Trng i hc Nụng nghip 1 - Giỏo trỡnh Khớ tng Nụng nghip i

Bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học nông nghiệp I
o0o đoàn văn điếm
(chủ biên)
giáo trình
khí tợng nông nghiệp

các tác giả: trần đức hạnh
Lê quang vĩnh
Nguyễn thanh bình
Hà Nội - 2008

5. Những ñiểm mới của giáo trình:
Căn cứ vào nhiệm vụ giảng dạy của khối ngành Nông - Lâm ở bậc Ðại học và khung
chương trình ñào tạo mới ñưọc Hội ñồng tư vấn Bộ Giáo dục và Ðào tạo thông qua, trên cơ
sở cuốn Giáo trình Khí tượng nông nghiệp của trường ÐHNNI xuất bản năm 1997 và các tài
liệu trong và ngoài nước cùng nhiều ý kiến ñóng góp của các chuyên gia, giáo trình Khí
tượng nông nghiệp lần này ñã cập nhật các kiến thức mới, bổ sung các nội dung phù hợp với
mục tiêu ñào tạo của các ngành học. Giáo trình ñã bổ sung thêm các chương về tác ñộng của
các yếu tố khí tượng tới sinh vật ( chương VI), thiên tai khí tượng nông nghiệp (chương VII),
biến ñổi khí hậu (chương IX) và phần thực tập khí tượng nông nghiệp (phần E). Giáo trình
cũng ñã bổ sung nội dung về mối quan hệ giữa khí hậu và sản xuất nông nghiệp (mục I, phần
A), Thực trạng và giải pháp sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu ở Việt Nam (mục 1 và 2,
chương X). Ngoài ra giáo trình lần này ñã hiệu ñính chuẩn xác nhiều kiến thức, công thức
ñịnh lượng và số liệu khí tượng… cung cấp cho bạn ñọc nguồn tài liệu sử dụng trong nghiên
cứu khoa học.
6. Hướng dẫn sử dụng Giáo trình:
Giáo trình viết cho nhiều chuyên ngành, tùy từng chuyên ngành khi sử dụng có thể
chọn lựa các chương chuyên sâu phù hợp ñể giảng dạy cho sinh viên. Nếu sử dụng cho 3 ñơn
vị học trình (3 ðVHT), nên giảng lý thuyết 35 tiết (2 ÐVHT) và thực tập 10 tiết (1 ÐVHT).
7. Tài liệu tham khảo khi ñọc Giáo trình:
1. Trần ðức Hạnh, Văn Tất Tuyên, ðoàn Văn ðiếm, Trần Quang Tộ, Giáo trình khí tượng
nông nghiệp. NXB Nông nghiệp, H. - 1997
2. Trần ðức Hạnh, ðoàn văn ðiếm, Nguyễn Văn Viết, Lý thuyết về khai thác hợp lý nguồn tài
nguyên khí hậu nông nghiệp, Giáo trình Cao học, NXB Nông nghiệp - 1997.
3. Lê Quang Huỳnh và cộng tác viên. Ðánh giá tài nguyên khí hậu nông nghiệp Việt Nam,
Báo cáo khoa học ñề tài cấp nhà nước, Mã số 42A-01. Tổng cục KTTV, Hà Nội - 1989.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp ii


LMU Land Mapping Unit ðơn vị bản ñồ ñất ñai
LUT Land Use Type Loại hình sử dụng ñất
N,S ,E,W North, South, East, West Hướng gió: Bắc, Nam, ðông, Tây
NASA National Aeronautics and Space
Administration
Cơ quan hàng không và vũ trụ
quốc gia (Mỹ)
PAR Photosynthesis Active Radiation Bức xạ quang hợp
PET Potential Evapo-Transpiration Bốc thoát hơi nước tiềm năng
R
eff
Effective Rainfall Lượng mưa hữu hiệu
R
tot
Total Rainfall Lượng mưa tổng số
SCACð Sức chứa ẩm cực ñại
SLN NPC Sản lượng nguyên
SOI Southern Oscilation Index Chỉ số Dao ñộng Nam bán cầu
TCN Before Christ (BC) Trước công nguyên
TPHCM Ho Chi Minh City Thành phố Hồ Chí Minh
WMO World Meteorological Organization Tổ chức Khí tượng thế giới
WR Water Requirement Nhu cầu nước của cây trồng
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp


C) 45
Bảng 3.6. Biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm của ñất trồng chè Phú Hộ - Phú Thọ 47
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của việc làm luống tới nhiệt ñộ ñất 48
Bảng 3.8. Biến thiên nhiệt ñộ ngày theo khoảng cách từ bờ biển 52
Bảng 3.9. Nhiệt ñộ tối cao tuyệt ñối các tháng mùa nóng và năm (
0
C) 55
Bảng 3.10 Nhiệt ñộ tối thấp tuyệt ñối các tháng mùa lạnh và năm (
0
C) 56
Bảng 3.11 Tổng nhiệt ñộ trung bình, hoạt ñộng và hữu hiệu của ngô Bioseed 9670 59
Bảng 3.12 Chế ñộ nhiệt và bức xạ các vườn cà phê ở Khe Sanh (Quảng Trị) 59
Bảng 4.1. Cân bằng nước trên trái ñất hàng năm 62
Bảng 4.2. Hệ số tương quan giữa lượng mưa với thời gian sinh trưởng và các yếu
tố cấu thành năng suất ngô LVN10 vụ ðông ở ðBSH

82
Bảng 5.1. Cấp gió Beaufort (Theo Quy phạm quan trắc - Tổng cục KTTV 1994) 98
Bảng 6.1. Hiệu suất sử dụng bức xạ mặt trời trong ñiều kiện kỹ thuật tối ưu 106
Bảng 6.2. Bức xạ quang hợp các tháng ở một số nơi 107
Bảng 6.3. Một số chỉ tiêu nhiệt ñộ của cây trồng (
o
C) 111
Bảng 6.4. Giới hạn nhiệt ñộ tối thấp sinh vật học ( B
0
C) của cây trồng 112
Bảng 6.5. Nhu cầu nhiệt ñộ ñất của một số hạt giống cây trồng thời kỳ nảy mầm 113
Bảng 6.6. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến tốc ñộ sinh trưởng chiều dài của rễ ngô 113
Bảng 6.7. Tốc ñộ gió trong các lô cà phê có ñai rừng chắn gió ở Khe Sanh 118
Bảng 7.1. Tần số sương muối trung bình ở một số vùng . 121

Bảng 8.12 Biên ñộ trung bình ngày của nhiệt ñộ không khí (
0
C) 149
Bảng 8.13 Lượng mưa trung bình tháng (mm) 152
Bảng 8.14 Ðộ ẩm không khí tương ñối trung bình ở một số nơi (%) 153
Bảng 8.15 Tần số bão ñộ bộ vào bờ biển Việt Nam (cơn) 154
Bảng 8.16 Các ñặc trưng khí hậu trung bình năm ở một số nơi 155
Bảng 9.1. Sự thay ñổi vĩ ñộ ở một số nơi trong các thời ñại ñịa chất 166
Bảng 9.2. Ngày tan băng các thời kỳ trên các sông, hồ thuộc Bắc Âu 167
Bảng 9.3. Thời gian thu hoạch nho qua các thế kỷ ở Dijion, Pháp 167
Bảng 9.4. Biến ñổi khí hậu từ sau Công nguyên ñến thế kỷ XIX 168
Bảng 9.5. Số lượng các tác nhân ô nhiễm trên toàn thế giới trong năm 1992 170
Bảng 9.6. Thống kê hiện tượng En Nino từ 1949 ñến nay 180
Bảng 9.7. Chuẩn sai nhiệt ñộ trung bình của thập kỷ 1986 - 1995 (
0
C) 182
Bảng 10.1 Tiềm năng năng suất lúa tính theo các phương pháp khác nhau (tạ/ha) 191
Bảng 10.2 Nhu cầu nước, lượng nước tưới và mức giảm năng suất do nước gây ra 193
Bảng 10.3 Năng suất khoai tây ở các thời vụ có bức xạ quang hợp khác nhau 194
Phần thực tập
Bảng I.1. Tần số và tần suất (%) các nhóm nhiệt ñộ 216
Bảng II.1. Phương trình tương quan giữa số giờ nắng và bức xạ quang hợp 221
Bảng III.1. Lập bảng hiệu chính giản ñồ nhiệt ký 226
Bảng IV.1.

Bảng tra sức trương hơi nước bão hòa (Emb) và ñiểm sương (τ
0
C) 232
Bảng VI.1.


Hình 1.3. Sơ ñồ ñường ñi của tia sáng trong khí quyển 13
Hình 1.4. ðộ cao mặt trời và ñường ñi của tia sáng trong khí quyển 14
Hình 1.5. Sơ ñồ trực xạ trên bề mặt nằm ngang 15
Hình 1.6. Phân bố trung bình năm của tổng xạ (Kcal/cm
2
/phút) 18
Hình 1.7. Sự phân bố cân bằng bức xạ trên trái ñất (Kcal/cm
2
/phút) 22
Hình 1.8 Quang phổ của bức xạ mặt trời 23
Hình 2.1. Nhiệt ñộ và khí áp trung bình ở các tầng cấu trúc của khí quyển 28
Hình 2.1. Quang hợp của cây thông và nồng ñộ CO
2
trong không khí 36
Hình 3.1. Biến thiên nhiệt ñộ ñất feralit trồng cà phê theo chiều sâu tại Tây Hiếu,
Nghệ An (Theo Fritland - 1968)

46
Hình 4.1 Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên 61
Hình 4.2 Vòng tuần hoàn nước trong giới hạn lục ñịa 62
Hình 4.3 Ðồ thị biểu diễn phụ thuộc của áp suất hơi nước bão hòa vào nhiệt ñộ 64
Hình 4.4 Mây hình thành trên front lạnh 75
Hình 4.5 Mây hình thành trên front nóng 75
Hình 4.6 Mây ti - Ci (Cirrus) 77
Hình 4.7 Mây ti tằng - Cs (Cirro - stratus) 77
Hình 4.8 Mây ti tích - Cc ( Cirro - cumulus) 77
Hình 4.9 Mây trung tằng - As (Alto - stratus) 77
Hình 4.10 Mây trung tích - Ac (Alto - cumulus) 78
Hình 4.11 Mây tằng - St (Stratus) 78
Hình 4.12 Mây tằng tích - Sc (Strato - cumulus) 78

Hình 8.1 Sơ ñồ vị trí trái ñất - mặt trời ngày 22/6

135
Hình 8.2 Bản ñồ phân bố khí áp mặt biển và hoàn lưu khí quyển tháng I (mb)

138
Hình 8.3 Bản ñồ phân bố khí áp mặt biển và hoàn lưu khí quyển tháng VII (mb)

140
Hình 8.4 Bản ñồ ñịa hình Việt Nam 144
Hình 8.5 Toán ñồ suất bảo ñảm ngày bắt ñầu và kết thúc mùa nóng (t
0
> 25
0
C) 147
Hình 8.6 Toán ñồ suất bảo ñảm ngày bắt ñầu và kết thúc mùa lạnh (t <
20
0
C) 151
Hình 9.1 Nêm nhiệt ở Thái Bình Dương trong ñiều kiện bình thường 175
Hình 9.2 Nêm nhiệt ở Thái Bình Dương trong ñiều kiện El Ninô 176
Hình 9.3 Những khu vực chịu tác ñộng mạnh của El Ninô mùa ñông 177
Hình 9.4 Những khu vực chịu tác ñộng mạnh của El Ninô mùa hè 177
Hình 11.1. Mô hình xoáy thuận 198
Hình 11.2 Mô hình xoáy nghịch 198
Hình 11.3. Bản ñồ thời tiết xoáy thuận 199
Hình 11.4. Bản ñồ Synốp 200
Phần thực tập
Hình I.1. Sơ ñồ Vườn quan trắc khí tượng 214
Hình I.2. Lều khí tượng 214

Hình V.1 Vũ kế và ống ño giáng thủy 235
Hình V.2. Vũ lượng ký 236
Hình V.3. Ruột vũ lượng ký 236
Hình V.4. Giản ñồ vũ ký 237
Hình V.5 Ống Piche 239
Hình V.6. Thùng GGI 3000 239
Hình V.7. Ống ño lượng bốc hơi 240
Hình V.8. Thùng ño giáng thủy GGI-3000 240
Hình VI.1.

Khí áp kế thủy ngân 243
Hình VI.2.

Khí áp kế hộp rỗng 244
Hình VI.3.

Nhiệt cao kế 244
Hình VI.4.

Máy ño gió Wind-gauge 245
Hình VI.5.

Máy ño gió cầm tay 246
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp vi
i
nhiên, những biến ñổi thất thường của ñiều kiện khí hậu ñã tiêu diệt nhiều cá thể có sức khỏe
yếu ñể dần dần lựa chọn ñược những cá thể và chủng loại sinh vật phù hợp nêu trên Kết quả
là nhiều loại sinh vật chỉ phân bố hẹp trong những ñiều kiện khí hậu rất riêng mà khó có thể di
chuyển sang những vùng khí hậu khác ñược.
Theo nhà chọn giống cây trồng người Nga Vavilốp, ngay từ xa xưa trên trái ñất ñã
hình thành nhiều Trung tâm khởi nguyên về giống cây trồng ở các vùng khí hậu khác nhau.
Theo các nhà khoa học, vùng ðông Nam Á là vùng có khí hậu nhiệt ñới, gió mùa với tài
nguyên nhiệt, bức xạ dồi dào, lượng mưa và ñộ ẩm cao ñã hình thành Trung tâm khởi nguyên
loài lúa nước (Oryza Sativa). Tương tự như vậy, có rất nhiều cái nôi của những giống cây
trồng, vật nuôi ñược gọi là các Trung tâm khởi nguyên như Trung Quốc, Trung Á, ðịa Trung
Hải, Trung ðông, Abixini, Trung Mỹ, Nam Mỹ Không phải ngẫu nhiên mà các nền văn
minh từ cổ ñại ñến hiện ñại chỉ hình thành và phát triển ở những vùng ñịa lý riêng của nó.
Cách ñây 5 - 6 ngàn năm, vùng Cận ðông ñã tồn tại nền văn minh Lưỡng hà rực rỡ, ở Trung
Mỹ là nền văn minh Maya , sự phát triển và suy vong của các nền văn minh ñó ñều có bàn
tay của khí hậu. Các vùng sa mạc của vùng Cận ðộng rộng lớn ngày nay chính là những khu
vực ñất ñai màu mỡ ngày xưa. Xyry trước ñây là một vùng nguyên liệu cung cấp cho Ai Cập
nhiều loại gỗ quý và cho La Mã nho và cọ dầu. Hy Lạp xưa kia phồn vinh và nổi tiếng với
cảnh quan trù phú, núi xanh và ñồng ruộng phì nhiêu xã hội ñạt tới một trình ñộ văn minh
tuyệt ñỉnh. ðây chính là một chặng dừng chân của con ñường tơ lụa từ ðông sang Tây. Ngày
nay, vùng này chỉ là một vùng ñịa lý bình thường với những ngọn ñồi trơ trụi, ñất ñai khô cằn
ñang sa mạc hóa. Một nguyên nhân quan trọng là sự thay ñổi của khí hậu ở khu vực này trong
suốt nhiều thiên niên kỷ qua từ ẩm ướt sang khô hạn. .

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 2

1.2. Khí hậu là yếu tố quyết ñịnh chất lượng nông sản phẩm.


Còn một ví dụ nữa về sự chi phối của khí hậu ñối với chất lượng nông sản phẩm. Ở
các tỉnh vùng ðồng bằng Bắc Bộ thường biết rất rõ về chất lượng của cơm, gạo lúa vụ mùa.
ðặc sản ở một số nơi ñã nổi tiếng về “cơm niêu ñất, thổi gạo mùa”. ðể có thứ cơm ñó người
ta thường phải chọn loại gạo hạt trong, không bị bạc bụng, ñó là gạo lúa vụ mùa. Do thời gian
làm hạt vào tháng 9, tháng 10 có thời tiết heo may như trên mà chất lượng cơm gạo lúa mùa
hơn hẳn so với lúa vụ chiêm, xuân (xét cùng một giống). Lúa vụ chiêm, xuân thì làm hạt vào
tháng 4, tháng 5, với thời tiết nhiều mây, nóng nực, biên ñộ nhiệt ñộ ngày ñêm thấp mà ñộ ẩm
không khí cao ðó là ñiều kiện thường làm cho cây trồng tích lũy dinh dưỡng kém, hô hấp
mạnh.
Khi bước tới vườn cây ăn quả, nếu bạn muốn hái một quả thơm ngon thì hãy chọn
những quả ở ñầu cành, trên một cây ở giữa vườn nhiều nắng, nhiều gió, không bị che khuất
bởi tán của những cây khác. ðó chính là chất lượng mà khí hậu ñã ban tặng bạn.

1.3. Quan hệ giữa khí hậu và ñất ñai

Theo các tiêu chuẩn ñành giá ñất ñai của Tổ chức Nông nghiệp, lương thực Quốc tế
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 3

(FAO) thì khí hậu là chỉ tiêu hàng ñầu cần ñược nghiên cứu. Trong Quy trình ñánh giá ñất ở
Việt Nam, các công ñoạn từ xây dựng bản ñồ ñơn vị ñất ñai (LMU), xác ñịnh loại hình sử
dụng ñất (LUT) cũng cần phải nghiên cứu rất kỹ ñiều kiện khí hậu. Khí hậu hàng ngày,
hàng giờ có ảnh hưởng tới ñất ñai. Trong quá trình hình thành ñất, các yếu tố khí hậu như bức
xạ mặt trời, nhiệt ñộ, lượng mưa, ñộ ẩm ñã tác ñộng không chỉ tới thành phần nông hóa mà
còn ảnh hưởng tới cấu trúc ñất, thành phần cơ giới của ñất ðất không xuất hiện ñột ngột từ
ñá mẹ mà phát triển từ từ dưới ảnh hưởng của khí hậu và sinh vật sống trên ñó. Tùy theo các
vùng khí hậu khác nhau mà hình thành nhiều loại ñất khác nhau. Ở vùng nhiệt ñới, sự phân
hủy ñá mẹ xảy ra với cường ñộ mạnh hơn nhiều so với các vùng ôn ñới. ðất nhiệt ñới có

cây lương thực và cây công nghiệp ngắn ngày. ðối với các loại cây ăn quả lâu năm thì hàng
năm thường ñược một mùa thu hái. Thời vụ ñược hình thành như vậy và yếu tố chủ yếu quyết
ñịnh thời vụ cây trồng là khí hậu.
Do sản xuất nông nghiệp mang tính thời vụ nên mọi hoạt ñộng khác của người nông
dân cũng dần dần hình thành tính thời vụ. Chúng ta ñều biết ñến vấn ñề sử dụng lao ñộng ở
nông thôn thường gặp nhiều khó khăn do tính thời vụ. Mỗi năm, ở nông thôn thường có thời
kỳ “ñông vụ” rất căng thẳng về lao ñộng và thời kỳ “nông nhàn” dư thừa lao ñộng. ðiều này
ảnh hưởng không những ở nông thôn mà ngay cả tới các thành phố nữa. Vào thời kỳ “nông
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 4

nhàn” người nông dân thường ñổ ra các thành phố ñể tìm việc làm ñã gây ra các hiện tượng
xã hội nan giải như ùn tắc giao thông, gia tăng các tệ nạn khác
Tính thời vụ của sản xuất nông nghiệp ñã hình thành nên các phong tục, tập quán ở
mỗi làng quê. Từ xa xưa vùng ñồng bằng Bắc Bộ ñã truyền miệng những tập quán tốt, xấu
gắn liền với thời kỳ nông nhàn như: “Tháng giêng là tháng ăn chơi, tháng hai cờ bạc, tháng ba
hội hè ”.
Người ta cũng ñã nhận thấy rằng, ngay trong các lĩnh vực văn hóa, văn học, nghệ thuật
cũng có bóng dáng của khí hậu. Chúng ta chắc cũng ñã nghiệm thấy trong các bài thơ hay các
tác phẩm văn học, nghệ thuật nổi tiếng thường mang những nét ñặc sắc riêng của những vùng
xuất xứ của nó. Cuối cùng trong mỗi tác phẩm ñó cũng ñã cho ta thấy rõ ñiều kiện khí hậu của
chính nơi xuất xứ của nó.

2. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN KHÍ TƯỢNG NÔNG NGHIỆP

2.1. Lược sử Khí tượng Thế giới

Nông nghiệp là hoạt ñộng sản xuất xuất hiện sớm nhất của loài người. Ngay từ buổi

quay xung quanh mặt trời trong ñó có trái ñất. Thuyết nhật tâm ñã ñả phá quan ñiểm sai lầm
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp 5

của Ptôlêmê và chống lại uy quyền của Tôn giáo. Phát hiện gây chấn ñộng này ñã bị các nhà
tư tưởng bác bỏ vì nó trái với giáo lý của nhà thờ. Từ thời Phục Hưng trỏ ñi các “chân lý” của
nhà thờ ñược xem xét lại và khoa học lại tiếp tục những bước ñi khổng lồ của nó.
Thế kỷ thứ XVI, Galilê ñã sáng chế ra kính thiên văn và nhiệt kế. Năm 1644 Torixenly chế
tạo ra khí áp kế và chứng minh ñược không khí có trọng lượng. 1649 Torixenly ñã quan sát
thấy khi áp suất khí quyển giảm thì sau ñó thời tiết thường là không ổn ñịnh, có gió và mưa.
Năm 1783 tại Pháp, anh em nhà Montgolfier ñã chế tạo ra khí cầu bằng không khí nóng. Sau
này người ta dúng hydro ñể thay không khí nóng và ñến 1930 thì khinh khí cầu trở thành
những phi thuyền chuyên chở hành khách trên tuyến ñường giữa châu Âu và Nam Mỹ. Thế kỷ
XVIII (năm 1785) Lavoisier ñã phát hiện ra ôxy và khí cacbonic.
Nhà bác học Nga vĩ ñại Lômônôxốp từ thế kỷ XVIII ñã chế tạo ra nhiều thiết bị khí tượng.
Ông ñã có nhiều công trình nghiên cứu về vật lý khí quyển, khí hậu ñối với sản xuất và ñời
sống.
Tiếp theo nhiều nhà bác học Nga khác như P.I. Brơunôp, A.I. Vôâycôp ñã tổ chức
mạng lưới nghiên cứu khí tượng nông nghiệp khắp nước Nga vào khoảng cuối thế kỷ XIX và
sau ñó cho toàn Liên bang Xô Viết. Liên Xô rất thành công trong việc ñánh giá tiềm năng khí
hậu ñất nước ñối với nông nghiệp, phân vùng khí hậu nông nghiệp, sử dụng tài nguyên khí
hậu phục vụ các ngành kinh tế quốc dân; ðặc biệt các nhà khoa học Liên Xô có nhiều thành
công trong việc phòng chống thiên tai như băng giá, bão tuyết, dự báo khí tượng nông nghiệp.
Ở Mỹ, nhà bác học B.Lêvingstơn ñã có nhiều công trình nghiên cứu về ñánh giá và xử lý tiềm
năng khí hậu ñất nước phục vụ sản xuất và ñời sống, ñặc biệt trong lĩnh vực dự báo khí tượng
nông nghiệp. Các nhà khoa học Mỹ ñã ñạt ñược ñộ chính xác tới trên 90% ñối với dự báo sâu
bệnh hại, dự báo năng suất bông, lúa mì và hàng loạt cây trồng khác.
Ở Pháp nhà bác học Gasparene ñã thành công trong việc nghiên cứu các phương

chương trình Quốc tế nghiên cứu vũ trụ và khí hậu bề mặt trái ñất phục vụ con người như
chương trình COSPAS SARSAT, chương trình NASA Hiện nay nhờ các bức ảnh thu ñược
từ vệ tinh chúng ta có thể nghiên cứu sâu hơn về thời tiết và khí hậu trên bề mặt trái ñất. Vấn
ñề trang bị kỹ thuật hiện ñại cho nghiên cứu Khí tượng Nông nghiệp ngày càng ñược chú ý.
Việc ứng dụng kỹ thuật vi tính vào công việc khảo sát, quản lý số liệu là một bước phát triển
quan trọng của Khí tượng Nông nghiệp.
Những kết quả nghiên cứu ứng dụng Khí tượng Nông nghiệp ñã giúp cho nhiều quốc
gia tự giải quyết nạn thiếu lương thực ở khu vực sa mạc Sahara (Châu Phi). Ở các nước này
hàng năm mưa rất ít, lượng bốc hơi nước nhiều, tình trạng hạn hán nghiêm trọng xảy ra liên
tục, làm thất thu nông nghiệp dẫn ñến thiếu lương thực, thực phẩm. Dự báo mùa màng dựa
vào ñộ ẩm ñất và những giải pháp khắc phục ñã giúp các nước này hạn chế ñược tác hại của
hạn hán, tự túc khá ổn ñịnh tới 50% nhu cầu lương thực hàng năm. Những kết quả nghiên cứu
ñó ñã góp phần xây dựng và làm phong phú kho tàng lý luận của Ngành Khí tượng Nông
nghiệp thế giới. Ở khu vực ðông Nam Á, với sự giúp ñỡ của FAO, WMO mà trực tiếp là các
nhà khoa học như M. Frère, G.F. Popôp, L.K. Oldeman Khí tượng Nông nghiệp ñã có
những ñóng góp quan trọng vào việc tăng năng suất cây trồng, giữ vững mức an toàn lương
thực, thực phẩm cho vùng. ðáng chú ý là kết quả nghiên cứu phát triển Hệ thống canh tác nền
lúa ở các ñịa bàn ñủ nước và thiếu nước của Thái Lan, Inñônexia, Malaixia, Philippin bằng
những giải pháp về thời vụ và sử dụng cây trồng chịu hạn
Ngày nay, một vấn ñề lớn ñặt ra ñó là khí hậu trái ñất ñang có những biến ñổi không
thuận lợi ñối với sản xuất và ñời sống như việc nhiệt ñộ không khí tăng lên, dâng mực nước
biển, giảm sút nguồn nước ngọt Hơn nữa, dân số thế giới lại ñang bùng nổ mãnh liệt, nạn
ñói ñang ñe doạ trên phạm vi toàn cầu. Con người phải làm gì ñể ñối phó với các biến ñổi khí
hậu, giữ vững cân bằng sinh thái ? ðó là câu hỏi lớn ñặt ra trước các nhà khoa học, các nhà
khí tượng nông nghiệp thế giới.

2.2. Lược sử phát triển Khí tượng nông nghiệp ở Việt Nam

Ở Việt Nam, từ xa xưa người nông dân ñã có nhiều kinh nghiệm về sản xuất và thời
tiết phục vụ cho nghề trồng trọt, nghề chài lưới và nghề làm muối. Từ thế kỷ XIII, trong Binh

ñã gia nhập Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO), ñã ñược Tổ chức khí tượng thế giới tài trợ
kinh phí ñể nghiên cứu và xây dựng cơ bản. Một số dự án ñã ñược xây dựng và ñang triển
khai. Sự giúp ñỡ của Liên Xô (cũ) ñối với ngành khí tượng nước ta, trong ñó có khí tượng
nông nghiệp rất có hiệu quả. Viện nghiên cứu khí tượng nhiệt ñới và bão ñược xây dựng nhờ
sự hợp tác với Liên Xô ñã tiến hành nhiều chương trình lớn như nghiên cứu bão và tác hại của
nó ñối với sản xuất và ñời sống.
Bên cạnh ñó, nhiều ñề tài khí tượng nông nghiệp ñã ñược thực hiện như nghiên cứu
ñiều kiện khí tượng ñối với một số cây trồng chính (lúa, ngô, ñậu tương, lạc, bông, cao su, cà
phê). Một số ñề tài lớn ñược thực hiện như ñánh giá tiềm năng khí hậu nông nghiệp ñất nước,
phân vùng khí hậu nông nghiệp, bước ñầu lập ra ñược những bản tin dự báo khí tượng nông
nghiệp ñạt ñộ chính xác cho phép ñối với nhiều vùng.
Thành tựu lớn nhất của ngành khí tượng thuỷ văn Việt Nam là:
- Khảo sát ñánh giá tài nguyên khí hậu, thuỷ văn. Xây dựng Atlat quốc gia và Tuyển tập số
liệu khí tượng - thuỷ văn phục vụ ñắc lực cho việc quy hoạch phát triển kinh tế.
- Dự báo thời tiết ngắn hạn và hạn vừa có ñộ chính xác cho phép. ðặc biệt là dự báo nhiệt ñộ
và thời tiết mùa ñông, dự báo thiên tai, hạn hán, bão, lụt, gió mùa và sương muối, giải pháp
khắc phục.
- Nghiên cứu khí tượng phục vụ sản xuất nông nghiệp như cơ cấu mùa vụ, thời vụ gieo cấy,
chăm sóc, phòng trừ sâu bệnh và thu hoạch.
- Nghiên cứu về sự ô nhiễm môi trường, kiểm kê khí hiệu ứng nhà kính, biến ñổi khí hậu và
hệ quả của biến ñổi khí hậu, những giải pháp ứng phó.
Nhiệm vụ ñặt ra ñối với ngành khí tượng nông nghiệp rất lớn nhằm góp phần xây
dựng nền sản xuất nông nghiệp nhiệt ñới, hạn chế tác hại của thiên tai, ñưa sản xuất nông
nghiệp nước ta tới bước phát triển cao hơn.

3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nội dung của môn học

Khí tượng nông nghiệp là một môn khoa học nghiên cứu ảnh hưởng của ñiều kiện thời

ñạc, khảo sát và ñánh giá các yếu tố thời tiết, khí hậu.
2. Phương pháp quan sát song song: Phương pháp này ñược dùng trong những nghiên cứu về
sinh trưởng, phát triển của sinh vật và những tác ñộng của các yếu tố khí hậu ñối với sinh vật.
Nội dung của phương pháp quan sát song song như sau: gieo trồng các giống vào các thời vụ
khác nhau, thông thường các thời vụ cách nhau 5, 10, 15 ngày, sau ñó theo dõi sinh trưởng,
phát triển, năng suất và ñiều kiện khí tượng tương ứng. Người ta cũng có thể gieo trồng các
giống cùng một thời ñiểm nhưng bố trí ở các vùng ñịa lý khác nhau. Việc khảo sát sinh
trưởng, phát triển của cây trồng và ñiều kiện khí tượng cũng ñược tiến hành tương tự như
trên. Kết quả của phương pháp quan sát song song là tài liệu ñược sử dụng ñể xác ñịnh thời vụ
hoặc phân tích tìm các chỉ tiêu khí hậu của sinh vật.
3. Phương pháp thống kê tài liệu lịch sử: tiến hành ñiều tra thống kê tài liệu của 2 nhóm ñối
tượng là sinh vật và khí hậu trong nhiều năm. Ở các vùng ñịa lý khác nhau người ta nghiên
cứu các chỉ tiêu sinh học trên các giống hoặc các chủng loại cây trồng từ ñó tìm ra quy luật
diễn biến và tác ñộng của khí hậu ñối với sinh vật kiểm chứng các mô hình thống kê thực
nghiệm, phục vụ cho sản xuất diện rộng.
4. Phương pháp nghiên cứu riêng rẽ: ñược tiến hành trong phòng thí nghiệm hay trong các
nhà khí hậu nhân tạo, các yếu tố khí tượng ñược ñiều chỉnh thống nhất, chỉ cho một yếu tố
nào ñó thay ñổi. Việc theo dõi tình hình sinh trưởng, phát triển của cây trồng cũng ñược tiến
hành thường xuyên như trên. Phương pháp này ñòi hỏi nhiều trang thiết bị ñắt tiền, nghiên
cứu mang tính cơ bản, kết quả thu ñươc có nhiều ý nghĩa về lý thuyết nhưng thường xa rời
thực tế sản xuất.
5. Phương pháp GIS: sử dụng các thông tin từ ảnh vệ tinh, ảnh hàng không ñể tìm hiểu diễn
biến khí hậu và các hệ sinh thái. Phương pháp này ñã ñược nghiên cứu ứng dụng trong nhiều
lĩnh vực khoa học như Dự báo thời tiết, Nghiên cứu biến ñổi khí hậu, Nghiên cứu bão Ở
Việt Nam, các ảnh vệ tinh thu ñược từ vệ tinh "ðịa tĩnh" ñã ñược sử dụng trong việc dự báo
thời tiết, tìm kiếm các tai nạn và dự báo khí tượng nông nghiệp vụ sản xuất.
Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, Kết quả thu ñược bằng các
phương pháp nghiên cứu nêu trên ngày càng ñáp ứng ñược nhiều vấn ñề cấp bách của sản
xuất và ñời sống.


vàng". Trong Thiên hà của chúng ta, mặt trời chỉ là một ngôi sao dưới trung bình về công
suất bức xạ, kích thước và nhiệt ñộ so với hàng tỷ ngôi sao khác.
Một số thông số vật lý chung của mặt trời
• Mặt trời có cấu trúc phức tạp, ở tâm của mặt trời là nhân hoặc lõi tiếp ñến là vùng bức
xạ, ở khoảng cách cách tâm chừng 0,7-0,8 bán kính mặt trời là vùng ñối lưu, ngoài cùng
là bề mặt mặt trời. Ở nhân mặt trời nơi xảy ra phản ứng hạt nhân nhiệt ñộ lên tới 15 triệu
ñộ. Nhiệt ñộ bề mặt của mặt trời ở phần quang cầu vào khoảng 6000
o
K, ở phần sắc cầu
khoảng 20.000
o
K, ở phần nhật hoa vào khoảng 2.000.000
o
K ( tính theo ñộng năng trung
bình của các phân tử).
• Trái ñất chuyển ñộng xung quanh mặt trời theo quỹ ñạo elíp (hình 1) do vậy khoảng
cách từ mặt trời ñến trái ñất luôn thay ñổi tuỳ thuộc vào vị trí của nó trên quỹ ñạo.
Khoảng cách trung bình từ mặt trời ñến trái ñất vào khoảng 149,6 triệu km, khoảng cách
này gọi là 1 ñơn vị thiên văn (ñvtv). Khoảng cách ngắn nhất 147 triệu km (ngày 3/I)
bằng 0,983 ñvtv, khoảng cách dài nhất khoảng 152 triệu km (ngày 5/VII ) bằng
1,017ñvtv. Xem hình 1.1
• Thành phần hoá học của mặt trời: Hyñrô chiếm khoảng 70-71% về khối lượng, hêli từ
27-29% , còn lại từ 1-3% là các nguyên tố nặng hơn như cacbon, ôxy
• Cứ mỗi giây mặt trời tiêu hao trên 4 tấn hyñrô ñể tạo ra năng lượng.
• Gió mặt trời là dòng các hạt prôton và electron xuất phát từ bề mặt mặt trời bay vào
không gian. Khi các dòng hạt trên thổi tới các lớp trên cùng của khí quyển trái ñất với
vận tốc khoảng 400-500 km/s gây ra hiện tượng bão từ và cực quang. Vào những ngày
gió mặt trời hoạt ñộng mạnh việc thông tin vô tuyến ñiện trên trái ñất bị cản trở hoặc
không thực hiện ñược.
Năng lượng bức xạ mặt trời

1
H
2
+ e + γ
H
2
+ H
1
He
3
+ γ
He
3
+ He
3
He
4
+ 2H
1Trong sơ ñồ trên: H
1
- hyñrô ( prôton); H
2
- ñơteri (ñơtron ) ; He
3
, He
4
là các ñồng vị của

H
- m
He
); c = 10
7
Jun. Nếu có 1 g hạt nhân H
1
chuyển thành He
3
thì ∆m = 0,01g và
năng lượng giải phóng là 10
12
Jun.

• Công suất bức xạ mặt trời là năng lượng toàn phần của mặt trời chiếu trên diện tích mặt
cầu có tâm là mặt trời, bán kính (d/2) là 1 ñvtv trong 1 giây. Nếu hằng số mặt trời là I
0
thì W = I
0 .
4πd
2
/60 = 3,86.10
26
W ( tức 3,86.10
26
J/s) nói cách khác cứ mỗi phút mặt
trời phát vào không gian xung quanh một lượng năng lượng vào khoảng 5,5.10
24
Kcal
nhưng trái ñất chỉ nhận ñược một phần rất nhỏ năng lượng ñó ( khoảng 0,5 phần tỉ công


Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

11

Năng lượng bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng ñầu tiên của mọi quá trình chuyển
hoá năng lượng trên bề mặt trái ñất. Năng lượng bức xạ mặt trời chiếu tới trái ñất có thể
chuyển sang các dạng khác như nhiệt năng và công năng tạo ra các quá trình vật lý trên bề
mặt trái ñất, các hiện tượng thời tiết, khí hậu. ðặc biệt, bức xạ mặt trời là nguồn năng lượng
gần như duy nhất ñược thế giới thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp biến các chất
vô cơ (CO
2
, H
2
O) thành chất hữu cơ ñầu tiên, ñó là glucoza. Từ glucoza có thể tổng hợp
hàng loạt các chất tạo thành một thế giới hữu cơ phong phú.
ðể hiểu ñầy ñủ về năng lượng bức xạ mặt trời chúng ta cần nghiên cứu sự biến ñổi
cường ñộ và một số ñặc trưng của nó.

2. CƯỜNG ðỘ BỨC XẠ MẶT TRỜI

2.1. Khái niệm và ñơn vị ño:

Cường ñộ bức xạ mặt trời (I) là năng lượng bức xạ chiếu tới một ñơn vị diện tích ñặt
vuông góc với nó trong một ñơn vị thời gian.
Theo ñịnh nghĩa, ta có thể dùng ñơn vị ño cường ñộ bức xạ mặt trời là : calo/cm
2
/phút,
calo/cm
2

1 lengli = 1 cal/cm
2
1Watt/m
2
= 10 microeinsteins/m
2
/s = 100 lux
1 cal/cm
2
/phút = 69 930 lux.

2.2. Hằng số mặt trời ( I
o
)

Hằng số mặt trời là năng lượng bức xạ toàn phần của mặt trời truyền thẳng góc ñến diện
tích 1 cm
2
trong 1 phút ở khoảng cách trung bình từ mặt trời tới trái ñất (1 ñvtv). Tại giới hạn
trên của khí quyển cường ñộ bức xạ mặt trời tương ñối ổn ñịnh ñược gọi là hằng số mặt trời
(Solar constant). Thực ra do khoảng cách từ mặt trời ñến trái ñất thay ñổi theo thời gian
trong năm nên hằng số mặt trời cũng có sự thay ñổi ít nhiều ( từ 1308 W/m
2
ñến 1398 W/m
2
, dao ñộng khoảng 3,5%). Những lần ño gần ñây bằng thiết bị ñặt trên vệ tinh ñịa tĩnh thì
hằng số mặt trời là 1,95 cal/cm
2
/phút.
Hằng số mặt trời (I

0
= 1,88 cal/cm
2
.phút
Ở Châu Mỹ I
0
= 1,96 cal/cm
2
.phút
Ở Việt Nam I
0
= 1,98 cal/cm
2
.phút

2.3. Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển.

Khí quyển bao bọc xung quanh quả ñịa cầu gồm có các thành phần tạo nên như nitơ,
oxy, acgôn, hơi nước, ôzôn, bụi (sol khí) Bức xạ mặt trời ñi qua khí quyển bị suy yếu ñi do
một số nguyên nhân như:
• Một phần bức xạ mặt trời bị một số chất như ôxy, ôzon, cacbonic, hơi nước, bụi hấp
thụ có chọn lọc, nghĩa là mỗi chất chỉ hấp thụ những tia bức xạ có bước sóng nhất ñịnh.
ðối với oxy (O
2
) : Oxy có các dải hấp thụ trong khoảng phổ nhìn thấy và cực tím.
Trong phổ nhìn thấy, dải hấp thụ ở bước sóng 0,69 - 0,76 µ. Mức ñộ hấp thụ các tia bức xạ
trong dải này không lớn nên sự suy giảm bức xạ do oxy hấp thụ không ñáng kể. Oxy hấp thụ
các tia cực tím với bước sóng nhỏ hơn 0,2 µ khá mạnh. Sự hấp thụ các tia cực tím ở các lớp
khí quyển trên cao dẫn ñến sự phân ly phân tử oxy ñể tạo thành ozôn.
ðối với ozôn (O

xạ hồng ngoại (hình 1.2)
Khi ñi qua khí quyển do chịu tác dụng của các quá trình hấp thụ, khuếch tán và phản
xạ nên bức xạ mặt trời bị suy yếu ñi. ðường ñi của tia bức xạ trong khí quyển càng dài thì
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

13

ảnh hưởng của các quá trình trên càng mạnh và sự suy yếu của bức xạ càng nhiều. Theo
Bughe và Menborate, sự giảm của cường ñộ bức xạ mặt trời khi ñi qua khí quyển phụ thuộc Hình 1.2. Phổ bức xạ mặt trời chiếu xuống mặt ñất (Gates, 1965)
[Không bị sai lệch khi xuyên qua khí quyển (I) ; mặt biển nhận ñược vào ngày trời nắng (II);
xuyên qua lớp mây dày (III); xuyên qua thảm thực vật (IV) xuyên qua mái kính (V)]. Nếu ñộ cao mặt trời càng thấp ñường ñi của tia bức xạ càng dài. Do phải ñi qua nhiều lớp
không khí có lượng hơi nước và chiết suất khác nhau nên tia sáng càng bị khúc xạ tạo thành
ñường cong hoặc ñường gấp khúc.

Hình 1.3. Sơ ñồ ñường ñi của tia sáng trong khí quyển
vào ñ
ộ d
ài ñư
ờng ñi của các
tia b
ức xạ trong khí quyển
hay khối lượng quy ư
ớc của
khí quyển mHình 1.4. ðộ cao mặt trời và ñường ñi của tia
sáng trong khí quyển ở các vĩ ñộ
quyển quy ước mà tia bức xạ ñi qua.
Io: là hằng số mặt trời (cường ñộ bức xạ mặt trời ở giới hạn trên của khí quyển)
P: là ñộ trong suốt của khí quyển, phụ thuộc vào lượng hơi nước trong khí quyển, bụi,
mây Khi khí quyển trong sạch và khô, ñộ trong suốt lớn nhất, trung bình P = 0,75. Bảng 1.1.
Khối lượng khí quyển (m) tia sáng ñi qua ứng với ñộ cao mặt trời (h
o
)ðộ cao mặt
trời (h
o
)
90
o
70
o
60
o
50
o


Bức xạ mặt trời trực tiếp còn gọi là trực xạ. Trực xạ là phần năng lượng mặt trời
chiếu trực tiếp xuống mặt ñất dưới dạng chùm tia song song. Vào những ngày trời nắng
trong phần phổ nhìn thấy của bức xạ mặt trời, trực xạ chính là phần tạo ra vết sáng trên mặt
ñất (chỗ mặt ñất ñược chiếu sáng).
Cường ñộ trực xạ (S’) là năng lượng của chùm tia sáng trực tiếp chiếu ñến một ñơn
vị diện tích bề mặt ñặt vuông góc với tia tới trong một ñơn vị thời gian.
Bức xạ mặt trời trực tiếp là một chỉ tiêu quan trọng dùng ñể ñánh giá ñặc ñiểm khí
hậu của mỗi vùng. Khí hậu ñạt tiêu chuẩn nhiệt ñới phải có cường ñộ bức xạ trực tiếp trên
130 Kcal/cm
2
/năm. Trong thực tiễn ñôi khi ta cần biết lượng bức xạ trực tiếp trên một bề mặt
nào ñó, chẳng hạn trên một thửa ruộng nằm ngang, sườn ñồi nghiêng hoặc trên diện tích của
Hình 1.3 là sơ ñồ ñuờng ñi
của tia sáng khi ñi qua khí
quyển với nhừng ñộ cao mặt
trời khác nhau. Hình 1.4. cho
thấy, càng lên vĩ ñộ cao
ñường ñi của tia sáng qua khí
quyển càng dài, vì thế càng
lên vĩ ñộ cao, cường ñộ bức
xạ càng giảm.
Bức xạ mặt trời chiếu tới mặt
ñất ñuợc xác ñịnh theo công
thúc Bughe:
I = I
o
.P
m
(2)
C
S
S
ng
h
o

A B mặt nằm ngang.

Trong thiên văn học người ta xác ñịnh ñộ cao mặt trời ở các vĩ ñộ ñịa lý theo công
thức:
Sinh
o
= sinφsinδ + cosφcosδcosω (4)

Trong ñó: φ là vĩ ñộ ñịa lý, δ là xích vĩ " góc giữa mặt phẳng xích ñạo và mặt phẳng
hoàng ñạo", thay ñổi theo thời gian trong năm giữa hai giá trị ± 23
o
27', còn ω là góc giờ, ω =
2πt/τ với τ là chu kỳ quay của trái ñất quanh trục của nó ( τ ≈ 24 giờ), còn t là thời gian thực
trong ngày.
Như vậy qua các công thức (3) và (4) dễ dàng nhận thấy trong các yếu tố chi phối
trực xạ thì ñộ cao mặt trời là yếu tố chính. ðộ cao mặt trời thay ñổi không những theo vĩ ñộ
ñịa lý mà còn thay ñổi theo thời gian trong năm. Nhìn chung trực xạ phụ thuộc vào các yếu
tố sau ñây: