초록 ▼

$\cdot$ 1차년도 (이론적 연구)
: 기본류가 일정한 상황에서 대류 열원에 대한 안정하게 성층화된 대기의 3차원, 전이 반응을 선형 이론적인 관점에서 연구
- 지배 방정식 계를 해석적으로 풀고 결과를 분석
- 기본류가 일정한 상황에서의 3차원, 전이 역학 제시
$\cdot$ 2차년도 (이론적 연구)
: 기본류가 고도에 따라 변화하는 상황에서 대류 열원에 대한 안정하게 성충화된 대기의 3차원, 전이 반응을 선형 이론적인 관점에서 연구
- 지배 방정식 계를 해

$\cdot$ 1차년도 (이론적 연구)
: 기본류가 일정한 상황에서 대류 열원에 대한 안정하게 성층화된 대기의 3차원, 전이 반응을 선형 이론적인 관점에서 연구
- 지배 방정식 계를 해석적으로 풀고 결과를 분석
- 기본류가 일정한 상황에서의 3차원, 전이 역학 제시
$\cdot$ 2차년도 (이론적 연구)
: 기본류가 고도에 따라 변화하는 상황에서 대류 열원에 대한 안정하게 성충화된 대기의 3차원, 전이 반응을 선형 이론적인 관점에서 연구
- 지배 방정식 계를 해석적으로 풀고 결과를 분석 (연직 바람 시어와 임계 고도의 역할에 중점)
- 기본류가 고도에 따라 변화하는 상황에서의 3차원, 전이 역학 제시
$\cdot$ 3차년도 (수치적 연구)
: 비선형성의 정도가 대류가 유도하는 중규모 흐름에 미치는 영향을 체계적으로 조사
- 무차원화된 비선형 수치 모형을 개발하고 광범위한 수치 실험을 수행
- 비선형성 계수와 프루우드 수에 따른 흐름의 변화 분석
- 비선형성 역할 제시

Abstract ▼

In a theoretical approach, convectively forced mesoscale flows are investigated by examining 3D transient response of a stably stratified atmosphere to convective heating. Solutions for the equations governing small-amplitude perturbations in uniform and shear flows with specified convective heating

In a theoretical approach, convectively forced mesoscale flows are investigated by examining 3D transient response of a stably stratified atmosphere to convective heating. Solutions for the equations governing small-amplitude perturbations in uniform and shear flows with specified convective heating are analytically obtained using the Green function method. In a numerical approach, the flow regimes in convectively forced mesoscale flows are investigated using a nondimensional numerical model. Extensive experiments with various nonlinearity factors of thermally induced finite-amplitude waves $(\mu)$ and thermal Froude numbers (Fr) are performed to examine the effects of the degree of nonlinearity on convectively forced mesoscale flows.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...17
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ...17
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ...17
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ...18
• 제 1 절 대류가 유도하는 중규모 흐름에 대한 이론적 연구 - 기본류가 일정한 경우 ...18
• 1. 지배 방정식과 그 해 ...18
• 가. 지배 방정식 ...18
• 나. 평면 형태의 순간열원에 대한 해 ...18
• 다. 유한한 깊이의 순간 열원에 대한 해 ...21
• 라. 평면 형태의 지속 열원에 대한 해 ...22
• 마. 유한한 깊이의 지속 열원에 대한 해 ...24
• 2. 결과 및 고찰 ...26
• 가. 평면 형태의 순간 열원을 고려한 경우 ...26
• 나. 유한한 깊이의 지속 열원을 고려한 경우 ...28
• 제 2 절 대류가 유도하는 중규모 흐름에 대한 이론적 연구 - 기본류가 고도에 따라 변하는 경우 ...36
• 1. 지배 방정식과 그 해 ...36
• 가. 지배 방정식 ...36
• 나. 평면 형태의 순간 열원에 대한 해 ...37
• 다. 유한한 깊이의 순간 열원에 대한 해 ...42
• 라. 평면 형태의 지속 열원에 대한 해 ...45
• 마. 유한한 깊이의 지속 열원에 대한 해 ...46
• 2. 결과 및 고찰 ...50
• 가. 평면 형태의 순간 열원을 고려한 경우 ...50
• 나. 유한한 깊이의 지속 열원을 고려한 경우 ...53
• 제 3 절 대류가 유도하는 중규모 흐름에 대한 수치적 연구 ...58
• 1. 무차원화된 모형 ...58
• 2. 결과 및 고찰 ...60
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...65
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...66
• 제 6 장 참고문헌 ...67
• FIG. 1.1. The time evolution of the perturbation vertical velocity field along y = 0 when the surface pulse heating is applied ...26
• FIG. 1.2. The time evolution of the perturbation vertical velocity field along y = 0 when the finite-depth steady heating distributed uniformly from z = 1 to 9 km exists: t = (a) 60 s, (b) 600 s, (c) 1800 s, (d) 1 h, (e) 2 h, and (t) 30 h. The contour interval is 0.05 m $s^{-1}$. ...29
• FIG. 1.3. The time evolution of the perturbation vertical velocity field at the middle of the heating layer (i.e., z = 5 km) when the finite-depth steady heating distributed uniformly from z = 1 to 9 km exists: t = (a) 60 s, (b) 600 s, (c) 1800 s, and (d) 1 h. The contour interval is 0.05 m $s^{-1}$. ...30
• FIG. 1.4. The same as in Fig. 1.3 except for z = 10 km. The contour interval is 0.02 m $s^{-1}$. ...31
• FIG. 1.5. The time evolution of the perturbation vertical velocity field in two dimensions when the finite-depth steady heating distributed uniformly ...33
• FIG. 1.6. The vertical heating profiles given by (1.25) with various $Z_{max}$. The case of uniformly distributed heating is also plotted for comparison. ...34
• FIG. 1.7. The perturbation vertical velocity fields along y = 0 at t = 2 h when the vertically non-uniform steady heating given by (1.25) ...35
• FIG. 2.1. Schematic diagrams of the basic-state wind profile and diabatic forcing in the cases of a constant unidirectional shear flow with (a) surface and (b) finite-depth forcing. ...50
• FIG. 2.2. The time evolution of the perturbation vertical velocity field along y = 0 in a constant unidirectional shear flow with surface pulse heating applied at z = 1 km: t = (a) 60 s, (b) 600 s, (c) 1200 s, (d) 1800 s, (e) 1 h, and (f) 2 h. ...51
• FIG. 2.3. The perturbation vertical velocity fields ...53
• FIG. 2.4. The perturbation vertical velocity at the heating center (x = 0 km) and heating bottom height (z = 1 km) at t = 2 h as a function of Richardson number (Ri = $N^2/d^2$) and heating depth nondimensionalized by the critical level height [$(h_2-h_1)/z_c$] in (a) two and (b) three (at y = 0 km) dimensions. The contour interval is 0.1 m $s^{-1}$. ...55
• FIG. 2.5. The attenuation factor for downward-propagating waves [$e^((-\theta_h+\theta_z)\mu'}$ in (2.17a)] with the parameter values of cos$\theta$ = 1 and Ri = 2 at the heating center (x = y = 0 km) and z = 1 km at t = 2 h as a function of the heating height. ...56
• FIG. 2.6. The perturbation vertical velocity fields at heights of z = (a) 100 m, (b) 1 km, (c) 10 km, and (d) 14 km at t = 2 h in a constant directional shear flow with finite-depth steady heating applied uniformly in the vertical from z = 1 to 9 km. ...57
• FIG. 3.1. A schematic diagram of experimental design. The basic-state horizontal wind (U) and buoyancy frequency (N) are constant with height. ...60
• FIG. 3.2. The perturbation vertical velocity fields calculated using an analytic solution (left column, m $s^{-1}$) ...61
• FIG. 3.3. The perturbation vertical velocity fields at t = 3.6 with Fr = 0.1 and $\mu$ = (a) 1, (b) 2, (c), 3, (d) 4, and (e) 5. ...63
• FIG. 3.4. The time evolution of the perturbation vertical velocity fields at the middle of the heating layer (z = 0.6) with (a) Fr = 0.05 and $\mu$ = 3, (b) Fr = 0.1 and $\mu$ = 3, (c) Fr = 0.15 and $\mu$ = 3, (d) Fr = 0.05 and $\mu$ = 5, (e) Fr = 0.1 and $\mu$ = 5, and (f) Fr = 0.15 and $\mu$= 5. ...64