6. 대기경계층 내의 바람 분포 6.1 바람 분포에 영향을 미치는 요인 ①대규모 수평기압 및 온도 경도 ②지표면 거칠기 특성 ③지구자전 (높이에 따라 풍향 변함) ④지표면의 가열과 냉각 ⑤대기경계층의 두께(바람 시어 결정) ⑥자유대기의 경계층으로 유입 ⑦운동량과 열의 수평이류 ⑧지표면의 지형 특징: 국지 또는 중규모 순환

6.2 지균풍과 온도풍 (Geostrophic and Thermal winds) ① 지균풍: 마찰의 영향이 없는 대기에서 수평기압경도력과 전향력이 평형을 이루어 직선 등압선에 평행하게 부는 바람 : 지구의 회전 각속도 : 위도 ◦ 대기경계층 내 : 지면 마찰 풍속의 감소 ⇒ 전향력 < 기압경도력 ⇒ 바람이 등압선을 가로질러 붐

②온도풍 (thermal wind) 수평 온도 경도 →지균풍의 연직 경도 지오포텐셜 (Geopotential): 평균 해수면으로부터 단위질량을 고도 z까지 들어올리는데 요구되는 일

a)지면 등압선이 등온선에 평행할 때 지균풍의 크기 고도에 따라 증가 또는 감소 고도에 따라 지균풍의 풍향의 변화 없음 b) 지면 등압선이 등온선과 평행하지 않을 때 지균풍의 크기와 방향 모두 고도에 따라 변함 온난이류의 경우 지균풍의 풍향이 고도에 따라 시계방향으로 선회함 (순전) 한랭이류의 경우 지균풍의 풍향이 고도에 따라 반시계방향으로 선회함 (역전)

순압대기( barotropic atmosphere) : 지균풍의 연직시어나 수평온도경도 없음 밀도는 기압만의 함수 경압대기 (baroclinic atmosphere) : 지균풍의 시어 존재함 밀도가 온도와 기압의 함수임 ◦ 경도풍 (Gradient wind): 곡선의 흐름에서 전향력과 원심력, 수평기압경도력이 평형을 이루어 등압선에 평행하게 부는 바람   P: 수평기압경도력 Co: 전향력 Ce: 원심력

6.3 힘의 평형에 미치는 마찰 효과 대기경계층 내 마찰력 → 기압경도력 > 전향력   국지나 이류가속도가 없는 경우 (직선등압선) 순압대기 경계층에서 바람은 고도에 따라 순전

◦ 순전각 (Veering angle): 지상풍향과 임의의 고도에서 풍향이 이루는 각 ◦ 등압선 횡단각 (Corss-isobar angle): 실제 바람과 지균풍이 이루는 각 지표면 거칠기, 위도, 지표면 지균풍, 대기 경계층의 안정도 경압성, 대기 경계층의 두께에 의존 0° to 45° (성층화된 순압 대기 경계층) -20° to 70° ( 경압 대기 경계층) 실제바람 지상풍 임의의 고도의 바람 등압선 순전각 등압선 횡단각

6.4 대기경계층 내의 바람에 미치는 안정도 효과 1) 열적 안정도는 운동량의 연직교환에 영향을 미침→ 대기경계층의 바람분포에 영향을 미침 ①맑은 날 낮 지표면은 태양 복사에 의해 가열됨 → 다양한 대류 순환 → 연직 방향으로 열과 운동량의 직접 전달 → 운동량의 활발한 혼합 → 대기경계층 내의 평균 바람시어의 약화

맑은 날 밤 지표면의 복사 냉각 → 지표면 역전층 → 부력이 운동량의 연직 교환을 억제함 → 현저한 풍속과 풍향 시어 대기경계층내의 평균 바람시어: 밤 > 낮 지표면 부근의 바람 시어: 낮 > 밤

3) 리차드슨 수 (Richardson number) ◦ 역학적 안정도 매개 변수 ◦ 무차원 ◦ 혼합 강도의 더 좋은 측도 ◦ stable ◦ unstable

6.5 관측된 바람의 연직 분포도 바람의 관측: 측풍기구(pilot balloon), 레윈존데, 계류기구 (thether sonde), 도플러 레이더, 음파 탐측기 (acoustic sounder), 측기 탑재 비행기, 기상탑 (tower) Wind Lidar UHF wind profiler 1-2 GHZ : frequency SODAR

1) 대류 경계층 대류 혼합층내에서 거의 균일한 분포 지표층과 전이층에서 강한 바람 시어  

2) 야간의 안정한 경계층 야간 제트류 큰 풍향 시어 작은 대기 경계층의 두께

① 보통의 안정한 대기경계층 난류는 시공간적으로 다소간 연속적임 강한 바람이 부는 밤의 육지상에서 나타남   ② 아주 안정한 대기 경계층 난류교환이 간헐적으로만 발생 육지상의 안정한 대기경계층에서 흔하게 발생

하층 제트류 1) 경사진 지면 위에서 경압성 온도풍 관계식 지면 부근은 마찰에 의해 풍속 감소

2) 관성진동 𝑑 𝑈 𝑑𝑡 = 𝑓 𝑐 𝑉 − 𝑓 𝑐 𝐹 𝑢 𝑑 𝑉 𝑑𝑡 = −𝑓 𝑐 𝑈 + 𝑓 𝑐 𝑈 𝑔 − 𝑓 𝑐 𝐹 𝑣 𝑈 𝑑𝑎𝑦 = 𝑈 𝑔 − 𝐹 𝑣,𝑑𝑎𝑦 𝑉 𝑑𝑎𝑦 = 𝐹 𝑢,𝑑𝑎𝑦 주간의 정상상태 𝑑𝑈 𝑑𝑡 =0 𝑑 𝑈 𝑑𝑡 = 𝑓 𝑐 𝑉 𝑑 𝑉 𝑑𝑡 = −𝑓 𝑐 𝑈 + 𝑓 𝑐 𝑈 𝑔 𝑑 2 𝑈 𝑑 𝑡 2 =− 𝑓 𝑐 2 ( 𝑈 - 𝑈 𝑔 ) 야간

일반 해 𝑈 - 𝑈 𝑔 =𝐴𝑠𝑖𝑛 𝑓 𝑐 𝑡 +𝐵𝑐𝑜𝑠 𝑓 𝑐 𝑡 초기값 적용 𝑈 𝑑𝑎𝑦 = 𝑈 𝑔 − 𝐹 𝑣,𝑑𝑎𝑦 𝑉 𝑑𝑎𝑦 = 𝐹 𝑢,𝑑𝑎𝑦

6.6 일변화 1) 지표면 부근 일출 후, 풍속 증가 ← 위의 대기로부터 훨씬 빠르고 효과적인 운동량의 전달 일몰 근처, 풍속이 급격하게 감소   2) 지표층 위 일출후, 풍속 감소 오후와 저녁시간대 풍속 증가