2020년 5급 공채 기술 2차 미기상학

문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (10점)

식생이 없는 지표면 위의 지표층(surface layer)에서 관측된 풍속의 난류에너지 스펙트럼을 다음과 같이 얻었다. 물음에 답하시오. (단, κ는 파수(wave number), E(κ)는 그 파수에서의 에너지 스펙트럼이다) (총 10점)
[그림]

(1) 한 지점에서 측정한 풍속 자료를 이용하여 위에 그려진 파장에 따른 에너지 스펙트럼을 구하기 위해 필요한 과정을 설명하시오. (5점)
(2) 난류에너지 관점에서 A, B, C의 3가지 영역별 물리적 의미를 서술하고, 특성 길이 규모(characteristic length scale) 관점에서 A와 C 영역의 차이를 설명하시오. (5점)

제2문 (14점)

평균 온위의 시간적 변화와 온위의 연직 플럭스와의 관계가 다음과 같을 때, 물음에 답하시오. (총 14점)

\frac{{Partial {\overline{{\theta}}}}}{{Partial t}} \, = \, - \frac{{Partial ( {\overline{{w^{{'}} \theta^{{'}}}}} )}}{{Partial z}}

(1) 위 관계를 도출하기 위하여 필요한 가정을 모두 서술하시오. (4점)
(2) 지표층 고도가 100m이고 혼합층 고도와 온위가 각각 1.1km와 20°C이며, 온위의 시간변화율이 혼합층 내에서 0.9Khr^-1로 일정하다. 혼합층 꼭대기에서의 열플럭스가 없는 경우, 위 식을 이용하여 지표층 고도에서의 열플럭스(\rho c_{{p}} ( {\overline{{w^{{'}} \theta^{{'}}}}} ))를 계산하시오. (단, 대기 밀도(\rho)는 1.0kgm^-3이고, 정압비열(c_{{p}})은 1,000Jkg^-1K^-1이다) (10점)

제3문 (6점)

잠열은 수증기 증발, 구름 형성 및 강수 과정에서 매우 중요한 역할을 한다. 아래에 나열된 지표에서의 잠열 속 추정 방법 중 3개를 선택하여 괄호 안에 제시된 대로 계산 방법이나 장단점을 기술하시오. (6점)

○질량수송법(장단점)
○공기역학적방법(계산 방법)
○보웬비－에너지 평형방법(계산 방법)
○저항방법(계산 방법)
○에디상관방법(장단점)

제4문 (20점)

다음 식은 직교좌표계상에서 동서 방향의 운동방정식이다. 물음에 답하시오. (총 20점)

\frac{{Partial u}}{{Partial t}} + u \frac{{Partial u}}{{Partial x}} + v \frac{{Partial u}}{{Partial y}} + w \frac{{Partial u}}{{Partial z}} = - \frac{{1}}{{\rho}} \frac{{Partial P}}{{Partial x}} + fv + \frac{{\mu}}{{\rho}} \left( \frac{{Partial^{{2}} u}}{{Partial x^{{2}}}} + \frac{{Partial^{{2}} u}}{{Partial y^{{2}}}} + \frac{{Partial^{{2}} u}}{{Partial z^{{2}}}} \right)

(1) 위 운동방정식에서 변수 u, v, w, P를 아래와 같이 평균과 섭동으로 구분하고, 레이놀즈 평균을 이용하여 평균풍속(\overline{{u}})에 대한 운동방정식을 유도하시오. (단, 비압축성 근사(incompressible approximation)를 적용하고 분자점성은 무시한다) (12점)
u \, = \, {\overline{{u}}} + u^{{'}} \\ v \, = \, {\overline{{v}}} + v^{{'}} \\ w \, = \, {\overline{{w}}} + w^{{'}} \\ P = {\overline{{P}}} + P^{{'}}
(2) 레이놀즈 평균 운동방정식계의 난류 종결문제(closure problem of turbulence)를 설명하고, 이를 1)에서 유도된 식에서 K(eddy diffusivity)－이론을 이용하여 기술하시오. (8점)