대기의 운동
⑴ 기압의 측정
⑵ 바람의 측정
① 풍속 : 풍속은 보통 로빈송풍속계나 다인즈 풍압계를 써서 관측
② 풍배도
⑶ 열의 복사운동
① 태양복사
② 지구대기에 의한 태양복사의 감쇠
③ 지구반사율
⑷ 대기안정도(atmospheric stability)
① 단열감률 : 공기 덩어리가 상승하면서 단열작용에 의해 온도가 하강하는 정도
○ 단열감률선 : 단열감률을 적용하여 얻은 고도에 따른 기온
② 기온감률 : 외부 요인에 의해 온도가 하강하는 정도
○ 기온변화선 : 기온감률을 적용하여 얻은 고도에 따른 기온
③ 안정 : 단열감률 ＞ 기온감률
○ 지상 ~ 특정 고도 : 단열감률선 ＞ 기온변화선
○ 특정 고도 ~ : 단열감률선 ＜ 기온변화선
○ 지상 ~ 특정 고도 : 공기 덩어리 상승
○ 특정 고도 ~ : 공기 덩어리 하강
○ 현상 : 상승 또는 하강한 공기는 원래 위치(특정 고도)로 복귀
○ 미세먼지나 안개가 심할 때 대기가 안정하면 피해 증가
④ 불안정 : 단열감률 ＜ 기온감률
○ 지상 ~ 특정 고도 : 단열감률선 ＜ 기온변화선
○ 특정 고도 ~ : 단열감률선 ＞ 기온변화선
○ 지상 ~ 특정 고도 : 공기 덩어리 하강
○ 특정 고도 ~ : 공기 덩어리 상승
○ 특정 고도를 중심으로 양 방향으로 공기 덩어리가 급격히 이동
⑤ 중립 : 단열감률 = 기온감률
○ 전 고도에 걸쳐 단열감률선 ＜ 기온변화선인 경우 : 공기 덩어리가 완만히 하강
○ 전 고도에 걸쳐 단열감률선 ＞ 기온변화선인 경우 : 공기 덩어리가 완만히 상승
⑥ 조건부 불안정 : 건조 단열감률 ＞ 기온감률 ＞ 습윤 단열감률
○ 불포화공기 : 안정
○ 포화공기 : 불안정
⑦ 푄 현상(Foehn, Föhn) : 녹새풍, 높새바람이라고도 함
○ 지점 1. 지표면 ~ 최초 응결 지점 : 건조 단열 변화. 상대 습도 증가. 절대 습도 감소
○ 지점 2. 최초 응결 지점 ~ 산 정상 : 습윤 단열 변화. 상대 습도 일정. 절대 습도 감소
○ 지점 3. 산 정상 ~ 산 너머 지표면 : 고온 건조. 건조 단열 변화. 상대 습도 감소. 절대 습도 증가
○ 단열감률 예제 (Figure. 3.) 참고
⑧ 상공 역전층
○ 역전층 : 고도가 증가할수록 기온이 증가하는 대기 구간
○ 종류 1. 상공 역전층 : 안개 등으로 인해 지표상에 형성된 역전층
○ 날씨가 맑고 바람이 약한 날 밤에 지표면의 활발한 복사냉각으로 발생
○ 구름이 많으면 복사냉각이 잘 안 일어나 역전층이 생기기 어려움
○ 경우 1. 단열감률선이 항상 기온변화선보다 낮은 경우 : 공기 덩어리가 모두 지표로 하강
○ 경우 2. 단열감률선이 기온변화선보다 높았다가 낮아지는 경우 : 매우 안정하여 공기가 단열감률선과 기온변화선의 교점으로 이동
○ 종류 2. 이류 역전층 : 차가운 공기 위로 따뜻한 공기가 지나갈 때
○ 종류 3. 침강 역전층 : 상공에 고기압이 있을 때 침강하는 공기의 단열압축으로 생기는 역전층
○ 종류 4. 전선 역전층
대기를 움직이는 힘
(1) 기압
단위 면적에 작용하는 공기으 무게를 뜻하며, 공기 기둥의 평균 밀도를 ρ, 공기 기둥의 높이를 h라고 하면 기압 P는 다음과 같다.
P = ρgh
① 기압의 단위 : 1hPa(헥토파스칼) ▶ 1hPa = 100N/m²
1기압 = 76 cmHg ≒ 1013 x 100N/m² = 1013hPa
② 기압의 변화 : 지표면에서 위로 올라갈수록 공기의 밀도가 작아지고, 공기 기둥이 짧아지므로 기압이 낮아진다.
▶ 수평 방향보다는 연직 방향의 기압 변화가 더 심하다.
(2) 기압 경도력
두 지점 사이의 기압 차이에 의해 생기는 힘으로, 바람을 일으키는 근원적인 힘이다.
① 방향 : 고기압에서 저기압 쪽으로 등압선에 직각인 방향으로 작용한다.
② 크기 : 기압의 크기가 각각 P, P+ΔP인 두 등압선이 ΔL 거리만큼 떨어져 있을 때, 면적 S인 A면과 B면에 작용하는 힘은 각각 (P + ΔP) · S, P · S이다.
▶기압 차에 의한 힘은 A면에서 B면 쪽으로 작용하고, 그 크기는 ΔP · S이다. 직육면체의 공기의 질량은 ρ · S · ΔL이므로 공기 1kg에 작용하는 기압 경도력은 ~ 이다.
(3) 전향력
지구 자전에 의해 나타나는 겉보기 힘으로, 지구 상에서 운동하는 물체에 작용한다.
① 방향 : 북반구에서는 물체가 진행하는 방향의 오른쪽 직각 방향으로, 남반구에서는 물체가 진행하는 방향의 왼쪽 직각 방향으로 작용한다.
② 크기 : C = 2υΩsinΦ (C : 공기 1kg에 작용하는 전향력, υ : 운동 속도, Ω : 지구 자전 각속도, Φ : 위도)
▶ 정지한 물체, 그리고 적도(위도 0º)에서는 전향력이 작용하지 않는다.
※연직 방향의 정역학 평형
대기는 대체적으로 연직 상방으로 작용하는 기압 경도력과 연직 하방으로 작용하는 중력이 평형을 이루고 있다.
(4) 구심력
물체의 궤적을 직선이 아닌 곡선이 되게 만드는 힘으로, 바람에 작용하는 구심력은 기압 경도력에서의 기압 경도나 중력에서의 질량처럼 이 힘을 만드는 요소가 있는 것이 아니고, 물체에 작용하는 힘들의 합력이다. 바람에 작용하는 구심력은 기압 경도력과 전향력의 차이로 나타난다.
① 방향 : 회전축 방향으로 작용한다.
② 크기 : C = v²/r = rw₂ (C : 공기 1kg에 작용하는 구심력, v : 운동 속도, w : 각속도, r : 회전 반지름)
(5) 마찰력
지표면 가까이에서 운동하는 공기는 지표면이나 공기 자체의 마찰에 의해 운동을 방해하는 힘을 받는데, 이를 마찰력이라고 한다.
① 방향 : 풍향의 반대 방향으로 작용한다.
② 크기 : 지표면이 거칠수록, 지표면에 가까울수록, 풍속이 클수록 커진다.