대기 대순환

출발점은 단순합니다. 적도는 태양빛을 거의 수직으로 받아 에너지가 남고, 극지방은 비스듬히 받아 에너지가 모자랍니다. 그런데 적도가 계속 뜨거워지고 극이 계속 차가워지지는 않습니다. 남는 열을 부족한 곳으로 실어 나르는 장치가 있기 때문이고, 그 절반이 대기 대순환입니다(나머지 절반은 해류가 담당합니다). 열전달 (전도·대류·복사)에서 배운 대류가 지구 크기로 벌어지는 셈입니다.

만약 지구가 자전하지 않는다면 이야기는 여기서 끝납니다. 적도에서 올라간 공기가 상공을 따라 극까지 곧장 가서 내려오는 거대한 순환 하나면 충분합니다. 문제는 지구가 돈다는 것입니다. 전향력(코리올리 힘)은 극으로 향하는 공기를 계속 오른쪽으로 휘게 만들고(북반구), 결국 위도 30도 부근에 이르면 공기는 거의 동쪽으로만 흐르게 되어 더 이상 북쪽으로 나아가지 못합니다. 갈 곳을 잃은 공기가 그 자리에서 쌓여 내려앉습니다.

그 결과 순환은 셋으로 쪼개집니다. 적도에서 상승해 위도 30도 부근에서 하강하는 해들리 순환, 위도 30도에서 60도 사이를 도는 페렐 순환, 극에서 하강해 위도 60도 부근에서 상승하는 극 순환입니다. 해들리 순환과 극 순환은 데워진 공기가 올라가고 식은 공기가 내려가는 자연스러운 열 순환이지만, 페렐 순환은 양옆의 두 순환에 끌려 억지로 도는 셈이라 방향이 거꾸로입니다.

이 세 세포가 지구의 기후 띠를 그대로 만들어 냅니다. 공기가 상승하는 적도와 위도 60도 부근은 구름이 많고 비가 잦으며, 하강하는 위도 30도와 극은 건조합니다. 세계의 큰 사막들이 위도 30도 부근에 몰려 있는 것은 우연이 아닙니다.