Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet. Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene.

Like dokumenter
Strålingsintensitet: Retningsbestemt Energifluks i form av stråling. Benevning: Wm -2 sr - 1 nm -1

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett kap. 6 (3 av..) GEF2200

GEF2200 Atmosfærefysikk 2012

GEF2200 Atmosfærefysikk 2017

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

GEF2200 Atmosfærefysikk 2016

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Slope-Intercept Formula

Chapter 2. The global energy balance

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

UNIVERSITETET I OSLO

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjonsforelsening GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

Oppgavesett kap. 6 (3 av..) GEF2200

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

Ole Isak Eira Masters student Arctic agriculture and environmental management. University of Tromsø Sami University College

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Tirsdag 9. aug 2011

Obligatorisk oppgave 1

TFY4170 Fysikk 2 Justin Wells

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Lufttrykket over A vil være høyere enn lufttrykket over B for alle høyder, siden temperaturen i alle høyder over A er høyere enn hos B.

Løsningsforslag nr.1 - GEF2200

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

Oppgavesett kap. 4 (2 av 2) GEF2200

Figur 1. Skisse over initialprofilet av θ(z) før grenselagsblanding

FYS1010-eksamen Løsningsforslag

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

Oppgavesett kap. 4 (1 av 2) GEF2200

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

a. Hvordan endrer trykket seg med høyden i atmosfæren SVAR: Trykket avtar tilnærmet eksponentialt med høyden etter formelen:

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

UNIVERSITETET I OSLO

a. Tegn en skisse over temperaturfordelingen med høyden i atmosfæren.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave. føden)? i tråd med

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITETET I OSLO

MIDTVEISEKSAMEN I GEF 1000 KLIMASYSTEMET TORSDAG

TMA4329 Intro til vitensk. beregn. V2017

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

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Oppgaven består av 4 oppgaver med 3 til 5 deloppgaver. Alle deloppgaver teller like mye.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

FYS1010 eksamen våren Løsningsforslag.

melting ECMI Modelling week 2008 Modelling and simulation of ice/snow melting Sabrina Wandl - University of Linz Tuomo Mäki-Marttunen - Tampere UT

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett kap. 4 (2 av 2) GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag: oppgavesett kap. 6 (2 av..) GEF2200

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Quiz fra kapittel 4. Convection. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

Rim på bakken På høsten kan man noen ganger oppleve at det er rim i gresset, på tak eller bilvinduer om morgenen. Dette kan skje selv om temperaturen

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsforslag: Oppgavesett kap. 4 (1 av 2) GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

Endelig ikke-røyker for Kvinner! (Norwegian Edition)

Løsningsforslag: oppgavesett kap. 9 (2 av 3) GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Arctic Lidar Observatory for Middle Atmosphere Research - ALOMAR. v/ Barbara Lahnor, prosjektingeniør ALOMAR barbara@rocketrange.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsforslag FYS1010-eksamen våren 2014

UNIVERSITETET I OSLO

PATIENCE TÅLMODIGHET. Is the ability to wait for something. Det trenger vi når vi må vente på noe

SVM and Complementary Slackness

Graphs similar to strongly regular graphs

Quiz fra kapittel 1. Characteristics of the atmosphere. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

UNIVERSITETET I OSLO

Transkript:

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Oppgave 1 Eksamen i: GEF2200 Eksamensdag: 28.mai 2018 Tid for eksamen: 09.00-12.00 Oppgavesettet er på 5 sider Tillatte hjelpemidler: Ingen Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. a. Jorda mottar energi fra Sola i form av elektromagnetisk stråling. Forklar kort hvordan ulike prosesser i atmosfæren fører til svekking av intensiteten i den direkte solstrålingen. Vi skal i de neste oppgavene se på et lag i atmosfæren mellom bakken og høyden z 1 som inneholder en gass som absorberer solstråling. Vi ser bort fra spreding av stråling i laget. Laget befinner seg ved Ekvator, slik at Solas senitvinkel er 0 grader. Vi antar at albedoen til overflaten er null. Figur 1 under illustrerer situasjonen. Følgende gjelder for laget: ρ(z): Tetthet av luft som funksjon av høyden (kg/m 3 ) H: Skalahøyde (m) λ: Bølgelengde på strålingen r: Masseblandingsforholdet av absorberende gass (kg gass per kg luft) k λ : Masseabsorpsjonskoeffesienten for den absorberende gassen (m 2 /kg) Antas konstant innenfor laget I λ (z 1 ): Intensitet på toppen av laget c p : Varmekapasitet for luft ved konstant trykk

b. Vis at intensiteten av strålingen som funksjon av høyden (innenfor laget) er gitt ved I λ (z) = I λ (z 1 ) e β Der β = Hk λ rρ 0 (e (z H ) e (z 1 H ) ) LF: The extinction (here only absorption) of the radiation in a beam is given by (eq. 4.17 in W&H) For overhead Sun ds=-dz Thus di λ = I λ krρds (1) di λ = I λ krρdz di λ I λ = krρ(z)dz Integrating from z=z 1 to z I λ (z 1 ) z 1 di λ = kr ρ(z ) dz I λ I λ z The right side is z 1 kr ρ(z ) dz = krρ 0 exp ( z H ) dz = krhρ 0 z z z 1 [exp ( z 1 H ) exp ( z )] = β H The Left side is Combining left and right sides gives I λ (z 1 ) di λ I λ (z 1 ) = ln { I λ I λ (z) } I λ And I λ (z) = I λ (z 1 ) e β ln { I λ(z 1 ) I λ (z) } = β

c. Forklar forskjellen på strålingsintensitet (I) og flukstetthet (F) LF: The intensity (I) is a function of direction (solid angle) with unit (Wm -2 steradian -1 ) while the flux density (F) is the total downwrad (or upward ) radiative flux (unit Wm -2 ). Matematically: F λ = I λ cosθdω Where θ is the solar zenit angle. The intergral is over all directions up or down. 2π Vi antar videre at masseabsorpsjonskoeffesienten ikke varierer med bølgelengden (k λ =konstant) og at intensiteten på toppen av laget (I λ (z 1 )) varierer med bølgelengden slik: I λ (z 1 ) = I 0 (1 [ λ λ 0 λ 0 ] 2 ) For 0 < λ < 2λ 0, I λ (z 1 ) = 0 For alle andre bølgelengder We denote the solid angle of the Sun s disk for γ (γ=6.87 10-5 steradians) d. Sett opp et uttrykk for hvordan den lokale oppvarmingsraten ( dt (z)) varierer med dt høyden på grunn av absorpsjon av solstråling. LF: The local heating rate by absorption of radiation is given by eq. 4.52 in W&H dt ρc p = df dt dz (2) In this equation F is the total flux density (integrated over all wavelengths) Note first that with the assumptions given above that we i) only are considering vertical (downward) radiation that can ii) only be absorbed (no scattering) and iii) that the solar zenit angle is 0 (i.e. cosθ = 1) we have that F λ = γ 2π I λ (3) Since the farction of the sky that is occupied by the Sun s disk is γ/2π

To obtain F(z) we then have to integrate I λ (z) over all wavelengths At z=z 1 2λ 0 I 0 (1 [ λ λ 0 ] 2 ) dλ = I 0 0 λ 0 λ2 0 0 2λ 0 (2λ 0 λ λ 2 )dλ = I 0 4 λ2 0 3 λ 0 3 = 4 3 I 0λ 0 (4) Since we have assumed that the at mass absorption coefficient does not vary with wavelength, we have that F(z) is given by F(z) = 4 3 I 0λ 0 e β From eq (3) we have that Thus (using eq 1 and 4) df = γ 2π di df = γ 2π Thus, inserting df/dz from (5) in (2) we get 4 3 I 0λ 0 ρkrdz (5) c p ρ dt dt = γ 4 2π 3 I 0λ 0 ρkr dt dt = 4γ c p 6π I 0λ 0 kr Oppgave 2

Figur 2 viser et spektrum av utgående langbølget stråling målt ved toppen av atmosfæren (fra satellitt). a. Forklar hvorfor målingene av intensiteten ved bølgelengdene indikert med tallene 1-6 på figur 2 kan brukes til å estimere vertikalfordelingen av temperatur i atmosfæren. Oppgave 3 Figur 3; Resultater av en teoretisk beregning av dråpevekst i en luftpakke som heves med en hastighet på 60 cm s -1. Luftpakken inneholder 5 ulike typer aerosoler characterized by i: number of ions each molecule dissociate into in water, m: mass of dissolved material with molemass M s.

a. Forklar hva de ulike heltrukne kurvene representerer og hvorfor de oppfører seg ulikt (de tre øverste mot de to nederste). b. Forklar de fysiske mekanismene bak utviklingen i overmetningen i luftpakken (den stiplede kurven på figuren). c. Skyer der hele skyen har en høyere temperatur en 0 C kalles varme skyer. Forklar mekanismen(e) som kan føre til nedbør fra varme skyer. d. Observasjoner viser at det er mer vanlig med nedbør fra varme skyer over hav enn over land. Hvorfor er det slik? Figur 4: Målinger av fallhastigheter av nedbørpartikler som funksjon av høyde over overflaten (målt med Doppler radar). e. Hvorfor endrer fallhastigheten seg betydelig mellom 2.5 km og 1.8 km i figur 4? f. Forklar mekanismen(e) som kan føre til nedbørdannelse i kalde skyer. g. Holder det at temperaturen i skytoppen faller til rett under 0 C for at slik nedbørutløsning skal være effektiv? Begrunn svaret.

h. Kondensstriper dannes etter fly i stor høyde på grunn av utslipp av vanndamp i eksosen. Hvorfor er det slik at de forsvinner raskt noen ganger, mens de andre ganger vokser og brer seg utover. LF: Contrails forms when a warm humid air mass (the exhaust from the plane) mixes with the cold environmental air, just as your breath on a cold day. When a contrail becomes persistent, it effectively becomes a cirrus cloud. That means that ice particles forms and that they are stable. For ice crystals to be stable, the air must be supersaturated with respect to ice. In the upper troposphere this is actually quite common. That the air is supersaturated with respect to ice (but sub-saturated with respect to liquid water). Since we have very few ice nuclei in the atmosphere and homogeneous freezing from vapor does not happen, this condition may last for a relatively long time. If an aircraft flies through this airmass a persistent contrail will form. PS. If you happened to look at the sky on Sunday you would actually be able to see this phenomenon over Oslo.