10.수분 수지 - 지구상의 수문학적 사이클의 이해 - 수증기 수지 방정식의 구축 - 수증기 수송의 모드의 이해 - 수분의 역할과 수송의 이해 - 수증기의 동서수송 과 수증기의 남북수송

Increasing number of natural disasters (by type) between 1900 and 2012 Increasing number of natural disasters (by type) between 1900 and 2012. The total number of disasters shows a significant increase from 1960 onwards and what is most apparent is that the majority are ‘hydro-meteorological’ or weather and climate related. D. Guha-Sapir, R. Below, Ph. Hoyois - EM-DAT: International Disaster Database

대기중의 수분과 물순환

그림 1.  물(수문)순환

Global Hydrological Cycle Trenberth et al. (2007)

수문학의 전형적인 방정식 육지 부문(terrestrial branch)을 위한 균형 방정식: S는 물 저장율, 오른쪽항들은 각각 강수율, 증발산율, 지표유출, 지하유출이다. 넓은 육지 지역에서 전형적인 방정식 가 다른 항에 비해 작으므로

수증기에 대한 균형 방정식 지표면으로부터 대기 꼭대기까지 확장된 수직의 단위 공기기둥 내에 함유된 수증기량:  지표면으로부터 대기 꼭대기까지 확장된 수직의 단위 공기기둥 내에 함유된 수증기량: 가강수량 (precipitable water) 수증기의 수평 수송을 압력에 관해서 적분하여 대기의 유출(aerial runoff) Q   Q의 동서 성분과 남북 성분

수증기의 균형 방정식인 식(7)과 질량 보존 방정식인 식(8)을 결합하여 대기에서 수증기 budget 균형 방정식 수증기의 소멸-생성 응결된 상태(Condensed  phase)를 위한 균형 방정식

총 수증기 함유량(total water content)의 균형방정식 대기 중에 총 수분(total water substance)의 균형 방정식 단위 영역의 공기 기둥에서 응결된 수증기(condensed water) 양 응결된 수증기의 수평 수송 벡터

식(13)에서 이므로 이를 시간 평균하여 식(16)을 공간에 대해 평균하여 식(2)와 (17)을 이용하여

유한차분을 사용하면 식(18)은 북반구 전체의 수증기 함유량

수증기 수송의 모드 수분 균형 방정식 수증기의 평균 북향 수송 식(23)을 연직으로 적분하면 수증기의 평균 연직수송

수분의 역할과 수송 1) 복사 균형(Radiation balance) 2) 열 방출(Heat release) : 상변화와 관련된 열에너지의 방출과 수송 3) 대류권 하층의 수분 수송 위도별 *** 아열대-> 적도 수송 *** 아열대-> 중위도 수송 (극향수송) 해양-육지에서는 *** 해양-> 육지 수송 4) 최대 극향 수송은 중위도 일시적인 에디(transient eddies)가 주원인 5) 총 수송(total transport)은 중위도에서는 북쪽으로 향하고 저위도에서는 남쪽으로 향함 6) 정체 에디 수송(Standing eddy transport)은 항상 북쪽을 향하며 아열대 고기압이 우세한 곳에서 우세. 7) 열대지방에서 대규모의 남향 수송은 평균 운동(mean motion)에 의해 삼세포 구조는 평균 수송 항(mean transport term)으로 설명되어 짐.

그림 2 지구상의 연 평균 증발율 분포(단위: cm/yr) 8) 수증기의 발산 =증발량- 강수량 아열대 지역은 moisture source 지역이다. 적도 지역과 중위도 지역은 moisture sink 대륙을 전체적으로 볼 때, 강수량이 증발량 보다 많다 - 거대한 하천 시스템(river system)에 유일한 원천 e) 바다로 배수가 되지 않는 지역은 강수량과 증발량이 비슷하다 그림 2 지구상의 연 평균 증발율 분포(단위: cm/yr)

그림 3. 지구상의 연 평균 강수량 분포(단위: dm/yr)

수증기의 동서 수송: qu ① 열대에서는 겨울 동안 편동풍 플럭스가 우세, 인도양 부근에서는 여름 몬순 동안 편서풍 플럭스가 우세하다. ② 가장 우세한 편동풍은 남아메리카와 남태평양 지역에 있다. ③ 중위도에 최대 편서풍 플럭스는 중앙 대서양과 태평양 지역에 있다. ④ 극에서는 편동풍 플럭스가 작다.

몬순순환을 통한 수증기 수송  

수증기의 남북 수송: qv ①열대에서 15N까지 남쪽으로 수송 큰 경년 변화가 있으면 이러한 큰 경년변동은 몬순 지역에 강수의 큰 경년변동을 초래하기도 함. ③ central Pacific (북태평양), northerly(southward)transport   최대 지역은 남 아메리카 연안과 인도 남쪽이고 대기의 수증기 플럭스는  경년 변화가 큰 특징 중위도 저기압 아열대 고기압은 수분을 극으로 수송

열수송에 기여:북반구에서 열의 북향 수송. (1PW=1015W)