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학부 강의 노트/처음 배우는 미기상학51

미기상학 - 서론 기상학 역사적으로 가장 오래된 학문중에 하나. 그 기원은 아리스토텔레스의 Meteorology 라는 책. 고대인들은 공기 중에 나타나는 현상을 유성 또는 별똥별 (meteor) 이라고 생각 현대에서 기상학은 ‘대기과학’이라는 넓은 개념 대기를 이해하기 위해서 물리, 화학, 수학, 생물학 등 모든 지구 전반에 관한 학문분야를 알아야 하므로 상당히 난이도가 높고, 기상학 내 학문 영역을 규정짓기 어려움. 따라서, 제휴학문 interdisciplinary study라고 부른다. 다른 과학 분야들은 실험실에서 과정과 반응을 살피는 것이 주를 이루는데, 기상학은 현장(in-situ) or 필드에서 발생하는 대기과정을 살펴보는 방법을 사용한다. 미기상학은 유체역학적 개념에서 유도되었기에, 기본적인 유체역학 지식이 .. 2021. 12. 16.
용어 정리 - 미기상학 경계층 영문 약어 정리(Stull, 1988) BL Boundary Layer or Planetary Boundary Layer (PBL) or Atmospheric Boundary Layer (ABL) CL Cloud Layer FA Free Atmosphere ML Mixed Layer or Convective Boundary Layer (CBL) RL Residual Layer SBL Stable Boundary Layer or Nocturnal boundary Layer (NBL) SCL Subcloud Layer SL Surface Layer h Top of the stable boundary layer or Top of the NBL zi Top of the mixed layer or the .. 2021. 12. 16.
용어 정리 - 제트, 하층제트, 야간제트 상층 제트 대류권 상부 또는 권계면 부근의 좁은 영역에 집중된 기류. 북반구에서는 여름보다 겨울에 강하고 위치도 남쪽으로 내려온다. 고층일기도 상에서 2개의 제트가 존재 한대전선제트 또는 극제트 (중위도); 아열대제트 (30도 부근) 하층제트 700 – 850hPa 부근에 나타나는 강풍대로서 풍속과 위치변화가 크다. 수증기의 수송 및 수평발산과 상승역을 만드는 데 중요한 역할을 한다. 호우역은 하층제트의 저기압성 시어 영역에서 풍속이 감소하는 곳에 나타난다. 그림. (좌) 850hPa 최대 풍속지점과 하층제트 축을 기준으로 2개의 호우 구역으로 구분한 모식도 (우) 연직 구조 야간 제트 (Nocturnal jet) 맑은 밤에 발생하는 강풍. 밤에 지표 부근 기온이 떨어지고 역전층이 발생하면, 역전층 내에.. 2021. 12. 16.
미기상학 - 지표면 부근 에너지 균형 지표면 에너지 부근 균형 지표에 도달한 태양복사 에너지의 일부는 반사되고, 나머지는 지중에 흡수되고, 그 비율은 지표상태(물, 땅, 얼음, 등)에 따라 다름. 바다 물은 비열이 높고, 해양 상층부에서의 대류는 약 100m의 혼합층에 열을 보낸다. 해양은 막대한 열저장 용량을 가지고 있고, 온도변화는 느리며, 계절의 변화도 육지보다 시간차이가 있다. 육지 육지는 열저장 용량이 상대적으로 작고, 비열은 평균적으로 물의 약 1/4정도이다. 지표면으로부터 지표 아래로의 열 이동 메커니즘은 열전도(heat conduction)이고, 토양의 경우에 열전도는 작다. 온도의 일변동은 1m 이하, 연변동일 경우는 수 m 깊이까지. 육지의 표면은 빠르게 가열되고, 빠르게 에너지 균형을 이룬다. 예를 들어, 태양복사흡수량의.. 2021. 12. 16.
경계층의 발달 경계층 발달의 일변화 맑고 바람이 약한 대기 상태에서의 경계층의 일변동 (그림16) 주간: 지표 가열에 따른 대류 혼합 경계층(혼합층)이 발달. 일몰 경: 지면이 냉각되기 시작하고, 지표에 안정 경계층(안정층)이 발달. 야간: 안정층은 야간 동안의 지속적인 냉각에 의하여 점차적으로 깊어지고, 이 층 위에 있는 잔여층(Residual Layer)은 주간의 대기 혼합의 잔재. 온위(Constant Potential Temperature)가 중립 프로파일을 보임. 일출 후: 새로운 혼합층이 안정층 아래에서 발달하고, 이어지는 가열에 의하여 더 깊어지며, 안정 상태는 파괴됨. 그림 16. 맑고 바람이 약한 대기 상태에서의 경계층의 일변동. 빗금친 부분은 역학적 난류가 지배적인 지표층(또는 접지 경계층). 주간의.. 2021. 12. 15.
경계층 바람 구조 (4) - 에크만 나선 에크만 나선 (Ekman spiral) 경계층 대기는 중립상태이고, 수평온도경도 및 연직속도가 존재하지 않는다고 가정하면, 경계층 내의 이론적 풍향 및 풍속 프로파일을 유추할 수 있다. 이러한 프로파일은 1890년대 V. W. Ekman에 의한 해양 상층부에서의 흐름의 연구로 부터 처음으로 얻어 졌고, 그 후 대기 경계층에 응용되어져 왔다. 지표 바람은 등압선에 대해 45° 각도로 저기압 쪽으로 불고, 상공으로 갈수록 마찰력이 감소하여 풍속이 증가하고, 북반구(남반구)에서는 시계(반시계) 방향으로 바뀌면서 나선형이 된다. 이것을 에크만 나선이라 한다(그림). 그림의 벡터는 V1, V2, V3... 순으로 고도가 높아진다. 또한, 고도에 따라 등압선과 이루는 각이 작아지고, 마찰의 영향을 거의 받지 않는 .. 2021. 12. 15.
경계층 바람 구조 (3) - 경계층 유형 경계층 유형 (Boundary layer types) 앞에서 서술한 이론적 설명은 부력이 작용하지 않는 중립 경계층의 경우에 해당한다. 대기가 불안정하다면, 연직 운동의 확장 때문에 난류의 연직 발달은 강화된다. 반면에 안정한 상태에서의 난류의 연직 발달은 약화된다. 에디(소용돌이 Vortex)들은 중립 경계층에서 w' = u'로 회전한다. 불안정한 경계층에서의 역학적 난류는 여전히 지표 부근에서는 지배적이나, 고도가 증가함에 따라 부력의 영향에 의해 w' > u'의상태가 되기 때문에, 에디는 연직으로 뻗어 나간다. 그러므로 위로부터의 운동량 플럭스는 강화되고, 저층에서의 바람은 강해진다. 그림 9. 안정도에 따른 에디 형태와 바람과 온위의 프로파일 안정한 경계층일 경우, 지표 부근에서는 역학적 난류가 .. 2021. 12. 15.
경계층 바람 구조 (1) - 혼합길이, 마찰속도 자료 출처: 기상청 2021. 12. 14.
미기상학 - 대기 경계층의 정의 경계층의 정의 경계층은 지면의 영향에 가장 민감하게 반응하는 대기층 인간을 포함하는 동식물이 생존하는 매우 중요한 영역 대부분의 자연현상이 이곳에서 발생 경계층의 높이는 지표로부터 약 100m~1km 정도 지표면의 열과 수분은 경계층으로 공급되고, 이것은 궁극적으로 기상 시스템의 에너지원이 되는 것과 동시에 공기의 운동에 표면 마찰력이 영향을 미치는데, 이러한 영향은 운동량을 감소시킨다. 경계층의 상태와 구조는 습도,온도, 바람의 변화에 의존. 시간(1-hr) 또는 그 보다 더 작은 시간 규모(time-scale)에서, 지표 강제력에 반응 일(1-day) 또는 그보다 더 긴 시간 규모에서, 대류권 전체는 지표로부터의 열과 수분에 영향을 받는다. 경계층 기상학에서 수평 풍속 와 연직 풍속 는 매우 중요한 .. 2021. 12. 14.
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