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氣候와 文明 노 의 근 연세대학교 대기과학과 Tel. : 2123-2690
노 의 근 연세대학교 대기과학과 Tel : Home page :
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氣候 란 Questions - 주어진 지역의 날씨의 평균적 특성
- 주어진 지역의 날씨의 평균적 특성 - 그러나, 기후는 과거에도 변해왔고, 또 앞으로도 변할 것이다. - 특히, 현대 산업사회의 발전은 지구환경을 파괴하고, 기후를 급격하게 변화시킬 수 있는 미증유의 상황에 도달하였다. Questions 1. 지구의 기후시스템은 어떤 원리에 의해서 결정되는가? 2. 과거의 기후변화는 인류의 문명에 어떠한 영향을 주었는가? 3. 그러면, 우리는 예측되는 기후변화에 어떻게 대처할 것인가?
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I. 지구기후시스템의 이해 1. 지구기후시스템 II. 지구환경변화의 이해 및 예측 2. 해양과 대기의 순환
3. 구름및 강수과정 4. 세계의 기후패턴 II. 지구환경변화의 이해 및 예측 1. 기후변화의 요인 및 지구온난화 2. 오존층 파괴 3. 대기오염과 산성비 4. 유체운동에 대한 기본적인 물리적 원리의 이해 5. 해양대순환 및 엘니뇨현상 6. 기상관측과 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 기후변화 예측
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참고교재: *B.J. Skinner & S.C. Porter, The Blue Planet (1995, John Wiley & Sons) (譯, 푸른행성: 지구환경과학개론 , 시그마프레스) *F.K. Lutgens & E.J. Tarbuck, The Atmosphere (1995, Prentice Hall) *C. D. Ahrens, Essentials of Meteorology (2001, Brooks/Coles) (譯, 대기환경과학, 시그마프레스) S.A. Ackerman & J.A. Knox, Meteorology (2003. Brooks/Coles) H. von Stroch, S. Güss & M. Heimann, Das Klimasystem und seine Modellierung (Springer Verlag) 小倉義光, 一般氣象學 (1999, 東京大学出版会) (譯, 일반기상학) 木村竜治、流れの科学 (1985, 東海大学出版会) (譯, 흐름의 과학) 오재호, 기후학 I, II (1999, 아르케)
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II. 기후와 역사 1. 인류역사에서의 기후의 역할 2. 역사 여명기의 기후의 역할 3. 고대 및 중세의 기후
4. 소빙하기 ( 세기)
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*H.H. Lamb, Climate History and the Modern World (1995, Routledge)
주요참고교재: *H.H. Lamb, Climate History and the Modern World (1995, Routledge) D. Keys, Catastrophe (1999, Ballantine Books) B. Fagan, The Little Ice Age (2000, Basic Books) (譯, 기후는 역사를 어떻게 만들었는가?) D. Hughes, Ecology in Ancient History (1975) (譯, 고대문명의 환경사) B. Fagan, Floods, Famine and Emperors (1999, Basic Books) C. Ponting, A Green History of the World (1991, Penguin Books) J. Diamond, Guns, Germs and Steel (1997, Norton) K.J. Hsü, Klima Macht Geschichte (2000, orell füssli) 吉野正敏 & 安田喜憲，文明と環境（1995, 朝倉書店） 安田喜憲，気候と文明の盛衰（1990, 朝倉書店） 김연옥, 기후변화 (1998, 민음사)
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III. 기후변화와 인간사회 1. 기후와 인류 2. 지구온난화에 따른 지구환경의 변화 3. 해수면 상승이 미치는 사회적 영향
4. 지구온난화가 미치는 사회적 영향 5. 기후변화에 대한 정치사회적 대응
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참고교재 : *I.D. Whyte, Climate Change & Human Society (1995, Arnold) *LD. Danny Harvey, Climate and Global Environmenal Change (2000, Prentice Hall) J. Houghton, Global Warming (1997, Cambridge) T.E. Graedel & P.J. Crutzen, Atmosphere, Climate and Change (1995, Scientific American Library) N. Stehr & H. von Stroch, Klima, Wetter, Mensch (1999. C.H. Beck) S. Huet, 기후의반란 (譯, 2002) IPCC, Climate Change 2001 (譯, 기후변화종합보고서, 기상청) 內嶋善兵衛, 地球温暖化とその影響 (1995, 裳華房)
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강 의 홈페이지에 강의 내용을 올리고, 이를 활용한 강의 진행. 관련 비디오 시청 지구환경문제에 대한 주제발표 및 토의 평 가 중간고사 (35%), 기말고사 (35%), 출석 (15%), 발표 (15%)
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지난 50년간의 기후연구의 변화 1. 온도, 강수 등 일상생활에서 경험하는 날씨의 시공간적인 평균으로 이해
대기, 해양, 생태계 등을 전부 포함하는 지구 기후시스템으로 이해 2. 기후는 일정한 것이 아니라, 인간활동에 의해 변하는 것이라는 인식 3. 인공위성을 통해, 전지구의 기상상태를 지속적으로 측정. 전지구기후의 변화를 감시할 수 있게 되었다. 4. 슈퍼컴퓨터를 통해, 대기와 해양의 운동을 재현할 수 있게 됨. 기후변화를 기후모형을 통해서 예측할 수 있게 되었다. 5. 그러나 아직 과학적논쟁에 종지부를 찍고 정책적논의로 옮아가는 데 필요한 시나리오가 등장하지 않았다.
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地球 氣候 시스템 및 상호 작용 - 지구의 기후시스템을 이루는 요소 - - 氣圈(Atmosphere)
- 지구의 기후시스템을 이루는 요소 - - 氣圈(Atmosphere) - 水圈(Hydrosphere) : 안정된 기후를 유지 - 氷圈(Cryosphere) : 기후변화에 중요한 역할 (예,빙하시대) - 地圈(Lithosphere) : 화산분출, 사막화, .. - 生圈(Boisphere) : CO2, 수증기, ..
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氣 圈 1. 對流圈(troposphere) : 대부분의 기상 현상 *對流圈界面(tropopause)
氣 圈 1. 對流圈(troposphere) : 대부분의 기상 현상 *對流圈界面(tropopause) 2. 成層圈(stratosphere) : 오존에 의한 태양복사열 흡수 3. 中間圈(mesosphere) : 기온이 고도에 따라 감소 4. 熱圈(thermosphere) : X선, 자외선 흡수, 高溫, 희박 (지상의 10-11), 電離
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水 圈 - 해양(97.25%), 얼음(2.05%), 지하수(0.68%), 호수(0.01%) - 지표면의 71%를 차지
水 圈 - 해양(97.25%), 얼음(2.05%), 지하수(0.68%), 호수(0.01%) - 지표면의 71%를 차지 - 물의 비열은 공기의 약 1000 배 → 대기 전체를 1oC 올리는데 필요한, 열량은 해양 2.5m 두께를 1oC 올리는데 필요한 열량과 같다. - 해양이 없었다면, 위도에 따른 온도차가 훨씬 커짐 - 대기에서 발생한 CO2의 반이상을 해양에서 흡수 → 대기중의 CO2 농도의 증가를 완화 태양으로부터의 열에너지를 육지보다 훨씬 잘 흡수 해수면의 알베도(albedo) ~ 0.08 지구평균 알베도 ~ 0.3 - 기후변화를 억제하는 완충 역할
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1. 混合層 (mixed layer) - 대기와의 열교환에 의해 직접 반응 - 강한 난류에 의해 혼합된 상태 2. 水溫躍層 (thermocline) - 깊이에 따라 온도가 낮아짐 - 표층으로부터의 열전달을 차단 3. 深層 (deep layer) - 평균 2.3도 정도의 차고, 균일한 해수
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氷 圈 지구표면의 약 5% - 태양으로부터의 열에너지를 대부분 반사 *눈의 알베도 ~ 0.9
氷 圈 지구표면의 약 5% - 태양으로부터의 열에너지를 대부분 반사 *눈의 알베도 ~ 0.9 - 대기와 해양사이의 열교환을 방해 - 현재의 빙하가 모두 녹는다면, 해수면은 80m 상승 - 기후변화를 유발하는 촉매제 역할
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生 圈 地 圈 광합성을 통한 CO2의 흡수 - 중요한 온실기체인 CH4를 방출
生 圈 광합성을 통한 CO2의 흡수 - 중요한 온실기체인 CH4를 방출 - 생권의 존재는 육지에서 많은 수분을 함유할 수 있도록 한다 - 기후의 변화에 민감하게 반응 地 圈 - 대규모의 화산분출은 대기중에 에어로졸을 다량 배출 → 태양으로부터의 열전달을 차단 - 대기와 열, 운동량, 수분 등을 교환 - 지표면의 습도는 대기와의 열교환에 중요한 영향을 줌
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- 적도와 극지방사이의 태양으로부터 도달하는 열에너지의 불균형에
해양과 대기의 운동의 원천 - 태양으로부터의 열에너지 i) 위도에 따른 열에너지 공급의 차 ii) 지구의 회전 iii) 대륙과 해양의 비열 차 大氣의 순환 1. Hadely (1735) - 적도와 극지방사이의 태양으로부터 도달하는 열에너지의 불균형에 의한 지구대기의 순환구조를 제시 - 적도의 가벼워진 공기는 위로 올라가서, 극지방으로 향하고, 극지방의 무거운 공기는 지표면을 타고, 적도지방으로 향함
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2. 지구자전의 효과 - 극지방으로 향하던 바람은, 지구자전의 효과 (Coriolis 효과)로 점점
오른쪽으로 휘고 (북반구에서), 따라서 30N 정도에서 서쪽으로 불게됨 - 적도 - 저기압 (熱帶收斂帶; intertropical convergence zone, ITCZ) - 따뜻한 공기의 상승 - 30N - 고기압 (亞熱帶高氣壓; subtropical high) - 수증기의 응결, 복사냉각 등에 의해, 차가워진 공기의 하강 *極前線(polar front) - 아열대고기압대로부터의 더운 공기와 극지방으로부터의 차가운 공기 가 만나는 곳 - 극전선의 요동에 의해, 날씨에 큰 영향
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3. 대륙와 해양의 비열 차 - 동서방향의 대기순환구조를 크게 바꿈 - 계절적으로 바람이 부는 방향이 바뀜
- 특히 대륙의 영향의 큰 동아시아에서 현저하게 나타나고, 남반구에서는 미약
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Average surface pressure and associated global circulation for (a) January
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Average surface pressure and associated global circulation for (b) July
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海洋의 순환 • 표층 - 주로 바람에 이끌려 (吹送流, wind-driven circulation) • 심층
- 주로 온도와 염분의 변화에 의한 해수의 밀도변화에 의해서 (熱鹽流, thermohaline circulation)
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海流의 발생요인 1. 취송류(wind-driven circulation)
2. 열염류(thermocline circulation) heat cooling wind - 表層에 주로 영향 - 深層에 주로 영향
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해양과 대기 운동의 차이점 대기 해양 매질 공기(압축성) -운동에너지와 열에너지의 교환 물(비압축성) - 비교환 수평규모
20,000 km 수직규모 50 km 5 km 시간규모 days Months 불안정,강수,복사,… 안정,복잡한 지형
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대기-해양 상호 작용 - 대기해양간 열교환 → 온도 변화 증발, 강수 (해양) → 염분도 변화
- 대기해양간 열교환 → 온도 변화 증발, 강수 (해양) → 염분도 변화 → 熱鹽流(thermohaline circulation) (대기) → 습도변화 - 바람 → 운동량 전달 → 吹送流(wind-driven circulation) * Q (+1oC: total atmos) ~ Q (+1oC: 2.5m ocean)
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구름 및 강수과정 상승기류 단열(斷熱)팽창 (adiabatic expansion) 복사냉각 (radiative cooling)
주위의 찬 공기와의 혼합 온도하강 응결(condensation)핵 발생 응결 물방울간의 충돌(倂合; collision) 물방울의 크기가 커짐 강수(降水)
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강수 분포 • 수렴대 -> 상승기류 -> 습윤 (열대, 온대 지방) 발산대 -> 하강기류 -> 건조
(열대, 온대 지방) 발산대 -> 하강기류 -> 건조 (아열대, 한대 지방) • 대륙과 해양의 분포, 산맥 등에 의해 영향 받음
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열대 습윤기후 (A기후) 일반 특성 : 평균기온 18도씨 이상으로 1년 내내 기온이 높고
연평균 150cm 이상의 풍부한 강우량을 갖는 지역. 범위 : 적도를 중심으로 남북위도 15-25도. • 주요 유형(계절적 강우 분포에 따른) : 열대 습윤기후 (Af), 열대 몬순기후 (Am), 열대 습윤 및 건조기후 (Aw).
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건조기후 (B기후) 일반 특성 : 연중 강수량 부족, 가능 연 증산 및 증발량이 강수량을 초과.
범위 : 아열대 사막은 위도 약 20도에서 30도까지 위치하며 광범위한 중위도 대륙 지역이 여기에 속함. • 주요 유형 : 건조 (BW)-”진짜 사막”-와 반건조 (BS).
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중위도 아열대 습윤기후 (C기후) 일반 특성 : 온화한 겨울을 가진 습윤기후로 가장 추운 달의 평균 기온이 18에서-3도씨.
범위 : 위도 25-40도에 위치한 거의 모든 대륙의 동부와 서부. • 주요 유형 : 아열대 습윤기후 (Cfa), 아열대 해양기후 (Cfb), 여름 건조 아열대 혹은 지중해기후 (Cs).
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습윤 대륙기후 (D기후) 일반 특성 : 가장 더운 달의 평균 기온이 10도씨를 넘는 따뜻하고
서늘한 여름. 겨울은 가장 추운 달의 평균 기온이 -3도씨 이하로 내려가는 한랭기후. 경울에는 눈보라, 강풍, 혹한을 동반한 악천후가 잦음. 기후는 광대한 대륙의 영향을 받음. 범위 : 중위도 아열대 습윤기후의 북쪽. • 주요 유형 : 여름이 고온인 습윤 대륙기후 (Dfa), 여름이 서늘한 습윤 대륙기후 (Dfb), 아한대기후 (Dfc).
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한대기후 (E기후) 일반 특성 : 연중 기온이 낮아 가장 따뜻한 달의 평균 기온이 10도씨 이하이다.
범위 : 북미주와 유라시아의 북부 해안 지역, 그린랜드, 남극이 여기 포함된다. • 주요 유형 : 툰드라 기후 (ET)와 빙설기후 (EF).
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