기상 관련 공부를 기초부터 다시 하려고 합니다. 이왕 공부하는 김에 노트 정리 할 겸 오유 과게에 글을 올립니다.
과게 여러분들도 함께 공부할 수 있었으면 좋겠습니다.목표는 실제 스스로 예보생산을 할 수 있게 될 때까지 입니다.
지구의 대기를 알아야 어떤 기상현상이 어떻게 일어나는지 알 수 있겠죠? 그래서 가장 먼저 지구 대기의 개관에 대해 설명하려 합니다.
지구의 대기는 대부분 질소로 이루어져 있습니다. 그리고 산소, 수증기, 이산화탄소등 기타 소량의 가스로 이루어져 있습니다.
지구의 대기층 두께는 수백km에 이르지만 실제로 공기의 99%는 지상 30km이내에 자리 잡고 있습니다. 이 대기권이 우주에서
지구로 들어오는 운석, 기타 해로운 자외선 등을 막아 지구의 생명체들을 보호해 주고 있습니다.
기상 현상을 일으키기 위해 필요한 기체는 수증기(water vapor) 입니다. 수증기는 1%미만~4%로 때와 장소에 따라 큰 차이가 납니다.
열대지방의 지표 가까이에서는 최고 4%에 이르나 극지방에서는 1%미만으로 떨어지기도 합니다. 보통 눈에는 보이지 않으나
구름방울과 같은 보다 큰 액체, 또는 빙정같은 고체 입자로 변형할 때 비로소 보이기 시작합니다. 수증기가 액체로 변하는 것을
'응결' 이라고 합니다. 지구 표면 가까이에서 정상적 온도, 압력 상태에 있을 때 기체, 액체, 고체로 존재하는 물질은 물이 유일합니다.
수증기는 대기중 매우 중요한 대기 성분입니다. 수증기는 비나 눈 같은 강수현상을 일으킬 구름을 형성하기도 하고, 지구에서 우주로 빠져나가는
열을 차단하여 온실효과를 일으키기도 하기 때문입니다. 수증기는 지구의 열 에너지 균형에 중요한 역할을 합니다.
지구과학 책에도 나오는 그림입니다. 그림에서 보듯, 대기나 구름, 수증기등이 지구에서 우주로 방출하는 열을 붙잡아 두게 됩니다.
따라서, 하늘이 맑은 날에는 아침 최저 기온이 구름이 낀 날보다 더 떨어질 수 있게 됩니다. 보통 기온을 예보할 때 925hPa, 850hPa 등의
기온선 변화를 참고하고, 거기에 변수로 전일과 비교하여 새벽중 구름 양이 얼마나 되는지를 분석하여 가감치를 줍니다.
구름의 두께가 두꺼울 수록, 전일보다 최저기온은 덜 떨어지게 됩니다.
온실가스는 수증기뿐만이 아닙니다. 이산화탄소라는 놈도 있습니다.
이산화탄소는 대기의 약0.039% 밖에 되지 않습니다. 자연적으로 볼 때 이산화탄소는 주로 식물의 부패를 통해 대기에 공급됩니다.
그 밖에도 화산폭발, 동물이 내쉬는 숨, 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료의 연소, 삼림벌채 등을 통해 대기에 공급됩니다. 반대로
이산화탄소의 소비는 식물의 광합성이 담당합니다. 이렇게 빠져나간 이산화탄소는 소멸되는 것이 아닌, 식물의 뿌리, 가지, 잎에 저장됩니다.
이산화탄소 농도 변화 그래프입니다. 1960년부터 2010년까지 상승하는 그래프의 모양이 보이시죠? 산업혁명 이전에는 약 280ppm으로 안정되어 있었습니다. 그러나 1958년 이후 화석연료의 사용이 증가하면서 이산화탄소 농도가 25%이상 상승한 모습입니다. 현재 이산화탄소 수준은 연간 약 0.5%(1.9ppm)씩 증가하고 있는데 이 상태로 계속해서 이산화탄소의 농도가 증가하게 되면 현재 약 390ppm에서 금세기 말에는 750ppm까지 올라갈 것으로 전망됩니다.
그래프 모양이 지그재그인 이유는, 식물이 죽고 이산화탄소 배출이 많은 겨울에 단위가 높게 나타나고, 식물의 광합성이 활발한 여름에는 낮게 나타나기 때문입니다.
지구의 평균기온 그래프도 위 그래프와 비슷한 모양으로 나타납니다. 지구의 평균기온은 지난 세기에 비해 약 0.8℃ 상승했습니다.
온실가스에는 이산화탄소와 수증기만 있는 것이 아닙니다. 최근 다른 가스들이 악명을 얻고 있는데, 이 가스들의 농도가 증가하고 있기 때문입니다. 그러한 가스들에는 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 염화불화탄소(CFC) 등입니다. 염화불화탄소는 여러분들도 잘 알고계시는 프레온 가스입니다.
메탄의 경우 연간 0.5%씩 증가해왔습니다. 대부분 토양에서 박테리아에 의해 식물 성분이 분해되면서, 흰개미의 생물학적 활동으로, 그리고 소의 배에서 일어나는 생화학적 작용으로 배출됩니다. 메탄 배출량의 급속한 증가 원인은 현재 연구 중에 있습니다. 아산화질소의 배출량의 경우 연간 0.25%정도의 비율로 증가중이고 이것은 태양의 자외선에 의해 파괴됩니다. 염화불화탄소는 지구기온을 상승시킬 가능성이 있을 뿐만 아니라, 오존을 파괴하기도 하므로 대기에 매우 중요한 영향을 끼치는 가스입니다.
지상에서는 오존(Ozone O₃) 이 사람의 눈과 목에 자극을 주고, 식물에 피해를 주는 광화학 스모그의 주성분입니다.
(광화학 스모그 : 원래 스모그는 연기와 안개의 혼합어를 의미했다. 그러나 오늘날 스모그는 보통 대도시에서 형성되는 유형의 스모그를 말한다. 이런 유형의 스모그는 햇빛 속에서 화학 반응이 일어날 때 형성되므로 광화학 스모그라 한다.)
오존의 대부분(약97%)는 산소원자들이 산소 분자들과 결합함에 따라 자연적으로 형성되는 성층권에서 발견됩니다. 이곳의 오존 농도는 평균 체적 기준으로 0.002% 미만입니다. 적은 양이지만 지구의 생명체들을 자외선으로부터 보호해 주기 때문에 굉장히 중요한 기체입니다.
차후 올리는 글에서 자세히 서술하겠지만, CFC는 오존을 파괴합니다. 현재는 그림처럼 오존 구멍이 생기기에 이르렀습니다. 그림은 봄철 남극 상공 성층권 입니다.
요약
-지구의 대기는 각종 기체의 혼합체이다. 지상 부근 일정 체적의 대기 중에는 질소 약78%, 산소 약21% 가 들어있다.
-지표 부근에서 단위 부피 내의 수증기량은 4% 미만에 불과하지만, 수증기는 응결하여 액체 구름방울이 되거나 변하여 섬세한 빙정이 될 수 있다. 물은 자연상태에서 기체, 액체, 고체로 우리 눈에 보이는 유일한 대기물질이다.
-수증기와 이산화탄소는 중요한 온실가스이다.
-성층권의 오존은 유해한 자외선으로부터 생명을 보호한다. 지표의 오존은 광화학 스모그의 주성분이다.
