Need Report: 대기과학 정리자료 레포트

2016년 8월 9일 화요일

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대기과학 정리자료 레포트

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대기과학 정리자료

1. 공기의 연직상승

2. 제2종 저기압이 우리나라에 미치는 영향

3. 뇌우의 형성

4. 층후(Thickness)

5. 지구 대기의 열수지 평형

6. 오존층과 오존홀의 생성

7. 혼합응결고도

1. 공기의 연직상승

아르키메데스는 왕관을 제작하는데 쓰인 금의 진위여부를 판단하는 과정에서 부력이라는 과학적 개념을 발견하였다. 대기현상에서도 마찬가지로 가벼운 공기는 부력에 의해 상승한다. 보통 공기는 크게 건조공기(dry air)와 습윤공기(moisture air)로 나뉘는데 건조공기는 수증기가 포함되지 않은 질소와 산소로 이루어진 공기를 일컫는다. 여기서 질소의 분자량은 28, 산소의 분자량은 32이다. 하지만, 습윤공기의 경우 분자량이 18밖에 되지 않는 수증기가 첨가되기 때문에 건조공기보다 가벼워 밀도가 낮아지고 습윤공기가 존재하는 지역에는 고로 공기의 밀도평형을 유지하기 위해 공기의 수렴이 일어나게 된다. 그렇다면, 공기덩어리(parce...

대기과학 정리자료

1. 공기의 연직상승

2. 제2종 저기압이 우리나라에 미치는 영향

3. 뇌우의 형성

4. 층후(Thickness)

5. 지구 대기의 열수지 평형

6. 오존층과 오존홀의 생성

7. 혼합응결고도

1. 공기의 연직상승

여기서 공기덩어리와 주위공기의 압력은 거의 같다. 즉, 의 관계가 성립하므로,

의 관계가 성립된다. 여기서 1)식에 2)식을 대입하면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.

즉, 의 식이 만족하므로, 공기덩어리(parcel)의 밀도가 주위공기의 그것보다 높다면 의 관계가 만족하여 하층으로 하강할 것이고 반대로 공기덩어리의 밀도가 주위공기의 그것보다 낮다면, 의 관계가 성립되어 부력으로 공기덩어리는 상승할 것이다. 즉, 습윤한 공기는 주위공기보다 밀도가 낮으므로 위 식과 관련지으면 의 관계식이 성립되어 상승한다.

2. 제2종 저기압이 우리나라에 미치는 영향

제1종 저기압은 열적으로 형성되는 저기압으로 지면 가열에 의한 공기 상승이 유발되어 나타나는 저기압이다. 반면, 제2종 저기압은 상층의 기압골이 접근하면서 지상에 유도되는 저기압의 형태이다. 보통 우리나라에서 제1종 저기압은 늦봄에서 초가을까지 잘 나타나며, 제2종 저기압은 늦가을에서 초봄까지 잘 나타난다. 겨울철, 시베리아 지역에는 강력한 시베리아 고기압이 발달한다. 여기서 시베리아 고기압은 키 작은 고기압으로 상층은 강력한 저기압을 띠며 이 기단이 누리나라에 접근할 경우, 상층골의 접근에 의해 유도된 지상저기압이 발달하게 된다. 특히, 시베리아의 찬 공기가 서해를 지나면서 습윤한 공기로 탈바꿈되면, 호수눈효과에 의해 한반도에 엄청난 강수를 유발할 가능성이 있다.

3. 뇌우의 형성

우리가 열역학선도를 따져볼 경우, 여기서 CAPE(대류가용에너지)와 CINE(대류억제에너지)의 면적을 토대로 뇌우의 발달 가능성과 그 크기를 알 수 있다. 만약 CAPE의 면적이 크면 더욱 강력한 뇌우가 만들어질 것이고 CINE의 면적이 크면 뇌우의 형성을 방해할 것이다. 또한, 뇌우의 형성가능성을 판별하는 지수로는 SSI 지수가 있다. SSI지수는 500hPa의 주변공기의 온도에서 공기덩어리의 온도를 뺀 값이다. 이 SSI지수가 음의 절대값이 커질수록 더욱 격렬한 뇌우가 형성됨을 의미하며, 양의 절대값으로 커질수록 맑고 쾌청한 날씨가 지속될 것임을 나타낸다. 뇌우의 발달을 촉진하기 위해서는 대류억제에너지(CINE)를 해소시킬 필요가 있는데 이러한 대류억제에너지를 해소시키기 위한 방법으로는 지표가열, 수증기공급, 상층공기 발산을 통해 하층공기 수렴유발 등이 있다. 이러한 과정을 통해서 잠재적으로 불안정한 상태의 대기를 연직적으로 불안정하게 만듦으로써 뇌우를 발달시킬 수 있을 것이다.

4. 층후(Thickness)

층후란 대기의 두께를 말한다. 층후의 크기는 온도와 비례한다. 이러한 이유로 적도지역에서는 층후가 두꺼우며 극지역으로 갈수록 얕아진다. 만약, 우리가 등밀대기를 가정한다면, 층후의 두께를 대략적으로 구할 수 있다. 먼저 이상기체 상태 방정식을 통해 라는 식과 정역학 평형식인 를 통해서 이 두 식을 연립시킬 수 있다. 이를 위해서는 정역학 평형식에 대한 미분근사가 필요하다.

여기서, P는 해당높이까지의 압력, 는 지표공기의 압력, R은 해동높이까지의 고도, 는 지표까지의 고도를 나타낸다. 그리고 이므로, 으로 근사할 수 있으며, 여기서 는 층후가 된다. 그렇다면 정역학 평형식은 아래와 같이 수정할 수 있다.

이 식에 이상기체 상태방정식을 대입하면 층후에 관한 식을 구할 수 있다.

즉, 우리가 특정 온도(T)에 준하는 고도를 알기 위해서는 단지 온도(T)의 값만 대입해주면 된다.

5. 지구 대기의 열수지 평형

지구 대기는 복사평형 상태에 있으며, 이는 태양복사수지와 적외복사의 수지가 평형을 이루기 때문에 나타나는 것이다. 이를테면, 우주로부터 지구 대기가 태양복사에너지 100을 받아들인다면, 이중 30은 우주공간으로 반사되고 20은 대기 중에 흡수된다. 그리고 나머지 50은 지표에 흡수된다. 하지만, 지구 대기의 열수지가 평형상태에 놓여 있으므로 이렇게 받은 70에 해당하는 에너지를 모두 우주공간으로 방출해야 한다. 여기서 지표는 받은 태양복사에너지 50중에서 44를 대기중으로 방출하여 나머지 6을 우주공간으로 직접 방출한다. 그렇다면 대기는 받은 태양복사에너지 20에 지표로부터 받은 지구복사에너지 44를 합쳐 총 64에 해당하는 에너지를 우주 공간으로 방출한다. 이러한 과정을 통해 지구 대기의 열수지 평형이 이루어진다.

6. 오존층과 오존홀의 생성

오존층은 고도 25km 부근의 성층권에 집중적으로 분포한다. 하지만, 사회적으로 문제가 되고 있는 것은 프레온 가스 등의 사용을 통해 오존의 파괴가 가속화되고 있다는 것이다. 만약 오존의 두께가 얇아진다면, 태양으로부터 더욱 더 많은 양의 자외선이 지표로 도달하게 될 것이고 이는 식물의 생장을 방해하며 우리 인간이 생활하는데 있어 커다란 손실을 줄 것이다. 이러한 오존의 밀도가 현저히 낮아 위성상을 보이는 구멍을 오존홀이라고 하는데