대저기압을 설명하기 위해 참 먼 길을 왔습니다. 지균풍, 경도풍 부터 시작하여 여기까지 왔네요. 이제 중위도 날씨 현상을 설명할 포스팅도 얼마 남지 않았습니다.
편서풍파동은 북반구 중위도 지방의 상층 대기에서 서에서 동으로 부는 바람이 뱀처럼 사행하며 나타나는 파동을 총칭합니다. 편서풍 파동은 중위도 지방의 날씨 변화에 엄청나게 많은 영향을 줄 뿐 아니라 남북간의 에너지 수송에도 큰 기여를 하는 매우 중요한 현상입니다. 이번 포스팅부터 이런 편서풍 파동에 대해 자세히 알아보겠습니다.
1. 파동의 원인
파동이 생기는 이유는 여러가지가 있을 수 있지만, 가장 기본적 원인은 지구의 자전과 남북간 온도차이입니다. 파동의 원인에 대해서는 할 말이 많기 때문에 이에 대한 내용은 다음 포스팅에서 다루고자 합니다.
2. 파동이 생기는 장소
보통 중위도 상층 공기에서 생깁니다. 보통은 파동을 논의할 때 500hPa의 등압면상에서 형성되는 파동만을 주로 이야기 하여, 500hPa에서만 편서풍 파동이 있다고 오해할 수 있는데, 그렇지는 않습니다. 추후에 논의하겠지만 제트류가 발생하는 엄청높은 상층인 200hPa 고도에도 파동은 있고, 하층 대기에도 지면의 영향에 의한 파동이 존재합니다. 이런 상, 하층의 파동이 유기적으로 연계되어있으며, 큰 흐름은 상층에서 작은 요란은 하층에서 만들어 진다 생각하면 됩니다.
500hPa의 파동을 많이 논의하는 이유는 간단합니다. 500hPa이 대류권의 중간지점이어서 평균 흐름을 따지기에 유리하며, 특히 이 고도대역이 비발산 고도라 하여 공기의 연직 흐름에 의한 수렴과 발산의 합이 평균적으로 0이 되는 지점, 즉 상하층간 공기가 움직이는 전형적인 통로가 되는 지점이기 때문이라 합니다.
위의 그림은 해외 원서에 있는 그림으로, 일부 어려운 영어를 반역하여 다소 그림이 매끄럽지 못합니다. 보시면 알 수 있듯, a) 그림은 500mb(500hPa) 등압면과 300mb 등압면에서 파동을 묘사하고 있으며, 지상에서 300mb까지 공기의 연직 방향 흐름이 잘 나타납니다. 또한 b) 그림에서는 500mb 등압면 상공에 한대전선 제트의 흐름을 묘사하고 있습니다.
보통 고등학교 교육과정에서 편서풍 파동을 다루며 정확한 고도에 대한 언급 없이 500hPa 등압면만을 다루고, 제트류의 형성 고도 역시 두리뭉술하게 넘어가 버려 이에 대해 정확하게 알기 어려우니 위 그림을 참고하면 내용을 이해하는데 많은 도움이 될 것 같습니다.
3. 파동에서 나타나는 수렴과 발산
여기서부터는 많이들 논의하는 500hPa 등압면 상에서 일어나는 파동의 움직임을 이야기 하겠습니다.
인터넷에서 적당한 그림을 찾기 어려워 제가 그렸습니다. 기본적으로 파동의 축은 위 그림처럼 오른쪽으로 약간 기울어져 있습니다. 교과서에서는 다루지 않지만 이렇게 기울어져 있어야 열 수송과 각운동량 수송이 가능하기 때문인데, 글의 논지를 많이 벗어나니 여기서는 잠깐 다루지 않겠습니다.
이제 흐름을 따라 가 보겠습니다.
1) 1번 에서는 반시계방향으로 공기가 회전. 저기압성 경도풍으로 풍속이 작아집니다.
2) 2번 에서는 1번을 벗어나면서 지균풍 영역에 들어옵니다. 여기서 저기압성 경도풍 보다는 속도가 빨라집니다. 지난포스팅을 참고하시면 알 수 있습니다. 그리고 잠시 뒤 보게될 3번에서는 2번보다 빠른데, 이로인해 2번 에서는 공기가 발산, 즉 퍼집니다.
3) 3번 에서는 고기압성 경도풍 영역에 들어옵니다. 풍속은 2번보다 더 빨라집니다.
4) 4번 에서는 3번을 회전하여 돌아나온 공기가 다시 지균풍 영역으로 들어오며 속도가 느려집니다. 이후 나타날 저기압성 경도풍에 의해 풍속은 다시 감소하며 여기서는 수평방향으로 공기가 수렴, 즉 모이게 됩니다.
4. 하층 대기와의 연계
파동에서 나타나는 수평 방향의 수렴과 발산으로 인해 연직방향의 흐름이 나타나게 됩니다. 아래 그림을 보며 설명해 보겠습니다.
공기가 수렴하면, 모인 공기는 자연스럽게 연직 아래를 향하게 됩니다. 그럼 지상의 입장에서는 하강기류이기 때문에 고기압이 형성됩니다. 반대로 공기가 수평 발산하는 곳은 빈 공기를 채우기 위한 상승류가 발생하게 됩니다. 자연히 지상에는 저기압이 형성되며 반시계 방향의 회전이 만들어지는데, 이 때 남북간 온도차가 심할때 이들이 회전하면서 섞이려 하며 온대저기압이 만들어지기 시작하는 것입니다.
온대저기압이 최초로 만들어지기 시작 할 때 정체전선 이후 소용돌이가 발생하며 섞이는 이유가 여기에 있는데, 바로 상층 대기의 흐름에 의해 저기압이 만들어지기 때문인 것입니다.
5. 제트류
이제 이 흐름을 제트류와 함께 생각해 보겠습니다. 위 그림을 보면 알 수 있겠지만, 연직방향의 흐름은 500hPa 등압면에서 끝나는게 아니라 훨씬 높은 상층, 제트류가 흐르는 곳 까지도 오르락 내리락 할 수 있습니다. 만약 상층에 제트류가 있다면, 이 연직방향의 수렴 발산은 훨씬 강하게 나타날 것이고, 지상에서는 훨씬 다이나믹하게 기상 현상이 나타나겠죠.
아래 그림의 왼쪽은 500hPa 등압면에서 나타나는 편서풍 파동이고, 오른쪽은 200hPa의 등압면입니다. 오른쪽 그림을 자세히 보면 초록색 영역 표시된 부분이 있는데 거기가 지균풍이 발생하고 있는 지점입니다. 사행의 모양은 왼쪽이나 오른쪽이나 거의 같습니다.
결국 최소한 중위도 지방의 날씨 변화는 상당량이 상층 대기에 의해 좌지우지 된다는 것을 알 수 있습니다. 제트류에 대한 내용은 제가 예전에 작성한 아래 포스팅에서 볼 수 있습니다.
일기도에서 제트류 확인하기
제트류라는 것은 대류권의 최상부에서 나타나고 풍속이 30m/s 이상인 바람을 말한다. 대류권 최상부라 하여도 모든 대류권에서 나타나지는 않고 주로 대기대순환에서 극순환(Polar cell)과 페렐 순
kalchi09.tistory.com
다음의 기상 포스팅에서는 여기서 다루지 않은 편서풍 파동의 발생 원인, 파동의 축이 북동쪽으로 기울어진 이유, 초 지균풍이나 아 지균풍 등 편서풍 파동과 관련된 다른 이야기들을 논의해 보도록 하겠습니다.
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