Chapter 2. 수문기상론 (Hydrometeorology) 2.1 서론(Introduction) 2.2 기후(Climate) 2.3 기상(Atmospheric Phenomena )

2.1 서론(Introduction) • 기상학(Meteorology)중에서 지구상의 수자원과 관련된 대기현상을 연구하는 학문 • 기상인자 : 강수의 양과 그의 시간 및 공간적 분포, 눈과 얼음의 생성, 증발과 증 산 및 융설에 미치는 기온, 바람 및 습도의 영향 • 수문기상학적인 고려(Hydrometeorological Consideration) => 수공구조물의 효율적인 설계, 관리 및 운영 가능

2.1 서론(Introduction) Energy 수지 대기복사(64%) 지표면 복사(6%) - 지구복사(70%) 지구상의 연평균 열수지 위도별 입사복사량과 방출복사량

2.1 서론(Introduction) 대기의 대순환 • 지구 대기권의 평균 순환 메커니즘 = 전세계적 대기권의 열 교환 과정의 평균 추이 • 지구 자전 => 지구의 열순환 변형 => 대기 대순환 지구상의 대기순환

2.2 기후(Climate) (1/21) • 한 지역에서 거의 매년 되풀이 되는 장기 1) 기후 시스템(Climate System) 2) 인자요소에 의한 기후형 3) 기후변동과 기후변화 • 한 지역에서 거의 매년 되풀이 되는 장기 간의 종합적이고 평균적인 대기 상태 • 온실기체 => 지구온난화 문제 => 악기후 발생, 강수량 변화, 해수면 상승 => 구 조물의 파괴(재해) • 대책 : 기후변화 예측 => 사회적, 경제적 환경에 대한 손실을 극소화 • 기후 시스템에 대한 구조적 이해, 각 부분 별 역할 및 상호작용 이해 => 기후변화 예측

2.2 기후(Climate) (2/21) 1) 기후 시스템(Climate System) • 기후 시스템의 구성 : 대기권(Atmosphere), 수권(Hydrospere), 빙권(Cryosphere), 생권(Biospere), 지권(Lithosphere or Geosphere) Causes (내부 영향) Climate System (내부 상호작용) Climate Variations (내부 변화) 판 구조의 변화 대기권의 변화 Atmosphere 빙권의 변화 지구궤도의 변화 Biosphere Cryosphere 생권의 변화 수권의 변화 태양 강도의 변화 Lithosphere Hydrosphere 지권의 변화

2.2 기후(Climate) (3/21) ① 대기권(Atmosphere) • 대기권의 기층 Altitude (m) ① 대기권(Atmosphere) • 대기권의 기층 - 대류권(Troposphere) : 대부분의 기상 현상이 발생, 총 대기 질량의 약 75% 함유 - 성층권(Stratosphere) : 국지적으로 집중되어 있는 오존 기체 분자가 자외선 흡수 => 기온이 고도에 따라 증가 - 중간권(Mesosphere) : 기온이 고도에 따라 감소 (80km에서 최저온도 -90℃) - 열권(Thermosphere) : 90km보다 위에 위치하며, 가 장 뜨거운 대기층, 산소 분자 들에 의한 태양복사의 흡수 로부터 열생성

2.2 기후(Climate) (4/21) 수권의 구성 ② 수권(Hydrosphere) • 해양 : 기후 시스템의 열 저장고 역할 • 대기와 해양의 경계층으로 전달된 열 => 바람과 해류에 의하여 고위도로 전달 • 강, 호수, 토양 수분(soil moisture) => 지역강수에 큰 영향 수권의 구성

수권의 순환(Hydrological Cycle) 2.2 기후 (Climate) (5/21) 수권의 순환(Hydrological Cycle) 바다 태양복사 에너지 호수 증발(수증기) 구름형성(물방울, 빙정) 지상으로 복귀(눈, 비) 하천 습지

(Schematic Diagram of Global Ocean Circulation) 2.2 기후(Climate) (6/21) 경도 위도 한류(Cold Current) 난류(Warm Current) 1. Gulf Stream 2. North Atlantic Drift 3. Labrador Current 4. West Greenland Drift 5. East Greenland Drift 6. Canary Current 7. North Equatorial Current 8. North Equatorial Countercurrent 9. South Equatorial Current 10. South Equatorial Countercurrent 11. Equatorial Countercurrent 12. Kuroshiio Current 13. North Pacific Drift 14. Alaska Current 15. Oyashio Current 16. California Current 17. Peru or Humbolt Current 18. Brazil Current 19. Falkland Current 20. Benguela Current 21. Agulhas Current 22. West Wind Drift 지구의 해류 순환도 (Schematic Diagram of Global Ocean Circulation)

양 극지방에서 빙권이 차지하는 면적비(from Barry, 1985) 2.2 기후(Climate) (7/21) ③ 빙권(Cryosphere ) • 기후 시스템 속에서 수권과 구별되는 빙하권 역할 • 평균적으로 지표 면적의 5% : 빙하와 눈으로 구성 => 태양에너지를 외계로 되돌려 보내는 역할 • 신선한 눈 => 지표에 도달하는 태양광선의 98%까지도 외계로 반사 • 대기와 해양의 혼합층 및 대순환에 영향 총면적 단위는 106Km2 양 극지방에서 빙권이 차지하는 면적비(from Barry, 1985)

2.2 기후(Climate) (8/21) ④ 생권(Biosphere) • 지권(Lithosphere), 대기권(Atmosphere), 수권(Hydrosphere)의 적절한 환경 하에서 존재

생권의 유무에 따른 지구 대기의 화학적 조성 비교 2.2 기후(Climate) (9/21) • 생권은 광합성을 통하여 대기 구성 성분을 유지 • 증산작용(Transpiration) => 토양 속의 수분을 대기 중으로 퍼 올리는 펌프 역할 • 생체활동 => 대기에 화학적 조성의 지속적 변화 => 기후 시스템 구조의 변화 성분 기체 현재 지구(생권 포함) 무생물 지구(생권 불포함) N2 O2 Ar CO2 Ne He CH4 78% 21% 0.9% 0.03% 0.0018% 0.0005% 0.00016% 1.9% 0% 0.1% 98.0% 생권의 유무에 따른 지구 대기의 화학적 조성 비교

2.2 기후(Climate) (10/21) ⑤ 지권(Lithosphere) • 암석권과 토양권으로 이루어져 있으며, 생물체가 사는 공간 • 대기와 열, 운동량을 교환 => 대기와의 물 순환(Hydrologic Cycle)에 영향 • 토양 속 수분 증발(Evaporation) 지표면을 냉각 강수의 주요 공급원 토양의 열전도율에 영향 • 화산 활동 => 대기에 먼지 층 발생 => 태양 복사를 외계로 반사 => 지표면 냉각 Asthenosphere(연약권) Upper Mantle(상부맨틀) (down to 670km) Moho(모호면) Continental Crust (대륙 지각) Sedimentary Deposits (퇴적 광상) Oceanic Crust (해양지각)

2.2 기후(Climate) (11/21) 대륙성 기후(서울)와 해양성기후(런던) 2) 인자요소에 의한 기후형 ① 대륙성 기후와 해양성 기후 • 대륙성 기후 : 기온의 일교차와 연교차 큼 겨울 : 육지의 냉각 => 한대 대륙기단의 발생지 여름 : 기온 상승 => 강수의 집중 ex) 한국, 폴란드 등 • 해양성 기후 : 바다의 영향 => 기온의 변화 적음 높은 연중 습도 => 강수량 많음 ex) 영국, 뉴질랜드, 벨기에 등 대륙성 기후(서울)와 해양성기후(런던)

동서 방향 : 서부와 내륙(건조기후) => 동부(습윤기후) 2.2 기후 (Climate) (12/21) ② 습윤기후와 건조기후 • 습윤기후 : 1년 중 약1000mm 내외의 량의 강수 => 하계 발달 가능 • 건조기후 : 연강수량 250mm 이하의 지역 => 수분부족 앵글로 아메리카 동서 방향 : 서부와 내륙(건조기후) => 동부(습윤기후)

2.2 기후(Climate) (13/21) ③ 평지기후와 산지기후 • 평지기후 : 높이의 영향을 받지 않는 평지의 기후 • 평지기후 : 높이의 영향을 받지 않는 평지의 기후 • 산지기후 : 높이의 영향을 받아 기후요소의 변화가 심함 로렌시아 대지 중앙평원 A B

2.2 기후(Climate) (14/21) 계절풍 기후 편서풍 기후 ④ 계절풍기후와 편서풍기후 • 계절풍기후 : 계절에 따라 바람 방향이 바뀜 여름 : 해양의 영향 => 고온 다습 => 강수의 집중 겨울 : 대륙의 영향 => 한랭 건조 => 기온 저하 ex) 한국, 일본 등 동부아시아 • 편서풍기후 : 연중 북반구에 있어서는 대륙 서안에 남서풍을 불어 들여 온난 습윤 한 기후 특성 해양으로부터 습한 바람 => 연중 강수 분포가 일정 ex) 서부유럽, 북미대륙의 태평양 연안 등 알프스산맥 편서풍 계절풍 기후 편서풍 기후

2.2 기후(Climate) (15/21) 3) 기후변동과 기후변화 ① 기후변동과 기후변화 • 기후 시스템 속(대기권, 수권, 빙권, 생권 및 지권)의 각종 역학적, 물리적, 화학적 과정들이 복잡하게 얽혀있음 => 각 과정들 간의 반응속도가 다름 => 외부의 특별한 변화 요인 없이도 기상과 기후는 지속적으로 변화 • 엘리뇨 현상 : 태평양의 해수면 온도변화 => 다른 지역의 기온과 강수량에 영향 지난 90만년 동안의 지구 평균 기온

2.2 기후(Climate) (16/21) 기후변화를 일으키는 천문학적 요인 ② 천문학적 요인으로 인한 기후변화 • 태양활동의 변화 : 태양활동의 변화 주기가 비교적 짧음 => 이 주기 동안 지구로 들어 오는 태양 에너지량의 변화가 0.07%에 불과 => 온난화 큰 영향을 끼치지는 않음 • 지구의 자전축과 관련된 요인 : 지축의 기울기 변화 => 계절의 변화 정도가 달라짐 • 지구의 공전궤도 변화 : 지구의 공전 궤도는 원에서 타원으로 점차 편평화 하였다가 원래대로 돌아감(약 10만년 주기) 태양 지구 궤도는 10만년과 40만년 주기로 그 모양이 변화한다. 자전축 N S 지구의 회전원 지구의 축은 약 1만 9천년에서 2만 3천년을 주기로 원운동하고 있다. 기후변화를 일으키는 천문학적 요인

2.2 기후(Climate) (17/21) ③ 온실기체로 인한 기후변화 • 온실기체의 온난화 효과

2.2 기후(Climate) (18/21) 지구의 온난화 과정 • 온실기체와 지구 온난화 동향 지구의 온난화 과정 - 대기모형에 CO2실험(빨간선,GHG; Green House Gas)을 하였을 때, 최근 100년사이 관측되는 평균기온 상승치인 0.6와 유사한 급격한 기온상승효과를 볼 수 있음