13.4 Process That Change Atmospheric Stability

13.4 Process That Change Atmospheric Stability

 

대기 안정성의 변화는 높이에 따른 온도(밀도) 변화와 반비례 관계에 있다(그림 13-6 참조). 만약 기온감률이 증가하면 안정성이 감소한다. 반대로 만약 기온감률이 감소하면 안정성이 증가한다. 이러한 변화들의 대부분은 공기 이동의 결과로 발생하지만 일일 온도 변화 또한 상당한 영향을 미칠 수 있다.

그림 13-6에서 오른쪽 공기 기둥의 기온감률이 더 높기 때문에 덜 안정적이다.

 

13.4.1 Wind Effects on Stability

 

바람은 기온감률을 변화시켜서 공기 기둥의 안정성을 변화시킬 수 있다. 바람이 공기 기둥의 하단에 차가운 공기를 불어넣을 때(한랭이류: cold air advection), 그리고/혹은 공기 기둥의 상단에 따뜻한 공기를 불어넣을 때(온난이류: warm air advection) 안정성이 증가한다. 반대로 바람이 공기 기둥의 하단에 따뜻한 공기를 불어넣을 때, 그리고/혹은 공기 기둥의 상단에 차가운 공기를 불어넣을 때 안정성이 감소한다.

 

13.4.2 Vertical Air Motion Effects on Stability

 

대기 중의 공기 기둥은 하강할 때 더 안정적이게 된다(그림 13-7 참조). 공기 기둥은 하강 도중 대기의 무게에 의해 압축되어서 수직 방향으로 수축된다. 전체적인 공기층은 단열 압축으로 인해 가열된다. 허나 공기 기둥의 상단이 하단보다 더 깊이 하강하기 때문에 더 많이 가열된다. 이 과정은 기온감률을 감소시키고 안정성을 증가시키는 역할을 한다.

반대로 대기 중의 공기 기둥은 상승할수록 불안정해진다. 상승 도중 공기 기둥 상단의 공기 밀도가 급격히 감소해서 기둥이 수직 방향으로 늘어난다. 전체적인 공기층은 불포화 상태를 유지하는 한 건조 단열 기온감률에 따라 냉각된다(그림 13-7 참조). 허나 기둥이 수직 방향으로 늘어났기 때문에 기둥 상단의 공기가 기둥 하단의 공기보다 더 많이 냉각된다. 이 과정은 기온감률을 증가시키고 안정성을 감소시키는 역할을 한다.

 

상승하는 공기 기둥의 하단 공기 상대습도가 상단 공기 상대습도보다 높으면 공기 기둥이 불안정해진다. 공기가 위로 상승함에 따라 하단이 먼저 포화 상태에 도달하고 기온감률이 더 작은 습윤 단열 기온감률에 따라 냉각된다. 그 결과로 공기 기둥 내부의 기온감률이 증가하고 안정성이 감소하게 된다. 이 과정을 대류 불안정(convective instability)이라 부르며 이는 뇌우의 발생과 관련되어 있다.

 

13.4.3 Diurnal Temperature Variation Effects on Stability

 

일일 온도 변화는 대기 안정성에 상당한 영향을 미칠 수 있다(그림 13-8 참조). 주간에 발생하는 지표면 가열은 기온감률을 증가시키고 안정성을 감소시킨다. 반대로 야간에 발생하는 지표면 냉각은 기온감률을 감소시키고 안정성을 증가시킨다. 일일 온도 변화는 대류권 하부에서 가장 두드러지게 나타나는데 이는 공기의 열전도율이 낮기 때문이다(표 5-3 참조).

일일 온도(그리고 안정성) 변화의 크기는 주로 지표면의 유형, 위도, 운량(예를 들어 구름이나 오염물질), 공기의 수증기 함량, 그리고 풍속의 영향을 받는다. 온도 변화는 저위도 육지에서 하늘이 맑고 공기는 건조하고 바람이 약할 때 최대가 된다. 반대로 고위도 바다에서 하늘이 흐리고 공기는 습하고 바람이 강할 때 온도 변화가 최소가 된다.