Mục lục bài họcĐang ở d02-b3
← IB Geography
0/32 bài đã học xong
Chương 2 · Global Climate — Vulnerability and Resilience · Bài 3/4 của chương · bài 7/32 của IB Geography

Atmospheric and Oceanic Circulation and the Uneven Distribution of Climate Impacts

Hoàn lưu khí quyển, hoàn lưu đại dương và sự phân bố không đều của tác động khí hậu
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

One rule explains the world's climate belts. Air that rises expands and cools, water vapour condenses, and rain falls. Air that sinks is compressed and warms, relative humidity falls, and conditions are dry. Applying that single rule to the three circulation cells in each hemisphere explains the pattern of climate belts without memorising them.

The three cells. Intense heating at the equator makes air rise, producing the rainfall belt of the tropical rainforests; this is the ascending limb of the Hadley cell. The air moves polewards aloft, cools, and sinks at about thirty degrees, producing the subtropical high-pressure belts — which is why the Sahara, the Arabian, Kalahari, Australian and Atacama deserts all lie at approximately the same latitudes in both hemispheres. The Ferrel cell and the polar cell complete the pattern, giving rising air and rainfall around sixty degrees and sinking air with cold desert conditions at the poles.

Thermohaline circulation. The name is the mechanism: temperature and salinity together determine the density of sea water. Warm surface water flows polewards, gives up heat to the atmosphere, becomes colder and saltier and therefore denser, and sinks. That sinking draws the next body of warm water northwards. This conveyor transports an enormous quantity of heat and is the reason north-west Europe is far milder than places at the same latitude in North America.

A tipping point with a counter-intuitive outcome. Melting Greenland ice adds fresh water to the North Atlantic. Fresher surface water is less dense, so it sinks less readily and the conveyor slows. The consequence is that a specific region can become cooler while the planet as a whole warms. Stating this correctly is one of the clearest ways to show that a candidate understands mechanism rather than slogans.

Why impacts are unevenly distributed — the part that earns marks. As the planet warms, the circulation cells shift polewards. Regions that already sit on the dry margin of the subtropical high — the Sahel, the Mediterranean basin, the south-west of the United States, parts of southern Africa and Australia — move further into the descending limb and become drier, while equatorial regions and high latitudes become wetter. Warming also amplifies at the poles through the ice–albedo feedback. Saying that impacts are uneven scores little; explaining it through the circulation is what scores.

Giải thích tiếng Việt

Một quy tắc duy nhất giải thích các đai khí hậu của thế giới. Khí bốc lên thì nở ra và lạnh đi, hơi nước ngưng tụ, và mưa rơi. Khí giáng xuống thì bị nén và nóng lên, độ ẩm tương đối giảm, và điều kiện trở nên khô. Áp đúng một quy tắc đó vào ba vòng hoàn lưu ở mỗi bán cầu là giải thích được toàn bộ mô thức các đai khí hậu mà không cần học thuộc lòng.

Ba vòng hoàn lưu. Sự đốt nóng mạnh ở xích đạo làm khí bốc lên, tạo ra đai mưa của rừng mưa nhiệt đới; đây là nhánh đi lên của vòng Hadley. Khối khí di chuyển về phía cực ở trên cao, lạnh đi, rồi giáng xuống ở khoảng ba mươi độ, tạo ra các đai áp cao cận nhiệt — và đó là lý do sa mạc Sahara, Arập, Kalahari, Úc và Atacama đều nằm ở xấp xỉ cùng vĩ độ ở cả hai bán cầu. Vòng Ferrelvòng cực hoàn tất mô thức, cho khí bốc lên kèm mưa ở khoảng sáu mươi độ và khí giáng xuống kèm điều kiện sa mạc lạnh ở hai cực.

Hoàn lưu nhiệt muối. Tên gọi chính là cơ chế: nhiệt độ và độ mặn cùng nhau quyết định tỷ trọng của nước biển. Nước mặt ấm chảy về phía cực, nhường nhiệt cho khí quyển, trở nên lạnh hơn và mặn hơn nên nặng hơn, và chìm xuống. Dòng chìm đó kéo khối nước ấm tiếp theo đi lên phía bắc. Băng chuyền này vận chuyển một lượng nhiệt khổng lồ và là lý do tây bắc châu Âu ôn hoà hơn nhiều so với những nơi cùng vĩ độ ở Bắc Mỹ.

Một điểm tới hạn có kết cục phản trực giác. Băng Greenland tan đổ nước ngọt vào Bắc Đại Tây Dương. Nước mặt nhạt hơn thì nhẹ hơn, nên nó khó chìm hơn và băng chuyền chậm lại. Hệ quả là một vùng cụ thể có thể trở nên LẠNH ĐI trong khi cả hành tinh đang ấm lên. Phát biểu đúng điều này là một trong những cách rõ nhất để cho thấy thí sinh hiểu cơ chế chứ không thuộc khẩu hiệu.

Vì sao tác động phân bố không đều — phần lấy được điểm. Khi hành tinh ấm lên, các vòng hoàn lưu dịch về phía cực. Những vùng vốn đã nằm ở rìa khô của đai áp cao cận nhiệt — Sahel, lưu vực Địa Trung Hải, tây nam Hoa Kỳ, một phần nam châu Phi và Úc — bị đẩy sâu hơn vào nhánh giáng xuống nên khô hạn hơn, trong khi vùng xích đạo và vĩ độ cao thì ẩm hơn. Nóng lên còn được khuếch đại ở hai cực qua phản hồi băng–suất phản xạ. Nói rằng tác động không đồng đều thì gần như không được điểm; giải thích nó bằng hoàn lưu mới là thứ được chấm.

HOÀN LƯU KHÍ QUYỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG: VÌ SAO SA MẠC NẰM Ở ĐÚNG NHỮNG VĨ ĐỘ ĐÓ 90°B 60°B 30°B 0° xích đạo vòng Hadley Ferrel cực khí NÓNG bốc lên → mưa nhiều rừng mưa khí GIÁNG xuống → khô hạn đai sa mạc bốc lên → mưa giáng → khô Quy tắc: khí BỐC LÊN thì lạnh đi, hơi nước ngưng tụ → MƯA. Khí GIÁNG XUỐNG thì nóng lên, độ ẩm tương đối giảm → KHÔ. Vì vậy sa mạc lớn của thế giới nằm quanh 30° hai bán cầu — không phải ngẫu nhiên. HOÀN LƯU NHIỆT MUỐI Nước ấm chảy lên vĩ độ cao ở tầng mặt, toả nhiệt cho khí quyển, rồi lạnh đi và mặn hơn nên NẶNG và chìm. Dòng chìm đó kéo nước ấm tiếp theo lên — băng chuyền này giữ cho tây bắc châu Âu ấm hơn nhiều so với các vùng cùng vĩ độ ở Bắc Mỹ. ĐIỂM TỚI HẠN CỦA BĂNG CHUYỀN Băng Greenland tan đổ nước NGỌT vào Bắc Đại Tây Dương → nước mặt nhạt hơn nên NHẸ hơn → khó chìm hơn → băng chuyền chậm lại → tây bắc châu Âu LẠNH ĐI Nghịch lý: nóng lên toàn cầu có thể làm một vùng lạnh đi. VÌ SAO PHẢI BIẾT HOÀN LƯU MỚI HIỂU ĐƯỢC TÁC ĐỘNG KHÍ HẬU Nóng lên KHÔNG phân bố đều. Các vòng hoàn lưu dịch về phía cực khi hành tinh ấm lên, nên rìa các đai sa mạc mở rộng và những vùng vốn nằm sát rìa — Sahel, Địa Trung Hải, tây nam Hoa Kỳ — chuyển sang khô hạn hơn, trong khi vùng xích đạo và vĩ độ cao ẩm hơn. Đó là lý do câu "tác động khí hậu không đồng đều" phải được giải thích bằng CƠ CHẾ hoàn lưu chứ không chỉ nêu như một nhận xét.
Hình bên trái là sơ đồ ba vòng hoàn lưu ở một bán cầu. Quy tắc duy nhất cần thuộc nằm ở dòng chữ dưới sơ đồ: khí bốc lên thì nở ra và lạnh đi, hơi nước ngưng tụ nên có mưa; khí giáng xuống thì bị nén và nóng lên, độ ẩm tương đối giảm nên khô. Áp quy tắc đó vào sơ đồ là giải thích được ngay vì sao rừng mưa nằm quanh xích đạo còn các sa mạc lớn nhất thế giới — Sahara, Arập, Kalahari, Úc, Atacama — đều nằm quanh vĩ độ 30 của hai bán cầu. Đây là câu hỏi rất hay gặp và nhiều bài chỉ mô tả vị trí mà không nêu được cơ chế. Ô xanh phải là hoàn lưu nhiệt muối, và tên của nó chính là cơ chế: nhiệt độ và độ mặn cùng quyết định tỷ trọng nước biển. Ô đỏ là điểm tới hạn liên quan, với một nghịch lý phải nói cho chính xác: nước ngọt từ băng tan làm nước mặt nhạt đi nên nhẹ hơn và khó chìm, băng chuyền chậm lại, và hệ quả là một vùng cụ thể có thể lạnh đi ngay trong bối cảnh hành tinh đang nóng lên. Khung vàng dưới cùng là lý do phải học phần này: câu tác động khí hậu không đồng đều chỉ ghi điểm khi được giải thích bằng cơ chế dịch chuyển của các vòng hoàn lưu.
Ví dụ — Ví dụ 1 — vì sao sa mạc lớn nằm ở đúng những vĩ độ đó

Hãy giải thích vì sao Sahara, sa mạc Arập, Kalahari, sa mạc Úc và Atacama đều nằm quanh vĩ độ 20 tới 30 ở hai bán cầu, rồi giải thích vì sao Atacama còn khô hơn hẳn các sa mạc kia.

Giải.

Bước 1 — nhánh giáng của vòng Hadley. Ở xích đạo, bức xạ mặt trời mạnh làm mặt đất nóng, khí bốc lên, nở ra, lạnh đi, hơi nước ngưng tụ và mưa rơi — đó là đai rừng mưa. Khối khí này nay đã mất gần hết hơi nước và di chuyển về phía cực ở tầng cao. Tới khoảng ba mươi độ nó lạnh đủ để chìm xuống.

Bước 2 — vì sao khí giáng gây khô. Khi giáng xuống, khối khí bị nén nên nhiệt độ tăng. Không khí nóng hơn giữ được nhiều hơi nước hơn, nên độ ẩm tương đối giảm — mây tan và trời quang. Cộng thêm việc khối khí này vốn đã khô từ xích đạo, kết quả là những vùng có bức xạ mặt trời rất mạnh và gần như không có mưa.

Bước 3 — vì sao mô thức lặp lại ở cả hai bán cầu. Vòng Hadley tồn tại đối xứng ở cả hai phía xích đạo, nên đai áp cao cận nhiệt cũng có ở cả hai bán cầu. Vì thế Sahara và Arập ở bắc bán cầu có đối ứng là Kalahari và sa mạc Úc ở nam bán cầu. Đây là bằng chứng mạnh nhất cho thấy nguyên nhân là hoàn lưu chứ không phải hoàn cảnh địa phương của từng nơi.

Bước 4 — vì sao Atacama là ngoại lệ về mức độ. Atacama nhận thêm ba cơ chế cộng dồn. Một, dòng biển lạnh Humboldt chảy dọc bờ tây Nam Mỹ làm lạnh lớp khí sát mặt biển, tạo nghịch nhiệt ngăn khí bốc lên nên không có mưa đối lưu. Hai, hiệu ứng bóng mưa của dãy Andes chặn hơi ẩm từ phía đông. Ba, chính đai áp cao cận nhiệt như các sa mạc khác. Ba cơ chế chồng lên nhau tạo ra nơi khô nhất hành tinh.

Cách trình bày để lấy điểm cao. Nêu quy tắc bốc lên thì mưa và giáng xuống thì khô, áp nó vào vòng Hadley, chỉ ra tính đối xứng hai bán cầu, rồi mới bổ sung các cơ chế địa phương cho từng trường hợp cụ thể. Bài liệt kê tên sa mạc mà không có cơ chế chỉ được điểm mô tả.

Ví dụ — Ví dụ 2 — vì sao một vùng có thể lạnh đi khi hành tinh nóng lên

Một số mô hình khí hậu dự báo tây bắc châu Âu có thể lạnh đi trong khi nhiệt độ trung bình toàn cầu tăng. Hãy giải thích cơ chế và đánh giá mức độ chắc chắn của dự báo này.

Giải.

Bước 1 — vì sao tây bắc châu Âu vốn đang ấm bất thường. Nếu chỉ xét vĩ độ thì Anh và bán đảo Scandinavia phải có khí hậu tương tự Labrador hoặc Alaska. Chúng ấm hơn nhiều vì hoàn lưu nhiệt muối liên tục vận chuyển nước mặt ấm từ vùng nhiệt đới lên bắc Đại Tây Dương, và khối nước đó toả nhiệt cho khí quyển trước khi chìm xuống. Nói cách khác, khí hậu ôn hoà của vùng này phụ thuộc vào một dòng chảy, không phải vào vị trí.

Bước 2 — cơ chế làm chậm băng chuyền. Động lực khiến nước chìm là tỷ trọng, và tỷ trọng phụ thuộc vào cả nhiệt độ lẫn độ mặn. Băng Greenland tan đổ nước ngọt vào chính khu vực nơi nước lẽ ra phải chìm. Nước nhạt hơn thì nhẹ hơn; nhiệt độ tăng cũng làm nước nhẹ hơn. Hai tác động cùng chiều làm giảm tỷ trọng, nên nước khó chìm hơn và toàn bộ băng chuyền chậm lại.

Bước 3 — hệ quả khu vực. Băng chuyền chậm nghĩa là ít nước ấm được đưa lên phía bắc hơn, nên lượng nhiệt toả cho khí quyển tây bắc châu Âu giảm. Nếu mức giảm này lớn hơn mức nóng lên toàn cầu tại chỗ, kết quả ròng là vùng đó lạnh đi. Đây là một ví dụ điển hình cho việc một xu hướng toàn cầu và một xu hướng khu vực có thể ngược dấu nhau.

Bước 4 — đánh giá mức độ chắc chắn. Phải trung thực ở đây. Có bằng chứng đo đạc cho thấy hoàn lưu đã yếu đi so với giữa thế kỷ trước, và bằng chứng cổ khí hậu cho thấy hệ thống này từng thay đổi đột ngột trong quá khứ. Nhưng các mô hình bất đồng nhau về mức độ và thời điểm, và phần lớn mô hình cho rằng một sự sụp đổ hoàn toàn trong thế kỷ này là ít khả năng, còn sự chậm lại thì nhiều khả năng hơn. Kết luận cân bằng: đây là một rủi ro có xác suất thấp nhưng hậu quả rất lớn, và chính đặc điểm đó — chứ không phải xác suất — là lý do nó đáng được đưa vào hoạch định chính sách.

Ý nghĩa rộng hơn cho cách viết bài. Ví dụ này cho thấy vì sao không nên viết nóng lên toàn cầu làm mọi nơi nóng lên. Hệ khí hậu vận hành qua các dòng vận chuyển nhiệt, nên thay đổi ở dòng vận chuyển có thể tạo ra kết quả trái ngược ở từng vùng.

Bẫy hay mất điểm — Bẫy 1 — mô tả vị trí sa mạc mà không nêu cơ chế. Phải viết được quy tắc khí bốc lên thì mưa, khí giáng xuống thì khô, rồi áp vào nhánh giáng của vòng Hadley ở khoảng 30 độ.
Bẫy 2 — nói nóng lên toàn cầu làm mọi vùng nóng lên. Hoàn lưu nhiệt muối chậm lại có thể làm tây bắc châu Âu LẠNH đi; xu hướng toàn cầu và xu hướng khu vực có thể ngược dấu.
Bẫy 3 — viết rằng tác động khí hậu không đồng đều rồi dừng lại. Phải giải thích bằng việc các vòng hoàn lưu dịch về phía cực, khiến rìa các đai khô mở rộng.
Phải nhớ — Chốt bài 3. Bốn thứ mang vào phòng thi. Một, một quy tắc duy nhất: bốc lên thì mưa, giáng xuống thì khô. Hai, ba vòng hoàn lưu và tính đối xứng hai bán cầu giải thích vị trí sa mạc. Ba, hoàn lưu nhiệt muối chạy bằng tỷ trọng, nên nước ngọt từ băng tan làm nó chậm lại. Bốn, giải thích tính không đồng đều bằng việc hoàn lưu dịch về phía cực, chứ không chỉ nêu như một nhận xét.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Global Climate — Vulnerability and Resilience gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →