Tentamen Inleiding Atmosfeer 3 mei 2016 TENTAMEN INLEIDING ATMOSFEER. 3 mei 2016, 13:30-16:30 uur

Transcriptie

1 TENTAMEN INLEIDING ATMOSFEER 3 mei 2016, 13:30-16:30 uur E E R S T D I T L E Z E N!! 1. Vermeld duidelijk je NAAM en REGISTRATIENUMMER in de linkerbovenhoek van elk in te leveren foliovel (de foliovellen zijn gelinieerd). 2. De ongelinieerde A4-velletjes zijn bedoeld als kladpapier en worden niet ingeleverd. 3. Schrijf duidelijk en werk overzichtelijk. De bedoeling van het examen is uiteraard te beoordelen of je voldoende van de leerstof weet en hebt begrepen; laat dit blijken uit de duidelijke beantwoording van de vragen. 4. Laat bij berekeningen duidelijk zien hoe je aan het antwoord bent gekomen: welke formule(s) je hebt gebruikt, welke waarde(n) je hebt ingevuld etc. Alleen een numeriek antwoord levert slechts een deel van de punten op. En geef altijd de eenheid bij het eindantwoord. 5. Controleer(!!) of aan jou is uitgereikt: - 7 pagina's opgaven - boekje met constanten en formularium. - 2 bladen kladpapier 6. Het examen bestaat uit 6 opgaven. 7. Na afloop alleen de uitwerkingen inleveren. 8. Vergeet AUB niet de EVASYS enquête in te vullen, bij voorbaat dank! Veel succes!! LK 1

2 2

3 1 Geef een definitie of een omschrijving van de volgende begrippen of processen. a. Natte-bol temperatuur f. Warme sector b. Polar stratospheric cloud g. Katabatische wind c. Effectieve stralingstemperatuur h. Entrainment d. Geostrofische wind i. Pyrheliometer e. Blokkade j. Fotostationair evenwicht 2 In plaats van het tekenen van isobaren op een kaart die op een gegeven hoogte ligt (bv. zeeniveau), gebruikt men om de stroming in de bovenlucht weer te geven kaarten waarop een gegeven vaste druk heerst (bv. 50 kpa) en op deze kaarten tekent men dan hoogtelijnen (isohypsen). Het vlak waarop die vaste druk heerst heet een drukvlak (zie figuur 1). Figuur 1. De werkelijke ligging van een drukvlak op hoogtes van 6-8 km (onder). Isohypsen van het drukvlak (boven). Op twee plaatsen op aarde (A en B) heerst dezelfde luchtdruk aan het aardoppervlak, namelijk 101 kpa (1010 hpa). Beide plaatsen liggen op zeeniveau. In A is de gemiddelde temperatuur van de laag kpa 0 C, en in B is dit 10 C. a. Bereken de hoogte van het 50 kpa-vlak boven A en boven B. 3

4 b. Waarom zal in het algemeen de hoogte van het 50 kpa (500 hpa) vlak afnemen met toenemende geografische breedte? c. In een koud' hogedrukgebied is de lucht in het centrum relatief kouder, door de hele troposfeer heen, dan de lucht buiten het centrum. Laat nu door een tekening zien dat boven een dergelijk koud hogedrukgebied in de bovenlucht een lagedrukgebied aanwezig is. Teken hiertoe een aantal drukvlakken en geef een verklaring erbij. d. Wat kan je nu zeggen over de relatie tussen de dikte van een luchtlaag (dit is: het hoogteverschil tussen de drukvlakken aan de onder- en de bovenkant van de luchtlaag) en de gemiddelde temperatuur van die luchtlaag? 3 Het RIVM meet een waarde voor de gasdichtheid van ozon van O3 = 120 g/m 3. De temperatuur en druk bedragen resp. 20 C en kpa. a. Bereken de normalisatiefactor. b. Wat is de massaconcentratie C m,o3 van ozon bij STP? c. Bereken de volume mengverhouding C v,o3 van ozon. d. Bereken de number density nd O3 van ozon. e. Wat zou de volume mengverhouding zijn als deze gasdichtheid werd gemeten in de ozonlaag in de stratosfeer waar T = 220 K en p = 3.5 kpa? 4 Bij een cirkelvormig lagedrukgebied op het noordelijk halfrond heerst op een afstand van 650 km van het centrum op 52 NB een windsnelheid van 18 m/s. Neem aan dat de luchtdichtheid 1.2 kg/m 3 is en verwaarloos de wrijving. a. Een luchtdeeltje doorloopt in dit drukveld op deze plek een baan evenwijdig aan de gekromde isobaren. Maak een duidelijke schets met daarin het lagedrukgebied met isobaren en het luchtdeeltje met daarbij: de windvector V, de Corioliskracht F cor, de luchtdrukgradiëntkracht F p en de centripetale kracht F c. b. Neem aan dat het luchtdeeltje een massa van 1 kg heeft. Bereken nu de grootte van de drie bovengenoemde krachten. Gebruik: F c = mv 2 /r. 4

5 c. Bereken uit de grootte van de luchtdrukgradiëntkracht de grootte van de luchtdrukgradiënt. We nemen aan dat de luchtdrukgradiënt overal hetzelfde is. d. Hoeveel lager is de druk in het centrum van de depressie dan op de plaats van het deeltje? e. Is de windsnelheid van een vergelijkbaar luchtdeeltje (dwz. ook bewegend evenwijdig aan de isobaren) dichterbij het centrum groter dan, kleiner dan of even groot als op 650 km afstand? Verklaar je antwoord. 5 In figuur 2 staat de moessonstroming gegeven van ZO-Azië in de zomer (JJA). Figuur 2. De Aziatische zomermoesson (JJA). Pijlen: heersende windrichting, cirkels: convergentiezones. a. In het noorden van Australië is JJA de droge tijd. Verklaar dit aan de hand van het stromingspatroon in de figuur. Geef aan wat de oorzaken zijn van dit stromingspatroon. b. Waarom heeft het zuiden van Australië geen moessonklimaat? 5

6 c. Luchtstromingen die over de evenaar gaan krijgen altijd een verandering van richting (bijvoorbeeld van ZO naar ZW). Geef hiervoor een of meer oorzaken. d. Verklaar waarom de westkust van India tijdens de zomermoesson veel meer regen ontvangt dan de oostkust. e. Waarom stroomt de lucht bijna zonder uitzondering van het zuidelijk naar het noordelijk halfrond in dit deel van de wereld in JJA? f. Boven west India en Pakistan ligt in JJA een convergentiezone. Waarom valt hier toch maar relatief weinig regen uit in dit gebied? 6 Voor de mean radiant temperature (T mrt ) maakt het nogal wat uit of je aan de schaduwzijde (A) of juist aan de zonnige kant (B) van de straat loopt (zie Figuur 3). Figuur 3. Schematische weergave van een deels door de zon beschenen straat. De zenithsafstand is aangegeven en bedraagt in dit geval = 48. Voor een staand of lopend persoon hebben de zogenaamde vormfactoren voor de berekening van T mrt de waarde zoals gegeven in tabel 1. F boven F onder F voor F achter F links F rechts Mens Tabel 1. Vormfactoren (F i ) voor een staand of lopend persoon. Op een zonnige dag is om 12 uur de zenithsafstand = 48 en dan worden de volgende stralingsmetingen van de zonnestraling op een nabijgelegen weerstation gebruikt: Horizontale vlak: directe straling: 600 W/m 2 diffuse straling: 100 W/m 2 Loodrecht op straling: directe straling: 900 W/m 2. 6

7 a. Waarom is het niet correct om de inkomende diffuse straling loodrecht op de zonnestraling te meten? b. Toon met een berekening aan hoe je de gemeten directe zonnestraling op het horizontale vlak kan berekenen uit de directe zonnestraling die gemeten is loodrecht op de zonnestraling. Voor de berekening van de T mrt in de straat hebben we nog de volgende gegevens: - Door de zon beschenen oppervlakken (straat, muren): T = 50 C, - Beschaduwde oppervlaken (idem): T = 25 C, - De straat reflecteert geen kortgolvig licht (voor het gemak), - De straat loopt precies oost-west en de zon staat in het zuiden, - Alle emissiecoëfficiënten hebben een waarde van = 1, - De absorptiecoëfficiënt voor kortgolvige straling van het menselijk lichaam: a k = 0.7. c. Bereken de langgolvige stralingsfluxen (in W/m 2 ) die worden uitgezonden door (i) door de zon beschenen oppervlakken, en (ii) de beschaduwde oppervlakken. Voor de locaties A (schaduw) en B (zon) worden de volgende stralingsfluxen gemeten (tabel 2): Vlak Situatie A Situatie B K (W/m 2 ) L (W/m 2 ) K (W/m 2 ) L (W/m 2 ) Boven Onder Links Rechts Voor Achter Links is in dit geval in de richting van de zon, dus naar het zuiden. Tabel 2. Gemeten kortgolvige (K) en langgolvige (L) stralingsfluxen op elk van de 6 vlakken rondom een staand persoon. d. In situatie A leg uit: waarom K boven kleiner is dan de gemeten diffuse straling van 100 W/m 2, waarom K onder = 0 is, en waarom L links kleiner is dan L rechts. e. Bereken nu de mean radiant temperature (T mrt ) in situatie A. f. In situatie B bereken de directe zonnestraling door het vlak links (in W/m 2 ) en leg uit waarom er iets meer wordt gemeten dan uit je berekening volgt. g. Bereken nu de mean radiant temperature (T mrt ) in situatie B. Hoeveel meer is deze waarde dan aan de schaduwzijde van de straat? EINDE VAN HET TENTAMEN GRAAG ALLEEN DE UITWERKINGEN INLEVEREN 7