¶ 지식 정보
¶ 단열선도
고도(높이)에 따른 물리량 변화를 알 수 있도록 건조 단열선, 습윤 단열선 등을 나타낸 것이다.
¶ 단열선도 예시
온도가 인 공기 덩어리가 지표(고도 )로부터 고도 까지 단열 상승하였다.
공기 덩어리가 고도 에서 포화 상태에 도달하였을 때, 고도에 따른 공기 덩어리의 온도 변화를 단열선도에 나타내보자.
-
고도 에서 공기 덩어리의 온도 변화:
공기 덩어리는 불포화 상태이므로 건조 단열선을 따라 고도가 높아질수록 온도가 낮아진다. -
고도 이상에서 공기 덩어리의 온도 변화:
공기 덩어리는 포화 상태이므로 습윤 단열선을 따라 고도가 높아질수록 온도가 낮아진다.
따라서 단열선도에 고도에 따른 공기 덩어리의 온도 변화를 나타내면 아래 그림과 같다.
¶ 상승 응결 고도
공기 덩어리가 단열 상승할 때, 공기 덩어리의 온도와 이슬점이 같아지는 포화 상태에 도달하여 구름이 생성되기 시작하는 고도이다.
건조 단열 감률을 , 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률을 라 할 때,
불포화 상태인 공기 덩어리가 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도는 씩 낮아지고, 이슬점은 씩 낮아진다.
그러므로 지표에서 공기 덩어리의 온도를 , 이슬점을 , 상승 응결 고도를 라 하면,
,
이다.
¶ 상승 응결 고도 예시
그림은 공기 덩어리가 단열 상승하여 구름이 형성된 모습을 나타낸 것이다. 지표에서 공기 덩어리의 온도는 이고, 이슬점은 이다. 공기 덩어리가 지표로부터 높이 에서 처음으로 구름이 생성될 때 를 구해보자. (단, 건조 단열 감률은 , 이슬점 감률은 이다.)
지표에서 공기 덩어리의 온도를 , 이슬점을 , 상승 응결 고도를 라 하면, 이므로
,
,
이다.
¶ 푄 현상
산을 따라 공기 덩어리가 단열 상승하여 상승 응결 고도 이상에서 구름이 생성되어 비가 내리고,
산 정상을 넘어 단열 하강하여 고온 건조한 상태가 되는 현상이다.
- 상승 응결 고도 미만에서 산을 오를 때:
건조 단열 감률은 약 , 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 이므로
불포화 상태인 공기 덩어리가 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도는 씩 낮아지고, 이슬점은 씩 낮아진다.
- 상승 응결 고도 이상에서 산을 오를 때:
습윤 단열 감률은 약 , 포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 이므로
포화 상태인 공기 덩어리가 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도와 이슬점은 모두 씩 낮아진다.
- 산을 내려올 때:
건조 단열 감률은 약 , 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률은 약 이므로
불포화 상태인 공기 덩어리가 하강할 때마다 공기 덩어리의 온도는 씩 높아지고, 이슬점은 씩 높아진다.
산을 오를 때 강수로 수증기량이 감소한 공기 덩어리는 산을 내려올 때 단열 압축으로 온도가 상승하여 불포화 상태가 되므로 이슬점 감률은 약 이다.
따라서 이를 정리하면 아래 그림과 같다.
이를 통해 공기 덩어리는 산을 넘기 전과 비교했을 때 온도는 상승하고 이슬점은 하강하여 고온 건조해졌음을 알 수 있다.
¶ 시뮬레이션
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $1$
ㄱ. 지표에서 공기 덩어리의 온도를 , 이슬점을 , 상승 응결 고도를 라 하면, 이므로
,
,
,
이다. (O)
ㄴ. 공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 불포화 상태이므로
이 동안 이슬점은 만큼 낮아진다.
공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 포화 상태이므로
이 동안 이슬점은 만큼 낮아진다.
그러므로 지점 에서 공기 덩어리의 이슬점은 이다. (X)
ㄷ. 공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 불포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 낮아진다.
공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 낮아진다.
공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 하강하는 동안 공기 덩어리는 불포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 높아진다.
그러므로 지점 에서 공기 덩어리의 온도는 이다. (X)
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $5$
ㄱ. 푄 현상은 산을 따라 공기 덩어리가 단열 상승하여 상승 응결 고도 이상에서 구름이 생성되어 비가 내리고,
산 정상을 넘어 단열 하강하여 고온 건조한 상태가 되는 현상이다.
그러므로 공기 덩어리의 기온 변화는 이다. (O)
ㄴ. 상승 응결 고도에 도달하기 전에는 불포화 상태이므로 건조 단열선을 따라 공기 덩어리의 온도가 낮아지고, 상승 응결 고도에 도달한 후에는 포화 상태이므로 습윤 단열선을 따라 공기 덩어리의 온도가 낮아진다.
건조 단열 감률은 습윤 단열 감률보다 크므로 같은 고도 변화 동안 온도 변화량의 크기는 불포화 상태일 때가 포화 상태일 때보다 크다.
그러므로 공기 덩어리가 상승하는 에서 그래프의 기울기가 달라지는 일 때 상승 응결 고도에 도달하였음을 알 수 있다.
일 때 고도는 이므로 상승 응결 고도는 이다. (O)
ㄷ. 공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 불포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 낮아진다.
공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 상승하는 동안 공기 덩어리는 포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 낮아진다.
공기 덩어리가 고도 에서 까지 만큼 하강하는 동안 공기 덩어리는 불포화 상태이므로
이 동안 공기 덩어리의 온도는 만큼 높아진다.
그러므로 일 때 공기 덩어리의 온도는 이고, 이다. (O)
따라서 정답은 번이다.