전선 - 성질이 다른 두 공기가 만났을때 발생하는 현상

지난 포스팅에서 기단이라는 것에 대하여 알아 보았다.

기단에 대한 기본

이번에는 성질이 전혀 다른 두 공기덩어리가 충돌했을 때 어떤 일이 발생하는지 알아보고자 한다.

 

차갑고 건조한 공기와 뜨겁고 습한 공기가 충돌하는 극단적인 상황을 예를들어 보고자 한다.

뜨거운 물과 차가운 물을 섞으면 당장은 차가운 물이 아래에 깔리고 뜨거운 물이 위에 놓이게 된다. 두 물이 바로 섞이지 못하는건 온도차이에 의한 밀도차가 크기 때문이다. 밀도가 크게 다른 두 액체는 섞이지 못한다. 물과 기름이 섞이지 못하는 것 처럼.

<차가운 물에 잉크를 타고 따뜻한 물이 담겨 있는 수조에 흘러 내리게 했더니 아래로 깔리는 걸 볼 수 있다.>

 

이는 공기에서도 마찬가지이다. 두 공기는 온도와 습도 등의 성질이 완전히 반대이다. 열 교환이나 수증기 이동이 발생하기 전 까지는 밀도가 완전히 다른 공기인 만큼 서로 섞이지 않는다. 그래서 뜨거운 공기는 찬 공기 위로 타고 올라가게 되고, 차가운 공기는 뜨거운 공기 아래로 파고 들어가려 한다. 이 때 두 공기가 만나는 지면상의 경계지점이 생기는데 이를 전선이라고 한다. 찬 공기와 뜨거운 공기 각각은 안정적인 상태였으나 두 공기가 충돌하는 지점에서는 뜨거운 공기는 위로, 찬 공기는 아래로 파고들어가는 운동으로 인해 굉장히 불안정적이다. 뜨거운 공기가 찬 공기 위로 올라가며 발생하는 강한 상승기류로 구름과 강수가 만들어질 가능성이 매우 높다. 반대로 찬 공기가 뜨거운 공기 아래로 파고들어가도 상황은 마찬가지이다.

 

이렇게 성질이 다른 두 공기가 만나 형성되는 것을 전선이라고 한다.

 

전선에는 크게 온난전선, 한랭전선, 폐색전선, 정체전선이 있다.

 

  1. 온난전선

<온난전선에서 발생하는 공기 흐름에 대한 모식도>

온난전선은 따뜻한 공기가 차가운 공기를 추월하여 차가운 공기 위로 천천히 올라갈 때 발생한다. 그림과 같이 천천히 찬 공기를 타고 올라가기 때문에 전선에서 멀어지면서 난층운->고층운->권층운->권운의 형태로 구름이 나타난다. 온난전선이 접근하고 있는 지역에서는 그 반대로 구름의 변화가 관측될 수 있다.(항상 그런것은 아니지만) 넓은 지역에 걸쳐 오랜시간 약한 강수가 나타날 수 있다.(구름이 높이 성장하기 어렵기 때문에)

  2. 한랭전선

<한랭전선에서 발생하는 공기 흐름에 대한 모식도>

  한랭전선은 차가운 공기가 따뜻한 공기 아래로 파고 들어가면서 나타난다. 차가운 공기가 따뜻한 공기 아래로 파고들어감에 따라 차가운 공기가 강제로 위로 들어올려진다. 때문에 온난전선과 달리 상승기류가 강하게 나타나고, 이로 인해 면적이 좁고 키가 높은 구름이 형성되어 단시간에 강한 강수를 유발하게 된다. 주로 적란운과 같은 구름이 발달한다.

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  3. 폐색전선

<전선의 폐색과정>

일반적으로 북반구에서 한랭전선이 왼쪽, 온난전선이 오른쪽에 놓이는 온대저기압이 만들어지면, 이동속도가 빠른 한랭전선이 온난전선을 따라잡으면서 위 그림과 같이 두 전선이 겹치게 된다. 이를 폐색전선이라고 한다. 두 전선이 폐색되면서 따뜻한 공기는 완전이 지표면 위로 들어올려져, 지표면 부근에는 차가운 공기만 자리잡게 된다.

 

<한랭현 폐색전선(a)과 온낸형 폐색전선(b)>

이때 위 그림과 같이, 한랭전선 후방에 있던 차가운 공기가 온난전선 전방에 있던 차가운 공기보다 온도가 더 낮은 경우 그림 (a)와 같은 상황이 발생한다. 이를 한랭현 폐색전선이라고 한다. 그 반대의 경우에는(b) 온난형 폐색전선이라고 한다. 어느 경우이건 간에 따뜻한 공기는 완전히 위로 올라가 버리고 이제 전선은 조금씩 소멸하게 된다.

  4. 정체전선

<정체전선 상에서 공기 흐름>

세력이 비슷한 두 공기가 충돌할 때 만들어지는 전선이다. 전선면 주변으로 고르게 구름이 형성되지만, 주로 찬 공기 위로 타고 올라 갈 수 있는 곳, 다시말해 따뜻한 공기가 진행하는 방향에서 강수가 활발하다. 북반구의 경우, 따뜻한 공기는 북상, 차가운 공기는 남하할 때, 전선면의 북쪽에서 보다 강수가 활발하게 나타난다. 우리나라의 장마전선은 대표적인 정체전선이다. 북태평양 기단과 오호츠크해 기단이 충돌할 때 잘 만들어 진다. 

 

이상 전선에 대한 이야기를 해 보았다. 다음 글에서는 온대저기압을 다루어 볼 예정이다.