상승 응결 고도와 푄 현상

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산을 넘는 공기의 상승 응결 고도와 푄 현상 아이콘

공기 덩어리의 온도와 이슬점 변화로 상승 응결 고도를 구하고 산을 넘으며 고온 건조해지는 푄 현상을 설명합니다.

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삼각형과 상승 화살표로 표현한 단열 변화와 단열 감률 아이콘 구름이 있는 삼각형과 ‘대기 안정도와 구름의 생성’ 제목

단열선도

고도(높이)에 따른 물리량 변화를 알 수 있도록 건조 단열선, 습윤 단열선 등을 나타낸 것이다.

기온과 고도에 따른 건조·습윤 단열선 그래프

단열선도 예시

온도가 30 ∘C30\,^{\circ}\mathrm{C}인 공기 덩어리가 지표(고도 0 km0\,\mathrm{km})로부터 고도 3 km3\,\mathrm{km}까지 단열 상승하였다.
공기 덩어리가 고도 1 km1\,\mathrm{km}에서 포화 상태에 도달하였을 때, 고도에 따른 공기 덩어리의 온도 변화를 단열선도에 나타내보자.


따라서 단열선도에 고도에 따른 공기 덩어리의 온도 변화를 나타내면 아래 그림과 같다.

온도에 따른 공기 덩어리의 고도 변화와 건조·습윤 단열선 그래프

상승 응결 고도

공기 덩어리가 단열 상승할 때, 공기 덩어리의 온도와 이슬점이 같아지는 포화 상태에 도달하여 구름이 생성되기 시작하는 고도이다.

상승 응결 고도와 지표면을 나타낸 구름 고도 도식

건조 단열 감률을 10 ∘C/km10\,^{\circ}\mathrm{C/km}, 불포화 상태인 공기의 이슬점 감률을 2 ∘C/km2\,^{\circ}\mathrm{C/km}라 할 때,
불포화 상태인 공기 덩어리가 1 km1\,\mathrm{km} 상승할 때마다 공기 덩어리의 온도는 10 ∘C10\,^{\circ}\mathrm{C}씩 낮아지고, 이슬점은 2 ∘C2\,^{\circ}\mathrm{C}씩 낮아진다.

그러므로 지표에서 공기 덩어리의 온도를 TT, 이슬점을 TdT_{d}, 상승 응결 고도를 HH라 하면,
T−10 ∘C1000 m×H=Td−2 ∘C1000 m×HT - \dfrac{10\,^{\circ}\mathrm{C}}{1000\,\mathrm{m}} \times H = T_{d} - \dfrac{2\,^{\circ}\mathrm{C}}{1000\,\mathrm{m}} \times H,
125(T−Td)=H ∘C/m125(T - T_{d}) = H\,^{\circ}\mathrm{C/m}이다.

상승 응결 고도 예시

그림은 공기 덩어리가 단열 상승하여 구름이 형성된 모습을 나타낸 것이다. 지표에서 공기 덩어리의 온도는 28 ∘C28\,^{\circ}\mathrm{C}이고, 이슬점은 12 ∘C12\,^{\circ}\mathrm{C}이다. 공기 덩어리가 지표로부터 높이 HH에서 처음으로 구름이 생성될 때 HH를 구해보자. (단, 건조 단열 감률은 10 ∘C/km10\,^{\circ}\mathrm{C/km}, 이슬점 감률은 2 ∘C/km2\,^{\circ}\mathrm{C/km}이다.)

지표면 28°C에서 상승하는 공기와 고도 H의 구름을 나타낸 그림

지표에서 공기 덩어리의 온도를 TT, 이슬점을 TdT_{d}, 상승 응결 고도를 HH라 하면, 125(T−Td)=H ∘C/m125(T - T_{d}) = H\,^{\circ}\mathrm{C/m}이므로
125(28 ∘C−12 ∘C)=H ∘C/m125(28\,^{\circ}\mathrm{C} - 12\,^{\circ}\mathrm{C}) = H\,^{\circ}\mathrm{C/m},
H=2000 mH = 2000\,\mathrm{m},
H=2 kmH = 2\,\mathrm{km}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.

산을 넘는 공기의 고도 변화와 상승 응결 고도, A~D 지점 도식
고도와 온도에 따른 건조·습윤 단열선 및 공기 덩어리의 변화 경로 그래프

고도에 따른 이슬점과 공기 덩어리의 온도 변화 그래프

고도에 따른 공기 덩어리 온도와 이슬점 변화 그래프

산을 오를 때 강수로 수증기량이 감소한 공기 덩어리는 산을 내려올 때 단열 압축으로 온도가 상승하여 불포화 상태가 되므로 이슬점 감률은 약 2 ∘C/km2\,^{\circ}\mathrm{C/km}이다.

따라서 이를 정리하면 아래 그림과 같다.

온도-고도 그래프에 건조·습윤 단열선과 상승 공기 경로를 나타낸 그림

이를 통해 공기 덩어리는 산을 넘기 전과 비교했을 때 온도는 상승하고 이슬점은 하강하여 고온 건조해졌음을 알 수 있다.

시뮬레이션


적용 문항

1번 문항


산을 넘는 공기 덩어리의 고도·온도 변화와 푄 현상에 관한 문항 그림

2번 문항


공기 덩어리의 고도별 온도 변화를 나타낸 그래프와 보기