2024년 5급 공채 기술 2차 물리기상학

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

제1문 (35점)

1000hPa 기압 면 고도에서 기온이 310K이고, 수증기 혼합비는 15gkg^-1이다. 이 고도에서 공기 덩이 A가 상승하여 788hPa 기압 면 고도에서 응결하였다. 건조공기 정압비열 c_{{pd}} \,＝1005JkgK^-1과 건조공기 기체상수 R_{{d}}＝287JkgK^-1을 사용하여 다음 물음에 답하시오. (총 35점)

(1) 1000hPa 기압 면 고도에서 습윤공기 정압비열 c_{{\pm}} \,과 습윤공기 기체상수 R_{{m}}을 구하고, 이를 이용하여 1000hPa에서 공기 덩이 A가 단열적으로 상승하여 도달한 상승응결고도에서의 기온을 구하시오. (단, 수증기 정압비열 c_{{pv}} \,＝1850JkgK^-1이고, 수증기 기체상수 R_{{v}}＝461JkgK^-1이다) (10점)
(2) 포화 단열과정에서 열역학 제1법칙은 다음과 같이 근사할 수 있다.
c_{{pd}} dlnT \, \, \, - \, \, R_{{d}} dlnp \, \, + \, d \left( \frac{{l_{{v}} r_{{s}}}}{{T}} \right) \, \, = \, \, 0

여기서 T \,는 온도, p는 기압, r_{s}는 포화 수증기 혼합비이다. l_{v}는 단위 질량당 기화 잠열로 2.5×10⁶Jkg^-1이다. 위에 주어진 식을 사용하여 공기 덩이 A의 상당 온위 \theta_{e}를 구하시오. (15점)
(3) 가역 포화 단열과정(reversible saturated adiabatic process)과 위 단열과정(pseudo-adiabatic process)의 차이에 대해 설명하시오. (10점)

제2문 (20점)

다음은 어느 삼림 지역의 지표면 연평균 복사량 자료이다. 물음에 답하시오. (단, 복사량의 단위는 Wm^-2, 이 지역 알베도는 0.1, 지중 저장 열은 없으며 지표 에너지는 균형을 이룬다) (총 20점)

지표면 일사량(S^{↓}) 148
지표면 하향 장파복사량(L^{↓}) 333
지표면 방출 장파복사량(L^{\uparrow}) 392

(1) 지표면 순복사량(net radiation)을 구하시오. (5점)
(2) Bowen ratio가 0.2일 경우, 현열(sensible heat)을 구하시오. (5점)
(3) 삼림을 벌채하고 골프장을 건설한 후에 알베도가 증가하였을 때 지표온도 변화를 기술하시오. (단, 지표면 변화에 따른 증발량 변화를 고려하되 일사량과 하향 장파복사량 및 외부 수증기 유입량에 변화는 없다) (10점)

제3문 (30점)

흑체인 지구가 태양으로부터 받는 단파 복사 에너지 F_{S} \,(복사조도)와 지구 표면에서 방출하는 장파 복사 에너지 F_{L}(복사조도)이 균형을 이룬다는 조건에서 결정되는 전지구 평균 지표온도를 상당 흑체온도(equivalent blackbody temperature)라고 한다. 이 상당 흑체온도 T_{E} \,에 관한 다음 물음에 답하시오. (총 30점)

(1) 지구－태양 간 거리를 R, 이 거리의 작은 변동을 \delta R \,이라 할 때, 상당 흑체온도의 변동이 아래 식을 만족함을 증명하시오. (단, 태양 반지름, 태양온도, 알베도는 변하지 않는다) (20점)
\frac{{\delta T_{{E}}}}{{T_{{E}}}} = - \frac{{1}}{{2}} \frac{{\delta R}}{{R}}
(2) 지구－태양 간 거리는 7월 초에 최대(원일점), 1월 초에 최소(근일점)가 되는 계절 변동을 하는데, 그 변동폭은 약 ±3.5%로 알려져 있다. 이 거리 변동으로 인하여 T_{E} \,와 F_{L} \,은 각각 얼마나 변하는지 계산하시오. (단, 태양상수는 1365\mathrm{W} \, \mathrm{m}^{{- 2}}, 지구의 행성 알베도는 0.3, 슈테판－볼츠만 상수는 5.67×10^-8Wm^-2K^-4이다) (10점)

제4문 (15점)

아래 그림은 Marshall-Palmer 분포 곡선으로 빗방울의 크기 분포에 대한 그래프이다. 이 빗방울 분포는 다음과 같은 관계식으로 나타낼 수 있다.

N_{{D}} \, = \, N_{{0}} e^{{- \Lambda D}}

여기서 D \,는 빗방울의 지름, N_{0}＝8000m^-3mm^-1, \Lambda＝4.1R^-0.21mm^-1,R \,은 강우율로 단위는 mmhr^-1이다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
[그림]

(1) 가장 많은 비가 내리는 빗방울 크기 분포를 선택하고(①～③) 그 이유를 설명하시오. (5점)
(2) 가장 큰 레이더 반사도 계수를 생성하는 빗방울 크기 분포를 선택하고 그 이유를 설명하시오. (10점)