[기상직 7급 물리기상학] 25년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

이상적인 열엔진(heat engine)인 카르노 순환(Carnot cycle)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

고온에서 흡수한 열의 일부를 일로 바꾸어주는 순환이다.

한 번의 순환과정 동안 단열과정에서의 일의 총량은 0이다.

등온과정은 열엔진 부피의 팽창이나 수축이 없이 발생한다.

엔진효율은 두 등온과정의 온도에 의해 결정된다.

비가 시간에 따라 일정하게 내리고 있을 때, 폭이 10 m이고 길이가 25 m인 수영장에 4시간 동안 10톤의 빗물이 모였다면, 시간당 강수량은? (단, 수영장은 바닥이 평평한 직사각형으로 비가 내리기 전에는 내부에 물이 없으며, 비가 내리는 동안에는 증발이 일어나지 않음을 가정한다.)

$2\ \mathrm{mm\,h^{-1}}$

$5\ \mathrm{mm\,h^{-1}}$

$10\ \mathrm{mm\,h^{-1}}$

$20\ \mathrm{mm\,h^{-1}}$

흑체복사에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

키르히호프의 법칙(Kirchhoff’s law)에 따르면 파장별로 흑체에 흡수되는 복사휘도(radiance)와 방출되는 복사휘도는 같다.

레일리-진스 근사(Rayleigh-Jeans’ approximation)는 해수면에서 방출되는 30 GHz 이하의 방출복사에 적용될 수 있다.

플랑크 함수(Planck’s function)를 모든 파장에 대해 적분하면 흑체의 복사조도(irradiance)가 절대온도의 네제곱에 비례함을 보일 수 있다.

빈의 변위법칙(Wien’s displacement law)은 플랑크 함수를 파장에 대해 편미분한 값이 0이 될 때의 파장과 온도의 관계를 말한다.

난류 운동량속은 속 기울기 이론 혹은 K-theory를 이용하여 표현할 수 있다. 이 이론에서 에디 점성계수($K_m$)의 단위로 옳은 것은?

$\mathrm{m^{2}\,s^{-1}}$

$\mathrm{m^{2}\,s^{-2}}$

$\mathrm{m^{-1}\,s^{-1}}$

$\mathrm{m^{-2}\,s^{-1}}$

천리안위성 2A호의 적외 채널(IR band)과 대기 복사 관측에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

수증기 채널은 성층권의 수증기 분포를 관측하는 데 사용된다.

대기의 창(atmospheric window)을 활용하여 구름이 없는 지역의 지표면 온도를 추정할 수 있다.

적외 채널을 통해 주로 지표면과 대기 상층에서 방출되는 복사에너지를 측정한다.

채널별 복사 강도를 통해 밝기온도(brightness temperature)를 산출할 수 있다.

구름 입자와 수적의 형성에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 베르게론-핀다이젠(Bergeron-Findeisen) 과정은 혼합상 구름에서 빙정 표면의 포화수증기압이 과냉각수적 표면의 포화수증기압보다 커서 과냉각수적이 성장하고 빙정의 크기가 감소하는 과정을 설명한다.
ㄴ. 수용액 속의 용질 입자가 수용액 표면의 일부를 차지하여 물의 증발을 감소시키기 때문에 같은 온도에서 수용액의 수증기압은 순수한 물에 대한 수증기압보다 낮다.
ㄷ. 확산 성장 이론(diffusional growth theory)은 구름방울이나 빙정이 수증기의 확산에 의해 성장하며, 반지름이 클수록 성장 속도가 빨라지는 것을 설명한다.
ㄹ. 곡률 효과(curvature effect)는 곡면에 있는 물분자에 작용하는 주위 분자의 인력이 평면의 경우보다 작기 때문에 발생한다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄹ

ㄴ, ㄷ

구름 수적의 형성과 성장에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 쾰러 곡선(Köhler curve)은 곡률 효과와 용질 효과로 인해 반경에 따라 변하는 용액 방울의 평형 수증기압을 나타낸 것이다.
ㄴ. 충돌병합 과정에서 채집 수적이 충분히 큰 경우 후류포착(wake capture) 현상이 발생하여 충돌효율이 1보다 커질 수 있다.
ㄷ. 반경이 쾰러 곡선에서의 임계반경보다 작은 수적은 성장하여 안정한 구름 수적으로 발달한다.
ㄹ. 해양성 구름은 주로 대륙성 구름보다 수적크기분포(droplet size distribution)가 넓고, 응결핵의 수가 많다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄹ

ㄴ, ㄷ

ㄷ, ㄹ

성층권 오존에 관한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 돕슨 단위(DU)는 대기 중 포함되어 있는 오존을 표준상태로 환산했을 때 차지하는 연직높이를 나타내며, 1 DU = 1 mm이다.
ㄴ. 채프먼 순환(Chapman cycle)에는 240 nm보다 짧은 파장의 빛에 의한 산소분자의 광분해(photodissociation) 과정이 포함된다.
ㄷ. 오존은 주로 열대에서 생성되어 중위도와 고위도로 이동하며, 성층권 오존층은 중위도와 고위도에서 얇고 저위도에서 두껍다.
ㄹ. 수소불화탄소(HFCs)는 염소(Cl)를 포함하지 않기 때문에 오존층을 파괴하지 않는다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄹ

ㄷ, ㄹ

습윤공기와 관련된 설명으로 옳은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 혼합비(mixing ratio)는 주어진 체적 속에 있는 건조공기의 질량에 대한 수증기의 질량비로 정의된다.
ㄴ. 상당온도(equivalent temperature)는 건조단열과정과 위단열과정 모두에 대해서 보존된다.
ㄷ. 0 ℃ 이상에서 포화된 공기덩이의 습구온도(wet-bulb temperature)와 이슬점온도(dew point temperature)는 같다.
ㄹ. 대기 상층의 온도가 대류온도(convective temperature)에 도달하면 대류응결고도는 자유대류고도와 같아진다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄹ

ㄴ, ㄹ

다른 조건은 변하지 않고 구름 속 물방울의 반지름이 5 μm에서 10 μm로 증가했을 때 응결에 의해 반지름이 성장하는 속도(이하 응결속도)와 물방울의 종단낙하속도의 변화로 옳은 것은?
응결속도
종단낙하속도

1/4배 / 2배

1/2배 / 2배

1/4배 / 4배

1/2배 / 4배

습윤한 공기덩이에 포함된 수증기를 모두 응결시켜 잠열 방출한 뒤 단열과정으로 기준 압력인 1000 hPa로 가져갔을 때, 이 공기덩이의 온도를 Skew-T log-P 단열선도를 이용해서 구하는 방법으로 옳은 것은?

LFC에서 습윤단열선을 따라 1000 hPa까지 이동했을 때의 온도값을 읽는다.

LCL에서 습윤단열선을 따라 1000 hPa까지 이동했을 때의 온도값을 읽는다.

LCL에서 습윤단열선을 따라 상승시켜 습윤단열선과 건조단열선이 평행하게 되었을 때의 온위값을 읽는다.

이슬점온도를 지나는 포화혼합비선과 환경온도곡선이 만나는 지점의 온위값을 읽는다.

복사휘도는 단위 입체각당 복사조도로 정의된다. 지구의 대기 상단(Top of Atmosphere, TOA)에서 측정된 태양상수의 값이 1,368 $Wm^{-2}$로 주어진다면, 태양에서 방출되는 복사휘도와 가장 가까운 값은? (단, 태양의 반지름은 $7 \times 10^{8}\ m$, 지구와 태양과의 거리는 $1.5 \times 10^{11}\ m$로 가정한다.)

$2 \times 10^{7}\ Wm^{-2}sr^{-1}$

$6 \times 10^{7}\ Wm^{-2}sr^{-1}$

$2 \times 10^{8}\ Wm^{-2}sr^{-1}$

$6 \times 10^{8}\ Wm^{-2}sr^{-1}$

S-밴드 기상레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것만을 모두 고르면?
ㄱ. 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency)를 높이면 최대 관측 속도는 증가하지만, 최대 관측 거리는 감소한다.
ㄴ. 밝은 띠(bright band)는 강설입자가 녹으면서 강설입자 표면에 수막이 형성되어 강한 반사도를 보이는 현상이다.
ㄷ. 강한 강수에서 C-밴드 레이더보다 전파 감쇠(attenuation)가 더 크게 나타난다.
ㄹ. 비강수 입자(곤충, 새 등)는 일반적으로 교차상관계수(cross-correlation coefficient)가 높아 강수와 구분이 어렵다.

ㄱ, ㄴ

ㄱ, ㄷ

ㄱ, ㄹ

ㄷ, ㄹ

신기루에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

빛의 굴절현상으로 인해 나타난다.

공기의 밀도가 서로 다른 층이 존재할 때 생길 수 있다.

물과 지면이 동시에 존재하는 환경에서만 발생한다.

남극에서도 신기루가 발생할 수 있다.

맑은 날의 지면 에너지 균형에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

주간에 순단파복사플럭스의 방향은 지면에 대해 아래쪽이다.

야간에 현열플럭스(sensible heat flux)의 방향은 지면에 대해 아래쪽이다.

주간에 지중열플럭스(ground heat flux)의 방향은 지면에 대해 위쪽이다.

야간에 순장파복사플럭스의 방향은 지면에 대해 위쪽이다.

다음 그림은 위성에서 관측한 어떤 기체의 흡수밴드를 나타내며, 번호들은 연직 온도 프로파일링을 위한 채널들을 의미한다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

위 흡수밴드는 이산화탄소에 의한 것이다.

성층권에서 방출되는 복사에너지가 주로 관측되는 것은 1번 채널이다.

대류권계면에서 방출되는 복사에너지가 주로 관측되는 것은 5번 채널이다.

위 흡수밴드의 800~850 $\mathrm{cm^{-1}}$ 파수 영역은 대기의 창에 해당한다.

어떤 행성의 대기 상단(Top of Atmosphere, TOA)에서의 복사평형온도(radiative equilibrium temperature)를 $T_e$라고 하자. 태양복사에 대해서 투명하고 행성복사에 대해서는 흡수율이 $\varepsilon$인 단층 등온 대기(single isothermal layer)가 이 행성에 존재할 때, 행성의 지표면 온도 $T_s$는 $T_e$의 몇 배인가? (단, 지표면과 대기층은 각각 열적 평형 상태를 이루고 있다.)

$2^{1/4}$배

$(\frac{2}{\varepsilon})^{1/4}$배

$(\frac{2}{2-\varepsilon})^{1/4}$배

$(\frac{2}{1-\varepsilon})^{1/4}$배

대기열역학에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

상대습도는 100 %를 초과할 수 있다.

위단열(pseudoadiabatic) 과정은 비가역적이다.

절대습도는 고도 변화에 따른 단열과정에서 보존되지 않는다.

단열과정은 응결과정을 고려하지 않는다.

다음 그래프는 시간에 따라 물방울의 크기를 증가시키는 두 주요 과정을 도식적으로 나타낸 그래프이다. (a)와 (b)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

(a)는 응결 과정, (b)는 충돌병합 과정을 각각 나타낸다.

(a)는 병합설에 의한 강수 형성, (b)는 빙정설에 의한 강수 형성을 설명하는 주요 과정이다.

물방울의 크기가 커질수록 (a)에 의해서 성장하는 속도는 느려진다.

물방울의 반경이 25 μm 이상인 경우 물방울 크기 성장률은 (b)가 (a)보다 크다.

관성진동에 관한 설명으로 옳은 것은?

관성진동의 주기는 위도와 무관하다.

관성진동은 바다에서는 발생하지 않는다.

관성진동은 밤보다 낮에 더 많이 발생한다.

관성진동으로 인해 하층제트가 발생할 수 있다.

한랭구름(cold cloud)에서 빙정이 성장하는 과정에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

빙정에 과냉각된 물방울이 충돌 시 그 일부 또는 전체가 동결하여 빙정이 성장하는 과정을 상고대화(riming)라고 한다.

여러 빙정이 서로 충돌하여 합쳐져 더 큰 눈송이로 성장하는 과정을 부착(aggregation)이라고 한다.

수증기가 직접 빙정 표면에 침적(deposition)하여 성장할 수도 있다.

빙정은 빙정핵(ice nucleus)이 존재해야 성장할 수 있으며, 빙정핵이 없으면 형성되지 않는다.

충분히 넓은 평탄한 지표면 위, 중립층 조건에서 다음 값이 주어졌을 때 높이 5 m에서의 풍속에 가장 가까운 값은? (단, 자연로그(natural logarithm) 계산은 아래 표를 참고)
■ 폰 카르만 상수: $\kappa$ = 0.40
■ 마찰속도: $u_*$ = 0.20 $\mathrm{m\,s^{-1}}$
■ 거칠기 길이: $z_0$ = 0.05 m
ln(10)
ln(20)
ln(30)
ln(40)
ln(50)
2.30
3.00
3.40
3.69
3.91

1.2

2.3

3.7

4.6

온난구름(warm cloud)과 관련 현상에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

온난구름은 0 ℃ 이상의 액체 상태의 수적으로 이루어져 있다.

구름 내 과포화는 상대습도가 100 %를 초과하는 상태로, 단열 상승에 따른 온도 하강과 수증기 응결은 과포화도를 증가시킨다.

수적의 낙하속도는 크기에 따라 다르며, 큰 수적이 더 빠르게 낙하한다.

온난구름 내 강수 입자는 수적 간 충돌과 병합을 통해 성장하고, 수적 크기 분포 폭이 넓을수록 강수 입자 성장에 효과적이다.

지표층의 성질과 관련된 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

레이놀즈 응력(Reynolds stress)은 공기의 밀도와 마찰속도 값이 주어지면 구할 수 있다.

지표층에 존재하는 난류는 모닌-오부코프 상사이론(Monin-Obukhov similarity theory)을 만족한다.

동서 방향 풍속은 일반적으로 고도가 증가할수록 지수함수적으로 커진다.

거칠기 길이(roughness length)와 영면변위(zero plane displacement) 모두 거칠기 요소들의 높이가 높을수록 커진다.

다음 그림은 대기 중에서 발생하는 대표적인 산란현상 2가지를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

왼쪽 방향에서 입사된 빛이 화살표 방향으로 산란되며,
화살표의 길이는 산란의 강도를 나타낸다.

구름입자에 의한 마이크로파(파장 8 cm)의 산란특성은 (b)에 의해 설명된다.

미세먼지가 많은 경우 (b)와 같은 산란에 의해 하늘이 뿌옇게 보인다.

레이더를 이용한 강우강도 산출 시 (a)와 같은 산란특성을 이용한다.

구름이 없는 맑은 하늘이 푸르게 보이는 현상은 (a)에 의해 설명된다.