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온실효과와 대류

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대기 순환, 즉 지구 공기의 큰 이동의 출발점은 태양의 빛입니다. 태양에서 지구로 닿는 에너지는 그 일부가 대기에 흡수, 반사되면서 대부분은 지표나 바다에 흡수됩니다. 그리고 지표와 바다는 흡수한 에너지를 적외선으로 다시 지구 밖으로 조사합니다. 이러한 적외선은 지구에 대기가 없으면 그대로 우주공간으로 방출되어 버립니다. 그리고 대기중의 이산화탄소 등에 흡수되어 다시 지구의 표면으로 되돌아갑니다. 이러한 대기가 온실과 같은 작용을 함으로써 지구의 표면 부근의 공기가 따뜻해지는 것을 온실 효과라고 부릅니다. 공기의 큰 이동의 기본에는 "대류"가 있습니다. 공기는 따뜻해지면 팽창하여 차가운 공기보다 밀도가 낮습니다. 앞서 설명한 온실 효과에 의해 따뜻해진 지표 부근의 공기는 대기중을 상승합니다. 한편, 대기 상공에 있는 차가운 공기는 따뜻한 공기에 비해 밀도가 높기 때문에 하강합니다. 그러면 상승한 따뜻한 공기로 바뀌도록 공기가 이동하는 것을 반복합니다. 이 때, 지표에서는 「바람」이 불어옵니다. 이와 같이 공기의 밀도차에 의해 열이 이동하는 것을 대류라고 합니다. 3개의 대순환 다음으로 지구 규모에서 어떤 공기의 큰 이동이 일어나고 있는지를 살펴 보겠습니다. 지구는 구체를 하고 있고, 일정한 지축의 기울기를 가지고, 태양의 주위를 공전하고 있습니다. 따라서 적도 부근은 일년 내내 태양의 고도가 높고 햇빛이 강합니다. 한편 북극과 남극 등 고위도 지역은 태양의 고도가 낮고 햇빛이 약한 특징이 있습니다. 그러면 적도 부근의 따뜻한 공기와 극 부근의 차가운 공기 사이에서 열의 이동이 일어나게 됩니다. 즉, 대류가 발생합니다. 실제로는 적도 부근에서 극 부근으로 일직선으로 대류가 일어나는 것이 아니라 지구의 자전의 영향(후술)을 받아 위도에 따라 3개의 순환이 태어납니다. 우선 적도 부근의 저위도(약 30도 이하)의 「허들리 순환」, 다음에 극 부근의 고위도(약 60도 이상)의 「극 순환」, 그리고 그 중간 정도의 위도의 「페렐 순환」입니다. 이러한 순환은 각각 지표면에서 '무역풍'(저위도), '극편동풍'(고위도), '편서풍'(중위도)의 바람을 불어 넣어 지구 규모의 복잡한 공기의 이동을 낳습니다 . 이것이 현재 주류가 되고 있는 기본적인 대기 대기 순환의 모델입니다. 이와 같이 대기의 순환은 지표에서 따뜻한 공기에 의해 대류를 일으켜, 지구 규모로 열의 이동을 실시하고 있습니다. 이러한 순환은 강수 등 다양한 기상 현상에 영향을 줄 뿐만 아니라 장기적이고 일정한 패턴을 가지고 반복됨으로써 지역의 기후를 결정합니다. 그리고 지역 기후에 따른 생태계가 태어나 그 위에 인간 활동이 이루어지고 있기 때문에 기후가 크게 변화하는 것이 종종 문제가 되는 것입니다. 대기대순환과 해양대순환 지구상에는 대기대순환뿐만 아니라 해수의 대이동 '해양대순환'도 존재합니다. 여기에서는 대기대순환과 해양대순환이 어떻게 관련되는지를 살펴보겠습니다. 또한 기상 현상인 '엘리뇨 라니냐 현상'과 대기대순환과 해양대순환을 계산 모델링하고 통합함으로써 가능해지는 기후변화 시뮬레이션에 대해서도 설명합니다. 풍성 순환 지구의 기후에는 대기의 대순환과 해양 대순환에 의해 만들어지는 해류가 크게 관련되어 있습니다. 예를 들어 영국은 고위도이지만 온대 기후에 속합니다. 이것은 난류인 멕시코 만류와 관련이 있습니다. 멕시코 만류는 적도 부근의 해류가 무역풍에 의해 미국으로 운반되고 편서풍에 의해 유럽으로 운반되는 것으로 태어납니다. 대기와 해양은 복잡하고 다양 한 관계가 있습니다. 예를 들어, 해상 바람은 해양 순환에 영향을 줄 수 있습니다. 해양 대순환은 해수가 전세계 해양을 이동하고 순환하는 것입니다. 앞서 언급했듯이 지구상에서는 저위도에서는 무역풍, 중위도에서는 편서풍이 불고 있습니다. 이러한 바람이 해양의 표면에 분사하는 것으로, 해양에 표층적인 순환을 낳는 것이 풍성 순환입니다. 위도가 높아질수록 편서풍이 강해지는 위도 15도~45도의 지역의 해양에 있어서, 북반구에서는 시계 방향의 순환이 생겨, 남반구에서는 반시계 방향의 풍성 순환이 발생하고 있습니다. 풍성순환은 남대양과 북극해를 제외한 각각의 대양에서 순환을 형성하며 해류를 형성하고 있다. 일본 근해의 쿠로시오나 친조 등은, 풍성 순환에 의해 만들어지고 있는 해류입니다. 또한 열염 순환은 해수의 온도와 염분의 밀도차에 의해 생기는 순환입니다. 그린란드 앞바다와 남극 대륙의 대륙붕 주변에서 냉각된 표층부의 해수가 전세계 해양의 저층부로 침몰하여 퍼지고, 그 후 약 1000년이라는 오랜 시간에 걸쳐 표층부로 상승 있습니다. 엘니뇨 라니냐 현상 기상청 페이지의 해설에 의하면, 인간 생활에 큰 영향을 준다고 여겨지고 있는 「에르니뇨 라니냐 현상」도, 대기대 순환에 의해 만들어지는 무역풍이 영향을 주고 있다고 합니다. 엘니뇨 현상이란 태평양의 날짜 변경선 부근의 적도역 중앙부에서 페루 앞바다에 걸친 해역의 해수면 수온이 평년보다 높아지는 상태가 1년 정도 지속되는 현상입니다. 또, 라니냐 현상은 동해역의 해면 수온이 평년보다 낮은 현상을 말합니다. 평상시 페루 앞바다의 해역에서는 해면 부근의 따뜻한 해수가 무역풍에 불어 서쪽으로 옮겨지고 있습니다. 이 무역풍과 지구의 자전의 영향으로 해양심부의 차가운 해수가 해수면으로 솟아오르고, 결과적으로 해수면 수온이 낮아지고 있습니다. 그러나 무역풍이 어떤 원인으로 강해지면 이 작용이 촉진됨에 따라 이 해역의 해수면 수온이 더욱 저하됩니다(라니냐 현상). 한편, 무역풍이 약해지면 해수면 수온이 높아집니다 (엘니뇨 현상). 앞서 언급했듯이, 해양과 대기는 깊게 연동하고 있기 때문에, 이 해역의 해면 수온의 상승·하강은 기압 배치에 영향을 주고, 기후에 큰 영향을 준다고 합니다. 일본에서는 엘니뇨 현상 발생시 냉여름이나 따뜻한 겨울이 되기 쉽고, 여름에 서일본 일본해 측에서 강수량이 많아진다고 되어 있습니다. 한편, 라니냐 현상 발생시 일본은 여름의 무더위나 겨울의 한파·호설이 되기 쉽고, 여름철에 오키나와·아마미 등의 남서 제도에서 강수량이 많아진다고 되어 있습니다.