지구과학 2-대기의 운동, 바람의 종류, 편서풍 파동과 대기 대순환

대기의 운동

①단열 변화
(1) 단열 변화: 공기 덩어리가 상승 또는 하강할 때 외부와의 열 교환 이 없이 주위 기압 변화에 따른 부피 변화로 기온이 변하는 현상
① 단열 팽창: 공기 덩어리 상승 -> 주위 기압 하강 -> 공기 덩어리
부피 팽창 - 공기 덩어리 내부 에너지 감소 - 공기 덩어리 기온
하강
② 단열 압축: 공기 덩어리 하강 -> 주위 기압 상승 - 공기 덩어리
부피 수축- 공기 덩어리 내부 에너지 증가 - 공기 덩어리 기온
상승
(2) 단열 감률(대류권)
① 건조 단열 감률: 약 10°C/ km(불포화 상태인 공기)
② 습윤 단열 감률: 약 5°C/km(포화 상태인 공기)
③ 이슬점 감률: 불포화 상태인 공기는 약 2°C/km, 포화 상태인 공기는 약 5°C/km
(3) 상승 응결 고도: 불포화 상태의 공기 덩어리가 단열 상승하여 구 름이 생성되기 시작하는 고도 나 기온(1)과 이슬점(1g)의 차이 가 클수록 상승 응결 고도(HT)가 높다.


2) 대기 안정도와 구름
(1) 안정과 불안정 중립: 단열적으로 강제 상승 또는 하강시킨 공기가 제자리로 돌아오려 하면 기층은 안정. 계속 상승하거나 계속 하 강하려 하면 기층은 불안정, 상승 또는 하강한 높이에 머물러 있 으려 하면 기층은 중립
(2) 기층의 안정도와 구름

① 안정한 기층: 기온 감률<단열 감률 다 주로 층운형 구름 형성
② 불안정한 기층: 기온 감률> 단열 감률 다 주로 적운형 구름 형성
③ 중립: 기온 감률=단열 감률

(3) 공기의 수증기 포화 여부에 따른 기층의 안정도
① A: 절대 안정 상태
• 기온 감률< 습윤 단열 감률
② B: 절대 불안정 상태
•기온 감률> 건조 단열 감률
③ C: 조건부 불안정 상태
•습윤 단열 감률< 기온 감률< 건조 단열 감률
• 불포화 상태의 기층: 안정한 상태
• 포화 상태의 기층: 불안정한 상태

(4) 구름의 생성: 국지적 가열, 공기의 수렴 등에 의해 지상에서 공기 덩어리 상승 - 기온은 건조 단열선을 따라 하강, 이슬점은 이슬 점 감률선을 따라 하강- 공기 덩어리의 상대 습도 증가 -> 상승 응결 고도에서 구름 생성 - 주변 공기보다 온도가 높으면 계속 상승하면서 구름 발달 - 상승한 공기는 주위 공기와 온도가 같 아지는 지점에 도달하면 상승 억제
① 절대 안정한 대기: 공기가 강제로 상승하면 얇은 층운형 구름이생성된다.
② 절대 불안정한 대기: 구름이 생성된 후에도 계속 상승하여 수직으로 두꺼운 적운형 구름이 생성된다.
③ 조건부 불안정한 대기: 강제로 상승이 일어나면 층운형 구름이 만들어지다가 주변 공기의 기온보다 높아지면 스스로 상승하여 적운이 생성된다.

바람의 종류

대기를 움직이는 힘
(1) 대기의 압력
① 기압: 단위 면적에 작용하는 공기 기둥의 무게와 같은 크기의 힘 에 의해 나타나는 압력으로, 지상 일기도에 기입하는 기압 값은 해면 기압으로 보정한 값이다. - 기압 P = pgh(p: 공기의 밀 도, g: 중력 가속도, h: 공기 기둥의 높이)
② 기압의 단위: hPa(헥토파스칼)

(2) 바람에 작용하는 힘
① 기압 경도력: 기압 차에 의해 발생하는 힘 다 바람을 일으키는 근본적인 힘
• 방향: 고기압에서 저기압 쪽으로 등압선에 직각 방향으로 작용
• 크기: 기압 차(4P)가 클수록, 등압선의 간격(4L)이 좁을수록 거진다.
② 전향력(코리올리 힘): 지구 자전에 의해 나타나는 가상의 힘
- 전향력은 운동하는 물체의 진행 방향을 변화시킨다.
• 방향: 북반구에서는 물체가 운동하는 방향의 오른쪽 직각 방 향, 남반구에서는 왼쪽 직각 방향으로 작용
• 크기: C=200sing(C: 공기 1 kg에 작용하는 전향력, 2: 운 동 속도, 3: 지구 자전 각속도, 9: 위도)
③ 구심력: 물체의 궤적을 직선이 아닌 곡선이 되게 만드는 힘
• 방향: 회전의 중심 방향으로 작용

④ 마찰력: 지표 가까이에서 운동하는 공기가 지표나 공기 자체의 마찰에 의해 운동을 방해받는 힘
• 방향: 풍향의 반대 방향으로 작용
• 크기: 지표면이 거칠수록, 지표면에 가까울수록, 풍속이 빠를 수록 크다.
• 마찰층(대기 경계층): 지표면의 마찰이 작용하는 대기층으로, 지표면에서 약 1 km 높이까지 해당한다.



바람의 종류
(1) 지균풍: 등압선이 직선으로 평행할 때, 기압 경도력과 전향력의 평형으로 발생
① 풍향: 북반구에서는 기압 경도력의 오른쪽 직각 방향으로, 남반구에서 는 왼쪽 직각 방향으로 분다.
② 풍속: 위도가 낮을수록, 기압 경도력이 클수록 풍속이 빠르다. - 기압 경도력(Pt)= 전향력(C)

(2) 경도풍: 등압선이 원형이나 곡선일 때, 기압 경도력과 전향력의 차 이가 구심력으로 작용하여 발생
① 바람에 작용하는 힘의 관계
• 중심부가 저기압일 때: 기압 경도력 - 전향력 =구심력
• 중심부가 고기압일 때: 전향력 ~ 기압 경도력= 구심력

② 풍향
• 중심부가 저기압일 때: 북반구에서는 시계 반대 방향, 남반구 에서는 시계 방향으로 등압선에 나란하게 분다.
• 중심부가 고기압일 때: 북반구에서는 시계 방향, 남반구에서는 시계 반대 방향으로 등압선에 나란하게 분다.
③ 풍속: 동일 위도에서 등압선의 지름이 같고 기압 경도력이 같을 때
경도풍의 풍속은 중심부가 고기압일 때가 저기압일 때보다 빠르다.

(3) 지상풍
① 풍향: 등압선과 비스듬하게 고기압쪽에서 저기압쪽으로 분다.
② 풍속: 기압 경도력이 클수록 마찰력이 작을수록 빠르다.

편서풍 파동과 대기 대순환

편서풍 파동과 제트류
(1) 편서풍 파동
① 발생 원인: 저위도와 고위도의 기온 차와 지구 자전에 의한 전향력
② 역할 및 영향: 저위도에서 고위도로 에너지를 수송하고, 지상에 온 대 저기압과 이동성 고기압을 발달시킨다.

(2) 편서풍 파동과 날씨
① 기압골 서쪽: 상층 공기 수렴, 하강 기류 발달. 지상에 고기압 발달
② 기압골 동쪽: 상층 공기 발산, 상승 기류 발달, 지상에 저기압 발달
(3) 제트류: 상층 대기 편서풍 내의 좁은 영역에서 아주 강하게 나타 나는 공기의 흐름 나 남북으로 굽이치면서 이동
① 발생 원인: 남북 간의 온도 차
② 생성 과정: 남북 간 온도 차에 따른 기압 차 발생 - 고도가 증가 할수록 등압면 기울기 증가, 따라서 고위도 쪽으로 기압 경도력 발생 -> 대류권 계면에서 서풍 최대 -> 제트류 형성
(4) 한대 전선 제트류와 아열대 제트류
① 한대 전선 제트류: 한대 전선대(위도 60° 부근) 상공에서 형성.
겨울철에 남하하고 여름철에 북상
② 아열대 제트류: 위도 30° 부근 상공에서 형성

② 대기 대순환
(1) 대기 대순환
① 지구의 복사 평형: 태양 복사 에너지 흡수량과 지구 복사 에너지
방출량이 같아서 연평균 기온이 일정하게 유지된다.
② 위도별 열수지: 지구 전체적으로는 복사 평형을 이루지만 위도에 따라 에너지 불균형 발생 저위도의 과잉 에너지를 고위도로 수송-> 대기 대순환 발생
(2) 대기 대순환의 모델
① 지구 자전에 의한 전향력을 고려하지 않는 경우(단일 세포 순환 모 델): 적도 지방에서는 상승 기류, 극지방에서는 하강 기류가 발달 하고, 북반구 지상에서는 북풍, 남반구 지상에서는 남풍이 분다.
② 지구 자전에 의한 전향력을 고려한 경우(3세포 순환 모델)

• 해들리 순환: 적도에서 상승한 공기는 고위도로 이동한 다음 위도 30° 부근에서 하강하여 적도로 되돌아온다.
• 페렐 순환: 위도 30° 부근에서 하강한 공기는 고위도로 이동한 다음 위도 60° 부근에서 상승한다.
• 극순환: 극에서 하강한 공기는 저위도로 이동하다가 위도 60°부근에서 상승한 후 극으로 되돌아온다.

(3) 대기 순환의 규모
① 대기 순환의 규모: 미규모, 중간 규모, 금 종관 규모, 지구 규모로 구분한다.
② 대기 순환 규모의 특징
• 대체로 공간 규모(수평 규모)가 클수록 시간 규모도 크다.
• 미규모와 중간 규모의 순환은 지상 일기도에 나타나지 않으며, 전향력은 무시할 수 있다.