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온대저기압
온대저기압(溫帶低氣壓, Extratropical cyclone)은 열대 이외의 지역에서 발생하는 저기압을 말한다. 한란(寒暖) 두 기단이 접촉하는 곳에서 발생하고, 초기부터 전선(前線)을 동반하는 것이 많다. 온대성 저기압, 또는 중위도 저기압(Mid-latitude cyclone), 파동성 저기압(Wave cyclone)이라고도 한다.
개요
온대저기압은 성질이 서로 다른 공기(기단)의 접촉면(수렴대)에서 온도차/습도차에 의해 생기는 파동으로 인해 발생하는 저기압이다. 주로 온대에서 발생하는 저기압성 순환으로, 가벼운 비부터 뇌우, 블리자드, 토네이도를 일으키기도 한다. 온대저기압은 열대저기압과 달리, 기온과 이슬점 변화가 저기압 중심부터 시작하여 전선을 따라 넓은 범위에서 급격하게 변화한다. 중위도(30~60°)나 고위도(60~80°) 지방에서 주로 발생하며, 중위도(33~39°)에 위치한 한국에서 봄&가을철에 흔히 이야기하는 저기압이 바로 온대저기압이다. 따뜻한 기단이 찬 기단을 만날 때 생겨난다. 열대저기압(태풍)과 다른 점으로는 전선을 반드시 동반한다는 것이다.
통상적으로 중위도 지역에서 세력다툼을 하는 여러 대륙성, 해양성 기단들의 충돌과 대립으로 인해 생기는, 비교적 흔한 대기 순환 현상이므로, 상대적으로 높은 퍼텐셜 에너지를 갖고 있는 태풍보다는 비교적 피해가 적다. 하지만 간혹가다 규모가 크고, 특성의 차이도 굉장히 많이 나는 기단이 충돌해서 생기는 슈퍼 온대저기압은 열대저기압과 맞먹을 정도의 강한 에너지를 갖고있어, 엄청난 강풍과 호우를 동반하여 대단히 큰 피해를 입히는 경우도 있으니 우습게 보면 안된다. 2007년 북유럽을 강타한 날씨폭탄 종류의 온대저기압 키릴(Kyrill)의 위성 사진이다. 이 저기압은 최저기압 960hPa, 1분 최대풍속 69.4m/s를 기록하며 44명의 사망자가 발생했다.[1][2]
용어
온대저기압은 위도 30°부터 60° 사이에서 형성되기 때문에 이름에 온대가 붙었으며, 처음부터 중위도에서 형성되었으면 중위도 저기압, 열대저기압이 중위도로 진입하여 생겨났다면 잔존 저기압이라고 부른다. 일기예보 등 대중에 전파할 때에는 단순히 저기압으로 설명하기도 한다. 온대저기압은 전선을 따라 기온과 이슬점이 원만하게 변화하기 때문에, 경압성을 띈다고 분류된다. 온대저기압이 소멸되는 단계에서는 열이 저기압 전체에 고르게 퍼지기 때문에, 순압성을 띄게 된다.[1]
형성
온대저기압은 위도 30°와 60° 사이인 온대 어디서나 형성되는데, 자체적으로 형성되기도 하고, 열대저기압이 변화하여 형성되기도 한다. 1979년부터 2018년까지, 북반구에는 49,745~72,931개, 남반구에는 71,289~74,229개의 온대저기압이 형성되었다. 한 연구에서는 남반구에서 30도부터 70도까지의 범위에서, 6시간 내에 평균적으로 온대저기압 37개가 형성되며, 다른 연구에서는 매 겨울마다 온대저기압 234개가 형성된다고 보았다.
자체 형성
온대저기압은 수직 방향 급변풍이 있는, 기온과 이슬점이 일정한 대역을 따라 형성되며, 경압성 저기압으로 분류된다. 처음에는 전선 주변의 제트류 상층부의 조건이 맞는 사분면에서 저기압이 형성되는데, 이 사분면은 보통 확산 방향의 왼쪽 앞과 오른쪽 뒤이다. 확산으로 인해 기주 꼭대기에서 바람이 불어 나오게 되며, 기주의 질량이 감소하므로 표면 기압(기주의 무게)은 감소한다. 이로 인해 저기압이 형성되어, 주변의 공기가 중심으로 들어오게 되고, 안으로 들어온 공기는 기주를 따라 위로 올라가므로 구름이 생겨난다. 온대저기압의 세력이 커지면 한랭전선은 저기압 뒤쪽을 돌아 적도 방향을 휩쓰는 형태로 진행한다. 따듯한 공기보다 차가운 공기의 밀도가 높기 때문에, 차가운 공기를 몰아내야 이동할 수 있는 온난전선은 진행 속도가 한랭전선에 비해 느리다. 결과적으로 한랭전선이 온난전선과 겹치면 따듯한 공기가 위쪽으로 밀려 올라가며 폐색전선이 발생한다. 이때부터 저기압의 중심부가 냉각되기 시작한다.
제트류 상층부의 조건이 맞는 사분면에 있거나, 자연적인 온도 기울기가 있는 곳이어서, 상층부에 작용하는 힘이 클 경우, 기압이 감소하는 속도는 매우 빨라질 수 있다. 시간당 기압이 1밀리바(0.030 inHg) 이상 떨어질 경우, 폭발적 저기압 발생이라고 부르며, 폭탄에 비유하기도 한다. 저기압 상층부의 확산이 클수록 저기압의 세기가 커지며, 12월부터 1월 사이에 북태평양과 북대서양에서는 세기가 열대저기압에 육박하는 온대저기압이 발생할 수도 있다. 1986년 12월 14일, 아이슬란드 근방에서 발생한 온대저기압의 중심 기압은 920밀리바 (27 inHg)까지 감소했는데, 이는 5등급 허리케인에 해당하는 정도였다.
열대저기압의 변화
상부 기압골의 압력이 크거나, 단파가 편서풍을 타고 있을 경우, 열대저기압은 위도 30° ~ 40° 사이에서 소멸할 때 온대저기압으로 변화하는데, 북태평양과 북대서양 지방에서는 이 단계를 잔존 저기압(Post-Tropical Cyclone)이라고 부른다. 이렇게 형성된 온대 저기압은 주변 경압계의 기압골이나 전선과 합쳐지는데, 이 과정에서 겉보기 크기는 증가하며, 중심의 세력은 약화한다. 하지만 간혹 온대저기압으로의 변화가 끝난 후 기압골의 에너지를 받아 세력이 다시 커지는 경우도 있다. 모양 또한 대칭에서 점차 비대칭으로 바뀐다.
열대저기압이 온대 저기압으로 변화할 때는 고도가 높아질수록 차가운 공기의 반대 쪽으로 경사가 생기며, 에너지원 또한 잠열에서 경압 과정으로 변화한다. 최종적으로는 중심 저기압의 온도가 떨어져 냉각된다. 간혹 온대저기압이 수직 방향 급변풍이 없는, 따듯한 바다 위에 들어가게 되면, 온대저기압이 열대저기압으로 변하기도 하며, 이 경우 차가운 저기압 중심부가 천천히 열대저기압의 중심부로 변화한다. 대표적인 예시로는 1991년 퍼펙트 스톰이 있다.
미국 합동태풍경보센터에서는 가시광선 및 적외선 위성 사진을 이용해 열대 저기압의 세기를 추정하는 법을 토대로 한, 열대 전이법(Extratropical Transition Technique, ET)을 사용하여 열대 저기압이 온대 저기압으로 변화하였는지를 판정한다. 열대 저기압의 중심 대류가 사라지면 드보락법 자체가 성립하지 않아 비현실적으로 낮은 수치가 나오게 되는데, 이 원리와 아열대 저기압의 세기를 판별하는 법을 결합하여 사용한다. 이 방법은 열대 저기압이 속도를 유지한 채 전선과 상호작용하거나 중심의 대류가 사라질 경우 적용한다. XT 척도는 드보락 철도와 같은 원리로 적용되는데, 온대 저기압으로 변화 중임을 표시하기 위해 'T' 대신 'XT'를 사용한다. 또한, 온대저기압으로의 변화가 일어나지 않고 소멸할 경우에는 사용하지 않으며, 저기압 중심부가 완전히 냉각된 이후에도 더 이상 쓰지 않는다.[1]
열대저기압과의 차이점
- 열대저기압은 성질 차이가 없는 공기 속에서 소나기가 생기는 방식과 유사한 열대 요란을 통해 발생하지만, 온대성 저기압은 성질이 다른 두 공기의 수렴 지점에서 발생한다. 따라서 열대저기압이 전선을 동반하는 경우는 상당히 드물고, 온대성 저기압에는 반드시 전선이 있는 것이다.
- 열대저기압은 중심부로 갈수록 조밀해지는 등압선이 특징이나, 온대성 저기압은 등압선의 간격이 상대적으로 일정하다.
- 열대저기압의 등압선 모양은 원형이지만, 온대성 저기압은 전선을 따라 일그러진 모양을 하고 있다.
- 최성기의 반지름은 온대성 저기압이 열대저기압보다 더 크다.
- 열대저기압은 뚜렷한 회오리의 형상을 갖고 항풍(탁월풍)에 의해 해류와 기류의 영향을 다각도에서 받으며 이동하지만, 온대성 저기압은 거대한 두 구름 뭉치가 만나 찌그러진 모양을 띄며 난류에 의해 움직이는 등온선을 따라 두 기류가 함께 이동하다가 결국 온난 전선이 한랭 전선 위로 상승해버리며 소멸한다.
- 열대저기압은 중위도에서는 시간이 지나면 약해지는데 온대성 저기압은 오히려 동쪽인 일본쪽으로 갈수록 더 강해진다.
- 열대저기압은 중앙에 태풍의 눈이라는 특이 현상이 일어나지만, 온대저기압은 아예 없거나 극도로 드물게 일어난다.
- 온대성 저기압은 천둥번개가 치는 경우가 많지만, 열대저기압에는 거의 나타나지 않는다. 태풍이 상륙했을 때 천둥번개가 일어나면 이미 온대화가 진행되며 약화되고 있다는 증거가 된다.[2]
전선
전선이란 비, 눈, 강풍 등 나쁜 날씨는 성질이 다른 공기 덩어리가 맞닿은 경계지역에서 주로 발생한다. 성질이 다른 큰 공기 덩어리(기단)가 만나면 접촉면을 경계로 기상요소들이 급격히 달라진다. 이 접촉면을 전선면(Frontal Surface)이라 한다. 그리고 이 면이 지면과 만나는 선을 전선(Front)이라고 부른다, 전선은 수학적인 하나의 선이 아니다. 어느 정도의 폭을 가진, 물리적 성질(온도, 습도, 바람, 이슬점 온도 등)이 다른 두 기단의 전이층이다. 보통 전이층의 폭은 수십 km 이하다. 따라서 지상일기도에서는 하나의 선으로 나타난다. 또 경계층이 지면과 만나는 대역(帶域)을 전선대(Frontal Zone)라고 부른다. 아래 표는 기단, 전선대, 전선의 수평규모를 비교한 것이다.
전선에서의 기상요소 변화
전선이 통과한 뒤의 가장 큰 변화가 기온이다, 기온변화의 양이나 변화율은 전선의 강도에 따라 다르다. 그러나 강한(폭이 좁은) 전선에서는 급격하고 큰 기온변화가 나타난다. 반면 약한 전선의 경우 기온변화는 완만하다. 이슬점 온도도 변화한다. 이슬점 온도는 대략적인 대기의 상대습도를 나타내준다. 일반적으로 찬 공기는 따뜻한 공기보다 건조하다. 그렇기에 이슬점 온도는 따뜻한 공기보다 찬 공기에서 낮게 나타난다. 이슬점 온도의 변화를 보면 전선의 이동과 종류를 알 수 있다.
기온과 더불어 가장 큰 변화가 바람이다. 전선의 앞과 뒤의 불연속을 알 수 있는 것은 풍향변화다. 풍속은 온난전선보다는 한랭전선이 통과한 뒤 강해진다. 전선의 통과는 기압의 변화를 가져온다. 전선이 관측소를 향해 접근하고 있을 때 기압은 감소한다. 전선이 통과한 후에는 급격히 또는 점차 증가한다. 다음 그림은 전선이 통과하면서 나타나는 기상요소의 불연속을 보여주고 있다. 풍향과 풍속을 그린 곳에 붉은 색으로 표시된 것이 온난전선이다. 파란색은 한랭전선이다. 좌측에서 우측으로 이동하면서 나타나는 기상요소를 잘 보여준다. 예를 들어보자. 한랭전선이 통과한 후에는 기온, 이슬점 온도는 하강하고, 기압은 상승한다. 바람은 남서풍에서 북서풍으로 급격히 바뀐다.[3]
온난전선
온난전선(溫暖前線)은 온대저기압의 진행방향에 생기는 전선으로, 이름은 "지나가면 따뜻해지는 전선" 이라는 뜻에서 왔다. 온난전선은 저기압의 중심부인 따뜻한 기단이 찬 기단을 향해 진행하면서 찬 기단 위쪽으로 타고 상승하는 것을 말한다. 요약하자면, 전선의 전면부에 구름이 형성되며, 바람은 약하고 강우량도 적다.
이 경우 따뜻한 공기는 찬 공기 위로 넓게 서서히 퍼져나가기 때문에 온난전선은 경사가 매우 완만하다. 따라서 상승기류의 강도도 낮아 날이 흐리거나 약한 비가 내린다. 지상 관측자의 입장에서는, 온난전선이 접근하면 약 1,000km 앞에서부터 권운과 권층운, 고층운이 나타나고 구름의 고도가 점점 낮아져 전선 앞 대략 400km 구간에서부터는 난층운 등 낮은 구름이 비를 뿌리게 된다.
전선이 통과하고 나면 날씨가 맑아지며 따뜻해진다. 대한민국에서 옛말에 햇무리, 달무리가 지면 비가 온다는 말은 권층운을 두고 말하는 것으로, 저기압이 다가오고 있다는 징조기 때문에 과학적으로 맞는 말이라고 할 수 있다.[2]
한랭전선
한랭전선(寒冷前線)은 온난전선 뒤에는 따르는 전선으로, 이름은 "지나가면 추워지는 전선"이라는 뜻에서 왔다. 한랭전선은 찬 기단이 따뜻한 기단 밑으로 빠르게 파고드는 것을 말한다. 요약하자면, 전선의 후면부에 구름이 형성되며, 바람이 강하고 강우량도 많다. 전선 통과시에는 온난전선에 비해 상승기류가 강하게 발생하는데, 이유는 찬 공기가 따뜻한 공기 밑으로 급격히 파고들면서 따뜻한 공기가 강제상승하기 때문이다. 강하게 상승한 따뜻한 공기는 그것이 지니고 있던 수증기를 고도 10km 근처까지 내놓게 되고, 이렇게 발생한 구름은 심히 크고 아름다운 웅대적운, 즉 "적란운" (소나기구름)이 되어 천둥번개를 동반한 많은 비를 뿌린다.
한랭전선면은 온대저기압 전체에서 가장 악천후인 곳으로 기압도 가장 낮고 매우 강한 바람이 불며 집중호우, 천둥번개, 경우에 따라선 우박이 내릴 수 있다. 특히 한반도의 경우, 대기가 불안정한 늦봄이나 초여름, 초가을 무렵에 궂은 소나기가 자주 지나가는데, 적지 않은 경우 바로 이 한랭전선 때문이다. 한랭전선이 지나가고 나면 다시 공기가 안정되면서 비구름이 사방으로 흩어져 하늘이 말끔히 개인다. 가끔 조각구름에서 약간의 비가 더 내리는 경우도 있지만, 대개는 기온이 빠르게 하강함과 함께 푸른 하늘이 나타나게 된다. 적란운의 특성상 온난전선에 비해 훨씬 빠른 속도로 지나가고 비도 짧고 굵게 내린다. 하지만, 늦가을 ~ 겨울철에 한랭전선이 통과할 경우 한파의 주 원인이 되며, 동쪽으로 이동하는 저기압과 북쪽에서 급격히 내려오는 대륙고기압 사이에서 기압경도력이 강해져 서해상과 동해상에서 강한 바람과 함께 해기차에 의한 적운열이 발생하기도 한다. 이때 중부지방은 구름 한 점 없이 맑고 살을 엘 듯 추운 날씨가 나타나며 충청도, 전라도와 제주도, 울릉도는 강한 바람과 함께 눈이 쏟아지는 것이 일반적이다.
정체전선
비슷한 세력의 기단 둘이 팽팽하게 맞붙어 교착된 상태의 전선을 뜻한다. 이 두 개가 맞붙었으니 당연히 어마무시한 양의 비를 뿌린다. 장마가 이 정체전선의 대표적인 예시다.[2]
영향
일반적인 영향
온대저기압은 보통 약한 비를 내리며, 표면 풍속은 15 ~ 30km/h 정도이지만, 간혹 폭우를 내리거나 풍속이 120km/h에 달하기도 한다. 온난전선과 관련된 강우대는 넓게 펼쳐져 있으며, 한랭전선과 관련된 강우대는 강한 비나 뇌우가 내리며, 늦가을부터 초봄까지는 대륙의 온도가 낮아 폭설이 일어나기도 한다.
극단적인 경우
대기에 수증기가 많고 상층부의 확산이 클 경우, 한랭전선 앞쪽에 스콜선과 뇌우선이 생겨, 우박과 강풍이 발생하며, 방향성 돌풍이 강할 경우 토네이도가 발생할 수도 있다. 열대저기압이 온대 저기압으로 바뀔 경우, 보통은 빠르게 해체되거나 다른 기상 현상에 흡수되지만, 간혹 강하게 유지되기도 한다.
여름에는 온대 저기압의 세기가 약하지만, 강수량이 많아져 홍수를 일으킬 수 있다. 2016년 7월 황하이 폭풍에서는 강풍이 발생하지 않았지만, 중국 대륙에 대규모 홍수가 일어나, 184명이 사망하고, 재산 피해는 332억 위안(약 6350억 원)에 달했다. 온대저기압에 의해 강풍과 폭우가 같이 발생하는 복합적인 경우가 화제가 되고 있으며, 전체 온대저기압 발생 건수의 3~5%가량을 차지한다.
기후 및 대류
에드워드 노턴 로렌즈의 분석에 따르면, 온대 저기압은 극과 적도의 온도 차이로 발생한 위치 에너지를 운동 에너지로 전환하는 과정에서 발생하는 것으로, 온대 저기압을 통해 적도의 에너지가 고위도로 전달되어 온도 차이가 감소한다. 온대 저기압은 운동 에너지와 잠열을 전달함으로서, 알류샨 저기압과 아이슬란드 저기압을 형성하는 데 영향을 끼치기도 한다.[1]
동영상
각주
참고자료
- 〈온대저기압〉, 《네이버 국어사전》
- 〈온대저기압〉, 《기상학백과》
- 〈온대 저기압〉, 《두산백과》
- 〈고기압과 저기압〉, 《학생백과》
- 〈온대 저기압〉, 《위키백과》
- 〈온대저기압〉, 《나무위키》
- 〈온난전선, 한랭전선〉, 《지구과학산책》
같이 보기
