[자격증] 기상기사 필기: 1과목 기상관측법 (측기 및 관측)

 정보

• 업무명    : 1과목 기상관측법 (측기 및 관측)
• 작성자    : 박진만
• 작성일    : 2019-09-21
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 내용

 

[핵심이론 01] 기압관측

• 정의
  • 기압은 수평면의 단위 면적당 힘으로 지면으로부터 공기 기둥이 갖는 무게에 해당된다.

• 수은기압계
  • 토리첼리의 원리를 이용한 기압계로 유리관 안의 수은주 의 높이로 기압을 측정한다. 기압 관측값은 온도와 중력 및 기계의 오차의 영향을 받으므로 기차보정, 온도보정, 중력보정을 해주며 이것을 ‘현지기압’이라 한다. 또한 ‘현 지기압’을 해면경정한 값을 ‘해면기압’이라 한다. 아네로 이드 기압계의 경우 자동으로 온도보정이 되고 공기 무게 를 이용하지 않기 때문에 중력보정이 필요하지 않다. 따라 서 기차보정과 해면경정이 필요하다.
    • 현지기압
      • 기차보정 : 기계마다 약간의 오차를 갖게 되는데 오차값은 각각 다르며 기차는 측기 검정증명서에 표시되어 있다.
      • 온도보정 : 기압계는 빙점(0 ℃)일 경우 정확한 척도를 나타내 는데 일반적으로 수은의 온도가 빙점이 아니기 때문 에 필요한 것으로 이는 기차보정보다 더 큰 비중을 차지한다.
      • 중력보정 : 기차보정과 온도보정 다음의 보정으로 표준중력일 때의 수은주의 높이로 보정하는 것이다.
    • 해면기압
      • 여러 관측지점의 고도가 다르기 때문에 일기도상에 표 현할 때 서로 비교를 해주기 위해 평균 해수면 고도로 고치는 것이다.
• 자기기압계
  • 현지 기압값이 기록되며 쌍금속(Bimetal)을 장치하고 있 어 온도에 의한 영향이 없다. 빈번한 교정은 기계의 성능 저하 우려가 있으므로 두 기압계의 시도차가 1 hPa 이상 이 될 시 조정해야 한다.
• 아네로이드기압계
  • 기압의 변화에 따라 수축 및 팽창에 의한 원리로 대기의 온도가 20 ℃ 일 때 정확성이 높다. 크기가 작고 가벼워 취급이 간단한 장점이 있다.

 

[핵심이론 02] 기온관측

• 기온을 관측하는 온도계는 다음과 같이 분류된다.
• 수은온도계
  • 수은은 온도 변화에 따라 신축하여 수은의 꼭대기 값이 당시의 온도이다.
• 최고온도계
  • 수은을 사용하는 온도계로 내부 수은이 팽창 되면 모세관 입구를 뚫고 상승하나 온도가 하강하여 수은 이 수축되면 모세관 입구에서 절단되고 구부의 수은만 수 축한다. 따라서 수은사 끝은 관측시각까지의 최고 온도값 이다. 수평보다 구부를 낮게 설치하며 일계가 되는 시각에 복도를 해야 한다. 복도란 최고온도로 멈춰 있는 수은사를 일계 시각의 기온으로 낮춰주는 것을 뜻한다.
• 최저온도계
  • 알코올을 사용하는 온도계로 온도가 하강하 면 알코올이 구부 쪽으로 수축함과 동시에 알코올 표면장 력으로 인해 지표도 구부 쪽으로 이동한다. 그러나 온도 상승시 지표는 무게에 의해 남아 있고 알코올사만 늘어난 다. 즉, 지표 끝이 최저기온이다. 관측시각의 오른쪽 지표 가 최저 온도이며 복도의 방법은 구부를 서서히 높여 알코 올사 끝부분과 지표와 접촉시키면 된다.
• 자기온도계
  • 쌍금속판으로 구성되어 있으며 팽창계수가 다른 두 금속판을 밀착시켜 팽창계수의 차이로 인해 온도 가 기록되는 장치이다.
• 백금저항온도계
  • 온도가 변화함에 따라 가는 백금선의 전기저항이 변화하는 성질을 이용한 장치이다.
• 열전접전온도계
  • 열전대를 이용한 온도 검출 온도계로 온도 의 변화를 전기 신호로 변환하여 신호를 전달한 후 온도값을 기록하는 검출부, 전달부, 수신기록부로 구성된다.

 

[핵심이론 03] 습도관측

• 습도를 관측하는 습도계는 다음과 같이 분류된다.
• 건습계(건습구유리제온도계)
  • 건구온도계와 습구온도계의 온도 차로 습도를 구하는 것 으로 건습계에 사용되는 2 개의 유리제 온도계는 편리한 측정과 응답 속도에 의한 오차를 최소화하기 위해 같은 종류, 형태, 크기를 가져야 한다.
• 통풍건습계
  • 온도 차를 이용하여 습도를 구하는 측기로 습구유리제온 도계 수감부에 닿는 풍속에 따라 건습계 상수값이 변화하 여 오차를 발생시키기 때문에 바람을 강제통풍시킨다.
• 모발자기습도계
  • 습도의 증감에 따른 모발의 수축 및 팽창의 원리를 이용한 다. 먼지나 매연 등으로 인해 모발이 더러워질 수 있으므 로 종종 깨끗한 붓으로 털어주어야 한다.
• 전기저항고분자막 습도계
  • 고분자 물질의 흡수성에 의해 저항이 변하도록 제작된 장 비로 감지기 표면에 수증기 분자의 흡착량 및 탈착량에 따라서 이온 전도성이 달라진다. 이러한 특성을 이용하여 상대습도를 산출한다.
• 정전용량고분자막 습도계
  • 고분자 물질의 전기적 특성이 물 분자의 흡착 및 탈착에 의해 변하도록 제작된 장비로 상대습도 증가시 고분자 표 면에 물 분자가 흡착되면 유전율에 의해 고분자의 정전용 량이 변한다.

 

[핵심이론 04] 바람관측

• 풍향의 경우 바람은 360°의 10° 간격인 01~36 부호로 10 분 평균값을 관측, 보고해야 하며 관측 표기는 16 방위의 영문 표기(N, NE, NNE 등)이다. 풍속은 지면으로부터 10 m 의 풍속을 표준으로 관측시각 전 10분 평균값을 말한다. 풍향 및 풍속계는 다음과 같이 분류된다.
• 풍배형 풍속계
  • 접점신호에 의해 자기전접계수기가 작동하여 자기기록지 에 기록되는 것으로 1회 접점은 풍배 회전수 54회에 상당 한다. 자기지의 시간선과 기록펜의 곡률이 일치하도록 자 기지 교환시 주의해야 한다.
• 초음파식 풍향⋅풍속계
  • 초음파 성질에 의해, 즉 물질 내부의 진동으로 얻어지는 탄성파로 주로 진동자를 이용하는데 진동자의 진동으로 발생된 초음파가 물체에 의해 다시 반사되어 되돌아오는 초음파를 감지한다. 0 m/s 에서 강풍에 이르기까지 정확 한 측정이 가능하며 응답속도가 매우 빠르다.
• 풍차형 풍향⋅풍속계
  • 순간 풍속을 관측하는 것으로 지상 10 m 에서 대표적인 풍향, 풍속을 측정할 수 있도록 해야 한다.
• 피토관 풍속계
  • 유체흐름의 총압과 정압의 차이를 측정해 풍속을 측정한다.

 

[핵심이론 05] 강수관측

• 목 적
  • 일기예보, 기상특보 등에 이용되고 있으며, 인명 및 재산 피해와 관련된 폭우나 폭설 등은 정확한 관측이 필요하다.
• 강수량
  • 구름이나 공기 중으로부터 지면에 떨어진 액체 또는 고체 의 수증기 응결체로 강수현상은 비, 이슬비, 얼음싸라기, 얼음 이슬비, 눈, 싸락눈, 진눈깨비, 우박, 눈보라, 싸락우 박 등이 있다. 어떤 시간 동안 지면의 강수는 액체 형태로 있다는 가정하에 갖게 되는 높이로 비 또는 이슬비와 같은 액체 형태의 강수는 물론 눈이나 싸락눈, 우박 등의 고체 성 강수도 액체성 강수 형태로 변형 후 물의 깊이로 측정하 여 강수량에 포함시킨다. 단, 이슬, 안개, 무빙, 서리는 강수량에 포함되나 강수일수에선 제외된다.
• 적설
  • 고체 상태의 강수가 지면에 쌓여 있는 수직 깊이로 눈이 노장 주위의 지면을 반 이상 덮었을 때 적설이 있는 것으로 한다. 적설이란 쌓이는 기간에 상관없이 관측시 실제 지면 에 쌓여 있는 눈의 깊이를 말한다.

 

[핵심이론 06] 시정관측

• 시정은 목측에 의해서 이루어지며, 개인의 감지와 해석능 력 및 광원의 특성 등에 좌우되는 것으로 주관적이다.
• 주간의 시정
  • 천공을 배경으로 하여 목표물을 확인할 수 있는 최대거리를 말한다. 목표물은 검은 물체를 택해야 하며 확인하는 것은 존재뿐 아니라 목표물 형태나 윤곽 등을 식별하는 것을 말한다.
• 야간의 시정
  • 주간과 같은 밝기로 했다고 가정한 후 목표 물을 확인할 수 있는 최대거리이다. 따라서 야간은 주간의 시정과 같이 대기의 혼탁도를 표시하며 대기의 혼탁 정도 가 주간과 야간이 같다면 시정은 동일한 값이 된다.

 

[핵심이론 07] 구름관측

• 구름의 분류
  • 기본 운형 10가지로 나누어 관측한다. 기본 운형은 다시 그 형태나 내부구조에 따라 종으로 세분화되고 종은 구 름 조각들의 배열 상태나 투명도에 따라 변종으로 다시 나뉜다.
• 상층운
  • 권운(Ci) : 빙정으로 이루어져 있고 가느다란 실 모양 을 하고 있다. 권운이 태양 쪽에 있을 때 회색으로 보일 정도로 짙은 것도 있다. 이런 권운이 태양을 덮으면 태양의 윤곽이 흐려지고 아주 두꺼운 경우 태양을 가 릴 수도 있다. 권운은 권적운이나 고적운의 꼬리를 늘 려서 만들어지거나 적란운의 상부에서 생기는 경우가 많다.
  • 권적운(Cc) : 거의 빙정으로 이루어져 있고 조약돌을 배열한 것과 같은 운편들의 모임이다. 권적운을 통해 서 해나 달의 위치를 확인할 수 있을 정도로 얇아 광환 또는 채운 현상이 관측될 수 있다. 권운이나 권층운이 변화되기도 하고 고적운의 운편이 적어져 생기는 경우 가 있다.
  • 권층운(Cs) : 빙정으로 이루어져 있고 하늘의 일부나 전체를 덮고 있는 경우가 있으며 햇무리나 달무리 현상 이 발생한다.
• 중층운
  • 고적운(Ac) : 대부분 수적으로 이루어져 있고 구름 조각들이 길게 늘어져 있다. 하늘색과 구별이 확실하 게 나타나는 경우가 대부분이며 고적운의 엷은 부분에 서는 코로나나 채운 현상이 나타난다.
  • 고층운(As) : 수적과 빙정으로 이루어져 있으며 강수 현상을 동반하는 수가 있다. 이때 강수는 보통 지속적 인 비나 눈 또는 어는 비로 내린다.
• 하층운
  • 난층운(Ns) : 짙은 회색의 구름으로 연속적 비 또는 눈을 내리게 한다. 이 구름은 해를 완전히 가릴 만큼 두꺼우며 고층운이 두꺼워져 그 운저가 낮아져서 되는 경우가 있다.
  • 층적운(Sc) : 수적으로 보통 이루어져 있으며 우적이 나 싸락눈을 동반하고, 드물게는 빙정이나 설편을 동 반한다. 층적운에는 코로나 또는 채운 현상이 발생할 수 있다.
  • 층운(St) 이슬비, 얼음침, 가루눈이 내리는 경우가 있다. 층운이 엷을 때는 해코로나나 달코로나가 나타난다.
• 수직운
  • 적운(Cu) : 주로 수적으로 이루어져 있으며 크게 발달 한 적운에는 다량의 소낙성 비가 내리는 경우도 있다.
  • 적란운(Cb) : 큰 빗방울, 설편, 싸락눈 등이 발생 가능하며 뇌전과 뇌우, 우박 및 돌풍을 동반하기도 한다.

 

[핵심이론 08] 기상현상

• 물현상(Hydrometeors, 대기수상)
  • 물이나 얼음 입자가 대기 중에서 부유하거나 낙하하는 현 상으로 비, 이슬비, 눈, 우박, 안개, 박무, 이슬, 서리, 우 빙, 적성, 해빙 등이 있다.
• 먼지현상(Lithometeors, 대기진상)
  • 물이나 얼음 입자가 거의 포함되어 있지 않은 고체 입자들 이 대기 중 떠다니거나 바람에 의해 오르는 현상으로 연무, 황사, 연기, 강회, 먼지보라, 회오리바람 등이 있다.
• 빛현상(Photometeors, 대기광상)
  • 해나 달의 반사, 굴절, 회절, 흡수 등에 의해 생기는 광학 현상으로 종류는 무리, 코로나, 채운, 무지개, 비숍환, 신 기루 등이 있다.
• 전기현상(Electrometeors, 대기전상)
  • 대기 중 일어나는 전기 현상으로 뇌전, 천둥, 번개, 세인트 엘모의 불, 극광 등이 있다.
• 지면상태 관측
  
  • 지면은 습하거나 건조한 정도에 따라 태양열을 받아들이 는 정도가 다르므로 지면온도의 상승 등에 영향을 주어 상층대기 구조에도 영향을 미치게 된다. 지면상태는 다음과 같이 WMO Code 0901과 0974에 의해 관측한다.
    
    • a. 지면이 눈 또는 측정 가능한 얼음으로 덮여 있지 않 을 때
      • 지표면이 건조(지면에 균열이 없으며, 모래 먼지는 일어나지 않음)
      • 지표면이 습윤함
      • 지표면에 물이 고여 있음(지표면에 크고 작은 물웅덩 이가 생김)
      • 지표면에 유수가 있음
      • 지표면이 얼어 있음
      • 지표면이 빙막으로 덮여 있음
      • 지표면은 건조된 먼지 또는 모래로 덮여 있으나 완전 히 덮여 있지는 않음
      • 지표면은 건조된 먼지 또는 모래로 얇게 완전히 덮여 있음
      • 지표면은 건조된 먼지 또는 모래로 보통 또는 두껍게 덮여 있음 
      • 지표면이 대단히 건조하여 균열이 있음
    • b. 지면이 눈 또는 측정 가능한 얼음으로 덮여 있을 때
      • 지표면이 얼음으로 거의 덮여 있음 ∙
      • 지표면의 1/2 미만이 다져진 눈 또는 습성눈(얼음의 유무에 관계없이)으로 덮여 있음
      • 지표면의 1/2 이상이 다져진 눈 또는 습성눈(얼음의 유무에 관계없이)으로 덮여 있으나 완전히 덮인 상태 는 아님
      • 지표면은 다져진 눈 또는 습성눈으로 균일하게 완전 히 덮인 상태
      • 지표면은 다져진 눈 또는 습성눈으로 불균일하게 완 전히 덮인 상태
      • 지표면의 1/2 미만이 푸석푸석한 건성눈으로 덮인 상태
      • 지표면의 1/2 이상이 푸석푸석한 건성눈으로 불균 일하게 덮인 상태(완전히 덮인 상태는 아님)
      • 지표면이 푸석푸석한 건성눈으로 균일하게 완전히 덮인 상태
      • 지표면이 푸석푸석한 건성눈으로 불균일하게 완전 히 덮인 상태 
      • 지표면이 눈으로 두껍게 완전히 덮인 상태

 

[핵심이론 09] 일사, 일조시간 관측

• 직달일사
  • 빛을 받는 면이 태양광선에 수직하도록 설치된 직달일 사계로 측정
  • 다른 일사 측정의 기준
  • 직달일사계 : 은반일사계, Michelson 바이메탈일사계, Eppley 직달일사계 등
• 수평면 일사계
  • 전천일사라고도 불리며 직달일사량과 전천의 산란광 을 측정하는 것
  • 이는 일사량으로 가장 많이 이용
  • 대표적인 수평면 일사계(Pyranometer) : MollGorczynski 일사계, Eppley 일사계, Robitzsch 바이 메탈일사계 등
• 일사량
  • 단위면적에 단위시간당 받는 일사에너지의 양으로 순 간복사량과 일정 시간 동안 단위면적이 받는 총열량 복사량으로 표현
  • 단위 : W/m², cal/cm²/min 등

 

• 일조시간 관측
  • 일조시간 : 태양광선이 구름이나 안개 등에 차단되지 않고 지표면에 비친 시간(일사량이 120 W/m² 이상 일 때의 시간을 말한다)
  • 일조시간은 소수 첫째자리까지의 시간으로 그 백분율로 표시
  • 일조계 ∙기계식일조계 : 조르단일조계(Jordan Sunshine Recorder), 캄벨-스토크스일조계(Campbell-Stokes’ Sunshine Recorder) ∙전자식일조계 : 회전반사경일조계, 바이메탈일조계 (Bimetal Sunshine Recorder)

 

[핵심이론 10] 증발량 관측

• 증발량
  • 수면, 초지, 산림, 지면 등 광범위한 지역에서의 증발량이다. 용기의 형태는 소형과 대형으로 분류되며, WMO는 대형을 권고하고 있다.
• 소형증발계
  • 구경은 20 cm, 깊이는 10 cm이며 증발계 주변으로는 잔디를 심어 빗물이 튀어 들어갈 것을 방지한 다. 강수시 증발계의 물이 넘치지 않게 적당량을 제거하고 그 양을 기록한 후 계산한다.
• 대형증발계
  • 구경은 120 cm, 높이는 25 cm의 아연철판 제로 주변 물체의 영향을 받지 않는 곳에 설치하며 강수시 소형증발계와 동일하게 계산한다. 겨울철은 수면이 빙결 되면 증발량 측정이 불가하기 때문에 철거하여 옥내에 보 존하되 관측 가능한 지역은 계속 관측한다.

 

[핵심이론 11] 백엽상

• 백엽상은 태양의 직사광선이나 지면의 복사 등과 같은 외 부조건을 차단해 주는 역할
• 인위적인 환경에서의 기상관측에 이용. 이는 또한 바람이 나 강수의 영향도 차단시킴
•  설치 방법
  • 백엽상 안에는 대체로 온도계나 습도계를 설치
  • 건습구온도계의 구부는 지면에서 1.2 m - 1.5 m 높이에 설치
  • 자기온습도계는 바닥에 설치하되 온도계는 동쪽, 습도 계는 서쪽에 설치

 

[핵심이론 12] 관측 후 보정절차

• 기압값의 보정
  • 수은기압계의 시도에서 현지기압(관측지점의 기압)을 해 면기압으로의 변환은 기차보정, 온도보정, 중력보정, 해 면경정의 순으로 실시한다.
    • 기차보정
      • 수은기압계의 유리관 내의 수은주 상단은 모세관 작 용으로 가운데가 볼록하게 되어 있기 때문에 실제 높이보다 어느 정도 높게 나타난다. 이 영향은 관의 내경의 대소와 메니스커스의 높이에 따라서 변화하 며 보통 Fortin형 수은기압계는 0.2 mm - 0.3 mm 정도 가 된다.
      • 그러므로 기차를 될 수 있는 대로 적게 하기 위하여 상아침 선단이 척도의 0선보다 다소 높게 제작되어 있다.
      • 이와 같이 하여도 약간의 오차는 있게 되는데 이것을 기차라 하며 기계마다 다르다. 기차는 측기 검정증명 서에 기재되어 있다.
    • 온도보정
      • 기압계의 척도는 그 온도가 빙점 (0 °C)일 때에 정확 한 길이를 나타낸다. 따라서 수은의 온도가 빙점이 아니기 때문에 생기는 오차를 보정해야 한다.
      • 일반적으로 온도보정은 기차보정에 비하면 큰 비중 을 차지한다.
    • 중력보정
      
      • 기압계 시도에 기차보정과 온도보정이 끝나면 중력보정 을 해야 한다. 중력보정은 표준중력 (980.665 dyne) 이 작용하는 때의 수은주의 높이로 보정하는 것을 말한다.
      • 중력보정값은 관측소의 중력값에 따라서 달라지며 한 관측소에서 기차 및 온도보정을 한 기압계의 시도에 의해서 변하는 값이 된다.
    • 해면경정
      • 일기도를 그리기 위해서는 기압을 평균해수면에서 의 기압값으로 고쳐야 한다. 기압은 해발고도가 높을 수록 감소되기 때문에 여러 관측지점의 기압을 서로 비교하기 위해서는 평균 해수면의 값으로 고쳐야만 된다. 이것을 기압의 해면경정이라고 한다.

• 온도값의 보정
  • 온도계의 시도에 기차 보정을 한 것이 정확한 온도가 된다.
• 증발계의 보정
  • 온도보정은 증발계 내의 수온이 4 °C일 때의 시도로 보정하여야 한다. 보정치는 수심과 수온의 함수가 되며 지상기상상용표에 실려 있다. 온도 보정치의 계산에 있어서는 증발계 및 수온측정기의 온도에 의한 팽창을 무시하고 또 수위측정기의 원점의 높이도 온도에 관계 없이 일정한 것으로 가정한다. 이것은 물의 팽창보다 대단히 작기 때문이다.
  • 수위측정기에 의하여 읽은 값 d′에서 온도보정값 Ct 을 빼면 보정된 값 d를 얻게 된다. d = d′ - Ct
  • 수온관측은 수온계가 항시 증발계 중앙에 위치토록 하 고 관측 시에는 몸으로 일사를 막아 시도의 변화를 막고 온도계의 눈금과 관측자의 눈높이에 맞추어 정확히 측정한다.

 

[핵심이론 13] 관측결과의 정리 및 해석기법

• 평균, 표준편차, 분산 등 관측결과에 대한 각각의 판단(예. 평균온도, 평균기압, 기압의 연분포 등)을 구하는 방법이 있으며 다음과 같이 관측결과들을 이용하여 서로의 관계를 구하는 기법도 있다.
  • 회귀분석
    • 종속변수와 독립변수 간 관련성의 강도 파악
    • 독립변수 값의 변화에 따른 종속변수 값의 변화를 예측 하는 데 사용
  • 상관관계분석
    • 분석대상 변수들 간의 관련 정도, 관계의 방향(정(+)의 방향, 부(-)의 방향), 상관계수에 대한 가설의 검증

 

 참고문헌

[논문]

• 없음

[보고서]

• 없음

[URL]

• 없음

 

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