7.1. Introduction
바람은 지구의 표면에 대해 움직이는 공기입니다. 비록 우리는 공기가 움직이는 것을 실제로 볼 수 없지만, 우리는 공기가 물체에 가해지는 힘에 의해 그것의 움직임을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 바람이 부는 날 나뭇잎이 바스락거리거나 나무가 흔들리는 것은 바람이 불고 있다는 것을 나타내는 것입니다. 바람은 날씨와 항공기 모두에게 중요한 요소입니다. 바람은 날씨의 형성, 소멸, 그리고 재분배를 야기합니다. 또한 바람은 비행의 모든 단계 동안 항공기에 영향을 미칩니다. 이번 챕터는 바람이 어떻게 이름이 정해지게 되고 바람 어떻게 불게 되는지를 이야기 나누어볼 것입니다.
7.2. Naming of the Wind
바람은 부는 방향에 따라 이름이 지어집니다. 예를 들어, 서풍은 바람이 서쪽에서 동쪽으로 불고 있음을 나타내는 것입니다. 항공에서, 나침반의 36개의 점은 일반적으로 바람이 불어오는 방향을 나타내기 위해 사용됩니다. 예시로 북풍은 360˚, 동풍은 90˚, 남풍은 180˚, 서풍은 270˚에서 불어오는 방향입니다.
7.3. Forces That Affect the Wind
바람의 흐름에 영향을 미치는 세 가지 주요 힘은 기압 경도력(PGF, Pressure Gradient Forces), 코리올리 힘(Coriolis force), 그리고 마찰(friction)입니다.
7.3.1. Pressure Gradient Force (PGF)
바람은 기압 경도력(PGF, Pressure Gradient Force)이라고 불리는 힘을 만드는 압력 차이에 의해 움직입니다. 압력 차이가 발달할 때마다, 기압 경도력은 압력 차이를 균등화하기 위한 시도로 바람을 불게 합니다. 이러한 힘은 등압면 일기도의 등고선 경도와 지상도의 등압선 경도에 의해 확인됩니다.
기압 경도력은 높은 높이/압력에서 낮은 높이/압력으로 유도되며 등고선/등압선과 수직입니다. 지역 전체에 걸쳐 압력 차이가 발생할 때마다 가압 경도력은 등고선/등압선을 가로질러 공기를 직접 이동시키기도 합니다.
풍속은 기압 경도력에 정비례하며, 그 자체는 등고선/등압선 변화도에 정비례합니다. 촘촘한 간격의 등고선/등압선은 강한 바람을 나타내며, 넓은 간격의 등고선/등압선은 약한(가벼운) 바람을 의미합니다. 압력 분석(pressure analysis)에서 등고선/등압선 간격으로부터 풍속에 대한 일반적인 개념을 얻을 수 있습니다.
만약 기압 경도력이 바람을 불게 하는데 유일한 힘이라면, 바람은 고기압에서 저기압으로 흐를 것입니다. 그러나 지구의 자전 때문에, 바람의 흐름에 영향을 미치는 코리올리 힘(Coriolis force)이라고 불리는 두 번째 힘이 있습니다.
7.3.2. Coriolis Force
어떤 외부 힘에 의해 영향을 받을 때까지, 움직이는 덩어리(mass)는 직선으로 이동합니다. 누군가가 회전하는 플랫폼에서 움직이는 어떠한 덩어리를 본다면, 그 사람의 플랫폼에 대해 상대적으로 움직이는 덩어리의 경로는 굴절되거나 구부러진 것처럼 보일 것입니다. 예를 들어 턴테이블(turntable)을 생각해봅시다. 만약 누군가가 연필과 자를 사용하여 턴테이블의 중앙에서 바깥쪽 가장자리까지 직선을 그었다면, 연필은 직선으로 이동했을 것입니다. 그러나 턴테이블을 멈추면 선이 중심에서 바깥쪽으로 나선형으로 그려진 것을 분명하게 볼 수 있을 것입니다. 턴테이블 위에서 바라보는 사람은 어떤 분명한 힘에 의해 선이 오른쪽으로 꺾인 걸 알 수 있을 것입니다.
위와 비슷한 겉보기 힘은 지구의 움직이는 입자들의 방향을 바꾸게 합니다. 지구는 구형이기 때문에, 편향력은 단순한 턴테이블 예시보다 훨씬 더 복잡합니다. 비록 코리올리 힘이 지구에서 우리에게 겉보기 힘이라고 불리지만, 그것은 매우 실제적입니다. 그 원리는 프랑스인 가스파르-구스타브 드 코리올리(Gaspard-Gustave de Coriolis)에 의해 처음 설명되었고, 지금은 그의 이름을 따 코리올리 힘이라고 사용되고 있습니다.
코리올리 힘은 움직이는 모든 물체에 영향을 미칩니다. 북반구에서는 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 공기를 휘게 합니다.
코리올리 힘은 풍향과는 직각이며 풍속과는 정비례합니다. 즉, 풍속이 증가함에 따라 코리올리 힘은 증가한다는 것입니다. 일정한 위도에서 풍속이 두 배 증가하면 코리올리 힘도 두 배 증가하게 됩니다.
코리올리의 힘은 적도인 0˚에서부터 극지방에서의 최댓값까지 위도에 따라 변화합니다. 코리올리 힘은 적도를 제외한 모든 곳에서 풍향에 영향을 미치지만, 그 영향은 중위도와 고위도에서 더 뚜렷합니다.
7.3.3. Friction Force
바람과 지형 표면 사이의 마찰은 바람을 느려지게 합니다. 지형이 험할수록(울퉁불퉁할수록) 마찰 효과가 커집니다. 또한, 풍속이 강할수록 마찰력도 커집니다. 마찰을 힘으로 생각하지 않는 한 가지 방법, 그러나 그것은 항상 풍향과 반대되는 작용을 하는 매우 실제적이고 효과적인 힘입니다.
지면의 마찰력은 보통 높이에 따라 감소하여 수 천 피트 상공 위에서는 중요하지 않게 됩니다. 그러나, 강한 바람과 거친 지형이 마찰층을 더 높은 고도로 확장하기 때문에 이것은 다소 다를 수 있습니다.
- 편향력(deflection force) : 지구와 같은 회전체의 표면 위에서 운동하는 물체에 대하여 그 물체의 운동 속도 크기에 비례하고 운동 속도 방향에 수직으로 작용하는 힘입니다. 북반구에서는 오른쪽, 남반구에서는 왼쪽 방향에 수직으로 작용하고 전향력 또는 코리올리 힘이라고도 합니다.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 7-1~4 해석
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