온도풍

온도풍(温度風, thermal wind)은 기온의 수평 분포가 원인이 되어 생기는 가상적 바람을 말한다. 기층(氣層) 안의 등온선에 나란하게 불며, 높이와 비례하여 강해지기 때문에 성층권 가까이에서는 제트기류로 나타난다.

개요

온도풍은 대기의 온도차를 원인으로 하여 발생하는, 고도가 서로 다른 두 점 사이의 바람의 속도벡터 차이이다. 어디까지나 "차이"이며, 그런 바람이 실제로 불고 있는 것은 아니다.

기압이 일정하지만, 기온은 균일하지 않은 평면을 생각한다. 기압이 균일하므로 기압경도력이 작용하지 않고, 이 평면상에서 바람은 불지 않는다. 한편, 정역학적 평형 관계식에 의해 고도가 올라갈 때마다 기압이 감소하는 정도는 기온이 낮은 곳에서 더 크다. 따라서 그 평면 상공에서는 기온이 높은 곳의 상공이 고기압, 기온이 낮은 곳의 상공이 저기압이 된다. 하여 지표에서 부는 바람과 별개로 상공에서 부는 바람이 있는데, 한 지점의 상공 바람 벡터에서 지표 바람 벡터를 빼면 그것이 온도풍 벡터가 되고, 그 방향은 등온선과 평행하다.

평면상의 기압이 일정치 않고 평면상에도 바람이 불 경우 그 상공의 바람은 온도풍과 평면상의 바람의 성분을 합한 것이 된다. 반대로 상공의 바람에서 평면상의 바람을 빼면 온도풍이 된다. 대류권에서는 적도 부근이 가장 기온이 높고, 양극으로 갈수록 기온이 내려간다. 따라서 온도풍은 서풍으로 분다. 고도가 높아질수록 서풍이 강해지고, 대류권계면 부근에서 가장 강해진다.

특징 및 생성 원인

어느덧 겨울이 되고 날씨가 추워지면서 차가운 바람이 많이 불고 있다. 항상 우리의 옆에 있는 바람은 대기과학에서 가장 중요한 요소 중 하나다. 그리고 우리는 바람에 대해서 아주 많은 사실을 알고 있다. 그중 하나인 '바람은 고기압에서 저기압을 향해서 분다'라는 사실은 중·고등학교 과학 시간에 배우기도 한다. 그렇지만 사실 바람은 항상 고기압에서 저기압을 향해 불지는 않는다. 바람에도 여러 가지 종류가 있고, 그 종류에 따라서 바람의 운동이 달라지기 때문이다. 온도풍은 지균풍을 이용하여 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 온도풍을 이해하기 위해서는 지균풍을 이해해야 한다. 지균풍은 기압경도력과 전향력이 균형을 이뤄 부는 바람으로, 마찰력이 없다고 가정한 이상적인 바람이다.

기압경도력과 전향력에 대한 자세한 설명은 아래 기사에서 확인하실 수 있다. 지균풍은 이렇게 쉽게 설명할 수 있다는 장점이 있지만, 지균균형(geostrophic balance) 상태에서만 부는 바람이라는 한계를 가진다. 즉, 기압경도력과 전향력만이 바람에 영향을 미칠 때를 지균균형이라고 할 수 있다. 하지만 실제 자연에서 지균균형 상태는 거의 존재하지 않는다. 지표와의 마찰에 의한 '마찰력'이나 회전에 의한 '원심력'의 영향을 받아서 지균균형에서 벗어나게 즉, 지균풍이 불기 위해서는 마찰이 없어야 하고, 등압선이 완전히 직선이어야 한다. 따라서 지균풍의 개념은 1차 근사로서만 유효하며, 지균풍만으로는 모든 대기 현상을 설명할 수 없다. 바람의 종류는 굉장히 많지만, 그중에서 지균풍을 통해 '온도풍'을 알아볼 수 있다. 먼저 온도풍이란, '상하 지균풍의 차이(고도에 따른 지균풍의 차이)'를 나타내는 가상의 바람으로, 기온의 수평 분포에 의해서 세기가 정해지며, 등온선에 평행하게 부는 바람으로 타나낼 수 있다.

조금 더 자세히 알아보자면, 온도풍은 지균풍과 굉장히 유사한데, 지균풍은 '등압선'에 평행하게 부는 바람이고, 온도풍은 '등온선'에 평행하게 부는 바람이다. 또한 지균풍은 기압 차이에 따라서 그 크기가 결정되지만, 온도풍은 수평 온도 차이가 클수록 그 크기가 결정된다. 또한 저기압은 좌측에 두고 등압선에 평행하게 불었던 지균풍처럼, 온도풍은 저온 지역은 좌측에 두고 등온선에 평행하게 부는 바람이다. 제트기류란 남·북의 온도 차이에 의한 강한 상층바람을 의미한다. 이 제트기류는 그림에서 보이는 것과 같이 항상 서풍인데, 그 이유는 바로 제트기류가 온도풍으로 인해 발생하는 현상이기 때문이다. 위에서 온도풍은 온도가 낮은 쪽을 왼쪽에 두고 등온선과 평행하게 부는 바람이라고 했다.

지구는 원형으로 생겼기 때문에 고위도로 갈수록 온도가 낮아진다. 즉, 극지역이 적도지역보다 훨씬 차가운 상태로 유지되고 있는데, 이 상황에서 온도풍은 차가운 쪽, 즉 고위도를 왼쪽에 두고 불게 된다. 따라서 서에서 동으로 향하는 바람, 서풍이 불게 되는 것이다. 제트기류와 같은 방향으로 비행하면 시간이 적게 걸리고, 반대로 이동하면 시간이 상대적으로 오래 걸리는 것이다. 이처럼 온도풍을 알면 상공에서 일어나는 다양한 현상들을 이해할 수 있다.

기층간의 온도풍

기층간의 온도풍 표시법

온도풍은 기온의 수평적인 분포에 따라 생기는 바람이다. 등온선에 평행하게 등온선 간격에 반비례한 풍속으로 분다. 온도풍의 수직적인 분포를 통해 어떤 기온분포를 가진 기층이 있는지 알 수 있으므로 고층기상에서 매우 중요한 개념이다. 높이에 따라서 풍향 ·풍속이 변하고 있는 경우, 두 기층(氣層) 간의 풍속의 벡터차를 취하면, 그 차의 벡터로 나타낼 수 있는 풍향은 두 기층간의 등온선 방향에 평행이 되며, 풍속은 등온선의 간격에 반비례한다. 오른쪽 그림에서 높이 A, B에 있어서의 바람 a, b의 차의 벡터 T로 나타낼 수 있는 바람이 A B간의 기층 C에 있어서의 온도풍이다. 온도풍 이론을 응용하면 기구(氣球)에 의한 풍속의 수직분포를 관측한 결과에 의거해서, 그 지점의 상공에 어떤 기온분포를 가진 기층이 있는지를 추정할 수 있으므로, 고층기상의 해석상 매우 중요한 개념이다.

참고자료

• 〈온도풍〉, 《네이버 국어사전》
• 〈온도풍〉, 《기상학백과》
• 〈온도풍〉, 《지구과학사전》
• 〈온도풍〉, 《위키백과》
• 〈온도풍〉, 《두산백과》
• 이보현 기자, 〈'온도풍'은 무엇일까?〉, 《네이버 블로그》, 2020-12-15

같이 보기

• 바람
• 기온
• 기층
• 고도
• 기압
• 서풍
• 등온선
• 성층권
• 온도차
• 고기압
• 저기압
• 대류권
• 제트기류

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