Baroclinic development(경압발달) 이해하기: 2. 대기의 파동은 보강간섭으로 발달한다.

대기과학/개념

레까 2025. 3. 22. 16:56

저번 포스트 내용을 복습합시다.

대기에서는 연직방향, 수평방향으로 파동이 생길 수 있습니다.

여기서 파동이 어떤 이유로 생기는지는 다루지 않았다는 것을 명심해야 합니다.

저는 공기덩어리가 갑자기 움직이게 되었다 이런 식으로 표현했지 원인에 대해서는 말하지 않았거든요.

제가 이 부분을 처음 공부할 때는 파동의 생성, 발달, 소멸처럼 단계별로 왜 설명을 안해주나라는 의문을 품었었는데

5판의 챕터 이름을 보면 baroclinc "development "로 애초에 이름부터가 "발달"을 공부하는 챕터입니다.

그럼 baoclinic이란 단어는 일단 무시하고, 이번 시간에는 대기의 파동이 어떻게 발달하는 건지 알아봅시다.

기상청의 지상일기도를 보고 대기의 파동을 x-y 그래프로 그려봅시다.

지상일기도에서 파란선은 동일한 해면기압값을 이은 선입니다.

아래 그림에서 검은선을 왼쪽부터 오른쪽으로 따라가면 고기압과 저기압이 있습니다.

이 모습은 y = sin(x)의 형태와 유사합니다.

그리고 검은선의 길이는 경도 75E~160E로 대충 8000 km 됩니다.

이를 파이썬 코드로 시각화했습니다.

참고로 대기역학 교과서에서는 보통 해면기압이 아니라 등압면의 지위고도(geopotential)가 y축값입니다.

파동이 발달한다는 것은 시간이 지나면서 파동의 진폭이 커지는 것입니다.

이런 관점에서 우리가 일기도에서 고기압 혹은 저기압을 볼 수 있는 이유는 파동이 발달했기 때문입니다.

발달하지 않으면 일기도에 보이지 않을테니까요.

그리고 대기의 파동이 발달하는 이유는 바로 보강간섭 때문입니다(일단 경압발달은 그러함, 다른 경우가 있을지도?).

첫 포스트의 주제를 파동으로 잡은 이유는 이번에 보강간섭을 설명하기 위해서였습니다.

중, 고등학교 물리시간에 파동을 배운 뒤 파동의 간섭을 배웁니다.

이 때 배우는 보강간섭의 내용은 간단합니다.

두 파동이 특정 공간영역에서 겹칠 때 위상이 같으면 진폭이 커진다.

아래 그림은 너무 당연한 결과를 보여준 것 같긴 합니다만

특정 시간에 한 파동은 sin(x), 다른 파동은 1.2*sin(x)로 표현된다 치면 둘을 더하면 진폭이 2.2로 진폭이 커집니다.

지금 이 그림에서 시간변화까지 고려하고 있었으면 진폭이 커졌으니 발달한거죠.

보강간섭을 대기파동에 적용해봅시다.

보강간섭은 최소 2개의 파동이 필요하니 대기에서 2개의 파동부터 찾아보죠.

위의 예시에서는 완전히 같은 x영역에서 파동이 완전히 겹치는 것을 보여주었지만 대기파동의 보강간섭은 같은 영역이되 그렇지 않은 파동 2개를 찾아야합니다.

이게 무슨 말이냐면 위의 예시에서는 공간이 x축 밖에 없습니다. 하지만 대기에는 z축도 있죠.

그럼 같은 경도 선에 위치하지만 연직층이 다른 850 hPa의 지위고도 파동과 500 hPa의 지위고도 파동이 나타날 수 있습니다. (저번 포스트에서 언급한 복원력이 있기 때문에 두 층 모두에서 대기파동이 생길 수 있음)

이렇게 다른 고도의 파동이 보강간섭을 하는 것이 경압발달의 핵심입니다.

850 hPa의 지위고도 파동은 500 hPa의 지위고도 파동에 영향을 줄 수 있고, 반대도 가능합니다.

850 hPa 파동이 500 hPa 파동의 마루와 골을 더 크게 만들면 바로 진폭이 증가한 것이므로 500 hPa 파동은 성장하고 있는거죠. 이 상황에서는 보통 500 hPa 파동도 850 hPa 파동을 성장하게 만듭니다.

요약하자면 다른 고도의 파동끼리 보강간섭을 하는거죠.

500 hPa 파동과 850 hPa 파동이 다른 고도의 파동에 영향을 주는 원리에 대해서는 다음 포스트에서 알아보겠습니다.