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왜 이렇게 한파가 찾아오는지 과학적으로 분석해보는 시간을 갖도록 하겠다.
그전에 대기과학적으로 간단한 사실 몇개만 짚고 넘어가도록 하자.
1. 바람은 왜 불까?
중학교때 학교 착실히 다닌 일게이라면 간단히 답할 수 있다.
"기압차" 때문에 바람이 부는 것이다.
2. 그럼 기압차는 왜 생기는 것일까?
이건 중학교때 반에서 10등안에 들은 일게이라면 답할 수 있다.
"에너지의 불균등" 때문이다.
3. 그럼 에너지의 불균등은 왜 생기는 것일까?
이건 중학교때 반에서 5등안에 들은 일게이라면 답할 수 있다.
"태양에너지가 적도에 많이 입사되고, 극 쪽으로는 적게 입사"되기 때문이다.
4. 그럼 위도별 태양복사에너지의 불균등은 왜 생기는 것일까?
이건 중학교때 반에서 2등안에 들은 일게이라면 답할 수 있다.
"입사되는 태양복사에너지와 지면의 각도 차이" 때문이다.
같은양의 에너지를 적도는 좁은면적에서 다 가져가고, 고위도는 넓은면적에서 나눠갖는다.
그래서 단위면적당 에너지는 극쪽이 매우 낮게된다. 극지방이 애미뒤지게 추운 이유이다.
근데 여기서 지구가 태양에너지를 매일 받아 먹기만 하는 것은 아니다.
상식적으로 생각해보자.
계속 태양에너지를 받기만 한다면, 지구의 에너지는 계속해서 올라가야만 한다.(에너지가 계속 쌓이니까)
에너지량이 높아진다는 것은 지구의 온도가 높아짐을 의미한다.
그렇다면 지구는 태어난 시점부터 지금까지 온도가 계속계속 높아져야만 한다.
지금도 높아지고 앞으로도 높아져야 한다.
그러나 그렇지 않다.
우리는 거의 지구 전체의 평균기온 약 15도 정도를 계~~속 유지하고 있다.
그렇다는건 태양에게서 받은 에너지만큼 지구도 에너지를 우주공간으로 내보내고 있다는 것을 의미한다.
그 내보내는 에너지양은 위도별로 상당히 완만한 차이를 보인다.
만약 중학교때 전교1등을 했다면 여기서 의문을 갖게 될 것이다.
적도에서는 태양에너지를 많이 받는데, 내보내는 것은 그것보다 적다.
고위도 지방에서는 태양에너지를 적게 받는데, 내보내는 것은 그것보다 많다.
만약 이 데이터만 놓고 본다면 아까 생각했던 에너지의 잉여와 부족이라는 것이 떠오를 것이다.
적도지방은 들어오는 것은 많은데, 나가는 것은 적다.
이 말뜻은 계속 해서 에너지가 남아돌게 될 것을 의미한다.
극지방은 들어오는 것은 적은데, 나가는 것은 많다.
이 말뜻은 계속 해서 에너지가 부족하게 될 것을 의미한다.
즉, 적도지방은 온도가 계속해서 높아지고, 극지방은 계속해서 낮아져야만 한다.
그러나 적도가 불지옥이 되는 일은 일어나지 않는다.
지구는 훌륭한 순환 시스템을 가지고 있어서, 저위도의 남아도는 열을 고위도로 수송하기 때문이다.
1. 해수의 역할
저위도의 따뜻한 해수가 고위도로 흘러가고
고위도의 차가운 해수가 저위도로 흘러간다.
이러한 순환은 저위도의 열을 고위도로 운반하는 역할을 하게된다.
그러나, 해수의 순환만이 에너지의 불균형을 해소하는데 충분하지 않다.
2. 자오면 순환
훌륭한 대기의 순환 시스템이 있어서 저위도의 열을 고위도로 수송한다.
그러나 자오면순환은 위도 0~30도 부근에서만 그 효력을 발휘한다.
즉, 중위도 지방과 극지방의 에너지 수송은 다른 메커니즘이 필요하다는 것을 의미한다.
3. 파동
그 부족한 부분을 메꿔줄 것은 바로 "파동"이다.
대기중에서 발생하는 파동이 에너지를 고위도로 수송시킨다.
그렇다면 이 파동은 왜 생성 되는 것일까?
그 전에 "지균풍"에 대해서 알아뒀으면 좋겠다.
지균풍이 별거 아니고 그냥 등압선에 평행하게 부는 바람이다.
파란색 실선(기압선)에 평행하게 바람의 방향이 표시되는 것을 볼 수 있다.
이렇게 부는 바람을 지균풍이라 한다.
* 온도풍
그런데 초기의 대기과학자들은 지균풍식을 만지다가 기초적으로 아주 유용한 바람(벡터)를 고안해내는데,
상층의 바람벡터와 하층의 바람벡터 차를 이용한 온도풍이 그것이다.
식은 이렇게 생겼다.
간단한 대학수학을 했다면 이 Vt(온도풍)가 T(온도)라는 변수에 평행하게 진행해야 됨을 알 수 있을 것이다.
그렇다. 이 온도풍은 그냥 온도선에 평행하게 진행하는 벡터인 것이다.
그런데 신기하게도, 대기의 윗층 바람 속도와 아래층의 바람 속도의 차를 구한 것이 이 온도풍이 된다.
이것은 대기를 지배하는 식이라서, 이러한 온도풍을 맞추기 위해 기압장이 변형되기도 한다.
식에서 알 수 있듯이, 그래디언트T(온도경도, 온도기울기)가 높다면 Vt(온도풍)도 매우 높아진다.
그런데 지면의 온도차이가 매우 높아진다면(즉, 그래디언트T가 매우 높아지면)
이러한 온도풍 평형이 깨지게 되는데, 이때 파동이 발생한다.
대기의 파동이 나타나서 쉭쉭 휘젓는다.
당연히 극쪽의 찬공기와 적도쪽의 따뜻한 공기를 휘젓게 되므로, 온도차가 줄어들게 된다.
이런식으로 에너지를 극쪽으로 수송하는 것이다.
*제트류
위에서 온도풍을 설명할때, 온도의 기울기에 대해서 말한적이 있다.
남과 북의 온도의 차가 "씨발" 매우 높아지는 경우에는 바람이 사행하는 파동이 나타난다고 하였는데,
"씨발"매우 높기전 그냥 남과 북의 온도차가 매우 높은정도에서는
"제트류"가 발생한다.
제트류란건 애미뒤진 똥댕청이라도 들어본 적이 있을 것이다.
제트에는 두가지 종류가 있는데 저위도에 있는걸 아열대 제트류, 고위도에 있는걸 한대 제트류라 한다.
우리가 다룰 것은 위에 한대 제트류이다.
(아열대 제트는 각운동량 보존에 의해, 한대 제트는 남북온도차에 의해 생긴다.)
다시 설명하자면 남북의 온도차가 에지간하게 높아지면 제트류가 발생하는것이다.
정리하자면 이렇다.
태양의 불균등 가열로 남과북의 에너지의 불균형이 생성되며,
이것은 남과북의 온도차를 야기한다.
남과 북의 온도차가 점점 벌어지는것을 막기위해 에너지를 고위도로 수송해야 하며,
그 수송 메커니즘중 한가지가 파동이다.
파동에 대해서 말하자면 "파동이 크게 발달하기 전"
극쪽의 차가운 공기는 계속 차가워지고, 남쪽에 따뜻한공기는 계속 따뜻해 진다.
이 사이에서 에너지를 얻은 제트류가 생겨난다.
계속 남과북의 온도차가 심해질수록 제트류는 강력해진다.
어느순간 온도차가 그 정도를 넘어서면, 이 씹새끼 좆되바라 하면서 아래위로 흩뜨러뜨리는 파동이 발생한다.
그러면서 남과북의 에너지 교환이 되고, 온도차는 제자리를 찾아간다.
위의 사실을 알았다면 위의 그림을 보고 이해해보자.
평상시 남과북의 온도차가 높아져가고, 제트류는 강해져 간다.
제트류자체가 또 찬공기를 아래로 내려가지 못하도록 가두는 역할도 하기 때문에
남과북의 온도차는 극에 달해진다.
그러다가 온도차가 너무 커지면 크게 사행하는 파동이 생성되고
고위도의 차가운공기가 아랫쪽으로 남하, 저위도의 따뜻한 공기가 위쪽으로 북상하는 흐름을 갖게된다.
결론적으로, 파동이 크게 발생되어 제트류가 약해지고 찬공기를 제대로 가두지 못하므로
북극지방의 매우 찬공기가 중위도지역으로 남하하여 북극의 날씨를 중위도에서 겪게 되는 것이다.
그러나 이러한 작용이 없다면 북극은 계속 추워지고 적도는 계속 더워지는 상황이된다.
지구형님이 알아서 컨트롤 하고 에너지 컨트롤 온도 컨트롤을 하고 있는 상황인 것이다.
그러니 좀 춥더라도 참자