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

16

Bảng 1.2. Lượng bức xạ trung bình tháng (cal/cm
2
/tháng) ở vùng Postdum (52
o
23'N)

Tháng
Hướng dốc có
ñộ nghiêng 30
o

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm
M
ặt nằm ngang
20 44 102 196 276 319 269 223 165 81 25 15 1735
Sư
ờn dốc phía Nam

54 91 161 248 303 326 283 263 235 149 63 45 2221
Sư
ờn dốc phía ðông

18 42 96 182 251 289 240 204 153 76 24 14 1589
Sư
ờn dốc phía Tây
19 42 92 175 245 281 239 198 149 76 25 15 1556
Sư


C
d
λ
= ― I
λ
(5)
λ
4

Trong ñó: d
λ
là ñộ khuếch tán của tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ.
I
λ
là cường ñộ tia bức xạ ñơn sắc có bước sóng λ.
C là hằng số phụ thuộc vào số phân tử không khí có trong 1 ñơn vị thể (N)
tích và chiết suất khí quyển (n), γ là hằng số thực nghiệm.
γ.π
2
.(n-1)
2

C = (6)
3N
Công thức (5) cho thấy những tia bức xạ có bước sóng càng nhỏ thì bị khuếch tán
càng mạnh và ngược lại. Nếu sắp xếp các tia sáng ñơn sắc theo thứ tự từ ñỏ ñến tím thì bước
sóng tương ứng của nó giảm dần và do vậy tia tím sẽ bị khuếch tán mạnh nhất, còn tia ñỏ bị
khuếch tán ít nhất.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

2
Trong ñó:
I
o
là hằng số mặt trời
m là khối lượng khí quyển quy ước.
P ñộ trong suốt của khí quyển.
h
o
là ñộ cao mặt trời.
Từ công thức (7) ta thấy rằng yếu tố chính chi phối tán xạ là ñộ cao mặt trời. Nhìn
chung những yếu tố ảnh hưởng tới tán xạ gồm có:
- ðộ cao mặt trời: ñộ cao mặt trời càng lớn thì tán xạ càng lớn và ngược lại. Hiện
tượng khuyếch tán và khúc xạ ánh sáng ñã có từ trước khi mặt trời mọc và sau khi mặt trời
lặn chừng 15 - 20 phút (bình minh và hoàng hôn) nhưng cường ñộ nhỏ. Hàng năm cường ñộ
bức xạ khuyếch tán có gía trị nhỏ vào thời kỳ mặt trời ở xa thiên ñỉnh nhất và ñạt giá trị lớn
vào thời kỳ mặt trời ở gần thiên ñỉnh nhất.
- Khí quyển càng nhiều mây, bụi và hơi nước thì cường ñộ tán xạ càng tăng. Tuy
nhiên, nếu mây dầy ñặc và phủ kín bầu trời thì tán xạ cũng giảm xuống. Như vậy trong
những ngày nhiều mây, thời kỳ nhiều mây hoặc ở bề mặt khuất nắng thì ánh sáng tán xạ
chiếm ưu thế hơn so với ánh sáng trực xạ
- Bức xạ khuyếch tán cũng giảm dần theo ñộ cao so với mặt biển.
- Càng lên vĩ ñộ cao tỷ lệ tán xạ trong tổng lượng bức xạ chiếu ñến mặt ñất càng
tăng vì ñường ñi của tia sáng trong khí quyển càng dài nên các tia sáng bị khuyếch tán mạnh.
Cường ñộ bức xạ khuyếch tán trong thực tế có thể ñạt ñến 0,25 cal/cm
2
/phút.

c) Tổng xạ (Q)
Tổng xạ là lượng bức xạ mặt trời tổng cộng chiếu xuống mặt ñất.

Q = Q
0
[1 - (a +b)n] (9)
Trong ñó:
Q là tổng xạ trên mặt ñất khi trời có mây
Q
0
là tổng xạ trên mặt ñất khi trời không mây
n là lượng mây tính theo phần mười
a, b là các hệ số biến ñổi phụ thuộc vào vĩ ñộ

Công thức (9) cho biết nếu trời không mây tổng xạ tới mặt ñất chỉ bằng 80% so với ở
giới hạn trên của khí quyển thì khi lượng mây che phủ 50 % bầu trời (n = 0,5) tổng xạ trên
mặt ñất chỉ còn bằng khoảng 65% và khi lượng mây che phủ cả bầu trời (n = 1) thì tổng xạ
chỉ xấp xỉ 20% so với ở giới hạn trên của khí quyển.
Nhìn chung bức xạ tổng cộng giảm dần từ xích ñạo về cực. Tuy nhiên cũng có những
khác biệt do ñặc ñiểm ñịa lý ñịa phương gây nên, chẳng hạn như cự ly cách biển, ñịa hình,
thời tiết Do vậy sự phân bố ñịa lý của tổng xạ năm khá phức tạp. Tổng xạ lớn nhất quan sát
thấy ở vùng áp cao cận chí tuyến Bắc và Nam bán cầu chứ không phải ở vùng xích ñạo. Ở
vùng cận chí tuyến lượng mây rất ít, thời gian chiếu sáng trong ngày lớn hơn so với vùng
xích ñạo. Hình 1.6 là bản ñồ phân bố tổng xạ trên trái ñất (ñơn vị là Kcal/cm
2
/năm). Tổng xạ
có vai trò quan trọng nhất trong quá trình hình thành chế ñộ khí hậu ở các vùng khác nhau
trên thế giới. Trên bản ñồ cho thấy, tổng xạ lớn nhất trên lục ñịa châu Phi, châu Úc và một số
nơi có vĩ ñộ 0 - 20
0
, trị số tổng xạ từ 180 - 220 Kcal/cm
2
/năm. Ở nước ta tổng xạ trên miền

o
thì A = 35%, khi h
o
= 4
o
thì A = 65% còn khi h
o
= 2
o
thì A = 78 %.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

20Bảng 1.3. Trị số albedo trên các loại bề mặt (%)

Bề mặt nhận bức xạ Albedo Bề mặt nhận bức xạ Albedo
ðất ñen 5-15 Cánh ñồng bông 20-25
ðất xám ướt 1-20 Rừng thường xanh 10-20
ðất sét 20-35 Rừng lá to 15-20
ðất cát khô 25-45 Rừng lá kim 10-15
Mặt ruộng khoai tây 15-25 Mặt nước 70-85
ðồng lúa 15-25 Mặt tuyết mới rơi 80-95

Tất nhiên hệ số này còn phụ thuộc vào ñộ cao sóng, ñộ ñục của nước
Thực vật phản xạ các tia xanh và hồng ngoại. Cây trồng ở vùng nhiệt ñới phản xạ tia
hồng ngoại nhiều hơn so với cây trồng ở xứ lạnh.
Trong kỹ thuật viễn thám người ta sử dụng hệ số phản xạ ñể theo dõi sự biến ñộng
của nhiều chỉ tiêu như ñộ cao sóng biển, phun trào dung nham, sinh trưởng phát triển của cây

K)
Bức xạ của mặt ñất E
ñ
:
Sau khi nhận năng lượng bức xạ mặt trời, mặt ñất bị nóng lên. ðó là sự hấp thụ bức xạ.
Theo ñịnh luật 1 nhiệt ñộng học, nhiệt năng của mặt ñất lại tiếp tục chuyển sang dạng
sóng ñiện từ. Mặt ñất không phải là vật ñen tuyệt ñối nên bức xạ của nó luôn nhỏ hơn so
với vật ñen tuyệt ñối. Bức xạ của mặt ñất có thể tính theo công thức (11) nhưng thêm vào
một hệ số gọi là khả năng bức xạ tương ñối (δ). Công thức bức xạ của mặt ñất có dạng:

E
ñ
= δ.σ.T
4
(12)

Hệ số khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau thay ñổi trong khoảng
từ 0,85 ñến 0,99. Chẳng hạn cát có hệ số bức xạ tương ñối là 0,89; lớp cỏ phủ là 0,98; tuyết
0,99; ñất ñen là 0,87; nước 0,96 Vì thế hệ số bức xạ tương ñối của mặt ñất có thể lấy trung
bình bằng 0,95.
Theo ñịnh luật Wien thì bước sóng lớn nhất (λ
max
) mà một vật phát ra tỷ lệ nghịch với
nhiệt ñộ (T) của vật thể, cho nên vật có nhiệt ñộ càng cao thì năng lượng phát xạ càng tập
trung ở vùng phổ sóng ngắn và ngược lại.
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

21

Bảng 1.4. Khả năng bức xạ tương ñối của các loại bề mặt khác nhau (δ)

ng
) dựa vào công thức sau:

E
ng
= σ.T
4
(a
1
+ b
1
)√ (14)
Trong ñó: e là áp suất hơi nước của không khí (ñộ ẩm)
a
1,
b
1
là các hệ số phụ thuộc vào ñặc ñiểm thành phần không khí trong khí quyển.
Bức xạ hữu hiệu (E
hh
):
Bức xạ hữu hiệu là hiệu số giữa bức xạ của mặt ñất và bức xạ nghịch của khí quyển

E
hh
= E
ñ
- E
ng
(15)

E
ng
là bức xạ nghịch của khí quyển
Rn là phản xạ
E
ñ
là bức xạ của ñất
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

22Hình 1.7. Sự phân bố cân bằng bức xạ trên trái ñất (Kcal/cm
2
/phút)
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp

23

Các thành phần cân bằng bức xạ của mặt ñất luôn biến ñổi hoặc bị triệt tiêu. Dễ dàng
nhận thấy nếu cân bằng bức xạ của mặt ñất dương thì mặt ñất nhận ñược năng lượng và nóng
lên, ngược lại nếu cân bằng có giá trị âm thì mặt ñất mất năng lượng và lạnh ñi.
Cân bằng bức xạ không chỉ phụ thuộc vào vĩ ñộ mà còn phụ thuộc vào ñiều kiện ñịa lý,
vật lý ñịa phương như loại mặt ñệm, ñịa hình, mây, ñộ trong suốt khí quyển,
Cân bằng bức xạ là một trong những nhân tố rất quan trọng trong việc hình thành chế ñộ
nhiệt ở các vùng khác nhau. Cân bằng bức xạ ở mỗi thời ñiểm tại ñịa phương là cơ sở ñể dự
báo thời tiết. Ngoài ra cân bằng bức xạ rất cần thiết trong việc xác ñịnh cơ cấu mùa vụ, sinh
trưởng, phát triển và năng suất của các loại cây trồng. Phân bố ñịa lý của cân bằng bức xạ
trên bề mặt trái ñất ñã ñược nhà khí hậu học người Nga M.I. Buñưcô khảo sát và vẽ bản ñồ
(hình 2.8). Trên hình 2.8 ta thấy cân bằng bức xạ mọi nơi trên trái ñất ñều có giá trị dương.


24

Bảng 1.5. ðộ dài bước sóng và năng lượng của thành phần bức xạ mặt trời
(Theo P.N.Thoxki)
Năng lượng Nhóm tia bức xạ
mặt trời
ðộ dài sóng
(µ)
Cal/cm
2
.phút (%)
Ghi chú
Tử ngoại
C
B
A
0,20 - 0,39
0.20 - 0,28
0,29 - 0,32
0,33 - 0,39
0,140
0,008
0,025
0,107
7
0,4
1,2
5,4


0,930
0,640
0,250
0,040
47,0
32,0
13,0
2,0
Gần ñỏ
Tổng số 0,20 - 24,00 1,980 100,0

4. QUANG CHU KỲ

Quang chu kỳ là sự thay ñổi lặp ñi lặp lại của ñộ dài ngày. Tại một ñịa phương nào
ñó, tùy thuộc vào mỗi mùa khí hậu mà quang chu kỳ dài, ngắn khác nhau. ðộ dài ngày là ñộ
dài của khoảng thời gian chiếu sáng trong một ngày tính từ khi mặt trời mọc cho ñến khi mặt
trời lặn. Vì ñộ dài ngày thay ñổi có tính chu kỳ nên ñộ dài ngày ñược gọi là quang chu kỳ.
Ngoài sự thay ñổi theo mùa, quang chu kỳ còn thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý.
• Quang chu kỳ thay ñổi theo mùa trong năm: Quả ñất hình cầu di chuyển xung
quanh mặt trời theo quỹ ñạo hình elip, trong quá trình di chuyển trục quả ñất luôn luôn
nghiêng một góc 66
o
33' so với mặt phẳng quỹ ñạo, một năm nó quay ñược một vòng xung
quanh mặt trời. Mặt khác trong một ngày ñêm (24 giờ) trái ñất tự xoay quanh trục của mình
ñược một vòng.
Hàng năm có 2 ngày, trên quỹ ñạo chuyển ñộng xung quanh mặt trời, trục quả ñất
nằm ở vị trí vuông góc với các tia bức xạ mặt trời ñó là ngày xuân phân (21/3) và ngày thu
phân (23/9). Vào 2 ngày này, trên mọi vĩ ñộ ñịa lý nửa trái ñất ñược mặt trời chiếu sáng ñúng
bằng nửa còn lại không ñược chiếu sáng, do ñó mọi nơi trên trái ñất ñều có ngày và ñêm dài
như nhau (12 giờ).

luôn bằng nhau suốt cả năm. Càng ñi lên vĩ ñộ cao chênh lệch về ñộ dài ngày, ñêm càng
tăng. Riêng tại 2 cực trái ñất (90
0
) chỉ có một ngày dài (6 tháng) và 1 ñêm dài (6 tháng).

Người ta phân biệt ñộ dài chiếu sáng thiên văn và ñộ dài chiếu sáng ñịa phương. ðộ dài
chiếu sáng thiên văn ñược tính toán dựa trên các công thức lý thuyết, phụ thuộc vào thời gian
trong năm và vĩ ñộ ñịa lý.
ðộ dài chiếu sáng ñịa phương thường sai khác so với ñộ dài chiếu sáng thiên văn vì
nó bị chi phối bởi ñiều kiện tự nhiên của mỗi vùng như ñịa hình, thời tiết, sự khúc xạ ánh
sáng (bảng 1.6 )

Chu kỳ chiếu sáng có ảnh hưởng rất lớn ñến ñời sống sinh vật, ñặc biệt là những nhịp ñiệu
sinh trưởng và phát dục của chúng. Khi xem xét ảnh hưởng của ñộ dài chiếu sáng tới một số
quá trình sinh lý ở thực vật người ta tính ñến cả khoảng thời gian trước lúc mặt trời mọc và
sau khi mặt trời lặn vì vào thời gian này cường ñộ ánh sáng khoảng 250 - 650 lux, vẫn có tác
dụng cho thực vật quang hợp. ðộ dài ngày trong trường hợp này người ta còn gọi là ñộ dài
chiếu sáng sinh lý (bảng 1.7).
Bảng 1.6. ðộ dài ngày thiên văn tính theo vĩ ñộ ñịa lý (ñơn vị: giờ, phút)

Vĩ ñộ
Thời gian
0
o
10
o
20
o
30
o

40
o
50
o
60
o
70
o

I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
12,54

12,51

12,51

12,50

12,53


12,55

12,39

12,25

12,21

11,54

12,18

12,46

13,24

13,55

14,12

14,04

13,37

13,00

12,27

12,00


12,49

14,13

15,27

16,08

15,51

14,47

13,26

12,06

11,00

10,26

9,49

11,16

12,57

14,55

16,45


14,23

11,41

9,26

7,54

5,44

9,40

13,36

18,55

24,00

24,00

24,00

23,16

15,38

11,18

7,12
1. CẤU TRÚC THEO CHIỀU THẰNG ÐỨNG CỦA KHÍ QUYỂN
Dựa trên những ñặc tính vật lý và tính chất hoạt ñộng, khí quyển trái ñất ñược chia
thành 5 tầng mỗi tầng có những ñặc trưng vật lý khác nhau (xem sơ ñồ hình 2.1).
1.1. Tầng ñối lưu (Troposphere)
Là tầng không khí gần mặt ñất nhất, ñộ cao trung bình của nó vào khoảng 11 km: ở hai
cực trái ñất chỉ cao từ 8 - 10 km, còn ở vùng xích ñạo là 15 - 18 km. Ðộ cao của tầng khí
quyển này do ñộ cao của các dòng ñối lưu quyết ñịnh, bởi vậy nó thay ñổi theo mùa trong
năm và thay ñổi theo vĩ ñộ ñịa lý, do tính chất nhiệt lực quyết ñịnh.
Tầng ñối lưu là tầng khí quyền hoạt ñộng nhất. Các hiện tượng thời tiết, mưa, nắng,
mây, dông bão ñều xảy ra ở tầng khí quyển này. Tầng ñối lưu cũng là môi trường sống của
tất cả các sinh vật trên trái ñất.
Ðặc ñiểm quan trọng của tầng ñối lưu là nhiệt ñộ giảm dần theo ñộ cao. Trung bình cứ
lên cao 100m nhiệt ñộ giảm xuống 0,64
0
C. Nhiệt ñộ ở giới hạn trên của nó xuống rất thấp, có
thể ñạt - 70

ñược. Sự hoạt ñộng thiếu ý thức bảo vệ thiên nhiên của con người ngày càng xâm ph
ạm cân
bằng sinh thái, làm cho nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt. Hàng năm 17 tri
ệu hecta rừng
nhiệt ñới, 300.000 ha rừng thưa b
ị khai thác quá mức. Một phần ba diện tích ñất ñai bị ñe
doạ bởi nạn hoang mạc hóa. Nạn ô nhiễm không khí, ô nhiễm nước ñã làm mất ñi ư
ớc
chừng 5 - 10% số loài sinh vật từ nay ñến năm 2020; và ñến năm 2050 số loài sinh v
ật bị
diệt chủng sẽ lên ñến 25%. Sinh quyển bị phá vỡ sẽ gây ra sự biến ñộng khí hậu và khô h
ạn,
lũ lụt trên trái ñất ngày một gia tăng.
Việc bảo vệ cân bằng sinh thái là vấn ñề quyết ñịnh sự tồn vong của loài người. Mọi ngư
ời
cần có ý thức bảo vệ nó. Ðể làm cơ sở cho những hiểu biết chúng ta lần lư
ợt xem xét những
vấn ñề sau ñây:

Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
28

giữa các khối không khí ). Hiện tượng thăng giáng của các khối không khí ñã làm thay ñổi
chế ñộ nhiệt, ẩm của không khí.(Khảo sát khí quyển, Oklahoma - 1997)
Chúng ta biết rằng các chất khí ñều chứa ñựng năng lượng ñược gọi là ñộng năng. Ðộng
năng của chất khí phụ thuộc vào áp suất khí quyển, nó ñiều khiển trạng thái nhiệt: khi bị nén
chúng nóng lên, khi giãn nở chúng bị lạnh ñi. Từ nguyên lý ñó ta có thể suy ra rằng: Khối

max
T
min
T
tb
T
max
T
min
0 14,6 23,0 5,5 27,3 31,4 21,6
200 13,8 21,7 3,5 26,2 31,9 20,3
500 12,5 24,7 0,9 25,2 30,0 19,1
1000 10,6 21,4 0,6 22,8 27,7 16,0
1500 9,3 19,1 -1,5 20,0 24,8 15,3
2100 7,9 18,1 -1,7 16,6 20,8 2,0
3100 5,0 14,2 -3,7 11,1 15,7 7,9
Nguồn: TS. Hoàng Thị Phương Hồng (ðài khí tượng cao không Hà Nội)
Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí trong tầng ñối lưu thường diễn ra hàng
ngày, với cường ñộ mạnh hay yếu tùy theo chế ñộ nhiệt của mặt ñất và là nguyên nhân làm
hơi nước ngưng kết, tạo thành mây, mưa Hiện tượng ñi xuống của các khối không khí (ở
các trung tâm áp cao, trên các sườn núi xuống ) làm cho không khí nóng lên, ñộ ẩm xa dần
trạng thái bão hòa. Hiện tượng thăng, giáng của các khối không khí là một hiện tượng ñặc
trưng quan trọng của tầng ñối lưu.
Tầng ñối lưu chiếm 80% khối lượng khí quyển và 90% hơi nước, thành phần khí quyển
ở tầng này luôn luôn diễn ra sự trao ñổi giữa mặt ñất, mặt ñại dương và khí quyển.
1.2. Tầng bình lưu (Stratosphere)
Tầng bình lưu là tầng tiếp giáp với tầng ñối lưu, lên cao tới 50 - 55km. Ðặc ñiểm của
tầng bình lưu là không khí ít bị xáo trộn theo chiều thẳng ñứng. Có thể tách tầng này thành hai
lớp:
- Lớp ñẳng nhiệt: nằm sát tầng ñối lưu lên cao tới 25km, nhiệt ñộ ít thay ñổi, trung bình

Ðộ dẫn ñiện cao ở tầng ñiện ly là nguyên nhân làm phản hồi các sóng vô tuyến phát ñi
từ mặt ñất, nhờ vậy mà mọi thiết bị vô tuyến ñiện ở mặt ñất, ở các vệ tinh nhân tạo mới có thể
hoạt ñộng bình thường ñược.
Tầng ion có thể nhận thấy hai cực ñại ion hóa ở ñộ cao 100 km và 180 - 200km.
Ðặc ñiểm quan trọng của tầng khí quyển này là nhiệt ñộ không khí cao và tăng nhanh
theo ñộ cao. Ở ñộ cao 200km có nhiệt ñộ 600
0
C, còn ở giới hạn trên là 2000
0
C.
1.5. Tầng khuyếch tán (Exosphere)
Giới hạn trên của tầng này vào khoảng 2000 ñến 3000 km, là tầng chuyển tiếp giữa khí
quyển và không gian vũ trụ (Outer space), không khí tầng này rất thưa loãng thành phần chủ
yếu là hydrô và hêli.
2. MẬT ÐỘ, KHỐI LƯỢNG VÀ SỰ PHÂN BỔ KHÍ QUYỂN THEO CHIỀU CAO
2.1. Mật ñộ không khí
Mật ñộ không khí là khối lượng chất khí có trong 1m
3
không khí, hay là tỷ số giữa khối
lượng và thể tích của chất khí, ñược kí hiệu là ρ.
Lần ñầu tiên trên thế giới, mật ñộ không khí ñược xác ñịnh vào thế kỷ thứ 17 sau khi
sáng chế ra bơm không khí. Mật ñộ không khí ở ñiều kiện tiêu chuẩn (áp suất khí quyển 760
mm; nhiệt ñộ không khí 0
0
C) bằng 1,293 kg/m
3
. Còn nếu áp suất khí quyến bằng 1000 mm thì
mật ñộ không khí là 1,276 kg/m
3
.

P
hay ρ = 0,4845 x

273 + t
t là nhiệt ñộ không khí tính theo ñộ bách phân (
0
C).
Ta có thể dùng phương trình (3) ñể xác ñịnh mật ñộ không khí ở bất kỳ ñiều kiện nhiệt
ñộ và áp suất nào của khí quyển.
Từ phương trình (3) ta suy ra rằng: Mật ñộ không khí tỷ lệ thuận với áp suất của khí
quyển (áp suất càng tăng thì khối lượng chất khí có trong 1m
3
không khí càng 1ớn và do ñó
mật ñộ không khí tăng). Mật ñộ không khí tỷ lệ nghịch với nhiệt ñộ. Nhiệt ñộ không khí càng
tăng thì mật ñộ không khí giảm, vì nhiệt ñộ tăng thể tích tăng làm cho khối lượng của một ñơn
vị thể tích không khí giảm.
Bảng 2.2. Ảnh hưởng của nhiệt ñộ và ẩm ñộ ñến mật ñộ không khí

Nhiệt ñộ không khí (
0
C)
Mật ñộ không khí (g/m
3
)
0 10 20 30
Mật ñộ không khí khô 1293 1247 1203 1165
Mật ñộ không khí bão hoà hơi nước 1290 1241 1194 1194
Chênh lệch không khí khô và ẩm 3 6 11 18
Mật ñộ khí quyển còn phụ thuộc vào ẩm ñộ không khí. Ẩm ñộ không khí càng tăng thì
mật ñộ không khí càng giảm (bảng 2.2)

78,09% 3850. 10
12
2 Oxy O
2
20,94% 1180. 10
12

3 Argon Ar 0,93% 65. 10
12

4 Cacbonic CO
2
0,032% 2,5. 10
12

5 Neon Ne 18 ppm 64. 10
9
6 Heli He 5,2 ppm 3,7. 10
9

7 Metan CH
4
1,3 ppm 3,7. 10
9

8 Kripton Kr 1,0 ppm 15. 10
9

9 Hydro H
2

), 20,95% ôxy (O
2
), 0,93%
acgon (Ar), 0,03% cacbonic. Các chất khí nêon, hê li, cripton, hyñrô, xênon và ôzôn chỉ
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
33

chiếm 0,01% (bảng 2.3). Trong khí quyển còn có một số chất có thành phần biến ñộng như
hơi nước, bụi khói, các chất khí ñộc hại, các ion và các chất hữu cơ do thực vật thải ra
3.2. Vai trò của các chất khí trong khí quyển
a) Nitơ (N
2
)
Là chất khí chiếm tỷ lệ lớn nhất, là bộ xương của khí quyển trái ñất. Nitơ là nguyên tố
dinh dưỡng cho mọi cơ thể sống, nó tham gia cấu tạo nên nhiều bộ phận và cơ quan trong cơ
thể ñộng vật và thực vật. Trong sản phẩm cây trồng hàm lượng nitơ tổng số không cao, song
nó giữ vai trò cực kỳ quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển, hình thành năng suất
và phẩm chất của cây trồng. Viện sĩ N.A. Macximov cho rằng: Về số lượng, nitơ chỉ chiếm vị
trí thứ tư trong thành phần cơ thể thực vật sau các chất cacbon, hydro và ôxy. Ba chất này tạo
nên 95% trọng lượng cơ thể thực vật, còn nitơ chỉ chiếm từ 1 ñến 3%, nhưng thiếu nitơ cây
không thế sống ñược.
Nitơ trong tự nhiên là nguồn vô tận, nhưng thực vật không có khả năng ñồng hóa. Chỉ
một số loài vi khuẩn sống tự do trong ñất như Azotobacter, Clostridium pasterianum, vi
khuẩn cộng sinh ở rễ cây họ ñậu (Rhisobium), tảo cộng sinh ở bèo hoa dâu (Anabaena) mới
có khả năng ñồng hóa nitơ phân từ - tạo thành những hợp chất chứa ñạm, bổ sung nguồn dinh
dưỡng cho ñất. Phần lớn thực vật sống trong tình trạng thiếu nitơ bởi vì rễ cây chỉ có thể hút
nitơ dưới dạng các hợp chất như NH
4
+
, NO

2
).
Ôxy cần thiết cho sự phân giải các chất hữu cơ, chất thải, và tàn dư sinh vật… làm sạch
môi trường. Giả sử trong khí quyển không có ôxy, không có sự phân giải các sản phẩm thừa
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
34

của quá trình sống, thì xác chết ñộng thực, vật sẽ làm cho môi trường bị ô nhiễm nghiêm
trọng.
Ôxy còn cần thiết cho sự ñốt cháy các loại nhiên liệu, giải phóng nhiệt lượng cung cấp
cho các hoạt ñộng công nghiệp, giao thông vận tải và các ngành kinh tế khác.
Nguồn cung cấp ôxy cho khí quyển chủ yếu là quá trình quang hợp của thực vật. Cây xanh
quang hợp thải ôxy vào khí quyển, bởi vậy ở những nơi có cây xanh hàm lượng O
2
cao hơn và
không khí trong lành hơn. Hàm lượng oxy không khí trong các kỷ ñịa chất trước ñây rất thấp,
hàm lượng này tăng dần qua các các kỷ Ðá vôi (Cổ sinh), Chu la (Trung sinh), kỷ Ðệ Tam
(Tân sinh) do cường ñộ quang hợp cao. Sự suy giảm O
2
gây nên những hậu quả nghiệm trọng
về hô hấp cho thế giới sinh vật, tình trạng nghèo oxy kéo dài thì cơ thể sẽ chết. Ðối với thực
vật, hàm lượng 21% oxy khí quyển vẫn chưa ñáp ứng ñầy ñủ cho nhu cầu sinh trưởng. Chỉ có
thực vật thuộc nhóm C
4
ñòi hỏi lượng oxy và lượng CO
2
thấp. Thế nhưng, việc ñốt cháy nhiên
liệu hoá thạch trong công nghiệp, giao thông ñã tiêu tốn oxy và thải CO
2
vào khí quyển. Vào

do ñó làm thủng tầng ôzôn.
Ôzôn - lá chắn bảo vệ
Tác dụng của bức xạ Mặt trời ñã duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta. Tác dụng
ñó phụ thuộc vào ñộ dài ban ngày, ñộ cao Mặt trời, mây, ñộ ẩm và ñộ nhiễm bẩn của không
khí. Bức xạ Mặt trời chiếu xuống Trái ñất dưới dạng sóng ñiện từ với phổ bước sóng rất rộng.
Bức xạ Mặt trời chiếu tới giới hạn ngoài của khí quyển Trái ñất (ñộ cao cách mặt ñất khoảng
3000km) gồm các tia gamma, tia rơn ghen, tia tử ngoại, tia nhìn thấy, tia hồng ngoại và các
bước sóng dài (sóng radio, TV). Các tia nhìn thấy có bước sóng từ 0,39 µ* (ánh sáng tím) ñến
0,76µ (ánh sáng ñỏ). Khí quyển Trái ñất có tác dụng khuếch tán, hấp thụ và lọc một bộ phận
lớn các tia bức xạ Mặt trời. Vì vậy, người ta gọi khí quyển là màn chắn các tia bức xạ, nó chỉ
dành lại 2 cửa sổ cho một phần bức xạ Mặt trời chiếu xuống mặt ñất, ñó là “cửa sổ” dành cho
các tia nhìn thấy, một số tia tử ngoại ñi qua và một "cửa sổ" dành cho các bước sóng dài chiếu
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
35

xuống Trái ñất.
Trong khí quyển Trái ñất, tới ñộ cao khoảng 80km là tầng ñiện ly (tầng ion hoá). Tầng
ñiện ly có tác dụng hấp thụ sóng cực ngắn (bước sóng nhỏ hơn 0,099µ). Các tia tử ngoại có
bước sóng ngắn, dao ñộng từ 0,20 - 0,39µ. Các tia có bước sóng từ 0,20 - 0,28 µ gọi là UV -
C, từ 0,28 - 0,32 µ gọi là UV - B. Các tia còn lại có bước sóng dài hơn từ 0,32 - 0,39 µ gọi là
UV - A. Trong số các tia này thì UV - B có tác dụng tích cực nhất ñối với ñộng, thực vật và
con người. UV - C bị hấp thụ bởi thành phần O
3
của khí quyển và UV - A xuyên qua tầng
ôzôn, nhưng lại bị phản xạ bởi oxi và nitơ trở lại vũ trụ. Như vậy, trên thực tế tồn tại một cơ
chế tự nhiên bảo vệ sinh quyển chống lại tác ñộng nguy hiểm của các tia tử ngoại. Sở dĩ các
tia tử ngoại có bước sóng dưới 0,28 µ không xuyên qua tầng bình lưu ñược vì có tầng ôzôn.
Khí ôzôn tự nhiên ñược hình thành là do các tia tử ngoại chiếu vào các phân tử oxi (O
2
), phân

ñốt, thải vào khí quyển mỗi năm hàng trăm triệu tấn khí ñộc như CO
2
, CFC, CO, CH
4
…, gây
ô nhiễm khí quyển và phá hủy tầng ôzôn. Các nhà khoa học dự ñoán rằng ñến năm 2030 sự
suy thoái tầng ôzôn trên phạm vi toàn cầu sẽ là 6,5%. Ðặc biệt, sự suy thái này xảy ra mạnh ở
các vĩ ñộ cao, ñến năm 2030 có thể là 16% ở 60
0
N. Nếu việc cấm sản xuất CFC có hiệu quả
thì sự suy thoái trung bình vẫn ở mức 2% và 8% ở 60
0
N.
d) Khí cacbonic (CO
2
)
Ở ñiều kiện bình thường khí CO
2
chỉ chiếm 0,032% thể tích khí quyển nhưng nó là
nguồn dinh dưỡng quan trọng của thực vật, là yếu tố tạo thành năng suất. Hoạt ñộng của núi
lửa, quá trình cháy, quá trình hô hấp của sinh vật, sự phân hủy các hợp chất hữu cơ là nguồn
bổ sung khí CO
2
thường xuyên cho khí quyển. Bộ lá của thực vật là nơi hấp thu khí CO
2
chủ
yếu trong tự nhiên.
Khí cacbonic cần thiết cho quá trình quang hợp của cây xanh, là nguyên liệu tổng hợp
các chất hữu cơ ñảm bảo sự sinh trưởng, phát triển và tạo năng suất. Một số loại cây trồng,
lượng CO

không tăng tới mức gây hại.
Thực vật hấp thụ CO
2
qua các khí khổng ở lá
và cố ñịnh cacbon qua hàng loạt các phản
ứng của quá trình quang hợp. Bức xạ mặt trời
là nguồn năng lượng sử dụng ñể tổng hợp
những chất photphat cao năng (ATP -
Anñenozintriphotphate), tách hydro từ phân
tử nước rồi cố ñịnh CO
2
thành glucoze.

Hình 2.2. Quang hợp của cây thông v
à
nồng ñộ CO
2
trong không khí

Cùng lúc ñó, một lượng tương ứng O
2
ñược giải phóng vào khí quyển. Lượng cacbon mà thực
vật cố ñịnh hàng năm trên phạm vi toàn cầu khoảng 4 - 9.10
13
kg. Trong một ngày thực vật
hấp thụ CO
2
suốt từ sáng sớm ñến chiều tối, do ñó ban ngày hàm lượng CO
2
giảm ñi, oxy

g) Bụi
Bụi là những phân tử vật chất có kích thước nhỏ bé bay lơ lửng trong khí quyển. Thành
phần của bụi trong khí quyển biến ñộng lớn theo thời gian và không gian.
Bụi có trong khí quyển là do các quá trình phong hóa ñất ñá, quá trình cháy của các
mảnh thiên thể, cháy rừng, hoạt ñộng của núi lửa, ñốt cháy nhiên liệu trong công nghiệp, giao
Trường ðại học Nông nghiệp 1 - Giáo trình Khí tượng Nông nghiệp
37

thông vận tải, hoạt ñộng của con người và ñộng vật… Năm 1938 hoạt ñộng của núi lửa
Cracatau (Liên Xô cũ) sinh ra một lượng bụi khói khổng lồ bao bọc cả trái ñất, bụi làm giảm
cường ñộ bức xạ mặt trời, làm xuất hiện những màu sắc ñặc biệt trên bầu trời kéo dài trong
nhiều năm.
Bụi là những hạt nhân ngưng kết hơi nước, ñặc biệt các hạt bụi có chứa những chất hút
ẩm và dễ tan trong nước. Khi hút các phần tử hơi nước, bụi dễ hòa tan tạo thành những hạt
dung dịch nhỏ bé trở thành những hạt nhân ngưng kết rất tốt. Ở ñiều kiện thuận lợi hạt nhân
ngưng kết ấy lớn dần lên ñể tạo thành những giọt nước mưa.
Bụi có vai trò quan trọng trong việc ñiều tiết chế ñộ nhiệt không khí. Những phần từ bụi
nhỏ bé có khả năng hấp thu và bức xạ nhiệt. Lợi dụng ñặc ñiểm này người ta ñã dùng biện
pháp hun khói ñể chống sương muối, bảo vệ cây trồng trong mùa ñông.
Trong không khí chứa nhiều bụi sẽ gây ra nhiều bất lợi cho cây trồng. Hiện tượng sương
mù khô, sương mù ñen ngăn cản phần lớn các tia bức xạ mặt trời chiếu tới mặt lá, làm giảm
cường ñộ quang hợp. Bụi có thể bịt kín khí khổng của lá cây cản trở việc thoát hơi nước mặt
lá, ảnh hưởng xấu ñến các chức năng sinh lý của cây trồng. Hiện tượng mưa axit, mưa mầu ở
Nga và Bắc Mỹ hiện nay ñã tàn phá rừng, ñồng ruộng là do bụi công nghiệp thải vào khí
quyển mang tính axit ðể nghiên cứu bụi, người ta ñã phân loại theo nhiều tieu chí khác
nhau.
+/ Phân loại theo kích thước: bụi: Φ >10 µm; mù: Φ = 0,1 - 10 µm; khói: Φ < 0,1 µm.
Gồm 2 loại: bụi bay và bụi lắng.
• Bụi bay: có kích thước Φ = 0,001 - 10 µm (tro, muội, khói và các hạt chất rắn nhỏ chuyển
ñộng Braonơ hoặc rơi theo ñịnh luật Stok. Gây tổn thương cơ quan hô hấp, bệnh nhiễm

thay ñổi theo mùa sinh trưởng và mùa khí hậu.
Hàm lượng ôxy và nitơ trong ñất bao giờ cũng thấp hơn ngoài khí quyển do sự hô hấp
của sinh vật ñất ñã lấy ñi một lượng ôxy nhất ñịnh. Do hoat ñộng của vi sinh vật, sự phân giải
các chất hữu cơ ñã thải ra một số chất khí mà ngoài khí quyển không có hoặc với hàm lượng
rất thấp (H
2
S, NH
3,
CH
4
…).
Theo Vítkêvic, thành phần các chất khí chính trong ñất gồm nitơ, cacbonic, ôxy như ở bảng
2.4. dưới ñây. Không khí trong ñất và lớp không khí sát mặt ñất thường xuyên diễn ra quá
trình trao ñổi tạo nên những cân bằng ñộng làm cho không khí trong ñất cũng có ñủ thành
phần và tỷ lệ cần thiết cho sự sống của sinh vật ñất Cường ñộ trao ñổi phụ thu
ộc
vào tính chất lý, hóa học, chế ñộ nước trong ñất và quá trình canh tác.
Trong tự nhiên quá trình trao ñổi này cũng bị nhiều yếu tố chi phối:
* Áp suất khí quyển. Sự biến ñộng của áp suất khí quyển xúc tiến các quá trình trao ñổi
khí trong ñất. Khí áp tăng tạo nên lực nén không khí vào ñất, khí áp giảm tạo ra một lực hút
các chất khí từ trong ñất ra. Áp suất khí quyển là yếu tố biến ñộng mạnh và thường xuyên,
như một ñộng lực thúc ñẩy quá trình trao ñổi này.
* Gió: Cũng như áp suất khí quyển, gió vừa tạo nên lực hút và lực nén không khí vừa
xúc tiến các quá trình vận chuyển không khí trên mặt ñất. Cường ñộ trao ñổi xảy ra mạnh hay
yếu phụ thuộc vào tốc ñộ và hướng gió trên mặt ñất.
Bảng 2.4.Thành phần các chất khí trong ñất
(Theo Vitkêvic, 1966)
Chất khí Giới hạn dao ñ
ộng của các
chất khí (% thể tích)