대기 순환

Atmospheric circulation
지구의 대규모 대기 순환에 대한 이상적인 묘사(분분점)
월별 장기 평균 강수량

대기 순환은 공기의 대규모 이동이며, 해양 순환과 함께 열 에너지가 지구 표면에 재분배되는 수단이다.지구의 대기 순환은 해마다 달라지지만, 대규모 순환 구조는 상당히 일정하다.더 작은 규모의 기상 시스템인 중위도 저기압, 즉 열대 대류 세포는 무질서하게 발생하며, 이러한 시스템의 장기 기상 예측은 실제로 10일 또는 이론상으로는 한 달을 초과할 수 없다(혼돈 이론과 나비 효과 참조).

지구의 날씨는 태양의 빛과 열역학 법칙의 결과이다.대기 순환은 태양의 에너지에 의해 움직이는 열 엔진으로 볼 수 있으며, 궁극적으로 그 에너지 흡수원이 우주의 어둠이다.이 엔진에서 생성된 작업은 공기 덩어리의 움직임을 유발하고 그 과정에서 열대 부근의 지구 표면에 흡수된 에너지를 극 부근의 위도로 재분배하고, 그 후 우주로 재분배한다.

대규모 대기 순환 "세포"는 따뜻한 시기(예를 들어, 빙하와 비교한 간빙하)에 극을 향해 이동하지만, 기본적으로 지구의 크기, 회전 속도, 가열 및 대기 깊이의 특성이기 때문에 거의 변하지 않는다.매우 긴 시간(수억 년)에 걸쳐, 구조 상승은 제트 기류와 같은 주요 요소들을 크게 바꿀 수 있고, 판 구조학은 해류를 바꿀 수 있습니다.중생대의 매우 더운 기후 동안, 적도에 세 번째 사막 지대가 존재했을지도 모른다.

위도 순환 기능

표면 바람을 보여주는 세 개의 대형 순환 셀의 이상적인 보기
7월 평균 500hPa의 수직 속도.상승(음수 값)은 태양 적도 부근에 집중되어 있으며 하강(양수 값)은 더 확산되지만 주로 해들리 셀에서도 발생합니다.

행성을 감싸고 있는 바람 벨트는 각 반구의 세 개의 세포(해들리 세포, 페렐 세포, 극지 세포)로 구성되어 있습니다.그 세포들은 북반구와 남반구 모두에 존재한다.대부분의 대기 운동은 해들리 세포에서 일어난다.지구 표면에 작용하는 고압 시스템은 다른 곳의 저압 시스템과 균형을 이룹니다.결과적으로, 지구 표면에 작용하는 힘의 균형이 있다.

마위도는 위도 약 30°~35°(북위 또는 남위)의 고기압 지역이며, 바람이 해들리 또는 페렐 셀의 인접 구역으로 분산되며, 일반적으로 바람이 약하고, 하늘이 맑으며 [1][2]강수량이 적다.

해들리 세포

주요 기사:해들리 세포
우주에서 본 동태평양과 미주 상공의 ITCZ 구름대

조지 해들리가 설명한 대기 순환 패턴은 무역 바람을 설명하기 위한 시도였다.해들리 셀은 적도에서 시작되는 폐쇄 순환 루프입니다.그곳에서, 습한 공기는 지표에 의해 따뜻해지고, 밀도가 낮아지고 상승한다.적도 반대편에서 일어나는 비슷한 기단은 상승하는 기단을 극지방으로 이동시킨다.상승하는 공기는 적도 부근에 저기압대를 형성한다.공기는 극을 향해 이동함에 따라 냉각되고 밀도가 높아지며 약 30도 선으로 하강하여 고기압 영역을 형성합니다.하강한 공기는 표면을 따라 적도를 향해 이동하며, 적도 지역에서 상승한 공기를 대체하여 해들리 세포의 고리를 닫는다.대류권 상부에서 공기의 극방향 이동은 코리올리 가속(각운동량 보존의 표시)에 의해 동쪽을 향해 변한다.그러나 지상에서는 대류권 하부에서 적도로 향하는 공기의 움직임이 서쪽으로 치우쳐 동쪽에서 바람을 일으킨다.해들리 셀의 지면 레벨에서 서쪽으로 흐르는 바람(동풍)을 무역풍이라고 합니다.

해들리 셀은 적도에 위치한 것으로 묘사되어 있지만, 6월과 7월에는 위도가 높은 곳으로, 12월과 1월에는 위도가 낮은 쪽으로 이동하는데, 이는 태양이 표면을 가열했기 때문이다.난방이 가장 많이 일어나는 지역은 "열적도"라고 불립니다.남반구의 여름은 12월부터 3월까지이므로, 열적도가 남반구보다 높은 위도로 이동한다.

해들리 시스템은 열 직접 순환의 예를 제공합니다.열기관으로 여겨지는 해들리 시스템의 출력은 200테라와트로 [3]추정된다.

페럴 셀

위도 60°에서 상승하는 공기의 일부는 높은 고도에서 극지방으로 분산되어 극지방의 셀을 형성합니다.나머지는 적도 쪽으로 이동해 위도 30°에서 해들리 셀의 고준위 공기와 충돌합니다.거기서 그것은 가라앉고 아래에 있는 고기압 능선을 강화한다.페럴 셀을 구동하는 에너지의 많은 부분은 양쪽에서 순환하는 극성 셀과 해들리 셀에 의해 공급되고 [4]페럴 셀을 끌어당깁니다.그러므로 윌리엄 페렐(1817–1891)에 의해 이론화된 페렐 세포는 해들리와 그 양쪽에 있는 극세포에 의해 존재 여부가 결정되는 2차 순환 특성이다.그것은 해들리와 극지 세포에 의해 만들어진 소용돌이로 생각될 수 있다.

위도 30°에서 하강하는 페렐 셀의 공기는 지면 높이에서 극으로 돌아오고, 그렇게 되면 동쪽으로 치우칩니다.페렐 전지의 상층 대기에서는 적도를 향해 이동하는 공기가 서쪽으로 치우칩니다.해들리와 극지 셀의 경우와 마찬가지로 이러한 편차는 각운동량 보존에 의해 추진됩니다.그 결과 동쪽 무역풍이 해들리 세포 아래에서 발견되듯이 서쪽 바람도 페렐 세포 아래에서 발견됩니다.

페렐 셀은 열원이 강하지도 않고 싱크대도 강하지도 않기 때문에 공기 흐름과 온도가 변하기 때문에 약합니다.이러한 이유로 중간 위도는 때때로 "혼합 영역"으로 알려져 있습니다.해들리와 극지 세포는 정말로 닫힌 고리이고, 페렐 세포는 그렇지 않으며, 그 결정점은 "우세한 서풍"으로 더 공식적으로 알려진 서풍에 있습니다.동풍 무역풍과 극지방 동풍은 부모 순환 세포가 충분히 강하고 거대한 지형 지형이나 고기압 지역의 형태로 장애물에 거의 직면하지 않기 때문에 우세할 것이 없다.그러나 페럴 셀의 약한 편서풍은 교란될 수 있다.한랭전선의 국지적 통로는 몇 분 안에 그것을 바꿀 수 있고, 자주 변한다.그 결과 지표면에서는 바람이 갑자기 방향을 바꿀 수 있다.그러나 지형에 의해 영향을 덜 받는 지표면 위의 바람은 본질적으로 서향이다.적도를 향해 이동하는 위도 60°의 저기압 구역 또는 극으로 이동하는 위도 30°의 고기압 구역은 페렐 셀의 편서풍을 가속시킵니다.극지방으로 이동하는 강한 고기압은 며칠간 서풍을 몰고 올 수 있다.

Ferrel 시스템은 성능 계수가 12.1인 열 펌프 역할을 하며, Hadley 및 극지방 시스템에서 대략 275테라와트의 [3]속도로 운동 에너지를 소비합니다.

극전지

주요 기사: 극 소용돌이와 극동풍

극전지는 강력한 대류 드라이버를 가진 단순한 시스템입니다.적도 공기에 비해 차갑고 건조하지만, 60도 기단은 대류를 거쳐 열 루프를 구동하기에 충분히 따뜻하고 습하다.60도에서는 대류권계면(이 위도에서 약 8km)까지 상승하여 극지방으로 이동한다.이렇게 되면 상층 기단이 동쪽으로 치우치게 됩니다.공기가 극지에 도달하면 우주로 가는 방사선에 의해 냉각되어 지하에 있는 공기보다 상당히 밀도가 높습니다.차갑고 건조한 고기압 지역을 만들면서 내려갑니다.극지 레벨에서는 극에서 60도 방향으로 공기 덩어리가 구동되어 거기에서 상승한 공기를 대체하여 극지 순환 셀이 완성됩니다.지표면의 공기가 적도를 향해 이동하면서 서쪽으로 치우칩니다.기단의 편차는 코리올리 효과의 결과입니다.지표면의 공기 흐름은 북극 근처에서는 북동쪽에서 남서쪽으로, 남극 근처에서는 남동쪽에서 북서쪽으로 흐르는 극동풍이라고 불립니다.

셀로부터의 공기 덩어리의 유출은 로스비 파장으로 알려진 대기에 조화파를 생성한다.이 초장파들은 대류권계면과 페렐 세포 사이의 과도기 영역 내에서 이동하는 극성 제트 기류의 경로를 결정합니다.열제거원 역할을 함으로써 극전지는 풍부한 열을 적도로부터 극지방으로 이동시킨다.

해들리 세포와 극지 세포는 열적으로 직접적이라는 점에서 유사하다. 즉, 표면 온도의 직접적인 결과로 존재한다.그들의 열적 특성은 그들의 영역의 날씨를 주도한다.해들리 셀이 운반하는 에너지의 양과 극지 셀에 포함된 열제거원의 깊이는 일시적인 기상 현상이 시스템 전체에 무시할 수 있을 뿐만 아니라 비정상적인 상황을 제외하고는 생성되지 않는다는 것을 보증한다.위도 30도에서 60도 사이의 페렐 세포 아래에서 중위도 거주자들의 일상 생활의 일부인 끝없는 고저고리의 사슬은 60도 이상과 30도 이하에 알려져 있지 않다.이 규칙에는 몇 가지 주목할 만한 예외가 있다; 유럽 전역에서는 불안정한 날씨가 적어도 북위 70도까지 뻗어 있다.

남극의 극지 세포, 지형, 그리고 카타바틱 바람은 지표면에 매우 추운 상태를 만들 수 있습니다. [5][6][7]예를 들어 1983년에 측정된 남극의 보스토크 기지에서 지구에서 기록된 최저 온도: -89.2 °C입니다.

종방향 순환 기능

국지 해안 지역의 주간 바람 변화는 대륙 규모에도 적용된다.

Hadley, Ferrel 및 극지 셀(축이 평행 또는 위도를 따라 배치됨)은 전지구 열 전달의 주요 특징이지만 단독으로 작용하지는 않습니다.온도 차이는 순환 축이 세로 방향인 순환 셀 세트를 구동합니다.이러한 대기의 움직임을 구역의 반전 순환이라고 합니다.

위도 순환은 단위 면적당 가장 높은 일사량(태양 강도)이 열대지방으로 떨어진 결과이다.태양 강도는 위도가 증가함에 따라 감소하며 극지방에서는 기본적으로 0에 도달합니다.그러나 종방향 순환은 물의 열 용량, 흡수성 및 혼합의 결과입니다.물은 육지보다 더 많은 열을 흡수하지만, 온도는 육지만큼 크게 오르지는 않는다.결과적으로, 육지의 온도 변화는 물보다 더 크다.

해들리, 페렐, 그리고 극지 세포는 가장 큰 규모인 수천 킬로미터로 작동한다.위도 순환은 또한 이 규모의 해양과 대륙에 영향을 미칠 수 있으며, 이러한 영향은 계절적 또는 심지어 십분지수에 해당된다.따뜻한 공기는 적도, 대륙, 그리고 서태평양 지역 위로 올라갑니다.대류권계면에 도달하면 비교적 차가운 물 덩어리로 가라앉는다.

태평양 세포는 지구의 날씨에 특히 중요한 역할을 한다.완전히 해양에 기반을 둔 이 세포는 서태평양과 동태평양의 표면 온도에서 현저한 차이로 인해 생겨난다.보통의 상황에서는 서태평양의 물은 따뜻하고, 동양의 물은 시원하다.이 과정은 적도 동아시아 상공의 강한 대류 활동과 남미 서해안의 차가운 공기가 태평양의 물을 서쪽으로 밀어 올려 서태평양에 쌓이게 하는 바람 패턴을 만들면서 시작된다(서태평양의 수위는 동태평양보다 약 60cm 높다.[8][9][10][11]

일일(일일) 세로 효과는 중간 규모(수평 범위 5 ~ 수백 km)에서 나타난다.낮에는 비교적 뜨거운 육지에 의해 따뜻해진 공기가 상승하고, 그렇게 함으로써 상승한 공기를 대신할 바다에서 시원한 바람을 끌어옵니다.밤에는 비교적 따뜻한 물과 차가운 땅이 그 과정을 되돌리고, 밤에는 육지에서 냉각된 공기로부터의 미풍이 해안으로 운반된다.

워커 순환

주요 기사:워커 순환

태평양 전지는 인도의 몬순 바람이 언제 불지 예측하는 수단을 모색했던 20세기 초 영국의 인도 천문대 책임자인 길버트 워커 경의 이름을 따서 워커 순환으로 명명될 정도로 중요하다.그는 결코 성공하지 못했지만, 그의 연구는 인도양의 주기적인 기압 변화와 동태평양과 서태평양 사이의 기압 변화 사이의 연관성을 발견하도록 이끌었고, 그는 이를 "남부 진동"이라고 불렀다.

Walker 순환 내의 공기 이동은 양쪽 루프에 영향을 미칩니다.정상적인 상황에서는 날씨가 예상대로 움직인다.하지만 몇 년마다 겨울은 비정상적으로 따뜻하거나 추워지고 허리케인의 빈도는 증가하거나 감소하며, 그 패턴은 일정 기간 동안 계속됩니다.

워커 셀은 이것과 엘니뇨 현상에 중요한 역할을 한다.어떤 이유로든 서태평양에서 대류 활동이 느려지면(현재는 알려지지 않음), 서태평양 인근 지역의 기후가 영향을 받는다.우선, 상층 편서풍이 약해집니다.이것은 보통 남위 약 30°에서 가라앉는 차가운 공기의 원천을 차단하고, 따라서 지표면 동풍이 불면서 되돌아오는 공기는 멈춘다.두 가지 결과가 있습니다.따뜻한 물은 서태평양 지역으로 밀려드는 지표풍이 더 이상 없기 때문에 서쪽에서 동태평양으로 밀려드는 것을 멈춘다.이와 그에 따른 남방진동의 영향으로 북미와 남미, 호주, 남동아프리카의 장기간에 걸쳐 계절에 맞지 않는 기온과 강수 패턴이 나타나고 해류가 교란된다.

한편, 대서양에서는, 해들리 세포 형태의 빠른 바람의 상층 편서풍이 보통 워커 순환에 의해 차단되어 그러한 강도에 도달할 수 없습니다.이러한 바람은 초기 허리케인의 정상을 파괴하고 최대 [12]강도에 도달할 수 있는 수를 크게 감소시킨다.

엘니뇨 – 남부 진동

주요 기사:엘니뇨-남부 진동

엘니뇨와 라니냐는 남태평양의 정반대 표면온도 이상으로 날씨에 큰 영향을 미친다.엘니뇨의 경우, 따뜻한 지표수가 남아메리카 해안으로 접근하여 영양분이 풍부한 심층수의 융기를 차단한다.이것은 물고기 개체군에 심각한 영향을 미친다.

라니냐의 경우, 서태평양의 대류 세포가 비정상적으로 강화되어 북아메리카의 겨울은 평년보다 춥고 남동아와 동호주는 사이클론 계절이 더욱 강해진다.남미 근해에는 깊은 바닷물의 용출이 증가하고 지표면의 공기가 더욱 격렬하게 상승하고 있으며, 이로 인해 어부들은 영양분이 풍부한 동태평양 해역에서 이익을 얻고 있지만 가뭄 발생 건수가 증가하고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

Wikimedia Commons에는 대기 순환과 관련된 미디어가 있습니다.
  1. ^ US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration. "What are the Horse Latitudes?". oceanservice.noaa.gov. Retrieved 2019-04-14.
  2. ^ Monkhouse, F. J. (2017-07-12). A Dictionary of Geography. Routledge. ISBN 9781351535656.
  3. ^ a b Junling Huang and Michael B. McElroy (2014). "Contributions of the Hadley and Ferrel Circulations to the Energetics of the Atmosphere over the Past 32 Years". Journal of Climate. 27 (7): 2656–2666. Bibcode:2014JCli...27.2656H. doi:10.1175/jcli-d-13-00538.1. S2CID 131132431.
  4. ^ Yochanan Kushnir (2000). "The Climate System: General Circulation and Climate Zones". Archived from the original on 2004-08-22. Retrieved 13 March 2012.
  5. ^ "The physical environment of the Antarctic". British Antarctic Survey (BAS).
  6. ^ "Regional climate variation and weather". RGS-IBG in partnership with BAS. Archived from the original on 2015-03-06.
  7. ^ "Welcome to the Coldest Town on Earth". Scientific American. 2008.
  8. ^ "Envisat watches for La Nina". BNSC. 2006-03-03. Archived from the original on 2008-04-24. Retrieved 2007-07-26.
  9. ^ "The Tropical Atmosphere Ocean Array: Gathering Data to Predict El Niño". Celebrating 200 Years. NOAA. 2007-01-08. Retrieved 2007-07-26.
  10. ^ "Ocean Surface Topography". Oceanography 101. JPL, NASA. 2006-07-05. Archived from the original on April 14, 2009. Retrieved 2007-07-26.
  11. ^ "ANNUAL SEA LEVEL DATA SUMMARY REPORT JULY 2005 – JUNE 2006" (PDF). THE AUSTRALIAN BASELINE SEA LEVEL MONITORING PROJECT. Bureau of Meteorology. Archived from the original (PDF) on 2007-08-07. Retrieved 2007-07-26.
  12. ^ "The Walker Circulation: ENSO's atmospheric buddy NOAA Climate.gov". www.climate.gov. Retrieved 2020-10-03.

외부 링크