1.3. Vertical Structure

 지구의 대기는 평균 대기의 기온 변화, 화학적 구성, 움직임, 밀도 등의 수직 프로파일(profile)에 기초하여 5개의 층으로 나뉘어 있습니다. 5개의 층은 아래의 [Figure 1-1]과 같습니다. 각 5개의 층 꼭대기에는 열 특성, 화학적 구성, 움직임, 그리고 밀도의 최대 변화가 일어나는 곳에 정지되어 있는 것 같은 층이 있습니다.

 

 위 [Figure 1-1] 안에 있는 내용을 해석해보자면 다음과 같습니다. [성층권과 중간권은 성층권 계면 및 중간권 계면과 함께 통틀어 중간 대기(middle atmosphere)라고 불립니다. 성층권과 중간권을 분리하는 경계면(transition boudary)은 성층권 계면이라고 불립니다.]

 

> 원본 내용

 The Earth's atmosphere is subdivided into five concentrci layers (see Figure 1-1) based on the vertical profile of average air temperature changes, chemical composition, movement, and density. Each of the five laters is topped by a pause, where the maximum changes in thermal characteristics, chemical composition, movement, and density occur.

 

• 대류권 = Troposphere
• 성층권 = Stratosphere
• 중간권 = Mesosphere
• 계면 : 온도가 변하지 않는 구간
• 대류권 계면 = Tropopause : 대류권과 성층권의 경계면
• 성층권 계면 = Stratopause : 성층권과 중간권의 경계면 
• 중간권 계면 = Mesopasue : 중간권과 열권의 경계면
• 대류권 계면(Tropopause) : 대류권과 성층권의 경계면으로서, 고위도로 갈수록 고도가 낮아지고 시간, 장소 등에 따라 변화가 있습니다. 또한 적도가 고위도보다 온도가 낮습니다. 적도에서 중위도까지의 열대권 계면, 중위도에서 극까지를 극권 계면으로 나누며 그 사이는 끊어져 있습니다. 대류권 계면의 높이는 일정치 않으나 적도지역 상공에서는 보통 더 높고(적도지방:16~18km), 극지방 상공으로 갈수록 낮아집니다(양극 지방:6~8km). 또 위도에 관계없이 여름에는 대류권 계면이 높아졌다가 겨울에는 낮아집니다.  또, 고기압 속에서는 높고, 저기압 속에서는 낮습니다. 특히 강한 저기압에서는 깔때기 모양으로 움푹 파이므로 권계면 깔때기라고도 합니다. 고기압·저기압이 왕래함에 따라 권계면이 수면의 파도처럼 물결치므로, 이를 대류권계면파(對流圈界面波)라 하기도 합니다. 어떤 지역에서는 대류권 계면이 와해돼 찾아볼 수 없는데 이런 곳에서는 대류권 대기가 성층권 대기와 혼합되거나 그 반대 경우가 관측되기도 합니다. 대류권 계면의 온도는 적도지방은 －75℃ 이하로 낮고, 양극 지방은 －55~－45℃로 높습니다. 적도에서 극까지 연속된 한 장의 곡면(曲面)과 같은 느낌을 주는데, 이는 평균값을 말하며, 중위도에 나타나는 극전선(極前線:極前面) 위쪽에서 끊어져 있어서 적도에서 중위도에 이르는 열대권 계면과 극에서 중위도에 이르는 극권 계면의 2장의 곡면으로 되어 있음이 알려져 있습니다. 권계면의 높이를 결정하려면, 기온의 고도 분포 곡선을 그리면 대류권에서는 기온은 높이와 더불어 감소하고, 성층권 하부에서는 높이에 따라 기온이 변하지 않으므로, 대류권 계면을 이루는 곳에서 기온 체감률이 불연속으로 변하는 사실을 알 수 있습니다.
• 성층권 계면(Stratopause) : 성층권과 중간권 사이의 경계면으로 지상 약 50㎞ 고도에 위치합니다. 성층권 계면을 경계로 성층권에서는 오존에 의해 고도에 따라 기온이 상승하고, 중간권에서는 고도에 따라 기온이 감소합니다. 성층권 계면을 경계로 고도에 대한 온도 변화의 역전 현상이 일어납니다. 즉, 성층권에서 고도에 따라 상승한 기온은 성층권 계면에서 0℃로 극대가 되고, 성층권 계면을 넘어 고도가 더 높아지면서 기온은 다시 내려가게 됩니다. 그러나 성층권 계면을 넘어 고도가 더 높아지면 차츰 온도가 하강, 고도 80km에서는 극소가 되어 약 -93℃가 됩니다. 이 층을 중간권이라고 합니다. 성층권에서 온도가 상승하는 이유는 오존층 때문입니다.
• 중간권 계면(Mesopause) : 중간권을 의미하는 영어인 'mesosphere'는 중간을 뜻하는 그리스어인 'mesos'로부터 유래되었습니다. 또한 중간권이라는 용어는 지구 복사 에너지와 태야 복사 에너지의 영향이 가장 적은 중간 지역이라는 뜻이 포함되며 영향이 적다는 의미는 중간권에 포함된 공기 분자는 태양 복사 에너지와 지구 복사 에너지를 흡수할 공기 분자가 적다는 것을 의미합니다. 아래로는 성층권을 접하고, 위로는 열권을 접하고 있으며 중간권에서는 약한 대류 운동이 있고 수증기가 없어 기상현상이 나타나지 않습니다.(대기권에서 가장 기온이 낮은 곳입니다.) 고도 50-80km 사이를 중간권이라 하며 중간권은 고도가 높아짐에 따라 지구 복사 에너지 감소로 인해 기온이 내려가므로 위는 찬 공기로 무겁고, 아래는 따뜻한 공기이므로 가벼워 기층이 불안정해 대류 현상은 존재합니다. 그러나 공기가 희박하고 수증기가 거의 존재하지 않아 기상 현상은 일어나지 않습니다. 또한 이곳에서 유성이 나타나기도 합니다.

 

 

※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 1-2 해석