기상 기후 강의 노트

컴퓨터 구조 

https://velog.io/@joonsikryu/%EC%BB%B4%ED%93%A8%ED%84%B0-%EA%B5%AC%EC%A1%B0-%EC%A0%95%EB%A6%AC

인간 이기심의 결과? 환경파괴와 감염병의 연관성! | 미래수업 Living the New Normal EP.4 - YouTube

경계층에서 안정도 구분

1. thermal 열적 난류에 의한 안정/불안정인가?  => 정적 안정도 

여기서, 정적 안정도는 국지와 비국지 정의로 나뉜다. 

정적 static 이라는 단어는 "having no motion"의 뜻으로 바람의 영향을 받지 않는다는 의미임.

여기서 주의해야 할 것은, 바람의 영향을 받지 않는다는 의미가 thermal이 지표면 거칠기 요소들(빌딩, 산, 나무 등)의 영향을 받지 않는다는 말은 아니다. (Stull, p169)

대기과학 개론 등에서 배운 안정도 개념은 기온 감율을 사용한 정적 안정도 계산방법이다. 이것은 local definition.

그런데, 이 방법은 대류가 강한 혼합층에서는 잘 적용되지 않는데, 지표에서 상승하는 thermal 이나 구름꼭대기에서 하강하는 경우가 있기 때문이다. 이런 경우는 감율이 아닌 초과된 부력의 영향이 있기 때문이다. 

2. winds 기계적 난류에 의한 안정 불안정인가?  => 동적 안정도

위 정의를 숙지하고 구분 해야 아래 5급 공채 문제 풀 수 있음.

https://aeir.tistory.com/entry/5%EA%B8%89-%EA%B3%B5%EC%B1%84-%EB%AC%B8%EC%A0%9C-%EB%AF%B8%EA%B8%B0%EC%83%81%ED%95%99-2010?category=690148 

https://aeir.tistory.com/entry/5%EA%B8%89-%EA%B3%B5%EC%B1%84-%EB%AC%B8%EC%A0%9C-%EB%AF%B8%EA%B8%B0%EC%83%81%ED%95%99-2012?category=690148 

https://happy8earth.tistory.com/124

https://happy8earth.tistory.com/596

https://happy8earth.tistory.com/125

https://happy8earth.tistory.com/117

https://aeir.tistory.com/entry/%EA%B3%BC%ED%95%99-%EC%B8%A1%EC%A0%95%EA%B3%BC-%EC%B0%A8%EC%9B%90

https://aeir.tistory.com/entry/%ED%95%A8%EC%88%98%EC%99%80-%EB%AF%B8%EB%B6%84?category=896080 

https://aeir.tistory.com/entry/%EC%84%A0%ED%98%95%EC%84%B1%EA%B3%BC-%EB%B9%84%EC%84%A0%ED%98%95%EC%84%B1?category=896080

https://aeir.tistory.com/entry/%EC%97%B0%EC%97%AD%EB%B2%95%EA%B3%BC%EA%B7%80%EB%82%A9%EB%B2%95

1. 관측과 측정

• 관찰보다 정확하게 이루어진다.
• 물리, 화학적 성질들을 확인할 수 있는 방법

4가지 기본적인 측정:  –길이, 질량, 시간, 에너지

• 길이(Length): 2개의 고정점 사이의 거리
• 질량(mass): 물질의 양을 재는 측정치. 무게는 물체 질량에 대한 중력의 이끌림을 측정하므로, 위치에 따라 달라진다.
• 시간(time): 전진적인 이동, 즉 2가지 사건 사이의 임의의 간격
• 에너지(energy):
  –물질 이동의 측정치. 열 또는 온도
  –물질의 전하로 측정됨. 양/음 전하

2. 차원

• 물리법칙을 표현하는 수식에 나타나는 변수는 순수한 수(數)가 아니라, 차원과 단위를 가진다.
• 자연을 지배하는 법칙들은 동일한 차원(dimension)으로 구성됨.
• 즉 자연법칙을 나타내는 방정식의 모든 항들은 동일한 물리 차원을 가져야 한다.

• 기본차원은 길이[L], 질량[M], 시간[T], 온도[K]
• 그외 차원은 기본차원의 조합으로 표현됨.

• 길이의 양이 [L]이면, 면적은 [L2], 체적은 [L3].
• 속도: L T-1
• 가속도: L T-2, 질량을 갖는 물체의 가속도: M L T-2
• 압력: M L-1 T-2 (단위면적당 힘)
• 길이 (L): m, cm, mm or feet, inch, 척, 촌(마디)
• 시간 (T): 연, 월, 일, 시, 초
• 질량(M): g, kg, ton,
• 온도: °C, °F, K

SI 단위 (or MKS, 국제공용):

   시간 second; 길이 meter; 질량 kg; 온도 K; 전력 A (암페어); 광도 candela;

   평면각의 단위 radian; 입체각의 단위 steradian

• steradian: 반지금 r인 구의 표면에서 r2인 면적에 해당하는 입체각

3. 국제단위계 (SI unit)

4. 물리량의 정확도와 유효숫자

추상개념의 수학세계와 달리 실존세계를 다루는데는 반드시 정밀함의 문제가 따른다. 즉, 오차와 유효숫자를 반드시 생각해야 한다.

예) 어떤 물리량 A의 오차가 a, 물리량 B의 오차가 b이면,  (A+B)의 오차는 (a+b)

예) a >> b이면, b는 고려할 필요가 없다.
     A=300 g, a=10g, B=2g 이면, a>B>b 이므로, a>>b이다.
     따라서, B의 오차 b는 a에 비해 무시할 수 있다.

예) (A+a)(B+b) = AB(1+a/A)(1+b/B) 경우, 상대적 오차 a/A, b/B가 중요.
     1>>a/A, 1>>b/B 이므로, AB(1+a/A)(1+b/B) ~> AB(1+a/A+b/B)이고,
     오차는 a/A, b/B 중 큰쪽으로 정해진다.

5. 과학 표기법

과학표기법(scienctific notation) = 지수표기법(exponential notation)

극단적으로 크거나 매우 작은 숫자들을 간단하게 표기하는 방법

데이터의 정밀도와 구하고자하는 물리량에 필요한 정밀도(유효숫자 자리)를 고려해서

10의 멱승 형식으로 표기:   N ×10^e

예) 4,500,000 = 4.5×10^6 ;      0.002 = 2.0 ×10^-3

• 유효숫자가 2자리인 경우 0.31 ×  10^3으로 표시.
• 수학에서는 0.31 ×  10^3 = 310 이지만, 물리의 경우 그 의미가 다르다.
   –   0.31 x 103 -> 정밀도 (0.31 +/- 0.005) x 10^3 이 명백함.
   –   310 -> 불확실도가 크다. (310 +/- 0.5)

6. 백분율 오차

백분율 오차(percent error) = 백분율 편차(deviation)

측정값과 실제값과의 차이로 측정하는 것으로, 얼마나 좋은 측정을 수행했는지를 판가름하는 척도.

인간오차, 측정기기오차 등

백분율 편차 = (실제값  - 측정값)/실제값 ×100

예. 측정자가 샘플의 질량 35g으로 결정하고, 실제값이 40g이라면,

     백분율 편차 = (40-35)/40 ×100 = 12.5%

예제

• 차원과 단위에 대해 각각 설명하시오
• 국제단위계의 구조에 대해 설명하시오
• 질량과 무게의 차이점은?
• 1인치는 몇 cm 인가?
• 1마일은 몇 km인가?
• 1oz(온스)는 몇 g인가?
• 지구와 태양과의 거리를 과학표기법으로 표시하시오.
• 아래 물리량들의 차원과 단위를 표시하시오

아래의 물의 상태 변화 중 에너지를 흡수하는 과정 2개는?

• 증발 (evaporation)
• 승화 (sublimation)
• 응결 (condensation)
• 응고 (Freezing)
• 침적 (deposition)

혼합비란?

• 남은 건조공기의 단위 질량에 대한 수증기의 질량
• 전체 대기 조성 기체의 질량에 대한 수증기의 질량
• 총 용량에서 물이 차지하는 비율
• 주어진 공기의 부피에서 수증기의 질량
• 전체 기압에서 수증기가 기여하는 압력의 비

얼마나 많은 수증기를 공기가 포함할 수 있는지를 결정하는 가장 중요한 요소는?

상대습도 100%의 의미는?

다음 중 상대습도가 올라가는 경우는?

맑고 바람이 없는 날, 일출 부터 이른 오후까지 상대습도는 (       )하는 경향이다.

건구 온도와 습구 온도의 차이가 클 경우 날씨 상태는?

습윤 단열감률이 건조 단열감률과 다른 이유는?

• 상승하는 포화된 공기 덩이 속에서 잠열이 방출되기 때문
• 공기가 포화 되면 더 빨리 팽창하기 때문
• 포화된 공기는 항상 불안정하기 때문
• 불포화된 공기는 항상 불안정하기 때문

대기 중 구름이 형성되는 가장 중요한 이유는 _____에 의한 냉각이다.

해수면 근처에 있던 30℃의 공기가 산 경사면을 타고 상승하기 시작하고 이 공기의 이슬점 온도가 10 ℃ 이면 구름이 생성되는 고도는?

• 2000 m
• 2500 m
• 3000 m
• 3500 m

따뜻한 공기가 차가운 공기 위로 떠오르는 현상으로 유발되는 공기의 상승과정을 무엇이라 하는가?

• 전선성
• 지형성
• 대류성
• 수렴성

어떤 공기 층의 안정도는 그 층의 _____을 말한다.

• 원래 위치에서 머무를지 상승할지에 대한 경향성
• 수증기의 질량
• 기압
• 온도
• 밀도

대기의 안정도는 환경 기온감률이 어떨 경우 안정한가?

• 습윤 단열감률보다 작을 때
• 습윤 단열감률보다 크고 건조 단열감률보다 작을 때
• 건조 단열감률보다 클 때
• 습윤 단열감률과 건조 단열감률보다 클 때

고도가 증가함에 따라 기온이 (        )할 때 대기는 가장 불안정하다.

• 급격히 감소
• 일정
• 완만하게 증가
• 급격히 증가
• 완만하게 감소

다음 중 불안정이 증가하는 경우가 아닌 것은?

• 공기 기둥 안에서 일반적인 침강
• 대기 하층의 강한 태양가열
• 공기가 따뜻한 지표면을 지나가면서 아래쪽부터 가열될 경우
• 상승과정으로 공기가 상승하는 경우
• 구름 꼭대기의 복사 냉각

I: Storage

•    정상상태이면, 0

II: Adection

•    이류를 무시하면, 0

III: Buoyant production/consumption

Production

• (+) 값을 가지고, 높이에 따라 선형적으로 감소한다. 
• 지표면 근처에서는 크고 (+) 값임. 양의 의미는 ML에서의 thermal의 영향을 나타냄.
• 맑은 날에 크고, 흐린날에 작다.

Consumption

• 정적 안정인 경우, 부력이 억제됨으로 인해 (+)의 값을 가진다.

IV: Mechanical (Shear) Production

• 이 항이 (-)를 포함하고 있지만, 일반적으로 항 전체는 (+)값을 가진다. 왜냐하면 momentum flux는 shear와 반대 부호이기 때문. 
• 연직 분포는 지표에서 최대값을 가짐
• 바람 부는 날에 최대. 
• 밤에는 shear 만이 난류를 생성할 수 있음.

V: Turbulent Transport

•     난류 수송이 없다고 가정하면, 0 

VI: Pressure correlation

•    기압변화를 무시하면, 0

VII: Dissipation

• 주간: 지표 근처에서 가장 크고 높이에 따라 일정하다. ML 상단에서는 감소하여 거의 0가 된다. 
• 야간: 높이에 따라 TKE와 소산율 모두 급격하게 감소한다.

III, IV, VII 세 항만 고려하여 논의하면, 

• 주간: shear + buoyant 에 의해 난류 강도는 증가하고 따라서 소산율도 증가하다. 
• 야간: shear에 의해서만 난류가 생성되므로, 소산율은 낮다.

https://aeir.tistory.com/entry/5%EA%B8%89-%EA%B3%B5%EC%B1%84-%EB%AC%B8%EC%A0%9C-%EB%AF%B8%EA%B8%B0%EC%83%81%ED%95%99

출처: Stull (1988)

연습문제 (5급 공채 기출)

3개의 방정식  하나로 표기하는 방법

들어가기 전에 1

들어가기 전에 2 (수리물리 교재 정리)

https://aeir.tistory.com/entry/TKE-%EC%9C%A0%EB%8F%84

플럭스

단위시간당 단위면적당 어떤 양의 이동 (유량)

경계층 기상학에서는 주로 mass, heat, moisture, momentum, pollutant flux 를 고려함. 

아래는 각 플럭스와 SI Unit.

기온, 바람과 다리 열, 운동량은 직접 측정할 수 없다.

따라서, 습윤공기 밀도로 나누어 아래와 같이 운동학적 플럭스를 사용하는 것이 측정을 위해서 편리함.

운동학적 플럭스 (Kinematic flux)

각각의 플럭스는 아래와 같이 3방향 요소를 가진다. 

에디 플럭스 (Eddy flux)

난류의 생성, 억제, 소멸 

난류의 생성: 열적 (부력) 상승과 기계적 에디에 의해서

난류의 억제: 정적 안정 감율에 의해서

난류의 소멸: 분자 점성효과에 의해서 열로 전환됨.

난류 운동 에너지 Turbulence Kinetic Energy

운동 에너지 (KE) = 0.5 m V^2   (여기서, m 은 질량; V은 속도)

유체역학에서는 편리를 위해서 단위 질량에 대해서만 논하므로, KE = 0.5 V^2

TKE는 평균류 부분(MKE/m)와 난류 부분(TKE)로 나눌 수 있다. 

레이놀즈 분해를 적용하면 아래와 같이 표현된다. 

e : 단위 질량 당 순간적인 난류 운동 에너지

e 를 특정 시간에 대해서 평균하면 아래와 같다. 

TKE는 경계층 기상학에서 매우 중요

TKE의 생성 항 vs. 소멸 항 에 의해서 난류가 발달할지 소멸될지가 결정됨. 

아래 그림은 전형적인 TKE의 일변화

여러가지 경계층 조건에 따른 연직 TKE 프로파일

응력 (Stress)

물체의 변형을 일으킬 수 있는 힘. 

단위: F/A

대기과학에서 자주 나오는 3가지 응력: 압력, 레이놀즈 응력, 점성 전단 응력 

유한소의 유체 요소(부피, cube)를 도입하여 이해한다.

1. 압력 (Pressure)

압력: 정적인 상태의 유체에 작용하는 응력

압력은 물체의 모든 방향에 동일하게 작용한다 (isotropic)

방향에 독립이다. 

압축과 팽창으로 물체를 변형시킨다

스칼라

1 Pa = 1 N/m^2

100 Pa = 1 mb

표준대기압 = 1.013 x 10^5 N/m^2 at sea level

정역학 근사 (hydrostatic approximation)로 표현되는 것 처럼 아래 다른 응력보다 크다.

2. Reynolds stress (레이놀즈 응력)

레이놀즈 응력: 유체가 난류 운동을 할 때만 존재한다. 

Fig (d) 난류 에디는 풍속차에 의해서 발생한다. 유한소의 한 면에서 난류 에디는 공기를 유한소 방향으로 수송할 수 있다.  이때, 수송되는 비율을 운동량 플럭스 (momentum flux) 라고 한다. 따라서, 레이놀즈 응력=운동량 플럭스

Fig (e) 유한소의 한 면에만 에디가 작용한다고 가정하면, 반대면에서의 속도차이에 의해 유한소는 변형된다. 

따라서, 난류 운동량 플럭스는 응력(stress) 과 같고 이 것을 Reynold stress 라고 한다. 

예를 들어, 상방으로 움직이는 공기 (w' >0)는 유한소 방향(negative x 방향)으로 u'비율로 혼합되고, 결과적으로 레이놀즈 응력과 운동량 플럭스의 크기(운동학적 단위: 밀도로 나눔)는 각각 아래와 같다. 

Fig (f) 유한소의 한 면만 고려할때, 어떤 방향으로도 움직이는 공기는 유한소 방향으로 이동하여 혼합되어 유한소의 변형이 발생한다. 따라서, 유한소의 한면에 대해서 아래 3개의 요소를 고려해야 한다. 

유한소의 3면에 대해서 모두 고려하면, momemtum flux와 같이 총 9개의 레이놀즈 응력의 요소를 가지게 된다. 

3. 점성 (전단) 응력 (Viscous Shear Stress)

점성 전단 응력은 유체 내 전단 운동이 있을 때만 존재한다.

유체의 일부가 움직이면, 분자 간의 힘에 의해서 가까이 있는 유체를 동일 방향으로 끌어당긴다. 

점성력은 유한소의 3면 중 어느 방향으로도 작용한다. 

점성 응력이 전단력과 선형적인 관계를 가지는 유체를 Newtonian fluid 라 부른다. 

4. 마찰 속도

지표면 근처에서 바람 쉬어에 의해 난류가 발생하는 경우, 지표 레이놀즈 응력의 크기는 중요. 

지표면 근처에서 측정되는 총 수평 운동량의 연직 플럭스는 아래와 같다. 

위 관계를 기초로 마찰속도(u_*)는 아래와 같이 정의된다. 

아래 조건의 경우, 아래 값들을 구하시오. 

난류 강도

상관계수

난류운동에너지 (Turbulence Kinetic Energy)

해설:

유체점성 (fluid viscosity):

분자 특성으로서 유체 내부에서 변형에 대한 저항의 측정치

모든 유체(액체, 기체)는 점성을 가지고 있다.

점성효과1: 인접한 유체층 사이의 마찰저항의 요인이 된다.

인접한 유체층 사이의 마찰저항의 요인이 되고, 층밀림응력으로 나타난다. 

단위면적당 저항력은 층밀림 운동(shearing motion)과 관련있기 때문에, 층밀림 응력 (shearing stress)라고 부른다.

층밀림 응력의 예는 아래 링크의 그림 참조

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%A0%84%EB%8B%A8_(%EB%AC%BC%EB%A6%AC) 

고정면에서 높이(h)까지 유체 속도는 선형적으로 변하기 때문에, 흐름 내 어디서나 속도경도는 아래와 같다. 

∂u/∂z=U/h

뉴턴은 이 흐름을 층밀림 응력(shearing stress)이 응변율(rate of strain; 즉 속도경도율)에 비례한다는 것을 발견하여 아래 식을 제시하였다. 

  τ=μ(∂u/∂z)

• τ: 층밀림 응력
• μ: 점성계수, 즉 유체의 역학적 점성 (dynamic viscosity). 동점성 (mechanical viscosity) ν=μ/ρ 를 사용하는 것이 더 편리, 차원은 L² T^-1 

실제 유체는 위 그림과 같이 1차원방향이 아닌 3차원방향에 대해서 변동하므로, 일반적인 관계식은 아래와 같다.

  τ_xy =   τ_yx = μ(∂u/∂y + ∂v/∂x)

  τ_xz =   τ_zx = μ(∂u/∂z + ∂w/∂x)

  τ_yz =   τ_zy = μ(∂v/∂z + ∂w/∂y)

• 첫째 첨자: 층밀림 응력이 작용하는 면의 수직인 방향
• 둘째 첨자: 응력의 방향.

이 식의 의미: 뉴턴 유체에서는 ‘층밀림 응력은 응변율 (또는 우변의 괄호 항)에 비례한다’는 것. 응력과 변형 모두 흐름 내 한 점, 한 순간 양이다.

점성효과2: 유체 운동 에너지의 소멸.

유체가 운동을 유지하려면 운동 에너지는 외부에서 지속 공급되거나, 위치에너지(압력 또는 밀도경도)로 부터 전환되어야 한다. 점성은 유체 운동 에너지를 열로 전환하면서 소명시킨다. 

점성흐름의 예

경계층, 혼합층, 제트류, 플룸(plume), 꼬리흐름(wake)

층류와 난류 흐름

층류:

인접층이 서로 미끄러지기 때문에 층을 횡단하는혼합과 이동은 거의 없다. 비점성흐름은 층류와는 달리 층 간의 운동량, 열, 질량의 이동이 발생.

난류:

불규칙, 무작위, 3차원형태이고, 확산(혼합)적인 운동이다. 대부분의 흐름은 난류. But, 3차원 소규모 난류. 2차원 (대규모) 난류는 구별해야!!

시/공간의함수로서 정확히 계산/예측될 수 없다. 따라서 난류의 평균적인 통계 특성을 다룰수 밖에 없다.

레이놀즈 평균과 분산 

대기권에서의 층류 발생은 극히 드물고, 보통 점성아층 (viscous sublayer, 예. 얼음, 진흙평면, 잔잔한 수면) 등에서만 다룬다.

용어정리

• 점성 아층: 완전 층류는 아니고, 약간의 점성이 고려되기는 해도 점성 흐림이라 보기에는 애매한 경계(인접한) 층.  분자 아층과 같은 말. )
• 아층 (Sublayer; 또는 부층). 표면에 인접한 얇은 층 영역. 비슷한 말: 아지표 (subsurface):  지표에 인접한 영역
• 분자 아층 (molecular sublayer): 경계면 (interface) 인접 부근, 즉 분자 아층 (molecular sublayer; <1 mm) 내에서는 공기의 주된 열 전달 방법인 전도(conduction)로서 고체와 같다. 경계면에서 수 mm 만 올라가도 공기의 주된 열 전달 방법은 이류(advection)과 대류(convection)이다.  호수나 해양에서 분자 아층은 수 m 이다.

지구는 아래 어떤 시기에 태양과 가장 가까운가?

• 북반구 겨울
• 남반구 봄
• 남반구 가을
• 남반구 겨울

계절이 생기는 근본적인 원인은 무엇인가?

• 황도면에 대해 기울어진 지구자전 궤도
• 태양방출 에너지의 연간 변화
• 지구의 타원궤도
• 매일 변하는 날씨
• 지구와 태양의 거리

슈테판-볼쯔만의 법칙은 무엇과 무엇의 관계를 설명하는 것인가?

가시광선이 사물에 부딪혀 반사되는 비율을 무엇이라고 부르나 ?

• 알베도
• 보웬비
• 잠열
• 산란
• 방출률

하층 대기에서 가장 중요한 흡수 기체 두 가지는 무엇인가?

온실효과는 다음의 어떤 현상을 의미하는가?

바이오스피어 2(Biosphere 2)

1991년부터 약 2년 동안 미국 애리조나주 오라클(아래 지도)에서 진행된 인공생태계 프로젝트.

격리된 공간을 만들어 태양빛을 제외한 모든 에너지와 물질의 상호작용을 차단시킨 뒤 인공생태계를 제작

8명의 과학자가 거주하며 실험에 참여했으며, 산소부족 현상으로 실패하여 현재는 관광 단지로 이용되고 있음.

바이오스피어 2 내부 시설

https://biosphere2.org/

실험 결과의 전말 

실험 진행 후 얼마 지나지 않아 바이오스피어 2 내부 산소 농도가 ~15%까지 급격하게 감소

이산화탄소 농도는 일반 대기 중 농도의 2~3배로 치솟음.

구조물 자체 결함

콘크리트 구조물이 다량의 산소(~7톤)를 흡수

외부날씨 문제

외부 날씨로 인해 태양 광선 유입량이 적어 식물들이 산소 생산이 충분하지 못했음.

실험 진행 후 얼마 지나지 않아 바이오스피어 2 내부 산소 농도가 ~15%까지 급격하게 감소

이산화탄소 농도는 일반 대기 중 농도의 2~3배로 치솟음.

토양 미생물의 산소 소비

열대 우림지역 토양 속에 포함된 미생물들이 탄소를 이산화탄소로 합성하면서 산소를 많이 소비

유기물 함유량이 많은 토양 내 박테리아의 활동이 왕성하여 탄소--> 이산화탄소 변환 과정에서 산소농도가 감소

그 박테리아들이 내뿜는 이산화탄소로 인해 공기중의 이산화탄소 농도가 급격하게 상승

해양지역 설계 문제

바닷물의 이산화탄소 흡수능력도 너무 작은 규모로 설계되어 적절한 역할을 하지 못하고, 오히려 해양영역에 이산화탄소가 많이 용해되어 물이 산성화 되어 산호들이 녹기 시작하고, 중탄산염을 인위적으로 주입하여 바닷물을 중화시켜야 했다.

악순환 진행

낮 시간에는 식물 광합성으로 인해 산소농도가 회복되다가도 밤이 되면 급격하게 감소함.

식물 광합성만으로는 이산화탄소 농도의 조절이 불가능하게 됨.

이산화탄소 흡수를 촉진하기 위해 심은 나팔꽃은 이상증식을 하면서 다른 식물들의 생장을 저해하기 시작

실험실 내 기후가 변하면서 곤충들이 죽고 불개미 등이 대량 번식

곤충 개체수가 줄어들면서 식물 수정이 어려워짐으로 또다시 이산화탄소 증가를 유발하는 악순환

실험자들 인체 변화

실험자들에게 공급될 식량의 생산도 줄어듦.

실험자들은 영양부족으로 건강악화되고, 심리에도 악영향을 미침. 

바이오스피어 2 실험의 의의

Biosphere 2는 생태계를 인간이 모방/창조하는 것이 상당히 어려운 난제임을 부각시킴.

자연 생태계를 이해하는 지식이 여전히 부족함을 깨달음.

• 바이오 스피어1: 지구 생태계
• 바이오 스피어2: 1991년에 미국 애리조나 주에서 과학자들이 지구 생태계와 격리되도록 만든 또 하나의 생태계

비슷한 실험 - 에덴 프로젝트

https://www.edenproject.com/mission

고전적인 지구과학 개념

새로운 측정 도구들의 등장

에디 공분산법

https://www.youtube.com/watch?v=CR4Anc8Mkas 

Ice core 측정법

https://icecores.org/about-ice-cores

인공 위성

지리정보 시스템 (GIS, Geographical Information System)

수치 모델

https://www.ready.noaa.gov/HYSPLIT.php

A snapshot of the simulated time evolution of the component of atmospheric carbon dioxide (CO2) concentration originating from the land surface for February 1900. CO2 is transferred as NEE from the Community Land Model Version 3 (CLM3)—coupled with the CASA′ terrestrial biogeochemistry model—to the Community Atmosphere Model (CAM3)

나비에-스토크 방정식

Navier-Stokes Equation of Mean Motion:The balance of all the forces in the eath’s atmosphere w/o centrifugal force

In a turbulent atmosphere, a turbulent stress term, the Reynolds stress, must be applied.

* Terms can be neglible in some cases:

    1. For steady-state flow, the tendency --> 0.

    2. Above horizontaly homogeneous sfc, the adv. --> 0.

    3. In the center of high/low pressure areas or for small scale processes,
            the PGF  --> 0.

    4. At the equator, Coriolis term --> 0.