Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Like dokumenter
UNIVERSITETET I OSLO

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

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Oppgavesett kap. 4 (1 av 2) GEF2200

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

Chapter 2. The global energy balance

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett kap. 4 (2 av 2) GEF2200

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgavesett nr.2 - GEF2200

Løsningsforslag nr.1 - GEF2200

Oppgavesett nr.5 - GEF2200

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

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

GEF2200 Atmosfærefysikk 2012

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

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

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

Løsningsforslag til ukeoppgave 8

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjonsforelsening GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Kapittel 2 Energi, varme og temperatur

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

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

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Oblig 2 GEF2200 Våren 2016

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

FYS1010-eksamen Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1001, 15/6 2018

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Kapittel 8. Varmestråling

GEF1100: kapittel 8. Ada Gjermundsen. Oktober 2017

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 16/8 2013

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 12/6 2017

Det matetmatisk-naturvitenskapelige fakultet Midtveis -eksamen i AST1100, 10 oktober 2007, Oppgavesettet er på 6 sider

EKSAMEN I: TFY4300 Energi og miljøfysikk FY2201 Energi og miljøfysikk Fredag 12. desember 2003 TID:

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Fysikkolympiaden 1. runde 23. oktober 3. november 2017

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Regneoppgaver AST 1010, vår 2017

Løsningsforslag nr.4 - GEF2200

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

LØSNINGSFORSLAG, KAPITTEL 3

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

UNIVERSITETET I OSLO

Obligatorisk oppgave 1

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (Bok/utskrift fra bok)

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Administrasjonsbygget, rom Aud. Max.

Regneoppgaver AST 1010, vår 2017

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til MEF1000 Material og energi - Kapittel 2 Høsten 2006

UNIVERSITETET I OSLO

FYS1010 eksamen våren Løsningsforslag.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

FYSIKK-OLYMPIADEN Andre runde: 2/2 2012

Transkript:

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: GEF2200 Eksamensdag: 4. Juni 2015 Tid for eksamen: 14.30-17.30 Oppgavesettet er på X sider + Vedlegg 1 (1 side) Vedlegg 1: Sondediagram Tillatte hjelpemidler: Kalkulator Karl Rottmans matematiske formelsamling Angell og Lian fysiske størrelser og enheter Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1. a. Forklar definisjonen (oppgi enheter) og sammenhengen mellom strålingsvariablene a. Monokromatisk fluksintensitet (kalles også spektral radians) b. Fluksintensitet (kalles også radians) c. Flukstetthet (også kalt irradians) b. Ved et stabilt klima er Jorda i strålingslikevekt med verdensrommet. Da kan man beregne en effektiv strålingstemperatur (T E ) for Jorda (kalles også ekvivalent svartlegeme temperatur). Sett opp en likning for T E og regn ut verdien. Bruk følgende verdier for solarkonstanten (S 0 =1368 Wm -2 ) og Jordas albedo (a=0.3). Stefan- Boltzmanns konstant σ=5.68 10-8 Wm -2 K -4. LF: Global strålingsbalanse, dvs. absorbert innkommende solstråling fordelt over Jorden er lik total utstrålt langbølget stråling til verdensrommet. Fordi T E er definert som ekvivalent svartlegeme temperatur betyr det at man her antar at Jorda er et perfekt svartlegeme slik at Stefan-Boltzmanns lov gjelder. Strålingsbalanse: (1 a)s 0 πr E 2 = 4πR E 2 σt E 4 4 T E = 4σ (1 a)s 0 =255K

c. Likningen under kalles Schwarzschilds likning s 1 I λ (s 1 ) = I λ0 e τ λ(s 1,0) + k λ ρrb λ [T(s)]e τ λ(s 1,s) ds Forklar hva denne likningen beskriver (gjerne ut fra figur 1) og forklar hva de ulike Leddene og variablene i likningen er. 0 Figur 1: Skisse av hjelpefigur for oppgave 1c. d. Figur 2, under, viser et lag i atmosfæren med tykkelse (Δz) og tetthet (ρ) som mottar og sender ut stråling. Laget mottar kortbølget stråling (F (SW), med senitvinkel θ=60 ) og langbølget stråling nedenfra (F s (LW)). I laget er det komponenter som kan absorbere kortbølget eller langbølget stråling. Blandingsforholdet av disse komponentene er gitt ved hhv. r abs (SW) og r abs (LW). Masseabsorpsjonskoeffesientene er gitt ved hhv. k abs (SW) og k abs (LW) Figur 2. Skisse over atmosfærelaget i oppgave 1d.

Flukstettheten av kortbølget stråling er gitt for en flate normalt på retningen på innkommende strålingen. Vi antar at laget er i strålingslikevekt. Regn ut temperaturen i laget. LF: Laget tilføres energi ved absorpsjon av kortbølget (SW) og langbølget stråling (LW). Laget taper energi ved utstråling av langblget stråling oppover og nedover. Absorpsjon av SW. Tilført SW pr m 2 horisontal flate er : F (SW) cos(θ) Optisk tykkelse (vertikalt) for SW er: τ = k abs (SW) ρ r abs (SW) z Absorptiviteten til laget (for SW) blir da: α = 1 e τ/cos (θ) Tilført energi for absorpsjon av SW (ΔF a (SW)) blir: ΔF a (SW)=α F (SW) cos(θ)=72.5 Wm -2 Absorpsjon av LW. Tilført LW pr m 2 horisontal flate er : F s (LW)) Optisk tykkelse (vertikalt) for LW er: τ = k abs (LW) ρ r abs (LW) z = 0.3 Absorptiviteten til laget (for LW) blir da: α = 1 e τ = 0.26 Tilført energi for absorpsjon av LW (ΔF a (LW)) blir: ΔF a (LW)=α F (LW)=51.8 Wm -2 Emisjon av LW. Kirchoffs lov sier at emissiviteten (ε) er lik absorptiviteten (α) Utstrålt LW blir da: ΔF E (LW)= 2εσT 4 Faktoren 2 kommer fordi laget stråler både oppover og nedover. Temperaturen (T a ) i laget Ved strålingslikevekt er totalt absorbert stråling = totalt emittert stråling Det betyr: ΔF E (LW) = ΔF a (LW)+ ΔF a (SW) 2εσT a 4 = ΔF a (LW) + ΔF a (SW) T a = 255 K

e. Hvorfor er antagelsen om lokal strålingslikevekt god i noen deler av atmosfæren, men ikke i andre deler? Oppgave 2. a. Figur 3 viser årlig midlet estimat av netto fluks av energi fra overflaten av Jorda til atmosfæren. Forklar hvorfor vi bare finner høye verdier (positive og negative) over hav. Figur 3: Estimat av årlig midlet netto fluks av energi fra overflaten av Jorda til atmosfæren b. Atmosfærens grenselag er vanligvis begrenset i toppen av en såkalt capping inversion. Forklar hva vi mener med en inversjon. Hvordan dannes inversjonen i toppen av grenselaget? c. Sett opp et uttrykk for turbulent kinetisk energi pr. masseenhet av luft (TKE/m). Hva er kildene og slukene for TKE i grenselaget? d. Figur 4 viser vertikalprofilene at temperatur (T), potensiell temperatur (θ) og spesifikk fuktighet (q) i et typisk grenselag om dagen. Hvordan ser dette ut på natten?

Figur 4. Vertikalprofiler at temperatur (T), potensiell temperatur (θ) og spesifikk fuktighet (q) i et typisk grenselag om dagen