통합과학 중3 날씨와 기후변화

기권과 날씨

대기의 층상 구조와 기압·바람·구름·강수의 원리, 기단과 전선을 탐구한다.

지구를 둘러싼 대기는 높이에 따라 기온이 오르내리며 네 개의 층으로 나뉘고, 그중 가장 아래층에서 기압 차가 바람을 만들고 공기의 상승이 구름과 비를 만들어 날씨가 됩니다.

날씨는 결국 '공기가 어디로 움직이느냐'의 이야기입니다. 공기가 많이 눌린 곳에서 덜 눌린 곳으로 흘러가면 바람이 되고, 그 공기가 위로 밀려 올라가면 구름이 됩니다.

쉽게 말하면

날씨와 우리 생활에서 날씨를 관찰했다면, 이제 무대인 대기 자체를 봅니다. 대기는 높이에 따라 기온이 어떻게 변하는지를 기준으로 네 층으로 나눕니다. 대류권은 위로 갈수록 기온이 내려가고, 수증기가 있어 구름과 비가 생기며, 아래가 따뜻하고 위가 차가워 대류가 활발합니다. 우리가 겪는 날씨는 전부 이 층에서 일어납니다. 성층권은 오존층이 자외선을 흡수해 위로 갈수록 기온이 올라갑니다. 위가 따뜻하니 공기가 뒤집히지 않아 매우 안정하고, 그래서 비행기가 이 층 아래쪽을 지나며 흔들림을 피합니다. 중간권은 다시 위로 갈수록 추워져 대류는 있지만 수증기가 없어 기상 현상이 없고, 유성이 타는 곳입니다. 열권은 태양 에너지를 직접 받아 위로 갈수록 매우 뜨거워지며, 오로라가 나타납니다.

기압은 그 지점 위에 얹힌 공기의 무게가 누르는 힘입니다. 그래서 높이 올라갈수록 위에 남은 공기가 줄어 기압이 낮아집니다. 기압은 모든 방향으로 같은 크기로 작용하기 때문에 우리는 평소에 느끼지 못합니다.

바람은 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 공기가 이동하는 현상입니다. 땅이 고르게 데워지지 않아 어떤 곳의 공기가 더 데워지면, 그 공기가 팽창해 위로 올라가 지표의 기압이 낮아지고, 주변의 무거운 공기가 밀려들어 옵니다. 이것이 바람의 근원입니다. 저기압에서는 공기가 모여들어 위로 올라가므로 습도와 구름·강수에서 본 대로 단열 팽창해 구름이 생기고 날씨가 흐립니다. 고기압에서는 공기가 아래로 내려오며 압축되어 따뜻해지고 구름이 사라져 맑습니다. 여기에 성질이 다른 커다란 공기 덩어리들이 만나면 기단과 전선이 되어 날씨를 크게 바꿉니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

해륙풍 — 낮과 밤에 바람 방향이 바뀌는 이유

육지는 바다보다 빨리 데워지고 빨리 식습니다. 낮에는 육지가 더 뜨거워져 공기가 상승하고 기압이 낮아지므로 바다에서 육지로 바람이 붑니다(해풍). 밤에는 반대가 되어 육지에서 바다로 붑니다(육풍). 바람의 방향을 외우는 대신 '어느 쪽이 더 뜨거운가'를 보면 매번 유도할 수 있습니다.
예시 2

높은 산에서 과자 봉지가 부푸는 이유

높이 올라가면 위에 얹힌 공기가 적어져 기압이 낮아집니다. 봉지 안의 공기는 그대로인데 밖에서 누르는 힘이 약해지니 봉지가 부풀어 오릅니다. 기압이 실제로 무언가를 '누르고 있었다'는 것을 눈으로 보여 주는 장면입니다.
예시 3

일기 예보의 '고기압의 영향으로 맑겠습니다'

고기압에서는 공기가 위에서 아래로 내려옵니다. 하강하는 공기는 압축되며 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 포화 수증기량이 커져 구름이 오히려 사라집니다. 그래서 고기압 = 맑음이라는 예보가 나옵니다.

자주 하는 오해

높이 올라갈수록 계속 추워진다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움산 위가 추우니 하늘 높이 올라갈수록 계속 더 추워질 것이다

실제로는대류권에서만 그렇습니다. 성층권과 열권에서는 오히려 위로 갈수록 기온이 올라갑니다.

대류권이 추워지는 이유는 태양이 공기를 직접 데우는 것이 아니라, 데워진 지표면이 공기를 데우기 때문입니다. 그래서 지표에서 멀수록 춥습니다. 하지만 성층권에서는 오존이 자외선을 직접 흡수해 스스로 뜨거워지고, 열권에서는 태양의 강한 에너지를 공기가 직접 받습니다. 열원이 어디에 있느냐가 각 층의 기온 변화를 결정합니다.

고기압·저기압을 정해진 수치로 나누는 것이라고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움1기압보다 높으면 고기압, 낮으면 저기압이다

실제로는고기압과 저기압은 주변보다 기압이 높은가 낮은가를 뜻하는 상대적인 이름입니다. 정해진 기준값은 없습니다.

날씨를 만드는 것은 기압의 절대값이 아니라 기압의 '차이'입니다. 공기는 주변보다 눌린 곳에서 덜 눌린 곳으로 움직이므로, 어느 지역 전체의 기압이 높아도 그 안에서 상대적으로 낮은 곳이 있으면 그곳이 저기압이 되어 공기가 모여듭니다. 그래서 일기도에서는 등압선의 숫자보다 어디가 둘러싸여 낮은지를 봅니다.