Meteorologija ustni izpit

Transcript

1 Meteorologija ustni izpit 1. Sestava zraka. Stratifikacija ozračja Značilne plasti ozračja Hidrostatični približek in njegova uporaba Posebni primeri hidrostatičnih ozračij Kontinuitetna enačba. Ohranitev mase. Porazdelitev mase ozračja Ohranitev energije. Adiabatni proces in enačba potencialne temperature Statična stabilnost ozračja Sončno sevanje in njegove spremembe na poti do tal Energijska bilanca na vrhu ozračja Energijska bilanca pri tleh Toplogredni vpliv na temperaturo pri tleh Spremenljivke za opis vlažnega zraka. Enačba Claussius-Clapeyrona Proces dviganja vlažnega zraka. Ekvivalentna potencialna temperatura Vertikalni temperaturni gradient v suhem in vlažnem zraku Navidezne in dejanske sile v ozračju. Trodimenzionalna gibalna enačba Skale gibanj v ozračju. Tipične skale sinoptičnih procesov v zmernih širinah Poenostavnjena gibalna enačba v horizontalni ravnini Parametrizacija sile trenja Osnovna ravnovesja v horizontalni ravnini s in brez trenja Gradientni veter Naravni koordinatni system. Stacionarna horizontalna gibanja v naravnem sistemu Termalni veter Opazovanja ozračja: globalna, regionalna, lokalna Komponente numeričnega modela ozračja Priprava začetnih pogojev za numerično napovedovanje vremena Osnovne razlike med globalnimi in vremenski modeli na omejenem območju Osnovne razlike med napovedovanjem vremena in klime Kako človek vpliva na sestavo zraka na Zemlji? Enačba altimetrije in njena praktična uporaba Sipanje svetlobe v ozračju. Barve neba Nastanek mavrice Oblaki (nastanek, sestava, splošne lastnosti) Hidrološki cikel Zemlje Kaj je megla? Kako nastane megla? Katere spremenljivke opisujejo občutljivost človeka na vreme? Porazdelitev gibanj v ozračju (tipične prostorske in časovne skale) Tipične lastnosti vremenskih sistemov v Sloveniji Mreža opazovanj v Sloveniji. Kaj merimo in kako? Kaj je napaka reprezentativnosti opazovanj? Zakaj modeli ozračja niso natančni? Kaj so spodnji robni pogoji modelov Razlika med vremenom in klimo

2 1. Sestava zraka. Stratifikacija (porazdelitev) ozračja. Plin Simbol Volumenski delež Pomembnost Dušik N 2 78,08 % Biosfera Kisik O 2 21% Dihanje Argon Ar 0,9% Majhna Vodna para H 2 O 0-4% Povzroča vrmenske pojave, toplotni transport, toplogredni plin Ogljikov dioksid (narašča) CO 2 0,038 Toplogredni plin, biosfera (fotosinteza) Metan (narašča) CH ppm Toplogredni plin Di-dušikov oksid N 2 O 30 ppm Toplogredni plin Ozon O 3 4 ppm Ozonski sloj (koristen), pri tleh škoduje Delci (aerosol) 1 ppm Nastanek oblakov, energetska bilanca Zemlje, vulkanski izbruhi ppm= parts per million (*10 6 ) Masni delež=volumenski delež * M i /M (M=molska masa, v povprečju na morskem nivoju okoli 29 kg/kmol M i =molekulska masa) Do približno 10 km višine so stalni plini med seboj dobro premešani(razmerje približno stalno) Običajne meteorološke spremenljivke za opis statične atmosfere: - gostota, - pritisk, p - temperatura, T Za opis statičnega ozračja uporabljamo enačbo, meteorološki, kje je = splošna plinska konstanta = 8314 J K/kmol Plošna plinska enačba za suh zrak je Masa ozračja znaša približno 5,3 * kg Pritisk zraka se zmanjšuje z višino eksponentno, podobno kot gostota. Pritisk na nivoju morja je 1013 hpa. Masa zraka v stoplcu nad 1m 2 je 10 Ton, ker, kje je g težnostni pospešek, m je masa in A je površina. Masa zraka nad 500 hpa je tako, pol mase zraka nad 1000 hpa, torej 5 Ton (1hPa=1mBar). 2

3 2. Značilne plasti ozračja. Plast Višina Spreminjanje temperature Troposfera 0-10,12 km zmanjšuje povprečno 6,5 K na 1km Stratosfera 15-50km narašča, ker ozon absorbira UV sevanje Mezosfera 50-80km pada, na vrhu je -80 C Termosfera km narašča zaradi sevanja Porazdelitev glede na sestavo: Homosfera: N 2 in O 2 sta enakomerno zmešana. (troposfera, stratosfera, mezosfera) Heterosfera: N 2 in O 2 nista enakomerno zmešana. (termosfera, ionosfera) Troposfera: Od tal do km. T se zmanjšuje z višino,približno 6.5 C na 1 km. Nad troposfero se nadaljuje tropopavza, ki jo loci od stratosfere. Home za vreme, kakor ga poznamo. Zgornja troposfera vsebuje vetrovne stržene (jet streams). Višja poleti kot pozimi (povprecna višina povprecni T) Stratofera: Od tropopavze do 50 km višine. Vsebuje ozonski sloj, predvsem med km višine. Temperatura narašča z višino: Ozon absorbira UV sevanje, ki ogreva stratosferske sloje zraka. Sloj inverzije = sloj, v katerem temperatura narašca z višino. Mezosfera: Med stratopauso in mezopauzo. Temperatura pada z višino. Termosfera: Nad mezosfero. Temperatura ponovno narašca z višino zara didirektne absorpcije soncnega sevanja povezane z procesoma fotoionizacije in fotodisociacije Ionosfera: Naelektren sloj v zgornji atmosferi. Vsebuje pomembne koncentracije ionov in elektronov. Pomembno za širenje radiovalov. Nahaja se med termosfero in exosfero. Standardna atmosfera po ICAO: R = 287 J/kg (suh zrak) Konstanten od nivoja morja do 10,8km višine g 0 = 9,80665 m/s 2 a = 6370,95 km (radij zemlje) Morski nivo: p 0 = 1013,25 hpa T 0 = 288,15 K q 0 = 1,225 kg/m 3 3

4 3. Hidrostatični približek in njegova uporaba. R d = suh zrak Altimetrija: Dolačnje višine letala. ker letalo pozna svojo T,p. Uporabi enačbo: tlakom v enačbi:, potem pa uporabi to skupaj z ( ) Redukcija pritiska na nivo morja: Uporabimo enačbo: Tlak na višini morja, torej Tlak na neki višini T je Temperatura na nivoju morja, če temperatura linearno pada. 4

5 4. Posebni primeri hidrostatičnih ozračij. Homogeno ozračje: Gostota je konstantna, H= višina kjer je tlak 0 Izotermna atmosfera: Temperatura je konstantna. ( ) Suha adiabatna atmosfera: Standardno ozračje: T S = 15 C p S = 1013,25 hpa g = 9,80665 od tal do 10,769 km velja od 10,769 do 32km z teh podatkov računamo altimetrijo je manj on 10 zaradi vodne pare 5. Kontinuitetna enačba. Ohranitev mase. Porazdelitev mase ozračja. Eulerski pristop: Si stacionaren in opazuješ Ladrangevski pristop: Se giblješ z predmetom opazovanja, veš samo lastnosti opazovanega, ne pa kaj je pred in za njim. (Imaš težave pri numeriščnem reševanju) Kontinuitetna enačba: Masa: Masa atmosfere se mora ohranjati, saj bi v nasprotnem primeru atmosfero že zdavnaj zgubili. Gostota je porazdeljena eksponentno, ker je masa integral gostote je tudi porazdeljena eksponentno in sicer je v spodnjih 5,5km ozračja polovica mase atmosfere, do okoli 17 km je 90% mase atmosfere. Nad 30km je še samo 1% atmosfere, nad 50km pa 0,1% atmosfere. 5

6 6. Ohranitev energije. Adiabatni proces in enačba potencialne temperature. Energija atmosfere se ohranja. Celotna energija je razporejena med: - notranjo energijo - potencialno energijo - kinetično energijo - latentna energija kondenzacija sublimacija Adiabatni proces: Sprememba entropije pri adiabatnih procesih je 0. Pod adiabatne procese spadajo adiabatno dviganje zraka, ko zrak ne odaja toplote, ter zelo hitro spreminjane volumna plina... Masa je v vseh enačbah 1kg delimo z T in integriramo na desni po T in p Suha adiabata Mokra adiabata Potencialna temperatura : Suho ozračje: ( ) 7. Statična stabilnost ozračja. ( ) [ ] za če Statično stabilo ozračje 6

7 8. Sončno sevanje in njegove spremembe na poti do tal. Gostota energijskega tolka na vrhu ozračja na povprečni oddaljenosti od Sonca: Vhodno sončno sevanje se delno: - absorbira (upija) - sipa - odbija (reflektira) Sposobnost absorbcije: Koeficinet absorbtivnosti Sposobnost oddjanja: Koeficient emisivnosti ε (koeficinet refleksivnosti) Od 100 vpadlih enot energije: - zrak odbije 6 - oblaki odbijejo 20 - površje odbije 4-16 vpije vodna para, prah in ozon - 4 vpijejo oblaki - 50 PRIDE DO TAL Tla odajajo 50 enot: - 24 latentna toplota izhlapevanje vode - 6 sensible heat flux?? - 20 oddajo tla z infrardečo svetlobo. 14 absorbira vodna para, CO 2 6 gre nazaj c vesolje Atmosfera odda: - 38 emisivnost od H 2 O, CO 2-26 oddajo oblaki 7

8 9. Energijska bilanca na vrhu ozračja. Sonce oddaja kratkovalovno sevanje, zemlja pa dolgovalovno sevanje, saj je veliko hladnejša: povprečen albedo 0,3 Moč sevanja zemlje Emisivnost=1 10. Energijska bilanca pri tleh. Sevanje sonca Sevanje atmosfere nazaj na zemljo Sevanje tal Tok zaznavne toplote Tok latentne toplote Toplotni tok v globje sloje Energija porabljena za taljeje snega, ledu ali zamrzovanje vode 8

9 11. Toplogredni vpliv na temperaturo pri tleh. 9

10 12. Spremenljivke za opis vlažnega zraka. Enačba Claussius-Clapeyrona. 13. Proces dviganja vlažnega zraka. Ekvivalentna potencialna temperatura. 14. Vertikalni temperaturni gradient v suhem in vlažnem zraku. 15. Navidezne in dejanske sile v ozračju. Trodimenzionalna gibalna enačba. 16. Skale gibanj v ozračju. Tipične skale sinoptičnih procesov v zmernih širinah. 17. Poenostavnjena gibalna enačba v horizontalni ravnini. 18. Parametrizacija sile trenja. 19. Osnovna ravnovesja v horizontalni ravnini s in brez trenja. 20. Gradientni veter. 21. Naravni koordinatni system. Stacionarna horizontalna gibanja v naravnem sistemu. 22. Termalni veter. 23. Opazovanja ozračja: globalna, regionalna, lokalna. 10

11 24. Komponente numeričnega modela ozračja. 25. Priprava začetnih pogojev za numerično napovedovanje vremena. 26. Osnovne razlike med globalnimi in vremenski modeli na omejenem območju. 27. Osnovne razlike med napovedovanjem vremena in klime. 28. Kako človek vpliva na sestavo zraka na Zemlji? 29. Enačba altimetrije in njena praktična uporaba. 30. Sipanje svetlobe v ozračju. Barve neba. 31. Nastanek mavrice. 32. Oblaki (nastanek, sestava, splošne lastnosti). 33. Hidrološki cikel Zemlje. 34. Kaj je megla? Kako nastane megla? 35. Katere spremenljivke opisujejo občutljivost človeka na vreme? 11

12 36. Porazdelitev gibanj v ozračju (tipične prostorske in časovne skale). 37. Tipične lastnosti vremenskih sistemov v Sloveniji. 38. Mreža opazovanj v Sloveniji. Kaj merimo in kako? 39. Kaj je napaka reprezentativnosti opazovanj? 40. Zakaj modeli ozračja niso natančni? 41. Kaj so spodnji robni pogoji modelov 42. Razlika med vremenom in klimo. 12

13 Viri: 13