Repetisjonsforelsening GEF2200

Transkript

1 Repetisjonsforelsening GEF2200

2 Termodynamikk TD. Førstehovedsetning. dq=dw+du Nyttige former: dq = c v dt + pdα dq = c p dt αdp Entalpi (h) h = u+pα dh = c p dt v/konstant trykk (dp=0) dq=dh Adiabatiske prosesser: dq = 0 c p dt αdp = T p0 p R / c p

3 Vanndamp i luft Termodyn. (2) Mange måter å definere innholdet på - Masseblandingsforhold w m m v d - Spesifikk fuktighet q mv m m v d - Relativ fuktighet RH w w e s e s

4 TD 3. Oppstigning adiabatisk avkjøling metning (LCL) kondensasjon frigjøring av latent varme fuktig adiabat Sondediagram:

5 TD 4. Ekvivalent potensiell temperatur T=20 C P= 950 hpa w = 4 g/kg Hva er θ e? θ e

6 TD 6. Føhnvind Oppstigning (fra T 0, p 0 ) adiabatisk avkjøling metning (p LCL ) kondensasjon frigjøring av latent varme Nedbør (redusert vanninnhold) nedstigning adiabatisk oppvarming fordampning undermetning ved p< p LCL videre adiabatisk oppvarming Resultat: T(p 0 ) > T 0

7 TD 7. Statisk stabilitet Tørr luft: d dz - Stabilt: 0 Γ < Γ d d dz - Nøytralt: 0 Γ = Γ d d dz - Instabilt: 0 Γ > Γ d

8 TD 7. Betinget instabilitet Når Γ s < Γ < Γ d har vi forhold som er betinget instabile. Betingelsen er at luftpakken når punkt B i figuren Mellom O og B er luftpakken tyngre enn ombivelsene

9 TD 8. Konvektiv instabilitet Konvektiv instabilitet kan vi når et fuktig lag ligger under et tørt lag, og begge heves. Fuktig lag: Frigjøring av LH sakte reduksjon av temperaturen Tørt lag: Tørr adiabatisk raskere temperaturreduksjon Instabilt etter hvert

10 TD 9. Carnotsykel med vann/vanndamp

11 TD 10. Clausius-Clapeyrons likning C.-C. likning forteller oss hvordan metningstrykket til vanndamp varierer med temperaturen de s dt T L v ( 2 1) Kan integreres es ( hpa) LvM W 1 1 ln * R 273 T

12 Skyfysikk Kondensasjon av dråper - Balanse mellom overflatespenning (A) og indre energi ved faseovergangen (V) - V/A øker når radiusen E øker større dråper er mer stabile 2 4R Homogen nukleasjon Krever meget høy overmetning r 4 R 3 3 nkt ln 2 nkt ln e e s e e s

13 SF2. Het. nukleasjon Kohler kurver for kuleformede NaCl partikler

14

15 SF3. Stort antall CCN tilgjengelig Antall CCN aktivert øker med økende S Forurenset kontinental luft Marint grenselag Arktis

16 SF 3. Observert skyvann < Adiabatisk beregnet skyvann n: Antall pr. liter luft r: Radius i μm v: Fallhast. cm/s

17 Innblanding av tørr luft i skyen Reduksjon i vanninnhold

18 r dr dt SF 4. Dråpevekst ved kondensasjon og koalesens G S l G l D v () l

19 SF 5. Kalde skyer (T<0 C) Antarktis (MC) NH (EC) SH (MC) SH (EC)

20

21 SF 6. Nedbørutløsning Vekst av iskrystaller (overmeting i forhold til is) Fordampning av skydråper (undermetning i forhold til flytende vann) Bergeron-Findeisen prosessen Nivå for smelting økt fallhastighet.

22 Stråling Sentrale begreper/sammenhenger Intensitet/strålingsfluks Svartlegemsstråling Planck / S.-B. lov Kortbølget vs. langbølget stråling Spredning vs. Absorpsjon, Ekstinksjon=spreding+absorpsjon di I r k ds Drivhuseffekt, absorpsjon etterfulgt av re-emisjon Kirchhoffs lov

23 Stråling 2. Absorpsjonslinjer

24 Stråling 3. Beers lov for ekstinksjon av kortbølget stråling I I, e sec z k r dz Schwarzschilds likning, Absorpsjon og emisjon av langbølget stråling di ( I B ( T)) r k ds

25 Stråling 4. Oppvarming pga. flukskonvergens av stråling vertikalt Nettoabsorpsjon av strålingsenergi oppvarming dt df( z) c p dt dz

26 Stråling 5. Fjernmåling av temperaturprofilet i atmosfæren Har diskutert: Maks utstråling (på toppen av atm) fra det laget der τ=1 (opt. dybde) Høyden på dette nivået avhenger av bølgelengden pga. abs. fra drivhusgasser

27

28 Stråling 6. Energibalanse

29 Grenselaget

30 Grenselaget 2. Statistisk beskrivelse Kilder for turbulens: 1. Mekanisk turbulens 2. Termisk turbulens 3. Inertielt (fra større virvler)

31 GL 3. Turbulente flukser Turbulente flukser beskrives ved kovariansledd N 1 kov( w, ) w i w i w' i ' i N i1

32 GL 4. Døgnlig variasjon i PBL

33

34 GL 6. Flukser mellom bakken og atmosfæren Kan parameteriseres ved såkalte Bulk formler Følbar varme: F HS C H V T S T air Fuktighet (latent varme) F s vann CE V qsat ( T ) q air