Logo
Logo

Парниковый эффект

Разбалловка

A1  0,60 Найдите солнечную постоянную $S_0$.

A1. 1 $S_0 = \sigma T_S^4 \left( \frac{R_S}{d} \right) ^2.$ 0,40
A1. 2 Указание сохранения энергии 0,10
A1. 3 Численный ответ $S_0 = 1.35 \times 10^3~Вт/м^2$ 0,20
A1. 4 Более 4 значащих цифр 0,10
A2  0,60 Найдите температуру Земли $T_E$.

A2. 1 $T_E = \left( \frac{S_0}{4 \sigma} \right)^{\frac14} = \sqrt{ \frac{R_S}{2d} } T_S$ 0,40
A2. 2 Указание баланса энергии 0,10
A2. 3 Численный ответ $T_E = 278~К$ 0,20
A2. 4 Более 4 значащих цифр 0,10
A3  0,40 Найдите функцию $f(x)$.

A3. 1 $f(x) = 5 (1 - e^{-x})-x$ 0,40
A4  0,40 Вычислите значение $x_{\text{m}}$ и используя это значение $x_{\text{m}}$ найдите значение $b$.

A4. 1 $x_{\text{m}} = \{4.96, 4.97 \}$ 0,30
A4. 2 Более 4 значащих цифр 0,20
A4. 3 Численное значение $b = [2.89, 2,90] \times 10^6~нм \cdot К$ 0,10
A4. 4 Более 4 значащих цифр 0,10
A5  0,20 Найдите $\lambda_{\max}$ для Солнца и для Земли.

A5. 1 $\lambda^S_{\max} = [5.01, 5.02] \times 10^2 ~ нм$ 0,10
A5. 2 $\lambda^E_{\max} = 1.04 \times 10^4 ~ нм$ 0,10
A5. 3 Более 4 значащих цифр 0,10
A6  0,80 Найдите $\gamma$.

A6. 1 $\gamma = \left( \frac{d}{R_S} \right)^2 \times \left( \frac{T_E}{T_S} \right)^5 = \left( \frac{\lambda_S}{\lambda_E} \right)^5 \times \left( \frac{d}{R_S} \right)^2$ 0,60
A6. 2 Указание $\tilde{u}_S = \left( \frac{R_s}{d} \right)^2 u_s(\lambda)$ 0,30
A6. 3 Численное значение $\gamma = [1.20,1.21] \times 10^{-2}$ 0,20
A6. 4 Более 4 значащих цифр 0,10
B1  1,00 Предположим, что $\varepsilon=1$ и $r_E=0$. Найдите температуру Земли $T_E$ и температуру атмосферы $T_A$.

B1. 1 $T_A = \left( \frac{(1-r_A)S_0}{4 \sigma} \right)^\frac14$
$T_E = \left( \frac{(1-r_A)S_0}{2 \sigma} \right)^\frac14$
Два верных ответа
0,80
B1. 2 Один верный ответ 0,60
B1. 3 Нет верных ответов, но есть два верных ЗСЭ 0,40
B1. 4 Нет верных ответов, но есть один верный ЗСЭ 0,20
B1. 5 Численный ответ $T_A = 2.58 \times 10^2~К$ 0,10
B1. 6 Численный ответ $T_E = 3.07 \times 10^2~К$ 0,10
B1. 7 Более 4 значащих цифр 0,10
B2  1,60 Найдите альбедо $\alpha$ через $r_E$ и $r_A$. Рассчитайте его численное значение при $r_E = 0.102$ (и $r_A = 0.255$).

B2. 1 $\tilde{S_0} = r_A S_0$ 0,10
B2. 2 $\tilde{S}_1 = (1-r_A)^2r_ES_0 = \frac{(1-r_A)^2}{r_A} r_E \tilde{S}_0$ 0,30
B2. 3 $\tilde{S}_n= \frac{\tilde{S}_{n-1}}{1-r_A} r_A r_E \times (1-r_A) = r_A r_E \tilde{S}_{n-1} = (r_Ar_E)^{n-1} \tilde{S}_1$ 0,50
B2. 4 $\tilde{S} = \sum^{\infty}_{n=0} \tilde{S}_n = \tilde{S}_0 + \tilde{S}_1 \sum^{\infty}_{n=1}(r_A r_E)^{n-1}$ 0,30
B2. 5 Ответ: $\alpha = r_A + \frac{(1-r_A)^2r_E}{1-r_Ar_E}$ 0,20
B2. 6 Численный ответ $\alpha = 3.13 \times 10^{-1}$ 0,20
B2. 7 Более 4 значащих цифр 0,10
B3  1,00
  • Выразите температуру Земли через $\sigma$, $\alpha$, $S_0$, и $\varepsilon$.
  • Используя приведенные данные и рассчитанное альбедо, найдите численное значение $\varepsilon$, которое приводит к нынешней средней температуре Земли $T_E=288~К$.

B3. 1 $T_E = \left[ \frac{(1-\alpha)}{2\sigma (2-\varepsilon)} S_0 \right]^\frac14$ 0,60
B3. 2 Численное значение $\varepsilon = [8.07, 8.11] \times 10^{-1}$ 0,40
B3. 3 неверное число, но верная формула для $\varepsilon$ 0,20
B3. 4 более 4 значащих цифр 0,30
B4  0,80 Найдите $\mathrm dT_E/\mathrm d \varepsilon$ и вычислите, на сколько увеличится температура Земли, если $\varepsilon$ увеличится на один процент.

B4. 1 $ \frac{dT_E}{d \varepsilon} = \frac14 \left[ \frac{(1-\alpha)S_0}{2\sigma(2-\varepsilon)} \right]^\frac14 \frac1{2-\varepsilon}$ 0,60
B4. 2 Численное значение $\delta T = [4.87, 4.92] \times 10^{-1}~К$ 0,20
B4. 3 Более 4 значащих цифр 0,10
B5  1,60 Выразите $\varepsilon$ и $k$ через $T_E$, $T_A$, $\sigma$, $\alpha$ и $S_0$.

B5. 1 $\varepsilon = \frac{\sigma T_E^4 - (1-\alpha)S_0/4}{\sigma(T_E^4 - T_A^4)}$ 0,60
B5. 2 Верное выражение для ЗСЭ 0,30
B5. 3 $k = \frac{(2T_A^4 - T_E^4)\times [\sigma T_E^4 - (1-\alpha) S_0/4]}{(T_E^4-T_A^4) \times (T_E-T_A)}$ 0,60
B5. 4 Верное выражение для ЗСЭ 0,30
B5. 5 Численное значение $\varepsilon = [8.47, 8.52] \times 10^{-1}$ 0,20
B5. 6 Численное значение $k= [3.57, 3.66] \times 10^{-1}~Вт/(м^2 К)$ 0,20
B5. 7 Более 4 значащих цифр 0,10
B6  1,00
  • Дифференцируя по $\varepsilon$ выражения, полученные в пункте B5, получите два уравнения, в которые входят $\mathrm dT_A/\mathrm d \varepsilon$ и $\mathrm dT_E/\mathrm d \varepsilon$.
  • Используя эти уравнения, найдите численное значение изменения температуры Земли в результате увеличения значения $\varepsilon$ на один процент.

B6. 1 $\varepsilon \left[ \frac1{T_E-T_A} + \frac{4T_E^3}{2T_A^4-T_E^4} \right] \frac{dT_E}{d\varepsilon} = 1 + \varepsilon \left[\frac{8T_A^3}{2T_A^4-T_E^4} + \frac1{T_E-T_A} \right] \frac{dT_A}{d\varepsilon}$ 0,40
B6. 2 $1 + \varepsilon \left[\frac{4T_E^3}{T_E^4-T_A^4} - \frac{4 \sigma T_E^3}{\sigma T_E^4 - (1-\alpha)S_0/4} \right] \frac{dT_E}{d\varepsilon} = \frac{4T_A^3}{T_E^4-T_A^4} \varepsilon \frac{dT_A}{d\varepsilon}$ 0,40
B6. 3 Численный ответ $\delta T_E = [5.21, 5.27] \times 10^{-1}~К$ 0,20
B6. 4 Более 4 значащих цифр 0,10