실리카 콜로이드 용액의 한외여과에서 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각) 변화에 따라 발생되는 자연대류 불안정 흐름이 막오염 형성 감소에 미치는 효과를 규명하였다. 막표면에 케이크 층을 형성함으로써 막투과 플럭스의 감소를 발생시키는 실리카 입자(평균 크기 = 7, 12, 22, 50 및 78 nm)가 함유된 5가지 종류의 콜로이드 용액을 사용하여 중력 방향에 대한 막모듈의 위치(경사각 = 0~180℃)에 따른 막투과 플럭스 변화를 교반이 없는 회분식(dead-end) 한외여과 실험을 통해 측정하였다. 자연대류 불안정 흐름 발생이 막성능에 미치는 효과는 플럭스 향상도(Ei)로서 평가하였다. 상대적으로 크기가 작은 실리카 입자(7, 12 및 22 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 한외여과에서는 막모듈의 경사각이 커짐에 따라 자연 대류 불안정 흐름 발생의 강도가 증가하였으며, 동일한 경사각에서 실리카 입자의 크기가 작을수록 자연대류 불안정 흐름의 발생 정도가 더 크게 나타났다. 자연대류 불안정 흐름의 발생은 막표면에 형성된 실리카 케이크층의 벌크 용액으로의 역이동(back transport)을 유발시킴으로써 플럭스 향상의 막성능 개선 효과를 나타내었다. 그러나 상대적으로 크기가 큰 실리카 입자(50 및 78 nm)가 함유된 콜로이드 용액의 한외여과에서는 자연대류 불안정 흐름 발생이 나타나지 않았다. 이 결과로부터 실리카 입자의 크기가 자연대류 불안정 흐름의 발생 강도에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.

고준위 방사성 폐기물 처분장의 경우 폐기물의 방사성 붕괴에 의해 열이 발생되며, 암반을 통한 열전달 에 의해 처분장 주변 환경이 변화됨으로써 처분장의 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 지하 처분장 대기의 열전달계수를 결정하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 Korea Atomic Energy Research Institute Underground Research Tunnel (KURT)에서 내부 환경 인자들의 측정을 통해 강제대류시 열전달계수를 산정하였다. 실험을 위해 KURT 내 히터구간의 막장 벽면에는 길이 2 m, 용량 5 kw의 히터를 삽 입하여 암반 내부를 90℃로 가열하였고, 외부와 연결된 급기용 팬에 의해 신선한 공기를 공급하였다. 연구 결과, 외부공기 공급 후 히터구간 대기의 기류속도는 평균 0.81 m/s로 측정되었고 레이놀즈수는 약 310,000 340,000의 값을 나타냈다. 그리고 강제대류조건에서 히터구간 내 계절별 열전달계수는 각각 여 름철 7.68 W/m2·K와 겨울철 7.24 W/m2·K의 수치를 나타냈다.

2006년 10월 22일에서 24일에 걸쳐 한반도 강릉지역에서 강한 집중호우가 발생했다. 이 기간에 대해서 집중호우가 발생하기 전과 강우강도가 가장 강했을 때 나타나는 종관적, 운동학적 특성을 조사하기 위하여 본 연구에서는 지상일기도, 상층일기도, 적외위성영상, 자동기상관측장비(AWS) 자료, NCEP(National Centers for Environmental Prediction) 전구분석자료를 이용하였다. 분석 기간 동안 강릉에서 관측된 총 강수량은 316.5 mm이고, 최대 순간풍속은 63.7m s-1이다. 일기도를 분석해보면 집중호우가 시작하기 전 온대저기압이 한반도 중부에서 발달하였으며 한반도 북부에 역전기압골이 형성되어 있다. 또한 300 hPa 상층일기도에서는 서해와 한반도 남부에 제트기류가 위치하며, 위치 소용돌이도 이상과 관련된 절리 저기압이 한반도 북서부에서 발달하고 있다. 강우강도가 가장 강했을 때의 특성을 좀 더 자세히 알아보기 위하여 강릉지역의 위치 소용돌이도 이상과 바람, 위치 소용돌이도의 시간-연직 단면도, 연직운동, 발산장과 수렴장, 역학적 온위의 연직분포에 대해 조사하였다. 종관적, 운동학적 과정을 분석해 본 결과 대류권계면 접힘이 집중호우 발생에 큰 역할을 한 것으로 사료된다.

대류 상자 실험을 통해 대류 순환 모형을 유추하지 못하는 학생들의 원인을 분석하여 대류 실험을 재설계하였다. 초기 형식적 조작기에 있는 학생들이지만 직접 보지 못한 자연 현상에 대해서는 유추하기가 어려우므로 자연 현상을 축소한 대류 상자를 개발하여 학생들의 과학적 이해도를 높일 수 있는 방법을 연구하였다. 기존 대류 상자 실험의 문제점을 개선하여 제작한 대류 상자를 통해 수업에 적용한 결과 학생들의 이해도가 크게 증가하였다. 바람의 이동 현상만을 관찰하는 것이 아니라 향을 여러 위치에서 넣어봄으로써 과학적 사고를 자극하고 직접 관찰할 수 있었다. 또한 자연 현상의 축소판에 가깝게 설계하여 학생들이 과학적 오개념을 갖지 않는다. 모둠원이 양방향에서 관찰함으로써 수업의 참여도가 높아졌다. 새로 개발된 대류상자는 기존 대류상자에 비하여 저렴한 비용으로 제작할 수 있으며, 선명한 대류 현상을 볼 수 있다.

한반도 집중호우를 유발시키는 중규모대류복합체는 매우 복잡한 특성을 띠고 있다. 2004년 7월 14일 발생한 중 규모 대류복합체의 발달메커니즘을 분석한 결과, a) 대류복합체 생성 전에 강한 남서기류의 유입이 있었으며, b) 600hPa고도에서 강한 역전층이 나타났다. 역전층은 상층과 하층간의 상당온위의 차이를 유발하여 대기불안정을 더욱 강화시켰다. 그리고 c) 일반적인 중규모대류복합체 특징인 풍향의 쉬어보다는 풍속의 쉬어에 의해 대류계의 열역학 불안정이 강화되었다. 그리고 d) 흑산도 등 해안지방에 의해 유발되는 난류 및 대기불안정으로 인하여 중규모 대류복합체가 해안지방에서 발달한 것으로 보인다. 그러므로 지형에 의한 중규모 대류 복합체의 발달메커니즘 규명이 필요하다.

동해의 심층수 형성은 크게 대륙주변부 대류와 외양대류에 의한 것으로 알려져 있다. Vladivostok 연안과 subpolar front사이에서 겨울철에 발생하는 심층수의 형성은 외양대류에 의한 가능성이 높은 것으로 설명되고 있으며, 침니 현상이 이러한 결과를 됫받침 하고 있다. 본 논문에서는 외양대류에 의한 심층수 형성과정의 초기단계 즉 침니 현상의 전 단계에 나타나는 현상을 포텐셜 와도, 지형류, 수온, 염분, 용존산소의 분포로부터 확인하였다. 포텐셜와도의 분포에서 나타난 와동류는 Vladivostok 연안과 subpolar front 사이에 위치하며, 와동류의 분포 위치는 겨울철 심층수 형성 가능성이 높은 해역과 잘 일치한다. 특히 대륙의 지형적인 특성으로 인한 바람장의 변화는 본 연구에서 나타난 시계반대방향의 와동류가 형성될 수 있음을 보여주며, 그 결과로 나타나는 dome 구조의 밀도 분포는 외양대류의 초기 단계에서 나타나는 현상을 잘 보여준다.

본 연구에서는 복사전달모델을 통하여 9.7μm오존 흡수대에 미치는 오존 및 열적(i.e., 지표 온도) 효과를 각각 조사하였다. 또한 오존주의보가 수도권 지역(37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E)에 발령되었던 2003년 4일에 대한 위성(MODIS Aqua; ECT 13:30) 및 지상 오존(79개 관측소)의 동시 관측 자료를 기초로 지상 오존에 대한 원격탐사 방법을 제시하였다. 여기서 구름 효과를 제거하고 오존 연직 분포를 분석하기 위하여 종관기상 자료도 사용하였다. 주어진 오존 농도(327~391 DU)에 대하여 산출된 9.6μm에서의 상향 복사휘도는 표면온도 Ts = 290 K에서 5.52~5.78Wm-2sr-1, 그리고 Ts = 325 K에서는 9.00~9,57Wm-2sr-1이었다. 따라서 오존 흡수 세기(i.e., 11μm와 9.7μm 밝기온도 간의 차; T11-9.7)를 이용한 오존 원격탐사 시에 세기 변화에 대한 순수한 오존 효과는0.26Wm-2sr-1/64 DU, 그리고 열적 효과는 0.31Wm-2sr-1/35 K이었다. 본 연구에서는 흡수 세기와 지상 관측 간에 유의적인 상관을 보이는 경우에 대하여 적외선 위성 관측에서 지상 오존을 원격탐사하는 경험식을 유도하였다. 유도된 지상 오존 농도와 관측값과의 상관은 49~63%로 유의수준 1%에서 유의미하였다. 경험식을 개선하기 위하여는 지상 오존 대신에 대류권 오존 자료를 사용하고, 성층권 오존 변화도 고려하는 후속 연구가 요구된다.

In the present study of IGC (Inert Gas Condensation) evaporation-condensation processing study, the effects of IGC convection gas on the crystallographic structure, size and shape of tin oxide nanoparticles were investigated. In addition, the phase transformation of tin oxide nanoparticles was studied after heat treatment. IGC processing was conducted at 1000℃ for 1 hr. The mixture gas of oxygen and helium was used as a convection gas. Metastable tetragonal SnO nanoparticles were obtained at a lower convection gas pressure, whereas amorphous tin oxide nanoparticles were obtained at a higher one. The formation of amorphous phase could be explained by the rapid quenching of the vaporized atoms. The resultant nanoparticles size was about 10 nm with a rounded shape. The tin oxide nanoparticles prepared by IGC were almost transformed to the stable tetragonal SnO₂ after heat treatment.

대류권과 성층권의 대기대순환에 관한 연구는 전지구 규모의 기후변동에 대한 인간활동의 영향을 이해하는 데에 있어서 매우 중요하다. 최근, 상부대류권과 성층권의 대기대순환에 있어서의 일년주기의 존재가 많은 연구에 의하여 보고되어졌다. 이 연구에서는 10년간(1985년 12월∼1995년 11월)의 자료에 대하여, 변형오일러평균방정식계의 운동방정식과 연속방정식을 이용하여 잔차평균자오면순환을 구하고, 그 순환과 100hPa면을 가로지르는 질량 플럭스들의 장기변동을 조사한다. 그 장기변동을 정량적으로 파악하기 위하여 중회귀통계모델을 사용한다. 특히, 이 연구에서는 이상기상과 전지구 규모의 기후변동의 원인으로서 알려진 엘니뇨현상과 관련한 대류권과 성층권의 평균자오면순환에 초점을 맞춘다. 연구의 결과는, 전지구 규모의 대류권-성층권 평균자오면순환은 엘니뇨현상과 준2년주기진동의 동풍 위상 동안에 강화되어지고, 라니냐현상과 준2년주기진동의 서풍 위상 동안에 약화되어진다는 사실을 보인다. 그리고, 1991년 6월에 있었던 피나투보 화산 폭발의 신호가 얻어진다. 그 화산 폭발 때문에 전지구 규모의 대류권-성층권 평균자오면순환은 급격히 강화되어진다.

중간 및 상부 대류권의 전구 온도 경향을 1980-97년 기간의 위성관측 MSU 직하점 채널2-3의 밝기온도와 1981-93년 기간의 세 종류의 대순환모델(NCEP, ECMWT, GEOS) 재분석 자료를 통하여 조사하였다. 전구, 북반구, 남반구, 열대 지역에 대한 이들 자료의 아노말리가 공통 기간에 대하여 다음 지역에서 세부적으로 계산된 후 비교되었다; 해양, 육지, 해양 및 육지, 중간 대류권의 경우에 MSU에 대한 모델들의 상관은 ECMWF에서 가장 높았으며(r=0.81∼0.95), 이러한 경향은 열대에서 현저하였다. 상부 대류권에서의 상관은 MSU 채널3 자료의 부정확성으로 인하여 낮았으며(r=0.06∼0.34), 이는 기존 연구와 일치하였다. 중간 대류권에서의 전구 온도 경향은 위성관측과 모델들에서 0.01∼0.18K decade-1의 온난화를 보였다. 여기서 엘니뇨 기간인 1987, 1991년에 양의 아노말리, 그리고 라니냐 기간인 1993, 1994년에는 음의 아노말리를 보였다. MSU에서 온난화 경향의 세기는 해양과 육지에서 비슷하였다(0.12∼0.13K decade-1). 상부 대류권에서 MSU와 모델들 사이의 가장 큰 불일치는 MSU 채널3 자료의 오차로 인하여 NOAA 9와 10의 교체 기간(1984. 12-1985. 1)에 나타났다. 한반도 부근의 중간 대류권에서 온도 경향은 1981-93년 기간에 위성관측에서 거의 무시할 만하였으나(-0.02K decade-1), 모델들에서 상당한 온난화(0.25∼0.43K decade-1)를 보였다. 이러한 경향들을 Spencer and Christy(1992a, 1992b)의 독립적인 MSU 결과들과 비교 · 토의하였다.

중간 및 하부 대류권의 열적 상태에 대한 관측 및 모델 결과들의 상태적인 정확성을 평가하기 위하여 세 종류의 위성관측 MSU 채널2 밝기온도 자료들과 ECMWF 모델의 재분석 (1980-93년) 자료를 상호 비교하였다. 중간 대류권 온도를 반영하는 위성관측 자료는 직하점에서의 MSU2 (1980-98년)와 여러 주사각으로부터 유도된 SC2 (1980-97년)이고, 하부 대류권 온도를 반영하는 자료는 SC2R (1980-97년)이다. 여기서 MSU2는 본 연구에서, 그리고 SC2와 SC2R은 Spencer and Christy (1992a, 1992b)에서 유도되었다. 위의 네 종류 자료간의 상관은 중 · 고위도에서 높았으나 (r≥0.90), 저위도 그리고 대류가 활발한 열대 지역에서 낮았다 Hydrometeors (구름과 강수) 및 지표방출의 영향으로 잡음을 포함하는 SC2R에 대한 다른 자료의 상관이 특히 낮았다 (r∼0.65). 또한 모델 재분석에 대한 위성자료의 상관은 MSU2보다 강수 효과가 일부 제거된 SC2에서 높았다. 세 종류의 MSU 기후값의 아노말리 비교에서 지표에 민감한 SC2R의 북반구 온도는 MSU2나 SC2에 비해 현저하게 1월에 하강하였고 7월에 상승하였다. 관측 및 모델 온도들에 대한 경험직교함수 분석에서 월평균값 모드1은 열대 태평양을 제외하고 연주기를 보였다. 전체 태평양에 대한 MSU2 모드1은 Walker 순환에 의한 동 · 서 쌍극자 형태를 보인 반면, 다른 위성관측과 모델 자료에서는 이러한 형태가 약하였다. 관측과 모델은 열대 태평양에 대한 아노말리값의 모드1, 2에서 엘니뇨와 라니냐에 의한 경년변동을 뚜렷하게 보였다. 적도 서태평양 용승 지역에서의 관측과 모델 결과 사이의 불일치는 모델에서 대기-해양 상호작용이 보완되어야 함을 제시한다.

이 연구는 GPS를 이용한 서울-제천지역에 대한 대류층 천정 지연 분석에 관한 것이다. 다양한 기상조건하에서 정확도를 보장하는 GPS 측위를 위하여 대류층 천정 지연과 GPS 정밀도와의 연관성을 분석하였다. Bernese 4.0소프트웨어로 산출한 대류층 천정 지연값의 증가시 GPS 측위 오차도 증가하였다. 대류층에 의한 오차는 평균 20 cm 였으며, 보정 모델 사용시 모두 5cm 범위내로 줄일 수 있었으며, 보정 모델 간에는 차이가 거의 없었다. GPS 측위오차와 대류층 천정 지연의 상관관계를 밝힘으로써 전선의 이동상황을 모니터링할 수 있으며 이는 GPS 기준망의 확장으로 가능할 것이다.

비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 액상내의 자연대류가 응고후 공정복합재료의 조성에 미치는 영향을 조사하였다. 이를 위해 Al-Cu합금을 선택하여 액상내에서 발생되는 애류의 형태를 변화시키기 위하여 상향 및 하향 일방향응고를 실시하여 각 응고조건에 따른 공정복합재료의 Cu 용질농도를 측정하였으며, 일방향응고 중에 급냉응고하여 고액계면 전방의 용질농도분포와 열분석을 통해 온도분포를 실측하였다. 그 결과로 비공정조성 공정복합재료의 일방향응고시 나타나는 대류는 공정복합재료의 용질편석에 커다란 영향을 주었으며, 고액계면 전방에서 thermal convection과 solutal convection이 모두 발생하는 하향 일방향응고된 아공정 Al-Cu합금에서 용질편석이 가장 크게 나타났다. 과공정 Al-Cu합금에서 상향 일방향응고한 경우가 하향 일방향응고한 경우보다도 용질편석이 증가한 것으로 나타났다. 이것은 본 연구조건에서는 solutal convection이 thermal convection보다 용질편석에 더 커다란 영향을 주는 것으로 생각되었다. 공정복합조직으로 성장시 고액계면은 평활계면으로 성장하였으며, 고액계면에서 액상 쪽의 용질농도는 아공정이나 과공정합금에 관계없이 공정조성의 용질농도를 가지며, 고액계면에서의 온도는 커다란 과냉도 없이 거의 공정온도 부근이었다.