대기과학(Atmospheric Science) 문답 #3. Temperature

#1. 백엽상을 이용한 기온의 측정법과 그렇게 하는 이유를 설명하시오. 오늘날은 어떻게 기온을 관측하고 있는가?

백엽상을 이용한 고전적인 기온의 측정법에서는 주로 지표로부터 떨어뜨려놓은 백색의 통풍이 되는 구조물인 백엽상 안에 온도계 및 습도계 등 여러 장치들을 놓아 두고 기온 등을 측정하였다. 지표로부터 떨어뜨려 놓음으로서 지표의 복사에 의한 영향을 줄이고, 백색의 상자 안에 기온 측정 장비를 넣음으로써 태양 복사에 의한 가열을 막았으며, 통풍이 될 수 있도록 하였다. 오늘날에서는 기상대의 자동관측체제나 장비들을 이용하여 자동으로 기온 자료를 수집하고 있다.

#2. 기온의 일변화를 기술하시오. 복사와 관련하여.

기온의 일변화는 주로 태양단파복사와 지구장파복사의 양에 따른 복사 가열, 복사 냉각, 복사 평형으로 인한 지표온의 변동과 그에 인접한 기온의 변화로 이해될 수 있다. 일출 이후 태양 단파복사의 입사량이 지표의 복사 방출량보다 많은 경우, 지표는 복사 가열되고 지표온과 기온은 상승한다. 그럼에 따라 점차 지표의 복사 방출량은 증가하는데, 어느 순간에 (주로 14시 전후) 태양 단파복사량과 지표의 장파복샤량이 복사 평형을 이루게 되며 이 때가 최대 기온이 나타나는 14 ~ 16시 전후 즈음이다. 이후 해가 져 감에 따라 태양에 의한 복사 입사량보다 지표의 복사 방출량이 커지고 따라서 지표는 복사 냉각되고 기온은 하강한다. 다시 일출이 시작되어 지표 복사와 태양 복사가 평형에 이룰 때까지 기온은 지구 복사에 의하여 하강하며, 대체로 일출 직전 전후인 새벽 6시 경에 일 최저 기온이 나타난다.

#3. 바람이 없는 경우 지표 부근에서 주 · 야간의 고도에 따른 기온 분포를 논하시오.

바람이 없는 경우 일반적으로 대기는 강제적으로 혼합되지 않는다. 따라서 주간의 경우, 지표는 태양 복사에 의하여 복사 가열되어 승온되었으며, 지표의 열이 지표 인근의 대기로 전도되어 상승하므로, 주로 지표 부근에서 주간에는 지표에 가까울수록 기온은 상승하여 대기가 불안정하다. 야간의 경우에는 그와 반대 기작으로, 즉 지표가 지표의 복사 방출에 의하여 복사 냉각되며 따라서 지표 인근의 대기도 냉각되므로, 주로 지표에 가까울수록 기온이 하강하는 대기가 안정한 형태의 기온이 완성된다. (복사 역전)

#4. #3에서 논의한 바람이 없는 경우의 고도에 따른 기온 분포는 바람이 부는 경우 어떠한 이유로 어떻게 변하는지 논하시오.

바람이 부는 경우는 #3에서 논의한 기온 분포에서 강제 혼합의 영향이 들어가므로, 지표와 상층의 기온차이가 감소하는 효과가 있다.

#5. 고도에 따른 일교차를 논하시오.

일반적으로 지표 부근의 대기는 지표의 복사 가열과 냉각에 영향을 받는 반면 상층은 그 영향이 적으므로, 고도가 높아질수록 일교차는 대체로 감소하는 경향을 보인다.

#6. 역전층을 정의하시오.

기온 감률이 음의 값을 가지는 대기 연직층을 역전층이라 한다. 즉, 고도가 상승함에 따라 기온이 증가하여 절대적으로 안정한 대기의 층을 역전층으로 정의한다.

일반적으로 역전층은 안정하므로 대기의 연직 혼합, 즉 대류가 잘 일어나지 못한다. 따라서 역전층이 지표 부근에 존재하는 경우, 대기 오염 물질이 잘 퍼지지 않아 일반적으로 대기 오염에 의한 피해가 극심해진다.

#7. 산악에서의 온난대를 정의하시오.

산악의 경우는 야간 등에 골짜기 등의 복사 냉각이 일어나는데, 찬 공기의 경우는 고밀도가 되므로 중력풍으로 하강하여 골짜기로 모인다. 그런데 산악이 이러한 온도 분포를 보이는 경우, 중간의 일부 영상 온도층 하부의 골짜기에 찬 공기가 갇히는 경우가 발생하기도 하며, 이러한 산악의 연직 온도 분포에서 중간 영상 온도층을 온난대로 정의한다. 온난대의 존재는 골짜기 부근의 역전층의 형성을 말하므로, 골짜기에서 대기 오염이 발생하면 안정한 대기의 영향으로 잘 해소되지 못한다.

#8. 구름 · 수증기에 의한 기온의 일변화 경향(일교차)을 논하시오.

수증기는 주요한 온실 기체로, 지표의 장파 복사를 재흡수 · 방출한다. 따라서 습도가 높거나 구름이 있는 야간의 경우, 수증기의 이러한 효과로 인하여 기온 하강이 감소하는 효과, 즉 야간 기온이 높아지는 효과가 나타난다. 반면 주간의 경우는 구름 등은 알베도로 인하여 지표로 태양 복사의 일부를 차단하는 효과를 나타내므로, 주간 기온을 감소시키는 효과가 있다. 따라서 구름 · 수증기는 일교차를 줄이는 효과를 준다고 할 수 있다.

#9. 기온에 영향을 주는 요인을 말하시오. 위도나 계절에 따른 기온 변화에서, 북반구는 계절에 따라 그 위도에 따른 남북 기온 경도가 어떻게 변하는가? 시베리아의 경우 그 연교차는 어떠한가? 육지와 해양의 기온은 어떻게 다른가? 해양성 기후를 보이는 지역과 대륙성 기후를 보이는 유사 위도 지역 간의 기온은 어떻게 다른가?

기온에 영향을 주는 요인으로는 위도, 수륙 분포, 해류, 계절, 고도 등이 있다. 일반적으로 고도가 높아질수록 기온은 하강한다. 북반구는 겨울철의 경우에는 위도에 따른 남북 기온 경도가 크나, 여름철의 경우에는 그렇지 않다. 시베리아의 경우는 대륙의 한가운데에 위치하여 대륙의 비열과 복사 냉각 · 가열 등의 요인으로 인하여 상당히 큰 (60도 이상의) 기온 연교차를 보인다.

일반적으로 육지의 경우는 해양에 비하여 그 비열이 작으므로 해양에 비하여 그 온도 변화가 크다. 따라서 대륙성 기후를 보이는 지역이 유사 위도에 위치한 해양성 기후를 보이는 지역보다 더 큰 기온 연교차를 가지는 편이다.

#10. 일평균기온과 평년기온의 차이를 말하시오. 평균 기온은 어떤 한계점을 가지는가?

일평균기온은 일최고기온과 일최저기온의 평균으로 정의되는, 하루 동안의 짧은 기온 자료인 반면 평년기온은 지난 30년 동안의 일평균기온의 평균으로 정의된다. 평균 기온의 경우는 한 지역의 30년의 통계적 평균 자료이므로, 그 지역의 기온적 특성을 완전히 대표할 수 없다는 문제점이 있다. (평균의 함정), 예컨대, 그 지역의 연교차 등이 아주 커서 1월에는 영하 -10도, 7월에는 영상 30도 등의 기온 분포를 보일 때에 그 지역의 연평년기온이 대략 10도 정도라는 사실은 그 지역의 기온 특성을 전적으로 모두 충분히 설명해주지는 못한다는 문제점이 있다.