지구과학 고2 대기와 해양의 상호작용

기단과 전선

한반도 주변 기단의 성질과 온난·한랭·폐색 전선의 특성 및 날씨 변화를 분석한다.

기단은 넓은 지역에 걸쳐 기온과 습도가 거의 균일한 거대한 공기 덩어리이고, 전선은 성질이 다른 두 기단이 만나 섞이지 않고 만드는 경계면이 지표와 만나는 선입니다.

기름과 물을 한 컵에 부어도 섞이지 않고 경계가 생기듯, 성질이 다른 두 공기 덩어리도 곧바로 섞이지 않고 뚜렷한 경계를 만듭니다. 날씨가 급변하는 곳은 언제나 그 경계 위입니다.

쉽게 말하면

기단은 어디서 오랫동안 머물렀느냐로 성질이 정해집니다. 공기가 넓고 균질한 지표(대륙, 바다, 빙원) 위에 오래 정체하면 아래 지표의 성질을 그대로 물려받습니다. 대륙에서 만들어지면 건조하고, 바다에서 만들어지면 습합니다. 고위도에서 만들어지면 차갑고, 저위도에서 만들어지면 따뜻합니다. 중학교에서 배운 기단과 전선의 그 구분이 그대로 이어집니다.

한반도의 계절이 뚜렷한 것은 성질이 아주 다른 기단들이 계절마다 번갈아 세력을 잡기 때문입니다. 겨울에는 차고 건조한 대륙성 기단이, 여름에는 덥고 습한 해양성 기단이 우세합니다. 초여름에는 차고 습한 해양성 기단과 덥고 습한 기단이 팽팽히 맞서면서 그 경계에 장마 전선이 걸립니다.

두 기단이 만나면 성질 차이 때문에 곧바로 섞이지 않습니다. 밀도가 다르기 때문입니다. 언제나 찬 공기(무거움)가 아래로 파고들고 따뜻한 공기(가벼움)가 그 위로 올라탑니다. 이렇게 만들어진 경사진 경계면을 전선면, 전선면이 지표와 만나는 선을 전선이라고 합니다.

결정적인 것은 전선에서는 반드시 따뜻한 공기가 상승한다는 점입니다. 기압과 바람에서 보았듯 상승 기류는 구름을 만듭니다. 그래서 전선에는 항상 구름과 강수가 따라붙습니다. 다만 어느 쪽이 밀고 들어가느냐에 따라 상승이 완만한지 급한지가 갈리고, 그 차이가 온난 전선과 한랭 전선의 전혀 다른 날씨를 만듭니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

기단의 성질이 이동하며 바뀌는 것 — 기단 변질

겨울에 차고 건조한 대륙성 기단이 상대적으로 따뜻한 바다를 건너오면, 아래에서 열과 수증기를 공급받습니다. 아래가 데워지니 불안정해지고 수증기까지 얻어 구름이 발달합니다. 차고 건조한 기단이 눈구름을 몰고 오는 모순처럼 보이는 상황은 이 기단 변질로 설명됩니다.
예시 2

정체 전선(장마 전선)

두 기단의 세력이 팽팽하면 전선이 거의 움직이지 않고 한자리에 머뭅니다. 이것이 정체 전선입니다. 같은 지역에 오랫동안 비가 이어지는 것은 전선이 그 위에 계속 걸려 있기 때문입니다. 한쪽 세력이 강해지면 그때 전선이 북상하거나 남하합니다.
예시 3

폐색 전선 — 한랭 전선이 온난 전선을 따라잡을 때

한랭 전선은 온난 전선보다 빠르게 움직입니다. 결국 뒤에서 쫓아오던 한랭 전선이 앞의 온난 전선을 따라잡아 겹치는데, 이때 두 전선 사이에 있던 따뜻한 공기가 지표에서 완전히 밀려 올라가 공중에 뜨게 됩니다. 이 상태가 폐색 전선이며, 지표에는 찬 공기만 남습니다.

자주 하는 오해

전선을 '두 공기가 섞이는 곳'이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움찬 공기와 따뜻한 공기가 만나 골고루 섞이면서 비가 온다

실제로는두 기단은 섞이지 않고 경계면을 만듭니다. 비는 섞여서가 아니라, 가벼운 따뜻한 공기가 경계면을 타고 올라가 식으면서 응결하기 때문에 내립니다.

만약 곧바로 섞인다면 뚜렷한 전선도, 전선을 사이에 둔 급격한 기온 변화도 관측될 리 없습니다. 실제로 전선이 지나가면 몇 시간 만에 기온과 풍향이 확 바뀝니다. 밀도가 다른 두 유체는 경계를 유지한다는 그림을 먼저 세우고, 거기서 '따뜻한 공기의 상승'을 읽어 내야 온난·한랭 전선의 차이도 이해됩니다.

전선면이 지표에 수직으로 서 있다고 그리기

이렇게 생각하기 쉬움찬 공기와 따뜻한 공기 사이에 벽처럼 수직인 경계가 있다

실제로는전선면은 언제나 기울어져 있고, 찬 공기가 쐐기처럼 아래로 파고들어 따뜻한 공기를 위로 얹습니다.

찬 공기가 더 무겁기 때문에 물리적으로 수직 벽이 유지될 수 없습니다. 반드시 찬 공기가 바닥에 깔리고 따뜻한 공기가 그 위로 올라탑니다. 이 기울기를 그려야 '따뜻한 공기가 어디서 상승하는가'가 보이고, 구름이 전선의 어느 쪽에 생기는지도 자연스럽게 나옵니다. 기울기가 완만하면 온난 전선, 급하면 한랭 전선입니다.