행성파와 편서풍 파동

중위도 상공에는 편서풍이 지구를 한 바퀴 돌며 분다. 그런데 이 바람은 곧게 불지 않고 뱀처럼 남북으로 굽이친다. 그리고 우리나라의 날씨는 이 굽이를 따라 며칠마다 저기압과 고기압이 번갈아 지나가며 바뀐다. 편서풍은 왜 굽이치며, 굽이의 어느 부분 아래에서 저기압이 생길까? 어떤 해에는 굽이가 한자리에 멈추어 한파나 폭염이 오래가는 까닭은 무엇일까?

파동의 파장 (천 km)

3.6.1편서풍 파동

저위도는 따뜻하고 고위도는 차가워, 그 경계인 중위도 상공에는 강한 편서풍이 분다. 이 바람이 어떤 까닭으로 북쪽으로 휘면, 고위도로 갈수록 전향력이 커져 다시 남쪽으로 꺾이고, 남쪽으로 지나치면 전향력이 약해져 다시 북쪽으로 돌아온다. 그래서 편서풍은 남북으로 굽이치는 파동이 된다. 이런 행성 규모의 파동을 로스비파, 또는 편서풍 파동이라 한다.

그림 1에서 파장을 바꾸어 보자. 4천 km 파동은 1초에 약 8 m/s로 동쪽으로 흘러가, 우리나라의 날씨가 서쪽에서 동쪽으로 바뀌는 리듬을 만든다. 파장이 6천 km에 가까워지면 거의 멈춘다. 이렇게 파동이 멈추어 굽이가 한자리에 오래 머무는 현상을 블로킹이라 하며, 그 아래에서는 같은 날씨가 며칠에서 몇 주씩 이어진다.¹

3.6.2저기압과 고기압의 자리

굽이친 편서풍에서 남쪽으로 처진 부분을 기압골, 북쪽으로 솟은 부분을 기압 마루라 한다. 기압골의 동쪽(앞쪽) 상공에서는 공기가 퍼져 나가므로 그 아래 지표에서 공기가 빨려 올라가 저기압이 생기고 발달한다. 기압골의 서쪽(뒤쪽) 상공에서는 공기가 모여들어 아래로 내려오므로 지표에 고기압이 생긴다. 그래서 일기 예보에서는 상층 기압골의 위치를 보고 저기압이 어디서 발달할지 예측한다.

3.6.3예제 풀이

파장 4000 km이면 \(k = \dfrac{2\pi}{4 \times 10^6} \approx 1.57 \times 10^{-6}\)/m이고, \(\dfrac{\beta}{k^2} \approx \dfrac{1.6 \times 10^{-11}}{2.47 \times 10^{-12}} \approx 6.5\) m/s이므로 \(c \approx 15 - 6.5 = 8.5\) m/s로 동쪽으로 간다. 하루에 약 730 km를 이동한다.

파장 8000 km이면 \(k\)가 절반이 되어 \(\dfrac{\beta}{k^2}\)는 4배인 약 26 m/s이므로 \(c \approx -11\) m/s로 서쪽으로 간다. 멈추는 파장은 \(\dfrac{\beta}{k^2} = U\), 곧 \(k = \sqrt{\dfrac{\beta}{U}} \approx 1.03 \times 10^{-6}\)/m에서 \(L = \dfrac{2\pi}{k} \approx 6100\) km이다. 지구 둘레(45°에서 약 2만 8천 km)에 이런 파동이 4~5개 들어간다. 그래서 겨울철 북반구 상공에는 굵직한 기압골이 몇 개 늘어서 오래 머무른다.

아래 탐구 카드에서 온대 저기압이 지나갈 때 날씨가 바뀌는 순서와, 굽이치는 편서풍 아래 저기압이 생기는 자리를 살펴보자.

1. 편서풍 파동을 멈추게 하는 데는 로키산맥과 티베트고원 같은 큰 산맥과 대륙과 바다의 온도 차도 큰 역할을 한다. 그래서 북반구의 기압골은 대체로 대륙의 동쪽 해안 부근에 자리 잡는다.