무역풍의 주요 원인과 역할

무역풍의 주요 원인과 역할

무역풍과 그 영향을 받는 열대지방의 기상은 특히 변덕스럽습니다. 태양의 영향을 가장 강하게 받는 이 지역의 높은 온도와 공기는 북쪽이나 동쪽과 남쪽에서 무역풍을 끌어옵니다. 이것들이 모여서 강한 상승기류에서 상승하여 동쪽 적도에 해류를 생성합니다. 그리고 고도가 상승하면 북쪽으로 또는 남쪽으로 다시 갈라지고 동쪽으로 굽다가 북위 및 남위 ±30°의 지상으로 잠수하여 해들리 순환(Hadley circulation)을 만듭니다. 이 수렴대는 계절, 해양과 대륙의 교대, 그리고 낮과 밤의 교대로 인해 발생하는 강한 변동에 영향을 받습니다. 이러한 혼란은 종종 심한 폭풍과 관련된 강한 강수량을 초래하는 온난 및 한랭 전선의 연속뿐만 아니라 이 수렴대에서 북쪽과 남쪽으로의 계절적 변화를 초래하게 됩니다. 적도 수렴대에서 태양이 절정에 있는 적도 지방과 태양 복사를 잘 흡수하는 울창한 숲 위에서는 과열된 공기가 대류권에서 위로 올라갑니다. 그리고 이 상승으로 인한 저기압에 의해 빨려 올라간 북쪽의 공기는 이 지역의 중심으로 이동하며 코리올리 효과(Coriolis effect)는 오른쪽으로, 따라서 서쪽으로 궤적을 구부립니다. 이와 비슷하게 남쪽의 공기 또한 리프트 존을 향하며 코리올리 효과를 일으키며 궤적을 왼쪽으로 구부려서 서쪽으로 이동합니다. 동쪽에서 오는 공기는 태양이 절정이 되기 전에 이미 과열되고 들어 올려진 후에 서쪽으로 움직이기 시작한 상태인데, 이것들은 또한 동풍에도 섞이게 됩니다. 따라서 이러한 상승 및 흡입은 가장 가열된 영역 주변의 모든 기단에 영향을 매우 크게 미치게 됩니다. 이 과열된 지역은 태양의 겉보기 운동을 따라 서쪽으로 약 1600 km/h의 속도로 이동합니다. 결과적으로, 서쪽에 위치한 공기는 이동하기 전에 일반 리프트로 흡수됩니다. 어떠한 경우에도 매우 빠른 속도를 유지하며 움직이며, 이는 지상에서 고정된 관측자에 대한 태양의 변위만을 나타낼 뿐이라는 점을 유의해야 합니다. 그리고 태양의 위치에 의해 제어되는 무역풍의 수렴대는 여름 동안 북위 23° 정도의 위도에 위치한 북회귀선으로 이동합니다. 그리고 겨울에는 남회귀선을 향해 대칭적인 움직임을 보입니다. 반면에 코리올리 효과는 북반구에서 오른쪽으로 남반구에서는 왼쪽으로 남습니다. 또한 수렴대가 열대지방 중 하나로 이동하기 때문에, 분점 동안 존재하는 적도에 대한 수렴대의 대칭성은 봄과 가을 동안 점차 약해지며 해빙기 사이에 사라지게 됩니다. 즉 평행선을 따라 부는 바람 구성 요소는 부분적으로는 반대의 움직임을 하며 그 결과, 적도 동쪽 해류의 속도는 분점보다 해수면 동안 훨씬 더 낮아집니다. 그리고 무역풍이 상승할 때는 반드시 폭우를 동반하는데, 바다 위를 지나가면서 축축해진 공기 중의 물이 응축되면서 발생합니다. 게다가, 아열대 지역은 특히 빛이 잘 들고 햇빛에 의해 가열되기 때문에, 광합성이 매우 활발하게 발생하므로 아열대 지역은 무성한 초목과 울창한 숲으로 덮여있습니다. 그리고 여름에는 북미나 북아프리카 혹은 아시아 대륙 쪽에서는 해양보다 높은 온도 때문에 수렴대의 북상이 더 중요해집니다. 같은 이유로, 겨울에 이는 남아메리카나 남아프리카, 호주 쪽에서 증폭됩니다. 이로 인해 적도 동부 해류에 사인파 형태의 움직임이 발생합니다. 대륙과 해양의 온도 차이는 두 가지의 큰 원인 때문에 생깁니다. 해양과 대륙의 온도 차이를 설명하는 첫 번째 이유는 우선 전자의 지표수가 잘 섞였기 때문입니다. 큰 열염 순환(thermohaline circulation)에서의 전체적인 움직임과 조수의 주기적인 변화, 팽창과 난류로 인한 동요 등은 저장된 열의 많은 부분을 북쪽이나 남쪽으로 운반시키며 이는 결국 온도를 균질화하는 경향을 낳습니다. 반대로 대륙에서는 공기만이 이러한 대류 열 수송을 제공할 수 있습니다. 그러나 공기는 바닷물보다도 800배 정도는 가벼우며 열량 또한 4배는 낮기 때문에 효율은 상당히 좋지 않은 편입니다. 반면에 바람은 공기 중에 있는 물을 눈에 보이지 않는 증기 또는 안개와 구름의 형태로 운반시켜주는 효과적인 매개체입니다. 대양에서 발생하는 증발 해서 발생하는 수분은 공기가 흡수하고 이는 곧 포화상태에 이르게 됩니다. 그러고 이는 부하 상태가 되어 더는 압력 등에 견디지 못하게 됩니다. 그리고 나서 증기 형태에서 액체 형태로 변화한 이 응축물은 구름이나 강수 및 폭풍을 만들게 됩니다. 그리고 두 번째 이유는 그들이 같은 방식으로 햇빛을 흡수하지 않는다는 것입니다. 바다는 태양 복사량의 절반 정도 되는 부분을 대기로 반사시키는데 그렇게 함으로써 이들은 반사율, 즉 알베도(albedo)에 크게 관여하게 됩니다. 반면에, 사막 모래는 태양 광선의 30~50%를 반사하며 녹색 열대 지역의 숲은 10%에서 20% 정도로 훨씬 더 낮게 나타납니다. 그리고 열대 지방의 변덕스러운 날씨, 특히 불안정하고 간헐적으로 일어나는 대류 셀은 적도 수렴대라고 불리는 열대 간 수렴대의 큰 특징 중 하나입니다. 이는 여러 가지 원인이 결합돼서 일어나는데 우선 무역풍에 의해 유입되는 차갑고 무거운 질량 아래 지상에서 가열되는 공기의 존재가 이런 불안정한 구성을 형성하는 첫 번째 원인입니다. 이는 매우 다양한 수평 치수와 대류권 경계에 도달할 수 있는 최대 고도를 가진 셀에서 구조화된 대류를 만드는데 기여하며, 이 셀은 온난전선과 한랭전선으로 이어집니다. 한랭전선은 가장 춥고 무거운 기단의 경계로, 따뜻하고 가벼운 기단이 이들을 통과하도록 해주며 냉각 및 팽창과 함께 이 상승은 체계적으로 이루어지게 됩니다. 그 결과 매우 특징적인 적란운을 발생시키거나 때때로 폭우를 동반한 태풍이 되는 등의 빠른 응축이 일어납니다. 이렇게 대류 불안정성은 위에서 얘기한 것처럼 다양한 원인에 의해 일어나며 이 불안정성은 다시 열대 지역의 다른 특징의 원인이 됩니다. 우선 이런 수렴대의 적도 저기압은 태양의 겉보기 운동(apparent motion)에 의해 조절됩니다. 이로 인해 낮에는 최대 저기압이, 밤에는 최소로 진동하는 계절적 움직임과 대류 불안정성이 더해집니다. 그리고 북반구는 태양 복사를 잘 흡수하는 넓은 면적을 운반하므로 남극의 거대한 빙하 덩어리를 운반하는 남반구보다 따뜻합니다. 마지막으로 수렴대 북쪽과 남쪽의 온대지방은 저기압에 의해 분리된 벨트를 가지고 있습니다. 코리올리 효과에 의해 공기가 사이클론 방향으로 회전하는 이 저기압 부분은 긴 나선팔(spiral arm)에 의해 확장되며, 그중 일부는 열대 지역에 도달합니다. 또한 두 반구 모두에서 온대 위도에서 온 차가운 기단이 고기압 사이를 지나 열대지방으로 이동해 한랭전선과 따뜻한 공기 상승을 강화시키며 이들의 영향은 큽니다. 즉 무역풍에 의해 생성된 열대 수렴대는 처음에는 해들리 순환을 일으키고 그 후 대류권 전체의 대기 순환의 주요 원인이 됩니다.