Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 5: Tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên - Nguyễn Thị Bích Yên

Nội dung text: Bài giảng Khí tượng nông nghiệp - Bài 5: Tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên - Nguyễn Thị Bích Yên

1. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên 1. Chu trình tuần hoàn nƣớc trong tự nhiên 2. Độ ẩm không khí 3. Sự bốc hơi nƣớc 4. Sự ngƣng tụ hơi nƣớc 5. Mƣa 1. CHU TRÌNH TUẦN HOÀN NƯỚC TRONG TỰ NHIÊN Nƣớc Chu trình tuần • Hơi hoàn nƣớc • Lỏng • Rắn Đơn vị của các con số trong hình trên là nghìn km3 nƣớc vận chuyển trên một năm. Bề mặt diện tích của trái đất là 510 x 106 km2 Vai trò của chu trình tuần hoàn nƣớc • Nƣớc chiếm tới 80-90% trọng lƣợng cơ thể thực vật • Vận chuyển nƣớc giữa khí quyển, đất liền và đại dƣơng • Vận chuyển năng lƣợng trong khí quyển: hoàn lƣu khí quyển và bão nhiệt đới • Điều hòa độ mặn của nƣớc biển và cung cấp nguồn dinh dƣỡng cho sinh vât biển (quyết định năng suất của hệ sinh thái biển) 1
2. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 2. Độ ẩm không khí Áp suất hơi nƣớc • Các đại lƣợng đặc trƣng cho độ ẩm không khí Vapor Pressure – Áp suất hơi nƣớc (sức trƣơng hơi nƣớc - e) • Còn gọi là sức trƣơng hơi nƣớc – e – Áp suất hơi nƣớc bão hòa (es) – Độ ẩm riêng • là phần áp suất do hơi nƣớc chứa trong – Độ ẩm tuyệt đối không khí gây ra và đƣợc tính bằng miliba – Độ ẩm tƣơng đối (mb) hay milimét của cột thuỷ ngân – Độ thiếu hụt bão hòa (mmHg) – Điểm sƣơng -3 2 • Ảnh hƣởng của độ ẩm không khí đối với sản xuất • Đơn vị quy đổi: 1mb = 10 bar = 100 N/m nông nghiệp = 100Pa; 1mb = 3/4 mmHg • Biện pháp điều tiết và sử dụng độ ẩm không khí Các bƣớc dẫn tới sự bão hòa hơi Áp suất hơi nƣớc bão hòa nƣớc trong không khí (Saturation Vapor Pressure) Là áp suất hơi nƣớc ứng với giới hạn tối đa ở một nhiệt độ xác định 7,6T/(242 + T) es(T) = 6,1 x 10 0 es(T) là áp suất hơi nƣớc bão hoà ở nhiệt độ T( C), đơn vị mb o es (0 C) = 6,1mb Áp suất hơi nƣớc bão hòa Diễn biến hàng ngày của áp suất hơi nƣớc es áp suất hơi nƣớc bão hòa ea áp suất hơi nƣớc của không khí 2
3. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Diễn biến áp suất hơi nƣớc theo mùa Độ ẩm riêng và độ ẩm tuyệt đối • Độ ẩm riêng – Là lƣợng hơi nƣớc tính bằng gam chứa trong 1 kg không khí ẩm (g/kg) • Độ ẩm tuyệt đối – Là lƣợng hơi nƣớc chứa trong 1m3 không khí (g/m3) 0,81 a (g/m3) = x e 1 + αt α là hệ số dãn nở của không khí (0,00366) và e là áp suất hơi nƣớc (mb) Độ ẩm tƣơng đối Diễn biến của độ ẩm tuyệt đối • Nếu chúng ta có áp suất hơi nƣớc của không khí là ea ở nhiệt độ ta và áp suất hơi nƣớc bão hoà ở nhiệt độ ta là es(ta) thì độ ẩm tƣơng đối là tỷ lệ phần trăm giữa ea và es(ta) ea R (%) = x 100 e (t ) s a • Độ ẩm tƣơng đối đặc trƣng cho trạng thái ẩm của không khí. • Nếu ea es(ta) không khí quá bão hòa hơi nƣớc Diễn biến độ ẩm tƣơng đối Độ thiếu hụt bão hòa • Độ thiếu hụt bão hoà hay độ hụt ẩm (d) là hiệu số giữa áp suất hơi nƣớc bão hoà và áp suất hơi nƣớc trong không khí ở một nhiệt độ xác định D = es(ta) – ea • Độ d cho biết độ ẩm của khối không khí xa hay gần trạng thái bão hòa 3
4. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Diễn biến hàng ngày của độ Diễn biến hàng năm của độ thiếu hụt bão hòa thiếu hụt bão hòa Điểm sƣơng Điểm sƣơng và áp suất hơi • Điểm sƣơng  là nhiệt độ mà tại đó hơi nƣớc nƣớc chứa trong không khí đạt tới trạng thái bão hoà ea = es() • Khi ta = , khối độ ẩm không khí đạt tới trạng thái bão hòa, khoảng cách giữa ta và  càng lớn, không khí càng xa trạng thái bão hòa Mối quan hệ giữa áp suất hơi nƣớc bão hòa Diễn biến hàng ngày của điểm và độ ẩm tƣơng đối với nhiệt độ sƣơng và nhiệt độ không khí 4
5. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Ảnh hƣởng của độ ẩm không khí đối Biện pháp điều tiết và sử dụng độ ẩm với sản xuất nông nghiệp không khí • Cƣờng độ thoát hơi nƣớc của cây • Điều tiết – Tăng lên năm lần khi độ ẩm không khí 90-95% giảm xuống còn 50% – Trồng đai cây bảo vệ trên cánh đồng nhằm ngăn gió • Các loại cây trồng khác nhau có nhu cầu ẩm khác nhau: khô và hạn chế tốc độ phân tán hơi ẩm bông và hồ tiêu?? – Xây dựng hệ thống tƣới tiêu hoàn chỉnh tạo điều kiện • Độ ẩm không khí cao kéo dài thời gian sinh trƣởng và thu cho cây trồng đƣợc tƣới đầy đủ hoạch của cây – Trồng xen hoặc tăng mật độ cây trồng làm tăng độ • Độ ẩm quá cao hoặc quá thấp làm giảm sức sống của hạt ẩm không khí phấn. Độ ẩm quá cao làm giảm sự lan truyền của hạt phấn • Ảnh hƣởng đến quá trình bảo quản nông sản – Trồng rừng và đào hồ để cải thiện độ ẩm không khí – Hạt ngũ cốc: yêu cầu độ ẩm không khí thấp; độ ẩm cao kết hợp với trên quy mô rộng nhiệt độ cao làm giảm chất lƣợng và trọng lƣợng của hạt nghiêm trọng. • Cần nắm vững diễn biến độ ẩm không khí theo – Rau quả: yêu cầu độ ẩm không khí cao và nhiệt độ thấp không gian và thời gian, đồng thời nắm vững • Ảnh hƣởng tới sự phát triển của sâu bệnh nhu cầu độ ẩm của các loại cây khác nhau nhằm bố trí cây trồng cho hợp lý 3. Sự bốc hơi nƣớc Khái niệm • Khái niệm • Bốc hơi nƣớc (Evaporation) là quá trình nƣớc từ trạng thái • Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự bốc hơi lỏng hoặc rắn chuyển sang – Bốc hơi từ mặt nƣớc trạng thái hơi – Bốc hơi từ mặt đất • Bốc hơi nƣớc xảy ra bằng – Thoát hơi nƣớc từ thực vật nhiều cách – Bốc hơi trên mặt nƣớc thoáng – Thoát hơi nƣớc từ lá thực vật Bốc thoát hơi (Transpiration) nước - – Bốc hơi nƣớc từ mặt đất Evapotranspiration Sự bốc và thoát hơi nƣớc (Evaporation and transpiration) Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự • Khái niệm bốc hơi • Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự bốc hơi • Năng lƣợng nhiệt cung cấp tiềm nhiệt – Bốc hơi từ mặt nƣớc (latent heat) cho quá trình bốc hơi (bức xạ thuần, nhiệt độ không khí) – Bốc hơi từ mặt đất • Khả năng vận chuyển hơi nƣớc ra khỏi bề – Thoát hơi nƣớc từ thực vật mặt bốc hơi (gió, độ ẩm) • Bốc hơi nƣớc và sự thay đổi khí hậu • Sự sẵn có của nƣớc để cung cấp cho quá trình bốc hơi (độ ẩm đất) • Bốc hơi tiềm năng là sự bốc hơi khi nƣớc cung cấp không bị giới hạn 5
6. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Bốc hơi từ mặt nƣớc Bốc hơi từ mặt đất • Trạng thái vật bốc hơi: nƣớc ở trạng thái • Đất cát bốc hơi nhanh hơn đất giàu mùn, đất sét lỏng bốc hơi mạnh hơn ở trạng thái rắn • Đất càng ẩm bốc hơi càng nhiều • Mặt đất gồ ghề bốc hơi nhiều hơn mặt đất bằng • Diện tích mặt ngoài lớn sẽ bốc hơi nhanh phẳng. Nơi có đất cao bốc hơi mạnh hơn nơi hơn đất thấp, đất lõm. • Khi ẩm, mặt đất màu sẫm bốc hơi mạnh hơn đất • Nhiệt độ vật bốc hơi càng cao thì tốc độ màu nhạt bốc hơi càng lớn vì động năng phân tử lớn • Đất có kết cấu cục bốc hơi mạnh hơn đất có kết cấu đoàn lạp • Nƣớc có nhiều tạp chất sẽ bốc hơi chậm • Đất có mạch nƣớc ngầm càng cao bốc hơi càng hơn nƣớc tinh khiết do làm giảm diện tích mạnh bề mặt bốc hơi. • Tốc độ bốc hơi trực tiếp từ mặt đất có thực vật che phủ chậm hơn so với đất trống Thoát hơi nƣớc từ thực vật Hiệu quả sử dụng nƣớc • Điều kiện vật lý khí quyển Water Use Efficiency (WUE) – Nhiệt độ – Độ thiếu hụt bão hòa TRỌNG LƢỢNG CHẤT KHÔ (Kg) – Tốc độ gió WUE = LƢỢNG NƢỚC THOÁT HƠI QUA BỀ • Chủng loại cây trồng MẶT LÁ (Kg) – Số lƣợng khí khổng và sự đóng mở khí khổng (stomatal conductance) – Hiệu quả sử dụng nƣớc cây trồng – Hệ số thoát hơi nƣớc cây trồng Hệ số thoát nƣớc cây trồng Bốc thoát hơi nƣớc tiềm năng đƣợc tính bằng sự bốc Crop Coefficients (k ) thoát hơi nƣớc của một thảm cỏ có chiều cao 0,12 m c đƣợc cung cấp đầy đủ nƣớc. ETo sẽ thay đổi theo mùa phụ thuộc vào điều kiện thời tiết ETo – bốc thoát hơi nƣớc tiềm năng, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Etc tƣơng ứng với bốc thoát hơi nƣớc thực tế trên quần thể cây trồng Kc phụ thuộc vào loại cây trồng 6
7. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Hệ số thoát hơi nước cây trồng – Sự hấp thụ ánh sáng – Diện tích bề mặt tán quần thể thực vật (mức độ ghồ ghề) – Sinh lý cây trồng – Tuổi Etc – đo thực tế ETo – ƣớc tính dựa vào công thức Hệ số sử dụng nƣớc ở các giai K của một số loại cây trồng đoạn sinh trƣởng cây trồng c 7
8. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Sự bốc và thoát hơi nƣớc (Evaporation and transpiration) • Khái niệm • Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự bốc hơi – Bốc hơi từ mặt nƣớc – Bốc hơi từ mặt đất – Thoát hơi nƣớc từ thực vật • Bốc hơi nƣớc và sự thay đổi khí hậu 4. Sự ngƣng kết hơi nƣớc Khái niệm • Là quá trình hơi nƣớc từ thể hơi chuyển • Khái niệm sang thể lỏng hoặc thể rắn. • Các sản phẩm ngƣng tụ • Điều kiện ngƣng kết – e ≥ E(t ) khi t  – Sƣơng và sƣơng muối a a a • chuyển động ngang (bình lƣu) tràn lên bề mặt đệm – Sƣơng mù lạnh hơn – Mây • mất nhiệt về ban đêm do bức xạ • xáo trộn các khối không khí đã bão hoà hoặc gần tới bão hoà có nhiệt độ khác nhau. • không khí chuyển động lên cao – Có hạt nhân ngƣng kết hơi nƣớc – Nếu không có hạt nhân ngƣng kết, sự ngƣng tụ chỉ xảy ra khi r = 400-600% Sự ngƣng kết hơi nƣớc Sƣơng và sƣơng muối • Hình thành trên mặt đất hay trên các vật thể • Khái niệm ngay trên mặt đất lạnh • Do bức xạ mặt đất • Các sản phẩm ngƣng tụ • Sƣơng đƣợc hình thành trong điều kiện ≥0oC – Sƣơng và sƣơng muối còn sƣơng muối hình thành khi ≤0oC – Sƣơng mù • Sự hình thành sƣơng có lợi cho cây trồng còn sƣơng muối thí ngƣợc lại – Mây • Sự hành thành sƣơng sẽ ngăn cản sự hình • Mƣa khí quyển thành sƣơng muối • Mƣa hữu hiệu • Điều kiện thuận lợi cho sƣơng và sƣơng muối hình thành: – Sƣơng và sƣơng muối – trời quang mây và gió nhẹ – Sƣơng mù – Thƣờng thấy ở các thung lũng và vùng trũng 8
9. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam Sƣơng mù bốc hơi (steam fog) Sƣơng mù • Hình thành ở lớp không khí gần mặt đất • Hạt sƣơng mù có kích thƣớc 2-5 • Sƣơng mù đƣợc hình thành khi không khí bị lạnh đi hoặc lƣợng hơi nƣớc đƣợc tăng lên gây ra sự bão hòa hơi nƣớc • Các loại sƣơng mù – Sƣơng mù bức xạ (radiation fog): mặt đất lạnh đi do bức xạ mặt đất – Sƣơng mù bình lƣu (advection fog): không khí ẩm, nóng chuyển động trên mặt đất lạnh – Sƣơng mù bốc hơi (steam fog): lƣợng hơi nƣớc gia tăng khi không khí đi qua mặt sông, hồ – Sƣơng mù thành phố Sƣơng mù thành phố Mây • Là tập hợp những sản phẩm ngƣng kết hay thăng hoa ở các độ cao khác nhau trong khí quyển • Các cơ chế bốc lên cao của không khí dẫn đến sự ngƣng tụ tạo thành mây – Đối lƣu – Địa hình – Front – Trong vùng áp thấp (Mây ti) Các loại (Ti tích) mây chính và độ cao (Ti tằng) của chúng Slide 2 (Trung tích) (Vũ tích) (Trung tằng) (Vũ tằng) Các cơ chế thăng lên cao của không khí (Tằng tích) (Mây tích) (Mây tằng) 9
10. Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam 5. Mƣa khí quyển Định nghĩa • Định nghĩa • Một số quy định về mƣa • Là tên gọi chung của nƣớc ở trạng thái lỏng hay rắn rơi từ các đám mây xuống • Phân bố mƣa mặt đất dƣới dạng mƣa nƣớc, mƣa tuyết – Không gian hay mƣa đá. – Thời gian Một số quy định • Quy định về lƣợng mƣa • Lƣợng mƣa đƣợc xác định bằng bề dầy của lớp nƣớc tính bằng mm đã rơi xuống bề mặt trái đất – Mƣa không đáng kể : 100 mm • Cƣờng độ mƣa là lƣợng mƣa tính ra mm rơi trong một phút. Cƣờng độ mƣa vƣợt quá 1mm/phút gọi là mƣa rào. • Quy định về diện mƣa: – Mƣa vài nơi: số trạm có mƣa 1/3 tổng số trạm có mƣa trong khu vực – Mƣa rải rác: số trạm có mƣa từ 1/3 -1/2 tổng số trạm có mƣa trong khu vực – Mƣa nhiều nơi: số trạm có mƣa > 1/2 tổng số trạm có mƣa trong khu vực Phân bố lƣợng mƣa Phân bố lƣợng mƣa • Theo thời gian: • Theo không gian – Chu kỳ ngày đêm: trên các lục địa thƣờng mƣa – Lƣợng mƣa tăng theo chiều cao. Sƣờn đón vào nửa ngày buổi chiều. Trên đại dƣơng thƣờng gió mƣa nhiều hơn sƣờn khuất gió mƣa vào ban đêm và sáng sớm. – Từ xích đạo đến hai cực: – Chu kỳ năm: • Khu vực xích đạo lƣợng mƣa rất phong phú, trung bình năm trên 2000 mm. • ở khu vực xích đạo, mƣa nhiều vào xuân phân và thu phân, mƣa ít vào sau hạ chí và đông chí. • Đến khu vực á nhiệt đới và các vùng hoang mạc nội địa ôn đới bắc bán cầu mƣa rất ít. Trung bình • ở các khu vực gió mùa, mƣa lớn vào mùa hè và mƣa ít năm chỉ khoảng 100 - 250mm. vào mùa đông. • Khu vực ôn đới lƣợng mƣa lại tăng lên, trung bình • Miền á nhiệt đới, mƣa phần lớn rơi vào mùa đông, mùa năm 500-1000 mm. ở các vĩ độ cao lƣợng mƣa lại hè mƣa ít. giảm xuống chỉ còn 200-300 mm/năm. 10