INLEIDING ATMOSFEER

Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
TENTAMEN
INLEIDING ATMOSFEER
11 mei 2017, 13:30-16:30 uur
EERST DIT LEZEN!!
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:
- 6 pagina's tentamen
- boekje met constanten en formularium.
- 2 bladen kladpapier
6.
Het examen bestaat uit 6 opgaven.
7.
Na afloop ALLEEN de uitwerkingen en het boekje inleveren.
Veel succes!!
LK
1
Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
2
Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
1
Geef een definitie of een omschrijving van de volgende begrippen of processen.
a.
b.
c.
d.
e.
Natte-bol temperatuur
Fotolyse
Effectieve stralingstemperatuur
Geostrofische wind
Blokkade
2
f.
g.
h.
i.
j.
Warme sector
Katabatische wind
Entrainment
Low level jet
Fotostationair evenwicht
Bij een cirkelvormig lagedrukgebied 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/m3 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 Fcor, de luchtdrukgradiëntkracht Fp en de centripetale kracht
Fc (alle drie als vector aangegeven).
b. Neem aan dat het luchtdeeltje een massa van 1 kg heeft. Bereken nu de
grootte van de drie bovengenoemde krachten. Gebruik: Fc = mV2/r.
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.
3
Beschouw het verticale profiel van de ozon (O3) number density in figuur 1 op
de volgende bladzijde. De norm voor de ozon-mengverhouding aan de grond is
gesteld op: CO3 < 80 ppbv.
a. Bereken de number density van lucht op de hoogte van het maximum van de
3
Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
ozonlaag als gegeven is dat z = 25 km; p = 3.5 kPa; T = 220 K).
b. Bereken de mengverhouding van ozon
bij het maximum van de ozonlaag. Zou
deze waarde de luchtkwaliteitseis aan
de grond overschrijden?
c. Bereken de ozon mengverhouding aan
de grond (z = 0 km; p = 100 kPa; T =
300 K). Voldoet deze waarde aan de
luchtkwaliteitseis?
d. Het totale aantal O3 moleculen per
eenheid van oppervlakte de aarde
wordt de ozonkolom genoemd. Bepaal
de ozonkolom door het profiel te
benaderen met de lineaire functie die is
afgebeeld als een dunne getrokken
lijn.
Figuur 1. Profiel van de number density (in moleculen
3
per cm ) van Ozon (dikke lijn) en de benadering er van
(dunne lijn).
e. Om te illustreren hoe dun de ozonlaag feitelijk is brengen we de hele kolom
ozon naar zeeniveau als een laagje puur ozongas. Hoe dik is deze laag onder
standaard atmosferische condities? (1.013×105 Pa, 273 K).
4
Aan de rand van de atmosfeer is het
relatief eenvoudig om de hoeveelheid
binnenkomende zonnestraling uit te
rekenen omdat er nog geen extinctie heeft
plaatsgevonden door de atmosfeer. Figuur
2 geeft het daggemiddelde van K0↓ (d.i. de
hoeveelheid zonnestraling die binnenkomt
aan de rand van de atmosfeer). Dit
daggemiddelde wordt de Angotwaarde
(in Wm-2) genoemd.
a. Waarom komt er geen langgolvige
straling (L0↓) binnen aan de rand
van de atmosfeer?
b. Op 21 juni staat de zon op 23°
Figuur 2. De Angot waarden (in Wm ) als functie van
boven de evenaar en is het op de
de geografische breedte voor het jaar [Uit: Hartmann,
Noordpool 24 uur lang licht per
1994].
dag. Laat met behulp van een
schets duidelijk zien dat de zenithoek op 21 juni op de noordpool 67° is.
−2
4
Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
c. Bereken nu K0↓ voor de noordpool op 21 juni, als nog gegeven is dat de
afstand van de zon tot de aarde op dat moment 1.47×1011 m is.
d. Waarom is op de noordpool K0↓ (een instantane waarde) gelijk aan de
Angotwaarde (een daggemiddelde waarde)?
e. Vergelijk de uitkomst van c. met de waarde in figuur 2. Wat is je conclusie?
f. Op de evenaar staat de zon om 12 uur veel hoger aan de hemel. Toch is de
Angotwaarde op de evenaar op 21 juni kleiner dan op de noordpool. Geef
hiervoor een verklaring.
g. Als we tenslotte aannemen dat de atmosfeer verticaal homogeen is (dwz
constante dichtheid en samenstelling) met een dikte van 8 km, en aan de
grond wordt op de noordpool een hoeveelheid zonnestraling gemeten van 320
Wm-2, bereken dan de extinctiecoëfficiënt van de atmosfeer.
5
De top van Mt. Everest
(figuur 3) ligt op 8848 m boven
zeeniveau. De luchtdruk daar
bedraagt ongeveer 380 hPa.
a. Als op zekere dag een
temperatuur van -17°C
wordt gemeten op de top
van de berg, bereken dan
de dichtheid van de lucht
in die omstandigheden.
Figuur 3. Mount Everest gefotografeerd vanuit een vliegtuig.
b. Bereken ook de grootte van de potentiële temperatuur op de top van de berg.
c. Ook wordt een relatieve vochtigheid van 41% gemeten. Bereken hiermee de
waterdampdruk op die hoogte.
d. Bereken ook de bijbehorende mengverhouding van waterdamp.
In het hoogste basiskamp op een hoogte van 8200 m wil men eten gaan koken, maar
dat is niet eenvoudig omdat water bij deze lage druk al bij lage temperaturen gaat
koken. We gaan berekenen bij welke temperatuur dat is.
e. Als de luchtlaag tussen de top en het hoogste basiskamp overal -17°C is, laat
dan met een berekening zien dat de luchtdruk in het basiskamp 414 hPa is.
5
Tentamen Inleiding Atmosfeer 11 mei 2017
f. Water gaat koken als de verzadigingsdruk van waterdamp (es ) gelijk is aan de
luchtdruk. Bereken nu de temperatuur waarbij water gaat koken bij de
luchtdruk in het basiskamp.
Reinhold Messner (foto), een Italiaan uit Zuid Tirol, beklom
in 1978 als eerste mens Mt Everest zonder gebruik van een
zuurstofmasker. Hij bevond zich nog ruim onder de
zogenaamde Armstrong Limit: de hoogte waar de
luchtdruk zo laag is dat het bloed in de mens spontaan gaat
koken (dus bij 37°C) en de mens zonder drukpak dus
onmogelijk kan overleven.
g. Bereken de luchtdruk bij de Armstrong Limit en maak een schatting van die
hoogte voor een isotherme atmosfeer met een temperatuur van -20°C.
6
In een Cu-wolk worden de volgende aantallen wolkendruppels gemeten en
men vindt de hoeveelheden zoals gemeld in onderstaande tabel.
Tabel 1. Druppels in Cu-wolk.
Straal (10-6 m)
Aantal (cm-3)
10
800
50
5
a.
Verklaar waarom er druppels met verschillende diameters nodig zijn om het
coalescentie-proces te laten verlopen.
b.
Bereken de hoeveelheid vloeibaar water in deze wolk in kg m-3.
c.
Geef twee redenen waarom deze wolkendruppels nooit het aardoppervlak
zullen bereiken.
Na enige tijd vormen zich regendruppels met een straal van 1 mm. De valsnelheid
van dit soort druppels is 6,5 m s-1.
d.
Bereken hoeveel regendruppels per m3 zich vormen als alle wolkendruppels
samensmelten tot regendruppels.
e.
Bereken de neerslagintensiteit in mm uur-1 aan de basis van de wolk.
-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0EINDE VAN HET EXAMEN
GRAAG ZOWEL DE UITWERKINGEN ALS HET BOEKJE INLEVEREN
6