수증기로 인한 현상
⑴ 물의 세 가지 상태
① 잠열(숨은 열) : 물질의 상태변화가 일어날 때 출입하는 열, 온도변화가 없음
② 증발 : 물 → 수증기, 잠열을 흡수
③ 액화 : 수증기 → 물, 잠열을 방출
④ 융해 : 얼음 → 물, 잠열을 흡수
⑤ 응고 : 물 → 얼음, 잠열을 방출
⑥ 물의 순환 : 지구상의 물은 상태변화를 거치면서 지표와 대기 사이를 순환
⑵ 기온
⑶ 습도
① 응결 : 수증기의 양은 한계가 있어서, 그 이상이 되면 물방울을 만드는 것
② 응결핵과 승화핵
○ 응결핵 : 흡습성 물질 등
○ 빙정핵 : 화산재, 그을음 등
○ 응결핵, 빙정핵이 없으면 포화가 되어도 응결이 일어나지 않아 과포화 상태를 이름
③ 응결의 원인(냉각의 원인)
○ 접촉냉각 : 공기가 한 지면이나 찬 수면에 접촉할 때 일어나는 냉각
○ 혼합냉각 : 따뜻한 공기가 찬 공기와 섞여 일어나는 냉각
○ 복사냉각 : 야간 대기복사에 의한 냉각
○ 단열냉각 : 공기가 상승할 때 단열팽창에 의한 냉각
○ 단열냉각의 경우에 냉각효과가 가장 큼
④ 수증기압
○ 수증기압 : 대기압 중 수증기만의 압력, 수증기량에 비례
○ 포화수증기압 : 대기 중 수증기가 포화된 상태의 수증기압, 온도에 비례
⑤ 상대습도 : 현 온도에서 대기 중 수증기의 포화정도를 나타내는 양 (단위 : %)
○ 기온과 이슬점의 차이가 클수록 상대습도는 낮음
○ 기온과 이슬점이 같으면 상대습도는 100%
○ 상대습도 = 현재수증기압 ÷ 포화수증기압 × 100 (%)
⑥ 절대습도 : 자연공기(습윤공기) 1 ㎥ 속에 포함된 수증기량을 g 수로 나타낸 것
⑦ 이슬점 온도 : 수증기량이 변하지 않고 공기가 냉각되어 응결이 시작되는 온도
○ 상대습도가 100%인 온도
○ 현재 수증기압은 이슬점에서의 포화 수증기압과 같음
○ 수증기압이 같은 공기의 이슬점 온도는 같음
⑧ 습도계
○ 모발습도계
○ 건습구습도계
○ 단열포화온도(adiabatic saturation temperature)
○ 습구온도(wet-bulb temperature)
⑷ 단열변화, 단열감률
① 단열변화 : 상승 또는 하강하는 공기 덩어리가 오직 부피 변화에 의해 온도가 높아지거나 낮아지는 현상
○ 단열팽창(adiabatic expansion)
○ 공기 덩어리가 상승하면 주위 기압이 낮아지므로 부피가 팽창
○ 이때 외부 공기에 대하여 일을 하므로 공기 덩어리의 온도가 내려감
○ 단열압축(adiabatic compression)
○ 공기 덩어리가 하강하면 주위 기압이 높아지므로 부피가 압축
○ 이때 외부 공기로부터 일을 받아 공기 덩어리의 온도가 올라감
② 단열감률 : 공기가 상승하거나 하강하면서 단열 변화를 일으킬 때의 온도 변화율
○ 건조 단열감률 : 불포화된 공기가 상승할 때의 온도 변화
○ 1 ℃ / 100 m
○ 습윤 단열감률 : 포화된 공기가 상승할 때의 온도 변화
○ 강우 현상과 함께 수증기가 응결열을 방출하므로 건조 단열감률보다 작음
○ 0.5 ℃ / 100 m
○ 이슬점 감률 : 불포화된 공기가 상승할 때의 이슬점 변화
○ 불포화공기 : 0.2 ℃ / 100 m
○ 포화공기 : 0.5 ℃ / 100 m
○ (참고) 빙정은 0 ℃부터 생성됨
○ 예제
○ 상승 시 800 m에서의 온도 : 30 - 1 × 8 = 22 ℃
○ 상승 시 2,000 m에서의 온도 : 22 - 0.5 × 12 = 16 ℃
○ 하강 시 B 지점에서의 온도 : 16 + 1 × 20 = 36 ℃
⑸ 구름
① 구름의 발생
○ 구름 : 공기 중의 수증기가 단열 냉각되어 물방울이나 빙정이 하늘에 떠 있는 것
○ 구름의 생성 : 공기의 상승 → 부피의 팽창 → 단열 냉각 → 구름 생성
○ 빙정의 성장 : 빙정보다 과냉각 물방울에 대한 포화수증기압이 커 수증기가 빙정에 달라붙음
○ 0 ℃ 이하에서 과냉각 물방울과 빙정이 공존함
○ 구름 속 공기는 과냉각 물방울에 대해서 불포화생태
○ 구름 속 공기는 빙정에 대해서 과포화상태
② 상승 응결 고도
○ 불포화 상태의 공기 덩어리가 상승할 때
○ 공기 덩어리의 온도 변화 ; 건조 단열 감률에 의해 1 ℃ / 100 m씩, 이슬점은 0.2 ℃ / 100 m 씩 감소
○ 기온선의 변화에 대하여 상대적으로 생각할 것
○ 공기 덩어리가 상승할수록 기온과 이슬저믜 차이가 줄어들가가 같아지는 고도, 즉 상승 응결 고도에서는 공기의 상대 습도가 100%가 되어 구름이 생성됨
○ 상승 응결 고도 (m) = 125 × (지상 기온 - 이슬점)
③ 구름의 모양에 따른 분류
○ 적운형 구름 : 대기가 불안정한 경우
○ 밑면이 편평하고 정상부는 둥글게 부푼 모양
○ 상승하는 공기에 의해 연직방향으로 발달 : 상승기류이므로 대기안정도는 불안정
○ 소나기성 비가 내림
○ 층운형 구름 : 대기가 안정한 경우
○ 수평방향으로 넓게 퍼진 구름
○ 지속적이고 약한 비가 내림
④ 구름의 높이에 따른 분류
○ 상층운 : 고도 6 ~ 13 km
○ 권운
○ 권적운
○ 권층운 : 주로 빙정이 해무리와 달무리를 만듦
○ 중층운 : 고도 2 ~ 6 km
○ 고적운
○ 고층운
○ 하층운 : 지표 ~ 고도 2 km
○ 층적운
○ 층운
○ 난층운
○ 연직 발달 구름 : 높이와 상관없이 연직으로 발달, 적운, 적란운
⑹ 비, 눈
① 강수의 유형
○ 대류성 강수 : 대류에 의한 공기 상승이 원인
○ 지형성 강수 : 지형에 의한 공기 상승이 원인
○ 저기압성 강수 : 저기압 중심에서의 공기 상승이 원인
○ 전선성 강수 : 전선면에서의 공기 상승이 원인
② 뇌우 : 적운단계, 성숙단계, 소멸단계가 있음
○ 적운단계 : 상승기류만 발달하기 때문에 구름이 크고 두꺼움
○ 성숙단계 : 천둥, 번개가 잘 발생하는 단계. 강한 상승기류와 하강기류가 공존
○ 소멸단계
⑺ 안개
① 종류 1. 수증기 공급에 의한 안개
○ 증발안개
○ 전선안개
② 종류 2. 냉각에 의한 안개
○ 복사안개
○ 이류안개
○ 활승안개
⑻ 스모그(smog) : 연기(smoke) + 안개(fog)
① 런던형 스모그
○ 황 산화물에 의해 발생
② LA형 스모그
○ 질소 산화물에 의해 발생
○ 지표 부근에서 오존이 생성됨
○ 자외선이 강한 맑은 날에 발생할 수 있음