2016년(헤이세이28년) 1회 기상예보사 학과 일반지식


大気の放射と地表面温度に関する次の文章中の式の空欄 (a) および (b) に入る最も適切な数値の組み合わせを,下記の1〜5の中から一つ選べ。ただし,地球大気を一つの層で表してその温度を T a とし,地表面は黒体とみなしてその温度を T gとする。

地球大気は日射に対してほぼ透明であるが,地球からの赤外放射はよく吸収する。大気の層が太陽からの放射量 I s の 0.1 倍を吸収し,地表面からの赤外放射量をすべて吸収すると,放射平衡にある大気の層の放射収支は次の式で表される。

ただし,σ はステファン・ボルツマン定数である。

2σT a^4 = 0.1 I s + σT g^4

一方,放射平衡にある地表面の放射収支は,次の式で表すことができる。

σT g^4 = 0.9 I s + (a)×σT a^4

これらの式から,以下の関係が求まる。

σT g^4 = (b)× I s

仮に大気がない場合,地表面の放射は太陽からの放射量のみと平衡関係にあることから,この式により,大気による地表面温度への影響を知ることができる。

(a) (b)

1 2 2.9

2 1 1.9

3 0 0.9

4 -1 0.6

5 -2 0.4


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번역 및 풀이]

대기의 복사(방사)와 지표면온도에 관해 아래의 문장중의 식의 공란(a) 및 (b)에 들어가는 가장 적절한 수치의 조합을 아래의 1~5 중에서 하나 고르라.

단, 지구대기를 한개의 층으로 나타낸 온도를 Ta라 하고, 지표면은 흑체로 간주해 그 온도를 Tg라 한다.


지구대기는 일사에 대해서 대체로 투명하지만, 지구에서의 적외복사(방사)는 잘 흡수한다. 대기층이 태양에서 복사(방사)량 Is의 0.1배를 흡수해,

지표면에서의 적외복사량을 모두 흡수하면, 복사평형에 있어 대기층의 복사수지가 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

단, σ 는 스테판 볼쯔만 정수이다.


2σT a^4 = 0.1 I s + σT g^4

한편, 복사평형에 있어 지표면의 복사수지는 다음식으로 나타내는 것이 가능하다.

σT g^4 = 0.9 I s + (a)×σT a^4

이것들의 식에서 아래의 관계를 구한다.

σT g^4 = (b)× I s

만약 대기가 없는 경우, 지표면의 복사는 태양에서 복사량만으로 평형관계가 있기 때문에, 이 식에 의해, 대기에 의한 지표면온도의 영향을 아는 것이 가능하다.


정답은 2번 (a) 1 (b) 1.9


해설


(출처 : 디라이브러리)



첫번째 식을 보면 대기층의 온도(Ta)는 두번의 흡수가 발생한다(하나는 태양에서의 흡수, 또하나는 지표면에서의 적외복사흡수) 그리고 앞에 2가 있는 이유는 다시 대기권 외와 지표면으로 복사가 발생하기 때문이다.


다음 두번째 식은 지표면에서 보면 태양복사에서 오는 복사에너지는 대기에서 0.1을 빼앗겼으므로 0.9ls가 남으며 대기층의 복사 에너지를 받게 된다. 위에서 한개 층이라는 전제가 있기때문에 즉 대기에서 지표면으로 오는 복사에너지는 한 개 이므로 (a)는 1이 들어가게 된다. 


이제 첫번째 식과 두번째 식을 정리하면 (b)는 1.9 즉, 태양복사에너지의 0.9와 대기층에서 흡수된 에너지가 다시 지표면온도에 영향을 주게 된다.


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