[자격증] 기상기사 필기 : 2과목 대기열역학 (대기 안정도 및 단열선도)

 정보

  • 업무명     : 기상기사 핵심이론 소개
  • 작성자     : 박진만
  • 작성일     : 2019-12-07
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 내용

[핵심이론 01] 불안정도 결정

  • 정적 불안정도
    • 대기의 안정도를 나타낼 때 환경기온감률을 Γ, 건조단열 감률을 Γd, 포화단열감률을 Γs로 표시하여 안정도를 나타낸다.
    • 절대 안정 : Γ<Γs<Γd(수증기 함량에 관계없이 안정) (ex : 새벽안개 등)
    • 절대 불안정 : Γ>Γd>Γs (수증기 함량에 관계없이 불안정) (ex : 대류, 적란운, 천둥번개, 뇌우 등)
    • 조건부 불안정 : Γd>Γ>Γs (포화 공기에 대해서는 불안정하나 불포화 공기에 대해서는 안정)
    • 중립 평형 : Γ=Γd(건조 중립), Γ=Γs (포화 중립)
    • ※ 참고로 Γ=6.5C/km, Γd=9.8C/kmΓs=5C/km 이다.
  • 잠재 불안정도
    • 비잠재불안정 : 상층과 하층을 통틀어 음의 면적(N ; Negative)만 있는 경우(상승하더라도 불안정하지 않는 기온감률)
    • 위잠재불안정 : 하층의 음의 면적(N)이 상층의 양의 면적(P ; Positive)보다 큰 경우
    • 진잠재불안정 : 상층의 양의 면적(P)이 하층의 음의 면적(N) 보다 큰 경우
  • 대류 불안정도(=위치 불안정도)
    • 어떤 기층이 상승하게 될 때 기층 중 어떤 부분은 빨리 포화되고 어떤 부분은 그렇지 못하다. 기층의 대류 가능성 에 대한 지표로서 기층 전체를 포화하기까지 올리면 불안 정이 되는 경우를 말한다.
    • dθedz<0 : 대류불안정
  • 부력진동수(N ; Buoyancy Frequency)
    • 부력진동수 N=(g/θ)(dθ/dz)은 안정도를 판별하는 하나의 지수로서 정적으로 안정한 대기에서는 dθ/dz>0이므로 양의 값을 가진다. 
    • * dθdz>0 (안정), dθdz<0 (불안정), dθdz=0 (중립)

 

[핵심이론 02] 단열선도

  • 단열선도 : 고층 기상 관측 자료를 신속하게 정리 분석하여 한 관측 지점의 연직 방향의 열역학적 특징을 파악하기 위한 그림(Diagram)
  • 기본 등치선 : 등압선, 등온선, 건조단열선, 포화(습윤)단 열선, 포화혼합비선(가지)
  • ※ Skew T-log P 선도의 등치선 기울기순
  • 건조단열선>포화단열선>등포화혼합비선>등온선
  • 단열선도의 조건
    • 단열선과 등온선이 이루는 각이 클 것
    • 등치선은 직선에 가까울 것
    • y축은 고도로 표현
    • 공기덩이가 한 일(에너지 적분)은 단열선도의 면적에 비례할 것(면적 동등성)
  • 단열선도의 종류
    • Clapeyron Diagram (P-V)
      • 등온선과 단열선의 각이 작다.
      • 등온선과 단열선이 곡선이다.
      • w=pdv=area (단열선도 상의 면적)
    • Tephigram
      • 등온선과 단열선이 이루는 각이 90°이다.
      • 등온선과 단열선이 직선이다.
      • 시계방향으로 45° 회전 → 등압선은 거의 직선(y축 이 고도에 대응함)
      • w=Tds=Cparea
    • Emagram(Energy Per Unit Mass Diagram
      • 등온선과 단열선이 이루는 각이 약 45°이다.
      • 등압선과 등온선은 직선이다.
      • w=pdv=Rdarea
    • Pseudo Adiabatic 또는 Stuve Diagram
      • 단열선과 등온선의 교차각은 Scale에 따라 결정되지 만 거의 45°이다.
      • 등압선(P)과 등온선(T)는 거의 직선에 가깝지만, P와 T가 0인 지점에서 수렴
      • 면적이 에너지를 대변하지 못함(Not Areaequivalent).
    • SkewT-log P Diagram
      • Emagram을 변형시켜 등온선과 건조단열선의 교각 이 90°에 가깝게 되도록 한 Diagram으로서 우리나 라 기상청(KMA)과 미공군의 공식 단열선도이다.
    • 층후(Thickness)
      • 두 등압면의 Geopotential 고도의 차로
      • h=RdgTvlnP1P2
      • Rd : 건조공기기체상수
      • g : 중력가속도
      • Tv (혹은 T) P1과 P2 사이의 평균가온도 식을 이용하여 구할 수 있다.