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1. 개요
大氣大循環 / Atmospheric circulation전 지구적으로 벌어지고 있는 열 전달 운동의 일환이다. 참고로 지구뿐만 아니라 대기를 가지고 있는 모든 천체에서 대기 대순환이 일어날 수 있다. 그 형태는 다름아닌 바람이다.
지구가 자전하지 않는 상태라고 가정하자. 전 지구적 열적순환과정에서 적도지방의 공기는 태양 복사 에너지를 받고 상승해 주변으로 퍼져나가는데, 이 퍼져 나가는 공기의 흐름은 고위도 지방을 향해간다. 고위도로 가면서 열을 주변에 빼앗기게 되고, 극지방에 도달하면 냉각되어 하강해 저위도 지방으로 간다. 다시 적도지방으로 온 공기는 열받아서 상승하고, 상승한게 극지방으로가고, 냉각돼서 하강하고, 다시 적도로.... 이런식으로 무한히 순환하게 되고, 이 순환하는 공기의 흐름은 북반구에 하나, 남반구에 하나씩 존재하게 될것이다. (이때 각각의 순환을 세포(cell)라고 한다.)
그런데 지구는 자전한다는 점이 문제이다. 동시에 자전하고 있는 거대한 구인 지구는 필연적으로 적도 지역과 극지방에서 자전 속도에 차이가 날 수밖에 없고, 이 속도의 차이로 전향력이라는 가상의 힘이 작용한다. 공기의 흐름도 예외가 아니어서, 이 전향력 때문에 공기의 흐름(바람)의 운동에도 변화가 생기게 된다. 그 결과 원래라면 하나의 커다란 순환 세포여야 할 것이 3개의 자잘한 순환 세포로 나뉘어 지게 된다. 그러므로 지구의 대기는 위도0°,30°,60°기준으로 크게 3개의 연직순환과 3개의 항상풍으로 이루어져 있다. 물론 남반구와 북반구는 대칭적인 형태를 띠게 된다.
대기 대순환이 중요한 이유는, 이것이 세계의 기후(climate), 더 나아가 문화(culture)와와 깊은 연관을 가지고 있다는 점이다.
1.1. 연직 순환
- 위도 0°~30° - 해들리 순환(Hadley Cell): 적도에서 상승했다가, 중위도지역에서 다시 하강하는 순환.
지구의 어떤 위도대 보다도 상대적으로 태양 복사 에너지를 많이 받는 적도 부근에서는 가열이 쉽게 일어나 대류 활동이 활발해진다. 이로 인해 가열, 상승된 공기는 위로 올라가서 고위도 지역으로 퍼져나가게 된다. 그리고 적도 지역은 자연스럽게 공기가 빠져나가므로 저기압이 형성되고, 공기가 모이게 된다. 이를 적도 저압대 또는 적도 수렴대라고 한다. 영어로는 Intertropical Convergence Zone이라고 하는데, 약어로 ITCZ라고 많이 사용한다.
위로 올라간 공기는 북반구든 남반구든 상관없이 고위도를 향해 진격하다 점점 차가워지는데, 찬 공기는 자연히 내려가게 된다. 이것이 위도 30도 부근이다. 즉, 위도 30도 부근에서 하강 기류가 형성된다는 것이다. 이로 인해 생기는 고기압대를 아열대 고기압이라고 한다. 우리가 알고 있는 사막들 중에 끝없이 펼쳐진 모래가 있는 사막이 바로 이 아열대 고압대가 만든 사막들이다.
- 위도 30°~60° - 페렐 순환 (Ferrel Cell): 중위도 지역에서의 순환, 간접순환이다.
중위도 지역 중 위도 20°~35°의 하강 기류가 일어나는 지역을 아열대 고압대 또는 말위도라고 한다. 말위도는 영어로 horse latitudes 라고 쓴다. 건조한 지역이라 육상에서는 사막이 나타나기도 하며, 해상에서는 무풍지대가 형성되기도 한다. 말위도라는 명칭은 스페인 선원들이 대서양의 이 지역을 항해할 때 종종 장기간의 무풍으로 말을 더 이상 먹일 수 없어 바다에 버려야 했던 상황에서 유래되었다.
- 위도 60°~90° - 극 순환(Polar Cell): 극지방에서 하강, 고위도지역에서 다시 상승하는 순환.
고위도 지역 중 위도 60° 지역을 한대전선대라고 한다. 영어로는 polar front라고 한다. 여기서는 적도 지역과 비슷하게 저기압이 형성되는데 이를 한대저기압이라고 한다.
1.2. 항상풍
- 무역풍(위도 0°~30°): 중위도 고압대(위도 30°)→적도 수렴대(위도 0°) 방향의 바람. 전향력으로 인해 바람 방향이 꺾이게 되어 북반구에서는 북동무역풍이, 남반구에서는 남동무역풍이 분다.
- 편서풍(위도 30°~60°): 중위도 고압대(위도 30°)→한대 전선대(위도 60°) 방향의 지상풍(地上風)이다.
- 극동풍(위도 60°~90°): 극 고압대(위도 90°)→한대 전선대(위도 60°) 방향의 항상풍이다
이외에 열대성 저기압 폭풍인 태풍, 허리케인과 고기압성 폭풍인 반싸이클론이 해당된다. 이 쪽은 적도 지역의 엄청난 에너지를 중위도 지역으로 전달해주는 역할을 해준다.