Hertentamen Meteorologie (NS-154b) 31 augustus - A

Departement Natuur- en Sterrenkunde, Faculteit Bètawetenschappen, UU.
In elektronische vorm beschikbaar gemaakt door de TB C van A−Eskwadraat.
Het college NS-154b werd in 2005/2006 gegeven door dr. M.R. van den Broeke.
Hertentamen Meteorologie (NS-154b)
31 augustus 2006
Constantes die je eventueel nodig kunt hebben:
σ = 5.67 · 10−8 W m−2 K−4
Ω = 7.292 · 10−5 rad s−1
−1
−1
Rd = 287.05 J kg K
cp = 1005 J kg−1 K−1
−2
S0 = 1372 W m
Lf = 0.334 · 106 J kg−1
Opgave 1
(30 punten)
Het is een mooie zonnige, windstille dag op de Groenlandse ijskap. Het oppervlak is bedekt met
sneeuw waarvan de albedo = 0.8 en emissiviteit ε = 1.0. Aan de top van de atmosfeer komt er 700
W/m2 zonnestraling de atmosfeer binnen. Verder is gegeven: de transmissiviteit en emissiviteit
van de atmosfeer: τ = 0.8 en ε = 0.8, en de luchttemperatuur is −15◦ C.
a) Hoeveel energie is er beschikbaar voor smelt?
b) Als de dichtheid van de sneeuwlaag 400 kg/m3 is, hoeveel mm water aan sneeuw smelt er
per uur?
Een wolk schuift voor de zon waardoor τ = 0.6.
c) Bereken opnieuw de hoeveelheid smeltenergie en de hoeveelheid sneeuw in mm water dat
per uur smelt.
d) Wat zal er met de hoeveelheid smelt gebeuren als er wind staat? Motiveer je antwoord.
Opgave 2
(24 punten)
a) Gemiddeld over de aarde over het jaar is de stralingsbalans van het aardoppervlak
# positief
# nul
# negatief
b) Als de gemiddelde temperatuur in een luchtlaag van W naar O toeneemt, dan neemt de Z-N
component van de geostrofische wind (vg ) in die laag met de hoogte
# af
# toe
# blijft gelijk, maar ug verandert
c) De potentiële temperatuur van een luchtpakketje dat nat-adiabatisch beweegt
# neemt af met de hoogte
# neemt toe met de hoogte
# is niet in het algemeen te zeggen
d) Bij cyclostrofisch evenwicht (tomado’s!) maken de volgende krachten evenwicht:
# drukgradiëntkracht en Corioliskracht
# drukgradiëntkracht, Corioliskracht en centrifugaalkracht
# drukgradiëntkracht en centrifugaalkracht
e) De absolute waarde van de nat-adiabaat is . . . . . . . . . . . . dan die van de droog-adiabaat.
# groter
# kleiner
# kan beide
f) In subtropische lucht ligt de tropopauze . . . . . . . . . . . . in polaire lucht.
# gemiddeld hoger dan
# gemiddeld even hoog als
# gemiddeld lager dan
g) Voorwaarde voor het ontstaan van een convectieve grenslaag is
# een positieve energiebalans aan het aardoppervlak
# een temperatuurinversie aan het oppervlak
# windsnelheid > 5 m s−1
h) Door wrijving aan het aardoppervlak is de stroming rond een lagedrukgebied
# divergent
# convergent
Opgave 3
(46 punten)
We onderzoeken het effect van wrijving op luchtstroming in het kustgebied.
Gegeven 2 stroken lucht (beide noord-zuid geoienteerd), één boven land en één boven zee met de
volgende gegevens:
Zee
Land
Druk (2000 m)
800 hPa
800 hPa
Temperatuur (2000 m)
5 ◦C
5 ◦C
γ
−6.5 K/km
−10 K/km
a) Bereken met hydrostatisch evenwicht de druk op zeeniveau boven land en boven zee.
In een stationaire situatie kan het evenwicht van krachten voor de grenslaag (verticaal gemiddeld)
benaderd worden met
0 = drukgadiëntkacht + Corioliskacht + wrijvingskracht.
Een ballon vliegt in de grenslaag boven zee 1 km van de kust.
b) Maak een duidelijke schets (van boven af gezien) van de krachten die op de ballon werken.
(tip: laat één as samenvallen met de kustlijn). Denk ook aan isobaren, (geostrofische)
windrichting, assenstelsel, etc. Beweegt de ballon naar de kust toe, of er juist vanaf en
waarom?
c) Vind een uitdrukking voor de windsnelheid (u, v) als functie van de drukgradiënt en wrijvingskacht. Neem aan dat de wrijvingskacht evenredig is met de snelheid.
De wrijvingscoëfficiënt is boven zee kleiner dan boven land. Dit heeft wrijvingsconvergentie tot
gevolg in de kustzone.
d) Als de wind aanlandig is, en de aanpassing van de windvector vindt plaats over een afstand
van 10 km, hoe groot is dan de bijbehorende gemiddelde stijgbeweging aan de top van de
grenslaag?
Gegevens:
• geostrofische wind = 30 m/s;
• f = 10−4 s−1 ;
• kzee = 5 · 10−5 s−1 ;
• kland = 10−4 s−1 ;
• dikte grenslaag = 2000 m.