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기상학
기상학(氣象學, meteorology)은 대기의 상태와 거기에서 일어나는 물리적 현상과 과정들을 연구하는 학문을 말한다. 대기과학(大氣科學, atmospheric sciences) 또는 기후학(climatology)이라고도 한다.
개요
기상학(대기과학)은 자연과학의 한 분야로, 대기와 그로 인한 현상, 다른 계에 미치는 영향을 연구하는 학문이다. 즉, 행성의 대기와 대기의 기상 현상을 대상으로 하는 자연과학이자 대기과학의 한 분야다. 이전에는 기상학(meteorology)과 기후학(climatology)으로 불렀으나, 기상/기후 현상에 국한되지 않은 대기 현상 전반을 다루기 위해 대기과학이라는 명칭으로 통합되었다. 현재 다른 행성에 대한 연구가 활발해지면서 다른 행성의 대기까지 범주가 넓혀지게 되었다. 기상, 날씨 등과 관련이 있다. 기상학과 기후학의 차이는 시간인데, 기상학은 비교적 짧은 시간에 일어나는 현상을 연구하는 분야로 날씨 등을 연구한다고 볼 수 있고, 기후학은 일정 주기를 갖는 변화를 연구하는 분야로 계절 변화, 지구온난화 등과 관련 있다.
세 부분야 중에서 대기역학, 대기복사, 구름 및 강수물리, 대기분석, 유체역학이 기본이 되며, 대기화학, 고층기상학, 고층대기물리학, 기후역학, 자료동화, 수치예보, 대기환경, 대기관측, 미기상학 등의 세부항목도 존재한다. 이 중 기상학은 옛날에 고위층의 취미였다. 페르디난트 2세나 로버트 훅 같은 사람들도 기상학을 연구하였고, 유명한 화학자 캐번디시나 원자론의 아버지 돌턴도 기상관측을 즐겨 하였다. 고대부터 기상예측은 종교 지도자나 국가 지도자의 권위의 상징이었기 때문이다.[1][2]
특징
기상학은 대기과학이라고도 하며, 대기와 대기 중의 여러 가지 현상을 연구하는 학문으로기상이 지표면에 미치는 영향도 연구대상이 된다. 최근에는 지구 외에 행성의 대기에 관해서도 연구가 진행되고 있다. 기상이 지표면에 미치는 영향도 기상학의 연구대상이 된다. 최근에는 지구 외에 행성의 대기에 관해서도 연구가 진행되고 있다. 처음에는 한서풍우(寒暑風雨)가 중심과제였지만, 현재는 그 내용이 확대되어 날씨와 관계가 없는 것이라도 대기와 관계가 있는 것은 물리학이나 화학의 이론을 응용하여 추구하고 있다. 대기과학(大氣科學:atmospheric science)이라고도 한다. 영어의 meteorology는 그리스어의 meteoros(높은, 상공의)와 logos(논문·논설·학설)를 합쳐 만든 말이고, 한자어의 기상학은 대기중현상학(大氣中現象學)을 줄인 것이다. 아리스토텔레스는 저서 《기상학 Meteorologica》에서 여러 가지 대기현상을 기술하였으며, 제자인 테오프라스토스도 저서에 200종이 넘는 일기속담(日氣俗談)을 수록하였다.
한국의 《삼국사기(三國史記)》에는 지금부터 약 2,000년 전인 신라·백제·고구려의 시조(始祖) 때부터, 뚜렷하거나 특이한 구름·안개·서리·우박 등의 기록과 그에 따른 피해상황 등을 싣고 있다. 또 1441년(세종 23) 측우기(測雨器)를 발명한 것은 G.갈릴레이가 1592년경 온도계를 발명한 것보다 약 150년 앞서 있어서 기상관측용측기로는 세계 최초의 것이다. 이것을 팔도(八道)에 설치하여 관측망을 구성하고 관측결과를 중앙에 보고하도록 한 사실은 세계 기상학사에서 관천망기시대(觀天望氣時代)와 측기시대(測器時代)와의 시대구분을 앞당기는 것으로 크게 평가되는 업적이다. 그러나 19세기 초까지는 주로 경험한 사실의 기술 및 설명이라는 기술과학의 범주를 벗어나지 못하였고, 19세기 중엽부터 기상학 특유의 새로운 방법이 도입되어 기상학의 학문체제가 확립되었다.
대기 중의 현상은 일반적으로 그 변화의 속도가 빠르기 때문에, 어떤 현상이 발생·이동·발달·소멸하는 상황을 파악하기 위해서는 관측값에 의한 대기의 단면도, 즉 대기현상의 공간적 분포를 나타내는 일기도를 되도록 짧은 시간 간격으로 만들어 비교·검토해야 한다. 이렇게 하여 대기현상의 공간적 분포의 변화를 시간적으로 추적하는 것이 기상학 특유의 방법이다. 기상학의 최종목표는 기상현상을 충분히 이해하고, 앞의 변화를 정확하게 예측할 수 있게 하며, 나아가서 인류의 생존에 유용한 기상조절을 인공적으로 행하려는 것이다. 컴퓨터의 발달로 현재는 상층일기도의 작성 및 24시간 또는 48시간 앞의 예상일기도 등을 컴퓨터가 작성하게 되고, 기상현상의 수치예보도 어느 정도 실용화되고 있다. 또 세계기상감시(World Weather Watch:WWW) 체제가 확립되어 기상위성(氣象衛星)이 항상 지구 표면을 감시하고 있으며, 구름분포사진·지표온도분포자료 등을 지속적으로 제공하고 있으므로 대기현상의 파악이 훨씬 쉽게 되었다.[3]
역사
전근대
날씨는 현생 인류가 처음 나타났을 때부터 지금까지 인간 생활에 있어서 매우 중요한 역할을 해오고 있다. 고대 그리스의 탈레스는 이런 날씨를 실생활에 최초로 적용한 사람으로 알려졌다. 한 기록에 따르면, 사람들이 탈레스를 보고 철학을 아무 쓸모없는 것이라며 그가 가난하다고 비난하자, 탈레스는 날씨 연구를 토대로 특정한 여름에 올리브가 풍작이 될 것을 예상하고, 겨울에 싼 값에 올리브 압축기를 사들인 후, 예상대로 올리브가 풍작이 되자, 사람들에게 비싼 값에 대여해 부자가 되었다고 한다.
기후에 대한 체계적인 연구는 고대 그리스에서 히포크라테스와 아리스토텔레스에 의하여 시작되었다. 고대 그리스의 의학자 히포크라테스는 기후가 건강에 어떤 영향을 미치는지를 다룬 "Airs, Waters, and Places"라는 논문을 발표하였다. 아리스토텔레스는 최초의 대기과학 논문이라 볼 수 있는 "Meteorologica"를 집필하였으며, 총 4권으로 구성되어 있다. 제1권에서는 각종 강, 구름, 샘, 이슬, 혜성 등을 기술하였으며, 4원 소론을 설명하였다. 제2권에서는 바다, 번개, 지진, 천둥 등을 설명하였다. 제3권에서는 허리케인, 소용돌이, 빛 등을 설명하였으며, 제4권에서는 더움, 추움, 습함, 건조함의 성질에 대해 다루었다. 기상학(Meteorology)의 어원은 그의 저서인 "Meteorologica"에서 나왔다. 테오프라투스는 기상학 논문이자 일기예보 기본서인 "On the Signs of Rain, Winds, Storms and Fair Weather"에서 80가지의 비가 올 징후, 40가지의 바람의 징후, 50가지의 폭풍의 징후를 다루었다. 한 예로, 그는 이 논문에서 해가 뜨기 전이나 해가 뜨는 아침에 하늘이 붉어진다면 비가 올 것이라는 것이라고 설명하였고, 이는 과학적인 근거를 갖고 있다. 왜냐하면 공기 중의 습도가 증가하면 하늘이 붉어지기 때문이다. 하지만 그 외의 서술은 과학적 근거가 없는 것으로 판명되었다.
고대 그리스 시대 이후, 유럽에서 대기에 대한 관심은 몇백 년 동안 잊혀졌지만, 대항해시대가 열리며 기상과 기후(특히 유럽 밖)에 대한 지식이 필요해짐에 따라 대기의 중요성이 높아지고 그에 대한 연구가 필요해지게 되었다. 17세기 이후, 관측기기 발달로 인해 기후학은 다시 발달하기 시작하였으며, 18세기에 들어서는 보다 개선된 관측기기와 함께 전신이 발달하며 넓은 지역의 기후 자료를 수집할 수 있게 되었다. 한국에서는 1441년 측우기가 제작되었으며, 1770년 이후의 강우량 자료가 남아 있다.[1]
체계
기상예보
대기과학의 가장 핵심적인 분야로, 기상 데이터를 다양한 방식으로 수집, 분석하여 이하 대기물리나 대기화학의 이론에 집어넣어 미래의 날씨를 예측한다.
- 기상관측
- 항공관측
- 위성관측
- 원격탐사
- 기상 분석/해석
- 수치예보
- 항공기상
대기역학 (Atmospheric Dynamics)
지구 대기의 기본적인 구조로부터 생겨나는 공기의 흐름과, 대기의 불안정성에 의해 생겨나는 파동의 발달과 소멸에 대해 다루는 학문이다. 나비효과와 혼돈 현상으로 대표되는 학문으로, 나비효과라는 용어는 기상학의 로렌츠 방정식에서 나왔다.
대기물리 (Atmospheric Physics)
대기에서 일어나는 열역학적 과정, 수증기와 구름의 형성에 대한 과정, 광학적 성질과 전기적 현상에 대해 다루는 학문이다.
- 대기열역학 : 대기 중 수분 함량에 따라 열역학 방정식이 달라진다. 수분함량에 따라 건조공기 - 습윤공기 - 수증기의 3단계로 구분한다.
- 구름 입자의 역학 : 구름입자의 형성, 구름과 안개의 형태 및 유형을 다룬다.
- 강수의 역학 : 대기 중의 수분이 구름을 형성하고, 이 구름이 다시 지상으로 떨어지는 강수를 물리학적으로 연구한다.
- 대기복사 : 지구로 들어오는 태양복사와 지구가 우주로 방출하는 지구복사가 대기와 상호작용하며 일어나는 현상을 다룬다. 위성관측이나 원격탐사와 밀접하게 연관되어 있다.
대기화학 (Atmospheric Chemistry)
오존층이 손상되었다는 뉴스는 한번씩 보았을 것이다. 이 오존층을 다루는 대기과학의 세부 분야가 바로 대기화학이다. 주로 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 오존과 같은 기체상 물질이나 미세먼지와 같은 입자상 오염물질에 대해 다룬다.
- 대기 변화, 대기 오염, 대기 정화
- 오존층
- 산성비
- 스모그
- 지구온난화
- 미세먼지[1]
기상학의 종류
기상학이란 대기오염과 대기권 속의 물리, 화학적인 여러 현상을 연구하는 학문이다. 또한, 기상학은 컴퓨터 발달로 빠른 속도로 발전하고 있는 대기과학의 한 분야이기도 한다. 우선 기상학은 다루는 범위가 광범위하기 때문에, 크게 순수과학과 응용과학 분야로 나눈다. 순수과학을 다루는 기초기상학 분야에는 대기역학, 기후학, 대기화학, 우주기상학, 미기상학 등이 있고, 응용기상학 분야에는 항공기상학, 해양기상학, 기상재해론, 도시기상학 등이 있다.
순수과학 분야
기상학의 순수과학 분야는 기초기상학이라고도 하는데, 대표적으로 대기역학, 기후학, 우주기상학, 미기상학 등이 있다. 대기역학은 기상역학이라고도 부른다. 대기역학은 대기운동의 역학을 다루는 학문이며, 주로 일기예보 기술의 기초를 다룬다. 최근에는 슈퍼컴퓨터의 사용으로 보다 다양한 수치예보와 수치실험이 진행되고 있다. 다음으로 기후학은 자연환경을 지배하는 기후인자, 기후변화, 기후요소, 극지방과 저위도지방의 자연지리학을 연구하는 학문이다.
여기서 기후인자는 태양열복사, 기온, 기압, 강수, 바람, 생물군 등을 말한다. 또한, 우주기상학은 지구 대기권 밖에 존재하는 태양, 태양풍, 자기권, 열권, 전리층 등이 지닌 물리적 상태를 연구하는 학문이다. 마지막으로 미기상학을 소개하기 앞서, 미기상은 지표면에서 지상 1.5m 정도의 기층에서 일어나는 미세한 규모의 기상을 뜻한다. 그리고 미기상학은 이와 같이 극히 좁은 범위의 기상 현상을 규명하는 기상학의 한 분야를 말하며, 산업이나 생활환경에 커다란 영향을 끼치게 된다.
응용기상학 분야
앞서 소개해드린 분야들은 공통적으로 원리와 이론에 기초한 학문이라면, 지금부터 소개해드릴 분야는 우리의 삶에 활용하고 적용할 수 있는 학문들이다.
첫 번째로, 항공기상학이 있다. 항공기상학이란 항공기 운항, 비행과 관련된 대기 현상에 대한 연구로, 비행 시기상 상황을 확인하는데 활용되는 학문이다. 이 덕분에 우리는 안전하고 빠른 비행을 할 수 있게 된다. 다음으로 해양기상학은 아마 많은 분들이 생소하실 것이라 생각듭니다. 바다는 항해, 어업 등의 배경이 되며, 해양기상은 인간의 삶에 직접적인 영향을 미친다. 그러므로 해양기상학이란 해양 위의 기상현상 또는 해양과 대기의 상호작용을 연구하는 학문이라고 할 수 있다.
마지막으로 도시기상학은 특징이 두드러지는 도시의 기상을 연구하는 분야이다. 도시는 녹지공간이 줄어들고 큰 건축물이 많이 세워지는 만큼 기상요소들이 영향을 많이 받는다. 최근 도시화가 가속화됨에 따라 도시는 점점 주변지역보다 기온이 상승하는 현상이 나타나고 있는데, 이러한 현상을 방지하기 위해, 도시기상학은 도시의 특성에 맞춘 대책과 정책을 연구하고 있다.[4]
동영상
각주
참고자료
- 〈기상학〉, 《네이버 국어사전》
- 〈대기과학〉, 《나무위키》
- 〈기상학〉, 《위키백과》
- 〈기상학〉, 《두산백과》
- 기상청, 〈기상학에는 어떤 분야가 있을까? 기상학의 종류〉, 《네이버 블로그》, 2022-08-04
같이 보기
