osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika...
TRANSCRIPT
![Page 1: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/1.jpg)
Osnove meteorologije z nalogami za študente 2. letnika programa Fizika Del 2: termodinamika vlažnega zraka in
bilanca energije
izr.prof.dr. Nedjeljka Žagar Fakulteta za matemaAko in fiziko
Univerza v Ljubljani
Ljubljana, 2014
![Page 2: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/2.jpg)
Tematski sklop 1: Osnovne spremenljivke za opis vlage Stabilnost in dviganje vlažnega zraka Termodinamični diagrami
![Page 3: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/3.jpg)
Spremenljivke za opis vlažnega zraka
e = ρvRvT q = epR d
Rv= ε
ep
r = ep− e
R d
Rv= ε
ep− e
≅ εep
Td =1To−RvLln eseso
"
#$
%
&'
−1desdT
=LesR
vT 2
p = pd + e
R = ees⋅100 ≅ r
rs⋅100 ≅ q
qs⋅100
p = ρRdTv Tv = T 1− 0.378 ep
"
#$
%
&'
−1
= T 1+ 0.61r( )
![Page 4: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/4.jpg)
Različne oblike C-‐C enačbe v uporabi v meteorološki praksi:
npr. Tetenova formula, formula WMO
Več na hSp://128.138.136.5/~voemel/vp.html
Enačba Clausius-‐Clapeyrona opisuje spremembe nasičenega tlaka vodne pare v
odvisnosA od temperature
Arhiv sondaž dostopen na spletu (University of Wyoming)
hSp://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
desdT
=LesR
vT 2
![Page 5: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/5.jpg)
11/8/10
SaturaAon vapor pressure
Količina vodne pare potrebna za nasičenje 1 kg suhega zraka na različnih temperaturah. Približno se podvoji vsakih 10 °C
![Page 6: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/6.jpg)
Naloga S pomočjo osnovnih plinskih zakonov pokaži, da je vlažen zrak lažji od suhega
ρv<ρd
![Page 7: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/7.jpg)
Merjenje vlažnosA zraka Določanje relaAvne vlage v F4 24.10. 2014. s pomočjo psihrometra
Izmerjene vrednosA:
p = 980 hPa (dostopno s postaje pred FMF)
T= 23.0 oC – temperatura suhega termometra
Tm = 18.0 oC – temperatura mokrega termometra
Naloga: Izračunaj relaAvno vlago iz izmerjenih podatkov
Postopek: Uporabimo 1. stavek termodinamike pri p=konst
qs določimo iz enačbe Clausius-‐Clapeyrona (ki da es) in izraza
Iz zgornje enačbe (qs, T, Tm) določimo količino vlage v F4
RelaAvna vlaga
LΔq =CpΔT L qs − q( ) =Cp T −Tm( )qs = ε
e sp
R = qqs⋅100%
![Page 8: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/8.jpg)
Naloga: izračun relaAvne vlage
Izračunaj relaAvno vlago v učilnici F4 na Jadranski 19 iz naslednjih izmerjenih podatkov: Temperatura suhega termometra T=23oC Temperatura mokrega termometra Tm=18oC Tlak p=980 hPa RH=? Rešitev: 86%
![Page 9: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/9.jpg)
Nenasičeni adiabatni procesi
![Page 10: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/10.jpg)
Odvisno je o količini vlage v zraku
Suho-‐adiabatani dvig: 9.8°C/km
Mokro-‐adiabatni dvig: ~5°C/km
Dviganje vlažnega zraka
![Page 11: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/11.jpg)
Maksimalna temperature, ki jo delec zraka lahko doseže v primeru, ko se vsa vlaga kondenzira, sproščena latentna toplota preda okolici in delec adiabatno spusA nazaj na 1000 hPa. Ohranjena za mokro-‐adiabatne procese (nasičen zrak). Mokra adiabata=krivulja
Ekvivaletna potencialna temperatura
θe ≈θLqs
CpT
θe = konst.
![Page 12: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/12.jpg)
Termodinamični diagrami Različne vrste diagramov so v uporabi od konca 19. stoletja.
Vsi so zgrajeni na istem principu in upoštevajo osnovne termodinamične zakone in povezave med T,p,q
Osnovni princip konstrukcije diagrama: enake površine predstavljajo enako energijo v vsaki točki diagrama
Vsaki diagram vsebuje pet vrst izolinij
5 izolinij: T, p, rs, Θ, Θe
Diagrami omogočajo enostavno določanje nivoja kondenzacije, nivoja in temperature proste konvekcije, energije dostopne za konvekcijo itn.
![Page 13: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/13.jpg)
Vrste termodinamičnih diagramov • the Emagram
• the Tephigram
• the SkewT/Log P diagram (modified emagram)
• the PsuedoadiabaAc (or Stüve) diagram ** The emagram was devised in 1884 by H. Hertz. In this plot, the dry adiabaAc lines have an angle of about 45degrees with the isobars; isopleths of saturaAon mixing raAo are almost straight and verAcal. In 1947, N. Herlofson proposed a modificaAon to the emagram which allows straight, horizontal isobars, and provides for a large angle between isotherms and dry adiabats, similar to that in the tephigram. ** The Tephigram takes its name from the rectangular Cartesian coordinates : temperature and entropy. The Greek leSer 'phi' was used for entropy, hence Te-‐phi-‐gram (or T-‐F-‐gram). The diagram was developed by Sir William Napier Shaw, a BriAsh meteorologist about 1922 or 1923, and was officially adopted by the InternaAonal Commission for the ExploraAon of the Upper Air in 1925.
![Page 14: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/14.jpg)
** The Stüve diagram was developed circa 1927 by G. Stüve and gained widespread acceptance in the United States: it uses straight lines for the three primary variables, pressure, temperature and poten<al temperature. In doing so we sacrifices the equal-‐area requirements (from the original Clapeyron diagram) that are saAsfied in the other two diagrams. ** The SkewT/Log(-‐P) diagram is also in widespread use in North America, and in many services with which the United States (various) weather services have had connecAons. This is in fact a variaAon on the original Emagram, which was first devised in 1884 by H. Hertz.
Vrste termodinamičnih diagramov (2)
![Page 15: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/15.jpg)
Termodinamični diagrami: SKEW-‐T/LOG(P)
y = -‐RlnP x = T + klnP Parameter k se določi tako, da je kot med izotermami in suhimi adiabatmi priližno 90o.
![Page 16: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/16.jpg)
Termodinamični diagrami 5 vrst izolinij: T, p, rs, Θ, Θe
SKEW-‐T/LOG(P)
T
p
Θ Θe
rs
![Page 17: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/17.jpg)
Termodinamični diagrami
Θe mokra (nasičena) adiabata:
T izoterme
p izobare
Θ suha (nenasičena) adiabata: rs izograme
Γd
Γm
![Page 18: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/18.jpg)
Stabilnost vlažnega zraka
Nenasičeno nevtralno ozračje
(B) Nasičeno nevtralno ozračje
Γ = Γd
mΓ=Γ
dΓ>Γ
dΓ<Γ
(D) Absolutno labilno ozračje
(C) Pogojno stabilno ozračje: labilno glede na nasičeno in stabilno glede na nenasičeno (suho) adiabato
(A) Absolutno stabilno ozračje
in
mΓ<Γ
mΓ>Γ
![Page 19: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/19.jpg)
Θe mokra (nasičena) adiabata:
Θ suha (nenasičena) adiabata: Γd
Γm
Stabilnost vlažnega zraka
stabilno
pogojno stabilno
labilno
![Page 20: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/20.jpg)
Parametri, ki jih določamo s pomočjo termodinamičnega diagrama
LCL – kondenzacijski nivo CCL – nivo konvekAvne kondenzacije (baza oblakov Cu) LFC – nivo proste konvekcije (točka poziAvnega vzgona) EL – ravnovesni nivo (točka ničlega vzgona, ~vrh konv. oblaka) CAPE – energija, dostopna za konvekAvni razvoj CIN – energija, potrebna za dvig delca na LFC
![Page 21: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/21.jpg)
Struktura ozračja nad Ljubljano, 28.10.2012, ob 6
![Page 22: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/22.jpg)
11/8/10
Struktura ozračja nad Ljubljano, 28.10.2012
![Page 23: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/23.jpg)
Udine: struktura ozračja 28.10.2012, ob 12 UTC
![Page 24: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/24.jpg)
Konvekcija
![Page 25: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/25.jpg)
Energija, dostopna za konvekcijo
CAPE = convecAve available potenAal energy
CAPE ≈ gTv,delec −Tv,okolica
Tv,deleczLFC
zLNB∫ dz
CAPE = wmax2
2
CIN = convecAve inhibiAon CIN=energija, potrebna za dvig delca na nivo proste konvekcije
J/kg
![Page 26: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/26.jpg)
Razvoj konvekcije: Apična sondaža
![Page 27: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/27.jpg)
Naloga: dviganje vlažnega delca na Jadranski 19
Nadaljevanje naloge za izračun relaAvne vlage v F4
P=980 hPa
T= 23.0 oC
Tm = 18.0 oC
1) izračunaj naslednje spremenljivke: qs, q, in RH
Rešitev: 86%
2) Določi kondenzacijski nivo delca F4: LCL (p,T)=?
3) Če delec nadaljuje z dviganjem za dodatnih 200 hPa, določi p,T na novem polozaju in količino vodne pare kondenzirane med dvigom
![Page 28: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/28.jpg)
Tematski sklop 2: Globalni hidrološki cikel Klimatologija padavin
![Page 29: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/29.jpg)
Globalni hidrološki cikel
Kon<uniran cikel!
oceani
Ozračje
kopno
![Page 30: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/30.jpg)
Globalni hidrološki cikel
E
Ro Ru
C Q Q Q
E
Pet komponent sistema:
Oceani, ledeniki in sneg, vode na kopnu, ozračje in biosfera
E-‐evaporaAon, Q-‐atmospheric water vapour advecAon, P-‐precipitaAon, Ro-‐river runoff, Ru-‐undergraound runoff
P P
Vodna bilanca sistema: S=P-‐E-‐Ro-‐Ru
totalna količina vode v sistemu je ohranjena Vir: Peixoto&Oort
![Page 31: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/31.jpg)
Globalni hidrološki cikel
~97.5%
<0.1%
~2.4%
Če kondenziramo vso vodo v ozračju višina stolpca vode znaša približno 2.5 cm
Vir: Peixoto&Oort
![Page 32: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/32.jpg)
Globalni hidrološki cikel
![Page 33: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/33.jpg)
0
50,000
100,000
150,000
200,000
250,000
300,000
350,000
Ocean Evap Ocean Precip Land Precip Evap/trans Runoffprocess
Volu
me
of W
ater
(km
3 )
Ocean Evap Ocean Precip Land Precip Evap/trans Runoff
Procesi v oceanih so dominanten vir in ponor vode v ozračju
Globalni hidrološki cikel
![Page 34: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/34.jpg)
Padavine: globalna klimatologija
Vir: reanalize ERA40 (www.ecmwf.int)
letno povprečje (mm/dan)
Variabilnost na skali > leta
![Page 35: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/35.jpg)
Izhlapevanje-‐Padavine (letno povprečje)
Vir: reanalize ERA40 (www.ecmwf.int)
![Page 36: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/36.jpg)
Padavine
Globalno letno povprečje padavin: ~1 m vode Povprečna količina vode v zraku: ~2.5 cm
Povprečna življenska doba vodne kaplje:
0.025/1 na leto kar znaša okoli 9 dni
Sledi, da se voda v ozračju v povprečju izmeni vsakih 40 dni
![Page 37: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/37.jpg)
Padavine v Sloveniji: (30-‐letno povprečje, mm/leto)
Vir: ARSO
![Page 38: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/38.jpg)
Klimatologija padavin na območju Alp Vir: hSp://www.map.meteoswiss.ch/map-‐doc/rr_clim.htm
Letno povprečje (mm/dan) Postaje
Povprečje za november Povprečje za julij
![Page 39: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/39.jpg)
Tematski sklop 3: Sevanje in njegove spremembe na poA do tal Energijska bilanca ozračja
![Page 40: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/40.jpg)
Oblike energijske v atmosferi
E=Ei+Ep+Ek+Elh
notranja energija
potencialna energija kineAčna energija
energija zaradi sproščanja latentne toplote
Skupna energija klimatskega sistema (atmosfera, oceani, tla) je ohranjena
![Page 41: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/41.jpg)
Prenosi energije v klimatskem sistemu
Totalna energija sistema je ohranjena
sevanje, kondukcija, konvekcija
![Page 42: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/42.jpg)
Prvi zakon termodinamike
dQ=mCvT+pdα
dQ=mCpT-‐Vdp
notranja energija
opravljeno delo
izmenjena toplota
dtdp
dtdTC
dtdQ
m p α−=1
dtdQ
mCdtdp
CdtdT
pp
1−=
α
![Page 43: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/43.jpg)
Sevanje Osnovne spremenljivke za opis prenosa energije sevanjem:
– valovna dolžina -‐ λ (m) – frekvenca -‐ ν (s-‐1 oz. Hz)
νλ ⋅=c c -‐ svetlobna hitrost (3˙108 m/s)
P = 1A⋅ΔEΔt
P ⋅A = ΔEΔt
gostota energijskega toka sevanja (v enotah J/sm2 = W/m2) energijski tok (v enotah W = J/s )
![Page 44: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/44.jpg)
Spekter elektromagnetnega sevanja
![Page 45: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/45.jpg)
Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja
[ ] λλλ λλ d
ehcdTP Tkch 12)( /5
2
−=
1) Planckov zakon: porazdelitev gostote energijskega toka v spektru valovnih dolžin
Intenziteta monokrom. sevanja (energija po enoA površine v enoA časa po enoA kota)
c -‐ svetlobna hitrost (3˙108 m/s) h -‐ Planckova konstanta (6,62˙10-‐34 Js) k -‐ Boltzmannova konstanta (1,38˙10-‐23 J/K)
![Page 46: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/46.jpg)
Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja
2) Wienov zakon: spekter sevanja črnega telesa ima maksimum pri valovni dolžini
Wmax c=⋅Tλ
cW -‐ Wien-‐ova konstanta (cW=2898 Kμm) λmax -‐ valovna dolžina pri kateri telo seva največ (m) T -‐ temperatura telesa (K)
Torej, toplejša telesa sevajo več pri manjših valovnih dolžinah, kot hladnejša.
![Page 47: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/47.jpg)
Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja
3) Stefan-‐Boltzmannov zakon (črno telo s T višjo od absolutne ničle, oddaja energijo s sevanjem):
4
0
~)()( TdTPTP ∫∞
= λλ
4cos)( TdadTP σωθ =∫Stefan-‐Boltzmannova konstanta σ
σ=5.67×10-‐8 Wm-‐2K-‐4
P = ε ⋅σ ⋅T 4Za sivo telo: ε – emisivnost ali sposobnost oddajanja
![Page 48: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/48.jpg)
Gostota energijskega toka na vrhu ozračja na povprečni oddaljenosA od Sonca
Sonce seva pri ~5800 K,
Vidna (λ med 0,4 in 0,75 µm), IR (0,2-‐0,4 µm) in UV (0,4-‐24 µm) svetloba
So =Q
4πr2 =1367 Wm−2
Q – intenziteta sončnega sevanja (3,87˙1026 W) r – povprečna razdalja Sonce-‐Zemlja (150˙106 m)
![Page 49: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/49.jpg)
![Page 50: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/50.jpg)
T2898
max =λKµm
Sončno sevanje ima max v področju vidne svetlobe (~0.6 µm), teresAčno v infrardečem delu (~14 µm)
Sončno in terestrično sevanje
![Page 51: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/51.jpg)
Sonce seva pri ~6000 K,
Na vrhu ozračja:
~46% energije je med 0.4 in 0.75 µm (vidno sevanje),
~46% energije je med 0.75 in 24 µm (IR, infrardece sevanje),
~7% energije je med 0.2 in 0.4 µm (UV, ultravijolicno sevanje).
Gostota energijskega toka na vrhu ozračja na povprečni oddaljenosA od Sonca: So=1367 Wm-‐2
![Page 52: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/52.jpg)
Kaj se zgodi s So na poA do tal?
Vhodno sončno sevanje se delno
-‐ absorbira (upija)
-‐ sipa
-‐ odbija (reflekAra)
-‐ prepušča (transmisivnost)
Sposobnost absorpcije: Koeficient absorpAvnosA
Sposobnost oddajanja: Koeficient emisivnosA ε
Odbita energija
Upadla energija
P = εσT 4
= α koeficient refleksivnosA (odboja), ALBEDO
![Page 53: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/53.jpg)
Albedo
![Page 54: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/54.jpg)
Albedo pri tleh
Albedo is majhen za površino oceanov, (2-‐10)%,
Večji za kopno, posebej za puščave, (35-‐45)%,
Največji pa za območja ledu in pod snegom (80% in večji)
![Page 55: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/55.jpg)
Albedo za različne površine
![Page 56: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/56.jpg)
Emisijska temperatura Zemlje
![Page 57: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/57.jpg)
Bilanca energije na vrhu ozračja
Letno povprečje
Vhodno sončno sevanje 340 W/m2
Absorbirano sončno sevanje 240 W/m2
Planetary albedo 0.30
Oddano sevanje Zemlje 240 W/m2
Emisijska temperatura Zemlje 255 K
![Page 58: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/58.jpg)
Bilanca energije na vrhu ozračja Sončno sevanje Albedo
Sevanje Zemlje Bilanca
Vir: Barkstrom et al., 1989
![Page 59: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/59.jpg)
Bilanca energije in globalni tokovi
![Page 60: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/60.jpg)
Vloga ozračja: transport Skupni transport energije skozi atmosfero in oceane proA poloma
Petawatt=1015 W
![Page 61: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/61.jpg)
Vloga spodnjih robnih pogojev: T površine Temperatura površine morja januarja
Temperatura površine morja julija
![Page 62: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/62.jpg)
Vloga spodnjih robnih pogojev: vlaga
Odvisnost es od temperature
Okoli 70% površine zemlje je “mokro”
Globalna porazdelitev es
![Page 63: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/63.jpg)
Vloga spodnjih robnih pogojev: ostali faktorji
Nadmorska višina (orografija) Toplotna kapaciteta Hrapavost podlage Vegetacija Morski led Kopenski led
![Page 64: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/64.jpg)
Profil ravnovesne temperature
![Page 65: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/65.jpg)
Kaj se zgodi s So na poA do tal?
![Page 66: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/66.jpg)
Ocena energijske bilance Zemljina klimatskega sistema (v W/m2)
Vir: AMS
![Page 67: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/67.jpg)
Ocena energijske bilance Zemljina klimatskega sistema (v %)
![Page 68: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/68.jpg)
Porazdelitev Sončnega sevanja pri tleh
![Page 69: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/69.jpg)
Bilanca = +SW (sončno vhodno) –SW (odbito) +LW (IR) –LW (IR)
Lokalna bilanca energije
![Page 70: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/70.jpg)
Energijska bilanca Zemlje
LWSW PPP += Povprečni energijski tok (ang. energy flux)
Vse skupaj:
( ) ↓↑↓ −=−= SWSWSWSW PPPP α1
↑↓ −= LWLWLW PPP
α – povprečni albedo
( ) ↓↓ +−−= LWZSW PTPP 41 εσα
SW: kratkovalovno
LW: dolgovalovno
![Page 71: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/71.jpg)
Energijska bilanca Zemlje: vrh ozračja
( ) 01 ≈−−= ∫∫↑↓
topLW
topSWTA dsPdsPP α
Energijska bilanca na vrhu ozračja (TOA=top of the atmosphere)
α – povprečni albedo
α zemlja+ozračje, v povprečju 0.3 ( ) 23814 2
2
=− oZ
Z SRR
αππ
Wm-‐2
Za Zemljo kot črno telo, ravnovesna temperatura za (1):
(1)
2384 =eTσ Wm-‐2
255=eT K emisivnost ε=1
![Page 72: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/72.jpg)
Energijska bilanca pri tleh
( ) ↓↓ +−−= LWeSW PTPAP 41 εσ
TTT es Δ+=
K 288≈eT33=ΔT
K
0=−−−− ↓↑↑MGLHSH PPPPP
Tok zaznavne toplote
Tok latentne toplote
Toplotni tok v globlje sloje
Energija, porabljena za taljenje snega, leda ali zmrzovanje vode
emisivnost ε=1
![Page 73: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/73.jpg)
Bilanca energije na površini Zemlje
Letno povprečje
Absorbirano sončno sevanje (SW) 176 W/m2
Dolgovalovno sevanje proA tlom (LW ) 312 W/m2
Dolgovalovno sevanje navzven (LW ) -‐385 W/m2
Totalno dolgovalovno sevanje (LW) -‐73 W/m2
Bilanca sevanja na površini (SW+LW) 103 W/m2
Poznamo jo le približno (napaka znaša kakšnih 20%)
Latentna toplota (LH) -‐79 W/m2
Zaznavna toplota (SH) -‐24 W/m2
![Page 74: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/74.jpg)
Meddelovanje med oblaki in sevanjem
![Page 75: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/75.jpg)
Naloga: enostavni modeli toplogrednega učinka
Predpostavi, da je atmosfera opisana z N slojev kot je predstavljeno na sliki:
2.5. PROBLEMS 57
Figure 2.12: An atmosphere made up of Q slabs each which is completely ab-
sorbing in the IR.
where Wq is the temperature of the qwk layer, for q A 1. Hence
argue that the equilibrium surface temperature is
Wv = (Q + 1)14 Wh >
where Wh is the planetary emission temperature. [Hint: Use your
answer to part (a); determine W1 and use Eq.(2.16) to get a rela-tionship for temperature di�erences between adjacent layers.]
6. Determine the emission temperature of the planet Venus. You mayassume the following: the mean radius of Venus’ orbit is 0=72 timesthat of the Earth’s orbit; the solar flux Vr decreases like the square ofthe distance from the sun and has a value of 1367Wm32 at the meanEarth orbit; Venus planetary albedo = 0=77.
The observed mean surface temperature of the planet Venus is about750K– see Table 2.1. How many layers of the Q�layer model consid-ered in Question 5 would be required to achieve this degree of warming?Comment.
7. Climate feedback due to Stefan-Boltzmann.
Vir: Naloga 2.5 iz učbenika Marshall in Plumb: Atmosphere, Ocean and Climate Dynamics: an introductory text. InternaAonal Geophysics Series.
![Page 76: Osnove’meteorologije’z nalogami’’ za’študente2. letnika ...zagarn/OsnoveMeteorologije_Del2_NZagar.pdfPrvi’zakon’termodinamike’ dQ=mC v T+pdα’’ dQ=mC p TVdp ’](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022060403/5f0e91a67e708231d43fdf52/html5/thumbnails/76.jpg)
Predpostavi, da je atmosfera popolnoma prosojna za kratkovalovno (sončno, SW) sevanje in da delno propušča dolgovalovno (zemljino, LW) sevanje. Vsaki sloj popolnoma absorbira sevanje LW. a) S pomočjo energijske bilance pri tleh pokaži, da temperatura pri tleh mora biA večja od temperature najnižjega sloja ozračja.
b) S pomočjo energijske bilance za n-‐A sloj pokaži, da v ravnovesju velja Tn je tempertura sloja n, za n>1. Iz tega lahko sledi, da je ravnovesna temperatura pri tleh Tn je emisijska T planeta. [Navodilo: Za reševanje naloge b) uporabi rezultat naloge a), določi T1 in uporabi (*) za določanje razlike T sosednih slojev.]
Naloga: enostavni modeli toplogrednega učinka (2)
Ts > TN
2Tn4 = Tn+1
4 +Tn−14
Ts = N +1( )1/4Te
(*)