2024년 5급 공채 기술 2차 미기상학

문제 3개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (25점)

아래는 기상 관측타워의 두 고도에서 측정된 평균 풍속({\overline{{U}}} \,)과 온위({\overline{{\theta}}})이다. 다음 물음에 답하시오. (총 25점)

고도(m)	{\overline{{U}}} \,(ms^-1)	{\overline{{\theta}}}(°C)
1	1	25
4	3	23

(1) 대기가 안정한 경우(중립 포함)와 불안정한 경우에 대한 아래의 바람과 온위의 무차원 분포함수 \phi_{{m}}과 \phi_{{h}}를 사용하여 경도 리차드슨 수(gradient Richardson number) Ri와 부력 매개변수(buoyancy parameter) \zeta \,의 관계식을 유도하시오. (단, \zeta = z / L, L \,은 오브코프 길이(Obukhov Length)이다) (10점)
\phi_{{m}} = \frac{{kz}}{{u_{{*}}}} \frac{{Partial {\overline{{U}}}}}{{Partialz}} = ( 1 - 15 \zeta )^{{- 1 / 4 \, \,}} \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \zeta < 0 \\ \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, = 1 + 5 \zeta \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \zeta \ge 0 \\ \, \, \phi_{{h}} = \frac{{kz}}{{\theta_{{*}}}} \frac{{Partial {\overline{{\theta}}}}}{{Partial z}} = ( 1 - 15 \zeta )^{{- 1 / 2 \, \,}} \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \zeta < 0 \\ \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, = 1 + 5 \zeta \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \, \zeta \ge 0
(2) 1)의 결과를 이용하여, 기상 관측타워 2m 높이에서 z / L \,을 계산하시오. (단, 경도 계산을 위해 대수 근사방법을 사용하시오) (5점)
(3) 2)의 결과를 이용하여, 수평적으로 균질하고 평균 연직 운동이 없는 조건에서 기상 관측타워 2m 높이에서의 시어 생성항(- {\overline{{u ' w '}}} \frac{{Partial {\overline{{U}}}}}{{Partial z}})과 부력 생성항(\frac{{g}}{{{\overline{{\theta_{{0}}}}}}} {\overline{{w ' \theta '}}})을 계산하시오. (단, von Karman 상수 k는 0.4이다) (10점)

제2문 (15점)

도시와 주변 전원지역 사이에서 형성되는 순환풍을 전원풍(country breeze)이라고 한다. 다음 물음에 답하시오. (총 15점)

(1) 전원풍의 발생 원인을 설명하시오. (3점)
(2) 전원풍이 낮보다 밤에 더 강해지는 경향을 보이는 이유를 설명하시오. (3점)
(3) 전원풍 순환을 활용하는 도시 계획 또는 개발 방안 3가지를 제시하시오. (9점)

제3문 (10점)

실내에서 복사기를 사용하였을 때 오존(O_{{3}})이 발생하는데, 대기오염 상자모델(box model) 이론에 기초하여 실내의 오존농도변화는 아래 방정식과 같이 계산된다. 다음 물음에 답하시오. (단, \triangle: 변화량, C \,: 상자 내 오염물질 농도, C_{{i}}: 유입되는 공기의 오염물질 농도, u: 평균 풍속, h: 혼합고도(상자 높이), s: 상자의 폭, Q \,: 단위 시간 당 배출되는 오염물질량, t: 시간, L: 상자 길이, k: 오염물질의 분해율) (총 10점)

\triangle C \, = \frac{{( C_{{i \,}} uhs + Q ) \triangle t}}{{Lhs}} - \frac{{( Cuhs + kC ㆍ Lhs ) \triangle t}}{{Lhs}}

(1) 대기오염 상자모델의 가정에 대해 설명하시오. (5점)
(2) 환기가 안 될 경우 30분 후의 실내 오존농도는 몇 ppb인지 계산하시오. (단, 오존의 분해는 일어나지 않고, 실내 공간은 200m³이며, 복사기에서 배출되는 오존은 분당 2mg으로 배출된다. 복사기 사용 전의 오존농도는 5ppb이고, 실내 온도는 25°C이며, 1기압이다) (5점)