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.

Presentation on theme: "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."— Presentation transcript:

1 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

2 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

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

4

5 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)

6

7 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

8 6.3 힘의 평형에 미치는 마찰 효과 대기경계층 내 마찰력 → 기압경도력 > 전향력
국지나 이류가속도가 없는 경우 (직선등압선) 순압대기 경계층에서 바람은 고도에 따라 순전

9

10 ◦ 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

11 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

12 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

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

14 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

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

16

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

18 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

19

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

21 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

22 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

23

24

25

26 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

27

28

29