수증기영상과 위치소용돌이도(PV)

지금까지는 수증기 영상이 대류권 중·상층부와 성층권 하부의 온도 및 수 증기 프로파일에 관해 의미있는 정보를 제공하는 것을 살펴보았다.

대류권과 성층권에 존재하는 대부분의 수증기가 대류권계면에 국한되어 있기 때문에, 대류권계면에서의 뚜렷한 습도 변화는 수증기 채널에서 성 층권의 공기에 의한 복사 방출을 훨씬 더 적게 한다. 또한, 수증기 채널의 주요 복사는 대류권 중간층부터 성층권 하부에서 발생하기 때문에, 대류 권계면의 고도 변화가 수증기 영상에서 뚜렷한 효과를 보인다.

대류권계면의 고도 변화가 가장 심한 중위도 지역에서는 이 효과가 매우 뚜렷하게 나타난다. 상층 대류권이 균일하게 습윤한 경우, 대류권계면의 변동은 밝기온도의 변화를 야기한다. 이것은 물분자가 복사를 방출하는 높이가 변화하기 때문이다. 그러므로, 수증기 영상에 대류권계면의 고도 가 높은 곳은 밝게, 낮은 곳은 어둡게 나타난다.

이같은 대류권계면의 급격한 변화는 위치소용돌이도 값에서도 볼 수 있다.

위치소용돌이도는 공기덩이의 열적/역학적 특징을 잘 나타내 주는 값으로, 밀도(ρ), 절대소용돌이도(ξa), 정적안정도( )에 따라 변화한다. 위치소 용돌이도 공식은 다음과 같이 표현할 수 있다.

(2.2)

대류권의 위치소용돌이도 값은 1.5를 거의 넘지 않는다. 반면, θ 간의 수 직 간격이 훨씬 작은 성층권 대기의 위치소용돌이도 값은 3 이상이다. 정 적안정도는 대류권보다 성층권에서 훨씬 더 크므로, 대류권계면에서의 위 치소용돌이도 값은 고도에 따라 급격히 증가한다. 위치소용돌이도 값이 2 인 곳이 대류권계면을 나타낸다고 볼 수 있다.

이런 이유로 대류권계면의 고도 변화가 다양한 곳에서는 ‘역학대류권계면’

의 고도를 나타내는 등고선면의 변동을 볼 수 있다. 고도가 높게 나타나는 곳은 대류권계면의 고도가 높고 차가우며, 대류권계면이 낮고 따뜻할수록 위치소용돌이도 값은 낮아진다. 제트핵을 가로지르는 곳과 같이 대류권계 면 고도의 급격한 변화는 고도 값의 급격한 경도로 나타난다.

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수증기 영상에서는 이와 동일한 효과가 강한 색깔 대비로 나타난다. 이 효 과는 그림 2.48의 예시로 알 수 있다. 그림에서 만주지역을 통과하는 300hPa 제트류와 수증기 영상의 어두운 영역이 잘 일치한다. 중위도 지 역에 가장 잘 적용되는 이 연관성은 수치예보 검증에서 수증기 영상을 활 용하는 근거가 된다.

원격탐사 원격탐사

-수증기 영상에서 아종관규모의 어두운 영역이 나타나는 것은 흔한 현상이 다. 자주 보이는 특성의 하나는 원형 혹은 타원형이며 크기가 수백 km에 이르는 건조하거나 어두운 ‘눈’이다(그림 2.49).

이들은 종종 대류권계면 고도가 국지적으로 낮아지고 성층권의 공기(높은 위치소용돌이도)를 대류권 공기로 둘러쌓인 고도로 끌어내린 곳이다. 이 는 그림 2.50에서 보여지는 바와 같이 대기 상층부에서 양의 위치소용돌 이도 이상으로 나타날 수 있다. 이들 상층부에서 요란은 중위도 지방과 열 대지방 모두에서 하층 날씨에 현저한 효과를 미칠 수 있다. 이것은 다음 장에서 설명한다.

[그림 2.49] 2011년 2월 10일 04:15UTC 수증기 영상. 겨울철 쿠릴 열도 부근에서 발달한 저기압

[그림 2.50] 대기 상층부의 양의 위치소용돌이도 이상의 단면도. 수증기 영상에서 낮아진 대류권 고도와 이에 상응하는 어두운 영역이 나타남

2.3.5.1 광범위한 흐름 패턴

수증기 채널은 구름의 존재 여부에 상관없이 수증기에 민감하게 반응하므 로, 대기 상층부의 역학적인 흐름을 쉽게 감지할 수 있다. 대류권 상부의 수증기는 대기 흐름의 ‘추적자’와 같은 역할을 한다. 따라서 회색 또는 하 얀색을 따르는 흐름은 대기 흐름의 방향을 나타낸다. 상층부의 대기 흐름 은 거의 지균풍을 따르므로, 기압골과 기압능, 상층 고/저기압의 패턴을 쉽게 볼 수 있다. 기압골은 등고선이 낮고 기압능보다 더 어둡게 나타나는 데, 이는 상층 수증기가 차갑고 밝은 영역으로 나타나기 때문이다.