[기상직 7급 기상역학] 25년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

지형에 의해 나타나는 베타효과(topographic $\beta$-effect)에 대한 설명으로 옳은 것은?

공기 흐름이 지형에 가로막히는 곳에서 찬 공기가 축적된다.

지표면 경사로 인한 열적 불균형에 의해 하층제트가 발달한다.

유체 기둥이 신장 또는 수축하면서 나타나는 효과이다.

지표 거칠기에 의한 마찰 효과이다.

준지균 이층(two-layer) 모형에서 중위도 종관규모 요란의 주된 발생 메커니즘인 경압불안정에 대한 설명으로 옳은 것은?

대기의 정적 안정도가 클수록 경압불안정이 발생하기 쉽다.

연직 바람 시어가 클수록 경압불안정이 발생하기 쉽다.

코리올리 매개변수가 클수록 경압불안정이 발생하기 쉽다.

위도에 따른 행성 소용돌이도 변화 효과는 경압불안정을 강화시킨다.

순압 대기에서 북반구 위도 30°에 중심을 둔 반지름 100 km의 원형 공기 기둥이 지구에 대해 정지한 채로 반지름 200 km로 팽창되었다고 할 때, 원둘레에 대한 순환(circulation)의 변화량을 계산한 것으로 옳은 것은? (단, 지구자전각속도 $\Omega$ = 7 × 10-5 s-1, $\pi$ = 3이고, 유체의 점성은 무시한다.)

- 2.1 × 106 m2 s-1

- 4.2 × 106 m2 s-1

- 6.3 × 106 m2 s-1

- 8.4 × 106 m2 s-1

다음 그림은 전선발생(frontogenesis)과 관련된 순수 변형 흐름의 모식도이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 실선은 유선을 의미하며, 연직 방향의 운동은 없다고 가정한다.)

ㄱ. 이 흐름에 이류되는 공기덩이는 일정한 수평 면적을 유지한다.
ㄴ. 온도장이 수축 축(axis of contraction)과 평행하게 온도경도를 갖고 있을 때, 이 흐름은 전선발생적(frontogenetic)이다.
ㄷ. 온도장이 신장 축(axis of dilation)과 평행하게 온도경도를 갖고 있을 때, 이 흐름은 온도경도를 시계방향으로 회전시킨다.

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

온도풍에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 최근 지구온난화로 인해 북극의 해빙이 녹으면서 극제트가 약화되는 현상을 설명할 수 있다.
ㄴ. 중층대기(middle atmosphere)의 평균 동서류 방향이 여름 반구와 겨울반구에서 반대인 현상을 설명할 수 있다.
ㄷ. 온도풍 방정식은 다음과 같이 표현된다.
$\frac{\partial \overrightarrow{V_g}}{\partial p} = -\frac{R}{f}\vec{k}\times\nabla_p T$
$\overrightarrow{V_g}$: 지균풍, $R$: 건조공기 기체상수, $f$: 코리올리 매개변수, $T$: 온도, $p$: 기압

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

다음은 구면 좌표계에서의 동서방향 운동방정식이다. 중위도 종관규모 운동을 고려할 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 수평속도규모는 10 m s-1, 연직속도규모는 10-2 m s-1, 길이규모는 106 m, 수평기압변화규모는 103 m2 s-2, 지구반지름은 107 m, 코리올리 매개변수는 10-4 s-1이다.)
$\underbrace{\frac{Du}{Dt}}_{\text{(가)}}\underbrace{-2\Omega v\sin\phi}_{\text{(나)}}+2\Omega w\cos\phi+\underbrace{\frac{uw}{a}}_{\text{(다)}}\underbrace{-\frac{uv\tan\phi}{a}}_{\text{(라)}}=\underbrace{-\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial x}}_{\text{(마)}}+F_{rx}$
$\Omega$: 지구자전각속도, $\phi$: 위도, $a$: 지구반지름, $F_{rx}$: 동서방향 점성력

규모분석을 통해 곡률항을 무시함으로써 위의 운동방정식을 선형화할 수 있다.

(나)의 규모에 대한 (가)의 규모의 비는 로스비수(Rossby number)이며, 이 값은 1이다.

(나)와 (마)의 규모는 모두 10-3 m s-2이고, 이 둘의 균형을 지균 균형이라 한다.

(다)와 (라)의 규모는 모두 10-6 m s-2이기 때문에 무시할 수 있다.

다음은 준지균 방정식에서 유도되는 Q벡터를 표현한 식이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
$\overrightarrow{Q}\equiv(Q_1,Q_2)=\left(-\frac{R}{p}\frac{\partial\overrightarrow{V_g}}{\partial x}\cdot\nabla T,\ -\frac{R}{p}\frac{\partial\overrightarrow{V_g}}{\partial y}\cdot\nabla T\right)$
$\overrightarrow{V_g}$: 지균풍, $T$: 온도
ㄱ. Q벡터는 지균풍에 의한 온도 이류와 절대 소용돌이도 이류의 조합으로 정의된다.
ㄴ. Q벡터가 수렴하는 지역에서는 상승 운동이 나타난다.
ㄷ. 상층 전선 부근에서 Q벡터가 온난역을 향하면 지균풍은 전선을 강화한다.
ㄹ. Q벡터의 동서 성분은 지균풍에 의한 남북방향 온도 변화율과 관련이 있다.

ㄱ, ㄴ

ㄴ, ㄷ

ㄴ, ㄹ

ㄷ, ㄹ

다음 그림은 지구 자전 및 마찰력을 무시한 이상적인 대기에서의 해풍순환(sea breeze circulation) 모식도이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 굵은 실선은 순환을 의미하며 순환의 수평성분은 등압면에 놓여있고, 순환의 상단 기압($p_1$)은 900 hPa, 하단 기압($p_0$)은 1000 hPa, $R$ = 287 J kg-1 K-1, $\ln\frac{10}{9}$ = 0.1, $\overline{T}_2$와 $\overline{T}_1$은 각각 육지와 해양 위에서 대기층의 평균 온도, 파선은 등밀도면을 나타낸다.)

ㄱ. 시간에 대한 순환의 변화율은 솔레노이드항에 의해 결정된다.
ㄴ. $\overline{T}_2$가 $\overline{T}_1$보다 크면 시간에 대한 순환의 변화율이 양의 값을 가져 해풍이 분다.
ㄷ. $\overline{T}_2$가 $\overline{T}_1$보다 5℃ 높을 경우, 시간당 풍속의 변화율은 24.6 m s-1 h-1이다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

적도 인근 태평양 지역의 워커 순환(Walker circulation)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

워커 순환은 열대 태평양의 해수면 온도 이상 현상인 엘니뇨-남방진동(ENSO)과 연관이 있다.

평상시에는 동풍에 의해 대기 하층의 온난 습윤한 공기가 서태평양까지 이동한다.

엘니뇨 발생 시, 워커 순환이 약화되거나 역전되면서 동태평양의 하강 기류와 서태평양의 상승 기류가 약화된다.

워커 순환은 남북 방향으로 북반구와 남반구 대기 사이의 운동량 교환에 지배적인 영향을 미친다.

유적(trajectory)과 유선(streamline)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

유한한 시간 동안 어떤 공기덩이가 이동한 경로를 유적이라 한다.

정상상태(steady-state)의 운동장(motion field)일 경우, 유적과 유선이 일치한다.

유적은 $\frac{dy}{dx}=\frac{v(x,y,t_0)}{u(x,y,t_0)}$를 시각 $t_0$에서 $x$에 대하여 적분하여 구한다.

지오퍼텐셜 등고선은 경도풍의 유선에 대응된다.

수치예보모델이나 대기 분석에서 고도 좌표계 대신 기압 좌표계를 주로 사용하는 이유로 옳은 것은?

기압은 고도와 달리 상층으로 갈수록 값이 증가하기 때문이다.

정적 안정도 매개변수($S_p$)가 고도의 영향을 거의 받지 않기 때문이다.

연속방정식에서 밀도항이 사라져 방정식이 단순화되기 때문이다.

바람이 등압면을 따라서만 불기 때문이다.

다음 그림은 북반구 중위도 500 hPa의 지위고도(geopotential height) 모식도이다. 경도풍이 두 지위고도 사이로 서에서 동으로 흐를 때, 각 지점에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면? (단, 두 지위고도 사이의 간격은 일정하다.)

가. 비지균 흐름의 수렴이 존재하고, 지상에서 저기압 발달을 유도한다.
나. 남쪽으로 작용하는 원심력과 전향력의 합이 북쪽으로 작용하는 기압경도력과 균형을 이룬다.
다. 비지균 흐름의 발산이 존재하고, 지상에서 저기압 발달을 유도한다.
라. 북쪽으로 작용하는 원심력과 전향력의 합이 남쪽으로 작용하는 기압경도력과 균형을 이룬다.

가, 나

나, 다

나, 라

다, 라

마찰이 없는 북반구 상층 대기에서 실제 바람이 지균풍에 대하여 반시계 30° 방향으로 불고 있다. 지균풍의 속도($V_g$)가 20 m s-1일 때, 실제 바람 속도($V$)의 변화율($\frac{dV}{dt}$)을 계산한 것으로 옳은 것은? (단, 코리올리 매개변수 $f$ = 10-4 s-1, $\sqrt{3}$ = 1.7이고, 지위고도의 곡률은 무시한다.)

- 1.0 × 10-3 m s-2

- 1.7 × 10-3 m s-2

+ 1.0 × 10-3 m s-2

+ 1.7 × 10-3 m s-2

자유 순압 로스비파(free barotropic Rossby wave)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 북반구 중위도 상층 대기를 가정한다.)

소용돌이도 이류 중 장파의 경우 행성 소용돌이도 이류가, 단파의 경우 상대 소용돌이도 이류가 지배적이다.

정체 로스비파의 경우, 동서방향의 군속도는 항상 지면에 대하여 동쪽 방향이다.

위상 전파는 유체 입자 남북 이동에 따른 행성 소용돌이도 변화와 절대 소용돌이도 보존으로 설명할 수 있다.

로스비파의 진동수는 항상 코리올리 진동수보다 작다.

천수파(shallow water wave)에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 천수파의 분산관계식은 아래와 같다.)
$\nu=k\sqrt{gH}$
$\nu$: 진동수, $k$: 동서방향 파수, $g$: 중력가속도, $H$: 물의 깊이

파장(wavelength)이 짧을수록 위상속도가 빨라진다.

물의 깊이(depth)가 깊을수록 위상속도가 느려진다.

위상속도는 파장과 무관하며, 물의 깊이에 비례한다.

$H$ = 1 km, $g$ = 10 m s-2일 때 군속도의 크기는 100 m s-1이다.

북반구에서 높은 위치 소용돌이도(Potential Vorticity, $PV$)를 가진 성층권 공기가 상부 대류권으로 침강하여, 지상 전선대 상공에 양(+)의 $PV$ 아노말리를 형성하였다. $PV$ 역전 원리에 따를 때, 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

$PV$ 역전의 근거는 $PV$의 보존성과 비발산성이다.

$PV$ 역전 원리로 추정한 지위고도와 온도 분포는 온도풍 균형으로 설명할 수 있다.

지상에 시계 방향의 고기압성 순환을 유도한다.

지상 흐름에는 직접적인 영향을 미치지 않는다.

북반구 마찰효과가 있는 지상 저기압계에서 발생하는 대기 흐름에 대한 설명으로 옳은 것은?

지상풍이 등압선을 가로질러 저기압 중심으로 불어 들어가고, 경계층 상부에 상승 운동이 유도된다.

지상풍이 등압선을 가로질러 저기압 중심에서 바깥쪽으로 불어 나가고, 경계층 상부에 하강 운동이 유도된다.

마찰은 연직 운동에 영향을 주지 않고, 지상풍의 풍속만을 감소시킨다.

마찰로 인해 저기압 중심으로부터의 원심력이 강화된다.

자전하는 지구 위의 대기운동에 영향을 미치는 힘에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 물체 또는 유체의 무게 중심에 작용하는 힘을 표면력(surface force)이라고 한다.
ㄴ. 기압경도력(pressure gradient force)은 유체 경계면에 작용하는 겉보기 힘(apparent force)이다.
ㄷ. 겉보기 중력(apparent gravity)의 방향은 항상 지오퍼텐셜면에 대하여 연직이다.
ㄹ. 마찰력(viscous force)은 마주하는 물체 또는 유체의 면적에 반비례한다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄴ, ㄷ, ㄹ

ㄱ, ㄴ, ㄹ

다음은 준지균 소용돌이도 방정식이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
$\frac{\partial\zeta_g}{\partial t}=-\overrightarrow{V_g}\cdot\nabla(\zeta_g+f)+f_0\frac{\partial\omega}{\partial p}$
$\zeta_g$: 지균 소용돌이도, $\overrightarrow{V_g}$: 지균풍, $f$: 행성 소용돌이도,
$f_0$: 코리올리 상수, $\omega$: 연직속도, $p$: 기압

지균 소용돌이도의 시간에 대한 국지적 변화율은 절대 소용돌이도 이류항과 늘림(stretching)항의 합으로 나타낸다.

지균 소용돌이도 이류를 통해 북반구 상층 기압계의 동진을 설명할 수 있다.

수평 방향으로의 수렴 또는 발산이 없는 경우, 지균 운동을 따르면서 지균 소용돌이도가 보존된다.

북반구 상층 기압골(trough) 동쪽에서는 행성 소용돌이도 이류가 음(-)의 값을 나타낸다.

비발산 순압 소용돌이도 방정식에서 중위도 베타($\beta$)면 적용을 통해 로스비파의 위상속도와 군속도를 얻을 수 있다. 이 때 군속도($\overrightarrow{c_g}=(\frac{\partial\nu}{\partial k},\frac{\partial\nu}{\partial l})$)의 수평성분으로 이루어진 벡터에 대한 표현으로 옳은 것은? (단, $k$는 동서방향 파수, $l$은 남북방향 파수, $\nu$는 진동수, $\overrightarrow{K}=(k,l)$, $K=|\overrightarrow{K}|$, $\alpha$는 $\overrightarrow{K}$가 $x$축에 대하여 양의 방향으로 이루는 각이다.)

$\overrightarrow{c_g}=(c_x,0)-\frac{2\beta}{K^3}\sin(\alpha)\overrightarrow{K}$

$\overrightarrow{c_g}=(c_x,0)-\frac{2\beta}{K^3}\cos(\alpha)\overrightarrow{K}$

$\overrightarrow{c_g}=(c_x,0)+\frac{2\beta}{K^3}\sin(\alpha)\overrightarrow{K}$

$\overrightarrow{c_g}=(c_x,0)+\frac{2\beta}{K^3}\cos(\alpha)\overrightarrow{K}$

상층제트 출구에서의 Q벡터(Q-vector)의 방향(굵은 화살표)과 이에 따른 공기의 연직 운동을 표현한 것으로 옳은 것은?

[그림]

[그림]

[그림]

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중위도 지역에서는 에디 열속(eddy heat flux)과 에디 운동량속(eddy momentum flux)에 의해 열적 간접순환이 유도된다. 이와 관련하여 북반구 겨울철 중위도 지역에서의 평균 대규모 순환에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

에디 열속은 위도 50° 부근 대류권 하층에서 최대로 나타나며, 남북온도경도 약화를 유도한다.

에디 열속에 의한 온도풍 균형 파괴 효과를 상쇄하는 방향으로 상층 남북류의 풍향이 결정된다.

에디 운동량속은 위도 30° 부근 대류권계면에서 최대로 나타나며, 동서류 연직시어 강화를 유도한다.

에디 운동량속에 의한 상층 동서류 강화 효과는 에디 열속에 의한 온도풍 균형 파괴 효과를 상쇄한다.

성층권의 대기대순환에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 대류권에서 발생한 로스비파 중 파장이 10,000 km 이상인 경우에만 성층권에 도달한다.
ㄴ. 대류권 상층이나 성층권 평균 바람장의 서풍이 강할수록, 성층권에 도달하는 로스비파의 파장 범위가 넓어진다.
ㄷ. 여름철의 경우, 성층권 평균 바람장은 동풍이기 때문에 대류권에서 발생한 로스비파가 상층으로 전파되지 못한다.

ㄱ

ㄷ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄴ, ㄷ

다음 그림은 열대 파동에 대한 분산 선도(얇은 실선) 및 파워 스펙트럼(음영)을 표현한 것이며, 적도에 대해 남북으로 대칭인 성분만 나타내고 있다. 두꺼운 실선 영역(A～D)에 해당하는 파동 또는 변동성분의 이름으로 옳지 않은 것은? (단, $x$축은 동서파수를, $y$축은 주기(일)를 의미한다.)

A는 매든-줄리안 진동(Madden-Julian Oscillation)이다.

B는 켈빈파(Kelvin wave)이다.

C는 혼합 로스비-중력파(mixed Rossby-Gravity wave)이다.

D는 관성-중력파(Inertia-Gravity wave)이다.

다음 그림은 열대 태평양 엘니뇨 시기에 북반구 겨울철 중층 및 상층 대기의 지위고도 아노말리를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?

ㄱ. 동태평양의 해수면 온도가 평상시보다 높은 상태에서의 대기 반응이다.
ㄴ. PJ(Pacific-Japan) 패턴에 해당한다.
ㄷ. 북반구의 경우, H-L-H-L의 원격상관 로스비파열(Rossby wave train)을 보이고 있다.
ㄹ. 위 그림에서 북반구의 파열(wave train)은 로스비파의 위상 전파와 임계위도로 설명할 수 있다.

ㄱ, ㄷ

ㄴ, ㄷ

ㄱ, ㄹ

ㄱ, ㄷ, ㄹ