단열 변화
(1) 단열 변화: 공기 덩어리가 외부와의 열 교환 없이 주위 기압 변화에 의한 부피 변화로 인해 공기 덩어리 내부의 온도가 변하는 현상
① 단열 팽창: 공기 덩어리가 상승하면 주위 기압이 낮으므로 공기 덩어리가 팽창하면서 내부에너지가 감소하여 온도가 낮아진다.
② 단열 압축: 공기 덩어리가 하강하면 주위 기압이 높으므로 공기 덩어리가 압축되면서 내부에너지가 증가하여 온도가 높아진다.
(2) 단열 감률: 단열 변화에 의해 높이에 따라 공기 덩어리 내부의 온도가 변하는 비율
① 건조 단열 감률: 수증기가 불포화 상태에서 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율로, 불포화 상태인 공기 덩어리가 상승하여 팽창하면 1km마다 기온이 약 10℃씩 낮아지고, 반대로 공기 덩어리가 하강하여 압축되면 1km마다 기온이 약 10℃씩 높아진다. ⇨ 약 10℃/km
② 습윤 단열 감률: 수증기가 포화 상태에서 공기 덩어리가 단열 변화할 때의 온도 변화율로, 포화 상태인 공기 덩어리가 상승하여 팽창하면 숨은열(잠열) 방출로 인해 불포화 상태일 때보다 온도 감소 폭이 작게 되어 1km마다 기온이 약 5℃씩 낮아진다. ⇨ 약 5℃/km
③ 이슬점 감률: 공기 덩어리가 상승 또는 하강할 때의 이슬점 변화율 ➡ 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 2℃/km이고, 포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 5℃/km이다.
(3) 상승 응결 고도: 공기 덩어리가 단열 상승하여 구름이 생성되기 시작하는 고도 ⇨ 상승 응결 고도(H)는 공기 덩어리의 상대 습도가 낮을수록, 즉 (기온(T)-이슬점(Td)) 값이 클수록 높다.
푄
(1) 푄: 산 사면을 따라 공기 덩어리가 상승할 때에는 단열 팽창이 일어나서 상승 응결 고도 이상에서는 구름이 생성되어 비가 내리고, 산 정상을 넘어 하강할 때는 단열 압축이 일어나므로, 산을 넘기 전에 비하여 고온 건조한 상태가 되는 현상이다. 우리나라의 높새바람이 대표적인 예이다. ⇨ 산을 넘는 동안 구름이 생성되어 비가 내린다면 산을 넘은 후 공기는 산을 넘기 전 공기와 비교했을 때 기온은 상승하고, 이슬점은 하강하며, 상대 습도와 절대 습도는감소한다.
(2) 푄에 의한 기온과 이슬점 및 습도의 변화
대기 안정도와 구름
(1) 대기 안정도
① 안정: 기온 감률<단열 감률 공기의 연직 운동이 억제되어 대류가 잘 일어나지 않고, 대기 오염 물질의 농도가 높아지며, 공기가 포화된 경우 층운형 구름이 생성될 수 있다.
② 불안정: 기온 감률>단열 감률 공기의 연직 운동이 활발하여 대류가 잘 일어나고, 대기오염 물질이 잘 퍼져 나가며, 공기가 포화된 경우 적운형 구름이 생성될 수 있다.
③ 중립: 기온 감률=단열 감률 상승 또는 하강하는 공기 덩어리의 온도가 주위 기온과 같아져서 이동한 높이에 그대로 있으려 하고, 공기의 대류가 약하며, 대기의 혼합이 잘 일어나지않는다.
(2) 역전층: 하층의 공기 온도가 상층의 공기 온도보다 낮아서 안정한 상태의 기층 ⇨ 공기의상승이나 하강 운동이 억제된다.
① 복사 냉각에 의한 역전층 형성: 기온의 일교차가 크고, 바람이 불지 않는 맑은 날 새벽에 지표면의 복사 냉각에 의해 형성된다.
② 기상 현상: 지표 부근에는 안개가 생길 수 있고, 도시에서는 스모그 현상이 나타날 수 있다.
③ 대기 오염 물질의 이동: 역전층은 절대 안정 상태이므로 공기의 연직 운동이 거의 일어나지 않아 대기 오염 물질이 위아래로 퍼져 나가지 않아서 지표 부근의 대기 오염 물질의 농도가 높아진다.
(3) 구름의 형성
① 적운이 생성되는 경우: 공기의 수렴 등으로 지상에서 강제 상승한 공기 덩어리는 건조 단열감률로 기온이 낮아지다가 상승 응결 고도(A 지점)부터는 습윤 단열 감률로 기온이 낮아진다. 상승하는 공기 덩어리의 기온이 주위 공기의 기온보다 높아지는 B 지점까지 강제 상승하면 이때부터 공기 덩어리는 스스로 계속 상승한다. 상승하는 공기 덩어리의 기온이 주위공기의 기온과 같아지는 C 지점에 도달하면 공기 덩어리는 더 이상 상승하지 않게 되므로B-C 구간에 해당하는 두께를 가진 적운형 구름이 형성된다.
② 층운이 생성되는 경우: 지상에서 강제 상승한 공기 덩어리는 건조 단열 감률로 기온이 낮아지다가 상승 응결 고도(a 지점)부터는 습윤 단열 감률로 기온이 낮아진다. 공기 덩어리는 b 지점까지 강제 상승하여 c 지점까지 어느 정도 스스로 상승한 후 주위 공기의 기온과 같아져서더 이상 상승하지 못하고 수평으로 넓게 발달하는 형태의 층운형 구름이 형성된다.
(4) 안개의 종류와 생성 원리
참고자료: EBS 수능특강 지구과학2
