Mục lục bài họcĐang ở d04-b4
← AP Environmental Science
0/36 bài đã học xong
Chương 4 · Unit 4 — Earth Systems and Resources · Bài 4/4 của chương · bài 16/36 của AP Environmental Science

The Atmosphere, Global Circulation, Monsoons and El Nino

Khí quyển, hoàn lưu toàn cầu, gió mùa và El Nino
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

Layers of the atmosphere

Composition by volume of dry air: about $78\%$ nitrogen, $21\%$ oxygen, $0{,}93\%$ argon and roughly $0{,}04\%$ carbon dioxide. The layers are defined by whether temperature rises or falls with height:

  • Troposphere (0–about 16 km) — temperature falls about $6{,}5^{\circ}\text{C}$ per km. Warm air below cold air is unstable, so this layer mixes vigorously: nearly all weather happens here.
  • Stratosphere — temperature rises with height because the ozone layer absorbs ultraviolet radiation. Warm air on top of cold is stable, so there is little vertical mixing, which is why pollutants that reach it stay for years.
  • Mesosphere — temperature falls again; the coldest part of the atmosphere.
  • Thermosphere — temperature rises as scarce molecules absorb high-energy radiation.

Three cells, and why deserts sit at 30 degrees

Intense heating at the equator lifts moist air; it cools, rain falls, and the dry air aloft moves poleward and sinks near 30 degrees, warming and absorbing moisture. That descending limb of the Hadley cell is why most great deserts lie near $30^{\circ}$ N and S. The Ferrel and polar cells complete the pattern, with rising wet air near $60^{\circ}$ and sinking dry air at the poles. The Coriolis effect deflects moving air right in the Northern Hemisphere and left in the Southern, turning these flows into the trade winds and the westerlies.

Monsoons, El Nino and La Nina

A monsoon is a seasonal reversal of wind caused by land heating and cooling faster than ocean: summer winds blow from sea to land bringing rain, winter winds from land to sea bringing dry air. In a normal year, Pacific trade winds pile warm water in the west and allow cold, nutrient-rich upwelling off Peru. During El Nino the trade winds weaken or reverse, warm water spreads east, upwelling stops, fisheries collapse, Peru gets floods and Australia and Indonesia get drought. La Nina is the exaggerated normal state: stronger trade winds, stronger upwelling, wetter western Pacific.

Giải thích tiếng Việt

Các tầng khí quyển

Thành phần không khí khô theo thể tích: khoảng $78\%$ nitơ, $21\%$ oxi, $0{,}93\%$ argon và khoảng $0{,}04\%$ cacbon đioxit. Các tầng được phân chia theo việc nhiệt độ tăng hay giảm theo độ cao:

  • Tầng đối lưu (0 đến khoảng 16 km) — nhiệt độ giảm khoảng $6{,}5^{\circ}\text{C}$ mỗi km. Khí ấm nằm dưới khí lạnh là trạng thái bất ổn định, nên tầng này xáo trộn mạnh: gần như toàn bộ thời tiết xảy ra ở đây.
  • Tầng bình lưu — nhiệt độ tăng theo độ cao vì tầng ozon hấp thụ tia tử ngoại. Khí ấm nằm trên khí lạnh là trạng thái ổn định nên rất ít xáo trộn thẳng đứng — đó là lý do chất ô nhiễm lên tới đây thì tồn tại hàng năm trời.
  • Tầng trung lưu — nhiệt độ lại giảm; đây là phần lạnh nhất của khí quyển.
  • Tầng nhiệt — nhiệt độ tăng vì số phân tử ít ỏi hấp thụ bức xạ năng lượng cao.

Ba vòng đối lưu, và vì sao hoang mạc nằm ở vĩ độ 30

Nắng gay gắt ở xích đạo nâng khối khí ẩm lên; khí nguội, mưa trút xuống, phần khí đã khô ở trên cao đi về phía cực rồi hạ xuống quanh vĩ độ 30, nóng lên và hút thêm ẩm. Nhánh giáng của vòng Hadley chính là lý do phần lớn hoang mạc lớn nằm gần $30^{\circ}$ Bắc và Nam. Vòng Ferrelvòng cực khép nốt bức tranh, với khí ẩm bốc lên quanh $60^{\circ}$ và khí khô hạ xuống ở cực. Hiệu ứng Coriolis làm khối khí lệch sang phải ở Bắc bán cầu và sang trái ở Nam bán cầu, biến các dòng này thành gió tín phonggió tây ôn đới.

Gió mùa, El Nino và La Nina

Gió mùa là sự đảo chiều gió theo mùa, do đất nóng lên và nguội đi nhanh hơn biển: gió mùa hạ thổi từ biển vào đất liền mang mưa, gió mùa đông thổi từ đất ra biển mang khí khô. Năm bình thường, tín phong Thái Bình Dương dồn nước ấm về phía tây và cho phép dòng nước trồi lạnh, giàu dinh dưỡng nổi lên ngoài khơi Peru. Trong pha El Nino, tín phong yếu đi hoặc đảo chiều, nước ấm lan về phía đông, nước trồi ngừng, nghề cá sụp đổ, Peru ngập lụt còn Australia và Indonesia hạn hán. La Nina là trạng thái bình thường được đẩy mạnh: tín phong mạnh hơn, nước trồi mạnh hơn, tây Thái Bình Dương mưa nhiều hơn.

0° Xích đạo 30° 60° 90° Cực đỉnh tầng đối lưu vòng Hadley vòng Ferrel vòng cực khí LÊN mưa nhiều khí XUỐNG hoang mạc khí LÊN ôn đới ẩm khí XUỐNG cực khô tín phong đông bắc gió tây ôn đới
Một quy tắc đọc được cả ba vòng. Chỗ khí lên thì nguội, ngưng tụ và mưa nhiều: xích đạo và vĩ độ $60$. Chỗ khí xuống thì nén, nóng lên, hút ẩm nên khô: vĩ độ $30$ và hai cực. Nhớ được quy tắc lên-mưa xuống-khô là trả lời được cả câu "vì sao Sahara ở đó", câu "vì sao hai cực là hoang mạc lạnh", lẫn câu "vì sao rừng mưa nhiệt đới nằm dọc xích đạo" mà không phải học thuộc bản đồ.
Ví dụ — nhiệt độ ở độ cao bay hành trình

Nhiệt độ mặt đất là $18^{\circ}\text{C}$. Dùng gradient nhiệt độ trung bình của tầng đối lưu $6{,}5^{\circ}\text{C}$ mỗi km, tính nhiệt độ không khí ở độ cao bay hành trình $11$ km. Sau đó giải thích vì sao phép tính này ngừng đúng nếu áp cho độ cao $30$ km.

Giải.

Bước 1 — tính mức giảm.

$$\Delta T = 6{,}5 \times 11 = 71{,}5^{\circ}\text{C}$$

Bước 2 — trừ khỏi nhiệt độ mặt đất.

$$T = 18 - 71{,}5 = -53{,}5^{\circ}\text{C}$$

Con số này khớp với nhiệt độ ngoài thân máy bay ở độ cao hành trình, thường quanh $-50^{\circ}\text{C}$.

Bước 3 — vì sao không suy tiếp lên $30$ km. Ở khoảng $16$ km có ranh giới đối lưu hạn: qua đó là tầng bình lưu, và trong tầng bình lưu nhiệt độ tăng theo độ cao vì ozon hấp thụ tia tử ngoại. Áp gradient của tầng đối lưu lên $30$ km sẽ cho một giá trị lạnh phi lý, trong khi thực tế ở đó không khí ấm hơn ở đối lưu hạn.

Ý cần nhớ: gradient $6{,}5^{\circ}\text{C}$/km chỉ có hiệu lực trong tầng đối lưu.

Bẫy hay mất điểm — Bẫy hay gặp nhất là mô tả El Nino bằng cụm "nước biển nóng lên" rồi dừng lại, và đề sẽ không cho điểm vì thiếu mắt xích cơ chế. Chuỗi phải đủ ba khâu: tín phong yếu đinước ấm dồn về phía đôngnước trồi ngoài khơi Peru ngừng → dinh dưỡng không lên tới tầng mặt → thực vật phù du giảm → cá cơm và nghề cá sụp. Cách chặn: viết mũi tên trước, câu văn sau; thiếu mũi tên nào là mất đúng một điểm rubric ở đó.
Phải nhớ — Tầng đối lưu lạnh dần theo độ cao và chứa thời tiết; tầng bình lưu ấm dần vì ozon nên rất ổn định. Ba vòng hoàn lưu đặt vùng mưa ở $0^{\circ}$ và $60^{\circ}$, vùng khô ở $30^{\circ}$ và hai cực. Gió mùa đảo chiều theo mùa vì đất và biển nóng lên khác nhau. El Nino là tín phong yếu, nước trồi ngừng; La Nina là bản khuếch đại của năm bình thường.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Unit 4 — Earth Systems and Resources gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →