바람
바람은 공기의 흐름이다. 대기를 이루는 가스 물질의 흐름을 일컫는 말이다. 바람은 일반적으로 공간적 규모, 속도, 원인, 발생지역, 영향 등에 따라 분류한다.
대규모 바람(global winds)으로는 대기 순환류(atmospheric circulation cell)에 존재하는 바람이 있다. 또 제트기류(jet streams)라 불리는 상층대기의 빠른 집적된 공기의 흐름이 있다. 종관 규모(synoptic-scale winds)에서는 중위도 지역의 표층 공기 덩어리의 압력차에 의하여 발생하는 바람과 해륙풍과 같이 지형적 형태의 결과로 나타나는 바람이 있다. 중간규모(mesoscale winds)의 바람으로는 소나기 전선(gust front)와 같이 지역적으로 영향을 미치는 바람이 있다. 가장 작은 규모의 미소 바람(microscale winds)으로 10~100m 규모로 발생하여 예측할 수 없는 회오리바람이나 순간돌풍(microbursts)와 같은 바람이 있다.
바람을 구동시키거나 영향을 미치는 힘으로는 기압경도력(pressure gradient force), 전향력(Coriolis force), 부력(bouyancy force), 마찰력이 있다. 만일 두 공기 덩어리 사이의 압력의 차이가 존재하면 고기압 영역에서 저기압 영역으로 공기가 흐르게 된다. 행성은 회전함으로 적도에서 멀고, 지표면에서 충분히 높은 영역에서 흐르는 공기는 전향력의 영향을 우선적으로 받게 된다.
대규모의 지구 규모의 바람(large scale global winds)에는 적도 지역과 극지역의 차별 가열에 의한 힘과 행성의 자전에 의한 힘이 가장 큰 구동력(driving force)로 작용한다.
바람은 다양한 풍화 작용을 거쳐 지형을 만든다.
대규모 바람(precailing winds)은 지구 규모의 대순환에 의하여 발생하며, 무역풍(trade winds)과 편서풍(westerlies), 극동풍(polar easterlies), 제트류(jet streams)와 같은 수평적 바람과, 각 수평적 바람의 수직 바람인 저위도 환류(hadley circulation cell), 중위도 환류(ferrel circulation cell), 고위도 환류(polar circulation cell)가 있다.
저속 회전하는 지구에대해서 적도 지역과 극지역의 부등 가열에 의하여 적도 지역에서 가열된 공기가 상승하여 대기의 상층에서 극지역으로 이동하며, 극지역에서 침강하여 다시 지표 근처의 대기 하층으로 이동하여 적도지역까지 이동하는 큰 환류가 만들어질 것이다. 그러나 실제 지구에서는 지구 자전의 효과와 상층 대기의 냉각 효과로 인하여 좀 더 복잡한 형태를 보이며 그 형태는 그림(1)과 같다.
대항해 시대에 유럽과 신대륙을 잇는 항로의 배들이 이용했던 바람이라는 의미에서 이름 붙여진 무역풍은 저위도 환류의 지표 성분이다. 저위도 환류는 적도 지역에서 가열되어 상승한 공기 덩어리가 대기의 상층에서 각각 남, 북으로 이동하다 대략 남,북위 30°의 중위도에서 냉각되어 침강되어 다시 적도 지역으로 돌아감으로서 완성된다. 이 과정에서 코리올리의 힘이 작용함으로써 서편향되어 지표에서는 무역풍으로 작용하는 것이다. 편서풍은 중위도 환류의 지표 성분으로 중위도에서 하강하는 저위도 환류의 순환의 영향을 받아 지표에서 북쪽으로 부는 바람이다. 북쪽으로 불어가는 과정에서 코리올리의 힘을 받아 동편향 되어 서풍이 되지만, 저위도 환류나 고위도 환류와 달리 열로 직접 구동되는 것이 아니므로 상대적으로 뚜렷하지 않다.
극동풍은 극 지역에서 침강하여 적도지역으로 이동하는 공기 덩어리에 의하여 나타나며 고위도 환류의 지표 성분이다. 저위도 환류와 같이 열의 직접적인 출입에 의하여 구동되는 고위도 환류에 의하여 나타나므로 매우 뚜렷하게 나타나며 남쪽에서 올라오는 편서풍과 결합하여 북위 60°지역에서는 폭우와 토네이도를 동반하는 극전선을 형성한다.
제트류는 대기의 상층에서 빠르게 동쪽으로 움직이는 공기의 흐름으로 수직 환류 사이의 열 교환 과정에서 나타나는 것으로 생각되고 있다. 중위도 환류와 고위도 환류 사이의 극전선 상층에는 상시적으로 관찰되나 저위도 환류와 중위도 환류 사이에서는 겨울에 주로 나타난다. 기류 흐름의 방향은 대체적으로 동쪽을 나타내지만 극파동(Rossby waves)의 영향으로 남풍, 혹은 북풍이 되기도 한다.
종관규모 바람(synoptic winds)은 온난전선이나 한랭전선과 같은 규모의 기상현상과 동반하는 바람을 말하며 매일 매일의 날씨를 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 지균풍(geostrophic wind)이나 경도풍(gradient wind), 선형풍(cyclostrophic wind)을 포함한다.
전향력의 영향으로 북반구에서는 진행방향의 오른쪽으로 휘어지게 되므로 고기압에서는 위에서 봤을 때 중앙에서 바깥 방향으로 시계방향으로 불어 나가게되며, 저기압에서는 중앙으로 반시계 방향으로 돌아 들어오게 된다. 이러한 바람은 늘 고기압 영역에서 저기압 영역으로 흐르게 되며 이 과정에서 코리올리 힘에도 영향을 받아서 등압선(isobars)에 평행하게 된다. 이러한 경로로 부는 바람을 지균풍이라고 한다. 다만 마찰의 영향을 받지 않는 이상적인 경우에만 나타나며, 코리올리 힘의 영향을 받아야 함으로 적도지역에서 멀리 떨어진 큰 규모의 흐름에서만 관찰된다.
특이한 경우에 움직이는 공기에 미치는 원심력이 코리올리 힘에 비하여 압도적으로 나타나는 경우가 있으며 이러한 경우를 선형풍이라고 한다. 좁은 지역에서 급격한 공기의 회전으로 나타나는 선형풍에는 허리케인(hurricanes), 토네이도(tornadoes)이나 태풍(typhoons)이 있다.
종관규모 바람(mesoscale winds)은 예측 가능한 바람의 영역이다. 그보다 규모가 작은 바람의 경우에는 지리적으로 매우 좁은 영역에서 발생하거나 짧은 시간에만 존재 하므로 의미있는 예측이 쉽지 않다. 중간규모 바람에는 지역적으로 특이한 바람들이 대부분 포함되며 후반부에 따로 장을 나누어 설명한다.
미소규모 바람(microscale winds)은 분에서 초단위로만 존재하는 바람으로서 수백에서 수천미처 정도의 규모에 그친다. 기상 전선의 선단에 나타나는 난기류는 미소규모 바람으로 이루어져 있다. 또한 돌개 바람(dust devils)으로 불리는 회오리바람도 이 규모의 바람이다. 비록 그 규모가 작지만 미소규모 바람은 일상사에 많은 영향을 미친다. 예를 들어 133명의 희생자를 야기한 1985년 달라스-포드 워스 국제공항의 록히드 L-1011기의 추락 사고는 "micro burst" 때문에 발생하였으며, 이 사고의 영향으로 전 세계의 공항과 기상관측소에 도플러 레이다(doppler rader)가 설치된다.
전통적으로 사용하는 용어인 풍화작용은 지질학적 침식 작용을 하는 바람을 의미한다. 토네이도나 허리케인과 같은 바람도 그와 같은 작용을 한다. 큰 규모의 침식이나 사구의 형성과 같이 바람에 의한 작용을 의미한다.
지형적 특이성에 의한 부등가열로 인해 발생하는 국지풍으로는 해륙풍(land breezes, sea breezes)과 산들 바람(산곡풍,mountain breezes, valley breezes)이 있다. 육지는 바다에 비하여 열의 흡수나 방출이 빠르므로 육지와 바다가 접해 있는 곳에는 두 지역의 온도에 차이가 나타나게 된다. 예를 들어 낮에 가열된 육지는 밤이 되면 바다에 비하여 빨리 냉각된다. 이때 바다는 천천히 냉각되므로 위에 있는 공기는 상대적으로 따뜻한 바다의 영향으로 가열되어 상승하게 된다. 이때 육지 위의 공기는 상대적으로 차가운 육지의 영향으로 냉각되어 지표 근처에 머물며 결과적으로 상승하는 공기의 빈 자리를 매꾸기 위하여 바다 방향으로 이동하게 된다. 낮 동안에는 이와 반대로 먼저 가열된 육지에서 상승 기류가 발생하므로 바다에서 육지로 바람이 불게 된다.
산곡풍은 지형적 영향과 부등 가열의 영향을 동시에 받는다. 낮에 해가 뜨면 먼저 산의 정상부분과 능선 부분이 계곡에 비하여 먼저 가열된다. 따라서 먼저 가열되어 상승하는 정상과 능선부분의 공기를 채워주기 위하여 계곡의 공기가 산의 정상과 능선 부분으로 이동하게 되어 계곡풍이 불게 된다. 오후에는 반대로 산의 정상부가 먼저 냉각되므로 정상부에서 계곡 방향으로 산풍이 불게 된다.
산풍은 하강류(katabatic wind)의 한 예이며 냉각에 의하여 지형을 타고 흘러 내리는 이러한 바람은 그린란드와 남극지역에서 큰 규모로 발생한다. 높고 온도가 낮은 고원 지역에서 냉각된 공기가 중력의 영향으로 지형을 타고 흘러내리는 것을 말한다. 몽고 고원이나 만년설 빙하지역에서 나타난다.
하강류는 수직적 바람의 분류이므로 산을 넘어가는 바람의 풍하측에 위치하는 바람도 포함한다. 세계적으로 이름이 붙은 많은 바람들은 이렇게 산을 넘어가며 풍하측에 발생하는 구름으로서 산을 넘는 과정에서 단열 압축에 의하여 온도가 상승하게 된다. 잘 알려진 바람으로는 아메리카 대륙의 서부에 위치하는 치누크(chinook)나 스위스의 푄(föhn), 프랑스의 미스트랄(mistral)이 있다. 상승류의 반대 바람으로서 하강류가 있으며 곡풍이 좋은 예이다. 기상학자에 의하여 공식적으로 인정받지는 못하지만 널리 쓰이는 용어로 오로그래피 바람(orographi wind)이 있다. 이것은 산을 오르는 바람을 의미하며 치누크나 푄과 대응하는 개념이다.
바람에 영향을 주는 힘의 종류에 따라 분류하면 대략 4가지 바람을 가정할 수 있다. 이러한 영향을 주는 힘에 따른 분류는 바람의 물리적 운동을 연구하기 위한 이상적인(실제로 존재하지 않는) 모델이다.우리가 흔히 사용하는 비행기의 날개는 바람과 밀접한 관계를 맺고 있다. 비행기의 날개는 앞이 두껍고 뒤로갈수록 서서히 얇아지는 형태로 되어있는데, 위에 바람이 흐르면 언덕 같은 부분을 넘어가면서 느리게 가고, 밑으로는 빨리지나가, 기압의 차이가 생겨, 비행기의 비행이 가능하게 되는 것이다.
고대 그리스 신화에서는 방위에 따른 네 바람이 anemoi라 불리는 신으로 의인화 되었다. 각 방향에 따라 Boreas, Notos, Eurus, Zephyros로 불리었다. 고대 그리스에서는 바람의 계절에 따른 변화를 관측하였으며, 아테네에는 바람의 타워(tower of the winds)가 남아있다. 각 지역에는 각 지역의 특징적인 바람에 이름이 붙어 있다.바람의 방향은 불어 오는 방향을 나타낸다. 예를 들어 '동풍'이란 관측자의 동쪽에서 시작하여 서쪽으로 진행하는 바람이다. 바람을 측정하기 위한 장비들에는 다음과 같은 것들이 있다.