대류권
지표~약 12 km, 고도 증가에 따라 기온 하강(환경 감률 약 6.5 K/km), 대류 활발, 날씨 현상 발생층이다.
지표에서 약 12 km까지의 대기층으로, 위로 갈수록 기온이 내려가고(환경 감률 약 ) 대류가 활발해 구름·비 같은 날씨 현상이 모두 여기서 일어납니다.
아래가 따뜻하고 위가 찬 냄비 물과 같습니다. 무거운 찬 공기가 위에 얹혀 있으니 언제든 뒤집힐 준비가 되어 있고, 그 뒤집힘이 바로 날씨입니다.
쉽게 말하면
대기 조성과 층상 구조에서 본 것처럼, 대류권을 정의하는 것은 두께가 아니라 기온이 위로 갈수록 내려간다는 사실입니다. 태양은 공기를 직접 데우지 않고 지표를 먼저 데우며, 데워진 지표가 그 위의 공기를 데웁니다. 열원이 아래에 있으니 멀어질수록 추워집니다.
고도 1 km를 올라갈 때 실제 대기의 기온이 얼마나 떨어지는지를 환경 감률이라고 하고, 평균적으로 약 입니다.
이 구조가 만드는 결과가 대류입니다. 아래가 따뜻해 가볍고 위가 차서 무거우니 배치가 불안정하고, 조금만 건드려도 공기가 솟아오릅니다. 솟아오른 공기는 식으며 수증기를 응결시켜 구름이 되고, 구름은 비가 됩니다. 대기 중 수증기의 대부분과 대기 질량의 약 4분의 3이 이 얇은 층 안에 들어 있어서, 우리가 '날씨'라고 부르는 것은 전부 대류권에서 벌어집니다.
대류권의 두께는 어디서나 같지 않습니다. 지표가 뜨거워 대류가 힘차게 밀어 올리는 적도에서는 두껍고, 지표가 차가운 극지방에서는 얇습니다. 대류권의 위쪽 경계를 대류권 계면이라 부르며, 이 위로는 기온이 더 이상 내려가지 않아 대류가 멈춥니다.
이렇게 나타납니다
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예시 110 km 상공의 기온 어림하기지표 기온이 일 때 환경 감률을 그대로 적용하면 10 km 상공은 약 가 됩니다. 여객기 창밖 기온이 영하 50도 부근으로 표시되는 것이 이 계산과 맞아떨어집니다.
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예시 2적도의 대류권이 극지방보다 두꺼운 이유대류권 계면은 대류가 공기를 밀어 올릴 수 있는 한계입니다. 적도는 지표가 강하게 가열되어 상승 기류가 힘이 세므로 계면이 높이 밀려 올라가고, 극지방은 지표가 차가워 대류가 약하므로 계면이 낮게 형성됩니다. '약 12 km'는 어디까지나 평균값입니다.
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예시 3구름의 윗면이 평평하게 잘려 보이는 까닭잘 발달한 적란운의 꼭대기가 모루처럼 옆으로 퍼지며 평평해지는 모습을 볼 수 있습니다. 상승하던 공기가 대류권 계면에 도달하면 위쪽이 더 이상 차갑지 않아 더 올라갈 힘을 잃고 옆으로 퍼지기 때문입니다. 대류권의 천장이 눈에 보이는 셈입니다.
순서대로 하면
환경 감률로 특정 고도의 기온 어림하기
- 1지표(또는 기준 높이)의 기온을 확인합니다.
- 2구하려는 지점까지의 고도 차이를 km 단위로 계산합니다.
- 3고도 차이에 환경 감률 를 곱해 떨어질 기온을 구합니다.
- 4기준 기온에서 그 값을 뺍니다. 단, 이 값은 평균일 뿐이며 실제 대기는 역전층이 끼어들면 전혀 다르게 나타납니다.
자주 하는 오해
위로 갈수록 태양에 가까워지니 더 따뜻해야 한다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움산 정상이 태양에 더 가까운데 왜 더 추운가
실제로는대류권의 열원은 태양이 아니라 태양이 데운 '지표'입니다. 지표에서 멀어지므로 추워집니다.
지구와 태양 사이 거리는 약 1억 5천만 km 규모입니다. 산 하나를 올라간 몇 km는 이 거리를 사실상 바꾸지 못합니다. 게다가 공기는 태양의 가시광선을 거의 그대로 통과시키고, 데워진 지표가 내놓는 적외선을 흡수해 데워집니다. 그래서 아궁이에서 멀어지듯 위로 갈수록 추워집니다.
대류권의 두께를 어디서나 12 km로 고정해 외우기
이렇게 생각하기 쉬움대류권은 항상 지표에서 12 km까지다
실제로는12 km는 전 지구 평균입니다. 적도에서는 이보다 훨씬 두껍고 극지방에서는 얇으며, 같은 장소에서도 여름과 겨울이 다릅니다.
대류권의 천장을 정하는 것은 자가 아니라 대류의 힘입니다. 지표 가열이 강할수록 상승 기류가 더 높이 올라가고, 그만큼 기온이 내려가기를 멈추는 지점도 높아집니다. 층의 경계는 물리적 조건이 정하는 것이지 고정된 눈금이 아닙니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
없음 — 이 개념이 마지막입니다
같은 단원의 개념 — 대기와 해양의 상호작용
계절풍(몬순)고2구름과 강수 과정고2기단과 전선고2기압과 바람고2기압대고2기온·기압·습도고2기후 변화고2기후 변화 지표고2뇌우·악기상고2대기 대순환고2대기 안정도고2대기 조성과 층상 구조고2라니냐고2밀란코비치 주기고2성층권고2수온 약층고2심층 순환고2엘니뇨·남방진동고2오존층고2온난 전선고2온대 저기압고2용승과 침강고2전향력(코리올리 힘)고2태풍고2편서풍과 무역풍고2표층 순환과 환류고2한랭 전선고2해류고2해수의 성질고2해수의 염분고2해풍과 육풍고2
자주 묻는 질문
Q1환경 감률이 항상 인가요?
아닙니다. 평균값일 뿐이며 그날의 대기 상태에 따라 크게 달라집니다. 맑은 날 새벽에는 지표 근처에서 오히려 위쪽이 더 따뜻한 역전층이 생기기도 합니다. 이 값이 실제로 몇인지가 대기 안정도를 판별하는 열쇠가 됩니다.
Q2비행기는 왜 대류권 계면 근처를 날까요?
그 위(성층권 아래쪽)는 대류가 없어 흔들림이 적고, 공기가 희박해 저항이 작기 때문입니다. 날씨 현상이 벌어지는 대류권 아래쪽을 피해 그 천장 부근을 지나가는 셈입니다.
Q3대류권에서는 기압도 처럼 일정한 비율로 줄어드나요?
아닙니다. 기압은 일정한 양씩 줄지 않고, 같은 비율로 줄어드는 방식(지수적 감소)에 가깝게 떨어집니다. 그래서 지표 근처에서는 조금만 올라가도 기압이 뚝 떨어지고, 높은 곳에서는 같은 높이를 올라가도 변화가 작습니다.
교육과정 2022 개정 · 고2 지구과학 · 대기와 해양의 상호작용
수록 기본 (교육과정 단원)
대류권 위에는 정반대 성질을 가진 층이 얹혀 있습니다. 성층권에서 기온이 거꾸로 올라가는 층이 어떤 일을 하는지 확인해 보세요.
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