안정과 불안정
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기층의 안정도 |
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안정과 불안정 |
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공기가 더워지면 들썩거리며 불안정 해집니다. |
쉽게 생각해봅시다. 사람도 몸이 뜨거워지면 씩씩거리게 되고 자꾸 일어나려고
들썩거리게 됩니다. 이런 상태가 불안정 상태입니다. 몸의 온도가 낮아 싸늘한 사람
(냉혈한은 아님)은 가만히 앉아서 자기 업무에 열중할 수 있으며 이런 사람을
안정된 사람이라고 하잖아요.
공기도 마찬가지죠. 온도가 높아지면 위로 솟아오르며 이런 상태가 불안정인 것이죠.
연직(수직)방향으로 활발히 공기가 움직이므로 구름이 생겨도 위로 높이 쌓이는 적(란)운이 생기죠.
위 그래프를 보면 알겠지만 그 날의 기온 감소률(r)이 건조 단열 감률(rd ; 100 m 마다
1도 기온이 하강하는 비율)보다 클 때 불안정 상태가 됩니다.
즉, 기온감소률 > 건조단열감률
r > rd
공기가 아래 위로 퍼지는 현상을 자세하게 따져 보면 아래와 같습니다.
P점의 공기 덩어리는 건조단열감률선(점선)을 따라 아래 위로 움직입니다.
그러면 위로 올라간 A 공기덩어리는 주변의 기온보다 높은 따뜻한 공기이므로
주변의 공기보다 가벼워 계속 올라갑니다.
아래로 내려간 B 공기는 주변보다 기온이 낮으므로 차가워 무거우므로
계속 아래로 내려갑니다. 그 결과 다음 그림처럼 퍼집니다.
결국 불안정상태에서는 공기가 아래위로 퍼지는 연직운동이 활발해집니다.
그 결과 구름도 많이 생기고 흐리고 비 올 확률이 상당히 높아집니다.
먼지와 연기 등이 위로 잘 퍼져 높이 올라가 버리므로 대기가 비교적 맑습니다.
공기가 차가우면 착 가라앉아 안정해집니다. |
그러나 안정된 상태인 날에는 공기가 싸늘하여 위로는 잘 안퍼지고
자꾸 옆으로만 퍼져(수평운동) 층운형태의 구름이 나타납니다.
또한 자동차의 배기 가스가 하늘 위로 높이 퍼져 버리지 못하고
옆으로 땅에 쫙 깔려 매연이 심해집니다,
그 날의 기온 감소률(r)이 건조 단열 감률(rd ; 100 m 마다 1도 기온이 하강하는 비율)보다
작을 때 안정 상태가 됩니다.
즉, 기온감소률 < 건조단열감률
r < rd
일 때 안정한 상태입니다.
공기의 구체적인 운동 상황은 다음과 같습니다.
P점의 공기 덩어리는 건조단열감률선(점선)을 따라 아래 위로 움직입니다.
그러면 위로 올라간 A 공기덩어리는 주변의 기온보다 낮은 찬 공기이므로
주변의 공기보다 무거워져 아래로 내려갑니다.
아래로 내려간 B 공기는 주변보다 기온이 높아져 따뜻해지므로
가벼워져 위로 올라갑니다. 그 결과 다음 그림처럼 모입니다.
결국 안정 상태에서는 공기가 옆으로 퍼지는 수평운동이 활발해져 층운 형태의
구름이 생기며 먼지와 연기등이 위로 흩어지지 않아 대기가 흐립니다.
기온역전층 |
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올라갈수록 온도가 높아지는 구간을 기온역전층이라 합니다. |
지면이 너무 식어 위로 갈수록 오히려 기온이 높아지는 것을 기온역전층이라고 합니다.
특히 가을이나 겨울, 맑은 날 새벽(밤)에 지면이 너무 식어 차가워지면 위로 올라갈수록
온도가 높아지는 역전층이 발생하게 됩니다.
역전층은 아래가 무거운 찬 공기가 있으므로 아래 위로 대기의 대류현상이 잘 일어나지
않으므로 대단히 안정한 기층 상태입니다.
역전층이 생기면 공기가 식어 안개가 자욱하게 잘 끼며, 또한 역전층은 대단히 안정한
층이므로 자동차나 공장의 연기가 위로 퍼지지 못하고 대기 중에 깔려
매연이 대단히 심해집니다.
특히, 매연과 안개가 혼합되어 뿌연 스모그(smog) 현상이 나타나 대기가 심하게
오염됩니다.
기온역전층의 중요한 특징은 다음과 같습니다.
1. 가을이나 겨울 바람 없는 맑은 날 밤(새벽)에 잘 생긴다.
; 바람이 약해도 잘 생긴다.
2. 대단히 안정하다.
3. 복사안개가 잘 발생한다.
4. 매연이 심하다
5. 스모그 현상이 나타난다.
스모그현상의 대표적인 예들은 다음과 같습니다.
[런던형 스모그]
영국 런던에서 1952년도에 스모그 현상으로 한 달 사이에 약 5000명이 호흡기질환으로
사망하는 사건이 생겼습니다. 이것이 그 유명한 런던형 스모그입니다.
공장의 매연과 안개가 결합한 결과였죠.
[LA 형 스모그]
몇 년 뒤 로스엔젤레스에서도 유사한 스모그사고가 일어났습니다.
이것이 로스엔젤레스형 스모그입니다. 자동차 배기가스와 안개의 결합 때문이었죠.
우리나라 서울도 이런 스모그가 잘 생겨 서울형 스모그라는 말이 생길 정도입니다.
서울의 대기 오염을 줄이려면 자동차 홀짝제, 기름값의 300%인상(승용차에 한해서),
세금의 200% 상승, 버스 전용차선제의 확대, 주말차량 세금과 보험금 감면 혜택 ,
지하철 및 버스요금의 반 값으로 인하 등의 강한 자동차 운행 억제정책을 실시해야만
서울 시민이 다 살아날 것이다. 이대로 방치했다가는 서울 시민의 건강은 끔찍할 정도로
약화되어 국력의 쇠퇴와 대 재앙의 발생이 불보듯 뻔합니다.