2022년 5급 공채 기술 2차 기상역학

문제 4개 · 100점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (25점)

그림은 어느 지역의 연직 기온 분포이다. A층(1000～850hPa)은 278K의 등온대기이며, B층(850～500hPa)은 6.0Kkm^-1로 일정한 기온감률을 갖는다. 다음 물음에 답하시오. (단, 중력가속도는 9.8ms^-2, 건조공기의 기체상수는 287JK^-1kg^-1이다) (총 25점)
[그림]

(1) A층의 두께를 구하시오. (단, 수식과 풀이과정을 함께 제시하시오) (10점)
(2) B층의 두께를 구하는 공식을 유도하고, 값을 구하시오. (15점)

제2문 (20점)

그림은 북반구 중위도 어느 지역에서 500hPa 지위고도 분포를 나타낸다. 다음 물음에 답하시오. (단, 코리올리 매개변수는 10^-4s^-1, 중력가속도는 9.8ms^-2이다) (총 20점)
[그림]

(1) 주어진 조건이 지균균형을 만족할 때, A지점에서의 시간에 따른 동서방향 지균풍의 변화\left( \frac{{Partial u_{{g}}}}{{Partial t}} \right)를 계산하시오. (10점)
(2) 1)의 상황에서 지상의 기압경도가 없다고 가정하면 온도풍 균형이 깨지게 되는데, 온도풍 균형이 깨지지 않기 위해서 2차 순환이 발생해야 함을 준지균 수평 운동방정식(QG horizontal momentum equation)을 이용하여 증명하시오. (10점)

제3문 (25점)

다음은 기압경도력과 점성력이 없는 경우의 수평 운동방정식이다.

\frac{{D \, u}}{{D \, t}} = fv \\ \frac{{D \, v}}{{D \, t}} = - fu

다음 물음에 답하시오. (단, u, v는 각각 동서방향과 남북방향의 속도, f는 코리올리 매개변수이다) (총 25점)

(1) 초기(t = 0)에 지구상의 점 ( x_{{o}} \, , \, y_{{o}} )에 정지해 있는 한 물체가 속력 V \,로 x축(동서방향)을 따라 순간적으로 움직인다고 가정할 때, 방정식의 해석적 해를 구하고 그 해를 만족하는 운동인 관성 진동의 특징에 대해 설명하시오. (15점)
(2) 다음은 북위 13°에 위치한 바베이도스 근처 해양에서 측정한 운동에너지의 파워스펙트럼이다. 이 지역에서 주기 53시간에 해당하는 운동이 관성 진동에 의한 것임을 설명하시오. (단, 지구의 각속도는 7.29×10^-5s^-1이다) (10점)
[그림]

제4문 (30점)

습윤 대기의 불안정도에 대한 다음 물음에 답하시오. (총 30점)

(1) 습윤 대기의 위단열상승(pseudo-adiabatic ascent) 과정에 대하여 설명하시오. (5점)
(2) 에너지 보존 방정식\left( c_{{p}} \frac{{D \, \ln \theta}}{{D \, t}} = \frac{{J}}{{T}} \right)에서 습윤한 공기가 상승하면서 나타나는 비단열 가열률을 응결잠열(L_{c})과 포화혼합비(q_{s})를 이용하여 표현하고, 위단열상승을 가정하여 상당온위(\theta_{e})에 대한 공식을 근사적으로 구하시오. (단, c_{p}는 정압비열, \theta는 온위, J \,는 비단열 가열, T \,는 온도이다) (10점)
(3) 아래 그림은 중위도 지역에서 뇌우가 발달하는 경우의 온위(\theta), 상당온위(\theta_{e}), 포화상당온위(\theta_{{e}}^{*})의 연직분포를 각각 나타낸 것이다. 자유대류고도(LFC)의 높이를 추정하여 제시하고, 포화된 공기가 조건부 불안정이 되기 위한 조건과 대륙 및 해양 지역에서 심층대류가 발생하기 유리한 조건을 설명하시오. (15점)
[그림]