내부 - 09. 유적과 유선 및 온도풍

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내부 - 09. 유적과 유선 및 온도풍에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

결과적으로 나타나는 유적은 아래 그림과 같다.
2. 온도풍의 정의와 특성
지균풍은 수평 온도 경도가 있으면 연직방향으로 갈수록 변하게 된다. 왜 그런지 이제부터 알아 보도록 하자.
지균풍 공식 에 의하면 지균풍은 등압면 상에서 지오퍼텐셜 경도에 비례하는데 방향으로 기온이 높으면 아래 그림에서 보인 것처럼 등압면이 기울어지고 연직방향으로 갈수록 지오퍼텐셜 경도가 커지기 때문에 지균풍속도 증가하게 된다.
한편 정역학 방정식 로부터
로 표현된다. 여기서 상태방정식이 사용되었다.
지균풍 공식을 성분별로 표현하면
,
이 식을 각각 로 편미분하면 다음과 같다.
그러므로
또는
한편
그러므로
또는
벡터 형태로는
이 식을 온도풍 방정식이라 한다.
“온도풍”이란 상층의 지균풍 벡터에서 하층의 지균풍 벡터를 뺀 벡터 바람으로 정의한다. 즉
이 식은 앞의 온도풍 방정식을 기압고도 에서 까지 적분한 것이다. 여기서 는 온도풍 벡터를 나타내고 이다.
를 기압 와 사이에 있는 층의 평균온도라 하면 온도풍의 성분과 성분은 각각
,
로 주어진다. 온도풍의 성분에 대한 식을 살펴 보자.
대류권 내에서 특히 북반구 중위도지방에서는 북쪽으로 갈수록 기온이 감소한다. 그러므로 /이다. 또 이고 이므로 이다. 즉 상층의 가 하층의 보다 강하다는 것을 의미한다. 따라서 북반구 중위도지방 대류권에서는 남쪽이 따뜻하고 북쪽이 차기 때문에 고도가 증가함에 따라 서풍이 강해진다.
그러나 대류권계면보다 높은 고도에서는 반대로 남쪽이 차고 북쪽이 따뜻하기 때문에 /이고 따라서 이다. 즉 상층의 가 하층의 보다 약하여 고도에 따라 편서풍속이 감소한다. 그러므로 대류권계면 부근에 편서풍이 가장 강한 제트류가 형성되는 것이다.
온도풍의 성분과 성분은 지오퍼텐셜의 차로써 표현할 수 있다.
이 식들은 앞에서 표현한 식들과 동등해야 한다.
그러면
임을 확인해 보도록 하자.
정역학 방정식 로부터
로 쓰고 양변을 에서 까지 적분하면
즉
그러므로
또한
따라서 와 를 나타낸 두 식이 서로 동등함을 알았다.
앞의 지오퍼텐셜 차를 나타낸 식
은 층두께를 나타내는 식이다. 이 식으로부터 지오퍼텐셜 단위로 측정한 와 사이 층의 두께 는 그 층의 평균온도 에 비례한다는 것을 알 수 있다. 그러므로 가 같은 선(두께 등치선)은 그 층의 평균온도의 등온선과 같다.
층두께를 지오퍼텐셜 고도로 나타내면
이다.
이처럼 온도풍 방정식은 관측된 바람장과 온도장이 잘 일치하는지 점검하는데 사용되는 유용한 도구이다.
한편 온도풍은 어떤 기층에서의 평균 수평 온도이류를 산정하는데 사용될 수 있다. 이것을 알아 보도록 하자.
지오퍼텐셜 차로 표현된 온도풍의 성분 와 성분 를 벡터 형태로 표시하면
는 또한 다음과 같이 표현된다.
이 두 식을 비교해 보더라도 이 에 비례함을 알 수 있다. 두 번째 온도풍 식은 온도풍이 북반구에서 층평균 등온선(층두께선)에 나란하게 불고 찬 쪽을 왼쪽에 두고 분다는 것을 의미하고 있다.
아래 그림과 같이 지균풍의 방향이 상층으로 갈수록 반시계방향으로 바꾸는 경우 (이를 반전(backing)이라 함)와 시계방향으로 바뀌는 경우(이를 순전(veering)이라 함)를 생각해 보자.
위 왼쪽 그림에서와 같이 고도에 따라 풍향이 반시계방향으로 바뀌는 경우는 한랭이류와 연관되어 있고, 오른쪽 그림에서와 같이 고도에 따라 풍향이 시계방향으로 바뀌는 경우는 온난이류와 연관되어 있다. 이와 같이 한 지점의 상층바람 관측 자료로부터 수평 온도 이류를 산정할 수 있게 된다.
3. 순압대기와 경압대기
(1) 순압대기
정의: 밀도가 기압에만 의존하는 대기
즉
이 대기에서는 등압면이 바로 등밀도면이다.
상태방정식 에서
이므로 순압대기에서는 가 일정하면 가 일정하게 된다.
즉 등압면이 곧 등온면이 된다. 그러므로
온도풍 방정식 에서
이 된다. 즉 지균풍이 연직방향으로 변하지 않고 일정하다. 따라서 이 대기에서는 실제 대기에서 나타나는 권계면 근처의 편서풍 제트류는 생길 수 없다.
(2) 경압대기
정의: 밀도가 기압 및 기온에 의존하는 대기
즉
이 대기에서는 지균풍이 연직 쉬어(shear)를 갖는다.
이 연직 쉬어는 수평 온도 경도에 관련되어 있고, 다음의 온도풍 방정식으로부터 구할 수 있다.
여기서 가 연직 쉬어를, 가 등압면에서의 수평 온도 경도를 나타낸다.
학습정리
1. 유적은 유한한 시간 동안에 어떤 특정한 공기덩이가 움직이는 경로를 말하고, 유선은 어느 한 순간에 공기덩이 속도에 평행한 선을 말한다.
2. 유적은 를 적분함으로써 구할 수 있고, 유선은 를 적분함으로써 얻을 수 있다.
3. 온도풍이란 상층의 벡터 지균풍으로부터 하층의 벡터 지균풍을 뺀 벡터 바람이다.
4. 온도풍의 크기는 수평 온도 경도에 비례한다.
5. 온도풍의 방향은 층평균 등온선에 나란하게 불고 북반구에서는 찬 쪽을 왼쪽에 두고 분다.
6. 지균풍의 풍향이 상층으로 갈수록 반시계방향으로 바뀌면 그 층에서는 한랭이류가 존재하고, 시계방향으로 바뀌면 온난이류가 존재하게 된다.
7. 순압대기는 밀도가 압력에만 의존하는 대기이고 경압대기는 밀도가 압력과 온도에 의존하는 대기이다.
8. 순압대기에서는 수평 온도 경도가 없어서 상층에 제트류가 생길 수 없고, 경압대기에서는 수평 온도 경도가 존재하므로 권계면 근처의 편서풍 제트류와 같은 제트류가 형성될 수 있다.
연습문제
북반구 어느 지점에서 상층풍을 관측했더니 다음과 같았다.
850hPa 고도에서 남풍
700hPa 고도에서 서풍
이 경우 온도풍 벡터를 구하고, 850hPa고도와 700hPa 고도 사이에서 어떤 온도이류가 존재하는지 판정하라.
(정답)
온도풍 벡터는 이므로 위 그림과 같다. 즉 온도풍은 북서풍이고 그 크기는 이다. 그리고 온도풍은 북반구에서 찬 쪽을 왼쪽에 두고 불므로 의 왼쪽인 북동쪽이 차고 오른쪽인 남서쪽이 따뜻하다. 그러므로 850 hPa고도와 700hPa고도에서 부는 바람은 모두 따뜻한 쪽에서 찬 쪽으로 불게 되고 이는 곧 온난 이류에 해당한다.
위 관측 바람은 상층으로 갈수록 풍향이 시계방향으로 바뀌고 있으므로 앞에서 배운대로 온난이류가 존재해야 함을 알 수 있다.

키워드

대기역학,   등압좌표계,   연속방정식,   경도풍,   온도풍,   지균풍,   건조공기,   유적과 유선,   유적,   유선