Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Eksamen GEOF100 Introduksjon til meteorologi og oseanografi

Transkript

1 Side 1 av 5 (GEOF100) Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen GEOF100 Introduksjon til meteorologi og oseanografi Fredag 6. desember 2013, kl. 09:00-14:00 Hjelpemidler: Kalkulator og matematisk formelsamling Råd: Gå videre dersom du står fast slik at du ikke mister for mye tid. Og vær kortfattet! Oppgaveansvarlige: Asgeir Sorteberg og Helge Drange Spørsmål 1 Atmosfærens vertikale struktur og sammensetning (1a) Atmosfæren deles opp i forskjellige vertikale lag. i. I ca. hvilken høyde ligger stratosfæren? ii. Øker, minker eller er temperaturen konstant med høyden i dette laget? Forklar hvorfor. (1b) Noen gasser benevnes som såkalte drivhusgasser. i. Forklar hva det betyr at en gass er en drivhusgass. ii. List opp de tre viktigste drivhusgassene i rekkefølge fra den viktigste og nedover. (1c) Hva er aerosoler? Nevn tre kilder til aerosoler i atmosfæren. (1d) Atmosfærens masse pr. m 2 er ca kg/m 2. Finn bakketrykket i hpa ved hjelp av hydrostatisk likning p = gρ z og m = ρv, der p er vertikal trykkforskjell, g (9.8 m/s 2 ) er gravitasjonsakselerasjonen, z er høydeforskjell, ρ er luftas tetthet, m er masse og V er volum. (1e) Vil en person som tar heisen fra 1. til 37. etasje i Oslo Plaza få like mye dotter i ørene hvis personen tar heisen fra 1. til 37. etasje i hovedstaden i Bolivia La Paz som ligger 3600 meter over havet? Forklar! Spørsmål 2 Energi (2a) Energi kan overføres fra et sted til et annet sted på flere måter. i. Nevn hovedmekanismene for energioverføring og gi eksempler for hver av dem. ii. Hva er enheten for energioverføring? (2b) Hva menes med en adiabatisk prosess?

2 Side 2 av 5 (GEOF100) (2c) Figuren under viser absorbert innkomne energi (heltrukken linje) og utgående energi (stiplet linje) gjennom en finværsdag. Tegn hvordan temperaturen vil forandres gjennom døgnet og forklar når vi får maksimum og minimum temperatur. Spørsmål 3 Fuktighet og skyer (3a) Hva menes med duggpunktstemperatur? Med unntak for mettet luft (temperaturen er da lik duggpunktstemperaturen) er duggpunktstemperaturen alltid lavere enn lufttemperaturen. Hvorfor? (3b) Vi tenker oss at umettet luft ved havnivå har en temperatur på 17 ⁰C, mens 1000 m over bakken er temperaturen på 4.5 ⁰C. Hva kan du si om stabiliteten av dette luftlaget? (3c) Hvis temperaturen (T) er 17 ⁰C, duggpunktstemperaturen (T d ) er 10 ⁰C ved havnivå og lufta presses adiabatisk opp langs et fjell, hvor høyt må lufta som opprinnelig lå ved havnivå heves før kondensasjon inntreffer og vi får skyer (anta at kondensasjon oppstår når relativ fuktighet er 100 prosent)? Anta at duggpunktstemperaturen i luft som heves tørradiabatisk forandres med -0.2 ⁰C/100 m og at den tørradiabatiske temperaturgradienten er ⁰C/100 m. Spørsmål 4 Atmosfæresirkulasjon (4a) I atmosfæren kan det oppstå fronter. i. Hva er en front? ii. Skisser hva som skjer med temperatur, duggpunktstemperatur og relativ fuktighet i et punkt der en varmfront passerer. (4b) Hvilke krefter må balanseres for at vi skal få geostrofisk vind? Forklar kreftene. (4c) Hvis vi bare tar hensyn til krefter i x-retning kan vi tilnærme Newtons 2. lov (F = ma) i et roterende referansesystem til:, der p er trykk, f er Coriolis- parameteren, er tetthet, A er areal, t er tid, og u og v er vind i henholdsvis x- og y- retningene. Anta geostrofisk balanse og regn ut vindstyrken hvis trykket i et punkt er 980 hpa, og 990 hpa i et annet punkt 400 km rett øst for det første. f er 1.0*10-4 s -1 og =1.1 kg/m 3.

3 Side 3 av 5 (GEOF100) Spørsmål 5 Havsirkulasjon (5a) Nevn noen (opptil fem) sentrale faktorer som alle er med på å bestemme havsirkulasjonen. (5b) Forklar kort (noen setninger) på hvilken måte faktorene i (a) påvirker havsirkulasjonen. (5c) Gi navnet på havstrømmene merket med tallene 1-12 i figuren under. Navnene kan skrives på norsk eller engelsk. Spørsmål 6 Havets termodynamikk (6a) Sjøvannets tilstandsligning kan skrives på formen forklar hva de ulike symbolene kalles og beskriver. (6b) Målinger siden 1960-tallet viser at verdenshavene har økt sin varmemengde med 240*10 21 J. Dersom denne varmemengden fordeles jevnt over havets øverste 2000 m, hvor stor temperaturøking gir dette? Bruk c p = 4000 J/(kg C) og at jordens overflateareal er 4 π r 2, der r = 6.37*10 6 m. (6c) To store basseng, et med rent ferskvann og et med standard sjøvann, hver med temperatur fra bunn til overflate på 6 C, avkjøles fra overflaten av kald luft. Beskriv hva du forventer vil skje ettersom nedkjølingen finner sted. Forklar hvilket basseng som først vil få dannet is på overflaten. (6d) Hva er de viktigste ionene i sjøvann? Hvorfor har Atlanterhavet høyest saltholdighet av verdenshavene? (6e) Observert, vertikal fordeling av salt langs et snitt sørover i Atlanterhavet, østover i Sørishavet og nordover i Stillehavet er vist under (snittet er vist med tykk linje i den vesle figuren). Gi en kort forklaring på årsakene til variasjonene i observert saltfordeling.

4 Side 4 av 5 (GEOF100) Spørsmål 7 Havets vannmasser (7a) Noen av de mest sentrale vannmassene i Atlanterhavet betegnes med de engelske forkortelsene AABW, AAIW, ISOW, LSW, NADW og SACW. Hva står disse forkortelsene for (på norsk eller engelsk)? (7b) Skisser figuren under på oppgavebesvarelsen. Marker/skisser så omtrentlig utbredelse av vannmassene gitt i (a). Spørsmål 8 Havets biogeokjemi (8a) Hva er eufotisk sone, og hva er en typisk størrelse (verdi) på denne? (8b) Hvilke faktorer bestemmer planteplanktons vekst i havet? Basert på dette, beskriv og forklar (kort) geografisk fordeling av planteplankton i verdenshavene.

5 Side 5 av 5 (GEOF100) (8c) Hva ville skje med havets fordeling av næringssalter, som nitrat, fosfat og silikat, dersom det ikke var planteplankton i havet? (8d) Gi en kort forklaring på figurene under. Lykke til! Asgeir og Helge