Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi địa lý chuyên đề nhiệt độ không khí và các dạng bài tập liên quan trong thi học sinh giỏi quốc gia (phần đại cương)

CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP LIÊN QUAN TRONG THI HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA (PHẦN ĐẠI CƯƠNG) A. PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn chuyên đề 1. Đây là một trong những nội dung trọng tâm trong phần khí quyển được sử dụng trong các đề thi học sinh giỏi quốc gia. 2. Học sinh cần nắm vững những cơ sở lý luận địa lý tự nhiên để giải thích các hiện tượng về nhiệt độ trên Địa cầu cũng như trong khí hậu Việt Nam. 3. Rèn luyện tư duy địa lý, đó là mỗi quan hệ nhân quả điển hình trong địa lý. II. Mục đích 1. Cung cấp cho học sinh những kiến thức cơ sở (đại cương) có tính khoa học, chính xác để vận dụng trong học tập và thi học sinh giỏi quốc gia. 2. Học sinh tiếp cận với những dạng đề thi cơ bản của phần này; trong quá trình giải đề vừa củng cố kiến thức đại cương, vừa rèn luyện kỹ năng giải các đề thi phần địa lý tự nhiên đại cương. B. PHẦN NỘI DUNG I. Kiến thức 1. Bức xạ mặt trời, nguồn gốc nhiệt chủ yếu của khí quyển a. Bức xạ Mọi vật thể có nhiệt độ cao hơn - 2730 K đều phát xạ, Mặt trời là một thiên thể đáp ứng điều kiện này và do đó có phát xạ. Bức xạ mặt trời phát ra theo biểu thức sau: E = abT4 (Cal/ cm2 phút) Trong đó: E = Là năng lượng bức xạ của mặt trời a = 1 gọi là hệ số phát xạ 1 b = là hằng số Stephan Bonsman bằng 8,26.10-11 T = 60000K, đó là nhiệt độ trên bề mặt quang cầu Trong thành phần của dòng bức xạ mặt trời có hai thành phần cơ bản đó là bức xạ nhiệt và sóng điện từ; còn thành phần kia là các hạt proton và electron; như vậy bức xạ nhiệt chính là nhân tố quyết định đến nhiệt trên địa cầu. Dòng bức xạ trên tác động đến các tinh cầu trong Thái dương hệ trong đó có Trái Đất chịu tác động của hai nhân tố, đó là cường độ bức xạ của mặt trời và khoảng cách mặt trời và các tinh cầu. Có một điều cần lưu ý, dòng bức xạ mặt trời đến giới hạn trên cùng của khí quyển Trái Đất gần như không thay đổi, đó là hằng số Mặt trời bằng 1,95 – 2,0 Cal/cm2phút. Như vậy, tình trạng phân bố nhiệt độ vô cùng phức tạp trên địa cầu là do những nhân tố của bản thân nó tác động mà thôi, có nghĩa là chỉ có thể lý giải đúng các hiện tượng về nhiệt trên địa cầu khi ta nắm vững vai trò của các nhân tố này. b. Ý nghĩa địa lý của bức xạ Như trên đã nói, trong thành phần của dòng bức xạ dồn xuống Trái Đất thì bức xạ nhiệt là quan trọng nhất. Nói chung, nhiệt tác động đến toàn bộ lớp vỏ địa lý trái đất. Sự phân hóa của yếu tố nhiệt có tác động căn bản đến sự phân hóa phức tạp của hệ thống tự nhiên. Dấu ấn của nhiệt sâu sắc tới mức, từ hiện trạng của các sự vật hiện tượng địa lý, người ta có thể suy đoán được hiện trạng của phân tố nhiệt trên địa cầu. 2. Nhiệt độ trong khí quyển của Trái đất a. Đặc tính của khí quyển Khí quyển là một lớp vỏ của cảnh quan địa lý Trái đất có những đặc tính đặc biệt làm biến dạng dòng bức xạ Mặt trời - Đặc tính về cấu trúc: Đó là các tầng khác nhau của khí quyển - Đặc tính về thành phần: Đó là các chất khí, hơi nước, chất rắn… - Đặc tính về hình dạng: Dạng cầu b. Bức xạ trên mặt đất 2 Như trên đã nói, bức xạ mặt trời sau khi xuyên qua khí quyển đã biến đổi rất phức tạp do đặc tính của khí quyển gây ra. Sự biến đổi ấy điễn ra như sau: - Trực xạ: Dòng bức xạ đi thẳng tới bề mặt Trái Đất (I) - Tán xạ: Dòng bức xạ bị biến dạng, tỏa xuống mặt đất từ trên vòm trời (i) Từ đó, mặt đất nhận được bức xạ tổng cộng là: Q=I+i Khi dòng bức xạ tiếp xúc với mặt đất bởi bức xạ tổng cộng Q, thì một phần mặt đất hấp thụ, sau đó lại tỏa vào khí quyển, một phần khác bị phản xạ trởi lại. Cần lưu ý thêm rằng, chính lớp không khí đậm đặc sát mặt đất sau khi hấp thụ bức xạ lại tỏa nhiệt vào khí quyển người ta gọi là bức xạ riêng của khí quyển. Bức xạ mặt trời không chỉ bị biến dạng bởi khí quyển như vừa trình bày ở trên, mà còn phụ thuộc vào tia tới (góc nhập xạ). Cường độ bức xạ phụ thuộc vào tia tới thể hiện ở biểu thức sau: I = I0 . sin h I: Cường độ bức xạ ( khoảng cách/ cm2 phút) I0: Cường độ bức xạ khi góc tới là 900 h: Góc tới Qua sự trình bày trên, ta thấy nhiệt trên địa cầu là kết quả một tiến trình rất phức tạp của dòng bức xạ mặt trời. c. Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí là kết quả của dòng bức xạ mặt trời sau một tiến trình phức tạp thâm nhập vào Trái đất. - Khái niệm: Nhiệt độ không khí là trị số nhiệt độ do bằng censint (0C) ở lớp không khí cách mặt đất 2m. - Nhiệt độ trung bình: là trị số nhiệt độ nói chung cho một khoảng thời gian hoặc một không gian nào đó. + Nhiệt độ trung bình ngày: là trị số nhiệt độ trung bình của 24 giờ. + Nhiệt độ trung bình tháng: là trị số nhiệt độ trung bình của 30 ngày (29,31 ngày). + Nhiệt độ trung bình năm: là trị số nhiệt độ trung bình của 12 tháng. 3 + Nhiệt độ trung bình của một địa điểm: là nhiệt độ trung bình nhiều năm của địa điểm đó (dựa vào thống kê của trạm khí tượng của địa điểm đó). + Nhiệt độ trung bình của một lãnh thổ: là nhiệt độ trung bình nhiều năm của tất cả các trạm khí tượng trên vùng đó. - Biên độ nhiệt : là sự chênh lệch trị số nhiệt độ giữa các địa điểm, vùng hoặc giữa các thời điểm. + Biên đồ nhiệt ngày - đêm: Giảm dần từ xích đạo về cực. + Biên độ nhiệt năm: Tăng dần từ xích đạo về cực. + Biên độ nhiệt lục địa - đại dương: Lục địa có biên độ nhiệt lớn, đại dương có biên độ nhiệt nhỏ. + Biên độ nhiệt theo độ cao: Giảm dần theo độ cao - Chế độ nhiệt: Đó là sự thay đổi nhiệt độ (còn gọi là biến trình) theo thời gian và không gian. + Chế độ nhiệt ngày: Nhiệt độ thấp nhất trước mặt trời mọc và đạt cực đại khoảng 13 giờ. + Chế độ nhiệt xích đạo: Có 2 cực đại và 2 cực tiểu. + Chế độ nhiệt chí tuyến: Có một cực đại và một cực tiểu. + Chế độ nhiệt ôn đới: Có một cực đại và một cực tiểu. + Chế độ nhiệt hàn đới: Không rõ lắm. - Sự phân bố nhiệt: + Sự phân bố nhiệt theo độ cao: Nhìn chung là tuân theo quy luật càng lên cao nhiệt độ càng giảm: 0,6°c/100m. Tuy nhiên trong khí quyển có hiện tượng dị thường là nghịch và đẳng nhiệt. + Sự phân bố nhiệt theo vĩ độ hình thành các vành đai nhiệt: * Vòng đai nhiệt đới * Vòng đai ôn đới * Vòng đai hàn đới + Sự phân bố nhiệt theo kinh độ ( theo lục địa và đại dương): Theo đó nhiệt độ có sự phân hóa không chỉ giữa lục địa và đại dương mà còn giữa bờ đông và bờ tây của các đại dương (hoặc các lục địa). 4 d. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí - Vì độ địa lý: Ảnh hưởng đến cường độ bức xạ. Cường độ bức xạ tỉ lệ thuận với góc nhập xạ. Như vậy, cường độ bức xạ sẽ giảm dần về hai cực. - Bề mặt đệm: + Lục địa và đại dương: Liên quan đến nhiệt dung của chúng và do đó ảnh hưởng sâu sắc đến đặc điểm nhiệt độ. + Thảm thực vật + Yếu tố địa hình + Dòng biển + Băng tuyết - Vị trí bờ biển: Ví dụ bờ đông các đại dương có nhiệt độ cao hơn bờ tây ở vĩ độ 450B, N. - Hoàn lưu: Rất quan trọng trong việc phân bố lại nhiệt độ trên địa cầu. Đó là những nhân tố cơ bản ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí, ngoài ra còn một số nhân tố khác nữa. II. Bài tập 1. Tại sao nhiệt độ phân bố trên địa cầu có sự khác biệt theo vĩ độ và theo lục địa, đại dương? 2. Hãy phân tích các nhân tố tác động đến sự hình thành các vòng đai nhiệt trên địa cầu. 3. Hãy chứng minh rằng sự phân bố của nhiệt độ trên Địa cầu chịu tác động của quy luật địa đới và quy luật phi địa đới. 4. Tại sao vào lúc Trái đất ở vị trí viễn nhật, bắc bán cầu lại có nhiệt độ cao hơn khi nó ở vị trí cận nhật? 5. Tại sao các đường đẳng nhiệt trên địa cầu không trùng với hướng của các vĩ tuyến? 5 6. Hãy giải thích sự phân phối tổng lượng bức xạ mặt trời dựa vào bảng sau: (Đơn vị: Khoảng cách/cm 2 Năm) Vị độ Ngày, tháng 00 100 200 500 700 900 21/3 672 659 556 367 132 0 22/6 577 649 728 707 624 634 23/9 663 650 548 361 130 0 22/12 613 519 283 66 0 0 7. Cho bảng số liệu sau đây về nhiệt độ các tháng của một địa điểm xác định có vĩ độ là 50B Đơn vị 0C 1 2 3 4 6,5 6,9 7,8 9,9 5 6 7 10,3 11,5 10,8 8 9 10 11 12 9,9 8,1 7,9 7,0 6,9 Hãy nhận xét và giải thích yếu tố nhiệt độ của khí hậu địa điểm trên 8. Hãy giải thích sự khác nhau về biên độ nhiệt ngày và đêm với biên độ nhiệt năm từ xích đạo về cực. 9. Vì sao vào những ngày hè, người ta hay khuyên là đi vào lúc đứng bóng (12 giờ) mà không nên đi vào lúc nắng xuyên hông? 10. Trong dân gian, người ta khuyên mặc áo trắng vào mùa hạ, áo tối màu vào màu đông. Điều đó có cơ sở khoa học không? Tại sao? 11. Vì sao ở biển và vùng lân cận, mùa hè lại mát và mùa đông ấm? 12. Hãy nhận xét và giải thích sự thay đổi nhiệt độ trên địa cầu dựa vào bảng sau: Vĩ độ Nhiệt độ trung bình Vĩ độ Nhiệt độ trung bình 00 2504 C 500 504 C 100 260 C 600 - 006 C 200 250 C 700 - 1004 C 6 300 200 C 800 - 1702 C 400 140 C 900 - 190 C 13. Hãy nhận xét và giải thích biên độ nhiệt năm trên địa cầu dựa vào bảng sau: Vĩ độ 00 Biên độ nhiệt năm 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0,60C 1,70C 5,50C 130C 190C 28,20C 300C 34,10C 34,60C 360C 15. Hãy nhận xét và giải thích đặc điểm nhiệt độ của một số địa điểm dựa vào bảng sau: Vĩ độ 770 B Bờ tây Bờ đông Địa điểm Nhiệt độ Địa điểm Nhiệt độ Nale - 3,80 C Abdin 8,20 C (Canada) 450 B Halifast ( Anh) 6,30 C (Canada) Bondaux (Pháp) 7 12,80 C C. PHẦN KẾT LUẬN I. Phần kiến thức, chúng tôi tổng hợp và hệ thống hóa từ nhiều giáo trình, tài liệu khác nhau và trình bày khái quát, sao cho tài liệu có tính định hướng để học sinh giỏi có thể phát triển kiến thức. Về kết cấu, cố gắng trình bày riêng rẽ có chủ ý để tránh cho học sinh chỉ học thuộc lòng như là cái có sẵn. Ví dụ thông thường là nêu hiện tượng rồi giải thích ngay. Còn ở chuyên đề này đặt riêng rẽ các nội dung học sinh phải thấu hiểu các nhân tố để giải thích đúng hiện tượng nhiệt độ trong không khí. Phần bài tập, chúng tôi sưu tầm một số vì đó là những dạng cơ bản, tuy nhiên phần lớn là đã được cải biến. II. Chúng tôi chỉ có một kiến nghị, sau khi đã chấm thẩm định xong, biên tập lại và gửi tập chuyên đề này đến các trường thành viên dùng làm tài liệu huấn luyện học sinh giỏi quốc gia. 8