안녕하세요.
제주도에서 중·고등학생을 대상으로 개인&그룹 과학수업을 하고 있는 달빛과학 입니다.
지구 전체 대기가 순환하고 있는 모습을 그린 그림입니다. 크게 여섯 구간으로 나뉘어 대기가 여러 방향으로 돌고 있네요. 이렇게 지구 전체 규모의 대기 순환을 '대기 대순환[atmospheric general circulation]'이라고 한답니다. 그런데 구간에 따라 바람의 방향이 다르고 휘어있네요. 지금부터 대기 순환이 이런 모습으로 나타나는 이유를 알아봅시다.
*** 전향력 [Coriolis force, 轉向力]
프랑스의 과학자인 코리올리[Gaspard-Gustave Coriolis, 1792 ~ 1843]는 회전하는 곳에서 느껴지는 힘을 최초로 설명했습니다. 이 힘을 '전향력[轉向力]', 또는 '코리올리의 힘[Coriolis force]'이라고 합니다. 전향력에 대해 이해를 해야 대기 대순환의 바람 방향을 이해할 수 있습니다.
회전하는 원판의 중심에서 한 방향으로 구슬을 굴립니다. 구슬만 보았을 때는 직선으로 움직이지만, 회전하는 판의 붉은 점에서 보았을 때 구슬은 왼쪽으로 휘어져 움직이는 것처럼 보일 것입니다. 이렇게 왼쪽으로 힘이 작용하는 것처럼 보이는 가상의 겉보기 힘이 바로 전향력입니다.
서에서 동으로 자전하는 지구의 극지방에서 적도 방향으로 물체를 던졌다고 가정해봅시다. 그렇다면 그림과 같이 물체의 이동방향이 휘어지게 됩니다.
거꾸로 적도에서 극지방으로 물체를 던지게 된다면 그림과 같이 휘어지게 되겠지요.
지구가 서에서 동으로 자전하기 때문에 북반구에서는 오른쪽 방향으로, 남반구에서는 왼쪽 방향으로 힘이 작용하는 것처럼 운동하게 됩니다.
*** 대기 대순환
■ 대기 대순환의 발생 원인
대기 대순환은 위도에 따라 도달하는 태양 복사 에너지양이 다르기 때문에 발생합니다.
적도 지방은 태양 복사 에너지를 많이 받기 때문에 공기가 상승하여 저기압이 형성됩니다. 반대로 극지방에서는 태양 복사 에너지를 적게 받기 때문에 공기가 하강하여 고기압이 형성되죠.
만약 지구가 자전하지 않는다면 대기 대순환은 아래와 같은 모양이었을 겁니다.
■ 대기 대순환의 모습
지구 자전의 영향으로 인한 전향력으로 북반구, 남반구에서 각 3개의 구간으로 나누어져 대기 대순환이 일어납니다. 적도를 기준으로 대칭적인 모습이네요. 저기압(L), 고기압(H) 에서의 공기 상승과 하강을 보고 각 구간마다 부는 바람의 방향과 이름을 학습해봅시다.
▶ 무역풍 [trade wind, 貿易風] - 위도 0 ~ 30
; 무역풍은 대서양을 누비며 무역을 하던 상인들에게 유용한 바람이라서 이름이 무역(trade) 풍이라고 합니다. 북반구에서는 북동쪽으로 불어서 '북동 무역풍', 남반구에서는 남동쪽으로 불어 '남동 무역풍'이라고 합니다.
▶ 편서풍 [westerlies, 偏西風] - 위도 30 ~ 60
; 서쪽(西, 서)에서 치우쳐(偏, 편) 부는 바람이라는 뜻입니다. 우리나라가 이 구역에 속해있어요. 중국에서 바람이 우리나라로 부는 이유가 바로 편서풍 때문이랍니다.
▶ 극동풍 [polar easterlies, 極東風] - 위도 60 ~ 90
; 극지방에서 동쪽에서 불어오는 바람이라는 뜻입니다.
적도와 위도 60도 부근은 공기가 상승하는 저기압대라서 구름이 많이 생성되어 강수량이 많은 편입니다. 위도 30도 부근은 공기가 하강하는 고기압대라서 반대로 강수량이 적겠지요. 이 구역에 사막이 많은 것도 그 이유입니다.
■ 대기 대순환에 의한 해수 순환
대기 대순환에 의해 바다 표면의 흐름도 순환을 합니다. 북반구의 해류는 시계 방향, 남반구의 해류는 반시계 방향으로 순환하게 됩니다.
■ 대기 대순환, 해수 순환의 효과
대기와 해수가 순환하기 때문에 저위도의 남는 에너지를 고위도로 운반하게 됩니다. 그래서 지구적으로 에너지의 균형을 맞추고 연평균 기온을 일정하게 해주는 것이죠.
▶ 저위도 지방 ( in > out : 에너지 남음)
흡수하는 태양 복사 에너지양 > 방출하는 지구 복사 에너지 양
그래서 저위도 지방의 평균 기온은 높습니다.
▶ 고위도 지방 ( in < out : 에너지 부족)
흡수하는 태양 복사 에너지양 < 방출하는 지구 복사 에너지 양
그래서 고위도 지방의 평균 기온은 낮습니다.
▶ 위도 38° 부근 ( in = out : 에너지 이동이 많음)
흡수하는 태양 복사 에너지양 = 방출하는 지구 복사 에너지 양
우리나라 부근이지요. 에너지 이동이 많은 부근이라 날씨의 변화가 심하고, 계절의 변화가 뚜렷합니다.
위도에 따라 들어오는 태양 복사 에너지가 달라 공기의 큰 순환이 생기고, 여기에 지구 자전에 의한 전향력으로 현재 대기 대순환의 모습이 나타납니다. 또한 이 대기 대순환에 의해 해수도 순환하게 되면서 지구의 에너지가 전체적으로 균형을 맞추게 됩니다.
대기 대순환의 그림을 직접 그려보시고 대기 대순환의 원리와 바람 방향, 이름을 꼭 암기하시길 바랍니다.
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