Tentamen Atmosfeer en Klimaat Naam: 26 juni 2008

Dit tentamen is in elektronische vorm beschikbaar gemaakt door de TB C van A–Eskwadraat.
A–Eskwadraat kan niet aansprakelijk worden gesteld voor de gevolgen van eventuele fouten
in dit tentamen.
Tentamen Atmosfeer en Klimaat
26 juni 2008
Naam:
Lever dit blad in met naam!
Constantes die je eventueel nodig kunt hebben:
σ = 5.67*10-8 W m-2 K-4 (Stefan Boltzman constante)
Rd = 287.05 J kg-1 K-1
(Gas constante)
S0 = 1372 W m-2
(Zonne constante)
-5
-1
Ω = 7.292*10 rad s
(Hoek snelheid aarde)
cp = 1005 J kg-1 K-1
(Soortelijke warmte)
6
-1
Lf = 0.334*10 J kg
(Latente warmte ijs naar water)
OPGAVE 1 (25 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 εs = 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: τa = 0.8 en εa = 0.8, en
de lucht temperatuur is +2°C.
a) Hoe ziet de energie balans van het oppervlak eruit en 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? (Hint: W = J/s)
Een wolk schuift voor de zon waardoor τa = 0.6. Nabij het oppervlak is het nog steeds
wind stil.
c) Bereken opnieuw de hoeveelheid smelt energie en de hoeveelheid sneeuw in mm
water dat per uur smelt.(Hint: wat is de emissiviteit van een bewolkte hemel?)
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
O positief
O nul
O negatief
b) Als de gemiddelde temperatuur in een luchtlaag van W naar O toeneemt, dan
neemt de Z-N komponent van de geostrofische wind (vg) in die laag met de hoogte
O af
O toe
O blijft gelijk, maar ug verandert
-2c) De potentiële temperatuur van een luchtpakketje dat nat-adiabatisch beweegt
O neemt af met de hoogte
O neemt toe met de hoogte
O is niet in het algemeen te zeggen
d) Bij cyclostrofisch evenwicht (tornado's!) maken de volgende krachten evenwicht:
O drukgradientkracht en Corioliskracht
O drukgradientkracht, Corioliskracht en centrifugaalkracht
O drukgradientkracht en centrifugaalkracht
e) Op het Noordelijk Halfrond circuleert de lucht rond een hogedrukgebied
O met de wijzers van de klok mee
O tegen de wijzers van de klok in
O kan beide (anomaal hoog)
f) In subtropische lucht ligt de tropopauze .............. in polaire lucht
O gemiddeld hoger dan
O gemiddeld even hoog als
O gemiddeld lager dan
g) Voorwaarde voor het ontstaan van een convectieve grenslaag is
O een positieve energiebalans aan het aardoppervlak
O een temperatuurinversie aan het oppervlak
O windsnelheid > 5 m s-1
h) Door wrijving aan het aardoppervlak is de stroming rond een lagedrukgebied
O divergent
O convergent
OPGAVE 3 (36 punten)
We onderzoeken het effect van wrijving op
luchtstroming in het kustgebied. Gegeven 2 stroken
lucht (beide Noord-zuid georienteerd), een boven land
en een boven zee met de volgende gegevens:
Zee
Land
Druk (2000m)
800 hPa
800 hPa
Temperatuur (2000m)
5°C
5°C
Lapse rate γ
-6.5 K/km
-10 K/km
a) Bereken met hydrostatisch evenwicht de druk op
zeeniveau boven land en boven zee. Laat zien hoe je
aan de gebruikte vergelijking komt.
In een stationaire situatie kan het evenwicht van krachten voor de grenslaag
(vertikaal gemiddeld) benaderd worden met:
0 = drukgradientkracht + Corioliskracht + wrijvingskracht.
Een ballon vliegt in de grenslaag boven zee 1 km van de kust (zie figuur).
-3b) 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?
Gegeven de volgende algemene impuls balans waarin de wrijvingskracht evenredig
is met de snelheid:
1 ∂p
x: 0=−
+ fv − ku
ρ ∂x
1 ∂p
y: 0=−
− fu − kv
ρ ∂y
€
c) Vind een uitdrukking voor de windsnelheid (u,v) als functie van de drukgradient en
wrijvingskracht.
De wrijvingscoëfficiënt is boven zee kleiner dan boven land. Dit heeft
wrijvingsconvergentie tot gevolg in de kustzone.
Gegevens: geostrofische wind = 30 m/s; f=10-4 s-1; kzee=5x10-5 s-1; kland=10-4 s-1; dikte
grenslaag =2000 m, de aanpassing van de windvector vindt plaats over een afstand
van 10 km.
d) Als de wind aanlandig is, veranderd dan de ballon van hoogte als hij de kust
bereikt en zo ja in welke richting? Motiveer je antwoord dmv een berekening.
(Hint: maak gebruik van de continuiteits vergelijking en bereken de bijbehorende
vertikale beweging op 10 km afstand van de kust aan de top van de grenslaag.)
OPGAVE 4 (15 punten)
In de discussie over klimaatverandering wordt er vaak gesproken over
stralingsforcering. Wat wordt er met deze term bedoeld en hoe wordt het gebruikt.
(richtlijn: half A4tje)