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지구의 복사 평형


  • 저위도 지역은 입사된 태양 복사 에너지가 방출된 지구 복사 에너지보다 많아 에너지 과잉 상태이고, 고위도 지역은 방출된 지구 복사 에너지가 입사된 태양복사 에너지보다 많아 에너지 부족 상태이다.


  • 지구의 지역별 에너지 불균형은 대기와 해수의 순환을 초래하며, 이를 통해 저위도의 과잉 에너지가 고위도로 이동한다.


  • 그 결과, 지구는 전체적으로 에너지 평형을 이루고 있다.


지구의 위도별 에너지 수지와 이동


대기 대순환


1. 대기 대순환


  • 전 지구적 규모로 이루어지는 대기의 운동을 말한다.
  • 지구의 위도별 에너지 불균형에 의해 발생한다.


2. 페렐의 대기 대순환 모델


  • 지구의 자전을 고려한 대기 대순환 모델로, 각 반구마다 3개의 대기 순환 세포가 있다.


페렐의 대기 대순환 모델



페렐의 대기 대순환 모델


  • 적도 부근에서는 태양 복사 에너지에 의해 공기가 가열되어 상승하므로 적도 저압대가 형성된다.


  • 적도에서 상승한 공기는 고위도로 이동하면서 점차 냉각되어 위도 30 ˚ 부근에 이르면 하강하게 되므로, 중위도 고압대가 형성된다. 중위도 상공에서 하강한 공기는 지표면을 따라 적도쪽과 극 쪽으로 이동하며, 각각 전향력에 의해 편향되어 무역풍(적도~위도 30 ˚)과 편서풍(위도 30 ˚~60 ˚)을 형성한다.


  • 극 지방에서는 냉각된 공기가 하강하므로 극 고압대가 형성된다. 극 상공에서 하강한 공기는 저위도로 이동하며 전향력에 의해 편향되어 극동풍(위도 60 ˚~90 ˚)을 형성한다.


  • 한랭한 극동풍과 온난한 편서풍은 위도 60 ˚ 부근에서 만나 한대 전선대를 형성한다. 한대 전선대에서 상승한 공기 일부가 극으로 이동하여 위도 60 ˚~90 ˚에서 순환을 이룬다.


  • 적도~위도 30 ˚ 사이에 형성된 대기 순환을 해들리 순환, 위도 60 ˚~90 ˚에 형성된 대기 순환을 극 순환이라 한다. 이들 순환은 가열된 공기가 상승하거나 냉각된 공기가 하강하면서만들어진 열적 순환으로 직접 순환에 해당한다. 이에 반해 위도 30 ˚~60˚에 형성된 대기 순환인 페렐 순환은 해들리 순환과 극 순환 사이에 형성된 간접 순환이다.


◇ 전향력

전향력


지구 상에서 먼 거리를 직선 운동하는 물체는 북반구에서는 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 휘어지며 움직이는 것처럼 보인다. 이는 지구가자전하기 때문에 나타나는 겉보기 효과로, 만일 우주공간에서 관찰한다면 물체는 휘지 않고 똑바로 움직이는 것으로 보이게 된다. 이러한 현상을 코리올리효과라 하며, 물체의 경로를 휘게 하는 가상의 힘을 전향력이라고 한다. 예를 들어, 북극에서 적도로 발사된 물체는 지구의 자전 때문에 목표 지점보다 서쪽에 떨어지게 된다. 즉 이동하는 방향에 대해 오른쪽으로 경로가 휜 것처럼 나타나게 되는 것이다.


◇해들리의 대기 대순환모델

적도에서 가열된 공기가 상승하고 극에서 냉각된 공기가 하강하여, 지구 대기가 적도에서 극까지하나의 순환 세포로 형성되었다는 대기 대순환 모델. 해들리에 의해 제시된 것으로, 지구가 자전하지 않는 경우의 모델로 볼 수 있다.


해들리의 대기 대순환 모델


◇ 열적 순환

- 지표면이 불균등하게 가열되어 대기의 대류가 일어날 때 형성되는 순환

- 따뜻한 공기는 찬 공기보다 밀도가 작으므로 위로 상승하는 반면 찬 공기는 하강한다.

- 이때 같은 고도에서 기압 차가 발생해 바람이 불게 된다.


2. 실제 대기 대순환


  • 다양한 규모의 순환이 영향을 미치기 때문에 실제 대기 대순환은 페럴의 대기 대순환 모델보다 훨씬 복잡하다.


3. 대기 대순환의 역할


  • 에너지를 저위도로부터 고위도로 운반하여 지구 상의 기온을 일정하게 유지해 준다.
  • 이 과정에서 여러 가지 기상 현상과 기후를 만들어내고 표층 해류의 순환을 일으키며, 지구계에 다양한 영향을 미친다.


대기 대순환과 지구계


1. 적도 저압대


  • 남동 무역풍과 북동 무역풍이 모여드는 곳이다.
  • 이곳에서는 가열된 공기가 상승하면서 구름이 형성되므로 강수량이 많아 울창한 밀림이 형성되어 있다.


2. 중위도 고압대


  • 위도 20~35 ˚ 지역으로, 이 지역 상층에서는 공기가 하강하면서 단열 압축에 의해 건조해지므로 지표에서는 따뜻하고 건조한 바람이 발산된다.
  • 사하라 사막이나서호주 사막처럼 큰 사막이 위치하고 있다.
  • 이 지역의 대류권 상층에서 공기가 축적되는 속도는 지표에서 공기가 발산하는 속도보다 커서 중위도 고압대는 연중 거의 내내 존재한다.


3. 한대 전선대


  • 위도 약 50~60 ˚ 지역으로 따뜻한 편서풍과 차가운 극동풍이 만나 전선을 형성
  • 겨울철 중위도 지역의 날씨에 큰 영향을 미친다.


4. 극 고압대


  • 주로 지표 냉각 때문에 공기가 차고 밀도가 높아져 고기압이 형성되어 있다.


대기 대순환과 지구계


관련문제

문제

01

그림은 지구의 복사 평형을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

<보기>

지구의 복사 평형


<보기>


ㄱ. 방출하는 지구 복사 에너지양은 저위도 지방이 고위도 지방보다 적다.

ㄴ. A는 부족한 에너지양을 나타낸다.

ㄷ. A와 B의 면적은 같다.

ㄹ. 저위도에서 고위도로 에너지의 이동이 일어난다.

선택지

① ㄱ, ㄴ

② ㄱ, ㄷ

③ ㄴ, ㄷ

④ ㄴ, ㄹ

⑤ ㄷ, ㄹ

정답 :

해설 :

저위도 지방의 남는 에너지는 대기와 해수의 운동을 통해 고위도 지방으로 운반되므로, 지구는 전체적으로 복사 평형을 이루고 있다.A의 남는 에너지양은 B의 부족한 에너지양과 같다.


ㄱ. 지구 복사 에너지양도 저위도 지역이 고위도 지역보다 많다.

ㄴ. 저위도 지역에서는 방출되는 지구 복사 에너지양보다 흡수하는 태양 복사 에너지양이 많으므로, A는 남는 에너지양을 나타낸다.

문제

01

그림은 대기 대순환의 단면을 나타낸 것이다. 위 그림에 대한 설명으로 옳은 것을 <보기>에서 모두 고른 것은?

<보기>

대기 대순환


<보기>


ㄱ. (가) 순환은 열적 순환에 해당한다.

ㄴ. X 위도대에서는 Y 위도대에 비해 강수량이 적다.

ㄷ. (나) 순환은 지구가 자전하기 때문에 형성된다.

ㄹ. 대기 대순환의 상층의 높이는 대류권 계면 부근이다.

선택지

① ㄱ, ㄴ

② ㄱ, ㄷ

③ ㄷ, ㄹ

④ ㄱ, ㄷ, ㄹ

⑤ ㄴ, ㄷ, ㄹ

정답 :

해설 :

적도 저압대는 중위도 고압대보다 강수량이 많다.


(가)의 해들리 순환은 열적 순환이다. 지구가 자전하지 않았다면, 하나의 반구에는 하나의 대기 순환 세포만 형성된다.

(나)의 페렐 순환은 지구가 자전하기 때문에 해들리 순환과 극 순환 사이에 형성된 간접 순환이다.

대기의 대류 운동은 대류권에서 일어나므로 대기 대순환의 상층 한계는 대류권 계면 부근이다.

참고서 연관목차

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  1. 1.소중한 지구

    1. 1 . 행성으로서의 지구

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    3. 3 . 아름다운 한반도

  2. 2.생동하는 지구

    1. 1 . 고체 지구의 변화

    2. 2 . 유체 지구의 변화

  3. 3.위기의 지구

    1. 1 . 환경 오염

    2. 2 . 지구 기후 변화

  4. 4.다가오는 우주

    1. 1 . 천체 관측

    2. 2 . 우주 탐사

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