기상학 - 위험한 구름에 대해(3)

대기의 Stability를 결정하는 요인

• 이전 글에서 대기의 Stability는 ELR, DALR, SALR의 관계에 의해 결정된다고 했다. 이 이유를 살펴보기 전 하나 짚고 넘어갈 것이 있다. Air는 상승하거나 머물거나 하강하는 세 가지의 방향성을 가진다. 그 방향성을 결정하는 것은 대기의 온도이다. 쉽게 생각해서 ‘A’라는 공기가 있고 ‘B’라는 공기가 있다고 가정해 보자. 어떤 힘에 의해서 A가 상승을 시작해서 B가 있는 곳까지 상승했다고 해보자. 이때 A가 계속 상승할 것인지, B가 있는 곳에서 머물 것인지, 다시 하강을 할 것인지는 A와 B의 온도에 달렸다. 공기는 기본적으로 온도가 올라가면 부피가 팽창하고 그로 인해 밀도가 낮아져 상승한다. 그러면 만약 A가 B보다 온도가 높다고 하면 어떻게 될까? A는 B보다 밀도가 낮다. 이로 인해 A는 계속 상승을 할 것이다. A의 온도가 B보다 낮으면 하강을 하게 될 것이다. 여기서 대기의 Stability가 나뉜다. 위 첫 번째 상황 A의 온도가 높아 계속 상승을 하는 것을 Unstable하다고 하며 A의 온도가 낮아 다시 하강을 하는 상황을 Stable하다고 한다. 계속 상승하는 상황이 왜 Unstable한 것인지는 구름의 생성 과정 알아볼 때 살펴보도록 하자.

  

  출처 : JAA ATPL Meteorology

• 다시 ELR, DALR, SALR로 돌아와서 이야기해 보자. ‘A’라는 공기가 상승하는 상황을 가정해 보자. 이때 실제 대기 온도 관측 장비로 대기 온도를 측정하였더니 1000ft 상승할 때마다 섭씨 1도씩 감소했다고 해보자. 그러면 ELR은 섭씨 1도/1000ft가 된다. 지상에서 섭씨 15도인 Air가 상승을 하면 Unsaturated Air는 DALR인 섭씨 3도/1000ft로 온도가 감소하면서 상승할 것이다. 그러면 A 공기는 1000ft에서 섭씨 12도가 된다. 하지만 원래 1000ft에 있던 ‘B’ 공기는 섭씨 1도/ 1000ft ELR에 따라 온도는 섭씨 14도이다. A 공기의 온도는 B 보다 낮다. 그러면 A는 다시 하강하려고 할 것이다. 이것을 Stable 하다고 표현한다. 조금 복잡한 수식으로 표현하면 DALR이 ELR보다 큰 상황일 때 Absolute Stability라고 한다.
• 만약 ELR이 DALR보다 크면 A 공기의 온도는 B보다 높을 것이므로 계속 상승하려고 하고 Instability가 된다. ELR이 DALR과 SALR 두 개보다 모두 크면 Absolute Instability이며 ELR이 SALR보다는 크고 DALR보다는 작을 때(SALR<ELR<DALR)는 Conditional Instability라고 한다.

출처 : JAA ATPL Meteorology

출처 : JAA ATPL Meteorology

출처 : JAA ATPL Meteorology

• 조금 어렵게 설명을 했지만 사실 위의 설명 중 가장 중요한 부분은 주변 온도보다 높으면 공기가 계속 상승한다는 것이며 다음 글에서 알아볼 구름의 생성 과정을 이해하기 위해 필요한 여러 가지 Lapse Rate에 대해 알아보았다.