa cña c¸c hoμn l−u trong tÇng b×nh l−u Cho ®Õn nay, ta ®· tËp trung nghiªn cøu phÇn lín ®Æc ®iÓm tÇng ®èi l−u, tÇng khÝ quyÓn ®−îc ®Æc tr−ng bëi tÇng kÕt t−¬ng ®èi yÕu, víi gradien nhiÖt ®é kho¶ng 6- 7K/km. T¹i ®Ønh tÇng ®èi l−u, gradien nhiÖt ®é tiÕn dÇn ®Õn phÇn d−íi 0; tÇng b×nh l−u gÇn nh− lμ ®¼ng nhiÖt. TÇng kÕt cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng øng theo biÕn ®æi cña tÇn sè Brunt-Vaisala, tÇn sè nμy biÕn ®æi tõ 10-2 s-1 ë tÇng ®èi l−u ®Õn 2 x 10-2s-1 trong phÇn d−íi tÇng b×nh l−u. ë phÇn trªn tÇng b×nh l−u, tõ ®é cao 30km ®Õn kho¶ng 50km, nhiÖt ®é t¨ng theo chiÒu cao. Vïng chuyÓn tiÕp sang c¸c ®iÒu kiÖn tÇng kÕt æn ®Þnh ®−îc gäi lμ ®Ønh tÇng ®èi l−u, vïng nμy biÓu hiÖn râ ë c¸c miÒn nhiÖt ®íi vμ «n ®íi. Nã t¨ng dÇn theo c¸c vÜ ®é cùc ®Æc biÖt lμ vμo mïa ®«ng khi ë ®ã kh«ng cã mÆt trêi chiÕu s¸ng. Ph©n tÇng t¹i ®Ønh tÇng ®èi l−u t¨ng ®ét ngét cã nghÜa lμ tÇng b×nh l−u sÏ cã c¬ chÕ ®éng lùc kh¸c xa so víi tÇng ®èi l−u. BÊt æn ®Þnh tμ ¸p gÇn nh− bÞ triÖt tiªu vμ c¸c nhiÔu ®éng chñ yÕu bÞ chÆn ë mùc d−íi. TÇng kÕt ®ãng vai trß nh− mét m¸y läc, lo¹i bá nh÷ng nhiÔu ®éng quy m« nhá vμ chØ cho phÐp nh÷ng sãng dμi nhÊt truyÒn qua tÇng ®èi l−u ®Õn c¸c ®é cao lín h¬n trong tÇng b×nh l−u. Do ®ã, c¸c nhiÔu ®éng cã b−íc sãng ng¾n h¬n sÏ bÞ gi÷ l¹i trong tÇng ®èi l−u, ë ®ã nã ®ãng vai trß nh− mét sãng dÉn, biªn trªn cña nã sÏ lμ ®Ønh tÇng ®èi l−u. Ch−¬ng 9 sÏ minh ho¹ qu¸ tr×nh chän läc nμy. C¸c tr−êng ®· ®−îc ®−a ra tõ tËp ph©n tÝch cña Trung t©m dù b¸o thêi tiÕt h¹n võa Ch©u ¢u (ECMWF) biÓu diÔn m« h×nh syn«p cña dßng khÝ trong cïng thêi gian ph©n tÝch vμo mïa ®«ng, nh−ng t¹i c¸c mùc kh¸c nhau trong ph¹m vi tõ phÇn trªn tÇng ®èi l−u ®Õn phÇn gi÷a tÇng b×nh l−u. T¹i mùc 300hPa, cã thÓ thÊy nhiÒu r·nh s©u liªn quan víi hÖ thèng ¸p thÊp mÆt ®Êt còng nh− ¸p cao phÝa t©y Ireland vμ mét sè nhiÔu ®éng kh¸c. T¹i c¸c mùc cao h¬n cã thÓ thÊy ë gÇn mùc 30hPa (kho¶ng 24km trªn mÆt ®Êt) cã thÓ nh×n thÊy râ mét xo¸y nghiªng tõ cùc vÒ phÝa B¾c ¢u vμ mét xo¸y nghÞch yÕu trªn vïng b¾c Th¸i B×nh D−¬ng. KÕt qu¶ ph©n tÝch Fourier tr−êng hμm dßng t¹i c¸c mùc cao h¬n cho thÊy dßng vÜ h−íng bao gåm c¸c sãng víi sè sãng tõ mét ®Õn ba. Vμo mïa hÌ, t×nh h×nh t−¬ng tù nh−ng phøc t¹p h¬n cã thÓ thÊy nh− c¸c nhiÔu ®éng sãng. Ph©n bè hμm dßng ngμy 22 th¸ng 7 n¨m 1986 ®−îc biÓu diÔn trªn H×nh 9.2. T¹i mùc 300hPa, ®íi giã t©y «n ®íi rÊt Ýt bÞ nhiÔu ®éng, c¸c hÖ thèng tøc thêi víi biªn ®é lín râ trªn c¶ hai ®¹i d−¬ng. T¹i mùc 100hPa, xo¸y thuËn gÇn nh− bÞ triÖt tiªu, chØ cßn l¹i rÊt mê trªn B¾c Mü. Thay vμo ®ã, tr−êng dßng t¹i mùc nμy thèng trÞ bëi xo¸y nghÞch trªn vïng Trung §«ng vμ Trung ¸ liªn quan víi giã mïa Ch©u ¸. §Æc ®iÓm cña c¸c xo¸y nghÞch nμy trë nªn râ nÐt h¬n t¹i mùc 50hPa, trong khi ®ã t¹i mùc - 252 - 30hPa mét xo¸y nghÞch ®èi xøng trôc l¹i cã t©m ë cùc b¾c vμ bao phñ toμn bé b¸n cÇu mïa hÌ. H×nh 9.1 Ph©n bè hµm dßng ngµy 22/ 01/1987 t¹i c¸c mùc kh¸c nhau trªn B¾c B¸n CÇu. (a) 300hPa (kho¶ng 9km); (b) 100hPa (kho¶ng 17km); (c) 30hPa (kho¶ng 26km) vµ (d) 10hPa (kho¶ng 34km). Kho¶ng gi÷a ®−êng ®¼ng trÞ lµ 107m2s-1 Lý thuyÕt tr×nh bμy trong môc 6.4 cho ta mét gi¶i thÝch ®óng ®¾n vÒ sù biÕn ®æi ®Æc tr−ng cña c¸c dßng trªn cao chØ ra trªn H×nh 9.1, vμ ta sÏ ¸p dông lý thuyÕt nμy cho tÇng b×nh l−u trong môc 9.2. Nh−ng tr−íc tiªn cÇn ¸p dông ®Ó gi¶i thÝch cho dßng trung b×nh vÜ h−íng trong tÇng b×nh l−u. Dßng nμy chñ yÕu bÞ chi phèi bëi ho¹t ®éng bøc x¹, nh−ng bÞ biÕn ®æi m¹nh bëi sù truyÒn nhiÖt ®éng lùc víi cã mét chu kú mïa ®Æc tr−ng. - 253 - H×nh 9.2 T−¬ng tù H×nh 9.1 nh−ng lµ ph©n bè hµm dßng ngµy 22/07/1986. (a) mùc 300hPa; (b) mùc 100hPa; (c) mùc 30hPa vµ (d) mùc 10hPa. Kho¶ng gi÷a ®−êng ®¼ng trÞ lµ 5 x 106m2s-1. (CÇn l−u ý ph¶i chuyÓn 10kPa sang 100hPa tøc lµ sang mb, vÝ dô 10kPa=100hPa) KhÝ quyÓn hÊp thô kho¶ng 1% bøc x¹ mÆt trêi tíi khÝ quyÓn, phÇn lín lμ bøc x¹ cùc tÝm. Nh−ng do mËt ®é kh«ng khÝ ë ®©y rÊt nhá nªn kÕt qu¶ lμ tèc ®é ®èt nãng trë nªn ®¸ng kÓ. H×nh 9.3 biÓu diÔn dßng bøc x¹ mÆt trêi trung b×nh ngμy tíi ®Ønh khÝ quyÓn nh− hμm cña vÜ ®é vμ thêi gian trong n¨m. §é n¾ng cùc ®¹i xuÊt hiÖn vμo ngμy h¹ chÝ. GÇn ngμy ®«ng chÝ, ë c¸c ®Ønh cùc sÏ hoμn toμn kh«ng ®−îc chiÕu s¸ng. TÇng khÝ quyÓn hÊp thô bøc x¹ cùc tÝm m¹nh nhÊt vμ quan träng nhÊt lμ tÇng «zon, «zon lμ ph©n tö ®−îc liªn kÕt bëi ba nguyªn tö «xy. ¤zon cã ¸p suÊt riªng cùc ®¹i t¹i mùc kho¶ng 25km vμ tû sè hçn hîp cùc ®¹i t¹i mùc 50km. TÇng «zon ®¹t ®−îc hiÖu øng lín nhÊt trong viÖc hÊp thô bøc x¹ tia cùc tÝm v¬i b−íc sãng nhá h¬n 300nm. Do ®ã, tèc ®é ®èt nãng cùc ®¹i, lªn tíi 12K/ngμy, xuÊt hiÖn ë ®Ønh tÇng «zon t¹i mùc kho¶ng 50 km. §©y chÝnh lμ m« h×nh cña sù ®èt nãng x¸c ®Þnh râ rμng profile nhiÖt ®é tuyÕn tÝnh th¼ng ®øng cña khÝ quyÓn víi tÇng kÕt æn ®Þnh tõ ®Ønh tÇng ®èi l−u ®Õn ...