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대기의 운동

대기의 운동. <<< 강의 일정표 >>>. 8. 1( 월 ) : 일기예보 - 관측시스템 8. 3( 수 ) : 대규모 대기운동 8. 4( 목 ) : 기후 8. 5( 금 ) : 기상위성 소개 / 시험. 8.2 대기의 운동. 8.2 대기의 운동. 6.1 바람 6.2 뉴톤의 운동법칙 6.3 대기의 운동에 영향을 주는 힘 6.4 대기의 운동. * 참고 : 바람. 지구에 대해 상대적인 공기괴의 이동현상 왜 이동할까 ? 바람 : 풍향 + 풍속 풍향과 풍속이 중요한 이유 ?

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Presentation Transcript

  1. 대기의 운동

  2. <<< 강의 일정표 >>> • 8. 1(월) : 일기예보-관측시스템 • 8. 3(수) : 대규모 대기운동 • 8. 4(목) : 기후 • 8. 5(금) : 기상위성 소개/시험 • 8.2 대기의 운동

  3. 8.2 대기의 운동 6.1 바람 6.2 뉴톤의 운동법칙 6.3 대기의 운동에 영향을 주는 힘 6.4 대기의 운동

  4. * 참고: 바람 • 지구에 대해 상대적인 공기괴의 이동현상 • 왜 이동할까? • 바람: 풍향+풍속 • 풍향과 풍속이 중요한 이유? • 바람: 동서방향(u)+남북방향(v)+연직성분(w) - x, y, z <--> u, v, w * 종관기상계에서의 u, v, w ~10m/s, ~10m/s, ~10cm/s * 비교 : 속력, 속도, 가속도

  5. *참고: 바람 • w - 크기 : u, v의 약 1/100 - 측정 어려움, 간접적인 방법으로 계산 - 기상현상의 연직/수평규모 : 10km/1000km = 1/100  1/100인 근거는 ? * 적란운, 뇌우, 토네이도 : 수평규모 연직규모 ==> w : ~수 10 m/s * 구름 및 강수발생의 주요 기구

  6. * 참고 : Newton의 제1법칙 모든 물체는 그 물체에 힘이 가해지지 않는 한, 물체의 운동량은 보존된다.- 관성의 법칙 ▶ 관성 : 물체가 정지상태나 운동상태를 유지하려는 경향 물체에 힘이 작용하면 운동상태가 변함 크기가 같고 방향이 반대인 두 힘(F1=-F2) 이 작용하면 합력이 0 즉, 순 힘(net force)이 없으므로 운동상태를 유지

  7. * 참고: Newton의 제2법칙 가속도의 법칙 • 물체에 작용하는 힘의 합력이 0이 아니면, 물체의 속력을 변화시키거나 방향을 바꿈. 즉, 물체는 가속도를 가짐 • 가속도의 크기/방향: 힘의 크기에 비례하고, 힘의 방향과 같음.

  8. * 참고 : Newton의 제3법칙 모든 작용에는 크기가 같고 방향이 반대인 반작용이 있다. 두 물체의 상호작용은 크기가 같고 방향이 반대이다 - 작용 반작용의 법칙 A가 B에 작용하는 힘을 FA, B가 A에 가하는 힘을 FB 라 하면

  9. 6.1 대기의 운동에 영향을 주는 힘 O 기본적인 힘: - 기압 경도력(PGF: Pressure Gradient Force) - 만유인력 - 마찰력 O 겉보기 힘: - 원심력 - 전향력

  10. 6.1.1 기압 경도력(PGF: Pressure Gradient Force) • 바람을 불게 하는 근본 원인이 되는 힘. 고기압에서저기압으로 등압선에 직각 방향으로 작용 ⇒기압경도력은 두 지점간의 기압 차에 비례하고 거리에 반비례

  11. 이므로 단위 질량 당 기압 경도력의 x, y, z 성분은 각각 단위 질량당 총 기압 경도력은

  12. * 참고: 기압의 개념 • P = F/A (Pa or mb) • 1 mb = 100 Pa • 1000 mb = 100 kPa • Dalton’s Law - mixture of gas • Total pressure = sum of partial pressure exerted by each gas

  13. * 참고: 기압 - 기압 차를 유발하는 요인은 ? > > - 기압의 변화 > 수평방향 > 연직방향 - 정역학 평형 ? - 등압선(isobars)

  14. * 참고: 기압 - 고기압/저기압: 상대적인 개념

  15.  = 9.8ms-2 * 정역학 평형 기압경도력 = 중력 정역학방정식 :

  16. 6.1.2 만유인력 • 모든 물체 사이에는 질량의 곱에 비례하고 거리의 자승에 반비례하는 만유인력이 작용한다. : 만유인력상수 G= (6.67Ⅹ10-11 Nm2/kg2)

  17. 6.1.3 마찰력 • 물체가 상대 운동을 할 때 두 물체간의 속도 차이에 의하여 발생하는 저항력 • 공기의 감속은 바람의 속도에 비례 • 마찰력은 속도 차 및 물질의 종류의 함수 잔잔한 해면의 경우 : 육지: 10배 정도 더 큼

  18. * 마찰력의 영향으로 풍향이 바뀌는 원리를 순서대로 설명?

  19. 6.2 겉보기 힘 6.2.1 원심력 - 등속 원운동하는 물체의 운동 방향은 접선에 수직한 방향 - 물체가 원운동을 할 수 있도록 물체에 작용하는 힘을 구심력 운동방향 원심력 구심력 (실에 매달린 추가 원운동하는 모습)

  20. 는 각속력 이므로 벡터로 표시하면, • 중력(g) = 만유인력(g*) + 원심력 • 극 = 0, 적도 = 만유인력의 0.3% • 등중력 포텐셜면 : 중력값이 같은 면(예: 평균해면)

  21. 적도면 지구자전에 의한 원심력의 영향 만유인력과 중력의 관계

  22. 6.2.2 전향력 지구 자전 때문에 운동하는 물체가 받는 가상적인 힘 * 전향력의 크기f = • * 작용방향 • 북반구:운동방향의 오른쪽 직각 방향 • 남반구:운동방향의 왼쪽 직각방향 전향력이 0 이 되는 경우: ①적도상에 있는 물체 ②정지상태에 있는 물체

  23. 적도면 지구 각속도 의 성분

  24. * 코리올리 힘( ) - 지구자전축에 대하여 바깥쪽으로 작용 - 연직성분 = - 수평성분 = * u = 100m/s - 적도에서의 연직성분 = 0.015ms-2 < g(9.81ms-2) * 무시 가능 ==> 코리올리 힘=

  25. * 남북성분의 바람에 미치는 영향 - 각 운동량 보존의 법칙(conservation of angular momentum) ==> 외부에서 힘이 작용하지 않는다면 각 운동량은 보존 R1V1 = R2V2, V1 = R1 (각속도) ==> (적도: 최소, 극: 최대)

  26. * 연직 방향의 기압 경도력은 중력과 균형을 이루고 있음을 나타낸다.

  27. 남풍(v>0) : 우측으로 작용 • 위도에서 수평속도 v, 공기덩이에 작용하는 코리올리 힘의 수평성분은 ==> • 수평속도 벡터의 방향에 직각으로 작용(북반구 = 오른쪽, 남반구 =왼쪽) • 단지 방향만을 변화시킴 = 전향력

  28. 6.3 균형류 • 지균풍 : 마찰력이 없는 상태에서 전향력과 기압경도력이 균형을 이룰 때 부는 바람 • 관성풍 : 마찰력이 없는 상태에서 기압장이 수평으로 균일 하여 기압경도력이 없는 경우 일어나는 바람 • 선형풍 : 원심력과 기압경도력이 평형을 유지하며 등압선에 평행하게 부는 바람 • 경도풍 : 일정한 속력으로 원형 등압선에 평행하게 부는 마찰이 없는 수평바람

  29. 6.3.1 지균풍 - 마찰력이 없는 상태에서 전향력과 기압경도력이 균형을이룰 때 부는 바람 (전향력 = 기압경도력)

  30. 지균풍이 불 수 있는 조건 - 등압선이 직선 - 마찰이 작용하지 않을 것 - 적당한 크기의 코리올리 힘이 작용할 수 있을 것 • 북반구 : 오른쪽 고기압, 왼쪽 : 저기압 • 등압선에 평행

  31. 6.3.2 관성풍 - 마찰력이 없는 상태에서 기압장이 수평으로 균일하여 기압 경도력이 없는 경우 일어나는 바람 (원심력 = 전향력)

  32. 6.3.3 선형풍 - 원심력과 기압경도력이 평형을 유지하며 등압선에 평행하게 부는 바람 선형풍이 유지될 때의 힘의 균형 는 기압경도력, 는 원심력을 각각 나타냄

  33. 6.3.4 경도풍 - 등압선이 곡선이고 마찰이 없는 상태에서 등압선에 평행하게일정한 속력으로 부는 수평바람

  34. * V 는 실수이어야 함 ==> 고기압 중심에서 풍속이 강하지 않은 이유는 ? ==> 저기압 중심에서 풍속이 강한 이유는 ?

  35. * 경도풍 예 –중요 -

  36. 6.4 온도풍 - 풍향과 풍속은 높은 고도에서 뚜렷하게 변함 고도에 따른 지균풍의 차이를 온도풍이라 함 c 한랭이류 반전 w c 순전 온난이류 w

  37. 온도풍 • 바람의 남북-위도 분포 • 약 40oN, 200hPa : Jet 존재 : Why ? • 온도의 수평경도에 의한 고도에 따른 지균풍의 변화 • 성층권 : 온도 역전 ==> 바람약화 * 한 지점에서 관측한 연직 바람 자료를 이용하여 온도이류의 종류(한랭, 온난)를 정하는 원리를 설명하시오.

  38. 6.5 수렴 및 발산 • 고기압 • 주위보다 기압이 높음 • 하층 발산/ 상층 수렴 • 하강기류 ⇒ 맑은 날씨 • 시계방향으로 바람이 불어나간다. (북반구) • ⇒ 지구자전에 의한 전향력 때문 하강기류 상층수렴

  39. 저기압 상승기류 상층발산 • 주위보다 기압이 낮음 • 하층 수렴/ 상층 발산 • 상승기류 ⇒ 단열팽창 • 온도하강⇒상대습도증가(포화상태) • ⇒수증기의 응결(구름 생성) • 시계반대 방향으로 바람이 불어 들어온다(북반구) • ⇒지구자전에 의한 전향력 효과

  40. 보다 빠른 바람 ? 보다 빠른 바람 저기압 수렴 ? 발산 ? 고기압 고기압 보다 느린 바람 ? 권계면 발산 수렴 무발산고도 발산 수렴 고기압 지표면 저기압 수렴 및 발산과 연직 운동과의 관계

  41. 육지와 바다의 온도 차가 발생하는 원인?1. 2. 3. 4.

  42. 감 사 합 니 다

  43. - 회전계에서의 운동 방정식 * 측정한 가속도는 전향력, 기압 경도력, 중력 그리고 마찰력에 의하여 변화된다.

  44. (b) (a) (c) (d) * 네 가지 유형의 경도풍에서의 힘의 균형(북반구)으로 (a)와(b)는 정상 저기압과 고기압에, (c)와 (d)는 이상 저기압과 고기압에 각각 해당된다. 여기서 는 기압경도력, 는 원심력, 는 전향력을 나타냄

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