대기운동의 규모

  고도로 집적된 지구의 바람 시스템은 지구를 돌며 흘러가는 공기의 깊은 강물처럼 여겨질 수 있다. 큰 흐름 속에 허리케인, 토네이도 사이클론 등을 포함한 다양한 크기의 와동체들이 들어있다. 시냇물 속의 맴돌이처럼, 이 회전 바람 시스템들은 어느 정도 예측할 수 있는 규칙성을 가지고서 발달하고 소멸한다.
  미국과 캐나다에 살고 있는 사람들은 편서풍(westerlics)이라는 말에 친숙한데, 이는 중위도를 가로질러 서쪽에서 동쪽으로 우세하게 부는 바람을 말한다. 그렇지만, 짧은 시간에 대해서는 바람은 그 어떤 방향으로부터도 볼 수 있다. 풍향과 풍속의 변화가 연속적으로 빠르게 일어났을 때 우리가 폭풍 속에 있었구나 하고 생각할 수 있다. 이렇게 바람이 크게 변하는데, 우리는 어떻게 그 바람을 편서풍이라고 부를 수 있을까? 바람 시스템이 일어나는 크기(size)와 시간 틀(time frame)에 따라 사건들을 분류함으로써 대기 순환의 묘사를 단순화시키고자 하는 우리의 시도에 답이 있다. 예를 들어, 관측소들이 150km 간격으로 떨어져 있는 일기도 규모에서는 먼지를 하늘로 날려 보내는 작은 회오리바람은 식별되지 않을 만큼 너무 작다. 대신에, 일기도는 이동성 사이클론이나 안티사이클론과 연관된 것과 같은 대규모 바람 패턴은 잘 보여 준다.
  일반적으로 대규모 날씨 패턴은 소규모 패턴보다 더 오래 지속된다. 예를 들어, 회오리바람은 대개 수 분 정도 지속하지만, 중위도 사이클론은 미국을 지나가는 데 전형적으로 수 일 걸리며, 때때로 일주일 이상 날씨를 지배한다.
  바람은 소규모, 중규모, 대규모라는 세 가지 범주의 대기 순환으로 분류된다.

대기운동의 세 가지 규모.

A. 돌풍은 소규모 바람을 예시한다.
B. 토네이도- 유발 거대세포 뇌우는 중규모 바람 시스템의 좋은 예이다.

C. 대규모 순환의 한 예인 허리케인의 위성영상.

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소규모 바람
  가장 작은 규모의 공기 운동을 소규모 바람(microscale winds)이라 부른다. 작고 흔히 무질서한 이 바람은 보통 수 초나 기껏 수 분 동안 지속한다. 쓰레기를 공기 속으로 날려 보내는 단순 돌풍(그림 A)과 회오리바람 같이 작고 잘 발달된 와동체가 여기에 포함된다. 비록 회오리바람이 토네이도와 닮았지만, 토네이도에 비해 훨씬 작고 덜 강하다(그림 속 글상자 참조).

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중규모 바람
  중규모 바람(mesoscale winds)은 일반적으로 수 분 동안 지속하며, 종 종 수 시간 동안 존재하기도 한다. 이 중간 크기의 현상들은 대개 폭이 100km보다 작고, 강한 상승기류 및 하강기류와 토네이도뿐 아니라 국지풍(local winds)이라고 부르는 독특한 많은 바람 시스템들을 포함한다(그림 B). 일부 중규모 바람 - 예를 들어, 뇌우 안에서의 상승기류 및 하강기류 - 은 강한 연직 성분을 갖는다. 100km/h가 넘는 풍속을 가진 강한 하강기류는 지표면에서 막대한 피해를 초래할 수 있으며, 호우와 우박을 동반할 수 있다. 토네이도는 가장 강력한 중규모 바람이다. 해륙풍, 치누크, 활강풍 등은 다른 예의 중규모 바람들이다. 

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대규모 바람
  대규모 바람(macroscale winds)이라 부르는 가장 큰 바람 패턴은 행성 규모(planetary-scale)와 종관- 규모(synoptic-scale)의 두 가지 범주로 분류된다. 행성- 규모 바람(planetary-scale winds)은 신세계 개척 시대에 범선이 대서양을 통과하여 오갈 수 있게 해 준 편서풍과 무역풍이 좋은 예다. 이 대규모 흐름 패턴은 전 지구를 돌며, 큰 변화 없이 한 번에 수 주 동안 지속할 수 있다.
  종관-규모 바람[synoptic-scale winds, 일기도 규모(weather map scale)라고도 부름]이라 부르는 다소 작은 대규모 순환은 지름이 약 1,000km이며, 일기도 상에서 쉽게 식별된다. 두 가지의 잘 알려진 종관
-규모 시스템들은 일기도에서 저기압 지역과 고기압 지역으로 각각 나타나는 이동성 중위도 사이클론과 안티사이클론이다. 이 날씨 생산자들은 주로 중위도 지역에 국한된다.
  가장 작은 대규모 날씨 시스템은 늦여름과 초가을에 따뜻한 열대 해양 위에서 발달하는 열대 폭풍(tropical storm)과 허리케인(hurricane)이다(그림 C). 더 큰 크기의 중위도 사이클론과 마찬가지로 이 시스템에서의 기류는 안쪽과 위쪽을 향하지만, 허리케인과 연관된 바람은 더 극 쪽에 있는 사촌인 중위도 사이클론의 바람보다 훨씬 더 강하다.

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모든 규모에서의 바람 패턴
  대기 운동을 크기에 따라 구분하는 것이 관례지만, 전 지구 바람은 모든 규모에서의 운동의 합성체임을 기억하자-사행하는 강과 흡사하게 큰 소용돌이는 작은 소용돌이들로 이루어져 있고 작은 소용돌이는 훨씬 더 작은 소용돌이들로 이루어진다. 한 예로서, 북대서양에서 만들어진 허리케인과 연관된 흐름을 고찰해 볼 것이다. 이 열대 사이클론들 중의 하나를 위성영상에서 보면, 폭풍은 해양을 가로질러 천천히 이동하는 큰 소용돌이 구름처럼 보인다(그림 C). 일기도 (종관) 규모의 이 관점에서는 폭풍의 일반적인 반시계 방향의 회전을 쉽게 보게 된다.
  이 회전운동과 더불어, 허리케인은 대개 동쪽으로부터 서쪽 내지 북서쪽으로 이동한다(허리케인이 일단 편서풍대로 이동하면, 그 진로를 바꾸어 북동쪽으로 이동하려는 경향이 있다). 이 운동은 북대서양의 열대 영역을 통해 서쪽으로 움직이는 훨씬 더 큰 흐름(행성 규모) 속에 이 큰 소용돌이가 얹혀 있음을 시사한다.
  비행기를 타고 허리케인을 통과하면서 더욱 가까이서 살펴보면. 폭풍의 몇몇 소규모 특징들을 확인할 수 있다. 비행기가 시스템의 바깥 가장자리에 접근함에 따라. 위성영상에서 본 큰 회전 구름들이 개의 많은 적란운 탑들(뇌우들)로 이루어져 있음이 분명해진다. 이 각각의 중규모 현상들은 수 시간 지속하며, 허리케인이 존속하기 위해 계속적으로 새로운 것들로 대체된다. 비행하는 동안 개개의 적란운들이 훨씬 더 작은 규모의 난류로 이루어져 있다는 사실도 알게 된다. 이 구름 속에서 상승하고 하강하는 작은 공기 열기포들이 비행을 거칠게 만든다.

 

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요약하면, 바람 시스템이 일어나는 크기와 시간 틀에 의거하여 전 지구 바람 시스템은 세 가지 그룹으로 구분된다. 회오리바람 같은 작은 소규모 바람은 수 분만 지속할 수 있지만, 강한 상승기류 및 하강기류, 토네이도, 국지풍 등을 포함하는 큰 중규모 바람은 수 시간 지속할 수 있다. 가장 큰 대규모 바람은 편서풍과 무역풍을 포함하며 수 주 동안 존속할 수 있다. 다소 작은 대규모 시스템은 중위도 사이클론. 열대 폭풍, 허리케인 등을 포함한다.