기상 예보를 하기 위해서는 대기를 관찰하고 예측되는 결과를 공유한다. 대기의 변화를 이해하고 삶의 지혜를 더해보자
대기의 변화를 이해하기 위해서 기압에 대해서 살펴보자
기압
기압은 대기의 무게로 인해 대기 중 어떤 한 지점에 작용하는 힘의 크기를 나타냅니다.
대기는 지구를 둘러싸고 있으며, 지표면에 있는 물체들에게 압력을 가하게 됩니다.
이 압력은 대기의 무게와 연결되어 있습니다.
기압은 “표준 대기압(Standard Atmospheric Pressure)”으로 표현되며 1 기압(atmosphere, atm)로 정의됩니다.
이는 약 101325 파스칼(Pascal)에 해당합니다.
지표면에서 높은 고도로 올라갈수록 대기의 무게가 줄어들기 때문에 기압도 감소합니다.
이를 표현하는 여러 단위 중에서 대표적인 것은 헥토파스칼(Hectopascal, hPa)이며, 1 기압은 약 1013.25 hPa입니다.
파스칼의 업적
파스칼이라는 단위는 프랑스 과학자인 블레즈 파스칼(Blaise Pascal)을 기원으로 한다.
1623년 6월 19일에 프랑스의 클레르몽트에서 태어났습니다.
그는 수학자, 물리학자, 철학자, 종교인으로서 다방면에 걸친 업적을 남긴 인물로 꼽힙니다.
아버지가 공학자이자 수학자로서 그 영향을 받아 어린 시절부터 수학에 흥미를 가지게 되었습니다.
파스칼의 수학, 기압과 관련된 주요 연구 내용은 다음과 같습니다:
수학적 업적
- 16세에 파스칼은 프랑스 현대 수학의 기반이 되는 작업 중 하나인 ‘파스칼의 삼각형’을 발표했습니다. 이 삼각형은 조합론에 기반하고 있어 다양한 수학적 응용에 사용됩니다. 또한, 파스칼의 확률론에 대한 기여도 있습니다.
파스칼의 법칙
- 파스칼은 압력과 부피 사이의 관계에 대한 연구를 통해 파스칼의 법칙을 발견했습니다. 이 법칙은 고체나 액체 안의 압력이 모든 방향으로 균일하게 전파된다는 것을 나타냅니다. 이 법칙은 현대 물리학에서 중요한 개념 중 하나로 여겨집니다.
환경과 대기압의 연구
- 파스칼은 기압과 고도 사이의 관계에 대한 연구를 수행했습니다. 이 연구에서는 파스칼의 법칙을 활용하여 고도가 증가함에 따라 대기압이 어떻게 감소하는지 설명하고 있습니다.
블레즈 파스칼은 39세에 세상을 떠났지만, 그의 업적은 현대 물리학, 수학, 철학 등 다양한 분야에 영향을 끼쳤습니다.
그럼, 기압은 어떤 특징이 있는지 살펴보자
고기압
주위보다 상대적으로 기압이 높은 곳을 말한다.
바람의 방향이 중심부에서 바깥쪽으로 전향력에 의해 휘어져서 불어나간다.
기압에서의 전향력은 대기 중에서의 압력 차이로 인해 발생하는 힘이로 특히 수평적인 방향으로의 힘을 나타냅니다.
전향력은 고기압에서 저기압으로의 기압 차이로 인해 발생하며 기압이 낮은 쪽으로 바람이 불게 됩니다.
전향력의 원리는 코리올리 효과(Coriolis effect)와 밀접한 관련이 있습니다.
코리올리 효과는 지구의 자전에 의해 발생하는 것으로, 회전하는 지구에서 물체가 수직으로 움직이려고 할 때 그 속도에 따라 수평 방향으로 이동하려는 힘이 생깁니다.
기압 차이로 인해 바람이 일정 속도로 불면 코리올리 효과에 의해 이 바람은 운동 방향에서 오른쪽으로 편향되게 됩니다.
이로 인해 바람은 기압이 높은 지역에서 저기압 지역으로 향하면서 전향력을 경험하게 되며, 이러한 전향력이 평형상태에서 바람을 일으키는 주된 원인 중 하나입니다.
고기압은 바람이 중심부에서 불어 나가게 되면서 위에서 아래로 하강 기류가 발생합니다.
기온이 상승하면서 상대적으로 습도는 낮아지게 되고 구름이 소멸하면서 맑은 날씨를 유지하게 됩니다.
저기압
주위보다 상대적으로 기압이 낮은 곳을 말한다.
바람의 방향은 바깥쪽에서 중심부로 전향력에 의해 휘어져서 불어 들어온다. (상대적 고기압들의 영향을 받는다)
저기압은 바람이 중심부에 모이게 되면서 아래에서 위로 기류가 상승하게 된다.
기온은 낮아지고 습도가 높아지면서 구름을 형성하게 된다. 흐리거나 비가오는 날씨가 된다.
바람의 방향
상승기류와 하강기류가 나타날 때에 바람의 방향이 다르다.
상승기류는 시계 반대 방향으로, 하강기류는 시계방향으로 바람이 불게 된다.
이를 쉽게 설명하게 위해서 과학시간에는 엄지척을 하도록 해서 엄지가 위로 향할 때의 상승기류와 나머지 손가락의 방향으로 시계 반대 방향, 하강기류일 때는 엄지가 아래로 향하게 해서 시계 방향을 쉽게 기억할 수 있도록 도와준다.