대기의 연직구조 알아보기

대기의 온도, 습도, 압력 등 대기의 상태를 나타내는 기상요소의 값은 수평방향에서도 변하고 있지만, 연직방향에서 더욱 심하게 변한다. 한여름이 더위에 허덕일 때, 수천 km나 여행을 하여 북극권 까지 가지 않아도 불과 10km정도의 높이에 올라가면, 영하 수십도에 이르게 된다. 대기과학에서는 기술의 편의상 대기를 연직방향으로 몇 개의 층으로 구분한다. 

 

대기의 연직구조 알아보기

보통 사용되고 있는 구조 분류는 어떤 기상요소에 기준할 것인가에 따라 미세하게 다르지만, 보통 사용되고 있느 것은 온도의 고도분포에 기초하여 구분하게 된다. 

 

1. 대류권(troposphere)

 대기의 연직구조상 가장 아래에 있는 층은 대류권(troposphere)이라 불리고, 평균하여 약 11km의 두께를 갖는다. 'tropo'라고 하는 것은 '돌다' 또는 '섞이다'라는 의미의 그리스어이다. 대류권 내에서는 이름 그대로 여러가지 운동에 의해 권내의 공기가 상하로 잘 뒤섞이는 것이 특징이다. 구름이 끼고 비가 오는 등 눈에 보이는 기상현상을 비롯하여, 온대저기압, 전선, 태풍등 매일매일의 일기변화를 가져오는 대기의 운동은 거의 전부 대류권 내에서 일어나고 있다. 이 권내에서는 온도가 1Km상승함에 따라 약 6.5도씨의 비율로 감소한다. 이 감소는 평균하여 고도 약 11km까지 계속되지만, 그 이상에 서는 온도가 거의 변하지 않는다. 

 

2. 대류권계면(tropopause)

 대류권과 성층권의 경계면을 대류권계면(tropopause)이라고 한다. 본래 'pause'는 '멈춤'을 뜻한다. 그런 의미에서 보면 '대류가 멈추는 면'이라는 뜻이 된다.

 

3. 성층권(stratosphere)

 대류권 위에 현재 성층권이라고 불리는 층이 있다는 것을 발견한 것은 그다지 오래되지 않았다. 무인의 기구에 온도계를 부착하여 띄우고, 그 기구가 고공에서 파열하여 낙하한 기록을 회수하여, 온도의 고도분폴 직접 측정하는 방법으로 성층권의 존재가 확인된 것은 1902년의 일이었다. 그 전까지는 대류권과 마찬가지로 온도는 그대로 대기의 끝까지 하강하여 간다고 믿고 있었다. 그래서 대류권 위에 거의 일정한 온도의 층이 있다는 발견은 대단히 놀라운 일이었으며 등온층이라고 이름붙였다. 그러나 그 뒤 스위스의 물리학자 피카르는 1931년 자신이 만든 기구를 다고 16km의 고도까지 올라기가도 하고, 제 2차 세계 대전 후는 로케트등에 의한 관측을 하였다. 그 결과 등온층위에서는 온도가 고도에 따라 상승하여 약50km에서 270k정도의 값에 이른다는 것이 알려져, 등온층이 라는 말을 버리고 대신 고도 약 11km에서 50km까지, 온도가 고도에 따라 상승하고 있는 층을 성층권으로 부르게 되었다. 

 성층권이라고 이름붙인 이유는 이러하다. 온도가 고도에 따라 증가하고 있는 대기층은 안정하여, 그 층에서는 상하의 혼합이 일어나기 어렵다. 일반적으로 종류가 다른 액체를 잘 섞은 다음 방치하여 두면, 무거운 액체는 밑으로 가라앉고 위쪽에 가벼운 액체가 뜬다. 해저유전으로부터 분출된 석유가 해면에 펼쳐지는 것이 그 예이다. 기체에서도 마찬가지로, 상하로 혼합시키지 않는다면 중력의 작용으로 무거운 기체와 가벼운 기체가 분리된다. 대류권과는 달리 성측권에서는 상하의 혼합이 없을 것이므로 이러한 기체의 분리가 일어나, 공기는 층을 이루어 그대로 있을 것으로 생각된다. 

 

4. 중간권(mesosphere)

 고도 약 50km온도는 극대가 된다. 오존이 태양관선으로부터 자외선을 흡수하기 때문이다. 이고도로부터 온도는 다시 낮아지기 시작하여 고도 약 80~90km에서 극소가 된다. 이층을 중간권이라고 하다. 성층권과 중간권의 경계면을 성층권계면이라 한다. 

 

5. 열권(thermosphere)

 열권의 특징은 이름 그대로 온도가 높다는 것이다. 이것은 주로 파장이 0.1마이크뢰터 이하의 자외선을 열권에 있는 질소나 산소가 광전리로 흡수하기 때문이다. 태양으로부터의 복사에너지 중 자외선이 창지하는 양은 약 10만분의 1정도 밖에 되지 않는다. 그러나 열권에 있는 공기의 양도 또한 대기 총량의 10만분의 1정도밖에 되지 않는다. 따라서 작은 양의 자외선이라도 열권의 온도를 충분히 높일 수가 있다.