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상승기류
상승기류(上昇氣流, ascending air current, updraft)는 대기 중에서 위로 올라가는 공기의 흐름을 말한다. 단열 팽창으로 인하여 공기 중의 수증기가 응결됨에 따라 구름이 만들어지고 비가 내리게 되는 경우가 많다.
개요[편집]
상승기류는 연직 기류 중 위쪽으로 향하는 것을 말한다. 지표면에 대한 공기의 상대운동 중에서 수평방향 성분을 바람이라 부르며 수직방향 성분을 수직기류라 한다. 이때 위로 올라가는 것을 상승기류라 한다. 연직 기류의 속도는 적란운 속에서와 같은 특수한 경우를 제외하고 매초 수cm의 크기여서, 이것은 매초 수m 이상의 수평 기류에 비하면 훨씬 작다. 그러나 상승기류에 의하여 공기덩이는 단열팽창하여 기온이 내려가기 때문에 그 안에서 응결 현상이 일어나고 구름이 발생한다. 이는 대기 중의 기본적인 현상을 일으키는 원인이 된다. 지형성 상승, 대류성 상승, 대규모 운동에 의한 상승 등이 있다. 글라이더가 고도를 유지하거나 혹은 높이 뜨기 위해서 이용한다. 상승기류는 크게 지형 상승풍(地形上昇風)과 열 상승풍(熱上昇風)으로 나눈다.
기류(氣流, air current)는 온도나 기압 차이로 발생하는 공기의 흐름을 말한다. 태양 복사에너지로 인해 위도에 따라 다른 온도로 가열되고 이때의 온도 차이로 인해 밀도가 큰 찬 공기와 밀도가 작은 더운 공기가 생겨난다. 이러한 공기가 대류로 이동하면서 공기의 흐름이 발생하게 된다. 수평 방향 공기의 흐름을 의미하는 바람과는 달리, 기류는 수직, 수평 방향의 흐름 모두를 의미하지만, 기상학에서는 주로 수직(연직)방향의 공기 흐름을 중심으로 다룬다. 공기가 위로 올라가는 것은 상승기류, 아래로 내려가는 것은 하강기류이다. 상승기류로 바람이 한 곳에 집중(수렴기류)되면 베르누이의 정리(Bernoulli's theorem)에 의해 풍속이 증가한다.[1][2][3]
상승기류의 특징은 위쪽으로 향하는 공기의 운동을 말한다. 기압은 높이 올라갈수록 낮아지므로 공기덩어리가 상승하면 부피가 팽창해서 온도는 내려간다. 온도가 낮아지는 비율은 100m 상승하는 데 따라 약 1℃이다. 공기 중에 포함된 수증기는 이슬점 온도에 도달하면 응결되어 구름을 만든다. 상승을 계속하면 구름입자가 성장해서 비나 눈이 내린다. 그러므로 상승기류가 생기는 곳은 일반적으로 날씨가 나쁘다. 산의 일기가 변덕스러운 것도 상승기류가 발생하기 쉽기 때문이다. 반대로 하강기류가 발생하는 곳은 구름이 없고 대체로 습도가 낮다.[4]
상승기류의 발생[편집]
- 산의 경사면을 따라 바람이 불 때
- 두 기단의 경계면에서 찬 공기 위에 따뜻한 공기가 얹혔을 때
- 따뜻해진 공기덩어리가 부력에 의해 상승했을 때
- 지표면이 햇빛에 의해 강하게 가열되는 경우와 구름 내부에서 수증기가 응결할 때 발생하는 잠열에 의해 공기덩어리가 따뜻해지는 경우가 있다. 적란운이 위쪽으로 발달하는 것이 잠열에 의한 경우에 해당된다.
- 성질이 비슷한 두 개의 기류가 합류하면서 일부 공기가 상공으로 밀려 나갈 때
- 바람이 바다에서 육지로 향해 불 때
- 바람이 해안선을 넘으면 갑자기 지표면과의 마찰이 커져서 풍속이 약해진다. 따라서 일부 공기가 상공으로 향한다.
- 태풍과 같은 강한 저기압의 중심부
- 저기압의 중심부는 주위보다 기압이 낮기 때문에 지표면 부근의 공기가 중심부에 모인다. 그 결과 상승기류가 생긴다.[4]
구름과 상승기류[편집]
상승기류가 있으면 수증기가 응결해 구름이 생긴다. 상승기류가 생기는 원인에 따라 구름의 성질도 다르다. 여름철 한낮에 갑자기 발달하는 소나기구름은 뜨거운 햇빛에 의해 공기가 가열되어 상승하면서 만드는 구름이다. 가장 흔한 상승기류는 저기압 중심 부근에서 나타나는 것이다. 저기압이 지나가면 날씨가 흐리거나 비가 오는 것은 저기압 중심부의 상승기류가 만드는 구름 때문이다.
높은 산맥 같은 지형적인 원인으로 나타나는 상승기류와 구름도 있다. 동해에서 몰려온 습한 공기가 산맥에 부딪치면 자연스럽게 산을 타고 오르는데 이때 산의 중턱에 두터운 구름이 생기기 쉽다. 이 때문에 2월이나 3월에 영동지방에는 폭설이 쏟아지곤 한다. 이밖에 해륙풍이나 전선, 대규모 산불이나 도시의 화재, 화산의 분화, 핵폭발에 의해서도 강한 상승기류가 생기고 이로 인한 구름이 발생한다.[4]
상승기류 생성원리[편집]
기상학에서 상승풍이나 상승기류의 개념은 크고 넓다. 지구의 공기 순환은 태양에 의해 일어나며 여기서 써멀은 지역적이고 작은 개념이다.
발생 원리
태양은 지표면을 달구어 수면이나 숲, 초지보다는 표면이 잘 드러나 있는 곳이 잘 덥혀진다. 태양이 지면을 데우면 지면은 근처 공기를 데운다. 상대적으로 따뜻한 공기는 팽창되고 지면에서 이탈하여 상승하는데, 이것이 상승기류 즉, 써멀이다. 형태는 보통 기둥 형태를 가지나 조건에 따라 다양한 모양을 지니며, 그 힘에 따라 상승력이나 높이, 넓이 또한 천차만별이며 특히, 바람에 영향을 많이 받는다. 써멀은 무한정 상승하는 것은 아니다. 상승하는 뜨거운 공기는 주위에 차츰 에너지를 빼앗기며 상승하며 소멸하기도 하고 역전층까지도 도달한다. 역전층까지 도달한 써멀은 수증기로 바뀌어 구름(적운- 뭉개구름)을 형성하기도 하고, 그렇지 않을 수도 있다. 우리가 흔히 볼 수 있는 뭉게구름(적운)은 상승기류가 만들어 내는 구름이며 이 구름이 크게 발달하면 비를 뿌리거나 심지어는 천둥·번개를 동반하기도 한다.
오른쪽 그림에서 보듯이 상승기류는 주위에 필연히 하강기류를 만들고 수직 성향의 상승기류와 하강기류 전단, 또는 수평 성분의 바람과 썩이면서, 때때로 난류를 만들어 내기도 한다. 그래서 상승기류가 나의 실력에 적절한지를 잘 판단하고 비행하여야 하며 순간적인 하강이나 날개 흔들림에 대비하여야 하며 제어 능력 범위 외라고 판단되면 그 상승기류 내에서 벗어나는 것이 좋다. 역전층에서 대기의 온도는 고도가 높아질수록 낮아진다. 하지만 특정 고도에 다 다르면 위의 온도가 밑의 온도보다 높아지는 현상이 발생한다. 이 지점이 역전층이며, 역전층의 높이는 매일 다르며 주로 대한민국에서는 여름철에 낮고 봄가을로 높다. 또 건조하고 일교차가 큰 날 높게 형성되며 대한민국에선 800m~3000m 전후로 형성된다.
상승기류가 잘 발생되는 지역과 기상 조건
- 숲이나 수면 또는 불규칙한 건물이 있는 지역 보다는 표면이 노출되고 일정한 지역
- 바람이 막히고 햇볕이 잘 드는 지역
- 흐르는 따뜻한 공기를 도약시킬 수 있는 여건이 있는 지역(예: 산이나 언덕, 또는 평지에서 큰 건물이나 나무숲의 시작점)
- 건조하고 일교차가 큰 날
- 고기압 가장자리나 다가오는 저기압의 초입
참고로 오른쪽 그림은 바람이 적거나 없을 시의 상승기류 형태의 그림이다. 상승기류는 풍속이 세면 셀수록 기울어지고, 깨지고, 풍향에 따라 방향을 바꾸어 휜다.[5]
관련 용어[편집]
하강기류[편집]
하강기류(descending air current, 下降氣流)는 상승기류와 반대로 상층에서 아래쪽을 향하는 기류를 말한다. 밑으로 향하는 연직류로서 광범위하게 하강기류가 있는 곳은 일반적으로 날씨가 좋다. 지표면에서 위쪽을 향해 흐르는 상승기류에 대응하는 말로, 고기압 지역에서 많이 나타나는 현상이다. 고기압 내부에서는 공기가 주변부로 흐르기 때문에 상층부의 공기가 그 빈 자리를 메우기 위해 아래로 내려오게 된다. 하강 속도가 초당 수cm로 아주 느리고 공기도 매우 건조해서 하강기류가 활발한 중위도 고압대에는 사막이 형성되기도 한다.
또 고원이나 산맥을 넘어 내려오는 하강기류는 고온건조하여 국지적으로 기온상승을 가져오므로 인간생활이나 목축업에 많은 영향을 준다. 로키산맥의 치누크(Chinook)나 알프스의 푄(Föhn)은 모두 하강기류의 일종이다. 이 기류 속에서는 공기의 열이 차단되고 온도가 올라가므로 구름이 없고 날씨가 맑은 것이 특징인데, 열대저기압 중심부에 나타나는 태풍의 눈이 대표적인 예이다.
- 중위도고압대 : 적도 저압대에서 상층으로 올라간 공기는 이동하면서 냉각되어 위도 30도 부근에서 하강기류로 변한다. 하강기류가 발생하면 공기가 누르는 힘이 강해져 기압이 높아지기 때문에 이 지역을 중위도고압대라고 한다. 공기가 점점 아래로 내려오면서 지표의 복사열을 받으면 온도가 올라가고 매우 건조해진다. 이 때문에 중위도지방에는 건조하고 맑은 날씨가 계속되는 경우가 많다. 사하라 사막, 아라비아 사막, 중국의 타클라마칸 사막과 몽골의 고비사막, 미국의 모하비 사막 및 호주 북부의 사막 등 대부분의 사막은 중위도고압대에 있다.
- 극고압대 : 극지방은 태양의 고도가 매우 낮아서 복사열을 적게 받는다. 따라서 땅에 인접한 공기는 항상 차갑고, 이로 인해 하강기류가 형성된다. 이 하강기류에 의한 고기압대를 극고압대라고 부르며 비나 눈이 거의 오지 않는다는 특징을 지닌다.
- 태풍의 눈 : 태풍은 공기의 거대한 소용돌이로, 기압이 낮은 중심부를 향해 공기가 반시계방향으로 회전하면서 모여든다. 중심으로 접근할수록 바람이 강해지고, 공기는 강한 원심력을 받게 된다. 원심력이 엄청나게 강해지면, 공기는 중심으로 들어가지 못하고 중심 둘레를 돌면서 상승한다. 이 때문에 태풍의 중심부는 공기가 비게 되고, 이 부분을 보충하려는 하강기류가 생긴다. 따라서 강한 저기압임에도 불구하고 구름도 드물고 바람이나 비도 약한 날씨가 된다. 이 부분을 태풍의 눈이라 한다.[6]
수렴기류[편집]
수렴기류(convergence air current, 收斂氣流)는 지형과 기상조건에 따라서 기류가 한 곳으로 집중이 되어 있는 상태를 말한다. 기류가 한 곳으로 모이는 곳은 '베르누이의 정리'에 의해서 풍속이 증가한다. 수렴기류가 존재하는 곳을 수렴장, 수렴기류와 함께 부는 바람을 수렴풍이라 한다. 상승속도와 공기의 연속식에 의해 관계 지어지며, 수렴한 기류는 상승기류가 되기 때문에 일기분포와 밀접한 관계가 있으며 일기예보에 중요하다. 또한 기류가 수렴하는 곳에서는 유체역학(流體力學)의 '베르누이의 정리'에 의하여 풍속이 증가하므로, 항공항법(航空航法) 등에서도 중요하다. 수렴기류가 존재하는 곳을 수렴장, 수렴기류와 함께 부는 바람을 수렴풍이라고 한다.[7]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
- 〈상승기류〉, 《네이버 국어사전》
- 〈상승기류〉, 《기상백과》
- 〈상승기류〉, 《용어해설》
- 〈상승기류〉, 《두산백과》
- 〈기류〉, 《위키백과》
- 〈하강기류〉, 《두산백과》</ref>
- 〈수렴기류〉, 《두산백과》
- 관리자, 〈온라인 강의 게시판 - 상승기류 생성원리 - 상승기류비행 - 1편〉, 《양평패러글라이딩파크》, 2013-03-15
같이 보기[편집]
