Bài 19. Khí áp và gió trên Trái Đất

CHƯƠNG 4
KHÍ ÁP VÀ GIÓ
I. KHÍ ÁP
Khí áp là áp suất khí quyển đặt lên bề mặt đất. Áp suất của khí quyển lên bề mặt đại dương bằng áp suất của cột thuỷ ngân cao 760 mm có thiết diện 1 cm2 trên cùng mức với nhiệt độ bằng 00C, ở vĩ độ 450.
Các đơn vị thường dùng để đo khí áp là bar hoặc milibar (mb) và Pascan (Pa), đin.
Khí áp chuẩn (760 mm Hg) = 1.013.250 đin/cm2
1 mb = 1000 đin 1 mm Hg = 1,33 mb
1 mb = 0,75 mm Hg 1 mm Hg = 133,522 Pa

Sự phân bố khí áp trên bề mặt Trái Đất
* Tháng 1:
Sự phân bố khí áp tháng giêng thể hiện khí áp thấp ở xích đạo, áp suất giảm chỉ còn khoảng 1010 mb.
Ở hai bên xích đạo ở vào khoảng vĩ độ 30 - 350 là hai đới áp cao được phân thành những miền khép kín áp suất đạt >1020mb, các miền này được cách nhau bởi các áp thấp lục địa bị đố�t nóng.
- Ơ� Nam bán cầu có các trung tâm khí áp cao: nam Ấn Độ Dương, nam Thái Bình Dương, nam Đại Tây Dương, bị ngăn cách bởi áp thấp lục địa.
- Còn ở Bắc bán cầu do bị hóa lạnh mạnh mẽ, các trung tâm áp cao hình thành trên đại dương: Acoras (Axorat) và Hawaii (Ha oai) với áp suất ở trung tâm vào khoảng 1020 -1023 mb.
Chúng được nối với cực đại châu Á, và cực đại trên lục địa Bắc Mĩ (Canađa), cực đại này trải rộng từ các vĩ độ chí tuyến, cận chí tuyến đến ôn đới và cận cực thành một dải gần như bao bọc bán cầu bắc
- Trên vùng đại dương ôn đới và cận cực thuộc Bắc bán cầu, tồn tại các trung tâm hạ áp: Ireland trên Đại Tây Dương với áp suất ở trung tâm gần 997 mb và Aleutian (Alêut) trên Thái Bình Dương với áp suất gần 1000 mb.
- Ơ� các vĩ độ ôn đới Nam bán cầu hình thành một dải áp thấp.
- Tại Bắc cực tồn tại vùng áp cao, nhưng chỉ vùng Greenland mới có đường đẳng áp khép kín (1016 mb).
Cũng giống như Bắc cực, ở Nam cực cũng tồn tại cực đại khí áp ổn định.
Sự phân bố khí áp tháng 1
* Tháng 7:
Áp thấp xích đạo di chuyển một chút về Bắc bán cầu so với vị trí tháng 1.
Ở chí tuyến trên lục địa áp thấp phát triển xa về phía chí tuyến và ôn đới Bắc bán cầu tạo thành một dải áp thấp mùa hè với tâm ở khoảng 300 B.
Cực đại Acoras (Axorat) và Hawaii cũng đi lên phía bắc và mạnh lên.
Áp thấp ôn đới và cận cực Ireland và Aleutian vẫn tồn tại trên đại dương nhưng yếu đi, nối với các áp thấp lục địa thành một dải áp thấp kéo dài.
Ở Nam bán cầu, trên các vĩ độ chí tuyến và cận chí tuyến, các áp cao trên đại dương (nam TBD, nam ��ÂDD, nam ĐTD), trải rộng ra các lục địa lạnh tạo thành một dải áp cao.
Ơ� các vĩ độ ôn đới và cận cực của Nam bán cầu vẫn là đới áp thấp.
Bắc cực và Nam cực vẫn là trung tâm áp cao.
Tính trung bình năm, có đới áp thấp ở xích đạo, đới áp cao cận chí tuyến, phân thành các cực đại riêng trên đại dương.
Đới áp thấp ôn đới thể hiện rõ rệt thành một dải ở Nam bán cầu, còn ở Bắc bán cầu là các cực tiểu khí áp.
Hai cực là hai áp cao tồn tại quanh năm.
Các trung tâm khí áp có thể tồn tại thường xuyên cũng có thể tồn tại theo mùa.
Các trung tâm tồn tại thường xuyên là: áp thấp xích đạo, áp cao cận chí tuyến trên đại dương và áp thấp cận cực trên đại dương, cực đại ở cực.
Các trung tâm hoạt động theo mùa: cực đại mùa đông và cực tiểu mùa hè trên các lục địa ôn đới, lục địa cận chí tuyến.
Càng lên cao, ảnh hưởng của mặt đệm đến sự phân bố khí áp ngày càng giảm.
Sự kế tiếp nhau của các đới áp cao và thấp trên mặt đất lên cao sẽ bị mất dần.
Sự phân bố khí áp tháng 7.
Sự phân bố khí áp trên Trái Đất
- Ở xích đạo do nhận được nhiệt bức xạ Mặt Trời lớn trong năm, nên không khí được đốt nóng, khí áp ở bên dưới giảm đi hình thành áp thấp xích đạo phát sinh do nhiệt.
- Ở chí tuyến là áp cao cận chí tuyến phát sinh do động lực, do không khí từ xích đạo di chuyển đi lên và giáng xuống ở khu vực chí tuyến.
- Ở ôn đới là áp thấp ôn đới phát sinh do động lực.
- Ở cực do nhận được ít nhiệt bức xạ Mặt Trời, không khí lạnh co lại, nén xuống bề mặt đất làm cho mật độ không khí tăng lên, ở cực hình thành khí áp cao phát sinh do nhiệt.
II. CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÔNG KHÍ
1. Các khái niệm:
- Gió:
Là sự chuyển động của không khí theo chiều ngang, không khí chuyển động từ nơi có khí áp cao đến nơi có khí áp thấp.
Các đại lượng đặc trưng cho gió là tốc độ, cường độ và hướng gió.
- Sức gió:
Là áp suất của không khí chuyển động, tác động lên vật, đo bằng kilogam trên mét vuông (kg/m2). Sức gió tỉ lệ thuận với vận tốc gió:
P = 0,25 V2 (kg/m2)
Trong đó: P là sức gió, V là tốc độ gió; 0,25 là hệ số .
Hướng gió phụ thuộc vào:
- Hướng của gradien khí áp.
- Lực côriôlit (lực làm lệch do chuyển động tự quay của Trái Đất).
- Lực ma sát và gió trong các xoáy thì còn phụ thuộc vào lực li tâm hoặc hướng tâm.
2. Chuyển động của không khí
a. Chuyển động ổn định trong trường hợp các đường đẳng áp thẳng song song:
* Trường hợp không có ma sát
Trong trường hợp các đường đẳng áp thẳng thì người ta gọi là gió địa chuyển.
* Trường hợp có ma sát
Khi không khí chuyển động sẽ chịu tác động của lực ma sát, đó là ma sát bên ngoài, còn bản thân của không khí cũng chịu một lực ma sát trong do tính nhớt của nó gây ra.
Khi có ma sát, tốc độ gió nhỏ hơn không ma sát với cùng các điều kiện như nhau.
b. Chuyeån ñoäng oån ñònh trong tröôøng hôïp caùc ñöôøng ñaúng aùp troøn
* Tröôøng hôïp khoâng coù ma saùt
Ñoái vôùi caùc ñöôøng ñaúng aùp kheùp kín, taïi trung taâm coù theå laø aùp thaáp (xoaùy thuaän), coù theå taïi trung taâm laø aùp cao (xoaùy nghòch).
Trong vuøng khí aùp cöïc tieåu:
Löïc gradien khí aùp höôùng veà phía aùp thaáp phaùp tuyeán vôùi ñöôøng ñaúng aùp .
Khi chuyeån ñoäng cuûa khoâng khí laø chuyeån ñoäng oån ñònh vaø giaû söû khoâng coù ma saùt, löïc coârioâlit vaø löïc li taâm coù höôùng ngöôïc chieàu vôùi höôùng cuûa löïc gradien khí aùp vaø caân baèng vôùi löïc naøy.

III. XOÁY THUẬN VÀ XOÁY NGHỊCH
1. Các khái niệm
Hội tụ: là do các đường dòng tiến về phía nhau hoặc do vận tốc giảm về phía trước.
Phân kì: là do các đường dòng mở rộng ra và vận tốc tăng về phía trước.
a. b.
HỘI TỤ
PHÂN KÌ
Xoáy thuận:
Là các xoáy khí quyển thăng lên với trục quay thẳng đứng ngược chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu, thuận chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu, khí áp giảm từ ngoài vào trong.
Gió thổi từ ngoài vào trong tâm áp thấp.
Đặc trưng của thời tiết trong xoáy thuận là ẩm, có nhiều mây và mưa.
Xoáy nghịch:
Là các xoáy khí quyển giáng xuống với trục quay thẳng đứng thuận chiều kim đồng hồ ở Bắc bán cầu, ngược chiều kim đồng hồ ở Nam bán cầu.
Khí áp tăng từ ngoài vào tâm (cực đại khí áp ở tâm), với hệ thống gió thổi từ tâm ra ngoài.
Xoáy nghịch đặc trưng bởi thời tiết khô, trong sáng, ít mây, hiếm mưa, mùa hè nóng, mùa đông lạnh.
Căn cứ vào đặc điểm phát sinh và phát triển người ta chia thành các loại xoáy:
Xoáy thuận: - Xoáy thuận ngoại nhiệt đới.
- Xoáy thuận nhiệt đới.
Xoáy nghịch: - Xoáy nghịch nhiệt đới.
- Xoáy nghịch cận chí tuyến.
2. Xoáy thuận
a. Xoáy thuận ngoại nhiệt đới


b. Xoáy thuận nhiệt đới
Có nhiều lý thuyết về xoáy thuận nhiệt đới, nhưng vẫn chưa có lý thuyết nào bao quát cho tất cả các xoáy thuận phát sinh trên miền nhiệt đới.
Nghiên cứu sự phát sinh của các trung tâm xoáy thuận người ta cho rằng:
Các xoáy thuận nhiệt đới chỉ phát triển trên miền biển nóng, có nhiệt độ năm lớn hơn 260C.
Trừ phần phía đông nam TBD và phần nam ĐTD, các xoáy thuận nhiệt đới có thể xuất hiện bất kỳ thời gian nào trong năm trên các đại dương nhiệt đới.

Vì ở đây có dòng biển lạnh nên nhiệt độ mặt nước thấp hơn các phần đại dương nhiệt đới khác, nguồn nhiệt này không đủ để cung cấp cho sự hình thành xoáy thuận nhiệt đới.
Xoáy thuận nhiệt đới quan sát thấy nhiều nhất ở phần phía bắc Thái Bình Dương.
Ơ� đây trung bình một năm có 32 xoáy thuận với tần xuất lớn nhất vào cuối mùa hè.
Ở Đại Tây Dương (miền nhiệt đới) có khoảng 10 xoáy thuận một năm.
Ở tây nam TBD cũng có khoảng 8-10 xoáy thuận, còn trên ÂĐD (vùng vịnh Bengan và biển Ả Rập) có khoảng 2-3 xoáy thuận một năm.
3. Xoáy nghịch
Xoáy nghịch bắt đầu hình thành và phát triển khi ở mặt đất xuất hiện một vùng áp cao, không khí từ trung tâm áp cao ở mặt đất tỏa ra ngoài, còn ở trên cao lại có các dòng không khí hội tụ và giáng xuống mặt đất để bù đắp dòng không khí đi từ trung tâm áp cao ra ngoài.
Xoáy nghịch hình thành và phát triển trải qua 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn đầu:
Xoáy nghịch còn trẻ thể hiện bằng những dòng giáng phát triển ở độ cao 2-3 km đến mặt đất.
+ Giai đoạn phát triển:
Các lớp không khí ở trên cao từ 8-12 km bị cuốn vào hoàn lưu xoáy nghịch, đây là giai đoạn phát triển cực đại của xoáy nghịch.
+ Giai đoạn cuối:
Xoáy nghịch ít di động, không khí ít hội tụ ở trên cao và chuyển động giáng xuống tâm của xoáy nghịch dần dần dừng lại, xoáy nghịch tan.
Khi chuyển động đi xuống trong xoáy nghịch, không khí bị nóng lên đoạn nhiệt, tạo nên hiện tượng nghịch nhiệt nén, đối lưu không phát triển, nên thời tiết đặc trưng trong xoáy nghịch là trời trong sáng, ít mây và rất hiếm mưa.
Trên mặt đất, ở tâm xoáy nghịch thường lặng gió nhưng ở ngoại vi của nó có thể có gió lớn hơn.
Xoáy thuận và xoáy nghịch góp phần rất lớn trong việc điều hòa nhiệt và ẩm trên bề mặt Trái Đất.