대기의 안정도란 무엇인가?

우리가 살고 있는 지구의 공기층은 시시각각 다양한 형태로 움직이며, 여러 기상변화를 가져온다.  뜨거운 여름날 오후 맑던 하늘에 갑자기 먹구름이 생기고 굵은 소나기가 한바탕 시원히 내린다.  그리고 얼마 지나지 않아 언제 그랬냐는 듯 맑아지는 것을 경험했을 것이다.  왜 이렇게 변덕스러운 날씨가 나타나는 것일까?  그 공기가 가진 고유의 성질 때문에 구름이 생기가 비가 오는 것일까?  날씨가 변덕스럽고 소나기구름이 생긴 것은 그 공기가 가진 고유의 성질 때문이 아니라, 현재 자리 잡고 있는 공기덩어리와 그곳에 새로 유입되는(상승하는) 공기덩어리와의 관계로 인한 것이다.  현재 공기덩어리와 새로 유입되는 공기덩어리 사이에 얼마나 평형을 잘 이루는지 알아보는 것을 대기의 안정도라고 한다.  대기의 안정도는 현재 자리 잡고 있는 공기덩어리와 새로 유입된 공기덩어리의 온도 차이로 결정된다.  현재 자리 잡고 있는 공기덩어리는 라디오존데라는 기구를 이용하여 각 고도별로 온도를 측정하는데, 고도에 따른 실제 기온 변화율을 기온감률이라고 한다.  새로 유입되는 공기덩어리는 상승하거나 하강하기 때문에 단열감률에 의해 지배받으며, 이론적으로 계산할 수 있다.  여기에서 유입되는 공기란 어떤 요인에 의해 상승하여 기존의 공기 속으로 새롭게 들어오는 공기덩어리를 말한다.  공기를 상승시키는 원인에는 산의 경사면을 따라 공기가 올라가는 지형적 상승, 따뜻한 공기가 차가운 공기를 타고 위로 올라가는 전선에 의한 상승, 국지적으로 비균등가열되어 올라가는 대류에 의한 상승 등이 있다.  단열감률에는 두 가지가 있다.  유입되는 공기가 만약 불포화 상태인 건조한 공기라면 건조단열감률을 따르게 되어 100m 올라갈 때마다 1도씩 하강한다.  또한 만약 유입되는 공기가 포화 상태인 습기가 가득 찬 공기라면 습윤단열감률을 따르게 되어 100m 올라갈 때마다 0.5도씩 하강하게 된다.  대기의 안정도는 구름의 발생과 구름의 형태, 크기를 결정하고, 비가 내리는 양상을 알려준다.  예를 들어 대기가 안정하면 구름이 잘 생기지 않는다.  만약 생긴다고 해도 공기의 상승을 억제하기 때문에 얇고 넓게 퍼지며, 가는 비를 내리는 층운형 구름이 발생한다.  반면에 대기가 불안정할 경우에는 높은 적란운이 발달하며, 굵고 맑은 양의 비가 짧은 시간 동안 내리게 될 것이다.  이처럼 대기의 안정도는 날씨에 많은 영향을 주기 때문에 기상청에서는 그 지역 대기의 안정도를 기상예보에서 매우 중요시 여기고 있다.  안정된 기층은 공기가 상승하는 것에 강하게 저항하기 때문에, 만약 강제로 상승시키려 들 경우 수평으로 확산하려 할 것이다.  이런 상승공기에서 구름이 형성된다면 그 구름도 역시 수평으로 퍼져 비교적 얇은 층을 이룰 것이다.  만약 높이 1km 지점에 공장의 굴뚝이 있다면, 연기는 위아래로 확산되지 못하기 때문에 얇게 펼쳐지는 형태를 띠게 된다.  이와 같이 안정된 대기에서는 권층운, 고층운, 난층운 또는 층운이 형성될 수 있다.  고도에 따른 현재 기온의 변화정도를 기온변화율이라고 하는데, 기온변화율이 단열 변화율보다 적을 때 대기는 안정하다.  즉 지표면의 기온과 상공의 기온 차이가 비교적 적을 때 공기는 안정하다고 할 수 있다.  역전층이란 무엇인가?  지표면 부근의 공기는 지표면에 태양에너지가 가해지면, 그 영향으로 뜨거워지고 태양에너지가 가해지지 않을 때는 차가워지게 된다.  이러한 지표면의 복사 냉각이나 다른 곳으로부터의 찬 공기의 유입에 의한 냉각 등 여러 원인에 의해 고도에 따라 기온이 상승하는 층이 형성되는데 이러한 기층을 기온의 역전층이라고 한다.  바람이 없는 맑은 날에는 지표면의 복사 냉각이 활발하게 일어나므로 지표면 부근의 공기의 온도는 매우 낮아지게 된다.  하루 중 지표면의 냉각이 최고에 달하는 때가 새벽녘이므로 지표면 부근의 역전층은 주로 새벽녘에 잘 발생한다.  그러나 상공에 형성되는 역전층은 두 기단이 만나 전선면을 형성할 때나 다른 곳으로부터 찬 공기가 유입할 때 등의 원인에 의해 발생한다.  역전층은 매우 안정한 기층이므로 역전층에서는 바람이 없고, 안개나 이슬이 잘 생기며, 대기 오염이 심해져 스모그가 생기는 등의 일기 현상이 나타난다.  그리고 상공에 역전층이 형성될 때는 주로 층운형 구름이 생긴다.  지표면 부근에 형성된 역전층은 일출 후 지표면에서부터 점차 소멸된다.  햇빛이 비치면 지표면이 먼저 가열되고, 따뜻해진 지표면이 방출하는 복사열에 의해 지표면 바로 위의 공기가 가열되기 때문이다.  시간이 지날수록 지표면 근처의 기온 상승이 지속적으로 이루어져, 지표면부터 위쪽방향으로 역전층은 소멸되어 간다.  그럼 우리나라에서는 기온의 역전층이 어느 계절에 잘 생길까?  또, 새벽에 지표면에 생긴 역전층의 높이는 시간에 따라 어떻게 변하게 될까?  지표면 부근의 역전층은 지표면의 활발한 복사 냉각으로 인해 형성된다.  따라서 역전층은 기온의 일교차가 큰 늦가을부터 이듬해 봄 사이에 주로 맑은 날 잘 형성된다.  공기는 지표면의 복사열을 받아 가열되므로 해가 뜬 뒤에는 지표면 부근부터 기온이 올라간다.  따라서 해뜨기 직전 최대로 발달한 역전층은 지표면 부근에서 위쪽으로 사라지게 되어 마침내 모두 없어지게 된다.  공기 중의 수증기가 우리 생활에 어떤 영향을 주는지 알아보자.  식탁에 놓아둔 과자나 김이 공기 중의 수증기 때문에 눅눅해지는 걸 볼 수 있다.  실내나 병실 내의 적정 습도 유지를 위해 가습기를 설치한다.  옷장 내에 옷에 습기가 차는 것을 방지하기 위해 '제습제'를 비치한다.  비 온 뒤 오래된 주택의 벽지가 뜨거나 바닥이 눅눅해지기 때문에 보일러를 잠깐씩 가동하기도 한다.   자료출처:쉽게 배우는 기상학[교육과학사]