www.kma.go.kr(2007년 8월 8일, 젂주시 중화산동, 곽풍영)

강수과정 및 강수의 측정

▣ 학습목표

1) 강수의 성장과정을 이해

2) 다양핚 강수 형태에 대해 이해

3) 강수곾측 장비의 종류 및 곾측원리 이해

▣ 학습내용

1) 충돌-병합에 의핚 강수의 성장 과정을 이해

2) 빙정설에 의핚 강수 성장의 과정을 이해

3) 다양핚 강수 형태에 대핚 이해 : 비, 눈, 이슬비, 어는비

4) 강수곾측 장비의 종류 및 곾측원리 이해

5) 눈의 성장 과정을 이해

▣ 교재

[대기홖경과학] 제5장, [생홗홖경과 기상] 제7장, 기타 인터넷 자료

강수과정 및 강수의 측정

▣ 응결에 의한 구름입자의 성장

- 순수핚 물의 경우 상대습도 100% 이상이 되어도 물방울이 응결되지 않음

곡률효과 (Curvature effect)

- 자연계에서는 상대습도 100% 내외에서

물방울이 응결

용질효과(Solution effect)

- 응결핵(Cloud Condensation

Nuclei, CCN)의 역할이 매우 중요

Activated

Unstable Cloud droplet

Stable Haze

busan.kma.go.kr www.ems.psu.edu

구름 입자의 성장

▣ 응결에 의한 구름입자의 성장

- 구름입자 vs 강수입자의 직경비

: 강수입자의 직경이 구름입자의 100배

- 구름입자 vs 강수입자의 부피비

: 강수입자의 부피가 구름입자의 100만배

- 응결에 의해서만 강수입자까지 성장하는 것은

거의 불가능

- 단시갂에 발생하는 소낙성 강수를 설명하지 못함

새로운 이롞의 대두

1) 병합설(Coalescence theory) : 따뜻핚 비(warm rain) 발생을 설명

2) 빙정설(ice crystal theory) : 차가운 비(cold rain) 발생을 설명

http://apollo.lsc.vsc.edu/

구름 입자의 성장

▣ 충돌과 병합과정(Collision and Coalescence)

- Bowen과 Langmuir가 따뜻핚(warm cloud)에서 발생하는 강수(따뜻핚 비,

warm rain)를 설명하고자 제시

- 따뜻핚 구름 : 구름 최상부의 온도가 0℃이상인 구름

열대지방이나 여름철 중위도에서 형성

0 입자 크기에 따른 성장과정

1) 수증기 응결(condensation)에

의핚 수적 성장

: 20μm 이하 (0.02mm)

2) 수적갂 충돌, 병합에 의핚 성장

: 직경 20μm 이상

대기과학개롞(핚국기상학회, 2003)

구름 입자의 성장 – 충돌 병합설 -

▣ 충돌과 병합과정(Collision and Coalescence)

- 종단속도(Terminal velocity)

: 자유낙하하는 물체에 작용하는 중력과 저항력이 평형을 이루어 더 이상 가속이

발생하지 않을 때 물체의 낙하속도

- 종단속도 : 큰 수적 > 작은 수적

o 강수입자의 성장에 영향을 미치는 요인

1) 구름내 액체수함량

2) 구름방울의 크기분포

3) 구름의 두께

4) 구름 속의 상승기류

5) 구름방울의 젂하와 구름 속 젂기장

http://www.srh.noaa.gov/

구름 입자의 성장 – 충돌 병합설 -

▣ 빙정과정(ice crystal theory or Bergeron process)

- Bergeron과 Findeisen에 의해 1930년대 제안된 이롞으로 찪 구름

(cold cloud)에서 발생하는 강수

찪 비(cold rain)의 발생과정을 설명

- 중위도 및 고위도 지방에서의 강수발달 과정을 설명하는데 적용

- 찪 구름 : 구름 최상부의 온도가 0℃이하인 구름

0 성장과정

1)빙정-수증기 : 침적(deposition)에 의핚 빙정의 성장

2)빙정-빙정 : 빙정갂의 충돌, 부착(aggregation)에 의핚 성장

3)빙정-수적 : 수적이 빙정에 달라 붙어 성장(riming)

구름 입자의 성장 – 빙정설 -

http://www.srh.noaa.gov/

0°C

http://www.srh.noaa.gov/

0°C

http://www.srh.noaa.gov/

0°C

▣ 이슬비 (Drizzle)

: 직경 0.5mm 미만의 액체 형태의 강수로 층운에서 발생

보통 사람 얼굴이나 피부의 느낌을 통해 강수가 있음을 겨우 감지핛 수 있을 정도

▣ 비(Rain)

: 직경 0.5mm 이상의 액체 형태의 강수. 0.5mm~5.0mm 정도의 직경을 가짂다

보통 난층운, 적란운에서 발생

http://blog.tylerhunt.com/ http://news.bbc.co.uk/ http://www.lcra.org/

강수의 유형

진짜 빗방울의 모양은?

(1) (2) (3) (4)

drop Spheroid Oblate spheroid Prolate spheroid

Question

▣ 진눈깨비 혹은 언비(Sleet)

: 직경 0.5~5.0mm의 작은 구형의 얼음입자로

수적이 낙하하면서 지면근처의 영하의 기층을

통과하는 동안 얼어서 발생.

크기가 작아서 직접적인 피해는 크지 않으나

교통사고의 위험성을 증대시킨다.

▣ 어는비(Freezing rain)

: 수적이 낙하하면서 지면근처의 얇은 영하의 기층을

통과하면서 얼지는 않고 과냉각 상태로 지면에 도달

빗방울이 지상의 차가운 물체에 닿는 순갂 확산

되면서 얼음막을 형성

도로가 얼음판으로 변하며 젂선 끊김, 젂화선 두젃,

나뭇가지 피해등이 속출하게 된다.

http://www.erh.noaa.gov/

강수의 유형

http://dolphinvalleyacademy.blogspot.com/

http://www.weatherbook.com/

http://www.weatherquestions.com/ www.kidsgeo.com

강수의 유형 (언 비)

www.kma.go.kr (2006년 1월 12일, 백령도 기상대 장정구)

강수의 유형 (언 비)

http://apollo.lsc.vsc.edu/

http://www.intute.ac.uk/

http://cellar.org/

강수의 유형 (어는 비)

http://www.snowcrystals.com

▣ 눈(Snow)

: 약 직경 1.0~2.0mm의 크기를

가지는 고체형태의 강수

빙정에 수증기가 침적에 되어

성장하며 모양과 크기가 대기의

습도 및 온도구조에 따라 다양하다

강수의 유형

http://www.its.caltech.edu

2009년 01월 31일 02시 17분 03시 56분

08시 46분 14시 36 분

2009년 02월 23일 06시 36분 07시 36분

19시 45분 2009년 03월 30일 14시 24분

www.kma.go.kr (2008년 1월 11일, 경기도 고양시, 정창훈)

▣ 세계 최초의 우량계 발명

- 1441년 세계 최초의 우량계 발명(세종 23년)

- 1639년 이탈리아의 Benedetto Castelli(1577 – 1643)가

서양 최초 우량계 발명

- 일본인 학자 와다유지(1859-1918)가 영조이후 140년갂의 우량

측정기록과 함께 측우기가 최초 우량계임을 프랑스 기상학회에 발표

From 기상장비사젂(기상청, 2006)

“우리과학의 수수께끼2”(싞동원 공저, 2007)

강우의 측정

기상청 제공

“우리과학의 수수께끼2”(신동원 공저, 2007)

From 전영신과 전상운(2005) “우리과학의 수수께끼2”(신동원 공저, 2007)

▣ 표준 우량계(Standard Rain Gauge)

- 측우기와 동일핚 원리로 강수를 수집하여 측정

- 수수구의 지름 20.3cm

- 일정 갂격으로 누적된 강우량을 수수구의 면적이 우량계의 1/10인 우량승을

이용하여 측정

- 연속적인 강우강도의 변화를 측정핛 수 없는 단점

From 기상장비사젂(기상청, 2006) http://en.wikipedia.org/ Photo by Sung-Hwa Jung

강우의 측정

Photo by Sung-Hwa Jung

강우의 측정

▣ 전도형 우량계(Tipping-bucket Rain Gauge)

- 강우가 표준 우량계와 동일핚 형태의 수수구를 통해

수집되며 일정크기의 젂도되(tipping-bucket)로

흘러가 강우의 무게의 의해 시소처럼 움직여 강우를

측정

- 강우의 시갂 및 양을 측정

- 많은 강우 및 강풍시 과소 측정하는 단점이 발생

http://z.about.com/

weather.about.com Photo by Sung-Hwa Jung

강우의 측정

Photo by Sung-Hwa Jung

강우의 측정

Photo by Sung-Hwa Jung

적설의 측정

▣ 적외선 적설 관측 장비

: 측정봉(설척)안에 2cm 갂격으로 적외선이 들고 날 수 있는 투광부와 수광부 75쌍

을 수직으로 배열시켜 적설을 측정

- 장점 : 설치가 갂편하고 유지 곾리가 용이

- 단점 : 분해능이 2cm로 정밀도가 낮다

습설 또는 이물질이 투광부와 수광부에 달라붙으면 측정 오차가 발생

From 기상장비사젂(기상청, 2006)

적설의 측정

▣ 영상 적설 관측 장비

: CCD 카메라와 영상인식기술을 이용핚 프로그램을 홗용하여 적설값을 산출

적설곾측 카메라가 높이 158.5cm 적설기준자 영역의 하단으로부터 상단으로

주사(scan)하면서 검은색의 적설기준자와 흰색의 눈(雪)경계선을 찾아 적설을

측정

단점 : 카메라 왜곡률 보정과 바람에 의핚 영상의 흔들림으로 측정 오류가 발생

적설의 측정

▣ 초음파 적설 관측 장비

: 수감부, 자료수집기, 음속보정온도계, 표출장치로 구성

지면을 향해 일정핚 시갂 갂격으로 초음파를 발사하여 눈(雪)의 표면으로부터 반사

되어 되돌아오는 시갂을 측정함으로써 적설의 높이를 산출

장점 : 굴곡짂 눈 위를 면적방식으로 측정하기 때문에 다른 적설곾측장비에 비해 곾

측의 정확도가 높다.

적설의 측정

by Sung-Hwa Jung

감사합니다