기상 기후 강의 노트

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..

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 ..

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 ..

자료 출처: 기상청

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 ..

전단(Shear) 전단 (자르다, 큰 가위, shear) = 층밀림. 물체의 어떤 단면에 평행으로 서로 반대방향인 한 쌍의 힘을 작용시키면 물체가 그 면을 따라 미끄러져서 절단되는 것을 전단 (또는 층밀리기)라고 한다. 쉽게 말해 가위로 종이를 자를 때, 가위가 종이에 작용하는 힘. 전단력에 의해서 물체 내부의 단면에 생기는 내력(內力)을 전단응력(剪斷應力) 이라고 하며, 단위면적당 힘으로 표시된다. 전단변형(Shear Strain) 층밀림 변형: 원래 직각이었던 육면체 요소가 변형되어, 내부 각도의 변화 초래 응력(stress) 물체에 외력이 작용할 때, 그 힘에 저항하여 물체의 형태를 유지하려는 내력. 하중(荷重)의 종류에 따라, 전단응력(剪斷應力), 인장응력(장력), 압축응력으로 분류. 전단응력: ..

“When I meet God, I am going to ask him two questions: why relativity and why turbulence? I really believe that he will have and answer for the first.” - 양자역학의 아버지 베르너 하이젠베르크 (Werner Heisenberg) 그 만큼 난류해석이 어렵고 무질서 하다는 의미. 주변에서 가장 흔히 볼 수 있는 난류의 예 담배연기 - 층류에서 어느 순간 갑자기 난류로 바뀜 (사실 유체역학적 정의로서 담배연기 흐름은 난류가 아님.) 일상생활의 대부분은 난류 > 85% 정도? 유체역학 관련 용어 정리 용어정리 - 유체역학 유체역학 정지 또는 운동상태의 유체의 거동 (behavior of flu..

https://aeir.tistory.com/entry/%ED%85%90%EC%84%9C-%EC%9A%94%EC%95%BD-%ED%91%9C%EA%B8%B0%EB%B2%95-summation-notation

평균의 여러가지 형태 ① 시간 평균(time average) : instantaneous variable : sampling time 안정한 평균을 얻고 흐름에 기여하는 큰 에디의 효과를 포함시킬 만큼 충분히 길어야 함 반면 흐름내에 나타나는 경향을 희석할 정도로 너무 길어서는 안됨 고정된 측기로부터 관측된 자료분석에 주로 사용됨 미기상학적 관측에서 주로 사용되는 최적의 평균 시간 10^3~10^4초이다. ② 공간 평균(spatial average) 비행기, 레이더 및 소다관측 분석에 사용됨 ③ 앙상블 평균 (Ensemble average) 동일한 조건으로부터 반복적으로 수행된 실험의 결과들에 대한 산술 평균 이론에서는 항상 사용되지만 실제에서는 거의 사용되지 않음 시간 평균=공간 평균=앙상블 평균 조건..

나비아-스토크 방정식 (Navier-Stokces equations) - 평균류 뉴턴의 운동 제2법칙, 운동량 보존 법칙으로부터 유도된, 자전하는 지구 상에서의 유체의 힘의 균형을 나타내는 N-S 방정식은 아래와 같다 아래 식 유도는 Holton 역학책 Boussinesq Approximation 에서 유도한 식. 좌(1)항: 유체 요소에 가해지는 국지 가속으로 발생하는 관성력 (국지항) 우(1-3)항: 유체 요소에 가해지는 이류 가속으로 발생하는 관성력 (이류항) 우(4)항: 유체 요소에 작용하는 기압경도력 (PGF) 우(5)항: 유체 요소에 작용하는 겉보기 힘 (코리올리 힘 또는 가속도), 우(6)항: 유체 요소에 작용하는 점성력 또는 마찰력 (점성항) 좌(1)항과 우(1-3)항을 합치면 전미분 형태..