Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
EXAMEN
INLEIDING ATMOSFEER 8 mei 2014, 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.
Controleer(!!) of aan jou is uitgereikt: - 4 bladen (5 pagina's) opgaven - boekje met constanten en formularium. - 2 bladen kladpapier
5.
Het examen bestaat uit 6 opgaven.
6.
Na afloop ZOWEL de opgaven als de uitwerkingen inleveren.
7.
Graag na afloop de EVASYS enquête invullen, bedankt!!
Veel succes!! LK
1
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
2
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
1 Geef een definitie of een omschrijving van de volgende begrippen of processen. a. b. c. d. e.
2
Troposfeer Dampdrukdeficiet Diffuse straling Wintersmog Zonsynchrone baan
f. g. h. i. j.
Compensatiepunt Superadiabatisch temperatuurprofiel Geostrofisch evenwicht Terugkoppelingsmechanisme (klimaat) Oppervlaktelaag
Op een dag met veel wind is de thermische gelaagdheid van de
oppervlaktelaag meestal neutraal. Alleen dan kunnen we gebruik maken van het logaritmisch windprofiel (zie figuur 1). a.
-
Wat gebeurt er met de windsnelheid op de standaard meethoogte (z = 10 m) in de volgende gevallen: z0 neemt toe en u* blijft gelijk u* neemt toe en z0 blijft gelijk
Op een zomerse dag meten we het volgende boven een vlak terrein (zie onderstaande tabel). Verder is gegeven p = 101,07 kPa, en gebruik: Tgemiddeld = 25.2 ºC. z (m)
T(ºC)
u (m/s)
5
24.9
2.5
2
25.5
1.9
Figuur 1. Windprofiel in een neutraal gelaagde atmosfeer.
b.
We nemen aan dat de situatie neutraal is. Bereken met de gegevens uit de tabel de waarden voor z0 en u*.
c.
Bereken vervolgens de (gemiddelde) dichtheid (ρ) en de schuifspanning (τ).
d.
Laat nu met een berekening zien dat Kh = Km = 0.339 m2 s-1.
e.
Bereken hieruit de sensibele warmteflux H in W m-2.
3
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
f.
Als uit een onafhankelijke meting op die plaats ook de Bowen verhouding (β) wordt bepaald en men vindt β = 0.46 hoe groot is dan de latente warmteflux in W m-2.
g.
Bereken met de gegevens uit f. tevens de verdamping in kg m-2 s-1 én in mm/uur.
3
Op 8 februari 2011 trok een storm over Denemarken. In Figuur 2 staat de
weerkaart van 00 UTC die dag, met daarop isobaren (om de 4 hPa) en fronten. De kern van het systeem, met een druk van 981 hPa, ligt op dat moment boven het zuiden van Zweden.
Figuur 2.
a.
Grondkaart-analyse van het Engelse Met. Office van 8 februari 2011, 00 UTC (bron: www.wetterzentrale.de).
Nederland ligt om 00 UTC achter het koufront van deze depressie. Geef een korte beschrijving van wat voor een soort weer (temperatuur, bewolking, neerslag en windrichting) er in Nederland is op dat moment.
4
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
b.
Bereken de dichtheid (ρ) van de lucht aan het aardoppervlak in De Bilt (kleine letter “B” op de kaart) als gegeven is dat de temperatuur op dat moment 5°C is.
c.
Bereken de grootte van de geostrofische wind (geowind) in De Bilt (op 52°NB). Voor de berekening van afstanden op deze kaart moet je bedenken dat de afstand van de breedtecirkels van 50°NB tot 60°NB 10/360 van de omtrek van de aarde is.
d.
Leg uit waarom in De Bilt de wind aan de grond gekrompen is ten opzichte van de geowind, doe dit aan de hand van een tekening met daarin de diverse krachten die op een luchtdeeltje nabij het aardoppervlak werken.
e.
Achter het koufront vindt aanvoer plaats van koude lucht. Wat kan je zeggen van de windrichting op 50 kPa in deze situatie?
f.
Bereken de grootte van de gradiëntwind in Kopenhagen, Denemarken (“K” op de kaart, 55°NB). Neem ρ = 1.3 kg m-3 en voor de kromtestraal r = 500 km.
4
De planeet Venus heeft de volgende samenstelling van de atmosfeer:
Gas CO2 N2 O2 H2O
Molecuulmassa 44.010 28.013 31.999 18.005
Molaire fractie 0.900 0.092 0.004 0.004
Verder zijn aan het Venusoppervlak de volgende grootheden gegeven: T = 720 K, p = 2.026×106 Pa, g = 8.87 m/s2 en M = 42.386 kg/kmol (gemiddelde molaire massa). Venus staat op een afstand van 0.72 AE (Astronomische eenheden) van de zon en heeft door haar dikke wolkendek een hoog albedo van 0.77 a.
Bereken de zonneconstante en de effectieve temperatuur (Te) van Venus.
b.
Bereken hiermee ook de uitgestraalde hoeveelheid langgolvige straling (in de eenheid W m-2) aan de top van de atmosfeer van Venus.
c.
Bereken de specifieke gasconstante van de atmosfeer van Venus.
d.
Bereken de dichtheid van de atmosfeer aan het Venusoppervlak.
e.
Bereken de partiële druk van N2 en H2O.
5
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
f.
5
Als we nu tenslotte nog aannemen dat de atmosfeer van Venus homogeen is (constante dichtheid) bereken dan de temperatuur en de druk op een hoogte van 10 km boven het Venusoppervlak.
Depositie is een belangrijk proces dat ozon uit de atmosfeer verwijdert.
Overdag dringt ozon de huidmondjes in en reageert met het plantmateriaal. De depositieflux kan worden geschreven als: FO 3 = −v d C m (O3 ) a.
Geef de eenheden van de flux en de depositiesnelheid, als de atmosferische ozonconcentratie Cm(O3) uitgedrukt is in kg m-3.
Het depositieproces wordt vaak geschreven als een soort elektrisch circuit met (i) een aerodynamische weerstand ra , (ii) een quasi-laminaire weerstand rb, en (iii) een oppervlakteweerstand rc. Als de huidmondjes open staan geldt: rc = 300 s/m Omdat de atmosfeer instabiel is geldt ra = 10 s/m, en verder geldt rb = 10 s/m. b.
Bereken de depositiesnelheid vd.
c.
Bereken de depositieflux als Cm(O3) = 100×10-6 g/m3.
d.
Bereken de volume mengverhouding (Cv) van ozon uit het gegeven van deelvraag c. (gegeven:de molaire massa van ozon is 48 kg/kmol).
's Nachts is de depositiesnelheid van ozon veel kleiner. e.
Geef twee redenen waarom dit het geval is.
Ammonia (NH3) lost goed op in water. Naast depositie in de huidmondjes met rcs = 200 s/m, kan parallel ook depositie op natte bladonderdelen plaatsvinden met rcw = 50 s/m. f.
6
Bereken de depositiesnelheid vd voor NH3 voor ra = 10 s/m en rb = 10 s/m.
In figuur 3 staat schematisch de grootschalige stroming gegeven boven Afrika
in de NH-zomer (JJA).
6
Examen Inleiding Atmosfeer 8 mei 2014
Figuur 3. De Afrikaanse zomermoesson (JJA). Pijlen: heersende windrichting, kleine open/gesloten cirkels: convergentiezones.
a.
In West-Afrika is JJA (juni, juli, aug.) de natte tijd. Verklaar dit aan de hand van het patroon van de luchtstromingen in figuur 3. Geef aan wat de oorzaken zijn van dit stromingspatroon.
b.
Geef aan welke stromingen onderdeel zijn van de Hadleycel circulatie.
c.
Luchtstromingen die over de evenaar gaan krijgen altijd een verandering van richting (bv. van ZO naar ZW). Geef hiervoor een of meer oorzaken.
d.
In Oost-Afrika zijn er gebieden die twee natte en twee droge tijden kennen. Waar liggen die ongeveer, en verklaar het ontstaan van die twee natte en droge tijden.
-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 ALLEEN DE UITWERKINGEN INLEVEREN
7
