본 논문에서는 산악 파동요란의 기본적인 구조와 그 특징을 이해하기 위하여 Smith (1980)에 기초한 3차원 선형 모델을 분석하고 실제 지형에 응용하였으며, ARPS를 이용한 간단한 수치 실험들을 통해 산악 지역에서의 구름 형성과 강수 발달에 미치는 산악파의 효과를 살펴보고자 하였다. 제 2 장에서는 먼저 선형 모델에서 정수 가정이 타당성 범위를 정량적으로 조사하였는데, 선형 이론에서 흔히 사용하는 값(a=10 km, N=0.01 sec^(-1), U=10 m sec^(-1))에 대해 정수 근사는 1 % 오차 이내에서 타당하다는 것 외에도, 주어진 산의 크기에 대해 대기의 정적 안정도가 약안정에서 강안정으로 심화되고 유입류의 풍속이 약할수록 정수 가정의 타당성이 높아짐이 확인되었다. 이는 Smith (1980)가 제시한 Na/U≫1 조건과 일치하며, 넓은 의미에서 Martin et al. (1983)이 그들의 선형 ...
본 논문에서는 산악 파동요란의 기본적인 구조와 그 특징을 이해하기 위하여 Smith (1980)에 기초한 3차원 선형 모델을 분석하고 실제 지형에 응용하였으며, ARPS를 이용한 간단한 수치 실험들을 통해 산악 지역에서의 구름 형성과 강수 발달에 미치는 산악파의 효과를 살펴보고자 하였다. 제 2 장에서는 먼저 선형 모델에서 정수 가정이 타당성 범위를 정량적으로 조사하였는데, 선형 이론에서 흔히 사용하는 값(a=10 km, N=0.01 sec^(-1), U=10 m sec^(-1))에 대해 정수 근사는 1 % 오차 이내에서 타당하다는 것 외에도, 주어진 산의 크기에 대해 대기의 정적 안정도가 약안정에서 강안정으로 심화되고 유입류의 풍속이 약할수록 정수 가정의 타당성이 높아짐이 확인되었다. 이는 Smith (1980)가 제시한 Na/U≫1 조건과 일치하며, 넓은 의미에서 Martin et al. (1983)이 그들의 선형 해륙풍모델 분석에서 얻은 결과와도 일맥 상통한다고 볼 수 있다. 다음으로 지형적인 조건과 대기 조건이 파동의 전파, 더 나아가 공기 입자의 확산에 어떠한 영향을 줄 지에 대해 고찰해 보았다. 전형적인 대기 조건에서 k<S를 만족하는 사인 곡선형 산맥과 aS>1인 종형 산(맥)인 경우에 나타나는 파동의 전파는 공기 입자의 연직 확산에 유리하게 작용하며, aS≒1일 때 나타나는 비정수 효과는 수평 확산에 중요할 것으로 사료된다. 대기의 정적 안정도 또한 입자 확산의 측면에서 적지 않은 영향을 끼치는데, 안정한 대기의 상태가 오히려 더욱 더 심화될수록 산악 파동요란의 역학적 운동이 활발해 짐을 보여 주었다. 이는 비단 열적 가열에 의해 안정 대기에서 불안정 대기로 바뀔 때와 대비된다. 본 장에서는 또한 산악 파동요란에 의한 에너지 및 운동량 전달을 살펴보았다. 특히 군속도장을 실공간 상에 직접 나타냄으로 말미암아 산 주변에서의 파동 에너지 흐름을 보다 쉽게 파악하고자 하였다. 비정수 상황에서, 수평 및 연직 방향의 군속도가 각기 y=0 평면 및 수평축과 이루는 각에 있어서 정수 상황에 비해 작으며, 연직 방향으로의 운동량 플럭스도 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 비정수 상황에서 발달하는 파동요란의 분산적인 특징을 잘 설명하는 것으로 해석되어 진다. 한편, 사인 곡선형 또는 종형과 같은 단순 이상지형이 아닌 복잡지형에서 산악 파동요란의 일차적인 모습을 알아보기 위하여, 선형 모델을 작은 산들로 이루어진 실제 지형 (한반도 남해안 거제·통영 지방)에 적용하여 보았다. 선형 모델에 사용되는 푸리에 변환이 갖는 주기 경계조건의 단점을 되도록 최소화하기 위해서 모델 영역을 가능한 크게 선택하고, 요란을 적절히 분해하기 위하여 수평 격자간격도 작게 선택하였다. 제 3 장에서는 산악파에 의한 구름 형성 및 강수 발달을 알아보기 위하여 3차원 종형의 산과 2차원 산맥을 대상으로 비선형 수치 실험을 수행하였다. 먼저, 모형 검진의 단계로서 비선형 수치 모델의 결과를 제 2 장의 선형 모델의 결과와 비교해 보았는데, ARPS (ver. 4.3.2b)의 경우 선형 정수 산악파를 대체적으로 잘 재현해 내는 것으로 판단되며, 좀더 더 체계적이고 정확한 분석을 위해서는 향후 총 운동량 플럭스에 대한 조사가 이어져야 할 것이다. 다음으로, 실제 대기에서 3차원 종형의 산 뒤에 관측되는 포물선 모양의 구름을 모의하기 위해, Kessler의 따뜻한 비 모수화를 사용하여 실험한 결과, 약 6 시간의 적분 후에 그와 유사한 구름 모양을 얻을 수 있었다. 마지막으로, 안정한 대기 속에 놓여 있는 2차원 종형의 높은 산맥에 대하여 수치 실험한 결과, 산악파에 의한 구름 형성 및 강수 현상이 유입류의 속도가 더 클 때 활발해 짐이 보여 졌는데, 특히 10 m sec^(-1)의 유입류에 대해 산 후미에서 발생하는 hydraulic jump로 인해, 풍상측에서 지형적인 강제 상승으로 인한 구름/강수 발생보다 풍하측에서 강수 강도가 더 클 수 있음이 확인되었다. 이는 야간과 같은 안정한 대기 상황에서는 주간에 볼 수 없었던 산악파의 활동으로 인해 구름과 강수 현상이 종관적인 상황에 곁들여져 발생할 수 있으며, 그로 말미암아 그 풍하 지역의 기상에 중대한 영향력을 행사할 수 있으므로, 산악 지역에서의 정확한 강수 분포 및 강수량 예측을 위해선 이러한 산악파의 기상학적인 효과가 반드시 고려되어야 함을 시사한다.
본 논문에서는 산악 파동요란의 기본적인 구조와 그 특징을 이해하기 위하여 Smith (1980)에 기초한 3차원 선형 모델을 분석하고 실제 지형에 응용하였으며, ARPS를 이용한 간단한 수치 실험들을 통해 산악 지역에서의 구름 형성과 강수 발달에 미치는 산악파의 효과를 살펴보고자 하였다. 제 2 장에서는 먼저 선형 모델에서 정수 가정이 타당성 범위를 정량적으로 조사하였는데, 선형 이론에서 흔히 사용하는 값(a=10 km, N=0.01 sec^(-1), U=10 m sec^(-1))에 대해 정수 근사는 1 % 오차 이내에서 타당하다는 것 외에도, 주어진 산의 크기에 대해 대기의 정적 안정도가 약안정에서 강안정으로 심화되고 유입류의 풍속이 약할수록 정수 가정의 타당성이 높아짐이 확인되었다. 이는 Smith (1980)가 제시한 Na/U≫1 조건과 일치하며, 넓은 의미에서 Martin et al. (1983)이 그들의 선형 해륙풍 모델 분석에서 얻은 결과와도 일맥 상통한다고 볼 수 있다. 다음으로 지형적인 조건과 대기 조건이 파동의 전파, 더 나아가 공기 입자의 확산에 어떠한 영향을 줄 지에 대해 고찰해 보았다. 전형적인 대기 조건에서 k<S를 만족하는 사인 곡선형 산맥과 aS>1인 종형 산(맥)인 경우에 나타나는 파동의 전파는 공기 입자의 연직 확산에 유리하게 작용하며, aS≒1일 때 나타나는 비정수 효과는 수평 확산에 중요할 것으로 사료된다. 대기의 정적 안정도 또한 입자 확산의 측면에서 적지 않은 영향을 끼치는데, 안정한 대기의 상태가 오히려 더욱 더 심화될수록 산악 파동요란의 역학적 운동이 활발해 짐을 보여 주었다. 이는 비단 열적 가열에 의해 안정 대기에서 불안정 대기로 바뀔 때와 대비된다. 본 장에서는 또한 산악 파동요란에 의한 에너지 및 운동량 전달을 살펴보았다. 특히 군속도장을 실공간 상에 직접 나타냄으로 말미암아 산 주변에서의 파동 에너지 흐름을 보다 쉽게 파악하고자 하였다. 비정수 상황에서, 수평 및 연직 방향의 군속도가 각기 y=0 평면 및 수평축과 이루는 각에 있어서 정수 상황에 비해 작으며, 연직 방향으로의 운동량 플럭스도 상대적으로 크게 나타났는데, 이는 비정수 상황에서 발달하는 파동요란의 분산적인 특징을 잘 설명하는 것으로 해석되어 진다. 한편, 사인 곡선형 또는 종형과 같은 단순 이상지형이 아닌 복잡지형에서 산악 파동요란의 일차적인 모습을 알아보기 위하여, 선형 모델을 작은 산들로 이루어진 실제 지형 (한반도 남해안 거제·통영 지방)에 적용하여 보았다. 선형 모델에 사용되는 푸리에 변환이 갖는 주기 경계조건의 단점을 되도록 최소화하기 위해서 모델 영역을 가능한 크게 선택하고, 요란을 적절히 분해하기 위하여 수평 격자간격도 작게 선택하였다. 제 3 장에서는 산악파에 의한 구름 형성 및 강수 발달을 알아보기 위하여 3차원 종형의 산과 2차원 산맥을 대상으로 비선형 수치 실험을 수행하였다. 먼저, 모형 검진의 단계로서 비선형 수치 모델의 결과를 제 2 장의 선형 모델의 결과와 비교해 보았는데, ARPS (ver. 4.3.2b)의 경우 선형 정수 산악파를 대체적으로 잘 재현해 내는 것으로 판단되며, 좀더 더 체계적이고 정확한 분석을 위해서는 향후 총 운동량 플럭스에 대한 조사가 이어져야 할 것이다. 다음으로, 실제 대기에서 3차원 종형의 산 뒤에 관측되는 포물선 모양의 구름을 모의하기 위해, Kessler의 따뜻한 비 모수화를 사용하여 실험한 결과, 약 6 시간의 적분 후에 그와 유사한 구름 모양을 얻을 수 있었다. 마지막으로, 안정한 대기 속에 놓여 있는 2차원 종형의 높은 산맥에 대하여 수치 실험한 결과, 산악파에 의한 구름 형성 및 강수 현상이 유입류의 속도가 더 클 때 활발해 짐이 보여 졌는데, 특히 10 m sec^(-1)의 유입류에 대해 산 후미에서 발생하는 hydraulic jump로 인해, 풍상측에서 지형적인 강제 상승으로 인한 구름/강수 발생보다 풍하측에서 강수 강도가 더 클 수 있음이 확인되었다. 이는 야간과 같은 안정한 대기 상황에서는 주간에 볼 수 없었던 산악파의 활동으로 인해 구름과 강수 현상이 종관적인 상황에 곁들여져 발생할 수 있으며, 그로 말미암아 그 풍하 지역의 기상에 중대한 영향력을 행사할 수 있으므로, 산악 지역에서의 정확한 강수 분포 및 강수량 예측을 위해선 이러한 산악파의 기상학적인 효과가 반드시 고려되어야 함을 시사한다.
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