03 대기대순환

이제 본격적으로 내용을 배워 볼 차례입니다. 지금부터 나오는 내용은 중학교 사회시간과 과학시간에 들어본 내용이 많을 거에요. 여러분들이 모두 잘 마치고 올라왔다고 믿고 진행할 예정입니다. 이 부분이 이해가 어려운 친구들은 고등학교 세계지리의 2단원에 해당하는 내용 인강을 들으면 도움이 많이 됩니다. 어차피 그 내용으로 가르치거든요. 그럼 이제 시작합니다.

2시간 뒤에 비가 올까요? 아니면 7월에 비가 올까요? 앞에 질문은 과학선생님께 하면 좋겠지만, 뒤에 질문은 지리선생님께 하면 좋습니다. 이게 무슨 이야기냐구요? 우리는 우리를 둘러싸고 있는 대기의 영향을 많이 받습니다. 그래서 이러한 대기의 상태를 연구하는 학문이 있는데, 기상학과 기후학이라고 합니다. 우리가 흔히 이야기하는 날씨는 기상학의 영역에 속하고, 이러한 날씨가 모이고 모여 나타나는 장기적인 상태는 기후라고 합니다. 그래서 앞 질문보다는 7월에는 장마전선이 형성되어 많은 비가 내리는 경우가 많다고 답할 수 있는 뒤 질문은 지리선생님이 배운 분야에 가깝습니다.

이제 세계의 기후를 살펴볼 예정입니다. 그에 앞서서 왜 그런 기후가 나타나는가 이해해야합니다. 물론 싸그리 외우는 방법도 있긴 합니다. 하지만 외우기에는 내용이 너무 많고, 시간이 조금만 지나도 기억이 나지 않습니다. 이해하는 것은 다소 고통스러울 수 있지만, 이해하고 나면 줄줄이 연결되어 시간이 지나도 언제든 필요할 때마다 떠올릴 수 있습니다. 그래서 이해부터 하겠습니다.

먼저 기후부터 알아봅시다. 기후는 장기적인 대기의 상태인데, 보통 한 30년정도 이상 되면 기후라고 불러도 됩니다. 이러한 기후가 어떠하다라고 표현하기 위한 것들은 기후요소라고 합니다. 덥다, 춥다, 건조하다 이런 것들이요. 기후요소로는 기온, 강수, 바람, 안개, 습도 등이 대표적입니다. 단어만 들어도 뭔지 알 것 같으니까 굳이 자세하게는 설명하지 않겠습니다.

이러한 기후요소가 변화할 수 있는 원인에 해당하는 것들이 있습니다. 이런 것들을 기후요인 혹은 기후인자라고 합니다. 대표적으로는 위도, 지형, 수륙분포, 해발고도, 해류 등이 있습니다. 하나하나 나눠가면서 살펴봅시다.

먼저 위도입니다. 사실 지구가 동그랗지 않고 평면이면 저 멀리서 평행하게 오는 태양에너지가 어디든 다 똑같이 비출겁니다. 아니 정확하게 표현하면, 같은 양의 태양에너지가 들어오면 같은 면적을 비추게 될 것입니다. 그런데 지구는 둥그렇습니다. 같은 양의 태양에너지가 들어와도 실제 지구에 비춰지는 면적은 다르게 나타납니다. 적도에 가까워질수록 수직에 가까워지고, 극에 가까워질수록 수평에 가까워집니다. 그래서 극으로 갈수록 단위면적당 들어오는 태양에너지의 양이 줄어듧니다. 결국 무슨 말이냐, 고위도로 갈수록 춥다는 뜻입니다.

그 다음은 해발고도입니다. 여름철 생각해봅시다. 아스팔트가 지글지글한 지면은 몹시 뜨겁게 느껴집니다. 이유는요? 지구복사에너지때문입니다. 태양에너지가 내리쬐면 지구에서는 복사에너지를 내뿜어주는데, 복사에너지는 장파라서 멀리 못갑니다. 간단하게 산으로 가면 기온이 떨어진다 정도로 정리하면 편합니다.

그 다음은 수륙분포입니다. 중학교때 운동장에서 모래를 퍼오고 전구로 비추어서 온도 변화를 보는 실험 했었나요? 비열이라는 개념을 학습하기 위한 실험입니다. 비열은 온도 1℃를 올리기 위해 필요한 에너지입니다. 내 몸이 무거우면 주변에서 밀어도 잘 안밀리는 것처럼, 비열이 큰 물질은 외부에서 에너지가 들어와도 온도가 쉽게 변하지 않습니다. 물이 먼저 가열될까요 모래가 먼저 가열될까요? 여름철 바닷가를 가면 쉽게 알 수 있습니다. 모래는 앗뜨거 하지만 바닷물이 앗뜨거 하지는 않습니다. 모래가 물보다 비열이 작습니다. 그럼 가열도 먼저되고, 냉각도 먼저 된다고 생각하면 간단할 것 같습니다. 그럼 이 개념을 지구로 확장해볼까요? 대륙과 해양을 비교해봅시다. 대륙과 해양 중에 먼저 가열되는 곳은? 이런 식으로 생각하면 대륙이 기온변화가 더 크다는 결론을 얻을 수 있습니다.

그 다음은 지형입니다. 아주 높은 산은 공기가 넘어가면서 성질이 바뀝니다. 공기가 가지고 있을 수 있는 수증기의 양을 포화수증기압이라고 하는데, 이 포화수증기압은 온도가 높아질수록 늘어납니다. 산을 올라가는 공기는 고도가 올라갈수록 온도가 떨어집니다. 온도가 떨어진 공기는 더 이상 수증기를 가지고 있을 수 없는 온도에 이르게 됩니다. 그 온도에 이르는 고도를 응결고도라고 합니다. 응결고도에 이르게 되면 이때부터는 수증기가 응결해서 비(혹은 눈)를 내리게 됩니다. 산의 사면 중에 바람을 받는 쪽은 바람받이, 그리고 그 반대편은 바람그늘이라고 부르는데, 바람받이 사면에서는 응결고도를 넘는 부분에서 강수가 내리는 셈입니다. 근데 이렇게 올라가는 공기 속의 수증기는 상태변화 과정에서 에너지를 방출합니다. 공기의 온도가 떨어지는 상황에서 수증기의 에너지 방출은 온도가 떨어지는 것을 더디게 합니다. 그래서 외부와 열을 주고받지 않는 습윤한 공기가 상승하면서 나타내는 온도의 감소 비율(습윤단열감률)은 건조한 공기에 비해 훨씬 낮게 나타납니다. 보통 100미터 상승할 때에 0.5℃정도 비율로 줄어듧니다. 반면 건조한 공기는 100미터 상승할 때에 1.0℃ 정도로 감소합니다. 바람그늘 사면에서 산을 타고 내려가는 공기는 이제 건조단열감률을 따릅니다. 응결고도보다 높은 산지에서 100미터 상승할 때마다 0.5℃씩 감소한 기온이 100미터 하강할 때마다 1.0℃씩 증가하였으니, 바람그늘에서의 공기는 고온건조해집니다. 똑같은 공기인데 산 하나 넘었다고 달라진다는게 신기하지 않나요? 과학수업이면 그래프를 그려가면서 할텐데, 원리만 이해하면 되니까 살짝 문학적으로 해봅시다. 공기라는 친구가 수증기라는 가방을 메고 산을 오른다고 칩시다. 가뜩이나 오르는 것이 어려운데 짐도 많으니 바람받이사면에서는 온도가 천천히 떨어집니다. 바람받이 사면을 오르다가 중간에 힘드니까 물을 버리는게 지형성강수입니다. 바람그늘사면에서는 편하니까 금새 쑤욱 날아다니겠죠? 온도도 쑥 오르니까 고온이라는 특성이 나타나고, 오르기 전에 비해 물이 적어지니 건조해진 셈입니다. 논리적이지는 않지만 외울 때에는 조금 도움이 됩니다.

그 다음은 해류입니다. 해류는 따뜻한 난류와 차가운 한류 정도만 구분하면 됩니다. 난류는 따뜻해서 수증기도 많이 공급하고 비도 많이 내립니다. 한류는 차가워서 공기를 냉각시키고 고기압을 발달시켜 주변에 비가 잘 내리지 못하게 만들어줍니다. 다만 온도가 낮다보니 응결은 잘 되어서 안개는 자주 낍니다.

이러한 기후가 왜 이렇게 나타나는지 알아보기 위해서 먼저 지구부터 다시 살펴봅시다. 지구는 일단 평면이 아니라 구 형태입니다. 그리고 기울어진 상태로 자전을 합니다. 그냥 자전하면 일년 내내 적도는 덥고 극지방은 더울텐데, 춘분과 추분에만 해당하는 얘기가 됩니다. 지구가 23.5도 기울어진 상태로 공전하다보니 하지에는 북위 23.5도에 태양에너지가 수직으로 비추게 됩니다. 반대로 동지에는 남위 23.5도에 태양에너지 수직으로 비춥니다. 결국 북반구는 6월, 7월, 8월에 여름이 찾아오고 남반구는 겨울이 찾아옵니다. 반대로 12월, 1월, 2월에 북반구는 겨울이 찾아오고 남반구는 여름이 찾아옵니다. 결국 계절이 생기는 원인은 지구가 삐딱하게 돌고 있어서 그런 것입니다.

이제 다 하나씩 결합해봅시다. 지구가 자전축도 안삐딱하고 그냥 자전도 안하고 그냥 구체라고 생각해봅시다. 적도에 태양에너지가 많이 비추니 가열되고, 극지방은 태양에너지가 부족하니 냉각됩니다. 그래서 적도 주변에서는 가열된 공기가 힘차게 상승기류를 만들고, 극지방은 냉각된 공기가 고기압을 만들어 놓습니다. 그럼 지구 표면에서는 극지방에서 적도까지 바람이 불고, 적도에서는 상승한 공기가 극지방까지 이동해야합니다. 그런데 그것은 가능하지 않습니다. 왜냐면 지구가 자전을 하기 때문입니다. 지구는 자전하는데 한시간에 15도씩 회전합니다. 문제는 극지방에서 이동하는 양과 적도에서 이동하는 양이 다릅니다. 그래서 전향력이라는 힘이 발생합니다. 전향력에 대해 궁금한 학생들은 통합과학과 물리를 담당하시는 황선생님께 질문해주세요. 전향력에 의해 북반구에서는 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 힘이 발생해서 바람의 방향이 틀어집니다. 이로 인해 지구는 북반구와 남반구에 각각 공기의 순환이 3덩어리로 나타난다는 3세포 모형이 등장합니다. 먼저 적도에서 상승한 공기는 상승하면서 대류성 강우를 내립니다. 동시에 상승한 공기는 대류권의 두께를 두껍게 만들고, 상공에서 남북으로 이동합니다. 이렇게 이동한 공기가 저위도에서 하강하며 저위도고압대를 만들게 됩니다. 저위도고압대에서 적도 저압대 방향으로 지표면에서는 무역풍이라는 바람이 불게 됩니다. 이렇게 생긴 순환을 해들리 순환이라고 합니다. 그리고 극지방에서는 하강기류가 발달하면서 극동풍이라는 바람이 불게됩니다. 극동풍은 고위도저압대에서 상승하여 대기 상층부에서 다시 극지방으로 이동합니다. 이렇게 생긴 순환을 극순환이라고 합니다. 아열대 고압대에서 불어가는 편서풍은 고위도 저압대에서 한대전선을 이루며 상승합니다. 헤들리 순환과 극순환 사이에서 발생하는 간접순환은 페렐순환이라고 합니다. 뭐 순환세포까지 모두 자세히 알 필요는 없지만, 결국 일년 내내 부는 바람이 생겨난다는 사실이 중요합니다. 이러한 바람을 항상풍이라고 합니다. 적도저압대를 가운데 두고 남반구와 북반구에서는 각각 남동풍과 북동풍이 부는데, 이를 무역풍이라고 부릅니다. 아열대고압대에서 고위도로 부는 바람은 서쪽으로 치우친 바람이라는 뜻에서 편서풍이라고 부릅니다. 극지방에서 부는 바람은 극동풍이라고 부릅니다. 그래서 이 세가지의 바람은 일년 내내 거의 그대로 가기 때문에 항상풍이라고 부릅니다.

이번 시간에 배운 내용의 양이 좀 상당합니다. 그리고 평소에 잘 안들어보던 단어가 많아서 생소하기도 합니다. 복습은 필수입니다. 이해가 안되면 그때그때 물어보러 오세요! 언제든 교무실에서 기다리겠습니다. 그래도 이해가 어려운 친구들은 EBS에 있는 세계지리 인터넷강의 중 2단원에 해당하는 내용을 들으면 도움이 많이 될 것 같습니다. 그럼 안녕!