저기압이면 왜 날씨가 나쁜가?


















저기압이 되면 날씨가 나빠진다는 정도는 누구나 상식적으로 알고 있는 사실이다. 날씨가 나빠지려면, 먼저 구름이 생겨야 되고, 구름이 생기는 까닭은, 공기 뭉치가 팽창되어서 냉각되고 그 속에 섞여 있는 수증기가 물방울이 되기 때문이다. 그러면, 공기는 어떻게 해서 팽창되는가 살펴보기로 하자. 지금 지면 가까이의 한 덩어리의 공기를 생각해 보자. 이 공기는 위나 주위의 공기에 눌려 있기 때문에 가만히 머물러 있지만, 만약 어떤 원인으로 인하여 상승하기 시작했다고 하면, 대기는 위로 올라갈수록 압력이 낮아지므로 이 공기는 상승함에 따라 점점 팽창되고, 거기에 따라 온도가 낮아지기 시작하므로, 나중에는 포화되어 구름이 생기기 시작한다. 그러면, 공기가 상승됨에 따라 어느 정도의 온도 저하가 생기는가 살펴보자. 상승되는 공기가 포화되어 있지 않은 동안은 100m상승됨에 따라 1℃씩의 비율로 떨어지나, 만약 포화된 공기라면 수증기의 응결이 일어나고, 응결열(응결로 인하여 유리되는 잠열)이 나와 주위의 공기를 덥혀 주기 때문에, 온도는 그다지 내리지 않으며, 100m에 대하여 대략 0.5℃정도가 된다.

예를 들어, 온도가 25℃, 습도가 65%의 공기 덩어리가 지면에 있었다고 하자. 이 공기의 노점을 계산해 보면 19.1℃가 된다. 따라서, 5.9℃만 냉각되면 포화될 것이다. 그런데, 100m올라감에 따라 온도는 1℃내리므로, 이 공기는 590m만 올라가면 포화될 것이다.

그러나, 실제로 공기는 상승됨에 따라 팽창되어 용적을 증가시키므로 수증기를 함유할 수 있는 비율이 증가되기 때문에, 590m높이에서는 아직도 노점에 도달하지 못하게 된다. 보통은, 온도와 노점의 차에 125를 곱하면, 상승된 공기 덩어리가 응결되기 시작하는 높이(응결고도)가 된다고 보고 있다. 지금의 이 예로써는 5.9℃이므로, 이것에 125를 곱하면 약 738이 되고, 결국 약 750m의 높이로부터 응결이 시작된다고 볼 수 있다. 이 덩어리가 한층 더 상승을 계속하면 수증기가 응결되어, 조그마한 물방울이 점점 위쪽에 생겨 가고, 구름은 점점 두꺼워진다. 그러므로, 맨 먼저 응결하기 시작한 높이가 이 구름의 밑이 된다.

적운 같은 구름의 밑이 가지런한 것은, 지면 부근의 공기가 강한 일사로 인하여 더워져서 상승되고, 위에서 말한 바와 같은 높이에서 일제히 응결되기 시작하기 때문이다. 위의 경우에서는, 응결하기 위해서는 5.9℃만큼 온도가 내리면되고, 그러기 위해서는 750m 상승되면 된다고 말하였다. 만약 이 공기가 10cm/sec의 속도로 상승되고 있다고 한다면, 1분간에는 6m, 1시간에는 360m상승되므로, 2시간 남짓이면 응결이 시작하는 셈이 될 것이다. 만약, 상승 속도가 20cm/sec라면, 불과 1시간에 5.9℃가 내리게 된다. 안개의 경우에서는 하룻밤 걸려서 겨우 10℃가 내릴 정도인데, 상승 운동에 의한 냉각은 여기에 비하여 얼마나 유효한가를 알 수 있다.

이와 같이 하여, 상승 기류가 생기는 곳에서는 구름이 생기고 비가 내리게 되어 날씨가 나쁜 것이 원칙이다. 이와 반대로, 공기가 하강하면 공기의 압력이 증가되므로, 공기는 압축되어서 온도가 올라가고, 따라서 습도는 즐어들므로, 만약 포화되어 있는 공기라 할 지라도 내려옴에 따라 불포화되고, 물방울도 증발되어 버리므로 날씨가 좋아진다.