0. 목차
- '기후'란 무엇인가?
- 아프리카의 우기와 건기
- 아시아의 몬순 기후
- 지중해의 온난한 기후
- 영국의 날씨
- 대륙 서안의 사막
- 샌프란시스코의 안개
- 적도의 차가운 바닷물
- 북극과 남극
1. '기후'란 무엇인가?
지구에는 지역에 따라 특유의 기상 현상이 있다. 예컨대, '케냐(Kenya)'나 '태국(Thailand)' 등의 저위도에 있는 나라는 '우기(비가 내리는 계절)'과 '건기(비가 내리지 않는 계절)'가 명확히 나누어져 있고, 인도에서는 여름에 동서의 바람이 대량의 수증기를 내륙으로 운반해 많은 비를 내리게 한다. 이처럼 지역마다 다른 기상을 1년을 통해 종합한 것이 '기후(Climate)'이다.
'기후'에는 '대기의 대순환(Atmospheric General Circulation)'과 '해류(Oceanic Current)'가 크게 관여하고 있다. 예컨대 중위도 부근에는 사막 기후를 주체로 하는 '건조 지역'이 펼쳐져 있는데, 이는 그 지역이 '대기의 대순환'에 의해 적도에서 한 번 상승한 공기가 하강하는 고기압대이기 때문이다. 고기압대에서는 구름이 발생하지 않아 비가 내리지 않는다. 또 고위도임에도 불구하고 영국 부근이 온대 기후인 데는, 미국 앞바다에서 흘러오는 '멕시코 만류(Gulf Stream)'의 영향이 크다. '멕시코 만류'는 대서양에서 아메리카 대륙 연안을 북상한 뒤 편서풍이 부는 중위도를 북동쪽으로 흘러 유럽의 난바다까지 도달한다. 이러한 '대기의 대순환'과 '해류'의 작용이 산맥 등의 지형에 영향을 미쳐서 '지구의 기후'가 만들어진다.
1-1. 쾨펜의 기후 구분
아래의 그림은 '쾨펜의 기후 구분(Köppen Climate Classification)'에 따라 색깔로 구분한 세계 지도이다. 세계의 식생 분포를 바탕으로 세계의 기후가 분류되어 있다. 크게 나누면 열대, 건조대, 온대, 냉대, 한대의 5종으로 구분되지만 여기서는 기후를 더 자세히 구분했다.
'쾨펜의 기후 구분(Köppen Climate Classification)'은 독일의 기후학자 '블라디미르 쾨펜(Wladimir Peter Köppen, 1846~1940)'이 식생분포에 주목하여 1918년에 발표하였다. 1936년 쾨펜의 수정안이 발표되었으며, 이후 독일의 기상학자 '루돌프 가이거(Rudolf Geiger, 1894~1981)'가 1954년과 1961년에 '쾨펜의 기후 구분'을 수정하였다. 오늘날 일반적으로 쓰이는 쾨펜의 기후 구분은 '루돌프 가이거'가 수정한 것이다. 그래서 '쾨펜-가이거 기후 구분(Köppen-Geiger climate clssification)'이라고도 한다.
- Af (열대 우림 기후): 열대 기후의 하나로, 지구에서 가장 기온이 높은 지역의 기후이다. 강한 태양광으로 데워진 공기는 계속 상승한다. 그때 바다나 큰 강의 수증기를 상공으로 운반하기 때문에, 오후가 되면 상공에 두꺼운 구름을 만들어 강한 비를 내리게 한다. 명확한 건기는 없다.
- Am (열대 몬순 기후): 열대 기후의 하나로, 약한 건기와 우기가 있다.
- Aw (사바나 기후): 열대 기후의 하나로, 건기와 우기가 있다.
- BWh, BWk (사막 기후): 건조대 기후의 하나로, 하강 기류의 띠에 들어가기 때문에 1년 내내 고기압이 발달한다. 구름이 생기는 경우는 거의 없다.
- Bsh, BSk (스텝 기후): 건조대 기후의 하나로, 하강 기류의 띠에 들어가기 때문에 기본적으로 건조하다. 여름이 되면 태양광이 강해지기 때문에 구름이 생기고 약한 우기가 된다.
- Csa, Csb (지중해성 기후): 온대 기후의 하나이다. 겨울이 되면 비가 내리지만, 여름에는 건조하고 고온이 된다.
- Cwa, Cwb, Cwc (온난 동계 소우 기후): 온대 기후의 하나이다. 여름에는 대규모 해풍(몬순)의 영향으로 고온다습해지지만, 겨울에는 주로 내륙이기 때문에 수증기가 적어 건조하다.
- Cfa (온난 습윤 기후): 온대 기후의 하나이다. 대량의 수증기를 발생하는 난류 가까이 위치해 있기 때문에, 특히 여름철은 기온과 습도가 모두 높다. 중위도에 있어서, 사계절의 변화가 명확한 것도 특징이다.
- Cfb, Cfc (서안 해양성 기후): 온대 기후의 하나이다. 난류에 의해 저위도에서 열이 운반되어 올라오기 때문에, 겨울에도 두드러진 기온 저하가 없는 것이 특징이다. 단, 바다의 영향으로 여름은 서늘하다.
- Dsa, Dsb, Dsc, Dsd (고지 지중해성 기후): 냉대 기후의 하나이지만, '지중해성 기후'나 '스텝 기후'에 인접한 고지에서 보인다.
- Dwa, Dwb, Dwc, Dwd (아한대 동계 소우 기후): 냉대 기후의 하나이다. 겨울이 되면 시베리아 고기압이 발달하기 때문에 건조하고 대단히 춥다.
- Dfa, Dfb, Dfc, Dfd (아한대 습윤 기후): 냉대 기후의 하나이다. 태양광이 약한 겨울의 추위는 심하지만, 여름에는 기온이 올라가고 비도 내린다.
- ET (툰드라 기후): 1년 내내 북극의 차가운 공기의 영향을 받기 때문에 추위가 심하다. 일사량도 적어 수목이 자라지 못한다. 히말라야 등의 고산 지대도 이 기후가 된다.
- EF (빙설 기후): 남극이나 그린란드 내부에 나타난다. 복사 냉각 등에 의해 극도로 추워지기 때문에 한번 쌓인 눈은 거의 녹지 않아 빙하가 발달한다.
1-2. 세계의 해류
- 멕시코 만류 (Gulf Stream): 무역풍을 받아서 서쪽으로 흐르던 적도 부근의 해류인 '북적도 해류'가 아메리카 대륙에 도달한 뒤, 지형의 영향으로 북상하는 난류이다. 이후 편서풍의 영향을 받아 진로가 바뀌어 유럽으로 향한다.
- 북대서양 해류(North Atlantic Current): 북대서양에 위치한 중위도 아열대 순환의 일부분을 형성하는 해류이다. 멕시코 만류가 '그랜드뱅크스(Grand Banks)'를 출발하여 북대서양까지 흐르면서 형성된다.
- 카나리아 해류 (Canary Current): 북대서양 해류에서 나누어져서 이베리아반도와 북아프리카 서해안을 흐르는 해류이다.
- 남극 환류 (Antarctic circumpolar current): 남반구의 편서풍의 영향을 받아 동쪽으로 환류이다. 북반구와는 달리 진로에 방해가 되는 대륙이 없기 때문에 남극 대륙의 난바다를 돈다.
- 쿠로시오 해류 (Kuroshio current): 북적도 해류가 필리핀에서 가장 큰 루손섬에 도달한 뒤, 일본의 남쪽해안을 북상하는 '난류'이다.
- 오야시오 해류 (Oyashio Current) : '쿠릴 열도(러시아 동부 사할린주에 속한 열도)'의 '동쪽을 따라 남하하는 한류로, '쿠릴 해류(Kuril Current)'라고도 한다.
- 북적도 해류 (North Equatorial Current): 북반구 열대 해역에서 북동 무역풍에 의해 생기는 해류이다. 동쪽에서 서쪽으로 흐르며, 3대양에 각각 존재한다.
- 남적도 해류 (South Equatorial Current): 남반구 열대 해역에서 남동 무역풍에 의해 생기는 해류이다. 동쪽에서 서쪽으로 흐르며, 3대양에 각각 존재한다.
- 북태평양 해류 (North Pacific Current): 북태평양을 흐르는 냉온대 환류의 일부로, 동쪽으로 흐른다. '쿠로시우 해류'가 일본 연안으로부터 이탈하여, 북아메리카 쪽으로 흐른다.
- 알래스카 해류 (Alaska Current): 미국 서해안의 알래스카 만에서 연안을 따라 북상하는 해류이다.
- 캘리포니아 해류(California Current): 북아메리카의 캘리포니아 앞바다를 남쪽으로 흐르는 폭넓은 해류이다.
- 페루 해류 (Peru Current): 남극 대륙 부근에서 발원하여 남아메리카 서해안을 따라 적도 방면으로 흐르는 차가운 해류로, '홈볼트 해류(Humboldt Current)'라고도 한다.
- 브라질 해류 (Brazil Current): 남아메리카의 동남쪽 해안을 따라 흐르는 대서양의 남적도 해류이다.
- 모잠바크 해류(Mozambique Current): 남적도 해류의 일부로, 아프리카 동쪽 해안을 남하하여 모잠비크 해협을 통과한다.
- 서 오스트레일리아 해류 (West Australian Current): 남인도양 표층 순환에서 오스트레일리아의 서쪽을 따라 남극 쪽에서 적도 방향으로 흐르는 한류이다.
- 동 오스트레일리아 해류 (East Australian Current): 오스트레일리아 동쪽 연안을 따라 태즈메이니아 앞바다까지 남하, 방향을 북동쪽으로 바꾸어 흐르는 해류이다.
2. 아프리카의 우기와 건기
'케냐(Kenya)'는 적도상의 아프리카 동부에 위치한 나라로, 수목이 적은 대초원 '사바나(Savanna)'가 펼쳐지는 나라이다. 케냐를 대표하는 기상 현상에는 '우기(Rainy Season)'와 '건기(dry season)'가 있다. 3~5월, 10~11월, 1년에 두 번 우기가 되면 비가 와서 식물이 자란다. 그러면 이 식물을 먹이로 하는 '누(Wildebeest)' 등의 대형 포유류가 떼 지어 이동한다.
'대기의 대순환' 모델로 생각하면, 케냐가 위치한 적도는 언제나 '저기압'이고 '상승 기류'가 발생하는 곳이므로 구름이 형성되어, 많은 비가 내린다. 적도가 항상 저기압인 이유는 태양광이 거의 수직으로 닿기 때문이다. 적도에서 상승한 기류는 위도 30° 부근에서 '하강 기류'가 되어 지상에서 고기압을 형성하는데, 이것을 '아열대 고기압(Subtropical Anticyclone)'이라고 한다. 위도 30° 부근에서는 상승 기류가 발생하지 않기 때문에 날씨가 나빠지지 않는다.
하지만 지구는 자전축이 기울어진 채로 태양 주위를 공전하기 때문에, 적도에 언제나 태양광이 수직으로 닿는 것은 아니다. 6~9월에는 북반구에, 12~2월에는 남반구 쪽에 태양광이 수직으로 닿는다. 그래서 그 이동에 따라 비가 내리는 저기압대는 물론이고, 그 남북에 있는 '아열대 고압대'도 같이 이동한다. 즉, 케냐는 태양광이 수직으로 닿는 봄과 가을에는 저기압대에 둘러싸여 계속 비가 오지만, 여름이나 겨울에는 이 저기압대에서 빠져나와 아열대 고기압의 지배를 받게 된다. 그래서 겨울과 여름에는 비가 오지 않는 날이 계속되는 것이다. 이렇게 해서 케냐에는 연간 두 번씩 우기와 건기가 생긴다. 이처럼 우기와 건기가 교대로 찾아오는 기후를 '사바나 기후(Savanna Climate)'라고 한다.
3. 아시아의 몬순 기후
3-1. 해풍과 육풍
해양에서 육지로 부는 바람을 '해풍(Sea Breeze)'이라고 한다. 육지는 바다보다 쉽게 더워지기 때문에 낮에 육지의 온도는 쉽게 올라간다. 육지가 데워짐과 함께 공기가 데워지고 팽창하여 상승한다. 이렇게 솟아오른 공기는 상공에서 바다로 흘러가고, 바다 위에 공기가 쌓인다. 그 결과, 지상에서는 육지에 '저기압'이 생기고, 해상에서는 '고기압'이 생긴다. 이리하여, 낮에는 기압이 높은 바다에서는 기압이 낮은 육지를 향해 바람이 분다. 이것이 '해풍(Sea Breeze)'이다.
반대로 밤에는 육지의 온도가 급격히 낮아지므로, 공기가 식어 육지에서 고기압이 만들어진다. 그 결과, 낮과는 반대로 육상에 '고기압'이 생기고, 해상에서는 '저기압'이 생긴다. 이리하여, 밤에는 기압이 높은 육지에서 기압이 낮은 바다를 향해 바람이 분다. 이것이 '육풍(Land breeze)'이다.
3-2. 계절풍(Monsoon, 몬순)
'해풍'과 '육풍'은 해변 몇 km 범위에서 일어나는 국지적인 현상이다. 그런데 이와 비슷한 메커니즘으로, 수천 km의 대규모 범위에서 생겨나는 바람이 있다. 이것을 '계절풍(Monsoon, 몬순)'이라고 한다. 아시아 외에 아프리카 대륙이나 남아메리카의 아마존 강 유역에서도 계절풍이 발생한다. 여기에서는 아시아의 사례를 통해 계절풍을 이해해 보자.
아시아는, 그 가운데 특히 인도는 '몬순(Monsoon)'이 부는 지역으로 유명하다. 여름이 되면, 대륙의 온도가 올라가 저기압이 생기고, 바다의 온도는 대륙에 비해 낮아져 고기압이 생긴다. 그래서 '고기압'인 바다에서 '저기압'인 대륙으로 바람이 분다. 그런데 이 바람의 방향은 지구의 자전의 영향을 즉, '코리올리 힘(Coriolis force)'의 영향을 받는다. 그 결과, 여름의 인도에서는 남서쪽에서 몬순이 불고, 겨울의 인도에서는 저기압과 고기압의 위치가 바뀌어 반대 방향으로 몬순이 분다.
겨울에 대륙의 오지에서는 차가운 바람이 분다. 히말라야 산맥의 북쪽에 있는 대륙 내부 공기는 겨울의 극심한 냉기로 인해 무거워져 고기압이 발생한다. 그러면 상대적으로 기온이 높은 해양은 저기압이므로, 대륙 내부의 차가운 공기가 바다를 향해 새어나간다. 하지만 히말라야 산맥이 있어서 남쪽 인도양으로 바로 가지는 못하고, 진로를 동쪽으로 바꾼다. 그 결과, 동아시아에는 차가운 서풍이 분다.
'한반도(Korean Peninsula)'에서는 대체로 대체로 6월부터 8월 무렵 '장마철(The Rainy Season)'에 접어든다. 그런데 '장마'라는 기상 현상도 사실 넓은 시야에서 보면, 바다에서 육지로 향해 부는 아시아 몬순의 일부이다. 쉽게 데워지지 않는 바다의 성질이 만들어낸 대륙 규모의 바람이 '장마철'을 만들어 낸 것이다.
4. 지중해의 온난한 기후
이탈리아는 여름에는 덥지만 건조하고, 겨울에는 비가 오고 따뜻해서 사람이 살기 좋다. 이탈리아는 로마 제국 등 고대 문명이 발생했던 곳이기도 하다. 그러면 옛날부터 사람이 지내기 좋은 것으로 여겨졌던 이러한 기후는 어떻게 만들어졌을까?
'이탈리아 반도(Italian Peninsula)는 '지중해(Mediterranean Sea)'에 둘러싸여 있다. 그리고 물은 비열이 높아, 일단 데워진 바다는 쉽게 식지 않는다. 게다가 지중해는 대규모 흐름이 없고, 한류와 난류 모두 유입되지 않아, 여름에 데워진 물이 겨울이 돼도 쉽게 식지 않는다. 이런 주위의 환경 때문에 이탈리아 반도는 겨울이 돼도 크게 추워지는 일이 없다.
그러면 지중해의 바닷물은 왜 대규모 흐름이 없을까? 일단 지중해가 육지로 거의 닫혀있기도 하지만, 여름철이 되면 지중에의 서쪽에 있는 '이베리아 반도'의 대서양 난바다에 큰 고기압이 발생하기 때문이다. 이 고기압은 이베리아 반도 내륙부에 비해 상대적으로 온도가 낮은 '카나리아 해류'에 의해 해수면 가까운 곳의 공기가 식어 무거워져 생긴다. 이 고기압이 벽처럼 작용하여, 대서양의 서쪽에서 이동해 오는 저기압이 차단되고 지중해에 들어가지 못한다.
또 '히말라야 산맥(Himalayas)' 남쪽에 있는 인도 쪽에서 발생한 상승기류는 서쪽으로 이동해, 일부는 서아시아에서 하강하고 일부는 지중해의 동쪽에서 하강한다. 이 '하강 기류' 때문에, 지중해 자체에서도 고기압이 되어 날씨가 나빠지지 않는다.
5. 영국의 날씨
5-1. 영국이 따뜻한 이유
한반도보다 훨씬 고위도에 있는 영국 런던의 연평균 기온은 약 10℃로, 평양 지방과 거의 같은 수준이다. 게다가 런던은 평양과 달리 겨울에도 따뜻하며, 월평균 기온이 영하가 되는 일이 없다. 왜 그럴까? 그 이유는 영국이 고위도 지역임에도 불구하고, 영국 주위의 바닷물은 따뜻한 10℃ 이상의 바닷물이 분포되어 있기 때문이다. 영국 부근의 바닷물은, 대서양 맞은편의 같은 위도에 있는 바닷물의 온도와 비교해도 10℃ 정도 더 따뜻하다. 영국 주위의 바닷물이 이토록 따뜻한 이유는 '북대서양 해류(미국의 플로리다 반도 부근에서 유럽을 향해 흐르는 해류)'가 대서양을 횡단해 영국 부근까지 따뜻한 바닷물을 운반했기 때문이다.
해류에는 '난류(Warm Current)'와 '한류(Cold Current)'로 구별해서 부르기도 하는데, 일반적으로 저위도에서 고위도로 흐르는 해류가 난류, 고위도에서 저위도로 흐르는 해류가 한류인 경우가 많다. 단, 수온이나 위도 등에 관련해 과학적인 정의가 있는 것은 아니다.
5-2. 영국에서는 흐리고 맑은 날씨가 반복된다.
영국에서는 비가 와도 몇십 분 있다가 날이 개는 일이 흔하다. 그리고 날씨가 맑아도 몇십 분이 지나면 다시 흐려져 짧은 시간 동안 비가 온다. 하루에도 이런 반복이 몇 번에 걸쳐 계속되는 것이 이 지역의 특징이다.
이는 소용돌이 모양의 구름을 동반한 '저기압' 때문이다. 소용돌이 모양의 구름과 그 사이에 있는 갠 지역이 연속해서 통과하기 때문이다. 이 저기압은 중위도에서 발생하는 '온대 저기압'의 하나이지만, 동아시아 부근으로 오는 '온대 저기압'과는 달리 상당히 발달한 것이 특징이다.
5-3. 북대서양 '온대 저기압'의 일생 (북반구의 경우)
'온대 저기압'은 따뜻한 공기 덩어리와 차가운 공기 덩어리가 남북으로 만날 때 발생하는데, 북반구에서는 기본적으로 남쪽의 공기 덩어리가 따뜻하고 가벼우며, 북쪽의 공기 덩어리가 차고 무겁다. 그래서 두 공기 덩어리는 접촉면에서, 남쪽의 따뜻한 공기 덩어리가 북쪽의 차가운 공기 위로, 북쪽의 차가운 공기 덩어리가 남쪽의 공기 아래로 이동하기 시작한다.
그런데 이때 지구의 자전의 영향으로, 각각 시계 반대 방향으로 돌게 된다. 그리고 따뜻한 공기의 상승에 의해 구름이 생기고 비가 내린다. '상승 기류'가 더욱 강해짐으로써, 회전 중심의 기압은 내려가고, 북대서양의 '온대 저기압'이 발달한다. 북대서양 저기압의 중심에 따뜻한 공기의 상승에 의해 구름이 감기기 시작하면, 소용돌이 모양의 구름이 만들어진다. 그러다 시간이 지나면, 따뜻한 공기는 상층이 되고 차가운 공기는 하층이 되어, 마침내 '온대 저기압'이 사라진다.
6. 대륙 서안의 사막
사막이라고 하면, 많은 사람들이 '고비 사막(Gobi Desert)'처럼 바다에서 멀리 떨어진 대륙 내부에 펼쳐져 있는 이미지가 떠오를 것이다. 하지만 놀랍게도 해안을 따라 가늘고 길게 펼쳐진 사막이 있다. 바로 남아메리카 '칠레(Chile)'의 '아타카마 사막(Atacama Desert)'이다. '아타카마 사막'은 해안을 따라 있어, 습한 바람이 들어가 비가 내릴 것 같지만, 실제로는 거의 비가 내리지 않는다. 심지어 40년 동안 비가 오지 않은 지역도 있다. 어떻게 해안을 따라 건조한 사막이 생길 수 있을까?
6-1. 난바다에서 '아타카마 사막'으로 건조한 공기가 들어온다.
아타카마 사막의 난바다 쪽에는 남아메리카의 서쪽을 북상하는 한류인 '페루 해류(Peru Current)'가 흐르고 있다. 페루 해류는 '남극해(Antarctic Ocean)'에서 차가운 바닷물을 운반해 오기 때문에, 이 연안의 바닷물 온도는 낮다.
차가운 바다 덕분에 이 지역은 고기압이 자리하고 있으며, 그 주위를 부는 바람이 저온의 바다에 의해 차가워진 공기를 육지로 보낸다. (남반구에서는 고기압에서 시계 반대 방향으로 소용돌이치듯 바람이 불어 나간다.) 아타카마 사막에서는 이 고기압에서 생긴 바람을 남서풍으로 받게 된다. 공기가 차가우면 공기 중에 포함될 수 있는 수증기의 양이 적어지므로, 습도는 높아도, 수분의 절대적인 양은 적다. 이 수분이 적은 공기가 육지로 가서 데워지면 습도가 낮아지고 건조한 공기가 된다. 그 결과, 이 공기가 상공으로 운반되어도 구름이 생기기는 어렵다.
6-2. 고기압에 따른 하강 기류가 '상승 기류'를 방해한다.
그리고 이 지역에는 해안을 따라 낮은 산지가 있어, 바다에서 오는 기류가 침입하기 어렵다. 게다가 이 지역의 넓은 범위에서 고기압에 따른 하강 기류가 상공에 공기의 '뚜껑'처럼 작용해 상승 기류를 방해해, 대류가 일어나지 않는다.
이 지역에서 공기의 '뚜껑'이 '상승 기류(Ascending Air Current)'를 방해하는 메커니즘은 다음과 같다. 바다에서 온 차가온 공기는 육지에서 데워져 상승한다. 그런데 이 지역을 넓게 덮는 고기압의 하강 기류가 상공 1~2km에 따뜻한 공기의 '뚜껑'을 형성하고 있다. 그로 인해 아래의 그림처럼 '상승 기류'가 도중에 방해되고, 비를 내리게 하는 두꺼운 구름이 형성되기 어렵게 되어있다. 또 바다 위의 차고 습한 공기는 아래의 그림처럼 엷은 층 모양의 구름을 형성하는 일이 많다. 이 구름은 햇빛을 가리기 때문에 바다의 온도가 상승하는 것을 방해하는 효과가 있다. 이렇게 바다의 냉기에 다양한 조건이 겹쳐져 해안을 따라 사막이 형성된 것이다.
6-3. 고기압의 하강 기류는 왜 생겼을까?
'대기의 대순환(Atmospheric General Circulation)'에 의해, 중위도는 열대에서 가열되어 상승한 공기가 하강하는 위도에 해당한다. 그래서 계절에 따른 차이는 다소 있지만, 고기압의 '하강 기류'가 1년 내내 안정적으로 존재한다. 위에 나타난 그림에서처럼 이 고기압이 '뚜껑'처럼 작용해, 지표에서 올라오는 상승 기류를 방해한다.
대륙의 서해안에는 이와 같은 환경이 생기기 쉽다. 해안에 있는 사막은 아프리카의 '나미브 사막(Nami Desert)'이나 '사하라 사막(Sahara Desert)'의 서쪽 부분, 미국 서해안의 '소노라 사막(Sonoran Desert)' 등도 같은 메커니즘을 통해 태어난 사막이다. 칠레의 '아타카마 사막(Atacama Desert)'처럼 극히 건조한 기후는 천체 관측에 매우 적합하다. 그래서 이 지방에는 각국의 대형 천체 망원경이 많이 설치되어 있다. 국제 공동 프로젝트로 운용되는 거대한 전파 망원경의 집단인 '알마(ALMA: Atacama Large Millimeter Array: 아타카마 대형 밀리미터파 서브 밀리미터파 간섭계)'도 그중 하나이다.
7. 샌프란시스코의 안개
미국 서해안 캘리포니아주의 '샌프란시스코(San Francisco)'에서는 여름이 되면 진한 안개가 발생해 거리를 뒤엎는 일이 있다. 이곳의 안개 발생에도 바다가 관련되어 있다. 이곳에 안개가 자주 끼는 이유는 샌프란시스코의 바닷물이 차갑기 때문이다. '샌프란시스코(San Francisco)'의 위도는 북위 37°로 '서울(Seoul)'과 거의 같다. 서울과 가까운 인천의 해수면 온도는 여름에 22~26℃ 정도까지 올라가지만, 그에 비해 샌프란시스코 연안에서는 12℃ 전후까지 내려가는 일이 있다. 같은 위도인데 왜 이렇게 바닷물의 온도가 차이나는 걸까?
7-1. 샌프란시스코의 바닷물이 찬 것은 '연안 용승' 때문
샌프란시스코 부근에서는 1년 내내 북풍이 불고 있다. 그러면 '에크만 수송(Ekman Transport: 지구의 자전으로 인해 해류의 방향이 바람의 방향 다르게 휘어지는 수송)'의 영향으로, 북반구에서 부는 북풍은 표면의 바닷물을 서쪽을 향하도록 한다. (에크만 수송 때문에 해류는 북반구의 경우 바람이 부는 방향의 90° 오른쪽으로 휘어지고, 남반구의 경우 바람이 부는 방향의 90° 왼쪽으로 휘어진다.) 이는 연안에서 바깥의 난바다를 향한 방향이다. 바람에 의해 표면의 바닷물이 난바다 쪽으로 운반되면, 그만큼의 바닷물을 어디에선가 보충해야 한다. 남북의 긴 거리에 걸쳐 북풍이 불고, 표면의 바닷물이 난바다로 가능 상황에서는, 바닷물의 보충이 아래에서 올라오는 방법밖에 없다. 이처럼 바닷물이 아래에서 펑펑 올라오는 것을 '연안 용승(Coastal Upwelling)'이라고 한다.
아무리 따뜻한 바다라고 해도 해수면에서 수백 m 아래에는 차가운 바닷물이 있다. 따라서 '연안 용승'으로 인해 올라오는 바닷물은 차가운 물이다. 이러한 이유로 태평양의 난바다 쪽에서 온 따뜻한 공기는 샌프란시스코의 차가운 바닷물에 의해 식혀져, 수증기가 미세한 물방울이 되어 안개가 발생한다.
8. 적도의 차가운 바닷물
태양이 거의 곧바로 위에서 닿는 적도 바로 아래의 바다는 지구에서 가장 따뜻한 바다일 것 같다. 하지만 실제로 바닷물 수온의 분포를 보면, 예상과는 달리, 태평양 동부의 적도 부근에는 주위보다 차가운 바닷물이 가늘게 뻗어 있다. 이 현상이 일어나는 이유에 대해, 일본의 해양 물리학자 '요시다 고조(1922~1978)' 박사는 1959년에 '연안 용승(연안역에서 하층으로부터 찬 해수가 상승하는 것)'과 같은 메커니즘으로 적도의 차가운 바닷물 띠를 설명할 수 있다고 하였다. 적도에는 '용승(해양에서 비교적 찬 해수가 표층해수를 제치고 올라오는 현상)'을 일으키는 '연안'이 없는데, 어떻게 된 것일까?
8-1. 적도 용승(Equatorial Upwelling)
적도 부근에는 '동풍(서쪽으로 부는 바람)'이 언제나 불고 있는데 이를 무역풍이라고 한다. 북적도 부근의 북반구에서는 에크만 수송에 의해 바닷물이 북쪽으로 움직인다. (북반구에서 해류는 에크만 수송에 의해 바람이 부는 방향의 오른쪽으로 90° 휘어진다. 반면, 북적도 부근의 남반구에서는 에크만 수송에 의해 바닷물이 남쪽으로 움직인다. (남반구에서 해류는 에크만 수송에 의해 바람이 부는 방향의 왼쪽으로 90° 휘어진다.) 결국, 적도에 동풍이 불면 바닷물의 표면은 남북으로 갈라지는 것처럼 움직인다.
바닷물이 남북으로 이동하여, 적도 부근의 표면에 바닷물이 부족해지면, 그것을 보충하기 위해 하층에서 차가운 바닷물이 표면으로 솟아오른다. 이처럼 적도 부근에서 저층의 차가운 해수가 올라오는 현상을 '적도 용승(Equatorial Upwelling)'이라고 한다. 이것이 적도에 뻗어있는 차가운 바닷물 띠의 정체이다.
8-2. 적도 잠류(Equatorial Undercurrent)
적도의 동풍은 바닷물을 남북으로 이동시켜 '적도 용승(Equatorial Upwelling)'을 일으킴과 동시에, 표층의 따뜻한 바닷물을 서쪽으로 모이게 한다. 서쪽으로 모인 바닷물 때문에, 태평양의 적도에서 해수면의 높이를 비교하면 서쪽이 동쪽보다 솟아 올라와 있다.
적도의 100~300m 정도 아래에는 서쪽에서 동쪽으로 향하는 '적도 잠류(Equatorial Undercurrent)'라는 흐름이 있다. '적도 잠류'는 동쪽에서 서쪽으로 향하는 표층의 바닷물과는 정반대 방향을 가지고 있다. '적도 잠류'는 무역풍에 의한 바닷물의 동서의 높이차에 의해 발생하는 것으로 생각된다.
9. 북극과 남극
남극은 북극보다 더 춥다. 북극 지방의 북위 76°에 있는 '스발바르 제도(Svalbard Island)'의 연평균 기온은 -4℃인데 비해, 남위 78℃에 있는 '보스토크 기지(Vostok Station)'의 연평균 기온은 -55.2℃이다. 거의 같은 위도이지만 50℃에 가까운 온도 차이가 난다. 왜 그럴까? 이는 지리적인 요인 때문이다. 북극 지방의 대부분은 겨울에 얼음으로 갇혀 있는데, 그 아래에는 1400km2나 되는 바다가 있다. 이 바다의 보온 효과에 의해 북극의 기온은 현저하게 낮아지는 경우가 없다. 오히려 겨울에는 시베리아 북동부 쪽의 기온이 더 낮아진다.
한편, 남극에는 '면적 1360km (한반도의 약 60배 크기)', 평균 표고 2300m의 대륙이 있다. 그래서 겨울에 이 대륙에서 일어나는 '복사 냉각(Radiational Cooling: 열복사에 의해 지표의 온도가 내려가는 현상)'에 의해 기온이 크게 내려가 -65℃를 밑도는 일도 적지 않다. 겨울이 되면, 이 엄청난 기온 저하에 의해 지표 부근의 대기가 무거워진다. 그래서 고기압이 발달하고, 주위 바깥 방향을 향해 바람을 불러일으킨다. 더욱이 남극 대륙은 사발을 엎어놓은 것 같은 형태이기 때문에, 이 바람은 고지에서 저지를 향해 내리 부는 데 그 속도는 초속 수십 m가 되는 일도 있다. 이 바람을 '카타바풍(Katabatic Wind)'이라고 한다.
