Transcript 3. 복사 전달 과정
복사과정 1. 2. 3. 4. 복사 과정의 기초 복사 물리 법칙들 복사 전달 과정 복사 가열율 1. 복사 과정의 기초 태양 복사 (solar radiation) 0.1～2㎛ 영역의 단파 복사 지구 복사 (terrestrial radiation) 4～40㎛ 영역의 장파 복사 복사와 관련하여 중요한 기체들 그림 1. 수증기, CO2, O2, 그리고 O3, N2O, CH4 기체의 파장에 따른 흡수도. 2. 복사 물리 법칙들 막스 플랭크의 복사 법칙(Max plank's law) 빈의 변위법칙 ( Wien's displacement law) 비어의 법칙 (Beer's law) 혹은 램버트의 법칙 (Lambert's law) 키흐르호프 법칙 (Kirchhoff's law) 스테판-볼쯔만 법칙 그림 2. 태양 복사로부터 지구 대기 상단에 도달한 흑체 태양 복사양과 지구 복사량을 파장에 대하여 표시 3. 복사 전달 과정 램버트의 식으로부터 복사 플럭스는 수직으로 입사하는 복사량 방출에 기준하여 비어의 법칙을 이용하면 스테판-볼쯔만 법칙을 이용하여 B가 어떤 방향성이 고려된 것이라는 것을 고려하여 램버트의 법칙과 키흐르호프 법칙을 결합하여 임의의 기층에서의 복사 변화량 ‘슈바르차일드의 법칙’ (Schwarzchild's law) 어떤 층에서의 순 복사 플럭스 모든 파수에 대한 총 순 플럭스 * 총 플럭스를 결정하기 위하여 다양한 모수화 방법 - 평균 투과도를 사용하거나 스펙트럼 평균의 투과도 (transmissivities)를 사용 ⅰ) 밴드 모형 ⅱ) 경험적 방법 (empirical method) 4. 복사 가열율 천정각에 대한 식 대기 상단에서 태양 복사 플럭스, S 복사에 민감한 대기 기체는 성층권 오존, 대류권 수증기, CO2 수증기의 양에 따른 흡수도 계산: Lacis and Hansen (1974)의 수증기 곡선식 복사에 의한 순 가열율 (net heating/cooling rates) 그림 3. 대기 중의 기체인 수증기, 오존, 이산화탄 소의 태양 복사 (S) 및 지구 복사 (L)의 흡수에 따 라 변하게 되는 기온 변화율 구름 및 강수과정 1. 구름 2. 강수와 구름의 형성과정 3. 대류 조절 과정 모수화 4. Kuo 방안과 A-S 방안 1. 구름 크게 층운 (stratiform cloud) 과 대류운(convective cloud)으로 구분 구름의 반사도 (cloud albedo)는 천정각과 광학깊이의 함수로 결정 모형에서 구름양이나 넓이(cover)의 진단 - 구름에 의한 복사 강제항 (cloud-radiative forcing, CF) 단파 복사에 의한 복사 강제항 + 장파 복사에 대한 강제항 2. 강수와 구름의 형성과정 < 기본개념 > 습기 보존 방정식 혼합비 비습 flux형태의 습기 보존식 상대습도 비단열 항을 고려한 열역학 제 1법칙 상대습도 엔탈피로 표현된 열역학 제 1법칙과 정역학 균형방정식 수증기의 상태방정식 전체의 기압 - 수증기 분압 <10>과 <11>를 통해서 여기서 식<15>에 따른 혼합비 이므로 포화 혼합비 포화수증기 분압과 그 전미분 값 식<20>을 식<19>로 나누면 <22>와 정역학 방정식, 상태 방정식을 통해서 <23>을 <12>에 적용하여 기온감률 상당온위 대류가 없을 때의 잠열 잠열에 의한 기온의 변화 그림 1. 상승응결고도 (LCL) 이 하에서는 건조단열감율로, LCL 이상에서는 습윤단열감율로 기 온감율을 하며 적운구름 형성 그림 2. 건조공기 (윗 그림)와 습 윤공기(아래 그림)의 경우 불안 정지점 (A) 과 안정 지점 (C) 3. 대류 조절 과정 모수화 Poisson 방정식으로부터 내부에너지, 위치에너지, 잠열에너지의 총 에너지는 조절 과정동안 변하지 않음 건조 정지 에너지 (dry static energy) 습윤 정지 에너지(moist static energy) Lq 4. Kuo 방안과 A-S 방안 - “Kuo" scheme (Kuo 방안) 단위 수평면에서의 수증기 유입량 적운대류에 의한 가열 N(p)는 응결에 대한 연직 밀도 함수로 <35>와 같다고 가정 적운 대류에 의한 습도의 시간적 변화율 bMt Mt Mt 그림 3. Kuo 방안을 설명하는 대략적인 모형도 - “A-S" Scheme (A-S 방안) 1.이상화된 구름 모형내에 아격자 규모의 (“subensembles") 의 스펙트럼이 공 존함과, 대규모 기상장과의 상호작용을 고려 2. 경계층과도 강한 상호작용 그림 4. A-S 방안에서 'i' 번 째 구름과 저변 질량속 주위 에 침강하는 공기와 증발되는 주위 공기를 나타내는 모식도. 지면 과정 1. 지표면에서의 경계 플럭스 2. 지표 온도의 계산 3. 지표 물수지의 계산 4. 지표면 모형의 변천사 1. 지표면에서의 경계 플럭스 운동량에 대한 boundary 플럭스 공식 현열과 수증기에 대한 플럭스 공식 속도의 크기인 풍속 지표면에서의 혼합비 수송 계수의 근사값 행성 경계층에서 코리올리 힘과 기압 경도력 그리고 마찰력이 균형 마찰항은 응력의 연직 경도 경도로써 표현 응력은 연직 바람의 쉬어항과 연관 안정도 측정은 리처드슨수로 이루어짐 ( 해양에서 리처드슨수 ) 리처드슨 수에 대한 카테고리 성층이 안정화 임계 리처드슨 수 흐름이 완전 난류가 됨. 기온과 연직 바람은 평균된 값과 급격히 변화하는 난류 성분으로 표현 이를 레이놀즈 평균을 취하면 이므로 혼합 계수를 사용하여 나타내면 현열 수송에 대해 수증기 수송에 대해 리처드슨수의 의존도 -대기가 불안정할 때 큰 값을 가짐 2. 지표 온도와 지표 수문학의 계산 지표면에 대한 지표 온도를 예측하는 방정식 -지표 물수지 Bucket type-> 식생을 고려하여 발전 -토양 습기와 눈 덮힘 토양 습기 예단에 대한 기본 방정식 증발율은 다음과 같은 방식으로 토양 수분과 관련 눈 덮힘(snow cover) 예단 방정식 해양으로의 유출량 3. 지면 모형의 변천사 물통 (양동이) 방안 (bucket scheme; Manabe, 1969) 토양-식생-대기 수송 방안 (SVATs) (디킨슨 Dickinson, 1984: 셀러스 Sellers et al., 1986) - SVATs에 대한 상호 비교가 PILPS(Project for Intercomparison of Land-surface Parameterization Schemes )를 통해 이루어짐