147장 연속방정식과 비지균 운동
3) 등기압변화 밀기
10.2 보존성과 역산성
10.3.1 저기압 발달
대기역학
-Hoskins et al. (1985)로부터 따온 그림 10.4는 저기압 발생에 대한 유용 한 도시적 표현을 보여 주고 있다. 그림에서 상층 PV 아노말리가 지상의 경압 지역 위에 도달하고 있다.
[그림 10.3]동쪽으로 이동하는 상층 PV 아노말리와 연관된 등온위면의 지형도. 진한 선은 대류권계면이 10 km면과 교차하는 것을 나타내고 있다. 이 선은 북쪽의 PV>2단위의 공기를 남쪽의 PV<2단위의 공기와 분리시키고 있다. 또한 지구에 상대적 관점에서 볼 때 상대적 등온 위 활승 및 활강( 면을 따라 향해진 화살표)과 유도된 등온위면의 부풀어 오름에 의한 연직 운 동(연직 화살표)이 그려져 있다. 쇄선은 그림 10.2에서 보인 단면의 교차 선을 의미한다.
10.3 저기압 발달의 개념 모델
대기역학
-하층에 유발된 저기압 순환은 상층 골의 바로 앞에서 지상 온도장의 온난 아노말리를 일으킨다. 이 온난 아노말리는 그 자체의 저기압 순환을 가져 오는데, 이 순환이 상층으로부터 유발된 저기압 순환을 강화시킨다. 더욱 이 지상 온난 이류에 의하여 상층에 유도된 순환은 높은 값의 PV를 적도 쪽으로 이류시킴으로써 상층 PV 아노말리를 강화시킨다.
상하 시스템이 상층 특징 바로 앞의 하층 특징과 함께 상대적인 위치에 머 무르는 동안, 그 시스템들은 적극적으로 서로 발달시킨다. 상층이 지상 발 달 저기압 앞으로 이류하려는 경향은 상층의 약간 뒤에서 일어나는 높은 PV의 적도 방향 이류에 의해 방해 받을 수 있다.
그림 10.5는 습윤 공기가 상승하여 중부 대류권에서 응결되고 잠열을 방출 하는 경우의 공기 기둥을 보여 주고 있다. 이로 인하여 이 고도에서 나타나 는 승온 현상은 면을 국지적으로 낮추어 하부 대류권에서는 를 증가시 키고 상부 대류권에서는 이것을 감소시킨다.
이것이 결국 아래쪽에 양의 PV 아노말리를, 위쪽에 음의 PV 아노말리를 만든다. 공기 기둥 안의 총 PV는 변화하지 않고, PV가 하층에 집중되어서 저기압성 소용돌이도를 강화시키고, 반면에 상층의 흐름은 더욱 고기압성 소용돌이도로 된다. 이 과정은, 특히 이 시스템과 연관된 높은 습구온위의 따뜻한 하층 공기가 존재하는 곳에서, 발달하는 저기압과 연관된 하층 순환 을 강화시키는데 중요하다.
[그림 10.5]중부 대류권을 온난화시켜 PV를 재분포시키는 잠열 방출
10.3 저기압 발달의 개념 모델
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10장 위치 소용돌이도
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대기역학
-10.3 저기압 발달의 개념 모델
Mansfield(1994)는 때때로 저기압 발달은 하층으로부터 시작하여 원래 직 선 경도의 상층 PV 아노말리를 만드는 것을 주목하였다(그림 10.6). 그는 지상 저기압과 연관된 상승 운동이 잠열 방출과 상층 음의 PV 아노말리를 일으키는 일련의 가능한 경우들을 제안하였다(그림 10.3에서 보여준 것처 럼). 음의 아노말리의 풍상 쪽 상승 운동은 소용돌이 신장을 통하여 지상 저기압을 강화시킬 수 있다.
[그림 10.6]이미 존재하고 있는 하층 저기압성 요란은 유발된 상승 운동과 잠열 방출을 통하여 그 풍상 쪽의 상승 운동과 함께 상층에 음의 PV 아노말리를 일으킨다.
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10장 위치 소용돌이도대기역학
-10.4 위치 소용돌이도 사용 및 표현 방법
고도, 지오퍼텐셜 또는 기압에 따라 대기층을 보기보다는 등온위면 위의 장들을 보는 것이 더 자연스럽다. 그 이유는 흐름이 단열적이면 공기는 등 온위면을 따라 이동하도록 제약 받기 때문이다(비록 등온위면 자체가 위와 아래로 움직여서 뒤틀리고 겹치기까지 하더라도).
등온위면 위의 PV 분포도는, 면이 PV 아노말리를 교차한다면, 그 주위의 값들과 현저하게 다른 값의 국지적 PV 아노말리를 보일 것이다.
PV는 보존되므로 PV 면을 따라 보는 것이 자연스럽다. 역학적 권계면인 PV=2 면 위에 작성된 도표는 낮은 값의 (권계면 온도가 지역적으로 더 높을 수 있기 때문에 그것을 한랭 아노말리라고 불러서는 안 되지만)에 의 한 높은 PV 아노말리와 높은 값의 에 의한 낮은 PV 아노말리를 보여 주 고 있음을 그림 10.2는 암시하고 있다. 만일 상층 대류권 강제력에 관심이 있다면, 관심 영역에 주의를 집중하기 때문에, PV=2 면은 아마 틀림없이 더욱 유용하게 사용될 것이다.
반면 등온위면은 PV 아노말리의 구조를 완전히 보이기 위해 올바른 영역 에서 권계면을 교차하지 않을지도 모른다. 사용되는 물리량이 PV 면 위의
이든지 아니면 면 위의 PV이든지간에 이와 같은 대기 구조의 표현은 와 PV의 보존 성질 때문에 등압면 위에 지오퍼텐셜이나 온도를 표현하는 것보다 이점을 가지고 있다.
따라서 이 표현을 사용하면 특징들이 더 잘 나타나고 더욱 확실하게 시간 과 함께 따라 갈수 있어서 절리 저기압 발달, 저지 현상 및 저기압 발생과 같은 중요한 과정을 뚜렷하게 알 수 있다. 특별히 유용하다고 알려진 선도 가 850hPa 습구온위와 함께 PV=2 면 위에서 의 변화를 보여주는 선도이 다.
이와 같은 선도에서 분석하면 그림 10.4에서 보인 저기압 발생 과정을 명 료하게 알 수 있다. 하나 이상의 층에 대한 특성을 묘사하는 것은 지면과 상층 특징의 상대적 위치가 중요하다는 것을 강조하고 이들 상호작용의 가 능성에 대한 평가를 보다 정확하게 하기 위함이다.
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10장 위치 소용돌이도