기상 기후 강의 노트

https://blog.naver.com/bomedu2020/222662567455

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

NASA에서 제공하는 어린이를 위한 기후변화 관련자료 소개

기후변화, 탄소, 온실효과, 생태계 변화, 해양, 인공위성 등을 주제로 K-12가 흥미를 유발할 수 있도록 재미있게 만들었습니다. 

https://climatekids.nasa.gov/

교수 과목

학부

수리물리학 / 대기통계학 / 대기화학 / 미기상학 / 기상관측및분석 /

자료처리론 / 포트란프로그래밍 / 응용기상학
생활과기상 /지구유체역학 / 일반지구과학

대학원
기상 인공지능 특론, 대기화학, 대기복사

과학영재학교

지구환경과학 / 날씨와 기후 / 일반지구과학

관련 링크

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.

NWS JetStream - Learning Lessons (weather.gov)

Skew-T Log-P Diagram 공부하기 좋은 사이트

NWS JetStream - Skew-T Log-P Diagrams (weather.gov)

Biosphere Effects on Aerosol and Photochemistry Experiment (BEARPEX)

Lake Tahoe

lake tahoe - Google 검색

Blodgett Forest Research Station

BEARPEX 2009

BEARPEX 2009 - Home (berkeley.edu)

안정도 개념

안정한 대기 : 공기덩이가 주위환경보다 온도가 낮다면 공기덩이의 밀도가 주변보다 커질 것이고, 원래 위치로 되돌아 옴. 안정한 공기는 연직 운동에 저항

불안정 대기 : 상승하는 공기덩이가 주변보다  따뜻하면 주위보다 밀도가 낮아 공기덩이의 온도가 주위와 같게 되는 고도까지 계속 상승. 불안정한 공기는 부력때문에 상승함

NWS JetStream - Stability/Instability (weather.gov)

대기 안정도 : 날씨 조절 인자

절대 안정

환경감률이 습윤 단열감율보다 작을 때

안정한 공기덩이가 LCL이상으로 강제 상승되더라도 주위보다 여전히 차고 밀도가 높아 제 위치로 되돌아가려 함.

절대 불안정

환경감률이 건조단열 감률보다 클 때

상승하는 공기덩이는 항상 주위환경보다 따뜻하여 공기덩이 자체의 부력 때문에 계속 상승

태양의 지표 가열이 강렬할 때, 가장 따뜻한 달의 맑은 날 발생

조건부 불안정

대기불안정의 일반적인 유형

습윤공기가 습윤단열감률과 건조단열감률 사이의 환경 감률

대기가 불포화 공기에 대해서는 안정, 포화공기에 대해서는 불안정

자유대류고도(LCL) : 공기덩이가 자체 부력에 의해 상승되는 고도

풍상측 강수와 풍하측 비그늘

기온역전과 대기 안정도

온도가 고도에 따라 상승하는 대기층

지면 근처의 복사냉각

해가 지고 나면 지표면은 빠르게 냉각되지만 상부의 공기는 따뜻함

지면 근처의 공기가 차고 무거워 연직 혼합이 발생하지 않음

기온역전이 해소되기 전까지 오염물질 농도는 올라감

안개 발생시 안개 소산을 지연시킴

대기에서 대류활동이 역전층을 뚫지 못하도록하는 뚜껑처럼 작용

대기상층에서 발생

성층권에서 따뜻한 역전층을 형성하여 대류운의 성장을 멈추게 함

안정도와 대기오염