[기상직 7급 물리기상학] 22년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

다음 중 대기경계층 내의 혼합층에서 고도에 따라 변화가 가장 큰 물리변수는?

온도

비습

온위

운동량

리처드슨수(Richardson number)에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

대기의 안정도를 나타내는 수이다.

부력의 크기에 비례하고 연직바람시어(Vertical wind shear) 크기에 반비례한다.

0.25보다 클 경우 켈빈-헬름홀츠(Kelvin-Helmholtz) 불안정이 나타난다.

단위가 없는 무차원 수이다.

※ 공식 최종정답이 복수정답(②③)으로 공개된 문항입니다. 여기서는 ②을 정답으로 처리하며, 실제 시험에서는 ②③ 모두 정답 처리되었습니다.

대기 중 에어로졸에 수증기가 응결하여 구름 수적이 형성되는 과정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

라울법칙(Raoult’s law)으로 에어로졸의 화학 조성에 따라 수적 형성에 필요한 대기 수증기압이 달라짐을 설명할 수 있다.

에어로졸이 있을 때 에어로졸이 없는 경우와 비교하여 수적 형성에 필요한 대기 수증기압이 더 높아진다.

연무(Haze) 입자의 반경은 임계반경(rc)보다 작아 안정평형을 이룬다.

구름의 수적은 대기 수증기압이 일정할 때에도 응결에 의해 성장할 수 있다.

전자기파가 구름입자에 의해 산란될 때 구름입자의 반지름이 두 배로 증가하고 전자기파의 파장이 두 배로 길어진다면 산란되는 에너지의 강도는 어떻게 변하는가? (단, 레일리산란(Rayleigh scattering)만 발생한다고 가정한다.)

0.5배로 감소

변동 없음

2배로 증가

4배로 증가

다음 중 주간에 기상위성의 가시영상에서는 어둡게 나타나지만 적외영상에서는 밝게 나타날 수 있는 현상으로 가장 적절한 것은?

안개

권운

적설

적란운

가시광선과 대기 중에 존재하는 물질들의 상호 작용으로 발생하는 광학현상들에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

맑은 하늘이 푸르게 보이는 것은 파장이 짧을수록 공기분자에 의한 산란이 강한 레일리산란으로 설명할 수 있다.

구름이 하얗게 보이는 것은 구름입자의 미산란(Mie scattering)에 의해 가시광선의 전 파장대에서 전방산란이 강하게 발생하기 때문이다.

해무리는 상층의 빙정에 의해 가시광선이 특정방향으로 굴절되어 발생하기 때문에 다양한 크기의 빙정들이 있을 때 잘 나타난다.

무지개는 수적에 의한 굴절과 내부 반사에 의해 발생하므로 태양을 등지는 방향에서 관측될 수 있다.

다음 중 빙정핵(Ice nucleus)을 이용한 구름씨 뿌리기(Cloud seeding)로 강수를 유발하는 과정에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?
ㄱ. 구름 상부의 기온이 0°C 이상이어야 강수 유발에 유리하다.
ㄴ. 빙정핵으로 흡습성 물질(NaCl, CaCl2 등)이 주로 사용된다.
ㄷ. 과냉각 수적을 포함한 구름이 있어야 한다.

ㄱ, ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄷ

다음 중 습윤공기와 관련된 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?
ㄱ. 가온도(Virtual temperature)는 건조공기와 동일한 압력과 밀도를 가질 때의 온도이다.
ㄴ. 이슬점온도(Dew point temperature)는 습구온도(Wet-bulb temperature)보다 항상 높다.
ㄷ. 혼합비(Mixing ratio)는 습윤공기의 총질량에 대한 수증기 질량의 비율로 정의된다.
ㄹ. 지표면의 온도가 대류온도에 도달하면 대류응결고도는 자유대류고도와 같아진다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄹ

ㄴ, ㄹ

ㄱ, ㄷ, ㄹ

스토크스법칙(Stokes’ law)에 의한 수적의 반지름과 종단속도(Terminal velocity)의 관계로 옳은 것은?

반지름에 정비례한다.

반지름에 관계없이 일정하다.

반지름에 반비례한다.

반지름의 제곱에 비례한다.

다음 그림은 빛이 매질에 입사했을 때 일어나는 흡수, 반사, 투과현상을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 그림에서 A는 흡수율, R은 반사율, T는 투과율을 의미하며 굴절효과는 무시한다.)

에너지보존법칙에 따라 A+R+T=1이 성립한다.

키르히호프법칙(Kirchhoff’s law)에 따르면 A=T이다.

R은 입사된 빛의 파장과 매질 내 입자의 크기별 비율과 연관이 있다.

매질 내 특정 기체의 A에 대한 정보는 해당 기체의 분포를 추정하는데 활용될 수 있다.

기상청에서 운영 중인 S-밴드 레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

비강수 구름입자의 경우 레이더 신호에 의한 전방산란이 후방산란보다 우세하다.

빗방울에 의한 후방산란의 세기는 전방산란의 세기와 거의 유사한 값을 가진다.

S-밴드 레이더는 C-밴드 레이더보다 더 긴 파장을 사용한다.

레이더 영상에서 밝은 띠(Bright band)가 나타나는 이유는 물의 유전율이 얼음의 유전율보다 크기 때문이다.

다음 중 구름 수적의 성장에 대한 설명으로 옳지 않은 것을 모두 고르면?
ㄱ. 매우 작은 수적을 제외하고 수적의 크기별 분포는 지수 함수적으로 감소하는 경향을 보인다.
ㄴ. 충돌효율(Collision efficiency)은 항상 1 이하이다.
ㄷ. 수적으로만 구성된 비구름의 경우, 강수율(Precipitation rate)은 수적크기분포(Droplet size distribution)만의 함수로 결정할 수 있다.
ㄹ. 작은 수적과 큰 수적이 충돌할 때 큰 수적의 크기가 클수록 충돌효율이 크다.
ㅁ. 해양성 구름의 수적크기분포가 대륙성 구름보다 그 폭이 더 넓다.

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄷ, ㄹ

ㄷ, ㅁ

제3차 기후변화협약 당사국총회에서 채택한 교토의정서에 명시된 6대 온실가스 중 (가)지구온난화지수(Global warming potential)가 가장 큰 온실기체와 (나)실제 지구온난화에 기여도가 가장 큰 온실기체를 바르게 짝지은 것은?

(가) 수소불화탄소(HFCs) (나) 이산화탄소(CO2)

(가) 수소불화탄소(HFCs) (나) 메탄(CH4)

(가) 육불화황(SF6) (나) 이산화탄소(CO2)

(가) 육불화황(SF6) (나) 메탄(CH4)

다음 중 플랑크 함수(Planck function, $B_\lambda(T)$)에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르면?
ㄱ. 플랑크 함수를 파장에 대해 미분하여 빈(Wien)의 변위법칙을 유도할 수 있다.
ㄴ. 레일리-진스(Rayleigh-Jeans) 근사법칙으로 빛의 파장이 충분히 긴 경우 복사휘도가 흑체의 온도와 선형관계가 있음을 설명할 수 있다.
ㄷ. $B_\lambda(T)$의 단위는 W m-2 sr-1 μm-1이다.
ㄹ. 플랑크 함수를 전 파장에 대해 적분한 값은 흑체온도의 4제곱에 비례한다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ, ㄹ

ㄴ, ㄷ, ㄹ

ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ

다음 중 난류에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

난류 흐름의 무작위 특성(Randomness)때문에 난류의 흐름에 대한 결정모델(Deterministic model)을 만들기에 용이하다.

난류의 운동에너지는 에너지 폭포과정(Energy cascade)을 통해 큰 소용돌이에서 작은 소용돌이로 전달된다.

난류에 의한 운동량 수송 과정에서 운동량플럭스(Momentum flux)는 수평속도와 연직속도의 공분산으로 주어진다.

레이놀즈수(Reynolds number)는 관성에 의한 힘과 점성에 의한 힘의 비로 정의되며 일반적으로 4000 이상일 경우 난류로 판별된다.

다음 표는 불포화상태 대기의 고도에 따른 온도 분포이다. (가)평균기온감률과 해당 공기덩이의 (나)안정도를 올바르게 짝지은 것은? (단, 공기덩이는 불포화상태를 유지한다.)
고도(m)
1000
1500
2000
2500
온도(°C)
25
22
20
17.5

(가) 약 5°C/km (나) 안정

(가) 약 5°C/km (나) 불안정

(가) 약 5°C/km (나) 중립

(가) 약 7.5°C/km (나) 불안정

기체의 전자기파 흡수과정에서 발생하는 흡수선 확장은 지구 대기의 경우 주로 충돌확장(Collision broadening)과 도플러확장(Doppler broadening)의 합으로 나타나며, 각각의 흡수선 확장폭은 다음과 같다.
충돌확장 폭 $\alpha_L$는
$\alpha_L=\alpha_0\left(\frac{p}{p_0}\right)\left(\frac{T_0}{T}\right)^{1/2}$
여기서 $p$와 $T$는 압력과 온도를 첨자 0은 지표면을 나타낸다.
또한, 도플러확장 폭 $\alpha_D$는
$\alpha_D=\frac{V}{c}\left(\frac{2kT}{m}\right)^{1/2}$
여기서 $V$, $c$, $k$, $m$은 각각 기체분자의 운동속도, 빛의 속도, 볼츠만상수(Boltzmann constant), 분자의 질량을 나타낸다.
위 식을 이용한 두 확장 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

$\alpha_L$은 고층대기로 갈수록 작아진다.

$\alpha_D$는 고층대기로 갈수록 커진다.

대류권에서의 확장폭의 변화는 온도변화보다는 압력변화에 의해 주로 결정된다.

지구 대기에서 나타나는 실제 흡수선 스펙트럼(Spectrum)의 형태는 이들 확장효과 때문에 고층대기로 갈수록 복잡해진다.

대기경계층에서 바람의 연직 성분($w$)과 기온($T$)은 레이놀즈 분리를 적용하여 표현될 수 있다. (단, 식에서 $\overline{w}, \overline{T}$ 는 평균, $w', T'$은 섭동 성분을 각각 의미한다.)
$w=\overline{w}+w'$    $T=\overline{T}+T'$
난류를 통계적으로 분석할 때 $w$와 $T$ 공분산의 물리적 의미로 옳은 것은?

난류 강도

연직 운동량플럭스

연직 열플럭스

난류운동에너지

다음 식은 복사전달을 설명하는 슈와르츠차일드(Schwarzchild) 방정식이다.
$I_\lambda(z_1)=I_\lambda(z_0)e^{-\tau_\lambda(z_1,z_0)}+\int_{z_0}^{z_1}B_\lambda e^{-\tau_\lambda(z_1,z)}k_\lambda\rho dz$
(단, $I_\lambda$는 복사휘도, $k_\lambda$는 파장 $\lambda$에서의 흡수계수, $\rho$는 밀도, $z$는 고도, $B_\lambda$는 플랑크 함수, $\tau_\lambda$는 파장 $\lambda$에서의 광학두께이다.)
이 방정식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

고도 $z_1$을 대기의 꼭대기(Top of atmosphere), $z_0$를 지면이라 가정하면 $I_\lambda(z_1)$은 위성에서 관측한 복사휘도에 해당한다.

우변의 첫 번째 항은 고도 $z_0$에서 방출된 에너지가 고도 $z_1$까지 도달했을 때의 복사휘도이다.

우변의 두 번째 항은 각 고도에서 방출된 복사휘도가 $z_1$까지 도달하는 양으로서 매질의 방출, 흡수 및 산란과정이 포함되어 있다.

맑은 날 기상위성의 적외영상을 분석하는 데 활용된다.

단열적으로 연직운동하는 건조공기가 가지는 특징에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

건조공기의 열역학적 변수는 정역학 방정식과 열역학 제1법칙을 이용하여 구할 수 있다.

건조공기의 상승 또는 하강 운동 시 상당온위는 변하지 않는다.

주변 공기에 비해 온도가 높으면 중력가속도와 반대방향의 힘을 받게 된다.

주변 공기와의 열교환이 없으므로 에너지가 보존되어 온도가 변하지 않는다.

다음은 지구에서 방출하는 장파복사에너지를 기상위성에서 측정하여 대기의 연직온도 분포를 구하는 과정이다. (가)와 (나)에 들어갈 단어가 적절히 짝지어진 것은?
ㄱ. 지구에서 방출하는 단색복사휘도의 파장별 스펙트럼을 측정한다.
ㄴ. 대기의 창 영역 파장대를 활용하여 (가)를 구한다.
ㄷ. (나)을(를) 알고 있는 기체의 소산계수(Extinction coefficient)를 이용하여 대기의 연직온도 분포를 구한다.

(가) 대기의 광학두께 (나) 연직밀도 분포

(가) 지표면 온도 (나) 분자량

(가) 지표면 온도 (나) 연직밀도 분포

(가) 대기의 광학두께 (나) 분자량

다음 각 대기경계층에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

안정경계층: 현열플럭스, 잠열플럭스, 운동량플럭스가 고도에 따라 변하지 않는다.

지표경계층: 오브코프 길이(Obukhov length)보다 낮은 고도에서는 난류가 부력보다 바람시어에 의해 더 많이 발생한다.

대류경계층: 지표면의 가열로 발달하며 온위가 고도에 따라 거의 일정하다.

중립경계층: 주로 바람이 강하게 부는 경우 형성될 수 있다.

구름의 발달과정과 강수 현상에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

구름이 형성되는 메커니즘으로는 태양복사에 의한 지면 차등가열, 전선면에 의한 공기의 강제상승 등이 있다.

구름 내 크기가 서로 다른 수적이 충돌하여 수적이 성장하는 과정을 충돌-병합과정이라 한다.

구름 내 수적과 빙정 간의 포화수증기압 차이로 인해 빙정이 성장하는 과정을 베르게론-핀다이젠(Bergeron-Findeisen) 과정이라 한다.

온난구름(Warm cloud)에서 수적이 균일한 크기로 분포할수록 강수형성에 더 유리하다.

지표면에서 에너지가 균형을 이루고 있는 상태일 때 지표면에 입사하는 태양복사에너지와 장파복사에너지는 각각 600W m-2와 400W m-2, 지표면에서 방출하는 장파복사에너지와 잠열플럭스는 각각 520W m-2와 240W m-2로 관측되었다. 이 때 보웬비(Bowen ratio)는? (단, 알베도는 0.2라 가정하고 지중열플럭스(Ground heat flux)는 무시한다.)

0.33

0.5

0.67

2.0

밀란코비치(Milankovitch)는 지구의 기후변화가 지구 공전궤도 이심률, 자전축의 기울기, 세차운동과 관련이 있다고 설명하였다. 밀란코비치 이론에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

공전궤도 이심률의 변화에 따라 지구와 태양 사이의 근지점의 위치가 변하며 이에 따라 근지점에서의 태양복사에너지 입사량이 변한다.

지구의 자전축이 공전면으로 기울어질수록 북반구 중위도에서는 계절에 따른 태양복사에너지 입사량의 변화폭이 증가한다.

지구 자전축의 세차운동에 의해 지금부터 약 13000년 이후에는 북반구의 기온 연교차가 줄어든다.

기후변화는 태양복사에너지 입사량의 강도 변화보다는 위경도별 분포의 변화에 더 큰 영향을 받는다.