Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

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

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 8

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

Repetisjonsforelsening GEF2200

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 6

Quiz fra kapittel 4. Convection. Høsten 2016 GEF Klimasystemet

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 9

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 7

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

DEL 1: Flervalgsoppgaver (Multiple Choice)

VEDLEGG : Grunnkurs vindforhold

FJELLFLYGING. Brief for BFK 19.feb.07

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

Kapittel 5 Skydannelse og Nedbør

Kapittel 8 Fronter, luftmasser og ekstratropiske sykloner

GEF1100: kapittel 6. Ada Gjermundsen. September 2017

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 4

Quiz fra kapittel 4. Convection. Høsten 2015 GEF Klimasystemet

GEF1100: kapittel 8. Ada Gjermundsen. Oktober 2017

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

GEO1030: Løsningsforslag kap. 5 og 6

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Obligatorisk oppgave 2

UNIVERSITETET I OSLO

KORTFATTET løsningsforslag (Forventer mer utdypende

Teori til trinn SP 1

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

FLYGETEORI Bok 1 Michael Katz Nedre Romerike Flyklubb michael@katz.no 5. august 2009

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

Løsningsforslag nr.1 - GEF2200

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 2

Impuls, bevegelsesmengde, energi. Bevaringslover.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

UNIVERSITETET I OSLO

6 Prinsippet om stasjonær potensiell energi

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

GEF1100 ENSO: El Niño -Southern Oscillation

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

Obligatorisk oppgave 1

Løsningsforslag Øving 8

UNIVERSITETET I OSLO

Stick & Rudder skills

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

Auditorieøving 6, Fluidmekanikk

Punktladningen Q ligger i punktet (3, 0) [mm] og punktladningen Q ligger i punktet ( 3, 0) [mm].

Løsningsforslag til øving 4: Coulombs lov. Elektrisk felt. Magnetfelt.

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

FY0001 Brukerkurs i fysikk

Vevsmekanikk og refleks 2

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1000, 17/3 2016

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 8

Løsningsforslag til konteeksamen i FYS1001, 17/8 2018

Repetisjonsoppgaver kapittel 0 og 1 løsningsforslag

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

Løsningsforslag Øving 7

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 13/6 2016

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

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

Kap. 8 Bevegelsesmengde. Kollisjoner. Massesenter.

GEF2200 Atmosfærefysikk 2012

Teknologi og forskningslære

MIDTVEISEKSAMEN I GEF 1000 KLIMASYSTEMET TORSDAG

Krefter, Newtons lover, dreiemoment

Løsningsforslag: Gamle eksamner i GEO1030

Løsningsforslag Øving 5

Eksamen i MIK130, Systemidentifikasjon (10 sp)

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

Oppsummering av første del av kapitlet

Fysikkmotorer. Andreas Nakkerud. 9. mars Åpen Sone for Eksperimentell Informatikk

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

Fasit til eksamen i MEK1100 høst 2006

Løsningsforslag. for. eksamen. fysikk forkurs. 3 juni 2002

Universitetet i Agder Fakultet for helse- og idrettsvitenskap EKSAMEN. Time Is)

Løsningsforslag Obligatorisk oppgave 1 i FO340E

Øvelser GEO1010 Naturgeografi. Løsningsforslag: 2 - GLASIOLOGI

Kap. 8 Bevegelsesmengde. Kollisjoner. Massesenter.

GEF Løsningsforslag til oppgaver fra kapittel 6

UNIVERSITETET I OSLO. Introduksjon. Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet 1.1

SG: Spinn og fiktive krefter. Oppgaver

UNIVERSITETET I OSLO

NTNU Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Fysikkolympiaden 1. runde 31. oktober 11. november 2011

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

Transkript:

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200 i.h.h.karset@geo.uio.no Oppgave 1 - Definisjoner og annet pugg s. 375-380 a) Hva er normal tykkelse på det atmosfæriske grenselaget, og hvor finner vi det? 1-2 km. fra bakken og oppover i troposfæren b) Hva er en inversjon, og hva har det med grenselaget å gjøre? et meteorologisk fenomen hvor temperaturen øker med høyden. Her har vi veldig sterk stabilitet og det er veldig vanskelig for luften som ligger under å trenge gjennom denne inversjonen. Jo større temperaturøkning med høyden, jo mer stabilitet. c) Hva kalles lufta over grenselaget? Fri troposfære d) Gi en kort definisjon på det atmosfæriske grenselaget. den delen av den nedre troposfæren som føler effekten til endringer som skjer på bakken innen 30 min e) Hva er dette: Det sørger for at fuktighet og forurensing er godt blandet i grenselaget Det skjer på mikroskala, inni skyer og i grenselaget Det består av flere eddier som interakterer ikke-lineært for å lage tilfeldige, kaotiske bevegelser f) Hva menes med laminær bevelgelse, og hva er det absolutte motsatte? Rettlinjet bevegelse. Glatt og fin, uten forstyrrelser. Det absolutte motsatte er turbulens g) Forklar hvordan turbulens oppstår Mekanisk, termisk eller inertielt. Mekanisk turbulens (tvungen konveksjon) oppstår som regel pga vindstress mot bakken. Dette fører til svakere vind helt nede ved bakken sammenliknet med litt høyere opp. rær, bygninger osv forsterker dette. ermisk turbulens (konvektiv turbulens) forårsakes av oppstigende luft pga oppvarming og nedsynkende luft pga nedkjøling. Sistnevnte turbulens oppstår ved at større eddies 1

gir opphav til flere små. Merk: turbulens oppstår fordi naturen søker likevekt. I tilfeller hvor vi plutselig får instabilitet, søkes det etter stabilitet igjen. Har man f.eks. luftstrømmer med ulike hastigheter, forsøker tubulens å utligne dem. Har vi varm luft under kald luft, forsøker turbulens å frakte varm luft opp og kald luft ned for å få stabilitet igjen. h) Hva står KE for urbulent Kinetisk Energi i) Hvor langt frem i tid kan klarer vi å simulere eddier? Kommer an på størrelsen. Store eddier: 15-30 min, mindre eddier (100 m): 1 min, de minste eddiene (1 mm - 1 cm): få sekunder j) Forklar hva som menes med at turbulens er hhv. stasjonær, homogen og isotropisk. Stasjonær: den varierer lite med tiden. Homogen: den varierer lite fra sted til sted. Isotropisk: den varierer lite med hvilken retning man ser på. k) Forklar hva følgende likning uttrykker: KE/m t = Ad + M + B + r ε Likningen forteller hvordan den spesifikke turbulente kinetiske energien endres over tid. Man har delt på massen, for å få spesifikk energi, altså energi per enhetsmassen. Ad er adveksjonen av KE med gjennomsnittshastigheten (altså hvordan den forflytter seg), M er mekanisk generert turbulens (generert av vindstress), B er oppdrift generert eller konsumert av turbulens, r er transport av turbulens av turbulensen selv, mens ε er raten turbulensen forsvinner med (går over i indre energi ved molekylær viskositet). l) b) Bruk likningen over til å forklare at turbulens sies å være dissipative. Fra likningen over ser vi at dersom vi ikke har kilde- eller slukledd (Ad, M, B, r), vil vi uansett ha at turbulensen vil avta over tid (gitt at vi har en turbulens...), siden ε = (( KE/m) 3/2 )/L ε m) Hva er Richardson tallet og hvordan er det definert? Det er et mål på hvor turbulente strømninger vi har under statisk stabile atmosfæriske forhold. Dersom Ri < 0, 25 har vi turbulens. Dersom Ri > 1, 0 har vi laminære strøminger. 0, 25 < Ri < 1, 0 kommer an på settingen. Ri er definert som B/M. Under stabile forhold vil en luftpakke som stiger eller synker konsumere KE, hvilket fører til at B-termen i utrykket er negativ. Ri er derfor et positivt tall. 2

Dersom produksjonen av KE pga mekanisk generert vindstress (M) er mye større enn destruksjonen av turbulens pga oppstigende/nedynkende luftpakker i den statisk stabile lufta (B), vil vi ha turbulens (Ri < 0, 25) Oppgave 2 Når man skal regne på turbulens, dekomponerer man ofte turbulente parametre (som vind, potensiell temperatur m.m.) i en midlet og en perturbert komponent: θ = θ + θ. Dette kalles Reynoldsmidling. Når man skal regne på Reynoldsmidlede parametre har man en del regler å følge: 1. θ = 0 (Fordi summen av alle fluktasjonene over tidsperioden man har midlet er lik null) 2. θ = θ (Fordi gjennomsnittet til θ ikke varierer over perioden man midler over) 3. θ + w = θ + w (Fordi 1 (θ + w) dt = 1 θ dt + 1 w dt = θ + w) 4. cθ = cθ, hvor c er konstant. (Fordi 1 cθ dt = 1 c θ dt = cθ) a) Vis at θw = 0 b) Vis at wθ = wθ + w θ θw = 1 = θ 1 = θ w = θ 0 = 0 θw dt w dt wθ = (w + w )(θ + θ ) = (θw + θw + wθ + θ w ) = (θw + θw + wθ + θ w ) (fra regel 3 over) = θw + 0 + 0 + θ w (θw = θw fordi 1 θw dt = θw 1 = θw + θ w dt = θw) 3

c) Forklar hvorfor w θ θ w = 0 Dere vet fra tidligere at når man skal integrere et produkt, kan man ikke integrere hver av faktorene for seg, for så å multiplisere svarene sammen til slutt. Dersom en av faktorene ikke er avhengig av variabelen det integreres over, kan man sette denne utefor integralet, integrere den andre faktoren, for så å multiplisere dem sammen, men dette er ikke tilfelle for θ og w er begge avhengige av t. Oppgave 3 Intensiteten til turbulensen i u-retning er definert som variansen σ 2 = 1 N N [u i u] 2 = 1 N i=1 N [u i] 2 = [u ] 2, i=1 altså et mål på hvordan vindhastigheten gjennomsnittlig avviker fra gjennomsnittsvinden over en tidsperiode på en halvtime. (u i er avikket fra gjennomsnittet u ved måling nummer i, altså har vi at u i = u i u. Her har vi altså Reynoldsmidlet hastigheten. Dersom man har diskrete verdier blir det å summere over N det samme som vi gjorde i forrige oppgave hvor vi integrerte over ). Studer abell 1 under og finn ut hvor, når og for hvilke vindkomponenter tubulensen er a) Stasjonær At turbulensen er stasjonær betyr at den ikke endrer seg med tiden, slik at a 2 = 0. Dette er tilfelle på lokalisasjon A for u t 2, og lokalisasjon B for v 2. b) Homogen At turbulensen er homogen betyr at de statistiske verdiene ikke endrer seg med lokalisasjon, slik at a 2 = 0, hvor r er distanse. Dette er r tilfelle for u 2 kl. 11.00, for v 2 kl. 10.00 of for w 2 kl 10.00. c) Isotropisk At turbulensen er isotropisk betyr at den er lik i alle retninger, dvs at u 2 = v 2 = w 2. Dette er tilfelle på lokalisasjon A kl. 11.00. 4

abell 1: Varianser til vinden i u-, v- og w- retning. Enhet: m2 s 2 Komponent Hvor Sted A Sted B Når 10.00 11.00 10.00 11.00 u 2 0,5 0,5 0,7 0,5 v 2 0,25 0,5 0,25 0,25 w 2 0,7 0,5 0,7 0,25 Oppgave 4 I abell 2 har vi oppgitt momentane målinger av potensiell temperatur (θ) og vertikal hastighet (w). a) Fyll inn alle de tomme rutene i tabellen. b) Verifiser likheten wθ = wθ + w θ c) Hvilket av leddene i likheten i oppgave b) representerer kovariansen, og hva forteller denne kovariansen oss? w θ. Dette leddet forteller hvordan θ og w samvarierer. d) Hvilke verdier av kovariansen er knyttet opp mot en statisk stabil atmosfære? w θ < 0 e) Gitt positiv kovarians; vil en forstyrrelse (perturbasjon) av en luftpakke før til transport av varme opp eller ned? (Se Figur 9.8 i boka) Når vi har en positiv kovarians, har vi et ustabilt grenselag, som i Figur 9.8a). Vi ser at varmetransporten skjer oppover. f) Bruk abell 2 og avgjør om det her er snakk om et stabilt eller ustabilt grenselag, og om transport av varme skjer opp eller ned. Fra den ferdigutfylte tabellen ser vi at w θ > 0. Dette svarer til et statisk ustabilt grenselag og transport av varme oppover. 5

abell 2: Momentane målinger av potensiell temperatur (θ) og vertikal hastighet (w) w θ w θ w 2 θ 2 wθ w θ 0 0,5 295 0,4 1,0 0,16 1,0 147,5 0,4 1-0,5 293-0,6-1,0 0,36 1,0-146,5 0,6 2 1,0 295 0,9 1,0 0,81 1,0 295,0 0,9 3 0,8 298 0,7 4,0 0,49 16,0 238,4 2,8 4 0,9 292 0,8-2,0 0,64 4,0 262,8-1,6 5-0,2 294-0,3 0 0,09 0-58,8 0 6-0,5 292-0,6-2,0 0,36 4,0-146,0 1,2 7 0,0 289-0,1-5,0 0,01 25,0 0 0,5 8-0,9 293-1,0-1,0 1,0 1,0-263,7 1,0 9-0,1 299-0,2 5,0 0,04 25,0-29,9-1,0 Gjennomsnitt 0,1 294 0 0 0,396 7,8 29,88 0,48 6