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1. 개요
大氣科學 ｜ Atmospheric Science자연과학의 한 분야로, 대기와 그로 인한 현상, 다른 계에 미치는 영향을 연구하는 학문이다. 이전에는 기상학(meteorology)과 기후학(climatology)으로 불렀으나, 기상/기후 현상에 국한되지 않은 대기 현상 전반을 다루기 위해 대기과학이라는 명칭으로 통합되었다. 기상학과 기후학의 차이는 시간인데, 기상학은 비교적 짧은 시간에 일어나는 현상을 연구하는 분야로 날씨 등을 연구한다고 볼 수 있고, 기후학은 지역별 기후대[1]를 연구하는 지리학의 한 분과이다.
세부분야 중에서 대기역학, 대기복사, 구름 및 강수물리, 대기분석, 유체역학이 기본이 되며, 대기화학, 고층기상학, 고층대기물리학, 기후역학, 자료동화, 수치예보, 대기환경, 대기관측, 미기상학 등의 세부항목도 존재한다.
이 중 기상학은 옛날에 고위층의 취미였다. 페르디난트 2세나 로버트 훅 같은 사람들도 기상학을 연구하였고, 유명한 화학자 헨리 캐번디시나 원자론의 아버지 존 돌턴도 기상관측을 즐겨 하였다.[2] 고대부터 기상예측은 종교 지도자나 국가 지도자의 권위의 상징이었기 때문이다.
2. 체계
2.1. 기상예보
대기과학의 가장 핵심적인 분야로, 기상 데이터를 다양한 방식으로 수집, 분석하여 이하 대기물리나 대기화학의 이론에 집어넣어 미래의 날씨를 예측한다.- 기상관측
- 항공관측
- 위성관측
- 원격탐사
- 기상 분석/해석
- 수치예보
- 항공기상
2.2. 대기역학 (Atmospheric Dynamics)
지구 대기의 기본적인 구조로부터 생겨나는 공기의 흐름과, 대기의 불안정성에 의해 생겨나는 파동의 발달과 소멸에 대해 다루는 학문이다. 나비 효과와 혼돈 현상으로 대표되는 학문으로, 나비효과라는 용어는 기상학의 로렌츠 방정식에서 나왔다.2.3. 대기물리 (Atmospheric Physics)
대기에서 일어나는 열역학적 과정, 수증기와 구름의 형성에 대한 과정, 광학적 성질과 전기적 현상에 대해 다루는 학문이다.- 대기열역학: 대기 중 수분 함량에 따라 열역학 방정식이 달라진다. 수분함량에 따라 건조공기 - 습윤공기 - 수증기의 3단계로 구분한다.
- 구름 입자의 역학: 구름입자의 형성, 구름과 안개의 형태 및 유형을 다룬다.
- 강수의 역학: 대기 중의 수분이 구름을 형성하고, 이 구름이 다시 지상으로 떨어지는 강수를 물리학적으로 연구한다.
- 대기복사: 지구로 들어오는 태양복사와 지구가 우주로 방출하는 지구복사가 대기와 상호작용하며 일어나는 현상을 다룬다. 위성관측이나 원격탐사와 밀접하게 연관되어 있다.
2.4. 대기화학 (Atmospheric Chemistry)
오존층이 손상되었다는 뉴스는 한번씩 보았을 것이다. 이 오존층을 다루는 대기과학의 세부 분야가 바로 대기화학이다. 주로 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 오존과 같은 기체상 물질이나 미세먼지와 같은 입자상 오염물질에 대해 다룬다.3. 역사
3.1. 전근대
날씨는 현생 인류가 처음 나타났을 때부터 지금까지 인간 생활에 있어서 매우 중요한 역할을 해오고 있다. 고대 그리스의 탈레스는 이런 날씨를 실생활에 최초로 적용한 사람으로 알려졌다. 한 기록에 따르면, 사람들이 탈레스를 보고 철학을 아무 쓸모없는 것이라며 그가 가난하다고 비난하자, 탈레스는 날씨 연구를 토대로 특정한 여름에 올리브가 풍작이 될 것을 예상하고, 겨울에 싼 값에 올리브 압축기를 사들인 후, 예상대로 올리브가 풍작이 되자, 사람들에게 비싼 값에 대여해 부자가 되었다고 한다.기후에 대한 체계적인 연구는 고대 그리스에서 히포크라테스와 아리스토텔레스에 의하여 시작되었다. 고대 그리스의 의학자 히포크라테스는 기후가 건강에 어떤 영향을 미치는지를 다룬 "Airs, Waters, and Places"라는 논문을 발표하였다. 아리스토텔레스는 최초의 대기과학 논문이라 볼 수 있는 "Meteorologica"를 집필하였으며, 총 4권으로 구성되어 있다. 제 1권에서는 각종 강, 구름, 샘, 이슬, 혜성 등을 기술하였으며, 4원소론을 설명하였다. 제 2권에서는 바다, 번개, 지진, 천둥 등을 설명하였다. 제 3권에서는 허리케인, 소용돌이, 빛 등을 설명하였으며, 제 4권에서는 더움, 추움, 습함, 건조함의 성질에 대해 다루었다. 기상학(Meteorology)의 어원은 그의 저서인 "Meteorologica"에서 나왔다. 테오프라투스는 기상학 논문이자 일기예보 기본서인"On the Signs of Rain, Winds, Storms and Fair Weather"에서 80가지의 비가 올 징후, 40가지의 바람의 징후, 50가지의 폭풍의 징후를 다루었다. 한 예로, 그는 이 논문에서 해가 뜨기 전이나 해가 뜨는 아침에 하늘이 붉어진다면 비가 올 것이라는 것이라고 설명하였고, 이는 과학적인 근거를 갖고 있다. 왜냐하면 공기 중의 습도가 증가하면 하늘이 붉어지기 때문이다. 하지만 그 외의 서술은 과학적 근거가 없는 것으로 판명되었다.
고대 그리스 시대 이후, 유럽에서 대기에 대한 관심은 몇백 년 동안 잊혀졌지만, 대항해시대가 열리며 기상과 기후(특히 유럽 밖)에 대한 지식이 필요해짐에 따라 대기의 중요성이 높아지고 그에 대한 연구가 필요해지게 되었다.
17세기 이후, 관측기기 발달로 인해 기후학은 다시 발달하기 시작하였으며, 18세기에 들어서는 보다 개선된 관측기기와 함께 전신이 발달하며 넓은 지역의 기후 자료를 수집할 수 있게 되었다.
한국에서는 1441년 측우기가 제작되었으며, 1770년 이후의 강우량 자료가 남아 있다.
3.2. 근현대
3.3. 기후학 발달에 기여한 주요 사건
| 기후학 발달에 기여한 주요 사건 | |
| 기원전 400년경 | 고대 그리스의 히포크라테스가 "Airs, Waters, and Places"에서 건강에 대한 기후의 영향을 언급함 |
| 기원전 350년경 | 고대 그리스의 아리스토텔레스가 "Meteorologica"에서 날씨 현상을 언급함 |
| 기원전 300년경 | 고대 그리스의 테오프라투스가 "On the Signs of Rain, Winds, Storms and Fair Weather"에서 바람에 대해 기술하고 아르스토텔레스의 생각을 비판함 |
| 1025년 | 아라비아의 알하산[3]이 대기권의 높이를 계산함 |
| 1441년 | 조선의 세종대왕이 측우기를 발명함 |
| 1450년 | 쿠사가 천칭온도계를 발명함 |
| 1593년 | 이탈리아의 갈릴레이가 온도경을 발명함 |
| 1626년 | 이탈리아의 산토리오가 고양이 창자 습도계를 발명함 |
| 1644년 | 이탈리아의 토리첼리가 수은 기압계를 발명함 |
| 1648년 | 프랑스의 파스칼이 기압은 높이에 따라 감소한다는 것을 증명함 |
| 1654년 | 독일의 오토 폰 게리케가 공기의 밀도를 결정함 |
| 1661년 | 영국의 보일과 후크가 최초로 기체의 법칙을 발견함 |
| 1662년 | 영국의 베이컨이 바람에 대한 중요한 논문을 발표함 |
| 1664년 | 파리에서 날씨 관측이 시작됨 |
| 1668년 | 영국의 에드먼드 핼리가 무역풍 지도를 제작함 |
| 1687년 | 영국의 아이작 뉴턴이 '프린케피아'를 발표함 |
| 1724년 | 네덜란드 공화국의 파렌하이트가 화씨 눈금을 도입함 |
| 1735년 | 영국의 해들리가 무역풍과 지구 자전의 효과에 대한 논문을 발표함 |
| 1742년 | 스웨덴의 셀시우스가 섭씨 눈금을 도입함 |
| 1751년 | 르 로이가 이슬점과 강수를 정의함 |
| 1753년 | 영국의 블랙이 이산화탄소를 발견함 |
| 1755년 | 영국의 컬렌이 건습구온도계를 발명, 미국의 프랭클린이 뇌우의 전하를 수집함 |
| 1780년 | 스위스의 오레스 드 소쉬르가 모발습도계를 발명함[4] |
| 1802년 | 프랑스의 몽골피에 형제에 의해 최초의 유인 기구 비행이 이루어짐 |
| 1817년 | 독일의 알렉산더 폰 훔볼트가 전 세계 연평균 기온을 나타내는 지도를 작성함 |
| 1825년 | 아우구스트가 통풍계를 고안함 |
| 1826년 | 브랜더스가 기압도를 준비함 |
| 1861년 | 영국에서 피츠로이에 의해 최초의 일기예보가 이루어짐 |
| 1870년 | 그레고어 멘델[5]이 열섬 현상을 발견 |
| 1919년 | 제1차 세계 대전 중 노르웨이의 기상학자들에 의해 전선과 온대저기압에 대한 이론이 만들어짐 |
| 1940년대 | 제2차 세계 대전이 발발하면서 군사 작전을 위해 기상관측과 일기예보에 발전을 이룸 |
| 1950년 | ENIAC을 이용해 최초로 컴퓨터를 이용한 수치예보가 이루어짐 |
4. 대기과학은 순수과학인가 응용과학인가
기상학은 응용과학적인 면이 강하고 대기과학은 자연과학적인 면이 강한 용어다. 실제로 대기과학으로 명칭만 바뀐 것이 아니라 단순히 날씨를 예측하던 학문에서 벗어나 기초과학적 연구가 이뤄지게 되었다. 기후학 면에선 최근들어 기존에 열수지 및 해륙분포를 통해 기후를 분석하던 것을 넘어 특정한 활동이 자연 환경에 미치는 영향 (가뭄, 홍수 등)를 연구하는 갈수록 늘어나고 있는 추세이므로 응용과학적 성격을 많이 보이고 있다. 대기 오염, 환경 문제 역시 최근에는 보건, 생태계 변화와 연관지어 연구하는 추세가 증폭되고 있고. 실제로 해외에서는 대기과학과 커리큘럼이 환경공학과, 화학공학과와 함께 개설되는 경우도 적지 않게 볼 수 있다.다만 응용과학의 범주에는 들지 몰라도 공학은 전혀 아닌데, 물리법칙을 인간 활동에 적용하여 원하는 결과를 얻어낸다는 공학의 정의에 부합하지 않기 때문이다. 지구나 기후를 공학적 재료로 삼는 지구공학은 아직 태동단계라고 말하기도 힘들 정도로 연구된 바가 없으며 그 접근 또한 매우 신중하게 이루어지고 있다. 아직은 자연현상을 분석하고 원리를 밝혀 미래를 예측하는 순수과학적 면모에서 벗어나지 않고 있다. 이를 날씨예측 등 실생활에 응용한다면 응용과학이라고 할 수는 있을지 모르나 공학의 범주에는 들지 못한다.
애초 기상학을 대기과학의 실제적 응용이라고 보기도 좀 어려운 것이, 기상학에 대기과학적 지식과 언어가 필요한 것은 사실이지만 연관성이 있는 별개의 기술이라고 보는 것이 맞다. 권투선수가 효율적으로 펀치를 날리는 과정에서 물리법칙을 이용한다고 권투가 물리학의 실제적 적용은 아니지 않는가. 실제로 대기과학적 지식이 전혀 없는 사람도 훈련을 통해서 기상예측을 할 수 있으며 수치예보가 발달한 오늘날에는 더욱 쉬워졌다. 애초에 예전엔 일기도 몇 장, 몇몇 지점의 관측치, 경험만으로 기상예보를 해냈었다.
5. 관련 자격면허
5.1. 국가기술자격
5.1.1. 기상기사
- 기상기사 문서 참고
5.1.2. 기상예보기술사
국가자격의 최상위등급인 기술사로, 2003년 이래 합격자가 27명 밖에 안된다. 현업 경험이 필요한 데다 계속 예보를 하는 사람이 대한민국에 몇 안되기 때문에 물론 지원자 자체가 매우 적다. 대부분 공군의 기상특기를 가진 사람들이 취득한다.응시자격에 제한이 있다. 응시자격은 대학교 관련 학과 졸업 후 4년 이상 실무를 쌓은 사람이면 된다. 시험과목은 실황예보, 단기예보, 중·장기예보, 산업기상예보 및 그 응용에 관한 사항 등이다.
5.1.3. 기상감정기사
2012년 신설된 자격이다. 아직까지는 연 1회만 실시한다. 응시자격에 제한이 있다.※ 동일직무분야: 경영ㆍ회계ㆍ사무 중 생산관리, 건설, 기계, 재료, 화학, 섬유ㆍ의복, 전기ㆍ전자, 정보통신, 식품가공, 인쇄ㆍ목재ㆍ가구ㆍ공예, 농림어업
필기시험으로는 일반기상학, 일기해석, 기상통계, 기상관측법, 감정일반 총 5개의 과목이 있다.
- 일반기상학: 기상의 일반 사항에 관한 내용이 나온다.
- 일기해석: 일기현상을 해석하고 분석할 수 있어야한다.
- 기상통계: 통계일반 및 기상자료를 이용한 통계가 나온다.
- 기상관측법: 기상측기, 원격관측 및 기상관측방법 등이 나오며, 기상기사와 공통으로, 기취득자는 면제 가능하다.
- 감정일반: 기상관련법규 및 기상으로 인한 피해감정에 필요한 제도, 지식 관련 등이 나온다.
5.2. 국가면허
기상산업진흥법에 따라 기상청장이 발급하는 면허이다. 총 2종이 있다.5.2.1. 기상예보사
기상현상에 관하여 관측된 결과를 바탕으로 미래의 기상상태를 예상하는 업무를 담당된 결과를 바탕으로 미래의 기상상태를 예상하는 업무를 담당한다. 기상예보업 등록을 위해서는 기상예보사 1명 이상을 상시 고용하여야 한다.면허 발급 요건은 다음과 같다.
- 기상예보기술사 자격 보유자
- 기상기사 자격을 취득한 후, 2년 이상의 기상 관련 경력 보유자.
- 기상기사 자격을 취득한 후, 한국기상산업기술원에서 140시간(오프라인 60, 온라인 80) 취득교육 이수자.
5.2.2. 기상감정사
기상현상에 관한 관측된 결과를 바탕으로 특정 지점의 기상현상에 추정하거나 그 기상현상이 특정사건에 미친 영향의 정도를 판단하는 업무를 담당한다. 기상감정업 등록을 위해서는 기상감정사 1명 이상을 상시 고용하여야 한다.면허 발급 요건은 다음과 같다.
- 기상감정기사 자격을 취득한 후, 2년 이상의 기상 관련 경력 보유자.
- 기상감정기사 자격을 취득한 후, 한국기상산업기술원에서 140시간(오프라인 60, 온라인 80) 취득교육 이수자.
6. 대기과학과
대기과학을 연구하고, 교육하는 학과다. 보통 대기과학과라는 명칭을 쓰지만, 과거에는 기상학과라는 명칭을 주로 썼다. 그 밖에 환경이라는 단어를 붙여서 대기환경과학과, 환경대기과학과 등의 명칭을 쓰기도 한다.
※ 지질학, 해양학, 대기과학 전공과 함께 하나의 학과/학부로 묶여진 경우도 있는데, 그에 대해서는 지구환경과학부 문서를 참조.
6.1. 국내 대기과학과 목록
이하는 가나다순.- 강릉원주대학교 대기환경과학과
- 경북대학교 지구시스템과학부 천문대기과학전공
- 공주대학교 대기과학과
- 부경대학교 환경대기과학과
- 부산대학교 대기환경과학과
- 서울대학교 지구환경과학부
대기과학전공[6] - 연세대학교 대기과학과
이 외에 조선대 대학원 과정에 대기과학과가 있다.# 그리고 전통적인 대기과학과는 아니지만, 이화여자대학교 미래사회공학부 기후에너지시스템공학전공도 대기과학과와 상당한 유사성이 있다. 그 외에도, 울산과학기술원 도시환경공학부, 광주과학기술원 지구환경공학부, 포항공과대학교 환경공학부, 한양대학교 해양융합과학과에서도 관련된 과목을 수강할 수 있으며, 대기과학 관련 연구실이 존재한다. 더 다양한 관련 교육기관은 한국 기상학회 홈페이지 하단의 관련 기관/연구소 목록 참고.
6.2. 교육 과정
학부 교육과정에 대해서는 연세대학교/학부/이과대학/대기과학과 문서 참조.6.3. 취업
기상연구소(국립기상과학원 등), 관련 공기업·공공기관(한국기상산업기술원, 국립기상과학관 등), 민간기상정보회사, 공군기상단, 기상청(기상직 공무원) 등.기상청이라는 꾸준한 수요를 보여주는 정부기관과 정부연구소들이 있어서 지구과학 계열 중 가장 실용성이 높은 학과이다. 순수학문이라 선호도가 낮은 지구과학 계열 학과 중에서 비교적 선호도가 높고 대기과학과를 목표로 하는 매니아층이 존재하는 편이다.[7]
기상직 공무원 시험 과목은 아래와 같다.
- 5급 공무원 기상직: 필수 3과목 (기상역학, 일기분석 및 예보법, 물리기상학), 선택 1과목 (기상측기 및 관측, 미기상학, 기상통계학, 기후학, 전자공학, 수치예보)
- 7급 공무원 기상직: 공직적격성평가, 물리학개론, 기상역학, 일기분석 및 예보법, 물리기상학
- 9급 공무원 기상직: 국어, 영어, 한국사, 기상학개론, 일기분석 및 예보법
7. 관련 문서
- 자연과학 관련 정보의 '대기과학' 부분 참고.
- 날씨
- 대기권
- 공기
- 한국지구과학올림피아드, 국제지구과학올림피아드
[1] 지중해성기후, 사바나기후 등[2] Richard hamblyn,'Invention of clouds',Picador,2002[3] 본명 아부 알리 알하산 이븐 알하이 삼(965? ~ 1038?). 아라비아의 수학자·물리학자·천문학자로, 눈의 구조를 비교/연구하여 물건이 보인다고 하는 현상을 처음으로 밝혔다. 그가 집필한 「광학서」는 일찍부터 라틴어로 번역되어 유럽 과학자들에게 큰 영향을 주었다.[4] 그는 그의 30년 동안의 연구 결과인 「알프스 여행기 Voyages dans les Alpes」에서 처음으로 지질학이라는 용어를 학술 용어로 사용하였다.[5] 현재는 '유전학의 아버지'로 유명하지만, 당시에는 오스트리아 기상학회 창립 멤버였던만큼 기상학에 조예가 있는 신부로 더 유명했다. 또한 최초로 시계 방향으로 회전하는 토네이도 발생 과정을 기록하기도 했다.[6] 과거에는 대기과학과가 독립적으로 존재했으나, 현재는 지구환경과학부로 통합된 상태이다. 실제로 졸업장에도 각 세부전공은 기재되지 않음.[7] 천문학과도 매니아층은 있으나 대학교 이상의 과정에서는 지구과학 계열이라기보다는 물리학 계열로 분류된다. 또한 천문학과는 기상청 같은 꾸준한 수요가 있다고 보기도 어렵다.