대기 안정도_단열 변화

1. 단열 변화

(1) 단열 변화

공기 덩어리가 외부와의 열 교환 없이 주위 기압 변화에 의한 부피 변화로 인해 공기 덩어리 내부의 온도가 변하는 현상

 

① 단열 팽창 : 공기 덩어리가 상승하면 주위 기압이 낮으므로 공기 덩어리가 팽창하면서 주변 공기에 일을 하고, 내부 에너지가 감소하여 온도가 낮아진다.

 

② 단열 압축 : 공기 덩어리가 하강하면 주위 기압이 높으므로 공기 덩어리가 압축되면서 내부 에너지가 증가하여 온도가 높아진다.

 

(2) 단열 감률

단열 변화에 의해 높이에 따라 공기 덩어리 내부의 온도가 변하는 비율

 

① 건조 단열 감률 : 부포화 상태인 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율로, 불포화 상태인 공기 덩어리가 상승하여 팽창하면 1km마다 기온이 약 10℃씩 낮아지고, 반대로 공기 덩어리가 하강하여 압축되면 1km마다 기온이 약 10℃씩 높아진다. ▶ 약 10℃/km

 

② 습윤 단열 감률 : 포화 상태인 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율로, 포화 상태인 공기 덩어리가 상승하여 팽창하면 숨은열(잠열) 방출로 인해 불포화 상태일 떄보다 온도 감소폭이 작게 되어 1km마다 기온이 약 5℃씩 낮아진다. ▶ 약 5℃/km

 

③ 이슬점 감률 : 공기 덩어리가 상승 또는 하강할 때의 이슬점 변화율

▶ 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 2℃이고, 포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 5℃/km이다.

 

※ 내부 에너지

물체를 구성하는 분자나 원자의 위치 에너지와 운동 에너지의 총합으로, 내부 에너지가 증가하면 온도가 높아지고 내부 에너지가 감소하면 온도가 낮아진다.

 

※ 단열 감률

단열 변화에 의해 높이에 따라 상승 또는 하강하는 공기의 온도가 변하는 비율로, 불포화 상태의 공기는 건조 단열 감률인 약 10℃/km, 포화 상태의 공기는 슴윤 단열 감률인 약 5℃/km로 단열 변화한다.

 

 

(3) 상승 응결 고도

공기 덩어리가 단열 상승하여 구름이 생성되기 시작하는 고도

▶ 상승 승결 고도(H)는 공기 덩어리의 상대 습도가 낮을수록, 즉(기온 - 이슬점) 값이 클수록 높다.

 

2. 푄

(1) 푄

산 사면을 따라 공기 덩어리가 상승할 때에는 단열 팽창이 일어나서 상승 응결 고도 이상에서는 구름이 생성되어 비가 내리고, 산 정상을 넘어 하강할 때는 단열 압축이 일어나므로, 산을 넘기 전에 비하여 고온 건조한 상태가 되는 현상이다. 우리나라의 높새바람이 대표적인 예이다.

▶ 산을 넘는 동안 구름이 생성된다면 산을 넘은 후 공기는 산을 넘기 전 공기와 비교했을때 기온 상승, 이슬점 하강, 상대 습도 감소, 절대 습도 감소

 

(2) 푄에 의한 기온과 이슬점 및 습도의 변화

구간	포화 여부	기온 변화	이슬점 변화	상대 습도	절대 습도
A -> B	불포화 상태	약 10℃/km 하강	약 2℃/km 하강	증가	감소
B -> C	포화 상태	약5℃/km 하강	약 5℃/km 하강	100%로 일정	크게 감소
C -> D	불포화 상태	약 10℃/km 상승	약 2℃/km 상승	감소 증가

※ 상승 응결 고도

불포화 상태의 공기 덩어리가 단열 상승하여 구름이 생성되기 시작하는 고도

 

※ 단열 변화에서 상대 습도 변화

수증기를 포함한 불포화 상태의 공기 덩어리가 상승하면 기온과 이슬점 차이가 줄어들면서 상대습도는 증가한다. 공기 덩어리가 상승 응결 고도에 도달하면 상대 습도는 100%가 되고, 이후 계속 상승한다면 수증기가 응결하는 동안 상대 습도는 100%를 유지한다.

 

※ 높새바람

우리나라에서 늦봄부터 초여름에 걸쳐 동해안에서 태백산맥을 넘어 서쪽 서면으로 부는 북동 계열의 바람

 

3. 대기 안정도와 구름

(1) 대기 안정도

① 안정 : 기온 감률 <  단열 감률 ▶ 공기의 연직 운동이 억제되어 대류가 잘 일어나지 않으며, 댁 ㅣ오염 물질의 농도가 높아지고, 층운형 구름이 생성될 수 있다.

 

② 불안정 : 기온 감률 > 단열 감률 ▶ 공기의 연직 운동이 활발하여 대류가 잘 일어나고, 대기 오염 물질이 잘 퍼져 나가며, 적운형 구름이 생성될 수 있다.

 

③ 중립 : 기온 감률 = 단열 감률 ▶ 상승 또는 하강하는 공기 덩어리의 온도가 주위 기온과 같아 져서 이동한 높이에 그대로 있으려 하고, 공기의 대류가 약하며, 대기의 혼합이 잘 일어나지 않는다.

 

※ 기온 감률

높이 올라갈수록 기온이 낮아지는 비율로, 대류권의 평균 기온 감률은 6.5℃/km이다.

 

(2) 역전층

하층의 공기 온도가 상층의 공기 온도보다 낮아져 안정한 상태의 기층

▶ 공기의 상승이나 하강 운동이 억제된다,

 

① 복사 냉각에 의한 역전층 형성 : 기온의 일교차가 크고, 바람이 불지 않는 맑은 날 새벽에 지표면의 복사 냉각에 의해 형성된다.

 

② 기상 현상 : 지표 부근에는 안개가 생길 수 있고, 도시에서는 스모그 현상이 나타날 수 있다.

 

③ 대기 오염 물질의 이동 : 역전층은 절대 안정 상태이므로 공기의 연직 운동이 일어나지 않아 대기 오염 물질이 위아래로 퍼져 나가지 않아서 지표 부근에 쌓이게 된다.

 

(3) 구름의 생성

① 적운의 생성 : 지표면 부근의 공기가 부분적으로 가열되어 같은 높이의 주위 공기보다 가벼워지면 상승하기 시작한다. -> 기온은 건조  단열선을 따라 낮아지고 이슬점은 이슬점 감률선을 따라 낮아진다. -> 공기 덩어리가 상승하면 기온과 이슬점의 차이가 점차 줄어들어 상대 습도가 높아지다가 상승 응결 고도에 도달하면 포화 상태가 되어 응결이 일어나기 시작한다. -> 상승 응결 고도에 도달하여 구름이 생성되기 시작한 고익 덩어리가 주위 공기보다 온도가 높으면 습윤 단열선을 따라 온도가 낮아지면서 공기 덩어리가 계속 상승한다. -> 상승하는 공기 덩어리의 온도가 주위 공기의 온도와 같아지는 지점에 도달하면 더 이상 상승하지 않게 되므로 습윤 단열선 구간에 해당하는 두께를 가진 적운형 구름을 형성 한다.

 

② 층운의 생성 : 지표면 부근의 공기가 부분적으로 가열되어 같은 높이의 주위 공기보다 가벼워지면 상승하기 시작한다. -> 1km 상공에서 포화된 공기 덩어리가 상승할 때, 주변 공기보다 온도가 낮으므로 상승이 억제되어 옆으로 퍼진 모양의 층운형 구름을 형성한다.

 

※ 구름이 생성되는 경우

• 지표면이 국지적으로 부동 가열될 때
• 저기압 중심에서 공기가 상승할 때
• 전선면을 타고 공기가 상승할 때
• 산 사면을 타고 공기가 상승할 때

※ 구름과 안개의 차이점

일반적으로 구름은 상공에서 수증기의 응결이 일어나 만들어진 물방울과 작은 얼음 알갱이의 무리를 의미하고, 안개는 지표 부근에서 수증기가 응결해 만들어진 것을 의미한다.

 

(4) 안개의 종류와 생성 원리

종류		생성 원리
공기의 냉각에 의해 생성되는 안개	복사 안개	복사 냉각에 의해 지표면 기온이 하강할 때 생성
	이류 안개	온난 습윤한 공기가 차가운 지표나 해수 위로 이동할 대 생성 예) 바다 안개(해무)
	활승 안개	지형을 따라 공기가 상승하여 냉각되면서 생성
수증기량의 증가에 의해 생성되는 안개	전선 안개	전선 부근에서 약한 비가 내려 수증기가 증발할 때 생성
	증발 안개	따뜻한 수면에서 물이 증발할 때 생성