대류 불안정
Convective instability
기상학에서 대류 불안정성이나 기단의 안정성은 수직 운동에 저항하는 능력을 말한다. 안정된 대기는 수직 이동을 어렵게 하고, 작은 수직적 교란은 축축하게 하고 사라진다. 불안정한 대기에서는 수직 공기 이동(산맥의 상승 비탈면을 바람에 날려 올라가면서 기단이 위쪽으로 이동되는 등)이 커지는 경향이 있어 난기류와 대류활동이 발생한다. 불안정성은 심각한 난기류, 광범위한 수직 구름, 그리고 뇌우 같은 심각한 날씨로 이어질 수 있다.[1]
메커니즘
단열 냉난방은 공기가 상승하거나 하강하는 현상이다. 상승 공기는 고도가 높아질수록 기압이 낮아져 팽창하고 냉각된다. 하강 공기의 경우는 정반대다. 대기압이 상승할수록 하강 공기의 온도는 압축될수록 증가한다. 단열 난방과 단열 냉방은 이 온도 변화를 설명하는 데 사용되는 용어다.
단변위반률은 상승 또는 하강하는 기단의 온도가 수직 변위 거리 당 하강 또는 상승하는 속도를 말한다. 주변 또는 환경적 소멸률은 수직 거리 당 (대체되지 않은) 공기의 온도 변화다. 불안정은 대기 중 질량의 단열 착오율과 대기 중 주변 착오율의 차이로 발생한다.[2]
단변위반사율이 주변위반사율보다 낮으면 위쪽으로 이동된 공기량이 이동 중인 공기보다 덜 빠르게 냉각된다. 따라서 이러한 기단은 대기에 비해 따뜻해진다. 따뜻한 공기는 밀도가 낮기 때문에 이러한 기단은 계속 상승하는 경향이 있다.
반대로 단변위반사율이 주변위반사율보다 높으면 위쪽으로 이동된 공기량이 이동 중인 공기보다 더 빠르게 냉각된다. 따라서 이러한 기단은 대기에 비해 냉각된다. 더 차가운 공기가 더 밀도가 높기 때문에, 그러한 기단의 상승은 저항하는 경향이 있을 것이다.
공기가 상승하면 습한 공기가 건조한 공기보다 낮은 속도로 냉각된다. 즉, 동일한 상향 수직 이동과 시작 온도의 경우 습한 공기 한 꾸러미가 건조한 공기 한 꾸러미보다 따뜻할 것이다. 팽창 냉각으로 인해 공기 소포에서 수증기가 응결되기 때문이다. 수증기가 응축되면서 잠재열이 공기 소포로 방출된다. 습한 공기는 건조한 공기보다 수증기가 많기 때문에 상승하면서 습한 공기의 소포에 더 많은 잠열이 방출된다. 건조한 공기는 수증기가 많지 않기 때문에 건조한 공기는 습한 공기보다 수직 이동으로 더 높은 속도로 냉각된다. 수증기 응축 중에 방출되는 잠열로 인해 습한 공기는 건조한 공기보다 부극성 소멸률이 상대적으로 낮다. 이는 습한 공기를 건조한 공기보다 일반적으로 덜 안정되게 만든다(대류 가용 전위 에너지 [CAPE] 참조). 건식 단부착착률(불포화 공기의 경우)은 수직 1000피트(300m)당 3°C(5.4°F)이다. 습기 있는 단극 소멸률은 수직 1,000피트(300m) 당 1.1~2.8°C(2.0~5.0°F)까지 다양하다.
습기와 온도의 조합이 공기의 안정성과 그로 인한 날씨를 결정한다. 시원하고 건조한 공기는 매우 안정적이고 수직적인 움직임에 저항하여 좋고 대체로 맑은 날씨로 이어진다. 여름철 열대지방처럼 공기가 촉촉하고 따뜻할 때 가장 큰 불안정성이 발생한다. 전형적으로 이들 지역에서는 주변 공기의 불안정성으로 인해 뇌우가 일상적으로 나타난다.
주변 경과율은 기상 조건에 따라 다르지만, 평균적으로 수직 1,000피트(300m) 당 2°C(3.6°F)이다.
참고 항목
- 자유대류층(FCL)
- 상승지수(LI)
- 조건부 대칭 불안정(CSI)
참조
- ^ "Weather Theory" (PDF). Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge. United States Department of Transportation, Federal Aviation Administration. 2016. pp. 12–12–12–13.
- ^ Allaby, Michael; Garratt, Richard (2007). Encyclopedia of Weather and Climate, Revised Edition, 2-Volume Set. Sonlight Christian -m. pp. 435–436. ISBN 9780816063505.
