대기 순환

지구 대기 대순환의 이상화한 모식도

지구의 대기 대순환

대기 순환(大氣循環) 또는 대기 대순환(大氣大循環)은 지구 규모에서 열과 수증기를 재분배하는 대기의 평균적 운동이다. 이상화한 모형에서는 세 개의 연직 순환과 그에 따른 항상풍으로 설명한다.

대기 순환은 태양복사로 생긴 지구 표면의 불균등한 가열과 지구 자전에 따른 전향력 때문에 일어난다. 적도와 극 사이의 열을 재분배하고 기압대, 제트류, 강수 분포를 결정하는 기후 체계의 일부이다. 지표 가까이에서 부는 바람뿐 아니라 대류권과 성층권의 상층 흐름도 포함한다. 실제 대기는 육지와 바다의 분포, 계절, 산맥, 해류와 대류 활동의 영향을 받으므로 이상화한 세포 모형처럼 완전히 대칭적이거나 정지해 있지는 않다.

연직 순환의 종류

• 극 순환: 극지방에서 하강하고 위도 60° 부근에서 상승하는 순환
• 페렐 순환: 극 순환과 적도 순환 사이의 중위도(위도 30°~60°)에서 나타나는 순환
• 해들리 순환: 적도 지방에서 상승하고 위도 30° 부근에서 하강하는 순환

대기가 하강하는 위도 30° 부근에는 아열대 고압대가, 극지방에는 극 고압대가 있다. 대기가 상승하는 적도 지방에는 적도 수렴대가, 위도 60° 부근에는 한대 전선대가 형성된다. 이 고압대에서 저압대로 부는 세 가지 항상풍은 각 연직 순환에 대응한다.

항상풍의 종류

• 무역풍: 위도 30° 부근의 아열대 고압대에서 적도의 적도 수렴대를 향해 부는 바람이다. 북반구에서는 북동무역풍이, 남반구에서는 남동무역풍이 분다.
• 편서풍: 아열대 고압대에서 위도 60° 부근의 한대 전선대로 부는 지표 부근의 바람이다.
• 극동풍: 극지방의 극 고기압대에서 한대 전선대를 향해 부는 동풍 계열의 항상풍으로, 편동풍이라고도 한다.

위도 방향 순환의 물리적 과정

해들리 순환

해들리 순환은 적도 부근에서 상승한 공기가 대류권계면 부근에서 극 쪽으로 이동한 뒤 위도 약 30°에서 하강하고, 지표 부근에서 다시 적도로 돌아오는 순환이다. 적도 부근의 강한 일사로 공기가 데워지면 상승 기류가 형성된다. 상승한 공기는 수증기가 응결하면서 잠열을 방출하고, 대류권계면을 따라 이동하면서 냉각·건조된다. 하강하는 공기는 단열 압축으로 데워져 아열대 고압대를 만든다.

해들리 순환의 지표 흐름은 전향력 때문에 북반구에서 북동무역풍, 남반구에서 남동무역풍이 된다. 적도 부근에서 두 무역풍이 만나는 띠를 적도 수렴대라고 하며, 강한 상승 기류와 대류성 강수가 나타난다.

페렐 순환

페렐 순환은 위도 약 30°와 60° 사이의 중위도에서 나타나는 순환이다. 해들리 순환이나 극 순환과 달리 단순한 열적 직접 순환이 아니라, 온대 저기압과 고기압의 이동 및 편서풍에 의해 평균적으로 유지되는 간접 순환이다. 중위도에서는 따뜻한 공기와 찬 공기가 교차하고 폭풍 활동이 활발하기 때문에 이 순환은 짧은 시간 규모의 날씨 변화와 밀접하다.

극 순환

극 순환은 극지방에서 차고 밀도 높은 공기가 하강하고, 지표 부근에서 위도 약 60°를 향해 이동한 뒤 극전선 부근에서 상승하는 순환이다. 지표의 흐름은 전향력에 의해 극편동풍이 된다. 극 순환과 페렐 순환이 만나는 부근에는 극전선과 강한 온도 경도가 형성된다.

경도 방향 순환

월별 장기 평균 강수량

적도 수렴대의 위성 관측 모습

위도 방향의 평균 순환만으로는 적도 부근의 동서 방향 대기 운동을 설명할 수 없다. 열대 태평양에서는 서태평양의 따뜻한 해수면과 동태평양의 차가운 해수면 사이의 온도 차이로 동서 방향 순환이 생긴다. 이를 워커 순환이라고 한다. 서태평양에서는 따뜻하고 습한 공기가 상승하며, 동태평양에서는 공기가 하강한다.

워커 순환은 인도에서 계절풍의 변동을 예측하려고 연구한 영국의 기상학자 길버트 워커의 이름을 딴 것이다. 엘니뇨와 라니냐가 발생하면 해수면 온도와 무역풍이 변하면서 워커 순환의 위치와 세기가 달라진다. 그 결과 태평양뿐 아니라 인도양·대서양의 강수와 대기 흐름에도 원격 영향이 나타난다.

계절 변화와 변동

태양의 직달점이 북반구와 남반구 사이에서 이동하므로 적도 수렴대와 아열대 고압대도 계절에 따라 이동한다. 대륙은 해양보다 빨리 가열·냉각되기 때문에 대륙과 해양의 온도 차이가 큰 지역에서는 계절풍이 형성된다. 산맥은 공기의 흐름을 가로막고 파동을 만들며, 해류는 하층 대기의 온도와 안정도를 바꾼다.

대기 순환은 일정한 평균 상태가 아니라 로스비 파동, 중위도 저기압, 열대 저기압, 북극진동과 같은 변동을 포함한다. 따라서 평균 기압대나 바람의 위치만으로 특정 날의 날씨를 예측할 수는 없다.

같이 보기

• 제트류

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