Chương III. CHẾ ðỘ NHIỆT CỦA ðẤT VÀ KHÔNG KHÍ
1. CHẾ ðỘ NHIỆT CỦA ðẤT
1.3. Sự biến ủổi của nhiệt ủộ ủất
Sự núng lờn ban ngày và lạnh ủi ban ủờm của mặt ủất gõy ra sự biến thiờn nhiệt ủộ liờn tục trong suốt thời gian một ngày ủờm gọi là diễn biến hàng ngày của nhiệt ủộ ủất.
Diễn biến hàng ngày của nhiệt ủộ mặt ủất là những dao ủộng tuần hoàn của nhiệt ủộ với một cực ủại và một cực tiểu trong thời gian một ngày ủờm. Từ khi mặt trời mọc, nhiệt ủộ mặt ủất bắt ủầu tăng và sau khoảng 1,0 – 1,5 giờ, lượng nhiệt mặt ủất nhận ủược ủó lớn hơn lượng nhiệt bị mất ủi, lỳc này mặt ủất núng lờn và sẽ truyền nhiệt vào trong lũng ủất và cho tầng khớ quyển bờn trờn. Nhiệt ủộ ủất tiếp tục tăng dần và ủạt cực ủại vào lỳc 13 giờ. Sau 13 giờ, nhiệt
ủộ của ủất bắt ủầu giảm. Sự giảm nhiệt ủộ tiếp diễn suốt ban ủờm và trị số cực tiểu quan sỏt ủược vào trước khi mặt trời mọc 1- 2 giờ. Thời gian mặt trời mọc trong năm cú thay ủổi, nờn cực tiểu của nhiệt ủộ ủất vào mựa hố thường sớm hơn mựa ủụng.
Trong một ngày ủờm, hiệu số giữa nhiệt ủộ cao nhất và thấp nhất quan sỏt ủược gọi là biờn ủộ nhiệt hàng ngày của mặt ủất và ủược tớnh theo cụng thức:
(6)
Trong ủú: ∆t: biờn ủộ nhiệt ủộ (oC); tmax: nhiệt ủộ cao nhất (oC); tmin: nhiệt ủộ thấp nhất (oC).
Biờn ủộ hàng ngày của nhiệt ủộ ủất là yếu tố biến ủộng rất lớn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Thời gian trong năm: Mựa hố biờn ủộ nhiệt ủộ lớn hơn so với mựa ủụng - Vĩ ủộ ủịa lý: Vĩ ủộ càng nhỏ thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ hàng ngày càng tăng.
- Lượng mõy: Trờn bầu trời lượng mõy càng ớt thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ càng cao
- Tớnh chất nhiệt của ủất: ðất cú nhiệt dung càng lớn thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ hàng ngày càng nhỏ và ủất cú tớnh dẫn nhiệt càng cao thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ hàng ngày càng thấp.
Bảng 3.5. Biến thiờn nhiệt ủộ hàng ngày của một số loại ủất, ủỏ tại Huế (oC)
Nhiệt ủộ ðỏ granit Cỏt Than bựn
Nhiệt ủộ tối cao (tmax) 34,8 42,3 27,7
Nhiệt ủộ tối thấp (Tmin) 14,5 7,8 6,3
Biờn ủộ nhiệt ủộ 20,1 34,5 21,4
Nguồn: Lê Quang Vĩnh (2004)
Bảng 3.5 cho thấy, biến thiờn nhiệt ủộ hàng ngày trờn mặt ủất khỏc nhau do cỏc loại ủất cú tắnh dẫn nhiệt khác nhau. đá granit là loại ựá chắc, dẫn nhiệt tốt; cát là loại ựất xốp nên dẫn nhiệt kộm hơn; than bựn là loại ủất xốp nhưng chứa ẩm nhiều nờn dẫn nhiệt tốt hơn cỏt. Vỡ vậy ủất cỏt cú biờn ủộ nhiệt ủộ lớn nhất, granit cú biờn ủộ nhỏ nhất trong 3 loại.
- Màu sắc của ủất: Biờn ủộ nhiệt ủộ của ủất sẩm màu lớn hơn biờn ủộ nhiệt ủộ của ủất nhạt màu.
- Lớp phủ thực vật: ðất cú lớp phủ thực vật, biờn ủộ nhiệt ủộ bao giờ cũng nhỏ hơn so với ủất trơ trụi khụng cú thực vật.
- ðịa hỡnh và hướng dốc: Cỏc dạng ủịa hỡnh lồi (ủồi, nỳi) cú biờn ủộ nhiệt ủộ nhỏ hơn cỏc vựng ủất lừm (cỏc vựng ủất trũng, thung lũng). ðất của sườn phớa Tõy biờn ủộ nhiệt ủộ lớn hơn sườn phắa đông.
b) Diễn biến hàng năm của nhiệt ủộ ủất
Diễn biến hàng năm của nhiệt ủộ ủất cú liờn quan với biến thiờn hàng năm của năng lượng bức xạ mặt trời. Tại Bắc bỏn cầu, thời ủiểm cực ủại của nhiệt ủộ mặt ủất xuất hiện vào thỏng bảy, thỏng tỏm, cũn thời ủiểm cực tiểu thường vào thỏng giờng, thỏng hai.
Biờn ủộ hàng năm của nhiệt ủộ ủất là hiệu số giữa nhiệt ủộ trung bỡnh thỏng cú giỏ trị lớn nhất và nhiệt ủộ trung bỡnh thỏng cú giỏ trị nhỏ nhất.
Vĩ ủộ ủịa lý càng tăng thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ ủất hàng năm càng lớn do sự chờnh lệch nhiều về nhiệt ủộ giữa mựa hố và mựa ủụng. Biờn ủộ nhiệt ủộ mặt ủất năm ở vựng xớch ủạo chỉ vào khoảng 3oC, cũn ở vựng cực ủới cú thể lờn tới 70oC.
∆t = (tmax - tmin)
Trị số biờn ủộ nhiệt ủộ hàng năm của ủất cũn phụ thuộc vào lớp phủ thực vật. ðất trơ trụi cú biờn ủộ nhiệt ủộ hàng năm lớn hơn ủất cú che phủ bởi thực vật.
Biờn ủộ biến thiờn hàng năm cũng như hàng ngày của nhiệt ủộ ủất giảm theo ủộ sõu, ủến một ủộ sõu nào ủú thỡ nhiệt ủộ khụng ủổi. Tuỳ theo ủặc ủiểm của ủất mà ủộ sõu cú biờn ủộ nhiệt ủộ khụng ủổi khỏc nhau. Tại những vựng nhiệt ủới, lớp ủất cú nhiệt ủộ hàng năm khụng ủổi ở ủộ sõu 5 - 10 một, cũn ở những vựng vĩ ủộ trung bỡnh, lớp ủất cú nhiệt ủộ hàng năm khụng ủổi ở ủộ sõu 15 - 20 m.
Trờn cỏc vựng hồ, biển hay ủại dương, bề mặt hoạt ủộng rộng nờn lượng nhiệt trao ủổi rất lớn giữa cỏc lớp nước, do vậy biến thiờn nhiệt ủộ của mặt nước nhỏ hơn nhiều so với mặt ủất.
Hỡnh 3.1. Biến thiờn nhiệt ủộ ủất feralit trồng cà phờ theo chiều sõu tại Tây Hiếu, Nghệ An (Theo Fritland - 1968)
c) Những quy luật về sự lan truyền nhiệt ủộ xuống cỏc tầng ủất sõu
Nhờ quỏ trỡnh trao ủổi nhiệt giữa cỏc lớp ủất, nhiệt ủộ từ mặt ủất ủược lan truyền xuống cỏc lớp ủất sõu. Khả năng truyền nhiệt của mỗi loại ủất thường khỏc nhau, nhưng về cơ bản chỳng ủều tuõn theo những quy luật nhất ủịnh. Theo nhiều tỏc giả, cỏc quy luật lan truyền nhiệt ủộ ủất như sau:
1) Chu kỳ của những biến thiờn nhiệt ủộ khụng thay ủổi theo ủộ sõu:
Chu kỳ biờn thiờn của nhiệt ủộ (T) thường thấy là chu kỳ ngày ủờm và chu kỳ năm.
2) Biờn ủộ biến thiờn của nhiệt ủộ giảm dần theo ủộ sõu:.
Biờn ủộ nhiệt ủộ ủất ở cỏc ủộ sõu giảm ủi nhanh chúng theo cấp số nhõn khi chiều sõu tăng theo cấp số cộng. Cú thể tớnh ủược biờn ủộ nhiệt ủộ ủất ở bất kỳ ủộ sõu nào theo cụng thức:
(7)
Trong ủú: ∆tz: biờn ủộ nhiệt ủộ ở ủộ sõu z bất kỳ (oC).
∆to: biờn ủộ nhiệt ủộ mặt ủất (oC).
T: chu kỳ biến thiờn của nhiệt ủộ K: hệ số truyền nhiệt ủộ của ủất.
Từ cụng thức trờn cho thấy khi ủộ sõu z tăng thỡ biờn ủộ nhiệt ủộ Az giảm ủi theo cấp số nhõn. Tại một ủộ sõu nào ủú biờn ủộ nhiệt ủộ sẽ trở nờn rất nhỏ hầu như bằng khụng, những biến thiờn nhiệt ủộ ở ủú ngừng hẳn và nhiệt ủộ khụng ủổi trong suốt chu kỳ T. Cỏc kết quả
∆tz = ∆to.e z T .K
− π
khảo sỏt thực tế cho thấy với chu kỳ ngày ủờm thỡ từ ủộ sõu 100 cm trở ủi nhiệt ủộ ủất khụng thay ủổi và ở chu kỳ một năm ứng với ủộ sõu 15 – 20 m nhiệt ủộ ủất cũng khụng thay ủổi.
Kết quả nghiờn cứu ở Phỳ Hộ cho thấy, ủất trồng chố Việt nam cú ủộ sõu nhiệt ủộ khụng thay ủổi là 80 cm.
3) Thời gian xuất hiện cỏc cực trị của nhiệt ủộ ủất muộn dần theo ủộ sõu.
Cỏc giỏ trị cực trị (cực ủại, cực tiểu) của nhiệt ủộ ở cỏc ủộ sõu thay ủổi nhưng thời ủiểm xảy ra nú thỡ tuõn theo quy luật này. ðộ muộn - τ (tớnh theo thời gian) ứng với cỏc lớp ủất sõu ủược tớnh bằng cụng thức:
z 2 τ = Τ
π Κ (8)
Trong ủú: ủộ muộn τ là thời gian chậm trễ (giờ hoặc ngày). ðối với những ủất cú ủộ dẫn nhiệt khỏc nhau, thời gian chậm trễ cũng khỏc nhau. Trung bỡnh cỏc ủiểm cực ủại và cực tiểu hàng ngày, ủộ sõu lớp ủất cứ tăng thờm 10 cm thỡ chậm ủi 2,5 - 3,5 giờ, và cỏc ủiểm cực ủại, cực tiểu hàng năm, ủộ sõu lớp ủất cứ tăng thờm 1m thỡ chậm ủi 20 -30 ngày.
Bảng 3.6. Biờn ủộ nhiệt ủộ ngày ủờm của ủất trồng chố Phỳ Hộ - Phỳ Thọ (oC) Các tháng trong năm
ðộ sâu
(cm) I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
0 7,5 4,7 6,2 10,0 15,5 14,8 15,9 8,4 5,4 5,3 4,5 3,8
5 3,1 2,3 2,8 3,7 6,3 6,2 5,3 4,1 3,8 3,1 2,9 2,2
10 1,4 1,6 1,6 2,1 3,5 3,6 3,2 2,5 2,1 1,9 1,8 1,4
15 0,6 0,8 0,7 1,1 2,3 1,8 2,3 1,6 1,4 1,6 0,7 0,6
20 0,1 0,8 0,4 0,8 1,5 1,8 2,1 1,5 0,9 0,6 0,7 0,1
40 0,1 0,1 0,1 0,1 0,9 0,8 1,4 0,1 0,1 0,0 0,1 0,1
80 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
Nguồn: Viện nghiên cứu chè (1961)
4) Những ủộ sõu cú ủộ giảm biờn ủộ nhiệt ủộ như nhau tỷ lệ với căn bậc hai của những chu kỳ biến thiên.
Quy luật này ủược thể hiện bằng cụng thức sau:
1 1
2 2
z T
z = T (9)
Trong ủú z1, z2 là những ủộ sõu mà cỏc biờn ủộ nhiệt ủộ (∆t1, ∆t2) giảm ủi cựng một số lần; T1, T2 là những chu kỳ biến thiên.
Ví dụ: Nếu ta coi T1 là chu kỳ biến thiên ngày, T2 là chu kỳ biến thiên năm (365 ngày), ủưa vào cụng thức tớnh ta sẽ cú:
z1 √ 1 1
--- = --- = ---
z2 √365 19
Như vậy giả sử biờn ủộ biến thiờn hàng ngày giảm ủi 2 lần ở ủộ sõu z1 = 10 cm, thỡ ở biến thiờn hàng năm sự giảm biờn ủộ 2 lần xảy ra tại ủộ sõu z2 = 190 cm.