Một số kiến thức về khí tượng
Một số kiến thức về khí tượng
Đặng Quốc Tuấn dịch
Dù lượn là môn thể thao phụ thuộc hoàn toàn vào thời tiết, do đó để tận hưởng sự thích thú và đảm bảo an toàn, bạn phải có được một số kiến thức về khí tượng. Có thể chia các kiến thức làm ba mức:
-Một số nhận biết chung về tình hình thời tiết giúp bạn quyết định xem nên đi bay vào cuối tuần hay nghỉ ngơi ở nhà.
-Kiến thức về diễn biến thời tiết trong ngày tại khu vực của bạn, nhờ đó bạn có thể đón được cơn gió tốt nhất và xác định được chu kỳ hạ cánh an toàn.
-Hiểu cách không khí bay lên để có được sức nâng tốt nhất.
Chương này chỉ đủ để phác họa bề nổi của những chủ đề đó, và tôi sẽ dùng những điều đơn giản, tổng quát mà có thể làm những nhà khí tượng thực thụ nhíu mày. Để biết thêm thông tin về thời tiết dành cho bay lượn, hãy xem phần Đọc thêm.
Thời tiết – Những yếu tố cơ bản
Bầu khí quyển
Trái đất được khối không khí, do trọng lực trái đất giữ lại, bao phủ. Phần khí quyển mà chúng ta quan tâm nằm ở tầng đối lưu (troposphere), đó là lớp thấp nhất, tính từ bề mặt Trái đất đến độ cao khoảng 10km. Tropo bắt nguồn từ từ Hy Lạp có nghĩa là “hỗn loạn”, và không khí ở đây luôn luôn chuyển động. Lớp không khí này được đốt nóng nhiều nhất do gần mặt đất và nhiệt độ giảm đi theo độ cao theo một tỷ lệ không đổi.
Không khí là một hỗn hợp của các khí – chủ yếu là ni tơ cùng với khoảng 20% là oxi và một lượng nhỏ nhưng dễ dàng nhận ra là hơi nước.
Trong cuộc sống hàng ngày, đôi khi rất khó để tưởng tượng không khí có trọng lượng, nhưng hãy đưa tay bạn ra ngoài cửa kính xe ô tô khi đang chạy nhanh, ngay lập tức khối lượng không khí sẽ xuất hiện. Trọng lực giữ cho không khí ở quanh hành tinh và khối lượng của chúng tạo nên áp suất, đại lượng có thể đo bằng những dụng cụ đơn giản; phần lớn trong số chúng là khí áp kế. Theo tự nhiên, áp suất này lớn nhất trên trên bề mặt trái đất, vì đó là nơi chịu tác động của cột không khí cao nhất. Như vậy, khi càng lên cao, áp suất sẽ giảm đi. Nếu bạn mang một cái khí áp kế lên trên một ngọn đồi, bạn sẽ quan sát được sự sụt giảm này, và khi khí áp được sử dụng theo cách này, nó trở thành một chiếc máy đo độ cao (altimeter).
Không khí phản ứng với áp suất và nhiệt độ giống như tất các khí khác: thể tích dãn ra khi nhiệt độ tăng lên và co lại khi nhiệt độ giảm xuống. Hãy nhớ kỹ điều này trong đầu – nhiệt độ không cân bằng là chìa khóa để tạo nên gió và sức nâng.
Tác dụng của mặt trời
Nếu Trái đất không được mặt trời đốt nóng, hoặc nếu được đốt nóng toàn bộ như nhau, khí quyển sẽ trở thành một lớp khí ổn định với một ít chuyển động bên trong nó. Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra khi có nhiệt lượng.
Vì không khí trong suốt nên tia nắng mặt trời đi xuyên qua mà không làm nóng nó lên một chút nào cả. Khi tia nắng chạm vào Trái đất, chúng bị hấp thụ và mặt đất hay mặt biển nóng lên. Bạn có thể kiểm tra hiệu ứng này một cách rất dễ dàng bằng cách đứng bên một khung kính cửa sổ vào một ngày mùa đông: bạn có thể cảm thấy sức nóng của ánh nắng mặt trời trên da bạn nhưng nếu sờ tay vào cửa sổ, phần kính trong suốt vẫn rất lạnh.
Phần bề mặt bị nóng lên của Trái đất bức xạ nhiệt trở lại không khí, làm cho nó bị nóng lên từ phía dưới. Điều này đã tạo nên sự chuyển động của không khí, vì khi không khí nóng lên, nó trở nên nhẹ hơn và “nổi” lên phía trên, chỗ trống đó sẽ được thay thế bằng không khí lạnh. Đó là cách các khối nhiệt (thermal) phát triển, và chúng ta sẽ dành chút thời gian tìm hiểu về chúng ở chương sau.
Có rất nhiều ánh nắng mặt trời ở xích đạo và không có nhiều lắm ở các vùng cực, hiệu ứng chung là không khí đi lên ở vùng xích đạo và chảy về phía các cực, rồi hạ xuống cách ổn định như lẽ dĩ nhiên phải thế. Không khí đi lên tại xích đạo được thay thế đều đặn bằng không khí lạnh ở các cực đi xuống phía dưới các bán cầu, rồi lại được hâm nóng lên theo cách đó. Tuy nhiên, nếu chỉ có một xu hướng này, sẽ chỉ có những luồng gió lạnh từ cực bắc đến châu Âu, Bắc Mỹ và châu Á, cùng những luồng gió băng giá từ cực Nam thổi đến. Nhưng dòng khí trên địa cầu lại có biến đổi theo một vài cách:
-Trái đất quay tròn, do đó một phần được đốt nóng lên, một phần lại lạnh đi.
-Mặt đất nóng nhanh hơn mặt nước và lạnh đi cũng nhanh hơn, tạo nên sự mất cân bằng về nhiệt.
-Không phải tất cả ánh nắng mặt trời đều đến được trái đất, mây là tác nhân chính làm chúng phản xạ ngược trở lại vũ trụ.
-Trái đất quay và ma sát giữa mặt đất và lớp không khí tiếp xúc với nó làm cho chúng chuyển động nhanh hoặc chậm hơn đối với nhau. Dĩ nhiên, vì không khí linh động, nên có rất nhiều biến thể và tổ hợp phức tạp khi bạn tưởng tượng sự xung đột giữa dòng không khí từ cực bắc/nam/bắc (theo kinh tuyến) và hiệu ứng ma sát đông/tây (theo vĩ tuyến). Kết quả là có xu hướng tạo nên những chuyển động xoáy mà trong đó gió tuân theo những quy tắc chung (xem trang 82).
Hiệu ứng Coriolis
Chúng ta có Gustave-Gaspard Coriolis, một kỹ sư dân dụng Pháp, để cám ơn về điều này. Nó thật khó giải thích nếu không múa tay một chút. Bạn có thể cảm nhận được điều này nếu nhìn vào một chiếc đĩa nhạc nhựa đang quay và vạch một đường phấn thẳng tưởng tượng từ tâm ra đến vành đĩa. Bạn di chuyển tay mình theo một đường thẳng nhưng đường phấn lại tạo thành một đường cong vì chuyển động của đĩa. Việc quay quanh trục của Trái đất cũng tạo nên hiệu ứng tương tự lên những cơn gió thổi trên bề mặt nó và góp phần vào xu hướng của những khối không khí quay theo những cách dự đoán được phần nào. Ở bán cầu Bắc, lực Coriolis di chuyển trực tiếp sang bên phải, ở bán cầu Nam, nó làm dịch sang bên trái.
Tỷ lệ giảm áp suất
Do áp suất của khí khi bay lên giảm đi theo độ cao, nó sẽ nở ra và lạnh đo. Đó là hiệu ứng đoạn nhiệt (adiabatic) và tỷ lệ nhiệt độ mất đi theo theo độ cao được gọi là tỷ lệ giảm áp đoạn nhiệt. Tỷ lệ giảm áp biến đổi tùy thuộc vào không khí khô hay có chứa hơi ẩm (xem chương 7). Khi tỷ lệ giảm áp cao, không khí thường được mô tả là không ổn định, và ngược lại điều kiện ổn định xuất hiện khi tỷ lệ giảm áp thấp.
Mây
Mây chứa hơi nước ngưng tụ dưới dạng những giọt nhỏ. Tại một nhiệt độ cho trước, không khí có khả năng chứa một lượng hơi nước xác định, nhưng không nhìn thấy được. Khi đạt đến khối lượng tới hạn, không khí được gọi là bão hòa; kể từ thời điểm này, lượng hơi nước dư thừa mà không khí không thể giữ lại được sẽ ngưng tụ thành những giọt nước và hơi ẩm có thể nhìn thấy được. Nhiệt độ mà ở đó xảy ra sự ngưng tụ được gọi là điểm sương (dew point).
Khi không khí ấm lên, nó có thể giữ được nhiều hơi ẩm hơn. Cách đơn giản nhất để thấy được điều này là hiệu ứng thông thường của hơi thở ra vào một ngày trời lạnh: hơi thở của bạn, lấy hơi ẩm và hơi ấm trên đường dạo quanh phổi của bạn, như một đám mây nhỏ khi gặp không khí lạnh bên ngoài. Hãy chú ý rằng có một khoảng cách giữa cặp môi của bạn và “đám mây” vì không khí chỉ lạnh đi một chút trước khi xảy ra sự ngưng tụ.
Trở lại những đám mây thực sự và việc bay lượn: không khí lạnh bốc lên và nếu nó có chứa một lượng hơi ẩm đủ lớn, chẳng sớm thì muộn nó sẽ gặp lạnh đủ để hình thành các đám mây. Có một số kiểu mây và chúng ta phân loại dựa vào kiểu dáng và độ cao chúng hình thành. Bạn không cần biết cặn kẽ tất cả về chúng mà chỉ cần xác định kiểu dáng chính và các tác động tương ứng của chúng lên một ngày bay lượn.
Kiểu mây
Mây tích (Cumulus) có dạng đống hướng lên trên. Ở tầm thấp nhất, chúng trộng rất khác biệt với những loại khác và ngay cả ở những dạng mây tích tầm cao nhất (mây ti tích – cirrocumulus) sự khác biệt của chúng cũng rất rõ ràng.
Mây tầng (Stratus) xuất hiện như những lớp mây. Các lớp này có thể biến đổi về độ dầy từ mây ti tầng (cirrostratus) dưới dạng những màng mỏng đến những lớp dầy hơn của mây mưa tầng (nimbostratus). Ngoài ra còn có thể kể đến mây fractostratu: đó là những cục mây nhỏ nằm lẩn khuất bên dưới mây mưa tầng và không có ích lợi gì ở đây.
Tất cả mây mưa (nimbus) đều gắn liền với mưa.
Độ cao mây
Bản chất của các đám mây biến đổi theo độ cao mà nó hình thành. Chúng ta sẽ phân thành các nhóm mây cao, trung bình và thấp nhưng cũng có thể có sự lẫn lộn. Cũng có thể có nhiều sự khác biệt khá lớn về độ cao của các đám mây nào đó tùy thuộc vào kiểu địa hình phía dưới chúng – sẽ được nói rõ hơn ở phần sau.
Mây cao thuộc nhóm ‘ti’ (‘cirro’). Nó hình thành ở độ cao
trên khoảng 5.000m và có khi cao đến 13.000m. Loại cao nhất là mây ti (cirrus), có hình dạng như túm lông bị gió thổi. Đôi khi nó còn được gọi là “đuôi ngựa”. Vì không khí tại độ cao này rất lạnh, các đám mây trong nhóm ti được tạo thành phần lớn từ các tinh thể băng.
Mây cao trung bình thuộc nhóm ‘trung’ (‘alto’). Chúng thường được tìm thấy ở độ cao từ 2.000 m đến 6.000 m. Còn mây tích tầng (stratocumulus) nằm thấp nhất trong nhóm mây cao trung bình.
Mây thấp không được đặt tên
nhóm nhưng chúng thuộc nhóm mà bạn sẽ quen thuộc nhất. Mây tích (cumulus) sẽ là thứ mà bạn tìm hiểu nhiệt tình nhất vì hình dạng như những cuộn len mềm mại cho thấy dấu hiệu của luồng khí nóng (thermal) và cùng với nó là điều kiện tốt để bay vút lên. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có toàn tin tốt, và mây tích mưa (cumulonimbus) là những con
quái vật trong họ nhà mấy. Chúng là những đám mây có sấm sét. Chúng phát triển rất cao lên phía trên: một đám mây tích mưa lớn (thường được gọi tắt là cu-nimb) có thể đạt độ cao 12.000 m hoặc hơn nữa.
Năng lượng tích lũy trong chúng không lồ nhưng quá mạnh để tận dụng đối với những phi công dù lượn. Những luồng gió mạnh ở vùng rìa của chúng có thể thay đổi hướng liên tục và tăng tốc độ lên nhiều lần trong một giây. Hãy tránh: mây tích mưa là kẻ đe dọa cuộc sống.
Nguồn: Paragliding – The Complete Guide, Noel Whittall