온대 저기압의 생애

제트 기류의 남북 진동에 의한 상층의 수렴과 발산은 하층의 고기압과 저기 압을 유도하게 되며, 지상 부근의 저기압성 순환은 차가운 공기는 남쪽으로 더운 공기는 북쪽으로 이동시키는 역할을 수행하는데, 온대 저기압의 역할 중 가장 중요한 것 중에 하나가 대기 하층에서 에너지의 남북 수송을 유도 하는 것이다. 온대 저기압의 발생에서 소멸까지의 과정은 1918년 노르웨이 학파인 J. Bjerknes 의해서 제시된 개념 모델이 시초가 되었고 다양한 관측 활동을 통해서 조금씩 수정되어 왔다.

이 개념 모델에서 온대 저기압의 발생기(a)에는 북쪽의 차가운 공기와 남 쪽의 따뜻한 공기가 경계면 혹은 전선을 중심으로 나뉘어져 있으며 전체적 인 기류는 남쪽에서는 서풍 계열이 북쪽에서는 동풍 계열이 주를 이룬다.

지상 일기도 상에서 등압선은 동서로 나란하게 분포하는 준-정체 전선 (Quasi-stationary Front)의 형태를 보인다. 여기에서 각 기단의 바람이 바람 시어의 조건을 만족함을 유념하자.

이후 지상 저기압의 상공으로 상층의 제트기류에 동반된 상층 요란이 형성 되면 파동이 발달하면서 등압선은 전선을 중심으로 꺾이기(Kink) 시작한 다. 이때가 되면 지표면 전선 부근의 상승 운동에 의해서 구름이 형성되며 좁은 강수 구역이 나타나고 비교적 강한 비(짙은 녹색)가 내리는 구역도 생 긴다. 이러한 현상을 저기압발생(Cyclo-genesis)이라고 부른다.

[그림 4.19]온대 저기압의 생애 (a) 정체기, (b) 발생기, (c) 발달기, (d) 최성기, (e) 쇠퇴기

저기압발생이 시작되면 전선을 따라 저기압성 회전 때문에 생긴 섭동을 나 타낸다. 이는 준정체전선의 일부가 전선을 따라 어느 한 점에서 회전하게 되는 원인이 되며 전선파(Frontal Wave)라고 알려져 있다. 그 파동의 끝 쪽으로 등압선의 뒤틀림이 있음을 주목하자.

이것은 지상에 따뜻하고 밀도가 낮은 공기가 차고 밀도가 큰 공기로 교체되 는 곳에서 기압이 하강하기 때문에 발생한다. 여기서 잠시, 그림에서 저기 압이 왜 찬 공기 위에 생기는지 궁금할지도 모른다. 이것은 한랭기단이 더 낮은 고도에서 따뜻한 대류권계면을 갖고 있기 때문이다. 그래서 성층권 공 기가 온난기단 위에 있는 것보다 한랭기단 위에서 더 따뜻하고 밀도가 낮다.

즉 이는 밀도가 높은 대류권의 공기를 더 많이 대체하므로 기압이 하강하기 쉽게 된다.

파동이 강화됨에 따라 차가운 공기는 남쪽으로 따뜻한 공기는 북쪽으로 향 하는 정도가 강해짐에 따라 저기압 중심으로부터 각각 한랭 전선과 온난 전 선이 발생한다(c). 이때부터 강수 구역은 점차 확대되며 강한 비가 내리는 구역도 북쪽으로 확대된다. 전선은 온난기단에서의 바람(15 ~ 20m/s)과 거의 유사한 속도로 한대전선을 따라 동쪽 또는 북동쪽으로 이동한다.

거의 유사한 속도로 한대전선을 따라 동쪽 또는 북동쪽으로 이동한다.

만약 전선파동이 그 모양을 그대로 유지하고 확대되지 않는다면, 그저 한대 전선을 따라 이동하는 일시적인 요란으로서 전선파동은 하루에 1500㎞를 이동할 수 있다. 이러한 형태로 일어나는 전선파동는 안정파(Stable Wave) 가 되었다고 말한다.

그러나 몇몇 파동들은 불안정하고 파장이 길어지고 진폭이 커진다. 이런 파 동요란의 발달이론은 복잡하고, 한대전선 지역에서의 경압성(수평 온도 경 도), 섭동의 파장, 위도와 연직 바람 시어에 의존한다. 특히 600~4000㎞

파장에서 파의 진동이 불안정하게 되고 증폭된다는 것이 밝혀졌다. 파동이 불안정하면 그림 4.19(b) 단계 이후로 발달할 가능성이 높다. 이러한 발달

그림 4.19(c)는 그림 4.19(b)보다 약 하루 늦게 일어나는 단계이다. 따뜻한 공기에서 찬 공기 쪽으로의 밀림이 증가한 것을 볼 수 있다. 다시 말하면 파 동이 증폭되었다. 기존의 저기압성 회전과 함께 따뜻한 공기에 의해 찬 공 기가 대체되는 닫힌 순환이 형성되며 파동의 끝에서 기압이 크게 감소하는 데, 이는 열린 파동 저기압(Open Wave Depression)이라고 알려져 있다.

적도 쪽으로 이동하는 한랭전선과 극 쪽으로 이동하는 온난전선 사이에 있 는 지역은 저기압의 온난역(Warm Sector)으로 알려져 있다. 온난역에서 등압선은 약간 뒤에 있고, 저기압 시스템은 온난기단의 바람으로 이동하기 때문에 저기압은 반시계 방향으로 회전하기 시작한다. 일단 저기압이 온난 역 단계에 도달하면 보통 계속 발달한다. 저기압의 온난역은 진폭이 증가하 고 좁아진다. 파동이 점차 발달함에 따라 온난 저기압은 점차 최성기인 폐 색 단계(d)에 도달하게 된다.

폐색은 한랭 전선이 빠르게 이동하여 온난 전선을 따라 잡으면서 발생한다.

그 결과로 한랭 전선과 온난 전선의 접촉면에서 형성되는 전선을 폐색 전선 이라고 부른다. 온난 저기압은 일반적으로 이런 폐색과정이 시작된 이후 6~12시간 동안에 가장 강하다. 저기압 중심이 한랭기단과 온난기단의 지 6~12시간 동안에 가장 강하다. 저기압 중심이 한랭기단과 온난기단의 지 면 충돌로 점점 희미해지기 때문에, 강한 경압성대와의 접촉이 줄어든다.

온난 저기압계는 점점 더 반시계 방향으로 회전하고 속도가 느려진다.

그림 4.19(e)는 소멸하는 저기압(Decaying Depression)을 나타낸다. 이 단계에서 폐색전선 전면에서 새로운 저기압 중심이 나타나고 이 저기압 중 심은 점점 북쪽으로 이동하면서 점차 소멸되는 단계에 도달하게 된다. 즉 중위도 지역의 경압불안정(수평 온도 경도)이 해소된 것이다.

다음 그림 4.20은 북반구 500hPa의 평균 고도장을 보여주고 있다. 여기에 서 주목해야 할 것은 북반구 중위도 지역을 중심으로 4개에서 6개 정도의 반영구적인 상층 기압골이 형성되어 있다는 점이다.

이들 반영구 기압골은 남북 온도 경도에 의한 경압불안정과 파동 불안정의 결과로 하층에 요란이 발생할 경우 온난 저기압으로의 발달을 유도한다. 상 층 기압골에 동반되는 발산은 하층의 수렴에 비해서 강하기 때문에 하층에 서 상층으로 이동하는 기류가 강해지고 지상의 온난 저기압의 중심 기압은 점점 떨어지게 된다. 온난 저기압은 뚜렷한 연직 바람시어와 온도/노점온도 경도가 큰 선형 밴드를 따라서 형성된다. 따라서 온난 저기압은 경압성 저 기압으로도 부를 수 있다.