0. 목차
- 기온의 재료
- 기온과 상공
- 상승 기류
- 전선
- '저기압'과 '고기압'
1. 기온의 재료
'기상(Weather)'에서 가장 중요한 요소는 '기온(Temperature)'이다. 그리고 기온의 재료는 태양에서 오는 에너지다. 태양에서 지구에 이른 에너지를 100%라고 하면, 그중 49%는 지표를 따뜻하게 하고, 따뜻해진 지표가 공기를 따뜻하게 해 '기온'이 올라간다. 나머지 51% 중 20%는 구름이나 대기의 수증기를 따뜻하게 하는 데 사용된다. 그리고 또 나머지 31% 중에서 22%는 구름을 따뜻하게 하고, 나머지 9%는 우주로 반사된다. 즉, 지구는 지표와 대기를 합쳐 69%의 태양 에너지를 계속 받아들이고 있는 셈이다. 그런데도 지구가 끊임없이 뜨거워지지 않는 이유는, 지구가 받아들인 양과 같은 에너지가 지구에서 달아나고 있기 때문이다.
1-1. 대기가 없으면 지구는 몇℃?
에너지의 수입과 지출이 똑같이 균형을 이룸으로써, 지구의 표면 온도가 유지된다. 그러면 대기의 '온실 효과'를 고려하지 않고 기온 계산하면, 몇℃가 될까? 이 기온을 단순히 계산하면 -18℃라는 온도가 나온다.
이와 같은 계산을 최초로 한 사람은 프랑스의 수학자 '조제프 푸리에(1768~1830)'이었다. 푸리에는 실제로 지구가 따뜻한 이유는 우주로 달아나야 할 지구의 복사를 대기가 흡수하기 때문이라고 생각했고, '온실 효과'의 발견으로 이어졌다. 지구의 대기에는 수증기나 이산화탄소 등의 온실가스가 들어 있어, 지구로부터 나가는 적외선을 이들이 흡수해 다시 사방팔방으로 복사한다. 이러한 재복사 덕분에 지구의 표면 온도는 약 10℃ 중반대로 유지되고 있다.
2. 기온과 상공
기온은 고도가 높아질수록 낮아진다. 이런 경향은 지표에서 '10000m(10km)'까지 계속된다. 대기층에서는 100m 상승할 때마다, 기온은 약 0.65℃ 내려간다. 따라서 지표의 온도가 15℃인 경우, 고도 10000m의 기온은 약 -50℃가 된다.
지표로 인해 따뜻해진 지표 부근의 공기가 가벼워지면 그 공기는 상공으로 상승하고, 상공에 있던 찬 공기는 반대로 하강한다. 이런 공기의 교체가 여러 가지 기상 현상을 만들게 된다.
3. 상승 기류
따뜻해진 공기는 상승하는데, 이렇게 만들어진 상향 공기의 흐름을 '상승 기류'라고 한다. 예컨대, 지표가 아주 많이 따뜻해지거나 상공에 있는 찬 공기가 아래로 이동하면 '상승 기류'가 생긴다. '상승 기류'의 발생에 지형이 관련되어 있는 경우도 있다. 산을 향해 바람이 불면 바람은 산의 비탈면을 따라 상승한다. '산의 날씨는 변덕스럽다'라는 말이 있는데, 이는 바람이 비탈면을 따라 상승함으로써 '상승 기류'가 잘 생기기 때문이다. 그러나 실제로는 여러 원인이 조합되어 여러 곳에서 '상승 기류'가 나타난다.
4. 전선
'기상(Weather)'에서는 찬 공기를 '한기', 따뜻한 공기를 '난기'라고 한다. 그리고 찬 공기와 따뜻한 공기와 만나는 경계를 '전선'이라고 한다. '전선'에는 '한랭 전선', '온난 전선', '폐색 전선', '정체 전선' 4가지 종류가 있다.
4-1. '한랭 전선과 '온난 전선'
- 한랭 전선: '한랭 전선(cold front)'은 따뜻한 공기에 찬 공기가 부딪치는 전선을 말한다. 이때 찬 공기는 따뜻한 공기 아래로 파고 들어가려 하기 때문에 아래의 그림처럼 따뜻한 공기가 찬 공기에 밀려 '상승 기류'가 된다.
- 온난 전선: '온난 전선(warm front)'은 찬 공기에 따뜻한 공기가 부딪치는 전선을 말한다. 이때 따뜻한 공기는 찬 공기 위에 올라타듯 완만한 '상승 기류'가 된다.
이처럼 따뜻한 공기에 찬 공기가 부딪치느냐, 찬 공기에 따뜻한 공기가 부딪치느냐에 따라 '한랭 전선'과 '온난 전선'으로 달라진다. 하지만 결국에는 모두 따뜻한 공기가 '상승 기류'가 되며, '한랭 전선'과 '온난 전선'에서는 상승 기류의 방향과 힘이 다르다.
'한랭 전선'과 '온난 전선'은 '온대 저기압(주로 중위도에서 발생하는 저기압)'과 함께 이동하는 경우가 많다. '온대 저기압' 중심에서 동쪽을 향에 뻗는 것이 '온난 전선'이며, 서쪽을 향해 뻗는 것이 '한랭 전선'이다. '온대 저기압'은 중간 위도대 상공을 부는 편서풍이라는 강한 서풍에 의해 서쪽에서 동쪽으로 이동한다. 그래서 온대 저기압이 접근함에 따라 먼저 다가오는 것이 '온난 전선'이다. 온난 전선이 가까워지면 '권층운' 등 고도가 높은 위치에서 생기는 구름이 나타나기 시작한다.
그 후 고층운 등 고도가 낮은 구름이 차츰 퍼지고, 난층운이라는 비구름 등으로부터 비교적 온화한 비가 내린다. 그리고 온난 전선이 통과하면 따뜻하고 습한 '남풍'이 불며 기온이 상승한다. '온난 전선'이 통과한 뒤에는 '한랭 전선'이 찾아온다. '한랭 전선'의 상공에는 수직 방향으로 발달한 '적란운'이 발달해 격렬한 비를 내리게 한다. 그리고 한랭 전선이 통과한 후에는 북서쪽에서 차고 건조한 바람이 불고 기온이 갑자기 내려간다. 차가운 공기가 밑으로 들어가서 나아가는 한랭 전선에 비해 온난 전선의 진행은 느리다. 그래서 때로는 뒤에서 다가온 한랭 전선이 온난 전선에 따라붙는 경우도 있다. 그러면 '폐색 전선'이 생기고, '온대 저기압'은 약해진다.
4-2. 폐색 전선
'한랭 전선'이 '온난 전선'과 겹쳐지면 '폐색 전선(occluded front)'이 된다. 두 종류의 전선이 만나는 곳을 '폐색점(point of occlusion)'이라고 하며, 여기서는 날씨가 나빠지는 일이 많다.
'폐색 전선'에는 '한랭형'과 '온난형' 두 종류가 있다. 온난 전선의 북쪽에 차가운 공기보다 따라붙는 차가운 공기 쪽이 가벼우면 '한랭형', 따라붙은 차가운 공기 쪽이 따뜻하면 '온난형'이 된다. '한랭형'의 '폐색 전선'이 통과할 경우에는 '한랭 전선'과 아주 비슷한 날씨 변화가 나타나고, '온난형'의 '폐색 전선'이 통과할 경우에는 '온난 전선'과 아주 비슷한 날씨 변화가 나타난다.
4-3. 정체 전선
따뜻한 공기와 차가운 공기의 세력이 거의 동등한 경우, 거의 이동하지 않고 일정한 자리에 머물러 있거나 움직여도 매우 느리게 움직이는 전선이 형성된다. 이러한 전선을 '정체 전선(stationary front)'이라고 한다. '정체 전선'이라고 하면, 장마를 초래하는 장마 전선'이나 가을에 발생하는 '가을비 전선'을 들 수 있다. 같은 곳에서 정체되기 때문에 오랫동안 비를 내리게 하는 것이 특징이다.
'정체 전선' 부근은 난층운 등이 생겨 온화한 비가 내리지만, 때로는 적란운이 발생해 강한 비가 내리기도 한다.
5. '저기압'과 '고기압'
'기상(Weather)'에서 '기온(temperature)' 다음으로 중요한 요소는 '기압'이다. '기압'은 대기의 압력을 말한다. 해수면 1cm²에는 평균적으로 약 1kg의 대기가 올라가 있는데, 이때의 대기 압력이 '1기압(1013.3hPa)'이다. 저기압은 주위에 비해 기압이 낮은 곳이고, 고기압은 주위에 비해 기압이 높은 곳을 말한다. 주위에 비해 기압이 높은지 낮은지를 나타내는 것이며, '몇 hPa이 고기압과 저기압의 경계'라는 기준은 없다.
그러면 저기압과 고기압은 왜 생길까? 지상의 공기 온도는 장소와 시간에 따라 달라진다. 주위에 비해 온도가 높은 공기는 팽창해서 밀도가 낮아진다. 그런 곳에서는 공기가 가벼워져 '상승 기류'가 생긴다. 그러면 지표 부근의 공기가 들어올려져 기압이 낮아지는데, 이를 '저기압'이라 한다. 한편 주위에 비해 온도가 낮은 공기는 압축되어서 밀도가 높아진다. 그런 곳에서는 공기가 무거워져 '하강 기류'가 생긴다. 그러면 상공의 공기가 내려와 기압이 높아지는데, 이를 '고기압'이라 한다.
기압의 차가 있으면 공기는 그 차이를 메우기 위해 움직인다. 즉, 고기압에서 저기압을 향해 바람이 분다. 또 기압의 차가 크고 급격할수록, 강한 바람이 분다. 저기압은 기압이 낮으므로 주위에서 저기압의 중심을 향해 바람이 불어간다. 그리고 거기서 '상승 기류'가 발생한다. 반대로 고기압은 기압이 높으므로 중심에서 주위로 바람이 불어 나간다. 그리고 고기압의 중심 부근에서는 '하강 기류'가 발생한다.
저기압에서는 '상승 기류'가 발생해 주위로부터 바람이 모여든다. '상승 기류'에 의해 구름도 생기기 때문에 저기압에서는 날씨가 나빠지기 쉽다. 저기압에 모이는 바람은 지구의 자전의 영향으로, 북반구에서는 시계 반대 방향으로 소용돌이치듯 바람이 불어 들어가고, 남반구에서는 시계 방향으로 소용돌이치듯 바람이 불어 들어간다. 고기압에서는 '하강 기류'가 발생하기 때문에 구름이 생기지 않고 맑다. 고기압에서 나가는 바람은 지구의 자전의 영향으로, 북반구에서는 시계 방향으로 소용돌이치듯 바람이 불어 나가고, 남반구에서는 시계 반대 방향으로 소용돌이치듯 바람이 불어 나간다.
