기상학 - 바람(Wind)은 왜 불까?(2)

Geostrophic Wind(지균풍)

1. 이전 글에서 다루었던 네가지 힘에 의해 어떻게 바람이 부는지 알아보자. 먼저 지균풍에 대해 알아볼 것이다. 아래 그림과 같이 지균풍의 정의는 “지면의 마찰에 영향을 받지 않는 상공에서 Isobar(등압선)가 직선일 때 Isobar와 평행하게 부는 바람”을 말한다.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology

2. 이제 정의를 하나하나 뜯어보면서 알아가보자. 먼저 “지면의 마찰에 영향을 받지않는 상공”이란 통상적으로 2000ft~3000ft 이상에 부는 바람을 말한다. 또한 “Isobar가 직선일 때”는 아래의 그림에서 보듯이 Isobar가 직선일 때도 있고 고기압이나 저기압을 기준으로 휘어지는 형태를 가지는 것도 있다. 여기서 Isobar가 직선일 때 나란히 부는 바람을 지균풍이라고 한다.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology

3. 그러면 어떻게 지균풍이 Isobar와 평행하게 불게 되는지 알아보자. 먼저 고기압과 저기압이 발생하면 PGF(기압 경도력)이 작용한다. 기압 경도력에 의해 Air가 고기압에서 저기압으로 이동하게 된다. 이때 북반구에서는 CF(전 향력)에 의해 Air는 오른쪽으로 휘어지게 되며 발생 방향은 바람의 방향에 90도 작용하게 된다. 전 향력에 의해 바람의 방향은 점점 오른쪽으로 휘게 되고 결국 PGF와 CF의 힘이 같아질 때까지 오른쪽으로 휘게 되는데 이때가 Isobar와 평행하게 될 때이다. 이렇게 오른쪽에는 고기압, 왼쪽에는 저기압을 두고 Isobar와 평행하게 부는 바람을 지균풍이라고 한다.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology

Gradient Wind(경도풍)

1. 위 지균풍은 Isobar가 직선일 때 바람이 어떻게 부는지에 대한 것이다. 만약 Isobar가 휘어져 있으면 어떻게 될까? 이것에 대한 것이 경도풍이다. 경도풍이란 지균풍에 작용하는 두 가지 힘에 원심력이 작용하면서 바람의 방향이 변화된 형태이다.
2. 일반적으로 Isobar가 휘어지는 것은 고기압이나 저기압을 기준으로 둥근 모양을 형성하며 Air가 퍼져나가거나 모이게 되기 때문이다. 그렇기 때문에 여기서 원심력이 작용하면서 바람의 방향을 변화 시키게 되는데 먼저 고기압에서 Air는 시계방향으로 퍼져나간다. 이 말의 뜻은 PGF가 바깥쪽으로 힘이 작용하며 CF는 시계방향의 오른쪽으로 90도인 고기압 중심으로 향하게 된다. 이때 원심력은 바깥으로 튕겨져 나가는 힘으로 PGF와 같은 방향으로 작용한다. PGF와 CF가 균형을 이루고 있는 형태에서 원심력이 더해지면서 바람의 방향이 PGF 쪽으로 기울게 되며 경도풍이 형성된다.

   

   출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology

3. 저기압은 아래 그림과 같이 반대로 생각하면 된다.

출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology

Surface Wind(지상풍)

1. Surface Wind는 지상과 가까운 바람이 Surface Friction에 의해 PGF와 CF 간의 균형이 깨지면서 바람의 방향이 바뀌게 되는 것을 말한다. 이때 바람의 방향은 아래 그림과 같이 저기압 쪽으로 기울게 되는데 그 이유를 알아보자.
2. 바람의 방향이 저기압 쪽으로 기울었다는 것은 PGF의 힘이 더 강하다는 것을 말한다. 왜 그렇게 될까? 이 전 글에서 다루었던 CF를 구하는 공식에서 그 이유를 알 수 있다. CF 공식을 이야기할 때 풍속이 중요하다고 하며 풍속이 줄어들면 CF가 줄어든다고 했었다. Friction은 Wind의 반대 방향으로 작용하므로 풍속을 감소시키게 되며 이 때문에 CF 또한 줄어들게 된다. 줄어든 CF 때문에 PGF와 CF의 균형이 깨지면서 PGF 쪽으로 바람 방향이 기울게 되는 것이다.
3. 일반적으로 물 위에서는 15~20도 정도까지 풍향이 변하며 육지에서는 지형에 따라 25~45도까지 풍향이 변하게 된다.

출처 : CAE Oxford Aviation Academy - Meteorology