대기과학(Atmospheric Science) 문답 #8. Air Mass & Front

#1. 기단이란 무엇인가? 기단은 어떻게 형성되는가?

온도 · 습도 등이 유사한 넓은 지역에 걸쳐 있는 공기 덩어리를 기단(Air Mass)이라 한다. 일반적으로 기단은 한 지역에 공기가 정체되어 있는 경우, 지역 지표와 수증기 · 열을 교환한 결과로 넓은 지역에 걸쳐 비슷한 성질을 가지게 되면서 형성된다.

#2. 기단은 어떤 곳에서 주로 형성되는가? 그에 따라서 기단의 명명에서 어떤 특성이 있는가?

기단이 형성되기 위해서는 공기가 한 지역에 정체될 필요가 있다. 따라서 기단이 형성되는 지역은 보통 바람이 약하거나 거의 없는 지역이며, 공기가 정체되어 있는 지역이다. 이러한 조건을 만족하는 지역은 보통 고기압역 주변이므로, 기단은 주로 지상 고기압역 주변에서 주로 형성된다.

기단은 주로 고기압역 주변에서 주로 형성되기 때문에, 기단의 이름을 종종 ‘~ 고기압’으로 명명하기도 한다. 대표적으로 북태평양 고기압이나 시베리아 고기압이 있다.

#3. 기단을 분류하는 대표적인 기준 2가지는 무엇이 있는가? 이에 따라 구분되는 기단의 종류로는 무엇이 있는가? 이 분류 조건에서 하나의 예외가 있다면?

기단은 그 온도와 습도에 따라 구분된다. 온도에 따라서는 한랭성 기단(P)과 열대성 기단(T)으로 구분하며, 습도에 따라서는 대륙성 기단(c)과 해양성 기단(m)으로 구분한다. 이들 조건을 모두 적용하면 기단은 cP, cT, mP, mT 기단의 네 기단으로 분류할 수 있으며 각각의 특성은 다음과 같다.

위 4개 분류 이외에도 기단은 북극성 기단(A, Artic)으로 분류하는 경우도 있다. 북극성 기단은 주로 북극 주변서 형성되며, 대륙성으로 주로 기호로는 cA로 쓴다.

#4. 기단의 변질이란 무엇인가? 기단은 어떤 경우 변질될 수 있는가? (지역 통과, 지형지물에 의한 강제 상승, 지표의 복사 냉각 · 가열, 혼합)

기단이 기온이나 습도가 변하여 그 성질이 변하는 현상을 기단의 변질이라 한다. 기단이 변질될 수 있는 경우는 다양하지만 대표적으로는 기단이 어떤 다른 성질을 지닌 지역(지면, 수면) 위를 느리게 통과하는 경우(지역 통과)와, 산맥과 같은 지형지물에 의하여 상승하는 경우(지형지물에 의한 강제 상승), 그리고 지표가 복사 냉각 또는 가열되는 경우(지표의 복사 냉각 · 가열)를 생각해볼 수 있다. 또한 기단이 변질될 수 있는 조건으로 서로 다른 성질을 지닌 두 기단이 혼합되는 경우도 생각해볼 수 있다. (혼합)

#4-1. 지역 통과에 의한 기단의 변질

기단이 그 성질과는 다른 성질을 가진 지상이나 수면상을 통과하는 경우, 지역과 기단 사이의 수증기 · 열의 교환으로 인하여 기단이 변질될 수 있다.

이를테면 건조한 기단이 온난한 수면 위를 통과하는 경우, 수면으로부터 수증기를 공급받아 습윤한 기단으로 변질될 수 있다.

#4-2. 지형지물에 의한 강제 상승과 기단의 변질

기단이 산맥 등과 같은 지형지물을 타고 강제로 상승하는 경우, 푄 현상으로 인하여 기단의 습도와 온도가 바뀔 수 있다.

푄 현상의 효과를 생각해보면, 풍상측보다 풍하측에서 기단은 보다 온난하고 건조한 기단으로 변질되어 있을 가능성이 높다.

#4-3. 지표의 복사 냉각 · 가열과 기단의 변질

기단이 머무르고 있는 지표가 복사 냉각되거나 가열되는 경우, 지표면의 변한 온도는 그 위에 머무르고 있는 기단에 열적 가열이나 냉각을 행사할 수 있어 기단의 온도를 변화시킬 수 있다. 따라서 지표의 복사 냉각 · 가열은 기단의 변질을 유발할 수 있다.

#4-4. 혼합과 기단의 변질

서로 다른 성질을 가진 두 기단이 혼합되는 경우 혼합의 결과로 형성되는 새로운 기단은 두 기단의 중간 성질 정도로 변질될 수 있다.

일반적으로 두 기단이 혼합되는 경우 물리적으로 연접하게 되는데, 이 경우 성질이 크게 다른 경우 두 기단 사이에는 전선이 형성되는 경우도 있다.

#5. 호수 효과(Lake Effect)란 무엇인가? 한반도의 겨울철 영서지방의 폭설과 2 ~ 3월 경 영동지방의 폭설은 호수 효과로 어떻게 설명할 수 있는가?

한랭건조한 기단이 호수와 같은 거대 수괴를 통과하면서 습윤한 기단으로 변질되어, 수괴의 풍하측에 도달하였을 때 구름을 형성하여 큰 강수를 내리게 되는 효과를 호수 효과(Lake Effect)라 한다.

한반도의 겨울철 영서지방의 폭설은 주풍인 북서 계절풍과 황해의 영향에 의한 호수 효과로 설명할 수 있다. 한반도 겨울철 주풍인 북서풍에 의하여 cP 기단이 황해를 통과하면서 수증기를 공급받아 습윤화되고, 호수 효과에 의하여 그 황해의 풍하측인 영서지방에 다량의 폭설을 동반하게 되는 것이다.

2 ~ 3월 경 영동지방의 폭설도 마찬가지로 호수 효과로 설명할 수 있다. 이 계절의 주풍은 주로 북동풍인데, 북동풍에 의하여 cP 기단이 동해를 통과하면서 수증기를 공급받아 습윤 기단으로 변질되고, 풍하측인 영동 지방에 다량의 강설을 유발하는 것이다. 이 호수 효과 이외에도 영동 지방의 태백 산맥에 의한 푄 효과도 영동 지방이 풍상측에 들어간다는 점에서 더 큰 강도의 강설을 유도하는 것으로도 생각해볼 수 있다.

#6. 한반도에 영향을 미치는 기단에는 무엇이 있는가? 각 기단의 성질은 어떻게 되며, 각 기단이 영향을 미치는 계절은 언제인가?

한반도에 영향을 미치는 기단에는 크게 4가지 기단이 있다. 시베리아 고기압, 북태평양 고기압, 양쯔 강 기단, 오호츠크 해 기단이 바로 그것이다. 시베리아 고기압은 cP성 기단, 북태평양 고기압은 mT성 기단, 양쯔 강 기단은 cT성 기단, 오호츠크 해 기단은 mP성 기단이다.

시베리아 고기압은 주로 한여름철을 제외한 1년 내내 한반도에 영향을 주고, 겨울철에 특히 한반도에 지배적이다. 시베리아 고기압의 움직임은 삼한사온 현상 등에도 영향을 줌이 알려져 있다.

북태평양 고기압은 주로 한여름철에 한반도에 큰 영향을 미친다. 계절적으로 북태평양 고기압의 세력 팽창과 수축은 한반도에 여름 및 가을 장마를 유발한다.

양쯔 강 기단은 주로 봄 / 가을철에 한반도에 영향을 준다. 보통은 3 ~ 4일 간격으로 동진하는 이동성 고기압의 형태로 한반도에 영향을 미친다.

오호츠크 해 기단은 주로 장마철 직전에 한반도에 영향을 준다.

#7. 전선이란 무엇인가? 전선을 경계로 어떤 물리량들이 급변하는가? 이들 급변은 무엇을 위해 이용될 수 있는가?

서로 다른 성질을 가진 기단 사이에서 발달하는 경계 혹은 좁은 전이대를 전선(Front)이라 한다.

전선을 경계로 해서는 기온, 습도, 기압, 바람, 강수 · 구름 등의 기상현상이 급변한다. 이들 급변은 역으로 전선이 어디에 있는지를 동정하는 데 있어 주요하게 이용될 수 있다.

#8. 전선과 전선면은 무엇이 다른가?

서로 다른 성질을 지닌 기단 사이의 3차원적 경계 곡면을 전선면이라 하며, 전선면과 지표면의 교선을 전선이라 한다.

#9. 정체 전선은 무엇인가? 정체 전선을 경계로 하여 남북 방향의 풍향은 어떤 식으로 분포하는가? 한반도의 장마 전선의 강수 특성과 계절 특성은?

온난 기단과 한랭 기단 사이에 형성되는 대치성 · 정체성 전선을 정체 전선이라 한다. 정체 전선을 경계로 하여 남북 방향의 풍향은 반대로, 주로 한대 전선대 근처에서는 북쪽에서는 극동풍, 남쪽에서는 편서풍이 지배적이므로 정체 전선을 기준으로 북쪽에는 동풍이, 남쪽에서는 서풍이 부는 것이 일반적이다.

한반도의 장마 전선은 정체 전선으로, 주로 계절에 따른 북태평양 고기압의 세력 확장 또는 축소의 영향으로 형성된다. 여름 중 북태평양 고기압이 세력을 확장하는 경우 장마 전선은 북상하며 여름 장마가 나타나고, 가을 중 북태평양 고기압이 세력이 수축되는 경우 장마 전선은 남하하게 되며 가을 장마가 나타난다. 일반적으로 한반도의 장마 전선은 높은 연직운이 발달하지는 않지만, 지속되는 수증기의 공급과 북태평양 고기압이 가진 다량의 수증기 함량으로 인하여 높은 강수 강도와 강수량을 보인다.

#10. 한랭 전선은 무엇인가? 한랭 전선의 전진 속도는? 한랭 전선에서 전선면의 기울기는? 한랭 전선에서 강수의 특성은? 한랭 전선이 지나기 전후 기온 · 기압 · 풍향의 변화는?

한랭 기단이 온난 기단을 파고들며 형성되는 전선을 한랭 전선이라 한다. 일반적으로 한랭 전선의 전진 속도는 온난 전선의 전진 속도보다 빠르다. 한랭 전선에서 전선면의 기울기는 1:50 정도로 급하다. 급한 전선면을 타고 온난 공기가 빠르게 상승하므로, 한랭 전선에서 강수는 한랭 전선의 후면에 강한 강도로 집중되는 편이다. (상대적으로 적운형에 가까운 구름 형성)

한랭 전선이 지난 후 기온은 한랭 기단의 유입으로 당연히 하강하며, 기압도 상승한다. 다만 풍향의 경우는 한랭 전선은 중위도 저기압에서는 보통 남서 방향에서 반시계로 회전하며 이동하기 때문에, 한랭 전선 통과 전에는 남서풍이었다가 통과 후에는 북서풍 등으로 바뀌는 편이다.

#11. 온난 전선은 무엇인가? 온난 전선의 전진 속도는? 온난 전선에서 전선면의 기울기는? 온난 전선에서 강수의 특성은? 온난 전선이 지나기 전후 기온 · 기압 · 풍향의 변화는?

온난 기단이 한랭 기단을 타고 상승하며 형성되는 전선을 온난 전선이라 한다. 일반적으로 온난 전선의 전진 속도는 한랭 전선보다 느리다. 온난 전선에서 전선면의 기울기는 1:300 정도로 완만한 편이다. 온난 전선에서는 온난 기단이 한랭 기단의 위로 완만하게 상승하므로, 온난 전선의 전면의 넓은 지역에 층운형 구름이 형성되며 약한 강수가 있는 편이다. (상대적으로 층운형에 가까운 구름 형성)

온난 전선은 그 기울기가 완만한 특성상, 온난 전선이 접근할수록 관측되는 구름의 층고가 낮아지는 현상을 크게 유발하는 편이다. 어떤 지역에 순서대로 Ci → Cs → As → Ns → St 형의 구름이 관측된다면 온난 전선이 접근하고 있는 것으로 이해할 수도 있다.

온난 전선이 지난 후에는 당연히 온난 기단이 지역으로 유입되므로 기온은 상승하고 기압은 하강한다. 풍향의 경우 중위도 저기압에서 온난 전선은 주로 남동쪽 방향으로 형성되어 반시계로 회전하는 것을 고려하면, 온난 전선이 통과하기 전에는 주로 남풍이었다가 통과 이후에는 남서풍 계열로 바뀌는 것이 일반적이다.

#12. 폐색전선은 무엇인가? 폐색 전선은 어떻게 형성되는가? 폐색 전선은 폐색된 이후 따라잡은 기단과 따라잡힌 기단 사이의 성질 차이에 의하여 한랭형 · 온난형 · 중립 폐색전선으로 구분된다. 각각은 무엇인가?

일반적으로 중위도 저기압에서는 온난 전선보다 한랭 전선의 이동 속도가 빠르므로 한랭 전선은 온난 전선을 따라잡게 된다. 이 때 한랭 전선 후면과 온난 전선 전면의 한랭 공기는 고밀도로 아래로 가면서 온난 공기를 상층으로 밀어올리게 된다. 이 과정에서 따라잡은 한랭 기단과 따라잡힌 한랭 기단 사이에 약한 전선이 형성되게 되는데, 이 모든 것을 아우르는 전선을 폐색 전선이라 한다.

일반적으로 폐색 전선은 폐색 이후 따라잡은 한랭 기단과 따라잡힌 한랭 기단의 성질 차이에 의하여, 혹은 그 두 기단 사이에 형성되는 약한 전선의 종류에 따라 한랭형 · 온난형 · 중립으로 구분한다.

#12-1. 한랭형 폐색전선

따라잡은 한랭 기단의 기온이 따라잡힌 한랭 기단의 기온보다 낮은 경우, 즉 폐색 전선의 형성 결과 두 한랭 기단 사이에 약한 한랭 전선이 형성된 경우 이 폐색 전선을 한랭형 폐색전선이라 한다. 일반적으로 북반구 중위도에서 주로 형성되는 폐색전선은 한랭형 폐색전선인 경우가 많다.

#12-2. 온난형 폐색전선

따라잡은 한랭 기단의 기온이 따라잡힌 한랭 기단의 기온보다 높은 경우, 즉 폐색 전선의 형성 결과 두 한랭 기단 사이에 약한 온난 전선이 형성된 경우 이 폐색 전선을 온난형 폐색전선이라 한다.

#12-3. 중립 폐색전선

따라잡은 한랭 기단의 기온과 따라잡힌 한랭 기단의 기온이 비슷한 경우, 즉 폐색 전선의 형성 결과 두 한랭 기단 사이에 특별히 전선이 형성되지 못하는 경우 이 폐색 전선을 중립 폐색전선이라 한다.

#13. 건조선이란 무엇인가? 건조선은 주로 어떤 상황에서 잘 형성되는가?

온도는 비슷하지만 습도가 다른 두 기단 사이에서 형성되는 전선을 건조선 또는 노점 온도 편차선이라 한다. 건조선은 주로 두 습도가 다른 온난 기단 사이(cT, mT)에서 잘 형성된다.