LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 6

Transkript

1 LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 6 REVIEW QUESTIONS: 1 Beskriv fire mekanismer som gir løftet luft og dermed skydannelse Orografisk løfting over fjell. Frontal-løfting (varmfronter og kaldfronter) Konvergens. Vi husker at luften sirkulerer inn mot lavtrykksenteret, hvor luften så hopes opp og tvinges til å stige oppover.. Lokal konvergens (konveksjon!) på grunn av oppvarming.

2 3 Beskriv situasjoner som gir absolutt stabil, absolutt ustabil og betinget ustabil luft Den tørradiabatiske temperaturgradient (DALR) Den våtadiabatiske temperaturgradient (SALR ) Omgivelsenes temperaturgradient (ELR) = 1 ºC per eter = 0,5 ºC per eter = varierer med årstid, breddegrad, met. forhold Husk at - varm luft er lettere enn kald luft - tettheten avtar med høyden i atmosfæren - umettet luft som stiger/synker vil alltid avkjøles/oppvarmes ifølge DALR - mettet luft som stiger/synker vil alltid avkjøles/oppvarmes ifølge SALR Absolutt stabil luft: Når ELR < SALR, f.eks ELR = 0,3 ºC per eter En luftpakke som dyttes opp/ned vil bare søke tilbake til utgangspunktet. NB: Vi sier at luften er absolutt stabil fordi situasjonen er stabil uansett om luftpakken vår er mettet eller ikke. Tegningene over viser hva som skjer hvis vi dytter en umettet luftpakke oppover eller nedover. Situasjonen ville vært den samme om luftpakken var mettet (f.eks. ville den i venstre figur blitt avkjølt til 12.5 grader på toppen av bygningen, hvilket fortsatt ville vært kaldere enn omgivelsene). Absolutt ustabil luft: Når ELR > DALR, f.eks ELR = 1,5 ºC per eter En luftakke som dyttes opp/ned vil bare fortsette i samme retning. NB: Igjen så har vi absolutt ustabil luft fordi hvis vi krever at ELR > DALR så vil situasjonen være ustabil uansett om luftpakken er mettet eller ikke. Hadde vi her visst at luften var mettet, hadde det holdt å sette kravet ELR > SALR for å få instabilitet. Tegningene under viser hva som skjer hvis vi dytter en umettet luftpakke oppover eller nedover. Situasjonen ville vært den samme om luftpakken var mettet (f.eks. ville den i venstre figur blitt avkjølt til 12.5 grader på toppen av bygningen, hvilket i dette tilfellet fortsatt ville vært varmere enn omgivelsene).

3 Betinget ustabil luft: Når DALR > ELR > SALR, f.eks ELR = 0,7 ºC per eter Lufta er ustabil hvis den er mettet, men også ustabil hvis den blir mettet under løftingen og blir dyttet opp forbi level of free convection (hvor den da er varmere enn omgivelsene). NB: Her vil altså luftpakkens evne til å stige videre under løfting (evne til å være ustabil) være betinget av hvorvidt den er umettet eller mettet, og av hvor høyt den løftes. Typisk vil vi ha en situasjon hvor vi begynner å løfte på luft som er umettet, og så blir den mettet og danner skyer etter å ha blitt løftet et visst antall meter og avkjølt såpass at duggpunktstemperaturen blir lik luftpakketemperaturen. Spørsmålet er da hvor langt videre den må løftes for å bli ustabil. Se tegningen under: vi starter med en luftpakke på bakken, som har samme temperatur som lufta rundt. Først er den umettet og avkjøles med én grad per 100 m når den løftes. Siden Td avtar med 0.2 grader per så når luftpakken metning i eters høyde, og avkjøles deretter med 0.5 grader per om den løftes videre. I 200 m høyde er luftpakken 8.5 ºC mens omgivelsene, som avkjøles med 0.7 ºC per, har nådd 8.6 ºC. Altså er luftpakken ennå kaldere og tyngre enn omgivelsene, og er altså foreløpig stabil. Men i 300 meters høyde er luftpakken nede i 8 ºC mens omgivelsene bare er 7.9 ºC. Et sted mellom 2 og 300 meter hadde altså luftpakken og omgivelsene samme temperatur dette er level of free convection! Løftes lufta over dette nivået (som for eksempel her, til 300 meters høyde) så vil den bli varmere enn omgivelsene og stige videre av seg selv. Den vil altså være ustabil.

4 7 Beskriv prosesser som kan gi endringer i omgivelsenes temperaturprofil Oppvarming av bakken utover dagen Adveksjon av ulik luft i forskjellige nivåer. I det ene tilfelle kommer vinden fra vest, og er ikke så fryktelig mye kaldere i høyden. I det andre tilfellet kommer vinden i høyden fra nord, og er mye kaldere.. Luftmasser med ulik temperaturgradient forflytter seg fra sted til sted..

5 9 Definer begrepet inversjon og beskriv ulike måter å få dannet det på Vi har inversjon når temperaturen i atmosfæren stiger med høyden. Slike situasjoner gjør luften ekstremt stabil, og stigende luft vil ikke klare å komme seg forbi det nivået hvor det er en inversjon. Strålings-inversjon: Når bakken avkjøles kraftig en kald og skyfri natt, og lufta rett over bakken gir fra seg mer varme (til bakken) en luftlag høyere opp. Vi vil da få en slik temperaturprofil: Frontalinversjon: Der varm luft møter kald vil vi i overgangen få en inversjon.. Subsidensinversjon: Når et luftlag synker vil luften komprimeres, og det som i starten var den øverste delen av luftlaget vil til slutt ha blitt mest komprimert eller beveget seg mest nedover. Derfor vil øverste del av det aktuelle luftlaget også ha blitt varmet opp mer enn den nederste delen av laget, og dette skaper en inversjon.. PROBLEMS AND EXERCICES 2 Vi har en luftpakke ved bakken hvor T = 12 ºC og T d = 10,4 ºC. Anta at omgivelsenes temperaturgradient er på 0,7 ºC per eter.

6 a) Er lufta stabil, ustabil eller betinget ustabil? Siden omgivelsenes temperaturgradient ligger mellom tørradiabaten og våtadiabaten så er luftpakken betinget ustabil. b) I hvilket nivå vil lufta bli mettet? Må finne nivået hvor T = T d. Husk at T d har en temperaturgradient på 0,2 ºC per eter ,4 = 0,2 X m = 10,4 X m 1 (1 0,2 ) X m 1,6 = X 0,8 X = 200 m c) Hvor er level of free convection? Altså: ved hvilken høyde vil luftpakken bli varmere enn sine omgivelser? I 200 meters høyde har vi at luftpakkens temperatur er: T 200m,luftpakken = m = 10 Omgivelsenes temperatur er tilsvarende: T 200m,omgivelsene = 12 0,7 200m = 10,6 Altså har vi ennå ikke fri konveksjon fordi luftpakken er kaldere enn omgivelsene og må løftes for å komme videre oppover. Etter dette nivået vil luftpakken følge våtadiabaten oppover. Sett opp likningen for nivået over 200 m hvor luftpakken og omgivelsene har samme temperatur: 10 0,5 0,7 X m = 10,6 X m 10 10,6 = 1 (0,5 0,7 ) X m

7 0,6 = X 0,2 X = 300 m Lifting condensation level er da i X = 500 meters høyde. Da er luftpakken og omgivelsene begge lik 8,5 ºC. Løftes den her eter til, vil luften bli 8 ºC og omgivelsene 7.8 ºC, det vil si at luftpakken vil bli varmere enn omgivelsene og stige videre av seg selv. CRITICAL THINKING 1 Orografisk løfting kan gi opphav til både skyer og tåke. Hvordan kan stabilitet være en faktor som medvirker til å avgjøre om det blir enten det ene eller det andre? Tåke er definert som skyer som når ned til bakken. Orografisk løft, ustabil luft: Orografisk løft, stabil luft: