미기상학

토마스 포켄 저자(글) · 김철희 , 송창근 , 윤일희 번역

부산대학교출판문화원 · 2025년 02월 28일

책 소개

2022년 1월, 코로나가 한창인 시기에도 불구하고 서울역 회의실에서 소수 연구자들이 모여 제1차 ʻ대기경계층 난류 워크숍ʼ이 시작되었다. 이후 매년 두 차례씩, 현재 2024년까지 워크숍이 꾸준히 이어지면서 미기상학 교재의 필요성이 계속 논의되었다. 당시 워크숍에서는 최근 대기경계층이 대기오염 확산 등 환경분야 이슈와 연계되면서 미기상학에 대한 관심이 급증하고 있으나, 반면 국내에서는 미기상학 연구자들이 많지 않은 환경이었다. 이러한 여러 환경에서, 더 심도 있는 대기경계층 연구의 필요성과 후속 세대의 양성이 시급히 요구됨을 공유하였다.

기실 지금까지는 미기상학에 대한 국내의 전문가도 적고, 학생들의 관심과 연구 수준 또한 아직 미흡할 뿐만 아니라, 관련 국문 서적 또한 매우 열악한 실정이었다. 이에 영어 원서가 아닌 국문 번역서를 통한 전공자 학생 육성과 미기상학 연구 영역 확장이 필요하다는 지적이 많았다. 아울러 미기상학 교재가 대부분 전문적인 경우가 많아, 학부나 대학원 과정의 학생들에게 적합한 도서 선정이 쉽지 않은 것이 현실이며, 학생들도 관심이 많지 않고 오히려 기피하는 경향도 없지 않았다. 이러한 배경에서 여러 번의 토론과 협력을 통해 이번 역서를 완성하여 출판하게 된 것은 매우 의미 있고 시기적절하다고 할 수 있겠다.

미기상학은 인간이 생활하는 지표면 근처, 수십에서 수백 미터 정도의 대기층에서 지표면의 영향을 받아 발생하는 복잡한 난류와 다양한 대류 활동을 연구하는 학문으로, 인간 활동에 큰 영향을 미치기 때문에 높은 흥미와 관심을 끌어왔다. Foken의 ʻMicrometeorologʼ는 미기상학의 주요 이론인 상사 이론이 잘 정리되어 있으며, 지표 플럭스 이론, 다양한 미기상 변수들의 필드 관측 등 여러 내용이 집약되어 있어서, 이론


공부와 관측 실습을 동시에 아우르는 유용한 책으로 추천되었다. 본 역서를 통해 미기상학의 다양성과 복잡성을 특징으로 하는 지표면 근처의 대기 운동의 이론 및 야외 미기상 관측, 그리고 나아가 대기오염 확산 등의 응용연구를 하는 전문가들에게 유용할 것으로 생각하며, 또한 대학원생들에게도 좋은 교재가 될 것으로 기대한다.

미기상학은 이제 여러 환경과학과 연계하여 연구해야 하는 필요성이 급격히 부각되는 현 시기에서 본 역서가 매우 시기적절하게 출판하게 되어 매우 기쁘게 생각한다. 그럼에도 불구하고, 본 역서는 여러 사람의 철저한 검토를 거쳐서 출판되는 것이 바람직하지만, 후속판 출판까지 염두에 두고 있어서 현 번역서를 계속 미룰 수 없기에 다소 부족한 상태로 이 책을 내놓게 된 점은 유감스럽게 생각한다. 출판 이후에도 독자들의 비판과 지적을 토대로 더욱 세밀하게 다듬어 나갈 것을 약속한다. 무엇보다도 본 도서가 나오까지 많은 분들이 수고하셨는데, 대부분의 번역을 담당한 윤일희 교수의 역할이 컸으며, 번역과 출판 관련 사항들을 함께 논의한 울산과학기술원의 송창근 교수에게도 감사의 마음을 전한다. 아울러, 이 역서의 필요성을 이해하고 도서 판권을 비롯한 여러 관련 사항을 지원해 준 부산대학교 출판부 관계자들에게도 깊은 감사를 드린다.

작가정보

저자(글) 토마스 포켄

Thomas Foken
1990년 Ph. D. 베를린 대학(독일)
현) Univerrsity of Bayreuth(독일) 명예교수
1949년 독일 동부 작센 주 츠비카우(Zwickau)에서 태어났다. 그는 베를린 대학교에서 기상학을 전공하였고 1978년 라이프치히대학교에서 Ph.D.를 받았다. 그의 연구 주제는 해양 미기상학이었다. 그는 두 번째 박사학위를 1990년에 베를린 대학교에서 받았다. 1981년부터 1997년까지, 그는 독일연방 기상청(1990년부터 독일기상청으로 명칭이 바뀜) 산하 포츠담 기상대와 린덴베르크 기상대의 연구소 책임자로서 활동하였다. 1997년에 이르러, 포켄 박사는 바이로스 대학교(University of Bayreuth) 미기상학 교수가 되었다. 그는 베를린, 포츠담, 바이로스에서 미기상학 과목을 가르쳤다. 그는 많은 과학 논문들을 발표하였고 또한 국내와 국제 야외실험과 연구 프로젝트에 참여하였다.
이 책은 단지 범위가 수 km 정도의 지역상공의 대기권 중에서 최하층인 100-1000 m 내에서 인간환경에 직접적으로 영향을 미치는 대기현상들에 초점을 맞추고 있다. 이 책은 독일어 판인 “응용기상학-미기상학적 방법” 2판을 영어로 번역한 것이다. 선택된 예들이긴 하지만 이 책에는 생물기상학, 농업기상학, 수문기상학, 기술기상학, 환경기상학, 생물지구과학과 같은 학문분야에 미기상학의 기본들이 적용된 내용들이 제시되고 있다. 이 책에서 논의된 중요한 이슈들은 대기권과 그 아래에 놓인 지표면 사이의 수송과정과 플럭스들이다. 식생으로 덮인 지표면과 이질 지표면들은 특별한 주제이다. 저자는 강의, 연구에 도움이 되는 실용적인 접근 뿐만 아니라 이론의 적용에 있어서 독립적으로 사용될 수 있는 모든 방법, 즉 이론, 관측기술, 실험방법, 모델들의 분야들을 망라하고 있다.

번역 김철희

1998년 서울대학교 이학박사
현) 부산대학교 대기환경과학과 교수

번역 송창근

2004년 서울대학교 이학박사
현) UNIST 지구환경도시건설공학과 교수

번역 윤일희

1991년 서울대학교 이학박사
현) 경북대학교 과학교육학부 지구과학교육전공 명예교수

목차

• 부 호 ･ 15
  
  제1장 | 개 요
  
  1.1 미기상학 ･ 23
  1.2 대기 규모 ･ 27
  1.3 대기경계층 ･ 28
  1.4 지표면 에너지균형 ･ 31
  1.4.1 지표면 순 복사 ･ 33
  1.4.2. 지중열플럭스와 지중열 저장 ･ 38
  1.4.3 난류플럭스 ･ 42
  1.5 물 균형방정식 ･ 47
  
  제2장 | 대기난류의 기본방정식
  2.1 운동방정식 ･ 49
  2.1.1 Navier-Stokes 평균운동방정식 ･ 49
  2.1.2 난류운동방정식 ･ 50
  2.1.3 종결기법 ･ 56
  2.2 난류운동에너지 방정식 ･ 60
  2.3 플럭스-경도 상사 ･ 62
  2.3.1 중립 성층의 프로파일 방정식 ･ 62
  2.3.2 모닌･오부코프 상사이론 ･ 68
  2.3.3 보웬비 상사 ･ 76
  2.4 플럭스･분산 상사 ･ 77
  2.5 난류 스펙트럼 ･ 80
  
  제3장 | 지표 근처의 난류 특성
  3.1 기저표면의 성질 ･ 89
  3.1.1 거칠기 ･ 89
  3.1.2 영면 변위 ･ 95
  3.1.3 식물 캐노피 내의 프로파일 ･ 97
  3.2 내부경계층 ･ 100
  3.2.1 정의 ･ 100
  3.2.2 실험에 의한 결과 ･ 103
  3.2.3 열적 내부경계층 ･ 107
  3.2.4 블렌딩 높이 개념 ･ 108
  3.2.5 내부경계층의 실용적 타당성 ･ 108
  3.3 장애물 ･ 110
  3.4 유효영향면적 ･ 112
  3.4.1 정의 ･ 112
  3.4.2 유효영향면적 모델 ･ 113
  3.4.3 유효영향면적 모델의 적용 ･ 115
  3.5 키가 큰 식생 ･ 118
  3.5.1 산림 내 기상 매개변수들의 특성 ･ 118
  3.5.2 반경도 플럭스 ･ 120
  3.5.3 거칠기 아층 ･ 122
  3.5.4 산림 내와 위의 난류구조 ･ 123
  3.5.5 혼합층의 유사성 ･ 127
  3.5.6 대기권과 식물 캐노피 사이의 결합 ･ 128
  3.6 안정층에서의 상태 ･ 130
  3.7 에너지 평형 종결 ･ 133
  
  제4장 | 에너지와 물질의 플럭스를 추정하는 실험 방법
  4.1 에디-공분산법 ･ 137
  4.1.1 기본적인 관측 기술 ･ 138
  4.1.2 보정법 ･ 141
  4.1.3 품질보증 ･ 152
  4.1.4 갭 채우기 ･ 155
  4.1.5 종합 평가 ･ 157
  4.2 프로파일 방법 ･ 158
  4.2.1 총체접근법 ･ 158
  4.2.2 보웬비법 ･ 161
  4.2.3 수정 보웬비법 ･ 164
  4.2.4 추가적인 매개변수화 방법 ･ 167
  4.2.5 프로파일 계산 ･ 169
  4.2.6 품질보증 ･ 171
  4.2.7 멱 접근법 ･ 173
  4.3 플럭스 분산법 ･ 175
  4.4 축적법 ･ 177
  4.4.1 에디 축적법(EA) ･ 177
  4.4.2 완화 에디 축적법(REA) ･ 177
  4.4.3 분리형 에디-공분산법(DEC) ･ 182
  4.4.4 표면갱신법 ･ 183
  4.5 화학물질의 플럭스 ･ 185
  
  제5장 | 에너지와 물질 교환 모델링
  5.1 에너지 평형법 ･ 191
  5.1.1 가능증발량의 결정 ･ 192
  5.1.2 실제증발량의 결정 ･ 196
  5.1.3 정규 날씨 관측으로부터의 결정 ･ 199
  5.2 유체역학적 다층모델 ･ 201
  5.3 저항 접근법 ･ 203
  5.4 수면의 모델링 ･ 208
  5.5 대규모 모델 내의 모델링 ･ 209
  5.6 큰 에디 모의 ･ 212
  5.7 면적 평균 ･ 214
  5.7.1 간단면적평균법 ･ 215
  5.7.2 복잡면적평균법 ･ 216
  5.7.3 모델결합 ･ 218
  
  제6장 | 관측기술
  6.1 자료 수집 ･ 220
  6.1.1 디지털 자료 수집의 원리 ･ 220
  6.1.2 신호 샘플링 ･ 222
  6.1.3 전이함수 ･ 225
  6.1.4 관측시스템의 관성 ･ 227
  6.2 기상요소 관측 ･ 230
  6.2.1 복사관측 ･ 231
  6.2.2 바람 관측 ･ 235
  6.2.3 온도와 습도 관측 ･ 242
  6.2.4 강수관측 ･ 251
  6.2.5 원격탐사법 ･ 253
  6.2.6 기타 관측기술 ･ 256
  6.3 품질 보증 ･ 262
  6.3.1 품질관리 ･ 263
  6.3.2 측기들의 상호비교 ･ 265
  
  제7장 | 미기후학
  7.1 기후학적 규모 ･ 268
  7.2 기후요소의 소규모 변화 ･ 270
  7.3 미기후 관련 순환 ･ 271
  7.3.1 해륙풍 순환 ･ 271
  7.3.2 산곡풍 순환 ･ 271
  7.4 국지 한랭공기 흐름 ･ 272
  7.5 미기후학 관측 ･ 276
  
  제8장 | 응용기상학
  8.1 대기오염의 분포 ･ 278
  8.2 바람 에너지 사용의 기상조건 ･ 281
  8.3 대기권 내의 소리 전파 ･ 283
  8.4 인간생기상학 ･ 285
  8.5 응용기상학의 전망 ･ 288
  
  부 록
  A1. 추가 문헌 ･ 289
  A2. SI 단위의 사용 ･ 291
  A3. 상수 및 주요 매개변수들 ･ 292
  A4. 추가 방정식 ･ 295
  A5. 실험의 전반적인 개요 ･ 303
  A6. 기상 관측소 ･ 305
  A7. 독일에서 사용되는 미기상학적 표준 ･ 306
  A8. 사용 가능한 Eddy-Covariance 소프트웨어 ･ 308
  A9. 용어 ･ 309
  
  참고문헌 ･ 313
  출처 등록 ･ 351

기본정보

ISBN	9788973168262
발행(출시)일자	2025년 02월 28일
쪽수	356쪽
크기	181 * 257 * 23 mm / 825 g
총권수	1권