대기 대순환의 3가지 세포 정의, 과학적 원리, 위도별 바람 정리

 

지구는 가만히 멈춰 있는 것처럼 보이지만, 우리를 둘러싼 거대한 대기는 한순간도 쉬지 않고 전 지구를 돌며 역동적으로 움직이고 있습니다. 여름철의 무더위와 겨울철의 한파, 그리고 매년 찾아오는 태풍의 밑바탕에는 거대한 공기 흐름이 존재합니다.

 

오늘은 이 거대한 공기 흐름인 대기 대순환을 구성하는 3가지 세포가 무엇인지 알아보고, 각 세포가 순환하게 되는 과학적 원리와 위도별로 부는 바람의 종류, 특징에 대해서 알아보는 시간을 가지도록 하겠습니다. 

 

 

대기 대순환의 3가지 세포 정의

대기 대순환이란 태양 복사 에너지의 불균형을 해소하기 위해 전 지구적인 규모로 일어나는 대기의 거대한 공전 및 순환 현상을 의미합니다. 

 

만약 지구가 자전하지 않는 정지 상태라면 대기는 적도에서 상승해 극지방에서 하강하는 하나의 거대한 순환 고리만 가졌을 것입니다. 하지만 지구가 자전하면서 발생하는 불리적인 힘인 전향력 때문에 전 지구적인 대기 흐름은 위도에 따라 크게 세 개의 독립된 순환 고리로 쪼개지게 됩니다.

 

이런 순환 고리를 세포라고도 부르며, 이 세 가지 순환은 각각의 고유한 명칭을 가지고 있습니다. 각각 해들리 순환, 페렐 순환, 극 순환입니다.

 

해들리 순환은 적도(위도 0°)에서 뜨거워진 공기가 상승하여 위도 30° 부근까지 이동한 뒤 하강하여 다시 적도로 돌아오는 저위도 지역의 직접적인 열대 순환 세포입니다.

 

페렐 순환은 위도 30° 부근에서 하강한 공기의 일부가 위도 60° 부근까지 북상하다가 상승하는 중위도 지역의 간접적인 순환 세포입니다.

 

극 순환은 차가운 극지방(위도 90°)에서 냉각되어 하강한 공기가 위도 60° 부근까지 내려왔다가 상승하여 다시 극으로 돌아오는 고위도 지역의 직접적인 한대 순환 세포입니다.

 

이 세 가지 세포는 톱니바퀴처럼 서로 맞물려 돌아가며, 적도의 남는 열에너지를 추운 극지방으로 끊임없이 배달해 지구 전체의 평균 기온을 살기 좋게 유지해 주는 역할을 하기도 합니다.

 

과학적 원리

대기 대순환이 돌아가게 만드는 핵심 작동 원리는 열적 불균형과 지구가 돌며 생기는 자전 효과와 관련이 있습니다.

 

지구는 둥글기 때문에 햇빛이 들어오는 각도가 지역마다 다릅니다. 적도 지방은 태양빛이 수직으로 강하게 내리쬐므로 받아들이는 태양 복사 에너지가 지구가 내뿜는 지구 복사 에너지보다 많습니다. 즉, 에너지 과잉 상태입니다.

 

반면 고위도와 극지방은 햇빛이 비스듬히 비추어 받아들이는 에너지보다 우주로 방출하는 에너지가 많아 에너지 부족 상태가 됩니다. 

 

이렇게 에너지가 많아 가열된 적도의 공기는 상승하고, 극지방의 차가운 공기는 하강하게 되면서 대기가 이동하는 원동력이 생기게 되는 것입니다.

 

이때 대기 대순환이 세 가지 순환으로 나누어지게 되는 데엔 지구의 전향력이 큰 작용을 하게 됩니다. 지구가 자전하면서 북반구에서는 운동하는 물체의 방향을 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 휘게 만드는 전향력이 발생합니다.

 

북반구 기준으로 설명하면, 적도에서 출발해 극지방으로 가려던 따뜻한 공기는 위도 30° 부근에 도달했을 때 오른쪽으로 심하게 꺾여 더 이상 북상하지 못하고 아래로 주저앉게 됩니다.

 

공기가 강제로 가라앉는 이 위도 30° 지역은 기압이 매우 높은 아열대 고압대를 형성하게 되며, 이렇게 하강한 공기가 다시 사방으로 흩어지면서 저위도의 해들리 순환, 중위도의 페렐 순환, 고위도의 극 순환이 완전히 맞물려 돌아가는 시스템이 완성됩니다.

 

추가적으로, 앞에서 다룬 전향력과 관련된 다른 과학적인 내용들이 궁금하신 분들은 다른 글들을 참고해 보시면 좋을 것 같습니다.

 

과학 지식 플러스++ 태풍과 전향력의 관계에 대해서 알아보기 >>

 

위도별 바람

대기 대순환의 세 가지 세포가 지표면 근처에서 공기를 밀어낼 때 지구 자전의 효과가 더해지면서 우리가 피부로 느끼는 고유한 위도별 바람이 생성되게 됩니다. 북반구를 기준으로 각 위도별 바람의 특징을 정리해 보겠습니다.

 

위도 0°~30° 부근의 해들리 순환이 나타나는 곳에서는 무역풍이 나타납니다. 무역풍은 아열대 고압대에서 적도로 불어 들어가는 바람입니다. 전향력에 의해 꺾여 북동 무역풍이 되며, 과거 무역선들이 이 바람을 이용해 항해를 하기도 했습니다.

 

위도 30°~60° 부근의 페렐 순환이 나타나는 곳에서는 편서풍이 나타납니다. 편서풍은 아열대 고압대에서 고위도로 불어 나가는 바람입니다. 전향력에 의해 서쪽에서 동쪽으로 치우쳐 부는 바람이고, 우리나라에 영향을 많이 주는 바람이기도 합니다.

 

위도 60°~90° 부근의 극 순환이 나타나는 곳에서는 극동풍이 나타납니다. 극동풍은 차가운 극 고압대에서 위도 60°를 향해 내려오는 바람입니다. 전향력 때문에 동쪽에서 서쪽으로 치우쳐 부는 차고 건조한 바람입니다.

 

이런 위도별 바람을 알고 있으면 우리가 뉴스나 일상에서 접하는 기상 현상을 이해하는 데에도 도움이 됩니다. 우리나라가 속한 중위도 지역은 일 년 내내 서쪽에서 동쪽으로 부는 편서풍의 지배를 받습니다.

 

봄철마다 우리를 괴롭히는 황사와 미세먼지가 항상 중국에서 우리나라 쪽으로 날아오는 이유 역시 편서풍에서 찾을 수 있습니다. 일상 속에서 일어나는 현상의 해답이 이런 바람의 방향으로 증명되는 사례인 것입니다.

 

 

 

지금까지 대기 대순환을 이루는 세 가지 세포와 대기 대순환이 일어나는 원리, 위도별로 부는 바람에 대해서 정리해 보았습니다. 다음 시간에는 우리나라의 날씨에 영향을 미치는 기단에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

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