ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ

ΤΜΗΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ

ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑΣ

Δ.Α.Π.-Ν.Δ.Φ.Κ. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΩΤΗ ΚΑΙ ΚΑΛΥΤΕΡΗ!!!

1)Ποιοι παράγοντες θα επηρεάσουν την αύξηση της στάθμης της θάλασσας σε περίπτωση ενίσχυσης του φαινομένου του θερμοκηπίου; α) Η διαστολή των θαλασσών λόγω θέρμανσης. β) Οι παγετώνες των Άλπεων γ) Στρώματα της Γροιλανδίας δ) Στρώματα της Ανταρκτικής 2)Τι είναι η μέγιστη τάση υδρατμών; Η μέγιστη τάση ατμών F είναι εκείνη η πίεση που ασκούν οι υδρατμοί στην κατάσταση κορεσμού, και εξαρτάται από τη θερμοκρασία. 3)Τι καλούμε αναστροφή θερμοκρασίας; Παράμετροι ; Οι δυναμικές αναστροφές δημιουργούνται όταν ένα ρεύμα αέρος έχει μεγάλη ταχύτητα και αναρροφά και παρασύρει τα γειτονικά ρεύματα. Έτσι τα κατερχόμενα θερμαίνονται ενώ τα ανερχόμενα ψύχονται και έτσι έχουμε αναστροφή θερμοκρασίας. 4)Χαρακτηριστικά ζώνης Van Allen. Οι περιοχές αυτές περιβάλλουν σωματίδια υψηλής ενέργειας. Εσωτερική: Από 800km-8000km. Περιοχή υψηλής συγκέντρωσης 3600km από 20Μev-800Μev. Γαλαξιακές ακτινοβολίες απελευθερώνουνε p + , e − Eξωτερική: Από 10000km-650000km. Μέγιστη συγκέντρωση 1600km από 1Mev →2Mev από ηλιακό άνεμο 5)Τύποι ημερήσιας πορείας βροχής. Δημιουργία – εκδήλωση. Θαλάσσιος : Παρουσιάζει μέγιστο της βροχής το πρωί νωρίς ή την νύχτα και οφείλεται στο ότι η θερμοκρασία του αέρα πάνω από την θάλασσα δεν κατέρχεται πολύ κατά την διάρκεια της νύχτας εξαιτίας της επαφής με την θερμότερη υποκείμενη επιφάνεια. Ηπειρωτικός : Οφείλεται στις ανοδικές κινήσεις του αέρα που είναι ισχυρότερες κατά τις πρώτες απογευματινές ώρες λόγω υπερθέρμανσης του εδάφους. Μέγιστο παρουσιάζει πρωί – απόγευμα. 6)Φαινόμενα κατά την διέλευση ψυχρού ή θερμού μετώπου. Θερμού : Σημειώνεται αύξηση θερμοκρασίας, στροφή του ανέμου κατά ανάδρομη φορά στο βόρειο ημισφαίριο, ελάττωση της ταχύτητας του, και η πτώση της βαρομετρικής πίεσης σταματά. Ψυχρού : Η πίεση πέφτει, η ένταση του ανέμου αυξάνει, η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, η ορατότητα είναι μειωμένη. Την στιγμή της διελεύσεως η πίεση αυξάνει, η θερμοκρασία μειώνεται και η ορατότητα φτιάχνει. 7)Αέρια συστατικά που παίζουν ρόλο γυαλιού στο αγροτικό θερμοκήπιο.

Υδρατμοί Διοξείδιο άνθρακα Υποξείδιο αζώτου Μεθάνιο Υδρογονωμένοι χλωροφθοράνθρακες Τροποσφαιρικό όζων

Μονοξείδιο άνθρακα Οξείδιο αζώτου Υδρογονάνθρακες

8)Ισοζύγιο μικρού μήκους κύματος. Αναγνώριση όρων και όργανα μέτρησης. Rns=Rs↓ -Rs↑ =(1-α) Rs↓ .Οι όροι της εξίσωσης σημαίνουν : α= λευκαύγεια επιφανείας, Rs= ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος και τα βέλη συμβολίζουν τη φορά της ακτινοβολίας. ↑ = ανακυκλωμένη ακτινοβολία ενώ ↓ = ακτινοβολία από τον ήλιο. Η λευκαύγεια μετράται από το πυρανόμετρο, έχοντας 2 πυρανόμετρα, το ένα προσανατολισμένο προς τα πάνω, το άλλο προς τα κάτω ενώ η Rs μετράται πάλι με πυρανόμετρο, με τη χρήση μίας στεφάνης. 9)Εξίσωση ισοζυγίου ακτινοβολιών μικρού και μεγάλου μήκους κύματος. Όροι και όργανα. Rns = Rs↓ - Rs↑ = (1-α) Rs↓ (μικρή) Rnl = L↓ - L↑ (μεγάλη) Τα βέλη δηλώνουν τη φορά της ακτινοβολίας (↑ =ανακλώμενη, ↓ =προερχόμενη από τον ήλιο) α= λευκαύγεια Rs=ακτινοβολία μικρού μήκους κύματος L=θερμική ακτινοβολία Όργανα: α= πυρανόμετρα (2 το ένα προσανατολισμένο προς τα πάνω το άλλο προς τα κάτω) L= πυργεόμετρα Rs= πυρανόμετρα με τη χρήση ειδικής στεφάνης Rnl= με το πυραδιόμετρο μετράται η ακτινοβολία σε όλο το φάσμα και με το πυρανόμετρο η μικρού μήκους. Η διαφορά των δύο ενδείξεων δίνει την ακτινοβολία του μεγάλου μήκους φάσματος. 10)Ορισμός φάσματος και χαρακτηριστικά περιοχών του. Φάσμα ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών, είναι μια ποικιλία μονοχρωματικών ακτινοβολιών, οι οποίες είναι μορφές μεταφοράς ενέργειας. Στο ένα άκρο του βρίσκονται τα μεγάλα μήκη κύματος (ραδιοφωνικά κύματα), ενώ στα μικρά οι ακτίνες γ. στο ενδιάμεσο βρίσκεται και το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας στα 200-400nm. Περιοχές του είναι οι υπεριώδης(200-380nm), η ορατή(380-770nm), και η υπέρυθρη(770-10 5 nm). 11)Κύριες φασματικές περιοχές και η σημασία τους στο περιβάλλον. Υπεριώδης: UV-A : Μικροβιοκτόνος δράση, πρόκληση καρκίνου δέρματος, χλώρωση φύλλων.

UV-B: Τροποποίηση DNA έμβιων όντων, βλάβες στα κύτταρα και παραγωγή βιταμίνης D. Ορατή: Η ορατή ακτινοβολία είναι αυτή που βοηθάει στην φωτοσύνθεση. Υπέρυθρη: Έχει θερμικά αποτελέσματα και βρίσκει εφαρμογές στην κατασκευή κτηρίων. 12)Εφαρμογή φαινομένου θερμοκηπίου σε ηλιακούς συλλέκτες. Η λειτουργία ενός επίπεδου ηλιακού συλλέκτη διέπεται από τους φυσικούς νόμους του φαινομένου του θερμοκηπίου. Η τιμή της διαπερατότητας του γυαλιού Τ χρησιμοποιείται για την σχεδίαση και κατασκευή ηλιακών συλλεκτών. Αυτή η τιμή βρίσκεται ως εξής : Τ=Τρ-Τα όπου Τρ= διαπερατότητα που υπολογίζεται μόνο με ανάκλαση, και Τα=διαπερατότητα που υπολογίζεται μόνο από την απορρόφηση.

13)Από ποιους παράγοντες εξαρτάται το μέγεθος των υδροσταγόνων που φτάνει στο έδαφος; Κατάλληλες συνθήκες που ευνοούν την συνένωση υδροσταγονιδίων διάφορων διαστάσεων που βρίσκονται μέσα στο νέφος είναι η ύπαρξη μέσα σε αυτό ισχυρών οριζόντιων, ανοδικών ή καθοδικών κινήσεων μεγάλων ποσοτήτων νερού σε υγρή φάση και μεγάλου αρχικού φάσματος μεγεθών υδροσταγονιδίων. Επίσης πρέπει να υπάρχει ένας ικανός αριθμός μεγάλων υδροσταγόνων που οι ταχύτητες πτώσης τους να είναι αρκετά μεγαλύτερες από εκείνες των γειτονικών τους έτσι ώστε στην πτώση τους να σαρώνουν τα μικρότερα υδροσταγονίδια. 14)Τι καλούμε ιονοσφαιρικές καταιγίδες, και τι αιφνίδιες ιονοσφαιρικές διαταραχές; Α)Ιονοσφαιρικές καταιγίδες: Συνήθως συνοδεύονται από μαγνητικές και εκδηλώνονται μετά την εμφάνιση των αιφνίδιων ιονοσφαιρικών διαταραχών(18 ώρες μετά). Γενικά αυτές εκδηλώνονται λίγες μέρες μετά την δραστηριοποίηση των ηλιακών κηλίδων στο κέντρο του ηλιακού δίσκου. Εκδηλώνονται συνήθως στις πολικές περιοχές και διαρκούν λίγα λεπτά ως μερικές ώρες, και οφείλονται σε ιονισμό από έντονη σωματιδιακή ακτινοβολία του ήλιου και κατά την διάρκειά τους έχουμε σημαντική διαταραχή στις συνθήκες διάδοσης των ραδιοκυμάτων. Β)Αιφνίδιες ιονοσφαιρικές διαταραχές : Εμφανίζονται όταν στην επιφάνεια του ήλιου δημιουργούνται εκλάμψεις από τις οποίες προκύπτει αύξηση της έντασης των ακτινών Χ. Η διάρκειά τους είναι 10-15min με αποτέλεσμα την αύξηση της πυκνότητας των ηλεκτρονίων σε ολόκληρο από τον ήλιο φωτιζόμενο τμήμα της γης. 15)Ποιοι παράγοντες είναι ικανοί να προκαλέσουν βροχή από ένα νέφος;

1. Συνύπαρξη και τριών φάσεων του νερού . 2. Σχετικές ή αναταρακτικές κινήσεις. 3. Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ γειτονικών στοιχείων του νέφους. 4. Μεταβολή στο μέγεθος των υδροσταγόνων.

Ηλεκτρική ουδετερότητα των στοιχείων του νέφους ή ύπαρξη ανομοιόμορφου ηλεκτρικού φορτίου. 16)Ποιες είναι και τι γνωρίζετε για τους τρεις τύπους ταξινόμησης της βροχής; Α)Βροχές κατακόρυφης ή οριζόντιας μεταφοράς:

- Κατακόρυφης: Δημιουργούνται εξαιτίας ανοδικών κινήσεων του αέρα οπότε επέρχεται ψύξη λόγω αδιαβατικής εκτόνωσης και συμπύκνωσης υδρατμών. Παρουσιάζονται συνήθως στην ισημερινή ζώνη, ενώ στα μέσα πλάτη παρουσιάζονται στη διάρκεια του θέρους με την μορφή τοπικών καταιγίδων.

- Οριζόντιας : Οφείλονται στην βαθμιαία ψύξη που παθαίνει μια υγρή αέρια μάζα, όταν μετακινείται από θερμότερη σε ψυχρότερη περιοχή. Συμβαίνουν παντού και οφείλονται στην γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας.

Β)Βροχές υφεσιακές ή μετωπικές : Δημιουργούνται λόγω αδιαβατικής ψύξης των αέριων μαζών και συμπύκνωσης των υδρατμών που περιέχουν λόγω των ανοδικών κινήσεων που παρατηρούνται στις υφέσεις και στους κυκλώνες όπως και κατά μήκος των μετωπικών επιφανειών. Γ)Βροχές ανάγλυφου ή ορογραφικές: Οφείλονται στην επίδραση του ανάγλυφου. Όταν ένα ρεύμα αέρα συναντήσει μια ορεινή έξαρση αναγκάζεται να ανέβει κατά μήκος της προσήνεμης πλευράς και έτσι δημιουργείται ψύξη και συμπύκνωσης υδρατμών. Παρατηρούνται στην προσήνεμη πλευρά και λίγο μετά την διάβαση της κορυφογραμμής.

17)Με ποιο τρόπο συμβάλλει το ‘Ατμοσφαιρικό Παράθυρο’ στο φαινόμενο του θερμοκηπίου; Η φασματική περιοχή μεταξύ των μηκών κύματος 8-12μm μπορεί να θεωρηθεί διαφανής στη γήινη ακτινοβολία, είναι δε γνωστή σαν ‘Ατμοσφαιρικό Παράθυρο’. Αυτό οφείλεται στο ότι τα διάφορα συστατικά της ατμόσφαιρας στη συγκεκριμένη αυτή φασματική περιοχή παρουσιάζουν ήπια σχετικά απορρόφηση. Μέσω αυτής της φασματικής περιοχής ένα σημαντικό ποσοστό της γήινης ακτινοβολίας διαφεύγει προς το διάστημα, το δε υπόλοιπο απορροφάται από την ατμόσφαιρα και χρησιμεύει για την θέρμανση αυτής. Επίσης προκύπτει ότι η φασματική περιοχή του ‘Ατμοσφαιρικού Παραθύρου’ χαρακτηρίζεται από ήπια σχετικά απορρόφηση αλλά και αυτή η περιοχή των 10μm αντιστοιχεί στο μέγιστο της γήινης ακτινοβολίας. Αποτέλεσμα της απώλειας αυτής προς το διάστημα είναι η παρατηρούμενη κατά τις ανέφελες νύχτες σημαντική ψύξη των επιφανειακών στρωμάτων της ατμόσφαιρας. Αντίθετα τις νεφοσκεπείς, δεν παρατηρείται σημαντική ψύξη, επειδή η ύπαρξη των νεφών προκαλεί κλείσιμο του ‘Ατμοσφαιρικού Παραθύρου’. ΑΣΚΗΣΗ 1 Για την Αθήνα (φ=37,97) σήμερα 24/01 και ώρα 10π.μ. να υπολογίσετε α)Τη ζενίθια γωνία (θ) και τη γωνία ύψους του ήλιου (h). β)Την ώρα ανατολής και δύσης. γ)Τη διάρκεια της ημέρας. Δίνεται η γωνία απόκλισης (δ= -19,49º) και η ωριαία γωνία του ήλιου (ω=130º) για τις 10π.μ. Λύση: α) ωδφδφθ coscoscossinsincos ⋅⋅+⋅= (β=0º)

⇒ 23)49,19cos()97,37cos()49,19sin()97,37sin(cos ⋅−⋅+−⋅=θ (επεξήγηση: κάνουμε τις

πράξεις και βρίσκουμε cosθ ίσο με αριθμό. Άρα βρίσκουμε το θ) -h= 90º-θ (επεξήγηση: το θ είναι πλέον γνωστό από την παραπάνω σχέση και βρίσκουμε τη γωνία ύψους του ήλιου) β)ω ς =cos 1− [ ]⇒⋅− δφ tantan ω ς =cos [ ])49,19tan()97,37tan(1 −⋅−− (επεξήγηση: βρήκαμε έναν

αριθμό για το ω ς και τελειώσαμε)

γ)Τ d max + =152 cos 1− [ ]⇒⋅− δφ tantan Τ d max + =

152 cos [ ])49,19tan()97,37tan(1 −⋅−−

ΑΣΚΗΣΗ 2 Να υπολογιστούν η γωνία ύψους του ήλιου και η ζενιθιακή γωνία των 8:00 στις 21/06 σε τόπο 30º Ν. Ποια η ωριαία γωνία ανατολής-δύσης του ήλιου στο τόπο και ποιο το εύρος τα μέρας αυτής; Λύση: Για τη γωνία ανατολής –δύσης και το εύρος της μέρας δουλεύουμε όπως και παραπάνω. Για αυτή την άσκηση έχουμε μόνο β=30º.

βωγδβγδβωδφβωγδβδφθ sinsinsincos)sincossincoscos(coscos)sincoscoscoscos(sinsincos +++=όπου φ= γεωγραφικό πλάτος περιοχής, γ= αζημουθιακή γωνία. (αυτά πρέπει να μας τα δίνει η

άσκηση),β= 30º. Μπορούμε όμως να βρούμε την ηλιακή απόκλιση δ=23,45º ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ +

365)284(2sin nπ με

n=ημέρα του χρόνου (1 η =1/1 και 365η=31/12) και η ωριαία γωνία ω: t= 24360

180⋅

+ω για t=ώρα της

μέρας.

ΑΣΚΗΣΗ 3 Αν η σχετική υγρασία του αέρα 30%(h=30%) και η θερμοκρασία του αέρα είναι 30,2 ºC. Υπολογίστε την απόλυτη υγρασία (ea=;). Λύση: (Σε αυτή την άσκηση θα μας δίδεται και ένας πίνακας με αντιστοίχιση θερμοκρασία αέρα- μέγιστη τάση υδρατμών η οποία συμβολίζεται με F). Γνωρίζουμε ότι η σχετική υγρασία ισούται με το

λόγο της απόλυτης υγρασίας προς τη μέγιστη τάση υδρατμών. h= FheFe

aa ⋅=⇒

ΑΣΚΗΣΗ 4 Η θερμοκρασία το πρωί ήταν 0 ºC. Το ύψος της αναστροφής είναι h=0m και βάθος d=100m. Σε ποιο ύψος από τη βάση της αναστροφής θα επικρατούσε η ίδια θερμοκρασία σε γειτονικά υψώματα αν η πραγματική τιμή της θερμοβαθμίδας είναι 5 ºC/km και η ένταση της αναστροφής είναι 0,1ºC/10m. Λύση: γ=5ºC/km E=0.1ºC/10m 100m H λογική θέλει να βρούμε το Τ100 (θερμοκρασία στο βάθος

της αναστροφής). Τ100= =⋅ hE ⇒⋅10

1.0100 Τ100=1ºC.

Θεωρώ ότι T100=Τh και έχω Τh= h⋅γ h⋅=⇒1000

51

mh 200=⇒ . Το h είναι ως το έδαφος. Επειδή εμείς μετράμε και 100m βάθος hoλ=100+200=300m ΑΣΚΗΣΗ 5 Η τιμή της κατακόρυφης θερμοβαθμίδας σε μια περιοχή είναι γ=5ºC/km. Η τιμή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια είναι 20ºC. Ένα μεμονωμένο μπαλόνι γεμάτο αέρα θερμοκρασίας 50ºC. Να βρεθεί το ύψος h Που μπορεί να φτάσει το μπαλόνι, αν η κατακόρυφη βαθμίδα του μπαλονιού είναι γμπ=10ºC/km. Λύση : H λογική λέει ότι η θερμοβαθμίδα μεταβάλλει την θερμοκρασία ανάλογα με το ύψος. Έτσι η θερμοκρασία του αέρα και του μπαλονιού μεταβάλλονται αντίστοιχα, Τμπ=50-10h Ταερ=20-5h το μπαλόνι για να σταματήσει να ανεβαίνει πρέπει η θερμοκρασία του αέρα να είναι ίση με τη θερμοκρασία του, δηλαδή Τμπ= Τ αερ ⇒50-10h=20-5h⇒h=6km

Th=?

T100=?

h=?

Βάση αναστροφής

0ºC

h=?

50ºC

20ºC

ΑΣΚΗΣΗ 6 (SOS 2007) Σχήμα Ακτινογράφος: Ξεκινάει να μετράει από την ` ανατολή του ηλίου. Τα μέγιστα είναι στις 12:00 Νόμος που εφαρμόζουμε :

Sολ=Δt(F1+…+Fn)+21 Δt(Fαρχ+Fτελ). Τα F τα βλέπουμε από

το διάγραμμα που θα μας δώσει. Παράδειγμα: 9:0,54 col/cm²min Να βρείτε την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας από 10:0,72 col/cm²min 9-15. 11: 0,92 col/cm²min 12: 0,98 col/cm²min 13: 0,94 col/cm²min 14: 0,80 col/cm²min 15: 0,68 col/cm²min Λύση: Δt=60 (θεωρούμε την μέτρηση πάντα ανά ώρα ) Sολ=60(0,54+0,72+0,92+…+0,68)+30(0,54+0,68). Ηλιακή ακτινοβολία.

Δ.Α.Π.-Ν.Δ.Φ.Κ. ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΩΤΗ ΚΑΙ ΚΑΛΥΤΕΡΗ!!!