4.1. Introduction
날씨는 자연의 변덕스러운 행동이 아니라, 오히려 지구의 표면과 대기권 내에서 복사열과 복사냉각의 불균등한 비율에 대한 대기의 반응입니다. 지구로 들어오는 태양 복사의 흡수는 열을 발생시키는 반면 지구 밖으로 나가는 지구 복사의 방출은 냉각을 야기합니다. 그러나, 뜨거워지고 차가워지는 속도의 불균형은 온도 구배(온도 변화도, temperature gradient)를 발생시킵니다. 대기 순환과 날씨는 뜨거워지기도 하고 차가워지기도 하는 대기를 재분배하고 평형을 이루기 위한 절대 끝나지 않을 현상입니다.
4.2. The Earth-Atmosphere Energy Balance
지구-대기 에너지 균형은 [Figure 4-1]에서 보는 바와 같이 태양으로부터 들어오는 에너지(태양 복사)와 지구로부터 나가는 에너지(지구복사) 사이의 균형입니다.
태양 복사가 지구에 도달할 때, 몇몇은 공기(8%), 구름(17%), 또는 지표면(6%)에 의해 우주로 다시 반사됩니다. 일부는 수증기/먼지/오존(19%) 또는 구름(4%)에 의해 흡수됩니다. 나머지는 지구 표면(46%)에 흡수됩니다.
그러나, 지구가 태양보다 훨씬 더 차갑기 때문에, 지구의 복사 에너지는 훨씬 더 약한(긴 파장의) 적외선 에너지입니다. 우리는 간접적으로 이러한 에너지가 열로써 대기로 방출되는 것을 볼 수 있습니다.(예를 들어, 더운 날에 뜨거운 도로에서 열이 일렁임을 볼 수 있을 때.) 지구-대기 에너지 균형은 태양으로부터 받은 에너지(태양 복사)가 지구에 의해 우주로 다시 손실된 에너지(지구 복사)의 균형을 맞추면서 이루어집니다. 이러한 방식으로 지구는 안정적인 평균 온도를 유지합니다.
지구로부터 우주로 탈출하려는 적외선의 흡수는 세계적인 지구 에너지 균형에 특히 중요합니다. 대기에 의한 에너지 흡수는 대기가 없는 곳보다다 지표면 근처에서 더 많은 에너지를 저장합니다. 대기가 없는 달의 평균 표면 온도는 -18℃입니다. 달과 대조적으로, 지구의 평균 표면 온도는 15℃입니다. 이러한 난방효과(heating effect)는 온실효과(greenhouse effect)라고 불리기도 합니다.
아래 [Firgure 4-2]에서 보이는 것처럼 온실 온난화(greenhouse warming)는 하늘이 흐린 밤(구름으로 덮여 있는 하늘)에 더욱 심해집니다. 지구로부터의 열에너지는 구름에 의해 갇힐 수 있으며, 맑은 하늘의 밤에 비해 더 높은 온도를 초래합니다. 잔뜩 흐린 하늘만큼 공기는 차가워지지 않습니다. 부분적으로 흐린 하늘 아래, 어떤 열기는 빠져나갈 수 있고, 어떤 열기는 갇힌 채로 남아 있습니다. 맑은 하늘일 때 가장 차가운 날일 수 있습니다.
- 온도 구배(온도 변화도, temperature gradient) : 열이 흐르고 있어서 그 방향에 온도차가 있을 때, 열이 흐르고 있는 방향의 단위 길이당 온도차를 말합니다.
- 온실효과(greenhouse effect) : 어떤 기체가 지구에 의해 반사된 태양 복사의 일부를 흡수하여 대기가 더워지는 현상을 말합니다. https://jicho9597.tistory.com/138
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 4-1~2 해석