Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Like dokumenter
Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Repetisjonsforelsening GEF2200

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

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

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

GEO1030: Løsningsforslag kap. 5 og 6

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

Quiz fra kapittel 4. Convection. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

Kapittel 5 Skydannelse og Nedbør

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

Quiz fra kapittel 4. Convection. Høsten 2015 GEF Klimasystemet

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

MIDTVEISEKSAMEN I GEF 1000 KLIMASYSTEMET TORSDAG

UNIVERSITETET I OSLO

GEO1030: Løsningsforslag kap. 5 og 6

Obligatorisk oppgave 1

GEF1100: kapittel 6. Ada Gjermundsen. September 2017

Løsningsforslag: oppgavesett kap. 9 (1 av 3) GEF2200

Chapter 2. The global energy balance

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 6

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

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 4

UNIVERSITETET I OSLO

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.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

GEF2200 Atmosfærefysikk 2012

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

METEROLOGI= Læren om bevegelsene og forandringene i atomosfæren (atmosfæren er lufthavet rundt jorden)

UNIVERSITETET I OSLO

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

GEF1100: kapittel 8. Ada Gjermundsen. Oktober 2017

Repetisjonsoppgaver GEF1100

1. Atmosfæren. 2. Internasjonal Standard Atmosfære. 3. Tetthet. 4. Trykk (dynamisk/statisk) 5. Trykkfordeling. 6. Isobarer. 7.

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Dypdykk: sounding DUGGPUNKTS- TEMPERATUR FORVENTET LUFT- TEMPERATUR

DEL 1: Flervalgsoppgaver (Multiple Choice)

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 9

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 6

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

GEO1030 høsten 2016: Løsningsforslag til hjemmeeksamen 1

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

HØGSKOLEN I STAVANGER

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

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

FYS1010-eksamen Løsningsforslag

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

Quiz fra kapittel 2. The global energy balance. Høsten 2015 GEF Klimasystemet

OBLIG 1 GEF Dråpevekst i skyer

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 7

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett kap. 4 (1 av 2) GEF2200

KORTFATTET løsningsforslag (Forventer mer utdypende

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 18. august 2012 Tid:

Transkript:

Side 1 UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: GEF2200 Eksamensdag: 19. mars 2018 Tid for eksamen: 14.30-16.30 Oppgavesettet er på 3 sider Vedlegg: Sondediagram Tillatte hjelpemidler: Kalkulator Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1 a) I middel er atmosfæren undermettet med et vertikalt temperaturprofil (lapse rate) Γ = T z 6.0 Kkm 1. Er atmosfæren i middel statisk stabil, nøytral eller instabil? Hvorfor er atmosfæren i middel stratifisert på denne måten? LF: Atmosfæren er her statisk stabil. Dersom temperaturen avtar med mer enn Γ d = 9.8 Kkm 1 er den instabil og det oppstår konveksjon og vertikal blanding som gjør atmosfæren nøytralt sjiktet. Frigjøring av latent varme ved kondensasjon vil gjøre at temperaturen ikke reduseres med høyden så raskt som tørr-adiabaten skulle tilsi. b) Vis at dersom tilstandslikningen for en ideell gass er på formen p = ρr d T v så er den T virtuelle temperaturen definert som T v =, der ε = R d = 0.622. (1 e p (1 ε)) R v Som alltid er ρ tettheten til luften, e er vanndamptrykket, p er totalt lufttrykk og T er lufttemperaturen. Gasskonstantene for en kg hhv. tørr og fuktig luft er R d og R v. LF: Se utledning side 67 i boka. c) La blandingsforholdet av vanndamp i luft ved T = 30 o C være w = m v m d = 20 gkg 1. Finn den virtuelle temperaturen. Forklar forskjellen mellom temperaturen og den virtuelle temperaturen. Hint: Bruk at e = w w+e p.

LF: Her var det en trykkfeil i oppgaven. Hintet skal være Hint: Bruk at e = w w+ε p Må regne om til riktige enheter T=303K w=0.02 (ubenevnt, dvs. g/g) Det betyr at e = 0.02 p =0.031p 0.02+0.622 Setter inn i uttrykket for T v = T (1 e p (1 ε)) = 303 1 0.031(1 0.622) =306.7 K d) Den geopotensielle høyden Z er gitt ved Φ(z) = gdz. Den geopotensielle 0 tykkelsen mellom to trykkflater p 1 og (der p 1 > ) i en atmosfære i hydrostatisk balanse er gitt ved: Z = Z 2 Z 1 = R d p 1 T g v 0 dp p. Der er tyngdens akselerasjon ved Jordas overflate (z=0). Anta at blandingsforholdet av vanndamp og temperaturen fra oppgave c) er konstante i laget mellom p 1 and. Finn den geopotensielle tykkelsen til laget, og bidraget til den fra vanndampen. LF: Siden både T og w er konstante i laget, vil også T v være konstant i laget. Det betyr at den geopotensielle tykkelsen til laget Z = Z 2 Z 1 = R d p 1 T v dp p = R d z T v p 1 dp p = R d T v ln p 1 Siden det ikke er oppgitt verdier for p 1 og er svaret på første del av oppgaven: Z = R d T v ln p 1 Bidraget fra vanndampen er forskjellen i ΔZ for en fuktig og en tørr atmosfære δ Z = Z Z d = R d T v ln p 1 R d T ln p 1 = R d ln p 1 (T v T)

Det relative bidraget far vanndampen (i %) blir da 100 Z Z d Z d = 100 T v T T = 1.2% e) Hva kaller vi prosesser der dq = 0? Bruk termodynamikkens første hovedsetning til å vise at temperaturprofilet (lapse rate) da blir: Γ d = ( dt dz ) = g c p når dq = 0. LF: Prosesser der dq = 0 kalles adiabatiske. Se utledning i boka på side 77 for Γ d = ( dt dz ) = g c p f) Hva står forkortelsen LCL for og hva karakteriserer tilstanden til en luftpakke ved LCL? LF: LCL: Lifting Condensation Level (Kondensasjonsnivået ved heving på norsk). Ved LCL vil en luftpakke som stiger og avkjøles adiabatisk nå metning (dvs. RH=100%) g) Bruk sondediagrammet og skisser høyden av LCL for i) en luftpakke som i utgangspunktet (før heving) hadde en duggpunktstemperatur, T d, mye mindre enn T ved et gitt utgangstrykk (for eksempel 1000 hpa), og ii) en luftpakke der T d bare er litt mindre (ved samme utgangstrykk og temperatur som for i). Anta at luften er betinget stabil mht. utgangstilstanden. Tegn in den pseudo adiabatiske lapse rate, Γ s, for luftpakken når den løftes over LCL og indiker hvor nivået for fri konveksjon (LFC, the level of free convection) for både i) and ii). Oppgave 2 a) En stille morgen måler vi temperatur og trykk vertikalt i en kolonne og finner at det vertikale profilet for den potensielle temperaturen kan uttrykkes som θ(z) = θ 0 + αz Der θ 0 er potensiell temperatur ved overflaten og α>0 (konstant) Tidlig på morgenen (før solen har noen særlig betydning på temperaturen) begynner det å blåse. Tegn et diagram med θ på x-aksen og z som vertikal akse. Tegn inn θ(z) før og etter at det begynner å blåse. Marker på figuren toppen av grenselaget. Forklar hva som kan gjøre profilene forskjellige.

LF: Når det begynner å blåse vil det dannes mekanisk turbulens pga friksjon ved bakken. Det vil gi et godt blandet lag nederst ved bakken der vi får nøytral sjiktning, dvs. at θ er konstant med høyden. I den høyden der de turbulensen fra bakken ikke lengere påvirker atmosfæren vil θ øke raskt med høyden over en kort vertikal avstand til det opprinnelige profilet. Dvs. vi får en sterk inversjon her. Dette definerer toppen av grenselaget. Siden strålingen ikke har tilført energi og gitt en diabatisk oppvarming, vil den indre termiske energien i luftsøylen være bevart. Dvs. at areal under θ-kurven er bevart. Den stiplede kurven i diagrammet viser θ(z) etter at turbulensen har virket. b) Vi tenker oss at dette er en klar fin sommerdag og at vinden blåser over en tørr landoverflate med samme styrke hele dagen. Skisser i diagrammet θ(z) slik den vil være litt utpå ettermiddagen. Forklar hvorfor profilet nå har endret seg. LF: I dette tilfellet tilføres det også termisk energi til luften. Den stiplede kurven i diagrammet viser θ(z) etter at turbulensen og oppvarmingen har virket. Pga. av konveksjonen vil høyden av grenselaget være høyere enn i oppg. 2a, og areal under θ-kurven er ikke lengere bevart.

c) Energibalansen for landoverflaten kan skrives som F s +F L = F s +F L + F HS + F ES + F GS Forklar hva de ulike leddene representerer. Hvilken benevning har disse leddene? LF: F s : Innkommende solstråling F L : Innkommende langbølget stråling fra atmosfæren F s : Utgående (reflektert) kortbølget stråling F L : Utgående langbølget stråling (mest emittert av overflaten + litt reflektert) F HS : Oppoverrettet turbulent fluks av følbar varme (mekanisk turbulens + konveksjon) F ES : Oppoverrettet turbulent fluks av latent varme F GS : Fluks av varme ned i bakken Alle disse leddene har enheten Wm -2. Eventuelt bare W dersom vi ser på hele Jordas overflate totalt. d) Forklar kort hvordan en endring fra bar bakke til en overflate med vegetasjon vil endre de ulike leddene i energibalansen. Begrunn svaret. LF: Når vi går fra bar bakke til en overflate med vegetasjon er det mange forhold som endrer seg. Ruheten til overflaten øker slik at mer turbulens kan genereres av vinden. Dette vil øke F HS og F ES. Albedoen til overflaten endres, vanligvis vil den reduseres slik at F s avtar. Planter har røtter og fotosyntese. Ved fotosyntesen åpnes stomataåpningene og vann som transporteres fra bakken gjennom røttene kan fordampe (evapotranspirasjon). Derfor vil vanligvis F ES øke.

Energibalansen må hele tiden være oppfylt, dvs. at endring i ett ledd må kompenseres av endringer i ett eller flere av de andre leddene. For eksempel vil økning av F ES gjøre overflaten kaldere (som ved svetting) og dermed reduseres F HS og F L. e) Vi representerer ofte turbulensen i atmosfæren ved avvik (fluktuasjoner) omkring middeltilstanden (for eksempel v(t) = v + v (t) for den horisontale vinden i y- retning). Hva er sammenhengen mellom standardavviket til fluktuasjonene i vindhastigheten og den spesifikke turbulente kinetiske energien? LF: Se likning 9.6 og diskusjonen omkring denne i boka.