Study Guides (238,268)
Canada (115,048)
York University (9,811)
Psychology (1,150)
PSYC 1010 (406)


30 Pages
Unlock Document

York University
PSYC 1010
Agnieszka Kopinska

York University  Fall Term 2013 Examination: NATS 1780 Weather & Climate Content: o Geoscientific Thinking/Learning o Clouds and Fog o Condensation o H2O o Stability and Structure o Cloud Formation and Precipitation o Composition o Radiation o Aerosols o Temperature Geoscientific Thinking/ Learning ­ Time ­ Space ­ Practice  ­ Systems­orientation  Time Weather vs. Climate Weather: The condition of the atmosphere at a particular time and place o Temperature o Pressure o Humidity  o Clouds o Precipitation o Visibility o Wind o …. Climate: The ‘average weather’ o Accumulation of daily and seasonal weather events over a long period of  time o Extreme events o Heat waves o Cold spells o The frequency of evens distinguishes climates as much as the averages Space ­ “Geoscientists use spatial thinking extensively whenever they acquire, represent,  manipulate, or reason about objects, processes, or phenomena in space.” Practice • Professional vision o The ability to see features that are important to professional practice • “… field experiences provide practice in transforming the raw material of nature  into the words, signs, and symbols that geoscientists use to capture and  communicate their observations.” Systems­orientation What is a scientific model? • A representation of empirical objects, phenomena, and physical processes that is  logical and objective • Models are simplified reflections of reality • Building and disputing models is fundamental to science  Summary: ­ Time, space, practice and systems­orientation are key to geoscience  thinking/learning ­ Geoscience thinking/learning skills are of use beyond geoscience courses…  BUT… geoscience needs thinking/learning skills developed outside of the  geosciences.  Clouds & Fog Classification of Clouds • Luke Howard (1803) • Introduced a classification system o Based on observations from the ground • Four basic cloud forms o Stratus (Latin for layer) o Cumulus (Latin for heap) o Cirrus (Latin for curl of hair) o Nimbus (Latin for violent rain) • Abercromby and Hildebrandsson  o Modified Howard’s system o Resulting classification system still used today • 10 basic cloud forms o 4 primary cloud groups  High Clouds  Middle Clouds  Low Clouds  Vertical Clouds 1. High Clouds • Altitude of 6­13km (in midlatitudes) o At this altitude the air is cold and dry  Favors formation of ice clouds (almost exclusively)  These clouds appear thin • Three forms o Cirrus (Ci)  Thin wispy clouds blown by high winds   Mares tails   Most common of the cirrus group  Mostly comprised of ice crystals  o Cirrocumulus (Cc)  Has a rippled appearance   Looks like fish scales o Cirrostratus (Cs)  Thin, sheet­like high clouds  Often cover the entire sky  Can see the Sun and/or Moon through them  Light is refracted by ice crystals  Results in halos  Often form in advance of a storm  Used to predict an approaching storm 2. Middle Clouds • Altitude of 2­7km (in midlatitudes) • Composition  o Ice water droplets (primary) o Ice crystals (secondary) o Altocumulus (Ac)  Grey fluffy masses  Can see individual puffy mass  At arms length are about the size of your thumb o Altostratus (As)  Extensive gray mass  Often covers the entire sky 3. Low Clouds • Altitude under 2 km • Almost always composed of liquid water droplets o In cold weather, may contain ice or snow • Three forms o Stratus (St)  A uniform gray cloud  Often covers the entire sky  Resembles a fog, that doesn’t quite reach the ground  Has a low base  No rain falls from stratus (normal)  Light mist or drizzle (occasional) o Stratocumulus (Sc)  A low, lumpy cloud layer  Lumps appear larger than from Ac)  Has a lower cloud base than Ac  At arms length, is about the size of ones fist  Rain or snow rarely fall from Sc o Nimbostratus (Ns)  A dark, ‘wet­looking’ cloud layer  Associated with raining­all­day days  Associated with light to moderate precipitation  Rain or snow  Often low visibility beneath the cloud deck  Blocks light  Low, irregular cloud base 4. Vertical Clouds • Clouds having vertical structure • Flat cloud bases and puffy, domed tops • 2 forms o Cumulus (Cu)  ‘Fair­weather’ cumulus   Look like floating pieces of cotton  Clouds are separate and distinct  Show only slight vertical growth  Often form on warm, sunny days  If liquid water falls, its only showery  Cumulus congestus  Towering cumulus o Cumulonimbus (Cb)  As cumulus congestus continues to grow it becomes Cb  Associated with thunderstorms, thunder and/or lightning  Violent updrafts  Vertically extensive  Base can be as low as 300m  Can top out in the tropopause at over 11km  Low in the cloud, liquid water present  High in the cloud, ice can be formed  High winds at upper levels can shape the cloud to form an  anvil  Can produce all types of precipitation  What are clouds? ­ Droplets of liquid water and/or ice crystals ­ Observing clouds from above (eg. Aircraft) o Light is reflected off the cloud (cf. albedo)  The cloud appears bright ­ Observing clouds from below (eg. Ground) o Light has passed through the cloud  …and has been attenuated by the cloud  The denser and larger the droplets, the more light is attenuated, and  the darker the cloud appears. Scattering of Light • Redirection process • Scatterers (particles/gases) determine: o Quantity o Geometry o Wavelength dependence Classification of Fogs • Process­based classification o Radiation Fog  Processed by radiative cooling of Earth’s surface  As Earth cools after sunset, air above it cools  As air temperature decreases, RH increases until saturation results  in condensation  As temperature continues to decrease, condensation results in  droplet growth o Advection Fog  Warm, moist air (water) moves over colder surface (land)  Air cools, saturation occurs, and condensation o Upslope Fog  When air is forced to rise due to topography  • Eg. The presence of a hill or mountain  As the air mass rises, it expands and cools • If it cools to saturation, condensation may begin (if CCN  present) o Evaporation Fog  When mixing of two, unsaturated air masses results in the  formation of a saturated air mass  In cold weather bodies of water are often warmer than the  surrounding air  A layer of air above the water can be moist   When this layer of air mixes with the cold air above it, the mixture  can become saturated  Condensation occurs, fog results Condensation ­ Latent Heat o Hidden energy o Energy that is used to break molecular structure, not bonds o When changing phases, temperature remains constant o Heat will be released or required ­ Stored energy o Energy from the Sun can be stored o Solar energy is absorbed by liquid water o Results in some of the liquid water becoming water vapor o Stored energy can be released, elsewhere in the atmosphere o When the water vapor condenses ­ In a system containing two or more phases  o There is a constant exchange of molecules between the phases o Equilibrium is established when the exchange between the phases is  equivalent ­ Condensation o The rate of water vapor being deposited to the surface is faster than the  rate of water molecules leaving the surface. Energy is released, and the  surroundings are warmed. ­ Evaporation o The rate of water molecules leaving the surface is faster than the rate of  water molecules being deposited to the surface. Energy is required, and the  surroundings are cooled. ­ Vapor Pressure o Molecular collisions exert a force (force can be exerted on a wall, person,  etc.) o Therefore, pressure = force / area o Therefore, pressure is dependent upon the number of molecules colliding  with an area of a surface ­ Saturation Vapor Pressure o The pressure of the vapor of a substance in equilibrium with its condensed  phase (solid or liquid) is called the saturated vapor pressure o This is the maximum amount (with super saturation) of a molecule that  can be found in the vapor phase at a particular temperature and pressure ­ Saturation o Equilibrium between the liquid and vapor phase. For every molecule that  evaporates another must condense. This is dependent upon the temperature  and pressure ­ Unsaturated Air o Air that is holding less water than it could possibly hold. Therefore: non­ equilibrium evaporation is occurring. o Note: objects will dry in unsaturated air, but not in saturated air. ­ Humidity o Refers to the amount of water vapor in the air  Absolute humidity, the weight of water vapor within a specific  volume (g/m^3) o Specific humidity  The weight of water vapor relation to the total mass of the air  parcel (g/kg) ­ Relative humidity o The ratio of the amount of water vapor actually in the air compared to the  maximum amount of water vapor required for saturation at that particular  temperature and pressure. o RH = (H2O (g) content) / (H2O (g) capacity) x 100% o Eg. An air parcel with RH = 25%, contains only 25% of the total water  that the air parcel could hold. o Can alter RH by   Changing the amount of water vapor in an air parcel  Changing the capacity of the air parcel to hold water (change the  temperature) Why Use Relative Humidity? • Importance WRT condensation/evaporation • Evaporation o The greater the difference between the amount of water vapour in the air  and the amount that it could hold (lower the RH)  The higher the rate or evaporation o On a very humid day (high RH)…  Feel hotter, sweat on our skin does not evaporate as quickly, less  cooling effect  Wet clothes don’t dry as quickly, etc. Evaporation & Relative Humidity  ­ The lower the relative humidity, the faster the rate of evaporation – better cooling ­ The higher the relative humidity, the slower the rate of evaporation – poor cooling Relative Humidity and Condensation ­ Condensation  o The higher the RH  The closer the air is to saturation  Less cooling will have to take place in order for the air to become  saturated o Very important to cloud formation Dew Point ­ The temperature at which an air mass becomes saturated  o RH = 100% ­ Basis for comparison o Compare the ambient temperature with Td  Means for assessing how close to 100% RH an air mass is ­ The dew point is a physical property that serves to characterize an air mass ­ Suppose that… o Day: T = 29 C and RH = 75% o Night: T = 23 C and RH = 100% o The air mass is saturated o Further cooling o Condensation starts o Liquid water (dew) is formed ­ Can use the dew point to calculate RH ­ RH = (SVP @ Td) / (SVP @ T) x 100 ­ Where SVP = saturated vapor pressure ­ Can use a wet­bulb thermometer to measure the dew point ­ Frost Point o If the freezing point of water is reached before saturation… Then the  saturation point is the frost point, not the dew point o When the air becomes saturated, water vapor is deposited to surfaces as a  solid (frost, hoarfrost, white frost) ­ Measuring Relative Humidity o Wet­bulb temperature  The lowest temperature that can be reached by evaporating water  into air  Simulates the cooling effect of water on the skin  The bulb of a thermometer is coated with a wick (a piece of cloth)  and wetted (with water)  Evaporation of the water results in cooling   RH determined by a chart o Psychrometer – Wet and Dry Bulb  Contains a wet­bulb (wetted thermometer) and a dry­bulb  thermometer  Using the difference between these two temperatures • … and the dry bulb temperature • … the RH can be calculated  eg. Suppose  • A dry bulb temperature reads 27.5C • A wet bulb 24C • Depression is 3.5 • RH is 75% (via chart) ­ Measuring Dew Point Temperature  o Psychrometer – Wet and Dry Bulb  Same as to measure RH  Obtain the wet and dry­bulb temperatures   Calculate the wet­bulb depression  Difference between wet and dry  Look up the dew­point temperature on a chart ­ Humidex – Heat index o Accounts for humidity effect on temperature  The higher the humidity …  …. The less efficiently we can cool ourselves  therefore hotter it ‘feels’  Apparent temperature  ­ Condensation o At 100% RH, clouds or fog are not always seen forming o A surface is required for the water vapor to condense onto o These surfaces are referred to as aerosols o Serve as nuclei for the formation of clouds OR cloud condensation nuclei  (CCN) ­ Super­saturation o If no surface is available… the air mass becomes supersaturated  o  ▯RH > 100% ­ Condensation Nuclei o Air contains aerosols   Small particles suspended in air • Solid or liquid or a combination • Range in size from 0.01 um to 100’s of um o Similar to a liquid which also requires a surface before freezing o Can supercool (T<0C) in the absence of freezing nuclei   Eg. A 1 um droplet  … Can stay unfrozen to ­40C ­ Diurnal diabetic heating ▯  temp. Variation  o Diurnal diabetic heating  ▯temperature variation  Radiation process flows • Atmospheric albedo ignored  Atmospheric absorption ignored   Ignore phase changes in H2O  ‘No loss” Earths surface (­closed system) • Albedo of Earths surface ignored  • Atmosphere absorbs all re­emitted IR  No loss to space  Ignore re­emitted IR from the atmosphere  ‘Clear sky Summertime’  No active storm systems • H pressure system H2O in Earths Atmosphere ­ Hydrogen Bonding o A weak interaction between the Hydrogen in one molecule with the  Oxygen in another molecule ­ Characteristics of H2O o Is a liquid  o When heavier­mass molecules are gases  Eg. H2o = 18g/mole, O2 = 32 g/mole o Over a very large temperature range o Has a large heat capacity  o Has the ability to store large amounts of heat o The density of the solid is less than the liquid, therefore lie floats  ­ H2O in the atmosphere  o The most­variable constituent of the atmosphere  o Found in all three phases in the atmosphere  Solid, liquid, and vapor o An infrared­active gas  An important greenhouse gas o Large latent heat capacity  Releases or extracts large amounts of heat upon changing phases  • Regarding as a ‘hidden heat’  ­ The Hydrological Cycle o H2o is cycled on Earth o Solar energy evaporates water o Air laden with water vapor can rise and condense  o Rain can occur o Followed by ground water run off  Note: this is the process by which ALL fresh water is produced  ­ Phase Relations for H2O o Phase  Any sample of matter with definite composition and uniform  properties  Distinguishable from other phases in which it is in contact o Attention focuses on all three phases of H2o  Liquid, vapor and solid • … and transitions between them • … that do not involve chemical reactions  ­ Energetics of Phase Changes o Energy released  Exothermic phase change • Condensation  • Freezing • Deposition  Energy absorbed • Endothermic phase change  o Evaporation  o Melting o Sublimation  Stability & Structure  ­ In the troposphere temperature decreases with height ­ Atmospheric Stability overview o Density (parcel)  Density (environment)  Parcel sinks  Pressure increase  ▯compression/warming o Density (parcel) = Density (environment)  Parcel stationary Adiabatic Processes: Dry ­ No interchange of heat, between the parcel and its environment o During expansion/cooling or compression/warming ­ Dry adiabatic lapse rate (DALR) o Air in the parcel is unsaturated, RH <100% ­ Γ dry  = 10C per km Adiabatic Processes: Moist/Saturated  ­ No interchange of heat, between the parcel and its environment, during  expansion/cooling or compression/warming ­ Moist adiabatic lapse rate (MALR) o Γ Moist = 6.5 C per km ­ Less than the dry adiabatic lapse rate o Γ moist  Density (environment)  Parcel sinks, air stable ­ Temperature (parcel) > Temperature (environment) o Density Parcel   1 year ­ Stratosphere: Ozone Photolysis o Stratospheric heat source o Incident UV radiation  Absorbed by ozone  Ozone breaks apart    ▯Molecules have more energy   Temperature increases ­ Stratospheric Inputs o Little weather occurs in this region o Tropospheric inputs  Direct, rapid • Volcanoes, very large storms, etc.  Diffusive, slow input • Gases o Response to inputs  Vertical mixing takes a very long time • Based on diffusion  Horizontal mixing is very fast • Winds speeds are very high ­ Troposphere­Stratosphere Interactions
More Less

Related notes for PSYC 1010

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.