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 요구된다.
미기상학
아래 그림과 같이 대기 규모(scale) 스펙트럼의 가장 낮은 끝단에서의 대기 현상과 과정을 다루는 기상학의 한 분야이다.
미기상학의 연구 대상은 대기 지표층 (surface layer)과 대기 경계층의 5 - 10% 높이에 해당하는 약 0.5 - 2km 깊이를 포함.
이 영역은 인간이 살아가는 환경이므로 대단히 중요.
지표면 마찰에 의해서 직접 영향을 받는 얕은 층으로 atmospheric boundary layer (ABL) 또는 planetary boundary layer (PBL)이라고 한다. 용어 정리
그림 1. Schematic spectrum of wind speed near the ground estimated from a study of Van der Hoven (1957). (출처: Stull 1988)
미기상학의 연구 대상
- 대기 경계층에서 발생하거나 지배받는 대기 현상에 한정
- 대기와 지표면간의 에너지, 질량, 운동량 교환
- 기상 변수들의 연직분포
- 난류
1. 바람,기온, 습도, 미량기체의 농도 등의 연직분포와 지표근처에서의 에너지 교환.
2. 대기와 지표면 상호간에 heat (energy), mass, momentum 의 교환.
- 지표근처의 에너지 수지 (budget)는 지표-대기-태양 시스템 에 포함되는 에너지 교환의 중요한 특징.
3. 기상변수의 단시간 평균 외에도 난류 섭동 (turbulence fluctuation) 의 통계학.
- 지표-대기 간 에너지 교환과 관련해서 중요.
대류운, 토네이도 같은 현상은 그 역학이 mesoscale과 macroscale 날씨 시스템에 영향에 의해 지배되기 때문에, 미기상학 분야에서는 제외.
미기상학의 중요성
난류 전달과정
PBL을 통한 질량,열,운동량의 교환작용
대기질은 PBL난류의 혼합능력에 의존
국지기상의 발달과 소멸에 큰 영향을 미침. 저/고기압 지역 내의 하층 수렴/발산에 영향을 미침
대기의 운동에너지는 난류에 의해서 연직적으로 소산됨.
미기상학과 미기후학
공통점: 지표면 부근에서 발생하는 대기 현상을 다룸
차이점: 기상변수들을 평균(적분)하는 시간이 다름 (단기간 vs. 장기간 평균 및 변동)
대기 운동 규모 (크기, scale) 분류
- 수평규모: 수 mm ~ 지구 둘레 크기 까지
- 연직규모: 지표면~ 전체 대기높이 까지
- 시간규모: <1초 ~ 몇 년
이를 기준으로, 지난 50년 동안 미규모 (microscale), 중규모(mesoscale), 대규모(macroscale) 또는 국지규모 (local), 지역규모(regional), 지구규모(global) 로 대기 규모의 스펙트럼을 나누어 연구되어 왔음 (그림 2 참조)
- 3-6일의 주파수, 수천 km (Rossby wave) 의 공간규모, 즉 대기순환규모
- 수초-수분의 시간간격은 micro-turbulence 규모에서의 에너지와 물질 교환과 관련됨.
그림 2. Typical time and space orders of magnitude for micro and mesoscales.
미기상학의 응용
5급 공채 문제 - 미기상학 (2018)
해설: 미기상학 수업자료 참고 해설: 미기상학 수업자료 참고 1)대기오염기상학 오염물질의 대기 수송 및 확산 육지와 물 표면으로의 대기 침적 발전소 및 대규모 산업시설에 대한 부지 선정 2)
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1)대기오염기상학
오염물질의 대기 수송 및 확산
육지와 물 표면으로의 대기 침적
발전소 및 대규모 산업시설에 대한 부지 선정
2)중규모 기상학
도시경계층과 열섬
해륙풍
배수풍과 산곡풍
3) 농림 기상학
지표면 온도와 서리 조건 예측
증발산과 물수지
식물 캐노피 내의 이산화탄소의 교환
4) 도시계획과 관리
안개예측과 제거
난방 및 냉방 요구
바람 부하와 구조물의 설계
빌딩 주변의 흐름과 분산
도로면 온도와 착빙 가능성 예보
5) 연안기상학
기온, 지온, 토양습윤량, 일사량 등과 관련된
해안 생태계
해무 발생 기작
