제133회 기상예보기술사 기출문제 및 예상답안

 
 
 
 
※ 총 13문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각 10점)
1. 다음 문장의 ( )안에 적절한 용어를 쓰시오.
수은기압계로 관측한 기압을 해면기압으로 환산할 때 필요한 보정(補正)에는
( ), ( ), ( ), ( )의 4종류가 있다.

수은기압계로 관측한 기압을 해면기압으로 환산할 때 필요한 보정에는 기차보정, 온도보정, 중력보정, 고도보정의 4종류가 있습니다

2. 태양과 지구간의 시차를 이용해서 태양상수   를 수식으로 표현하시오.
(단, 스테판-볼쯔만 상수   ×이고 태양반경은   이며, 태양과지구간의 거리는  이고, 시차  °이고, 태양의 절대온도 T=6000  이다.)

태양과 지구 간의 시차를 이용해 태양상수를 수식으로 표현하면 다음과 같습니다:

여기서: I=L/4*3.14D
• : 태양상수 (단위: )
• : 태양의 총 복사 에너지(일률, 단위: )
• : 태양과 지구 사이의 거리 (1 AU, 단위: ).
이 식은 태양이 방출하는 총 에너지가 구면 대칭으로 퍼져 나간다고 가정하고, 지구에서 단위 면적당 받는 에너지를 계산한 것입니다.

3. 대기의 창(atmospheric window)을 설명하시오.

대기의 창(Atmospheric Window)은 지구 대기 중 특정 파장대의 전자기파가 대기에 흡수되지 않고 지표면에 도달할 수 있는 영역을 말합니다. 이는 주로 가시광선(0.4~0.7㎛), 적외선(8~13㎛), 그리고 전파(1~20mm) 대역에서 나타납니다.
이러한 창은 천문 관측, 기상 위성의 지표 관측, 열 방출 제어 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 예를 들어, 적외선 창은 지구 복사 에너지를 우주로 방출하거나 위성에서 지표면 온도를 측정하는 데 사용됩니다.

4. 천리안위성의 기상요소 산출물 종류 중 8가지를 쓰시오.

천리안위성의 기상요소 산출물 중 8가지는 다음과 같습니다:
1. 구름 탐지
2. 강수량 분석
3. 황사 탐지
4. 안개 탐지
5. 해수면 온도
6. 오존량 분석
7. 복사 에너지 관측
8. 태풍 감시 및 분석.

 

 

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5. 기상레이더의 기본원리인 도플러 효과(Doppler effect)에 대하여 설명하시오.

도플러 효과(Doppler Effect)는 파동의 발생원과 관찰자 간의 상대적인 운동에 따라 파동의 주파수와 파장이 변하는 현상입니다. 발생원이 관찰자에게 가까워질 때는 주파수가 증가하고(파장이 짧아짐), 멀어질 때는 주파수가 감소합니다(파장이 길어짐).
기상 레이더에서 도플러 효과는 대기 중 강수 입자에서 반사된 전자기파의 주파수 변화를 분석하여 입자의 이동 속도와 방향을 측정하는 데 활용됩니다. 이를 통해 바람의 속도, 강수의 움직임, 토네이도와 같은 위험 기상 현상을 정밀하게 감지할 수 있습니다.

6. 수치예보(numerical weather prediction)에 대하여 설명하시오.

수치예보(Numerical Weather Prediction, NWP)는 대기의 물리적, 역학적, 열역학적 법칙을 기반으로 수학적 방정식을 사용해 날씨를 예측하는 방법입니다. 관측된 데이터를 활용해 초기 조건을 설정하고, 이를 컴퓨터로 계산하여 미래의 대기 상태를 예측합니다.
주요 과정은 다음과 같습니다:
1. 자료 수집: 전 세계 기상 관측소, 위성, 레이더 등을 통해 기온, 습도, 바람 등 데이터를 수집.
2. 자료동화: 수집된 데이터를 격자화하고 부족한 부분을 보완해 초기값 생성.
3. 수치 모델 계산: 대기를 격자로 나누고 물리 방정식을 적용해 시간에 따른 변화를 계산.
4. 결과 분석 및 예보 생성: 계산 결과를 분석해 최종 예보를 작성.
수치예보는 슈퍼컴퓨터를 활용하며, 기상예보뿐 아니라 해양 예측, 재난 대비 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 하지만 초기 조건의 불확실성, 해상도 한계 등으로 인해 정확성에 제약이 있을 수 있습니다.

7. 앙상블 스프레드(spread)를 설명하고, 실제 예보에서의 활용방법을 서술하시오.

**앙상블 스프레드(Ensemble Spread)**는 앙상블 예보에서 각 멤버(모델 실행 결과) 간의 예측 값 차이를 나타내는 지표로, 불확실성을 정량적으로 표현합니다. 이는 앙상블 멤버들의 평균값과 개별 멤버 값 간의 편차를 계산하여 구합니다. 스프레드가 작을수록 예보의 신뢰도가 높고, 클수록 불확실성이 증가함을 의미합니다.
실제 예보에서의 활용
1. 예보 신뢰도 평가: 스프레드가 작은 경우 예보의 신뢰도가 높다고 판단하며, 이를 바탕으로 상세한 예보를 제공합니다.
2. 위험 기상 대비: 스프레드가 클 경우 다양한 시나리오를 검토하고 최악의 상황에 대비하는 데 활용됩니다.
3. 확률적 예보 제공: 강수 확률, 온도 범위 등 확률 기반 정보를 산출하여 의사결정에 도움을 줍니다.
4. 장기 예보 개선: 시간이 지남에 따라 증가하는 스프레드를 분석해 장기 예보의 불확실성을 줄이는 데 기여합니다.

8. 영향예보에 대하여 설명하시오.

영향예보(Impact-Based Forecast)**는 기상 현상으로 인해 예상되는 사회·경제적 영향을 과학적 자료를 바탕으로 분석하고, 이를 상세한 기상정보와 함께 제공하는 예보입니다. 기존의 단순 기상현상 예보와 달리, 특정 지역의 취약성과 위험 노출을 고려하여 재해 예방과 대응을 지원합니다.
특징
• 위험 수준 분류: 관심, 주의, 경고, 위험의 4단계로 구분하여 차별화된 대응요령을 제공합니다.
• 지역 맞춤형 정보: 동일한 기상현상이라도 지역별로 다른 영향을 고려하여 대응 방안을 제시합니다.
활용 예시
• 폭염으로 인한 열사병 위험 지역 예측 및 대응 방안 제공.
• 한파로 인한 동파 가능성과 농업 피해 경고.
• 집중호우 시 침수 가능 지역 및 교통 위험 구간 안내.
영향예보는 기후변화로 증가하는 극한기상에 효과적으로 대응하기 위해 필수적인 정보 제공 체계로 자리 잡고 있습니다.

9. 수치모델에서 물리 모수화(physical parameterization)가 필요한 이유를 설명하시오.

수치모델에서 **물리 모수화(Physical Parameterization)**가 필요한 이유는 대기 현상 중 일부가 모델의 격자 해상도보다 작은 규모에서 발생하기 때문입니다. 이러한 소규모 현상(예: 구름 생성, 강수, 복사 전달 등)은 모델이 직접 계산할 수 없으므로, 이를 평균화하거나 근사적인 방식으로 표현하여 대규모 운동에 포함시키는 과정이 필요합니다.
필요성
1. 소규모 현상의 표현: 소나기, 대류, 난류 등과 같은 아격자 규모의 현상을 모델에 반영하기 위해 필요합니다.
2. 계산 효율성: 컴퓨터 자원의 한계로 인해 모든 물리 과정을 직접 계산할 수 없으므로, 근사 방식을 통해 계산 부담을 줄입니다.
3. 예측 정확도 향상: 복잡한 물리 과정을 모수화하여 모델의 예측 성능을 개선합니다. 예를 들어, 산악 지형에서 강우 예측 정확도를 높이는 데 활용됩니다.
활용 사례
• 구름 및 강수 과정: 구름 미세물리와 대류 모수화를 통해 강수량과 구름 분포를 예측.
• 복사 과정: 태양 복사와 지구 복사를 모수화하여 에너지 흐름을 계산.
• 지면-대기 상호작용: 지표면의 열적·수분적 특성을 반영해 대기 상태를 보정.

10. 대기의 비선형성과 관련하여 수치모델을 이용한 종관기상의 중기 예측성을 설명하시오.

대기의 비선형성은 수치모델을 이용한 종관기상의 중기 예측성에 중요한 영향을 미칩니다. 대기 운동 방정식의 비선형항은 대규모와 소규모 파동 간의 상호작용을 유발하며, 초기 조건의 작은 차이가 시간이 지남에 따라 크게 증폭될 수 있습니다. 이를 통해 대기는 카오스적 특성을 보이며, 중기 예보(5~10일)의 예측성을 제한합니다.
중기 예측성의 특징
1. 초기 조건 민감성: 초기 관측자료의 정확성과 밀도는 중기 예보의 신뢰도를 결정짓는 핵심 요소입니다. 초기 조건이 조금만 달라져도 결과가 크게 달라질 수 있습니다.
2. 모델 해상도와 시간 간격: 비선형성이 큰 경우, 모델의 시간 및 공간 해상도가 부족하면 작은 규모 현상이 제대로 표현되지 않아 예측 정확도가 떨어질 수 있습니다.
3. 예보 기간에 따른 불확실성 증가: 비선형적 상호작용으로 인해 시간이 지날수록 예보 오차가 누적되며, 중기 예보는 장기 예보보다 더 큰 불확실성을 가집니다.
중기 예보에서 수치모델의 활용
• 앙상블 예보: 여러 초기 조건과 모델 설정을 사용해 다양한 시나리오를 생성함으로써 불확실성을 정량화하고, 더 신뢰할 수 있는 확률적 정보를 제공합니다.
• 자료 동화 기술: 관측 자료를 지속적으로 통합하여 초기 조건을 개선하고, 모델 결과를 보정합니다.
• 모수화 개선: 구름 생성, 복사 과정 등 물리적 과정을 정교하게 모사하여 모델 성능을 향상시킵니다.
결론적으로, 대기의 비선형성은 중기 예보의 한계를 규정하지만, 앙상블 기법과 자료 동화 기술 등을 통해 이러한 한계를 줄이고 예보 정확성을 높이는 노력이 지속되고 있습니다.

11. 라디오존데 관측의 장·단점을 설명하시오.

라디오존데 관측의 장점과 단점은 다음과 같습니다:
장점
1. 고층 대기 관측 가능: 최대 약 35km 상공까지 기온, 습도, 풍향, 풍속 등의 데이터를 측정할 수 있어 고층 대기 연구와 수치모델 초기 조건 제공에 유용.
2. 시간·날씨 제약 없음: 주야간 및 강우 상황에서도 안정적으로 관측 가능.
3. 높은 정확성: 상층 대기 관측 기술 중 가장 정확한 방법으로 인정받음.
4. 다양한 활용: 수치예보 자료, 기후 연구, 위성 자료 검증 등에 폭넓게 사용.
단점
1. 일회용 장비: 재사용이 불가능하며, 매년 대량의 라디오존데가 소모됨.
2. 환경 문제: 낙하산, 플라스틱 부품 등이 자연 분해되지 않아 환경오염을 유발.
3. 회수 어려움: 바다나 산악 지역으로 떨어지는 경우 회수가 거의 불가능.
4. 운영 비용 부담: 수입 장비 의존도가 높아 지속적인 예산 투입이 필요.
라디오존데는 고층 대기 관측에서 필수적이지만, 환경적·경제적 문제를 해결하기 위한 개선이 요구됩니다.

12. 지구온난화의 인위적 요인에 대하여 설명하시오.

지구온난화의 인위적 요인은 인간 활동으로 인해 대기 중 온실가스 농도가 증가하고, 지구 에너지 균형이 변화하면서 발생합니다. 주요 인위적 요인은 다음과 같습니다:
1. 화석연료 연소: 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료 사용으로 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O) 등의 온실가스가 대량 배출됩니다.
2. 산림파괴: 벌목과 토지 개발로 인해 이산화탄소 흡수원이 줄어들고, 토지 이용 변화로 온난화가 가속화됩니다.
3. 농업 및 가축 사육: 논농사와 가축 사육 과정에서 메탄과 아산화질소가 방출됩니다.
4. 산업활동: 냉매, 반도체 제조 등에서 수소불화탄소(HFCs), 과불화탄소(PFCs), 육불화황(SF6) 같은 강력한 온실가스가 배출됩니다.
5. 도시화 및 토지 피복 변화: 도시 개발로 인해 열섬 효과와 대기 순환 변화가 발생합니다.
이러한 요인들은 산업혁명 이후 급격히 증가했으며, 특히 화석연료 사용이 지구온난화의 가장 큰 원인으로 지목되고 있습니다.

13. 기상청에서 서비스하고 있는 체감온도(體感溫度)를 설명하시오.
 

기상청에서 서비스하는 체감온도는 사람이 실제로 느끼는 더위나 추위의 정도를 수치로 나타낸 값으로, 기온 외에도 바람, 습도 등의 환경적 요인을 고려하여 산출됩니다.
여름철 체감온도
• 기온과 습도를 기반으로 계산되며, 습도가 높을수록 땀의 증발이 어려워 더위를 더 강하게 느끼게 됩니다.
• 산출식은 습구온도(Tw)와 기온(Ta), 상대습도(RH)를 이용하여 계산됩니다.
겨울철 체감온도
• 기온과 풍속을 고려하여 산출되며, 바람이 강할수록 피부 열 손실이 커져 더 춥게 느껴집니다.
• 기온 10°C 이하, 풍속 1.3m/s 이상일 때만 계산되며, 공식은

활용
체감온도는 폭염 및 한파 대응, 생활기상지수 제공 등에서 활용되며, 사람들에게 실질적인 날씨 체감을 반영한 정보를 제공하여 건강과 안전을 도모합니다.

 

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※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 구름이 발생하는 대표적인 3가지 원인에 대하여 설명하시오.

구름이 발생하는 대표적인 3가지 원인은 다음과 같습니다:
1. 지표면 가열에 의한 대류
3. 태양 복사로 지표면이 가열되면, 지표면 근처의 공기가 따뜻해지고 가벼워져 상승합니다. 이 과정에서 공기가 냉각되고 응결하여 구름이 형성됩니다.
2. 지형에 의한 강제 상승
바람이 산맥과 같은 지형에 부딪히면 공기가 위로 강제 상승하게 됩니다. 상승한 공기가 냉각되면서 응결하여 구름이 만들어집니다.
3. 성질이 다른 공기의 충돌(전선 활동)
따뜻한 공기와 차가운 공기가 만날 때, 따뜻한 공기가 차가운 공기 위로 상승하며 냉각됩니다. 이로 인해 응결이 발생하고 구름이 생성됩니다. 이는 주로 전선(온난전선, 한랭전선)에서 나타납니다.

2. 다음 그림은 한반도 주변에 영향을 미치는 주요 기단을 A, B, C, D로 나타내었다.
아래 물음에 답하시오.

1) 각 기단 A, B, C, D의 이름을 기술하시오.
2) 각 기단 A, B, C, D가 영향을 미치는 시기와 주요 기상현상을 설명하시오.
3) 각 기단 A, B, C, D의 특성과 형성 원인을 설명하시오.
3. 안개의 생성조건 3가지 및 이류안개, 복사안개, 증발안개, 활승안개들이 형성되는 과정을설명하시오.

안개의 생성 조건 3가지
1. 높은 습도: 대기 중에 수증기가 충분히 포함되어 있어야 합니다. 상대습도가 높을수록 안개가 쉽게 형성됩니다.
2. 기온 감소: 공기의 온도가 이슬점에 도달하거나 그 이하로 낮아져야 수증기가 응결하여 물방울로 변합니다.
3. 약한 바람: 바람이 약하거나 공기가 정체된 상태에서 안개가 잘 형성됩니다. 강한 바람은 물방울을 흩어지게 하여 안개 형성을 방해합니다.
안개의 종류와 형성 과정
1. 이류안개(Advection Fog)
• 따뜻하고 습한 공기가 차가운 지표면 위로 이동하면서 하층 공기가 냉각되어 이슬점 이하로 떨어질 때 발생합니다.
• 주로 해안 지역에서 나타나며, 해무의 대표적인 사례입니다.
2. 복사안개(Radiation Fog)
• 밤에 지면이 복사냉각으로 빠르게 식으면서 접촉한 공기가 냉각되고, 이슬점 이하로 떨어질 때 발생합니다.
• 맑고 바람이 약한 날 새벽에 주로 나타나며, 해가 뜨면 소멸됩니다.
3. 증발안개(Steam Fog)
• 차가운 공기가 따뜻한 수면 위를 지나면서 수면에서 증발한 수증기가 하층 공기를 포화 상태로 만들어 형성됩니다.
• 김이 나는 것처럼 보이며, 주로 강이나 호수 근처에서 발생합니다.
4. 활승안개(Upslope Fog)
• 습한 공기가 산이나 경사를 타고 상승하면서 단열 팽창으로 냉각되어 이슬점 이하로 떨어질 때 발생합니다.
• 산 중턱에 구름처럼 걸쳐 있는 형태로 나타납니다.

4. 하층제트(low-level jet)에 대하여 설명하고, 상층제트(upper-level jet)와 결합하여 강한
강수를 발생시키는 기작(mechanism)을 도식하고 설명하시오.

하층제트(Low-Level Jet)와 강수 발생 메커니즘
하층제트는 주로 대기 하층(850hPa~925hPa)에서 나타나는 강한 바람대로, 따뜻하고 습한 공기를 수송하며 강수 발생에 중요한 역할을 합니다. 특히, 상층제트(Upper-Level Jet)와 결합하면 강한 상승 운동과 대규모 강수를 유발할 수 있습니다.
상·하층 제트 결합(커플링)과 강수 발생 기작
1. 하층제트의 역할:
• 하층제트는 저위도의 고온다습한 공기를 북쪽으로 수송합니다.
• 하층에서의 수렴이 발생하며, 공기가 상승하여 응결 및 잠열 방출을 통해 대류를 강화합니다.
2. 상층제트의 역할:
• 상층제트는 고도 약 200hPa 부근에서 나타나며, 제트 입구의 오른쪽과 출구의 왼쪽에서 발산이 발생해 상승 운동을 촉진합니다.
• 상층 발산은 하층에서 상승하는 공기의 흐름을 더욱 강화시킵니다.
3. 상·하층 제트 커플링:
• 하층제트가 상층제트의 발산 구역 아래로 유입되면, 두 제트 사이에 직접 열 순환(Direct Thermal Circulation)이 형성됩니다.
• 이 구조는 강한 상승 운동을 유발하며, 대류 구름이 발달하고 집중호우를 초래합니다.

1. 하층: 따뜻하고 습한 공기가 하층제트를 따라 북쪽으로 이동 → 하층 수렴 및 상승 운동 발생.
2. 중간: 상승한 공기가 냉각되며 응결 → 구름 형성 및 잠열 방출로 대류 강화.
3. 상층: 상층제트 발산 구역에서 상승 운동 촉진 → 연직 순환 구조 강화.
4. 결과: 강력한 대류와 집중호우 발생.


강수 발생 메커니즘 요약
• 하층제트는 습기를 공급하고 상승 운동을 시작합니다.
• 상층제트는 발산으로 상승 운동을 더욱 강화합니다.
• 두 제트의 결합으로 연직 순환이 강화되며, 지속적이고 강력한 강수가 발생합니다.
이러한 메커니즘은 여름철 장마 기간이나 집중호우 사례에서 자주 관찰됩니다.

5. 수치모델링(numerical modeling)에서 초기화(initialization)가 필요한 이유를 설명하시오.

수치모델링에서 **초기화(Initialization)**는 모델의 계산을 시작하기 전에 대기의 초기 상태를 정확히 설정하는 과정으로, 이는 예보의 정확성을 높이기 위해 필수적입니다.
초기화가 필요한 이유
1. 관측 자료의 불완전성 보완: 관측 자료는 시공간적으로 불규칙하게 분포하며, 결측값이나 오차가 포함될 수 있습니다. 초기화는 이러한 자료를 모델이 사용할 수 있는 형태로 변환하고 품질을 개선합니다.
2. 중력파 제거: 초기 조건 설정 시, 관측 자료와 모델 간의 불일치로 인해 인위적인 중력파가 생성될 수 있습니다. 초기화 과정은 이를 제거하여 모델 계산의 안정성을 확보합니다.
3. 스핀업(Spin-up) 문제 해결: 모델이 초기 상태에서 균형을 이루기까지 시간이 걸리며, 이 기간 동안 예보 정확도가 낮아질 수 있습니다. 초기화는 물리적·역학적 균형을 맞춰 스핀업 문제를 최소화합니다.
4. 모델과 관측 간 통합: 초기화는 관측 자료와 모델의 배경장을 결합하여 대기의 최적 상태를 생성함으로써 예보 신뢰도를 높입니다.
결론
초기화는 관측 자료의 품질을 보정하고, 모델 계산의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위한 핵심 단계입니다. 이를 통해 수치모델은 대기의 현재 상태를 정확히 반영하고, 더 나은 예보 결과를 제공합니다.

6. Skew T – Log p 단열선도에서 상승응결고도(lifting condensation level)를 구하는
방법을 설명하시오.
 

Skew T – Log p 단열선도에서 상승응결고도(LCL)를 구하는 방법은 다음과 같습니다:
상승응결고도(LCL)란?
• 상승응결고도는 공기가 상승하면서 기온과 이슬점 온도가 같아져 응결이 시작되는 고도를 의미합니다.
• 이는 구름 형성의 시작점으로, 대기의 수증기가 포화 상태에 도달하는 지점을 나타냅니다.
Skew T – Log p에서 LCL 구하는 과정
1. **지표 기온(T)**과 **이슬점 온도(Td)**를 확인합니다.
2. 건조단열선(Dry Adiabatic Line):
• 지표 기온(T)에서 시작하여 건조단열선을 따라 위로 이동합니다. 이는 공기가 단열적으로 냉각되는 경로를 나타냅니다.
3. 포화혼합비선(Saturation Mixing Ratio Line):
• 지표 이슬점 온도(Td)에서 시작하여 포화혼합비선을 따라 위로 이동합니다. 이는 공기의 수증기량이 포화 상태에 도달하는 경로를 나타냅니다.
4. 교차점 찾기:
• 건조단열선과 포화혼합비선이 만나는 지점이 상승응결고도(LCL)입니다.
• 이 교차점의 높이(압력 축에서 읽음)가 LCL에 해당합니다.
공식으로 계산하기
LCL은 수학적으로도 계산할 수 있습니다:

• : 지표 기온(°C)
• : 지표 이슬점 온도(°C)
• 결과값은 고도(m)로 나타납니다.
요약
Skew T – Log p 단열선도를 이용하면, 건조단열선과 포화혼합비선의 교차점을 통해 상승응결고도를 시각적으로 구할 수 있으며, 공식으로도 간단히 계산 가능합니다. 이는 구름 형성 및 대기 안정성 분석에 중요한 정보를 제공합니다.

 

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※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 정지궤도 기상위성의 센서인 가시광선 채널(VIS)과 적외영상 채널(IR1)의 특성을 각
각 설명하시오.

가시광선 채널(VIS)의 특성
1. 관측 원리: 태양광이 지표면, 구름, 대기에서 반사된 빛의 강도를 측정합니다.
2. 관측 가능 시간: 태양광이 필요한 낮 시간대에만 관측이 가능합니다.
3. 주요 활용:
• 구름의 분포와 형태를 상세히 관찰.
• 지표면과 해양의 반사도 분석.
• 산불, 황사 등 대기 현상 탐지.
4. 해상도: 일반적으로 적외선 채널보다 공간 해상도가 높아 세부적인 구조를 관찰하는 데 유리합니다.
적외영상 채널(IR1)의 특성
1. 관측 원리: 물체에서 방출되는 열복사를 감지하여 구름, 대기, 지표면의 온도를 측정합니다.
2. 관측 가능 시간: 태양광에 의존하지 않으므로 낮과 밤 모두 관측이 가능합니다.
3. 주요 활용:
• 구름의 온도 및 높이 분석(운정온도 추출).
• 강수량 추정 및 대류 활동 감지.
• 태풍, 폭우 등 극한 기상 현상 모니터링.
4. 한계점:
• 공간 해상도가 가시광선 채널보다 낮아 세부 구조 관찰에는 제한이 있습니다.
• 강수량 추정 시 과소 평가 경향이 있어 지상 관측 자료와 보정이 필요합니다.
요약
• **가시광선 채널(VIS)**은 낮에만 사용 가능하며, 구름과 지표면의 세부 구조를 고해상도로 관찰하는 데 적합합니다.
• **적외영상 채널(IR1)**은 낮과 밤 모두 활용 가능하며, 열복사를 통해 구름의 온도와 강수량 등을 분석하는 데 유리하지만 해상도가 상대적으로 낮습니다.

2. 그림은 우리나라 부근을 통과하는 온대 저기압의 모식도이다. 이 기압의 특성(생성과발달과정)과 A∼C 각 지역에 나타나는 기상현상을 설명하시오.

3. 겨울철 강수의 형태를 판별하기 위해 층후선도를 이용하는데, 1000-850hPa 층후선도가
갖는 장점과 단점을 설명하시오.

1000-850hPa 층후선도의 장점과 단점
장점:
1. 강수 형태 판별에 유용: 1000-850hPa 층후는 눈과 비를 구분하는 데 효과적이며, 특히 겨울철 강수 형태를 예측하는 데 자주 사용됩니다.
2. 온도와의 상관성: 층후값이 높으면 따뜻한 공기를, 낮으면 차가운 공기를 의미하므로 강수 형태를 간접적으로 판단할 수 있습니다.
3. 정확한 기준 제공: 1281~1297gpm 범위는 눈과 비가 혼재될 가능성을 잘 나타내며, 강수 형태 판별의 정확도를 높입니다.
단점:
1. 고지대 적용 한계: 1000hPa 고도값이 고지대에서는 지표보다 낮아 신뢰도가 떨어질 수 있습니다.
2. 기온 역전 현상에 취약: 기온 역전이 발생하면 층후선도를 이용한 강수 형태 판별 정확도가 감소합니다.
3. 지역적 제한성: 특정 지역의 기상 조건에 따라 층후선도의 활용도가 제한될 수 있습니다.

4. 대기경계층(atmospheric boundary layer)에 의하여 자유대기(free atmosphere)의
지균소용돌이도(geostrophic vorticity)가 시간에 따라 급격히 감소되는 이유를 설명하시오.

대기경계층(atmospheric boundary layer)에 의해 자유대기(free atmosphere)의 지균소용돌이도(geostrophic vorticity)가 시간에 따라 급격히 감소하는 이유는 다음과 같습니다:
1. 마찰 효과: 대기경계층은 지표면과의 마찰로 인해 운동량을 소산시킵니다. 이로 인해 지균풍이 약화되고, 소용돌이도의 크기도 감소합니다.
2. 난류의 영향: 대기경계층에서는 수직 난류가 지배적입니다. 난류는 열, 운동량, 물질을 교환하며, 소용돌이도의 분포를 비균질하게 만들어 자유대기의 소용돌이도를 빠르게 감소시킵니다.
3. 운동량 전달: 경계층 내에서 발생하는 운동량의 수직 교환은 자유대기의 운동량을 경계층으로 전달하여 소용돌이도의 감소를 가속화합니다.
결론적으로, 대기경계층의 마찰과 난류 작용이 주된 원인으로 작용하여 자유대기의 지균소용돌이도가 시간에 따라 급격히 감소합니다.

5. 다음 그림은 상층의 제트기류(jet stream)와 최대풍속 영역을 나타낸 그림이다. 각 위치
(a∼d)에 따른 2차 순환을 설명하시오.

6. 아래는 정역학 방정식과 에너지보존 방정식을 나타낸다. 이를 이용하여 건조공기가
단열 상승할 때 지상 근처에서 고도에 따른 기온감률이 일정함을 설명하시오.
(단, 는 건조공기와 외부공기 사이에 출입하는 열량,  는 중력가속도,   , T, , , ,
그리고 는 각각 건조공기에 대한 정압비열, 절대온도, 밀도, 비부피, 기압, 고도를
의미한다.)

 
 

 

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※ 총 6문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각 25점)
1. 황사와 미세먼지의 발생 원인과 구성 성분을 설명하시오.

황사와 미세먼지의 발생 원인 및 구성 성분
1. 황사
• 발생 원인:
황사는 주로 중국과 몽골의 사막 및 황토 지대에서 발생합니다. 강한 바람이 건조하고 잘게 부서진 토양 입자를 대기 중으로 들어 올리며, 편서풍을 타고 한반도와 일본 등으로 이동합니다. 사막화, 가뭄, 낮은 강수량 등이 황사 발생을 촉진합니다.
• 구성 성분:
황사는 주로 토양 성분으로 이루어져 있으며, 칼슘(Ca), 철(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 등의 광물질과 규소(Si) 등이 포함됩니다. 또한, 산업화로 인해 중금속(납, 카드뮴 등)과 같은 오염물질도 포함될 수 있습니다.
2. 미세먼지
• 발생 원인:
미세먼지는 자연적 원인(모래바람, 화산재 등)과 인위적 원인(화석연료 연소, 공장 배출가스, 자동차 배기가스 등)으로 나뉩니다. 특히, 중국의 산업지대에서 배출된 오염물질이 편서풍을 타고 국내로 유입되기도 합니다. 또한, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등이 대기 중에서 화학 반응을 통해 2차 미세먼지를 형성합니다.
• 구성 성분:
미세먼지는 황산염(SO₄²⁻), 질산염(NO₃⁻), 암모늄(NH₄⁺), 유기탄소화합물, 금속 성분(Pb, Zn 등) 등으로 이루어져 있으며, 입자 크기에 따라 PM10(10μm 이하)과 PM2.5(2.5μm 이하)로 구분됩니다.

2. 고 기압과 저기압을 비교 설명하시오. (단, 북반구 기준)
  1) 중심 기압
  2) 날씨
  3) 순환(스케치 포함)
  4) 중심에서의 바람세기
  5) 일교차
  6) 규모
  7) 기온(열대성 저기압은 제외)
  8) 전선 동반(열대성 저기압은 제외)

고기압과 저기압을 비교 설명하면 다음과 같습니다:
 
□ 정의와 특성
 
○ 고기압
- 대기압이 주변보다 높은 상태
- 기호는 'H'로 표시
- 공기가 아래로 내려앉는 현상 발생
 
○ 저기압
- 대기압이 주변보다 낮은 상태
- 기호는 'L'로 표시
- 공기가 위로 상승하는 현상 발생
 
□ 날씨 영향
 
○ 고기압
- 대체로 맑고 건조한 날씨
- 구름이 잘 형성되지 않음
 
○ 저기압
- 흐리고 비나 눈이 오는 등 불안정한 날씨
- 구름과 강수 형성
 
□ 공기의 움직임
 
○ 고기압
- 북반구에서 시계 방향으로 회전하며 발산
- 중심에서 바깥쪽으로 공기가 퍼져나감
 
○ 저기압
- 북반구에서 반시계 방향으로 회전하며 수렴
- 중심을 향해 공기가 모여듦
 
□ 온도 변화
 
○ 고기압
- 하강 기류로 인한 단열 압축으로 온도 상승
 
○ 저기압
- 상승 기류로 인한 단열 팽창으로 온도 하강
 
고기압과 저기압은 서로 상반된 특성을 가지며, 이들의 상호작용이 날씨 변화의 주요 원인이 됩니다.
 
 

3. 북극 및 주변 지역은 저위도에 비하여 상대적으로 더 온난화가 빠르게 진행된다고알려져 있다. 이러한 북극증폭(Arctic amplification)이 일어나는 이유를 기후되먹임(climate feedback)을 이용하여 설명하시오.

북극 증폭(Arctic Amplification)은 북극 지역에서 온난화가 저위도 지역보다 더 빠르게 진행되는 현상으로, 이는 여러 기후 되먹임(climate feedback) 메커니즘에 의해 발생합니다. 주요 원인을 기후 되먹임 관점에서 설명하면 다음과 같습니다:
1. 얼음-알베도 되먹임 (Ice-Albedo Feedback)
• 북극의 눈과 얼음은 태양 복사 에너지의 약 80%를 반사합니다. 그러나 온난화로 인해 얼음이 녹으면 반사율(알베도)이 낮은 바다와 토양이 드러나게 됩니다.
• 바다와 토양은 태양 에너지를 더 많이 흡수하여 온도를 상승시키고, 이는 추가적으로 얼음을 녹이는 순환 효과를 만듭니다.
2. 열수송 및 대기 순환 변화
• 저위도에서 발생한 온난화로 인해 열대 및 중위도의 따뜻한 공기와 해류가 북극으로 이동하여 열을 전달합니다. 이는 북극의 온난화를 가속화시킵니다.
• 북극 온난화는 제트기류를 약화시키고 대기 순환 패턴을 변화시켜, 추가적인 열이 북극으로 유입되도록 합니다.
3. 플랑크 피드백 (Planck Feedback)
• 극지방은 대기와 지표면 간 열 교환이 적어 냉각 효율이 낮습니다. 이로 인해 온도가 상승하면서 장파 복사량의 증가가 제한되고, 추가적인 온난화를 촉진합니다.
4. 수증기 및 구름 되먹임
• 온난화로 인해 대기 중 수증기량이 증가하며, 이는 강력한 온실효과를 일으켜 추가적인 열을 가둡니다.
• 또한, 구름 형성 증가로 인해 지표면으로 복사되는 열이 증가하여 온난화를 가속화합니다.
5. 해빙 감소와 해양 열 저장
• 해빙 면적 감소로 인해 바다가 직접적으로 태양 에너지를 흡수하게 되고, 이 열은 가을과 겨울에 대기로 방출되어 북극의 온도를 더욱 상승시킵니다.
결론적으로, 이러한 다양한 기후 되먹임 메커니즘이 상호작용하며 북극 지역의 온난화를 저위도보다 훨씬 빠르게 진행시키고 있습니다.

4. 장기예보를 위한 예측자료를 생산할 때, 기계학습(machine learning)과 같은 인공지능기법이 활용될 수 있다. 역학모형과 비교하여 인공지능 기법의 장·단점을 설명하시오

인공지능 기법은 계산 속도와 복잡한 패턴 탐지에서 강점을 가지며, 단기 및 국지적 예보에 적합합니다.
• 역학모형은 물리적 기반으로 장기 예보에 강점을 가지지만, 계산 자원 소모와 초기 조건 민감성이 단점입니다.
• 두 방법의 장점을 결합한 하이브리드 접근법이 미래 기상예측의 핵심으로 주목받고 있습니다.

5. 기상위성 수증기 영상의 어두운 영역에서 대류운이 발달하였다. 안정도와 잠재소용돌이도(potential vorticity)의 관계를 도식하고 설명하시오.

안정도와 잠재소용돌이도의 관계 설명
잠재소용돌이도(Potential Vorticity, )는 대기의 동역학을 이해하는 데 중요한 물리량으로, 안정도와 밀접한 관계를 가집니다. 이를 도식과 함께 설명하면 다음과 같습니다:
1. 잠재소용돌이도의 정의
잠재소용돌이도는 다음과 같이 정의됩니다:

• : 절대 소용돌이도 (상대 소용돌이도 + 전향력 )
• : 공기의 밀도
• : 안정도를 나타내는 기울기 (는 기압, 는 등온위)
2. 안정도와 잠재소용돌이도의 관계
• 안정도가 증가할 때 ( 증가):
• 대기가 더 안정해지면, 잠재소용돌이도가 커집니다.
• 이는 성층권처럼 안정도가 높은 영역에서 잠재소용돌이도가 크게 나타나는 이유입니다.
• 안정도가 감소할 때 ( 감소):
• 불안정한 대기에서는 잠재소용돌이도가 작아지며, 대류운 발달 가능성이 높아집니다.
3. 잠재소용돌이도의 보존
• 단열 과정과 마찰이 없는 조건에서 는 보존됩니다.
• 따라서, 대기 흐름에서 안정도()가 감소하면 절대 소용돌이도()가 증가해야 하며, 이는 대류운 발달과 관련됩니다.

5. 결론
수증기 영상에서 어두운 영역은 상층 건조 공기를 의미하며, 이로 인해 안정도가 낮아지고 가 작아지며 상승 기류와 대류운 발달 가능성이 높아집니다.

6. 기상레이더 영상에서 층상형 에코(stratiform echo)에 밝은 띠(bright band)가 나타나는원인을 설명하시오.
 

기상레이더 영상에서 **층상형 에코(stratiform echo)**에 나타나는 **밝은 띠(bright band)**는 주로 강설 입자가 녹는 과정에서 발생합니다. 이를 설명하면 다음과 같습니다:
1. 밝은 띠의 원인
• 강설 입자가 대기 중에서 낙하하다가 0℃ 기온층을 만나면 녹기 시작합니다.
• 이 과정에서 고체 상태의 눈(강설)이 액체 상태의 물방울로 변하면서, 레이더 반사율이 급격히 증가합니다. 이는 물방울이 눈보다 더 높은 반사율을 가지기 때문입니다.
• 녹는 과정이 완료되면 물방울 크기가 작아지고 반사율이 다시 감소합니다. 따라서, 레이더 영상에서는 특정 고도에 강한 반사율을 가진 밝은 띠가 나타납니다.
2. 밝은 띠의 특징
• 위치: 밝은 띠는 일반적으로 0℃ 기온층 근처에서 관측됩니다. 여름철에는 더 높은 고도, 겨울철에는 더 낮은 고도에서 나타납니다.
• 층상형 에코와 연관: 밝은 띠는 주로 층운형 구름에서 발생하며, 대류형 에코와는 구별됩니다.
• 연직 단면: 레이더의 연직 반사도 프로파일(VPR)에서 특정 고도에 반사율이 급증하는 형태로 나타납니다.
3. 기상학적 의의
• 밝은 띠는 강수 형태를 분석하는 데 중요한 지표로 사용됩니다. 예를 들어, 강수 형태가 눈에서 비로 전환되는 고도를 파악할 수 있습니다.
• 그러나 밝은 띠는 실제 강수량보다 과대 추정된 반사도를 나타낼 수 있어 강수량 추정 시 오차를 유발할 수 있습니다.
요약
밝은 띠는 강설 입자가 녹는 과정에서 발생하며, 이는 층상형 에코의 전형적인 특징입니다. 0℃ 기온층 근처에서 높은 레이더 반사율로 나타나며, 강수 형태 분석 및 예보에 중요한 역할을 합니다.