2023년 5급 공채 기술 2차 미기상학
문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.
제1문 (10점)
마찰속도(u_{*})와 에디혼합길이( kz )로 바람의 연직 쉬어(\frac{{\partial \overline{u}}}{partialz})를 무차원화한 연직 바람 함수 \phi_{M}에 대하여 다음 물음에 답하시오. (단, k는 카르만 상수로서 0.4이고, u_{*}는 연직에 대하여 상수이다) (총 10점)
- (1) 지면 거칠기 길이를 z_{o}라 할 때, 중립 지표층(\phi_{M} = \frac{kz}{u}_{*} \frac{{\partial \overline{u}}}{partialz})에서 고도 z에 따른 평균 풍속 \overline{{u}}(z)을 도출하고 그 연직 분포특성을 안정과 불안정에 대해서 비교하시오. (5점)
- (2) 중립 대기안정도에서 z_{o}＝10cm이고, 고도 10m에서 평균 풍속(baru)이 2ms-1일 때, 고도 20m에서의 평균 풍속과 10～20m에서의 레이놀즈 쉬어 응력(－\rho \overline{u} ' w ')을 계산하시오. (단, \rho는 공기의 밀도로서 1.2kgm-3이고, \overline{v} ' w '는 무시한다) (5점)
제2문 (10점)
다음은 수평적으로 평평하고 균질한 지상에서 대기 경계층 흐름에 대한 운동방정식이다. 다음 식을 야간 잔류층에 적용하기에 적절한 식으로 지균풍\left( u_{{g}} \right), v_{{g}}을 포함하여 변형하고, 여기서 사용한 가정에 대해 간략히 기술하시오. (10점)
\frac{{Partial {\overline{{u}}}}}{{Partial t}} = f {\overline{{v}}} - \frac{{1}}{{{\overline{{\rho}}}}} \frac{{Partial {\overline{{p}}}}}{{Partial x}} - \frac{{Partial {\overline{{u ' w '}}}}}{{Partial z}} \\ \frac{{Partial {\overline{{v}}}}}{{Partial t}} = - f {\overline{{u}}} - \frac{{1}}{{{\overline{{\rho}}}}} \frac{{Partial {\overline{{p}}}}}{{Partial y}} - \frac{{Partial {\overline{{v ' w '}}}}}{{Partial z}}
제3문 (10점)
그림은 맑은 날 어느 지점에서 관측한 지표면 순 열속의 일변화를 나타낸다. 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
[그림]
[그림]
- (1) 주간과 야간의 누적 지표면 순 열속을 위 그림과 다음 식을 활용하여 구하시오. (5점)F_{{H}} \, = \, F_{{Hmax}} \, \sin \left( \pi t / D \right)
(단, 여기서 D는 낮의 길이를 나타내고, 단위는 시간이다) - (2) F_{{Hmax}} \, = \, 50 \piWm-2이고 F_{{Hnight}} \, = \, - 50Wm-2일 때, 낮시간 동안 양의 에너지 수지와 밤시간 동안 음의 에너지 수지가 균형을 이루도록 하는 낮의 길이를 구하시오. (5점)
제4문 (20점)
지면에 대한 태양 복사는 시간에 대하여 사인함수이고 토양의 열적 특성이 깊이에 무관하다고 가정할 때, 토양의 임의 깊이에서 지중온도 T \,와 토양열속 H_{G}는 아래와 같이 표현된다. 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
T ( z , t ) = T_{{m}} + A_{{s}} \, \exp^{{- z / d}} \, \sin \left( \frac{{2 \pi}}{{P}} t - \frac{{z}}{{d}} \right)
H_{{G}} ( z , t ) = \, A_{{s}} \left( \frac{{2 \pi}}{{P}} \rho ck \right)^{{1 / 2}} \, \exp^{{- z / d}} \, \sin \left( \frac{{2 \pi}}{{P}} t - \frac{{z}}{{d}} + \frac{{\pi}}{{4}} \right)
T_{m}은 지표면 또는 지중매질의 평균온도이고, A_{s}와 P \,는 지표면 온도파의 진폭과 주기이다. 여기서 주기는 1일이다. d는 열파의 감폭두께이며 d = \left( P \alpha_{{h}} / \pi \right)^{{1 / 2}}로 정의된다. 여기서 \alpha_{h}는 열 확산도이며 \alpha_{{h}} = k / \rho c로 정의된다. 토양 내 열전달은 연직 방향으로만 이루어진다고 가정한다.
H_{{G}} ( z , t ) = \, A_{{s}} \left( \frac{{2 \pi}}{{P}} \rho ck \right)^{{1 / 2}} \, \exp^{{- z / d}} \, \sin \left( \frac{{2 \pi}}{{P}} t - \frac{{z}}{{d}} + \frac{{\pi}}{{4}} \right)
T_{m}은 지표면 또는 지중매질의 평균온도이고, A_{s}와 P \,는 지표면 온도파의 진폭과 주기이다. 여기서 주기는 1일이다. d는 열파의 감폭두께이며 d = \left( P \alpha_{{h}} / \pi \right)^{{1 / 2}}로 정의된다. 여기서 \alpha_{h}는 열 확산도이며 \alpha_{{h}} = k / \rho c로 정의된다. 토양 내 열전달은 연직 방향으로만 이루어진다고 가정한다.
- (1) 열파의 진폭과 상 지연이 토양 깊이에 따라 어떻게 변하는지 기술하시오. 그리고 열파의 전달(또는 전파)속도, 즉 단위시간에 임의의 기울기로 전달되는 깊이를 수식으로 표시하시오. (10점)
- (2) 토양의 기본적인 열적 특성 인자 중 두 가지인 열 전도도(위 식에서는 k)와 열용량(위 식에서는 \rho c)이 ①토양 내부의 온도와, ②대기와 토양 사이의 열 교환량 결정에 각각 어떻게 기여하는지 위 식들을 활용하여 설명하시오. (10점)