3) 등기압변화 밀기
8.6 지균 소용돌이도
8.8.4 소용돌이도 이류
(나중에 온도 이류 영역에서는 (a)항이 중요해짐을 보일 것이다.). 소용돌 이도 연직 이류항인 (c)항도 작아서 다음과 같은 유효하고 유용한 근사식 을 얻을 수 있다.
이와 같이 가 크고 소용돌이도가 의 방향으로 빨리 감소할 때 300hPa 또는 200hPa 일기도에서 (b)항은 크고 음이다. 단순화된 소용돌이도 방정 식에 의하면 이 경우에 수평 발산이 커야 한다. 대기에 대한 다인스의 2층 모델은 상층의 수평 발산이 하층에 수렴을 일으키고 공기를 상승시키며 기 압을 하강시킬 것임을 제안하고 있다.
그림 8.12는 상층 등고선도를 보여 주고 있는데, 이 그림에는 컴퓨터가 그 린 상대 소용돌이도 등치선이 겹쳐져 있다. 또한 컴퓨터가 그린 강한 소용 돌이도 이류 영역이 표시되어 있다. 소용돌이도 이류도 온도 이류와 같은 원리를 따른다. 소용돌이도의 경도가 어디에서 큰지 그리고 어디에서 강한 속도 성분이 있는지를 생각한다.
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8.8 단순화된 소용돌이도 방정식의 적용
[그림 8.12]300hPa 지오퍼텐셜과 상대 소용돌이도 등치선의 예. 양의 소용돌이도 이류 영역은 음영으로 표시되어 있고 음의 소용돌이도 이류 영역은 빗금으로 표시되어 있다. 소
용돌이도 등치선 단위는 이다.
그러므로 깊은 상층 기압골 앞에서 강한 바람과 소용돌이도의 급격한 변화 가 있다면 양의 소용돌이도 이류(PVA, Positive Vorticity Advection) 영 역이 존재한다. 이 양의 영역은 상부 대류권에서 진공청소기처럼 행동하여 공기를 빨아올리고 상승 운동을 일으켜 지상 기압이 하강하는 메커니즘을 제공한다. 똑같이 골 축의 뒤에서 음의 소용돌이도 이류 영역이 존재하게 되는데, 이것이 상층 수렴을 일으키고 하강 운동과 지상의 기압 상승을 유 발한다.
소용돌이도 이류를 고려하는 대안으로서 골과 같은 특별한 곳을 지나는 공 기덩이의 운동을 따라가는 것이 아마도 보다 자연스러울 것이다. 공기가 골 축을 접근하면서 공기의 소용돌이도는 증가해야 한다. 그래서 빨라진 회전이 수렴과 연직 신장에 의해 이루어지며 상승 운동이 생긴다. 공기가 골 축을 지나 멀어지면서 공기의 소용돌이도는 감소해야 한다. 이 느려진 회전은 발산과 연직 수축에 의해 이루어지며 하강 운동이 생긴다. 곡률뿐 만 아니라 시어에 의한 소용돌이도를 고려함으로써 분류적 그리고 합류적 골 및 능과 연관된 주 발달영역과 부 발달영역을 또한 추론할 수 있다.
마지막으로 소용돌이도 이류에 대한 생각은 비지균 운동에 대한 생각의 대 안이라는 것을 인식하는 것이 중요하다. 이 두 가지는 서로 강화시키지도 않고 반대로 작용하지도 않는다.
제트 입구와 출구에서 또는 골과 능 주위에서 비지균 운동을 생각하는 것 은 단지 상층 발산 영역과 수렴 영역이 어디에서 발생할 것 같은지를 추론 하는 또 다른 방법이다. 사실, 소용돌이도 이류를 고려함으로써 추론된 발 산은 속도의 풍하측 변화에 의한 비지균 운동의 발산이다.
등기압변화 효과를 설명하기 위하여는 온도 이류 형태에 의한 소용돌이도 의 국지적 변화율을 고려해야 한다.
8.8 단순화된 소용돌이도 방정식의 적용
1. 소용돌이도는 단위 면적당 순환이다. 공기덩이의 절대 소용돌이도는 두 성분 즉, 지구에 상대적인 소용돌이도와 지구의 소용돌이도로 구성되어 있다.
2. 소용돌이도는 두 성분 즉, 곡률에 의한 것과 시어에 의한 것을 고려함으 로써 주관적으로 가장 잘 결정된다.
3. 소용돌이도는 바람의 지균 성분으로부터 근사적으로 결정될 수 있고 고 도장의 곡률 항으로 표현될 수 있다.
4. 소용돌이도 발생은 마찰과 기울기 효과를 무시하여 단순화시킨 소용돌 이도 방정식으로부터 볼 수 있듯이 바람장의 수평 발산에 연결되어 있 다.
5. 절대 소용돌이도 보존과 위치 소용돌이도 보존에 대한 개념은 각각 행성 규모 로스비파의 설명과 산의 풍하 지역의 저기압 발생에 대한 설명을 가능하게 한다.
요약
6. 상부 대류권에서 절대 소용돌이도의 총 시간변화율은 이류 변화율로 근 사될 수 있다. 이류 변화율이 큰 영역(양의 소용돌이도 이류 영역과 음 의 소용돌이도 이류 영역)에서는 큰 값의 발산 또는 수렴이 지상 발달 영역을 일으킨다.
연습문제
1. 점 A, B, C, D가 각각 점 O의 북쪽, 동쪽, 남쪽, 서쪽으로 500km씩 떨어 져 있다. 각 점에서 바람의 (u, v) 성분은 의 단위로 A(10,10), B(10,10), C(5,0), D(10,0)이다. 점 O에서 소용돌이도의 연직 성분을 계 산하라.
2. 아래 그림은 지표면 근처의 전선 영역을 나타낸다. 여기서 등치선은 해 면으로부터 1000hPa 면의 고도이다. 쇄선은 겹쳐진 소용돌이도 십자이 고, 십자선의 각 끝은 중심으로부터 100km 거리에 놓여 있다. 중심은 3 dam의 1000hPa 고도에 위치한다. 으로 잡고 십자의 중심 에서 지균 상대 소용돌이도를 계산하라. 전선에 접근하는 공기는 5시간 에 0의 상대 소용돌이도로부터 이 값의 소용돌이도까지 증가한다.
의 변화를 무시할 만하다고 가정하여 이 기간에 대한 평균 수렴을 계 산하라.
연습문제
3. 공기가 30°N의 비발산 고도에서 골 주위를 흐르고 있다. 그 곡률 반경은 300 km이고 속도는 10 이다. 공기가 북쪽으로 이동하는데, 60°N 에서 속도는 그대로 10 이다. 그 동안의 시어를 무시하고 곡률 유 형과 곡률 반경을 계산하라.
위에 상층 골 주위에서 관측한 바람을 기입하였다. 각 관측 지점은 점 P 로 부터 북쪽, 동쪽, 남쪽, 서쪽으로 100km씩 떨어져 있다. 북쪽과 남쪽
로 부터 북쪽, 동쪽, 남쪽, 서쪽으로 100km씩 떨어져 있다. 북쪽과 남쪽 에 있는 관측지점에서는 서풍이 불고 있는 반면, 동쪽과 서쪽에 위치한 관측지점에서는 각각 남서풍과 북서풍이 불고 있다. 점 P에서 상대 소용 돌이도를 계산하라.
소용돌이도는 점 P의 풍하 쪽으로 감소하여 등고선을 따라 측정한 거리 3,000km 지점인 점 P’에서 0이 된다. 이 거리에 걸쳐 평균한 풍속은 60
이다. 이 거리를 따라서 소용돌이도 이류의 크기를 계산하라. 그리 고 점 P와 점 P’ 사이의 평균 발산을 계산하라. 을 이용하라.
4. 어떤 공기기둥 전체가 발산 형태의 흐름을 갖게 되면 이 공기 기둥의 절 대 소용돌이도가 시간에 따라 지수적으로 감소하게 됨을 보여라.
5. 30°N에 있는 공기 덩이가 절대 소용돌이도를 보존시키면서 북쪽으로 이동한다. 이 공기 덩이의 초기 상대 소용돌이도가 5×10-5s-1 이라면, 이 공기 덩이가 90°N에 도착했을 때 상대 소용돌이도가 얼마로 되는지 계산하라.
- 기온 변화에서 수평 이류의 역할을 이해한다.
- 기온 변화에서 연직 운동의 역할을 이해한다.
- 기온 변화에서 비단열 효과를 이해한다.
- 층두께 변화에 대한 방정식을 고찰한다.
- 기온 변화와 비지균 운동 사이의 관계를 파악한다.
- 기온 변화와 소용돌이도 이류 사이의 관계를 파악한다.