제130회 기상예보기술사 기출문제

 
 
 
 
 
※ 다음 문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각10점)
1. 순압 불안정과 경압 불안정에 대하여 설명하시오.

순압 불안정과 경압 불안정은 대기역학에서 대기의 안정성과 관련된 개념으로, 대기 흐름과 온도 분포에 따라 구분됩니다.
순압 불안정
• 특징: 등압면과 등밀도면이 평행하며 교차하지 않는 상태를 말합니다. 대기 흐름이 단순하고 안정적인 구조를 이루며, 요란이 발생하기 어렵습니다.
• 발생 조건: 일반적으로 대기의 온도와 밀도가 균일하게 분포되어 있는 상태에서 나타납니다.
경압 불안정
• 특징: 등압면과 등밀도면이 교차하는 상태로, 남북 온도 기울기가 클 때 발생합니다. 이로 인해 동서방향으로 수천 km에 달하는 파동이 형성되며, 대기의 불안정성이 증가합니다.
• 에너지 전환: 남북 온도 기울기에 따른 위치 에너지가 운동 에너지로 변환되면서 불안정성을 유발합니다. 이는 중위도 저기압과 고기압의 형성에 중요한 역할을 합니다.
• 발생 조건: 온도 차이가 큰 지역에서 상층과 하층의 파동이 상호작용하여 증폭될 때 주로 발생합니다.

2. 카오스(Chaos) 현상에 대하여 설명하시오.

카오스(Chaos) 현상은 겉보기에는 무질서하고 불규칙적으로 보이지만, 내적으로는 일정한 규칙성을 가진 복잡한 시스템의 행동을 설명하는 개념입니다. 이는 주로 비선형 방정식으로 기술되며, 초기 조건에 대한 민감성이 특징입니다.
주요 특징
1. 결정론적 성질: 카오스 현상은 특정 규칙에 따라 움직이지만, 초기 조건의 작은 변화가 시간이 지남에 따라 큰 차이를 초래합니다. 이를 나비효과라고 합니다.
2. 비선형성: 변수 간 관계가 단순히 비례하지 않는 비선형 시스템에서 자주 발생하며, 복잡성과 예측 불가능성을 증가시킵니다.
3. 프랙탈 구조: 카오스 시스템에서 발견되는 자기유사적 패턴으로, 복잡한 구조를 시각화하는 데 사용됩니다.
응용 분야
• 기상학: 대기의 난류와 같은 현상은 카오스적 특성을 보여 장기 기상 예측이 어렵습니다.
• 경제학: 금융 시장의 변동성과 같은 복잡한 현상을 설명하는 데 사용됩니다.
• 생물학 및 공학: 심장 박동, 신경망, 제어 시스템 설계 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

3. 선형류에 대하여 설명하시오.

선형류(선형풍)는 대기역학에서 특정 조건 하에 발생하는 바람의 한 종류로, 주로 전향력이 무시될 수 있는 작은 규모의 운동에서 나타납니다.
특징
1. 정의: 선형풍은 기압경도력과 원심력이 서로 평형을 이루는 상태에서 발생하는 바람입니다. 이때 전향력은 무시됩니다.
2. 발생 조건:
• 운동 규모가 작아 전향력이 기압경도력이나 원심력보다 상대적으로 작을 때.
• 토네이도와 같은 좁은 지역에서 발생하는 강한 저기압 현상에서 주로 나타납니다.
3. 평형 상태:
• 기압경도력은 안쪽으로 작용하고, 원심력은 바깥쪽으로 작용하여 균형을 이룹니다.
• 이러한 평형 상태는 고기압성 또는 저기압성 순환 모두에서 가능하며, 회전 방향은 반시계 또는 시계 방향이 될 수 있습니다.

4. 지형 장애물 위로 서풍이 불 때 일어나는 수평면에서 공기덩어리의 궤적 변화를 설명
하시오.

지형 장애물 위로 서풍이 불 때, 공기덩어리의 수평면에서 궤적 변화는 지형의 형태와 대기의 안정도에 따라 달라집니다. 주요 변화는 다음과 같습니다:
1. 지형의 영향
• 장애물 전면: 공기덩어리는 장애물을 만나 상승하게 되며, 이 과정에서 속도가 감소하고 압력이 증가합니다.
• 장애물 후면: 공기 흐름은 난류와 와류를 형성하며 불규칙한 궤적을 보입니다. 이는 지형의 모양(예: 산의 경사)과 크기에 따라 달라집니다.
2. 대기의 안정도
• 안정한 대기: 공기덩어리는 장애물을 넘은 후에도 원래 고도로 복귀하려는 경향을 보이며, 비교적 부드러운 흐름을 형성합니다.
• 불안정한 대기: 상승한 공기가 계속 상승하거나 난류를 강화하며, 복잡한 궤적이 나타납니다.
3. 전형적인 현상
• 풍하측 난류: 장애물 뒤쪽에서는 와류와 난류가 발생하여 공기덩어리의 흐름이 불규칙해집니다.
• 풍속 증가: 좁은 지형 통로에서는 바람이 가속되며, “벤츄리 효과”로 인해 풍속이 크게 증가할 수 있습니다.

5. 700hPa 일기도의 기류가 지상 한랭전선과 평행일 때와 직각일 때의 한랭전선의
활성도를 각각 설명하시오.

700hPa 일기도의 기류가 지상 한랭전선과 평행할 때와 직각일 때, 한랭전선의 활성도는 다음과 같이 달라집니다:
1. 700hPa 기류가 한랭전선과 평행할 때
• 활성 전선(Ana Front):
• 이 경우, 전선면을 따라 강한 상승 운동이 발생합니다.
• 전선 후방에서 구름과 강수 구역이 넓게 형성되며, 강한 대류 활동으로 인해 적란운이 발달하고 집중 호우나 뇌우가 동반될 가능성이 높습니다.
• 전선의 상승 기류가 강화되므로 한랭전선이 매우 활동적입니다.
2. 700hPa 기류가 한랭전선과 직각일 때
• 비활성 전선(Kata Front):
• 전선면을 따라 하강 기류가 발생하거나 상승 운동이 약화됩니다.
• 구름 형성과 강수 활동이 제한되며, 대규모 강수보다는 약한 비나 구름만 나타날 가능성이 높습니다.
• 전선의 활동성이 낮아지고, 강수 구역도 좁게 나타납니다.
결론적으로, 평행할 때는 활성도가 높아지고, 직각일 때는 비활성화되어 전선의 기상현상이 약해집니다.

6. 호도그래프 모양에 따른 뇌우의 종류에 대하여 설명하시오.

뇌우의 종류는 호도그래프의 모양에 따라 다양한 특징을 보이며, 이는 주로 연직 바람 시어와 관련이 있습니다. 아래는 호도그래프 모양에 따른 뇌우의 종류와 특징입니다:
1. 직선형 호도그래프
• 특징: 연직 바람 시어가 일정한 방향으로 증가하며, 호도그래프가 직선 형태를 띱니다.
• 뇌우 유형: 다세포 뇌우(Multi-cell thunderstorm)
• 여러 개의 뇌우가 군집하여 발생하며, 강한 상승기류와 하강기류가 반복됩니다.
• 집중호우, 우박, 돌풍 등을 동반할 수 있습니다.
2. 곡선형 호도그래프 (시계방향 회전)
• 특징: 연직 바람 시어가 고도에 따라 방향을 시계방향으로 회전하며, 호도그래프가 곡선을 이룹니다.
• 뇌우 유형: 슈퍼세포 뇌우(Supercell thunderstorm)
• 강한 회전성 상승기류(메소사이클론)를 동반하며, 토네이도, 대형 우박, 강풍과 같은 극단적 기상을 유발합니다.
• 가장 파괴적인 뇌우 유형으로 알려져 있습니다.
3. 곡선형 호도그래프 (반시계방향 회전)
• 특징: 연직 바람 시어가 반시계방향으로 회전하며 곡선을 형성합니다.
• 뇌우 유형: 좌측 이동 뇌우(Left-moving thunderstorm)
• 일반적으로 약한 상승기류를 동반하며, 상대적으로 덜 강력한 기상을 유발합니다.
4. 원형 또는 나선형 호도그래프
• 특징: 고도가 증가함에 따라 바람이 나선형으로 변화하여 호도그래프가 원이나 나선을 형성합니다.
• 뇌우 유형: 다중 셀 뇌우(Multi-cell cluster) 또는 복합적인 뇌우
• 다양한 방향으로 이동하는 셀이 포함되며, 복잡한 강수 패턴과 돌풍을 유발할 수 있습니다.

7. 1000-700hPa 층후(두께) 이류도를 도식적으로 작성하는데 반드시 필요한 기본일기도
종류를 모두 설명하시오.

1000-700hPa 층후 이류도를 도식적으로 작성하기 위해 필요한 기본 일기도는 다음과 같습니다:
1. 1000hPa 일기도
• 역할: 지상 기압계(고기압, 저기압)와 전선의 위치를 파악하는 데 사용됩니다.
• 필요성: 지상에서의 기압 경도력과 바람의 흐름을 분석하여 열적 이류(온난/한랭 이류)의 방향성을 이해합니다.
2. 700hPa 일기도
• 역할: 중층 대기의 기압 분포와 바람 흐름을 나타냅니다.
• 필요성: 중층 대기의 바람 패턴과 연직 속도(상승/하강 기류)를 분석하여 열적 이류와 강수 가능성을 평가합니다.
3. 1000-700hPa 층후도
• 역할: 두 기압면 사이의 평균 온도 분포를 나타내며, 층후선의 밀집도와 곡률을 통해 열적 이류를 분석합니다.
• 필요성: 층후선과 바람의 상대적 위치를 통해 온난 이류(층후 증가)와 한랭 이류(층후 감소)를 도식화합니다.
4. 700hPa 연직 속도장
• 역할: 상승 기류와 하강 기류를 나타내며, 열적 이류가 대규모 상승 운동과 어떻게 연결되는지 파악합니다.
• 필요성: 강수 지역과 대기 불안정성을 예측하는 데 필수적입니다.

8. 봄과 가을에 우리나라에 주로 영향을 주는 기단의 명칭과 성질을 각각 설명하시오.

봄과 가을에 우리나라에 주로 영향을 주는 기단은 양쯔강 기단과 이동성 고기압입니다. 이들의 성질은 다음과 같습니다:
1. 양쯔강 기단
• 발생지: 중국 양쯔강 유역.
• 성질: 따뜻하고 건조한 공기를 포함.
• 영향: 봄과 가을에 우리나라로 이동하며 맑고 건조한 날씨를 만듭니다. 황사와 같은 대기 현상도 동반될 수 있습니다.
2. 이동성 고기압
• 발생지: 대륙이나 해양에서 형성된 고기압이 이동.
• 성질: 따뜻하고 건조하거나, 때로는 습한 공기를 포함.
• 영향: 맑고 일교차가 큰 날씨를 유발하며, 2~3일 주기로 날씨가 변합니다.

9. 자동기상관측장비 ASOS, AWS 각각의 역할과 관측요소에 대하여 설명하시오.

자동기상관측장비 ASOS와 AWS의 역할과 관측 요소는 다음과 같습니다:
1. ASOS (Automated Synoptic Observing System)
• 역할:
• 종관 기상 관측 장비로, 기상청 및 주요 기상 관서에서 사용.
• 지역의 현재 기상을 실시간으로 제공하며, 기상 예보 및 기후 통계 작성에 활용.
• 국제적으로 교환 가능한 전문 기상 자료를 생산.
• 관측 요소:
• 기본 요소: 풍향, 풍속, 기온, 강수량, 강수 유무, 기압, 습도.
• 추가 요소: 일사량, 일조량, 초상온도, 지면온도, 지중온도, 적설량, 시정, 운고 등 총 16개 이상.
2. AWS (Automatic Weather System)
• 역할:
• 방재용 기상 관측 장비로 무인으로 운영되며, 국지적 위험 기상 감시가 주요 목적.
• ASOS가 커버하지 못하는 사각지대에서 관측 공백을 해소.
• 농업, 항공기상 등 다양한 분야에서 활용.
• 관측 요소:
• 기본 요소: 풍향, 풍속, 기온, 강수량(0.5mm 단위), 강수 유무.
• 선택적 요소: 기압, 습도, 시정, 적설 등.
차이점 요약
• ASOS는 더 많은 관측 요소를 포함하며 주로 유인 기상 관서에 설치.
• AWS는 무인으로 운영되며 국지적 위험 기상 감시에 중점.

10. 기상관측표준화법의 제정 목적과 표준화 대상에 대하여 설명하시오.

기상관측표준화법의 제정 목적과 표준화 대상은 다음과 같습니다:
1. 제정 목적
• 기상관측의 정확성과 기상관측장비 운용의 효율성을 높이고, 기상관측자료의 공동 활용을 촉진하여 기상재해로부터 국민의 생명과 재산을 보호하고 공공 복리 증진에 기여하기 위함.
2. 표준화 대상
• 기상관측업무: 관측 방식, 기준, 환경, 자료 처리 등.
• 기상관측장비: 기상측기의 규격, 형식승인, 검정 및 사후 관리.
• 관측환경: 장비 설치 위치와 조건 등 최적의 관측환경 유지.
• 기상자료: 품질 관리 및 상호 교환 방식.

11. 온실기체의 정의와 온실효과를 유발할 수 있는 기체에 대하여 설명하시오.

온실기체의 정의와 온실효과를 유발할 수 있는 기체는 다음과 같습니다:
1. 온실기체의 정의
• 온실기체는 지구 대기 중에서 지표면에서 방출되는 적외선 복사열을 흡수하거나 반사하여 지구 표면의 온도를 상승시키는 역할을 하는 기체를 말합니다.
• 이러한 기체는 지구를 감싸는 “담요”처럼 작용하여 자연적인 온실효과를 유지하지만, 농도가 증가하면 지구온난화를 초래합니다.
2. 온실효과를 유발하는 주요 기체
• 자연적 온실기체:
• 수증기(H₂O): 대기 중에서 가장 풍부하며, 자연적인 온실효과에 가장 큰 영향을 미칩니다.
• 이산화탄소(CO₂): 화석연료 연소, 산림 벌채 등으로 배출되며, 전체 온실가스 배출량의 약 77%를 차지합니다.
• 메탄(CH₄): 농업(특히 가축), 폐기물 처리 과정에서 발생하며, 이산화탄소보다 약 21배 높은 지구온난화지수를 가집니다.
• 아산화질소(N₂O): 비료 사용, 산업 공정 등에서 발생하며, 이산화탄소보다 약 310배 강한 온난화 효과를 유발합니다.
• 인공적 온실기체:
• 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF₆): 냉매, 반도체 제조 공정 등에서 사용되며, 매우 높은 지구온난화지수를 가집니다(140~23,900).
3. 온실효과의 역할
• 자연적인 온실효과는 지구 평균 기온을 약 15°C로 유지시켜 생명체가 살 수 있는 환경을 제공합니다.
• 그러나 인간 활동으로 인해 온실기체 농도가 증가하면 “강화된 온실효과”가 발생하여 지구 평균 기온이 상승하고, 이를 지구온난화라고 합니다.

12. 현재 기상청이 제공하는 다양한 생활기상지수들 가운데 3가지만 설명하시오.

기상청이 제공하는 생활기상지수 중 3가지와 그 특징은 다음과 같습니다:
1. 자외선지수
• 정의: 태양에서 방출되는 자외선의 강도를 지수화한 것으로, 인체에 미치는 영향을 평가합니다.
• 제공 기간: 연중.
• 단계 구분:
• 낮음(3 미만), 보통(35), 높음(67), 매우 높음(8~10), 위험(11 이상).
• 활용: 피부 화상 예방 및 외출 시 자외선 차단 대책 수립에 사용됩니다.
2. 대기정체지수
• 정의: 대기의 확산 능력을 평가하여 대기오염물질이 정체될 가능성을 나타냅니다.
• 제공 기간: 연중.
• 단계 구분:
• 낮음(25 이하), 보통(2650), 높음(5175), 매우 높음(76 이상).
• 활용: 대기질 관리 및 건강 보호 조치에 활용됩니다.
3. 꽃가루농도위험지수
• 정의: 특정 시기에 공기 중 꽃가루 농도를 분석하여 알레르기 유발 가능성을 평가합니다.
• 제공 기간:
• 소나무·참나무: 4월~6월.
• 잡초류: 8월~10월.
• 활용: 알레르기 환자의 건강 관리 및 예방 조치에 도움을 줍니다.

13. 맑은 하늘이 푸르게 보이는 이유와 일출과 일몰시 태양이 붉게 보이는 이유에 대하여
설명하시오.
 

맑은 하늘이 푸르게 보이는 이유
• 레일리 산란: 태양빛은 다양한 파장의 빛으로 구성되어 있으며, 대기 중의 공기 분자와 충돌하면서 산란됩니다. 이때 파장이 짧은 파란색과 보라색 빛이 더 많이 산란되는데, 인간의 눈은 보라색보다 파란색에 더 민감하여 하늘이 푸르게 보입니다.
• 대기층 두께: 낮 동안 태양빛이 대기를 통과하는 거리가 짧아, 짧은 파장의 빛(파란색)이 주로 산란됩니다.
일출과 일몰 시 태양이 붉게 보이는 이유
• 태양빛의 경로 증가: 일출과 일몰 시 태양은 지평선 근처에 위치하며, 빛이 대기를 통과하는 거리가 길어집니다. 이 과정에서 짧은 파장의 푸른빛은 대부분 산란되고, 긴 파장의 붉은빛만 남아 도달합니다.
• 대기 입자의 영향: 먼지나 수증기가 적은 날에는 빛의 산란이 덜 방해받아 더욱 선명한 붉은색을 볼 수 있습니다. 이는 가을철 노을이 유독 붉게 보이는 이유와도 관련이 있습니다.

 
 
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
1. 앙상블 예보의 특성과 앙상블 예측시스템에서 생산된 확률 예보의 장점에 대하여 각각
설명하고, 앙상블 예보에서 사용되는 EPSgram에 대하여 설명하시오.

앙상블 예보의 특성
• 불확실성 보완: 초기 조건, 물리 과정, 경계 조건 등이 다른 여러 수치예보 모델을 실행하여 다양한 예측 시나리오를 생성합니다. 이를 통해 단일 모델의 결정론적 한계를 보완하고, 예측 신뢰도를 높입니다.
• 확률적 접근: 단일 결과가 아닌 예측의 범위와 확률 분포를 제공하여 다양한 가능성을 평가할 수 있습니다. 이는 특히 중·장기 예보에서 유용합니다.
앙상블 예측 시스템에서 생산된 확률 예보의 장점
1. 예보 신뢰도 향상: 여러 시나리오를 통해 특정 현상이 발생할 확률을 정량적으로 평가할 수 있어, 예보의 신뢰도를 높입니다.
2. 위험 기상 조기 탐지: 극한 기상(예: 폭우, 태풍) 발생 가능성을 사전에 파악하여 재난 대비에 도움을 줍니다.
3. 다양한 시나리오 제공: 단일 모델이 아닌 다양한 결과를 통해 미래 상황에 대한 더 풍부한 정보를 제공합니다.
EPSgram (Ensemble Prediction System Gram)
• 정의: 앙상블 예보 시스템에서 생산된 데이터를 시각화한 도구로, 특정 지점에 대한 시간별 주요 기상 요소(온도, 강수량 등)의 변화를 그래프로 나타냅니다.
• 특징:
• 각 앙상블 멤버의 예측 결과를 시간 순으로 표시하여 변화 경향을 쉽게 파악할 수 있습니다.
• 과거 관측값과 비교해 예측 오차와 경향을 분석할 수 있습니다.
• 멤버 간 스프레드(분산)를 통해 예측 불확실성을 정량적으로 평가합니다.
• 활용: 예보관이 특정 지역의 기상 변화와 모델 간 일관성을 분석하고, 신뢰도 높은 정보를 바탕으로 의사결정을 내리는 데 사용됩니다.
EPSgram은 앙상블 데이터를 직관적으로 표현해 불확실성 관리와 위험 기상 대비에 중요한 역할을 합니다.

2. 잘 혼합된 행성 경계층에서 힘들의 균형을 모식도로 제시하고, 각 힘이 미치는 방향에
대하여 설명하시오.
3. 겨울철 강수가 예상될 때 지상일기도와 700hPa 일기도만 이용하여 강수의 종류를
결정하는 단계를 설명하시오.
4. 연직기온구조를 바탕으로 층후(Thickness)를 이용한 강수형태 구분 방법을 보인 것
이다. 다음 물음에 답하시오.
1) A∼D에 들어갈 적절한 강수형태에 대하여 설명하시오.
2) B, C와 같은 종류의 강수가 발생할 수 있는 조건에 대하여 설명하시오.
3) C와 같은 강수가 자주 발생하는 지역에 대하여 설명하시오.

5. 기상레이더의 기본원리와 강수구름 연구에 레이더가 갖는 장점에 대하여 각각 설명
하시오.
6. 해양기상 재해와 관련된 이상파랑(Freak wave)과 이안류(Rip currents)에 대하여 각각
설명하시오.
 
 
 
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
1. 온도풍 방정식은 아주 유용한 진단 수단으로 관측된 바람과 온도장의 분석이 일치하는지
검사하는데 종종 사용된다. 그리고 수평 온도 이류를 추정하기 위해 온도풍 방정식을
사용할 수 있다. 북반구에서 고도에 따른 바람의 반전과 순전에 대하여 설명하시오.
2. 다음에 대하여 설명하시오.
하층 대기에서 건조단열감률은 거의 일정하다.
3. 우리나라 다설 지역에 관한 다음 각 물음에 대하여 답하시오(단, 도서지방은 제외한다).
1) 우리나라의 첫 번째와 두 번째 다설 지역을 나열하고, 각각의 평균 수 상당량비를
쓰시오.
2) 초겨울부터 늦겨울까지 시간경과에 따라 적설 지역이 다른 원인을 기압계 변화로
설명하시오.
4. 폭탄저기압(Bomb cyclone)에 관한 다음 물음에 대하여 답하시오.
1) 정의
2) 발생원인
3) 주요 발생 시기 및 지역
4) 동반되는 위험기상
5. 2023년 WMO(세계기상기구)는 지난 3년간 이어졌던 라니냐 시기가 끝나고, 올 하반기
부터 엘리뇨 발생 가능성이 높아 앞으로 지구 곳곳에 폭염과 홍수 및 가뭄 등의 기상
현상이 더욱 심화할 것으로 전망하였는데 이를 뒷받침할 수 있는 과학적 근거에 대하여
설명하시오.
6. 성층권 오존의 개념과 지구분포, 계절분포에 대하여 각각 설명하시오.
 
 
 
 
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)
1. 발달하는 경압파동과 연관된 이차 순환에 대한 모식도를 제시하고, 각 영역에서 연직
순환을 일으키는 물리과정에 대하여 설명하시오.
2. 에타 좌표계의 특성을 설명하고, 시그마 좌표계와 비교하여 장·단점을 설명하시오.
3. 그림 가운데 대기 온도곡선(ABCED)은 대류가 발생하기 전의 기온곡선으로 T점은
지상의 예상 최고기온이고, Q점은 최고기온 출현 때 노점온도이다. 한편, CC' 고도는
대기온도곡선의 기울기가 포화단열선의 기울기와 같아지는 고도이며, DD' 고도는
BB'E와 DD'E의 면적이 같아지도록 잡은 고도이다(단, 상승하는 공기괴는 보상 하강
기류를 동반하지 않고, 따라서 주위공기의 단열승온을 일으키지 않는다고 가정한다).
다음 물음에 답하시오.
1) B'점과 E점의 명칭을 쓰고, B'의 위치가 B점의 왼쪽에 있을 때와의 차이점에
대하여 설명하시오.
2) 면적 BB'E의 물리적 의미에 대하여 설명하시오.
3) 이 그림과 같은 경우 a)공기덩이법(parcel method)에 따른 구름꼭대기의 고도와
b)일반적인 대류운의 운정고도 범위 및 c)대류운 운정의 절대상한고도에 대하여
각각 설명하시오.

4. 혼합응결고도(Mixing Condensation Level, MCL)를 정의하고, 단열선도상에서 도식적
으로 구하는 방법에 대하여 설명하시오.
5. 안개, 박무 및 연무에 대한 각각의 정의와 안개의 특성에 대하여 설명하시오.
6. 3차원 원격탐사관측 기술이 적용되어 있는 연직바람관측장비(Wind profiler)의 특성과
기존 상층관측기술과의 차이점에 대하여 각각 설명하시오.