1. 대기와 해양의 순환
1) 대기 대순환과 표층 순환
지구는 구형이므로 지표면에 들어오는 태양 복사 에너지 양은 위도에 따라 서로 다릅니다.
이 때문에 발생하는 위도별 에너지의 불균형을 해소하기 위해 지구적인 규모로 나타나는 대기의 순환을 대기 대순환이라고 합니다.
대기 대순환으로 부는 바람의 방향은 위도에 따라 다릅니다.
위도 0~30 사이에서는 무역풍이, 30~60 사이에서는 편서풍이, 60~ 90 사이에서는 극동 풍이 붑니다.
태양 복사에너지: 가시광선 ,지구 복사에너지: 적외선
지구 복사 평형은 (흡수)태양 복사에너지=(방출) 지구 복사에너지이다.
38˚에서 에너지 수송량이 가장 활발하다.
2) 대기 대순환
2-1) 대기 대순환(지구 자전 o)
여러 개의 순환 세포 원인은 열대류+전향력에 의해 형성되었습니다.
극 순환, 해들리 순환: 직접 순환(열 대류 o) /페렐 순환: 간접 순환(열적 순환 x)
2-2) 단일 세포(지구 자전 x)
1개 순환 세포 원인: just 열대류이기 때문입니다.
3) 표층 순환
대기 대순환에 의해 일정한 방향으로 지속적으로 부는 바람은 표층의 해수를 일정한 방향으로 흐르게 합니다.
이렇게 해양의 표면에서 일정한 방향으로 흐르는 해수의 흐름은 표층 해류라고 합니다.
표층 해류는 지구 자전의 영향으로 북반구에서는 풍향의 오른쪽 방향으로, 남반구에서는 왼쪽 방향으로 흐릅니다.
이러한 해류가 대륙에 막혀서 휘어지면서 대양의 주변을 회전하는 거대한 표층 순환을 형성합니다.
북태평양에는 쿠로시오 해류, 북태평양 해류, 캘리포니아 해류, 북적도 해류 등이 있으며, 북대서양에서는 북대서양 해류, 멕시코 만류, 카나리아 해류 등이 있습니다.
남반구에서는 북반구와 대칭적인 해류 분포가 나타나며, 남극 순환류는 남극 대륙을 감싸며 돕니다.
해류는 지구에서 바람과 함께 위도별 에너지 불균형을 해소라는 역할을 합니다.
저위도에서 고위도로 흐르는 난류는 저위도의 에너지를 고위도로 수송하고, 고위도에서 차가워진 해수는 한류가 되어 저위도로 되돌아오는 순환을 반복하면서 에너지 수송이 일어납니다.
대기 대순환이 일어나는 과정
적도 지역에서 상승하여 극지방으로 이동하는 공기는 지구 자전에 의한 전향력의 영향으로 위도 30도 부근에서 하강하며, 이때 하강한 공기는 적도 지역과 고위도 지역으로 이동하면서 무역풍과 편서풍을 형성합니다.
한편, 극지방에서 차가워져 하강한 공기는 고위도 지방으로 이동하는 과정에서 전향력을 받아 동쪽으로 휘어지면서 극동풍을 형성합니다.
무역풍: 북동 무역풍-> 북적도, 남동 무역풍-> 남적도
편서풍: 북태평양 해류, 남극 순환류, 북대서양 해류
적도 반류: 대기 대순환 바람에 의한x, 경사류 (엘리뇨> 평상시> 라니냐)
남-북 방향:대륙에 막힘으로 인한
대양의 서안: 저->고 난류 수온↑ 염분↑염양 염류↓ 용존 산소량↓
대양의 동안: 고->저 한류 수온↓ 염분↓ 염양 염류↑
북:열대 순환, 아열대 순환, 아한대 순환 존재
남:열대 순환, 아열대 순환, 남극 순환류 존재
4) 우리나라 주변의 해류
우리나라는 북태평양의 서쪽에 있어 쿠로시오 해류의 영향을 크게 받습니다.
일본 부근에서 갈라진 쿠로시오 해류의 일본 부근에서 갈라진 쿠로시오 해류의 일부는 황해로 흘러들어 황해 난류가 되고, 일부는 동해로 유입되어 쓰시마 난류와 동한 난류를 형성합니다.
연해주 한류는 러시아 연안을 따라 내려오다가 그 일부가 북한 한류를 형성합니다.
난류: 근원-> 쿠로시오 해류
황해 난류: 황해 중앙부 쪽으로 북상
대마 난류(쓰시마 난류): 남해-----> 동해
동한 난류: 동해에서 북한 한류와 만나 조경 수역을 형성함
한류: 근원-> 연해주 한류
4) 심층 순환
표층의 해수는 바람의 영향으로 저위도와 고위도를 이동하면서 일정한 방향으로 순환합니다. 그러나 바람의 영향이 미치지 않는 수온 약층의 아래에서도 해수는 움직이고 있습니다. 제2차 세계대전 당시 독일군의 잠수함은 바로 이 해수의 움직임을 이용하였습니다. 수온 약층 아래의 해수는 어떤 원인으로 움직이는 것일까?
해수의 표면 온도가 주변보다 매우 낮아지거나 해수가 얼면서 주변으로 빠져나온 염류에 의해 염분이 높아진 수괴들은 밀도가 상대적으로 커져서 가라앉게 됩니다. 가라앉은 해수는 표층 해류와 달리 매우 천천히 이동합니다. 이처럼 해수가 침강하여 밀도 차이에 의해 심층에서 나타나는 해수의 흐름을 심층 순환이라고 합니다.
심층 순환: 밀도 차에 의해 방생하고, 밀도는 수온과 염분으로 결정되기 때문에 심층 순환을 밀도류 또는 열염 순환이라고 부릅니다.
해수의 심층 순환은 수온 약층 아래에서 느리게 일어나므로 직접 측정이 어렵습니다.
따라서 해수의 침강에 의한 심층 해류를 알기 위해서는 수괴의 임도를 파악해야 합니다.
이를 위해 수온-염분도를 사용할 수 있습니다.
만약 어떤 지점의 수온-염분도가 그림과 같이 나타난다면 수심이 깊어질수록 대체로 해수의 밀도가 증가한다는 것을 알 수 있습니다.
또한 염분이 같아도 수온이 낮아지면 밀도가 증가한다는 것을 알 수 있습니다.
또한 수온이 같아도 염분이 높아지면 밀도가 증가한다는 것을 알 수 있습니다.
밀도 변화에 의한 해수의 침강 현상은 북대서양에서 가장 두드러집니다.
북아메리카의 동해안을 따라 흐르는 표층의 해류는 비교적 따뜻하고 염분이 높습니다.
이 해수가 북상하여 그린란드 주변 해역에서 냉각되고 침강하여 북대서양 심층수가 형성된 후 적도를 거쳐 남대서양까지 이동합니다.
밀도가 가장 큰 수괴는 남극 저층수인데, 겨울철 남극의 웨델해에서 바닷물이 얼며 생긴 차갑고 염분이 높은 해수가 침강하여 생깁니다.
남극 저층수는 해저를 따라 북상하여 북위 30도까지 흐르고, 남위 60도 부근에서 생긴 중층수는 수심 1,000m의 중층을 타고 북반구로 이동합니다.
남극 저층수: 남극 대륙 주변 웨델해, 로스해에서 만들어진 남극 저층수가 해저에 따라 북쪽으로 이동하여 북쪽 30도까지
북대서양 심층수:그린란드 해역, 래브라도 해에서 만들어진 북대서양 심층수 수심 1500m~4000m 사이에서 60도 S까지 이동
남극 중층수: 60도S 부근에서 형성된 남극 중층수는 수심 1000m 부근에서 20도 N까지 이동
극 해역 차갑게 냉각된 해수가 밀도 상승하여 상대적 빠르게 가라앉습니다.
심층 순환의 역할: 열 수지 불균형 해소, 심해에 산소 공급
지구 따뜻->빙하 녹음-> 물 유입-> 밀도 차 감소-> 심층 순환 감소-> 표층 순환 감소-> 고위도 수송 에너지양 감소-> 고위도 기온 하락
5) 용승과 침강
표층 해수는 수직적으로 잘 섞이지 않는 안정한 구조를 유지하고 있습니다.
그러나 연안을 따라 지속적인 바람이 불면 해수가 먼바다 쪽으로 이동하고 아래에 있던 해수가 올라옵니다.
이렇게 해수가 위로 올라오는 현상을 용승이라고 합니다.
반대로 표층 해수가 아래로 내려가는 현상을 침강이라고 합니다.
남아메리카의 페루와 에콰도르 같은 저위도 연안 해역은 무역풍이 불어 표층수를 서쪽 먼바다로 밀어내면서 용승이 활발하게 일어나 수온이 낮게 유지됩니다.
반면 남태평양 서쪽의 호주 연안에는 따뜻한 표층수가 쌓이게 됩니다.
용승: 서늘한 날씨+ 안개 + 심층 산소 영양염류 공급(표층)->플랑크톤 번식 증가-> 좋은 어장 형성
6) 엘리뇨와 라니냐
남아메리카 페루 연안의 무역풍이 평소보다 약해지면 그 해역에서는 용승이 억제되고 해수 온도가 평소보다 높아지는데, 이를 엘리뇨라고 합니다.
반대로 이 해역의 수온이 더욱 낮아지는 현상을 라니냐라고 합니다.
라니냐는 주로 엘니뇨 발생 전이나 후에 나타납니다.
엘니뇨나 라니냐가 일어나면 수온 및 해수의 영양 염류량 등이 달라져 해양 생태계에 변화를 줍니다.
또한 대기 대순환이 바뀌어 강수량이 풍부한 지역에 가뭄이 발생하거나, 연중 온난한 기후를 보이는 지역에 한파가 발생하는 등 이상 기후를 발생시킵니다.
평상시에 남태평양의 동쪽에는 고기압이, 서쪽에는 저기압이 형성됩니다.
그런데 수온 변화에 따라 기압 배치가 역전되면 무역풍의 세기가 달라지거나 방향이 변하기도 합니다.
수년에 걸쳐 나타나는 이러한 해수면 기압의 주기적인 진동 현상을 남방 진동이라고 합니다.
남방 진동 지수는 평상시 양(+)의 값을 가지나, 엘리뇨 발생 기간에는 음(-)의 값으로 나타납니다.
그런데 남방 진동 지수의 변동의 주기와 엘리뇨 발생 주기는 일치하는 것으로 관측되어 대기 현상인 남방 진동과 해양에서 발생하는 엘니뇨의 관련성을 알 수 있습니다.
라니냐 일 때 수온약층 시작 지점이 낮아집니다.
남방 진동 지수: 남태평양 차이 티 섬과 호주 북쪽 지역에 있는 다윈(동쪽)의 월평균 기압의 편차를 나타낸 것
