7. 대기의 순환

7.1 대기 운동의 규모

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대기 운동의 시간규모와 공간규모는 비례한다.

  • 예외: 열조석(thermal tide; 태양열로 일어나는 atmospheric tide. cf. 달 중력으로 인한 ocean tide)은 전지구적 현상이지만 24시간 주기로 일어남.

7.2 국지풍

해륙풍(land and sea breeze)
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  • 하루 동안의 바람 변화.
  • 낮: 해풍(바다 → 육지)
  • 밤: 육풍(육지 → 바다)

산곡풍(mountain and valley breezes)

  • 하루 동안의 바람 변화.
  • 낮: 곡풍(비탈 → 정상)
  • 밤: 산풍(정상 → 비탈)

푄 현상

  • 미국 콜로라도 로키산맥의 치누크풍, 한국 태백산맥의 하늬바람 따위
  • 산 사면에 구름이 형성될 때 산을 넘어가면서 압축가열된 공기가 산을 넘어가며 반대쪽 사면을 온난건조하게 만듦

활강풍(katabatic wind)

  • 고지대에서 저지대로 부는 바람이나 산풍보다 훨씬 강함
  • 고원지대를 이동하는 공기가 극도로 냉각되어 밀도가 매우 커져 고원 가장자리에서 한랭풍을 가볍게 일으키는데, 이 바람이 좁은 협곡에 집중되면 흐름이 빨라져 폭포수처럼 쏟아지는 경우가 있는데 이것이 활강풍
  • 알프스 → 프랑스의 "미스트랄", 발칸반도 → 아드리아 해의 "보라"

시골풍(Country breeze)

  • 시골 쪽에서 도시 방향으로 부는 중규모 바람
  • 도시의 건축물들(콘크리트 덩어리)는 낮 동안 축적된 열이 유지 (도시열섬) → 차가운 시골에서 더운 도시로 공기유입
  • 도심지의 오염물질 집중의 원인

7.3 대기대순환

원인: 지표의 차등가열

  • 에너지 균형이 열대에서 과잉이고 극지에서 부족
  • 불균형 해소를 위해 더운 공기를 극지로, 찬 공기를 열대로 이동

단세포 모델: 이론적 모델.

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  • 가정된 사항
  1. 지구 표면이 물로 균일하게 덮여있다 (수륙 차등가열 고려치 않음)
  2. 태양이 항상 적도 상공에 있다 (바람의 계절 변화를 고려치 않음)
  3. 지구는 자전하지 않는다 (기압경도력 이외의 힘을 고려하지 않음)
  • 적도-북극, 적도-남극의 거대한 두 덩어리(해들리 세포)로만 이루어짐

삼세포 모델: 실제 모델.

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  • 남북반구에 각각 세 개의 세포.
  • 단세포 모델과 같은 점:
    • 열이 과잉된 열대지방의 지상 저기압골 - 적도무풍대(doldrum)
    • 열이 부족한 극지방의 지상 고기압
  • 해들리 세포
    • 아열대 고기압(subtropical high) - 남북위 30도
      • 공기가 적도에서 극으로 향하며 냉각되면서 부피가 줄어들고 밀도가 높아져 지상기압이 높아진다
      • 육지에서는 구름이 없고 지상이 가열 - 아프리카 사하라 사막, 북미 소노라 사막
      • 해상에서는 바람이 미약 - 아열대 무풍대)
    • 무역풍 - 아열대 고기압에서 적도 저기압 방향으로 부는 바람.
      • 북반구에서는 북동풍, 남반구에서는 남동풍 (전향력)
      • 북동무역풍과 남동무역풍은 적서 열대수렴대에서 수렴, 대기가 다시 상승.
  • 페렐 세포
    • 아한대 저기압(subpolar low) - 남북위 60도
      • 아열대 고기압 쪽에서 불어온 공기는 온난하여 극지의 찬 공기와 섞이지 않음 - 한대전선 형성.
      • 지상대기가 수렴하여 상승하면서 폭풍우 발달
    • 편서풍 - 아열대 고기압에서 아한대 저기압 방향으로 부는 바람.
      • 북반구에서는 남서풍, 남반구에서는 북서풍
      • 편서풍이 아한대 저기압에서 수렴하여 대기가 다시 상승.
  • 극 세포
    • 극동풍 - 극지의 찬 공기가 전향력에 의해 북동쪽으로부터 이동
    • 극동풍이 아한대 저기압에서 수렴하여 상승, 다시 극으로 향함으로써 순환
    • 한대전선이 겨울철에 중위도까지 전진하면 돌발한파 발생

7.4 기압대와 바람

모델과 실제의 차이 - 반영구적인 기압대의 존재

  • 북반구
    • 버뮤다 고기압, 태평양 고기압 - 상공의 대기수렴으로 발달하는 아열대 고기압
    • 아이슬란드 저기압, 알류샨 저기압 - 아한대 저기압. 여름에는 매우 미약해짐
  • 남반구는 육지가 비교적 적어 기온격차가 덜함 - 아한대 저기압이 끊임없이 골을 형성해 지구를 완전히 둘러쌈
  • 반영구적이지 않은 기압대
    • 열저기압 - 따뜻한 육지 상공에 형성
    • 열저기압 - 차가운 육지 상공에 형성. eg. 시베리아 고기압
  • 열대수렴대는 7월에는 북쪽으로, 1월에는 남쪽으로 위치를 옮긴다.
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7.5 계절풍

계절풍(monsoon)

  • 계절에 따라 풍향, 강수량이 변화
  • 한국의 경우 여름 계절풍은 폭우, 겨울 계절풍은 한파를 동반

7.6 제트류

제트류 - 길이 수백 km, 폭 수백 km, 두께 1 km 이내로 형성되는 펀서 고속 이동 기류.
제트류 중심핵 풍속은 흔히 초속 50 미터를 초과.

상층 제트류(Upper level jet)

  • 대류권계면 근처 고고도에서 나타나는 좁고 빠른 바람.
  • 아열대 제트류: 북위 30도 부근 고기압 상공 약 13 킬로미터
  • 한대 제트류: 한대전선 근처 고도 약 10 킬로미터
  • 제트류는 흔히 연속적인 공기의 강처럼 표현되지만 실제로는 불연속적이어서 날에 따라 그 위치가 달라진다.

저층 제트류(Low Level Jet)

  • 경계층 근처에서 남쪽으로 부는 강풍
  • 평야지대에서 봄여름 온난한 계절에 주로 발생
  • 대개 악천후를 동반
  • 고도는 동아시아에서 3 킬로미터(700 헥토파스칼), 로키산맥 동쪽 사면에서 1.5 킬로미터 (850 헥토파스칼)

7.7 전구바람과 해류

  • 바람은 해류를 발생시킨다. 해류는 해양 표층의 온도 분포를 결정

엘니뇨와 라니냐, 남방진동
엘니뇨-라니냐 란 열대 태평양을 가로지르는 준주기적 온난/한랭 시기이다. 엘니뇨 남방진동(El Niño-Southern Oscillation; ENSO)라고도 한다. 2-7년 주기로 준주기적 발생하며 그때마다 예측 가능한 기온, 강수, 바람의 변화가 발생한다.

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평상시: 적도 바람이 따뜻한 물을 서쪽으로 이동시키고 남미 해안에서 찬 물이 용승한다.

엘니뇨: 따뜻한 물이 남미 해안으로 접근한다. 찬 물이 없어져서 기온이 상승한다.

라니냐: 따뜻한 물이 평상시보다 더 서쪽으로 치우친다.

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엘니뇨-라니냐의 전지구적 영향
엘니뇨 라니냐
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한국 평소보다 더운 겨울 한국은 평소보다 추운 겨울
미국 평소보다 습한 겨울 (플로리다) 평소보다 건조한 겨울 (플로리다)
서태평양 건조, 한랭, 가뭄 습윤, 온난, 홍수
동태평양 습윤, 온난, 홍수 건조, 한랭, 가뭄

7.8 강수분포

  • 강수를 위해서는 수증기의 존재가 절대조건
  • 전지구적 강수량 분포에는 위도와 해류가 영향을 미침
  • 큰 수체(水體)가 큰 강수량을 담보하지는 않음
  • 강수에 있어서는 강한 바람보다 연직 방향의 작은 바람이 더 중요
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