홍라이프 계산기푄 현상 기온 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
푄은 산맥을 넘은 공기가 바람그늘 쪽 사면을 따라 내려오면서 덥고 건조해지는 바람입니다. 산 아래에 도착한 공기는 반대편 산기슭에 있을 때보다 몇 도나 더 따뜻할 수 있습니다. 이 계산기는 공기 덩어리가 산을 오르고 넘어 내려오는 과정을 따라가며 구름 밑면 높이, 산꼭대기 기온, 바람그늘 쪽 산기슭 기온을 추정합니다.
계산 방법
- 구름 밑면(상승 응결 고도): h_c ≈ 125 m × (T − T_d). 산 높이 H보다 높으면 H로 둡니다.
- 구름 밑면까지: 건조단열감률 9.8 °C/km로 냉각합니다.
- 구름 밑면부터 산꼭대기까지: 응결로 숨은열이 방출되므로 약 6 °C/km로 냉각합니다. 산꼭대기 기온 T_s = T − 0.0098 × h_c − 0.006 × (H − h_c).
- 바람그늘 사면: 구름 속 물이 비로 내렸다고 보고 내내 건조단열감률로 승온합니다. T_lee = T_s + 0.0098 × H.
기온은 °C, 높이는 바람받이 쪽 산기슭에서부터 잰 m입니다.
원리
상승하는 공기는 팽창해 식고, 하강하는 공기는 압축되어 데워집니다. 응결이 없으면 그 비율이 건조단열감률 g/c_p ≈ 9.8 °C/km입니다. 이슬점은 높이에 따라 훨씬 천천히 낮아지므로 기온과 이슬점의 차이가 1 km에 약 8 °C씩 줄어들고, 여기서 '1 °C당 125 m' 규칙이 나옵니다. 포화된 뒤에는 수증기가 응결하며 열을 내놓아 냉각이 느려집니다. 응결한 물이 바람받이 사면에 비나 눈으로 떨어지면, 내려오는 공기는 증발시킬 물이 없으므로 건조단열감률로 온전히 데워집니다. 그 결과 처음보다 따뜻해지며, 그 차이는 빠져나간 물이 응결할 때 내놓은 숨은열만큼입니다.
예제 풀이
- 입력값: T = 15 °C, T_d = 10 °C, H = 2000 m입니다.
- 구름 밑면: 125 × (15 − 10) = 625 m입니다.
- 625 m까지 건조 냉각 0.0098 × 625 = 6.125 °C, 남은 1,375 m의 습윤 냉각 0.006 × 1375 = 8.25 °C입니다.
- 산꼭대기: 15 − 6.125 − 8.25 = 0.625 °C입니다.
- 바람그늘 산기슭: 0.625 + 0.0098 × 2000 = 20.225 °C로 약 5.2 °C 높아졌습니다.
| 바람받이 쪽 산기슭 기온 (°C) | 바람받이 쪽 구름 밑면 높이 (m) |
|---|---|
| 3.75 | -781.25 |
| 7.5 | -312.5 |
| 11.2 | 156.25 |
| 15 | 625 |
| 18.8 | 1,093.75 |
| 22.5 | 1,562.5 |
| 30 | 2,000 |
결과 해석
오르는 구간 중 포화 상태로 오르는 부분이 길수록 바람그늘 쪽 승온이 커집니다. 구름 밑면이 산꼭대기 이상이면 응결이 없어 양쪽 기온이 같아집니다. 몇 도의 승온과 급격한 상대습도 저하가 함께 나타나 산불 위험이 높아지기도 합니다. 우리나라에서는 늦봄에서 초여름 사이 태백산맥을 넘어 영서 지방에 덥고 건조하게 부는 북동풍인 높새바람이 대표적입니다.
흔한 실수
- 공기가 포화된 뒤에도 끝까지 건조단열감률을 쓰는 경우.
- 습윤단열감률을 상수로 보는 경우. 따뜻한 공기에서는 더 작고 찬 공기에서는 더 큽니다.
- 산기슭 기준 높이 대신 해발고도를 넣는 경우.
자주 묻는 질문
푄 바람은 왜 그렇게 건조한가요?
수증기가 바람받이 쪽에서 응결해 비로 빠져나갔고, 내려오면서 기온까지 올라가 상대습도가 크게 낮아지기 때문입니다.
125 m 규칙은 어디서 나왔나요?
기온은 1 km에 9.8 °C, 이슬점은 약 1.8~2 °C 낮아져 두 값의 차이가 1 km에 약 8 °C씩 줄어들기 때문입니다.
출처: J. M. Wallace and P. V. Hobbs, Atmospheric Science: An Introductory Survey, Academic Press · C. D. Ahrens and R. Henson, Meteorology Today, Cengage Learning