33.jpg
55.jpg

KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

  • 블랙 페이스 북 아이콘
  • 블랙 인스 타 그램 아이콘

비행 시간, 이상 기후, 그리고 제트 기류

왜 미국으로 갈 때와 올 때의 비행 시간이 다를까?

여러분 상상을 해봅시다. 코로나가 끝나고 여러분은 미국으로 여행을 떠나게 되었습니다. 인천 공항에서 미국 샌프란시스코로 10시간 25분이 걸려서 도착했습니다. 재밌게 논 후 이제 다시 집으로 돌아갈 시간이 되었습니다. 그런데 조금 신기한 점이 있습니다. 분명히 미국으로 갈 때는 10시간 25분이 걸렸는데, 다시 한국으로 돌아올 때는 13시간이 걸린다는 점 입니다. 도대체 어떤 차이가 있는 것일까요? 분명 비슷한 항로로 비슷한 기종의 비행기로 비행을 할 텐데, 2시간 30분이라는 차이는 어디서 생긴 것일까요?


답은 제트기류

그 원인은 바로 비행기가 운항하는 고도에서 흐르는 바람인 제트기류 때문입니다. 제트기류는 성층권에 위치한 바람으로, 아주 강한 바람이 불고 있습니다. 평균 풍속이 여름에는 시속 65km, 겨울에는 무려 시속 130km라는 강력한 바람이 불고 있는 지역입니다. 이러한 제트기류는 위치한 고도에 따라서 위도 30도에 위치하면 아열대 제트 기류, 60도에 위치하면 한대 제트 기류라고 부릅니다.



이러한 제트기류라는 강력한 바람이 왜 부는 것일까요? 그것은 바로 저위도와 고위도의 대류권의 높이 차에서 비롯됩니다. 상대적으로 고위도는 저위도보다 받는 열의 양이 부족합니다. 따라서 이 대류권 경계면의 높이가 더 낮게 유지되고, 즉 바람의 이동 방향은 저위도에서 고위도로 이동이 될 것입니다. 그런데 여기에 신기한 힘이 작용합니다. 바로 전향력입니다. 전향력이란 코리올리 힘이라고도 하며, 자전하는 지구에서 북반구에서 운동하는 물체는 진행방향의 오른쪽으로 휘어지는 힘입니다. 그렇게 때문에 저위도에서 고위도로 이동을 하게 되면, 전향력의 작용에 의해 위도 60도 부근에서 서쪽에서 동쪽으로 부는 한대 제트 기류가 발생하게 됩니다. 아래 그림처럼 말이죠. 여기서 코리올리 힘은 위도가 증가할수록 강해집니다. 그렇기 때문에 한대 제트는 상대적으로 아열대 제트 기류보다 풍속이 강하고, 그 변화가 계절에 따라서 큽니다. 반면 아열대 제트 기류는 풍속의 변화가 적게 나타납니다.



그런데 신기한 점이 있습니다. 바로 제트기류가 위 아래로 파동을 일으키는 것입니다. 아래 그림을 보면 고위도 지역에서 빨간색으로 구불구불한 선이 보이는 것을 알 수 있습니다. 공기의 흐름을 나타낸 위성영상에서 위 아래로 구불구불한 제트기류의 흐름이 나타나고, 제트기류가 위 아래로 파동을 치는 것을 확인할 수 있습니다. 이렇게 제트기류에서 나타난 파동을 과학자들은 로스비 파동이라고 이름 붙였습니다. 이렇게 파동을 치는 이유는 바로 ‘와도’라는 것이 변화하면서 나타나게 됩니다. 이러한 ‘와도’는 ‘상대와도’, 그리고 ‘지구와도’의 총합으로 나타 낼 수 있습니다. 먼저 와도라는 것은 입자가 회전하는 정도나 소용돌이 치는 정도를 나타낸 척도입니다. 이러한 와도들 중 먼저 ‘상대 와도’는 지구 표면에 대한 상대적인 운동을 나타내는 척도로, 앞에서 말했던 코리올리 힘에 영향을 받기 때문에 위도가 증가할수록 증가하게 됩니다. 또한 지구 와도는 지구의 자전에 의해 생기는 와도를 말합니다. 따라서 이러한 와도가 양의 값을 가지게 될 때, 반시계로 회전하게 되고, 음의 값을 가지게 되면 시계 방향으로 회전하면서 제트 기류에 파동이 요동치는 것이라고 할 수 있습니다.



한국-미국 비행 이동 경로

따라서 제트기류는 서쪽에서 동쪽으로 매우 빠른 속도로 흘러가게 되고, 이는 비행기가 서쪽인 인천에서 동쪽인 샌프란시스코로 갈 때 영향을 주게 되어서 한국에서 미국으로 가는 항로의 소요 시간이 단축되는 것입니다. 오른쪽 그림은 한국에서 미국을 갈 때 항로를 나타낸 사진과, 미국에서 한국으로 갈 때의 항로를 비교한 사진입니다. 두 사진을 보면 한국에서 미국을 갈 때는 제트기류가 서쪽에서 동쪽으로 이동하면서 이 기류를 타고 이동하기 위해 구불구불한 항로를 띄고 있지만 다시 돌아올 때는 제트기류가 항공기의 비행 속도를 저하시키기 때문에 극지막으로 돌아서 오는 항로를 선택한 것입니다.

미국-한국 비행 이동 경로

제트기류가 왜 중요할까?

여러분은 여기서 의문이 드실겁니다. 제트기류는 우리가 살고 있는 지표로부터 10km나 떨어진 저 위쪽에서 발생하는 공기의 흐름인데 왜 굳이 이걸 알아야 하는 걸까? 그냥 비행기를 탈 때 소요시간만 달라지는 것이 아닐까? 이런 의문이 들 수 있습니다. 하지만 제트기류는 생각보다 우리 생활에 많은 영향을 끼치고 있습니다. 바로 지구 온난화와 맞물려서 겨울에는 한파를, 여름에는 폭염을 일으키고 있습니다. 지구 온난화가 일어나게 되면, 고위도의 얼음이 녹게 될 것입니다. 그렇기 때문에 상대적으로 빙하에 의해 반사되는 태양 복사에너지의 양이 줄어들게 되면서 고위도는 저위도보다 상대적인 복사에너지가 더 많이 증가하게 됩니다. 이는 고위도와 저위도 간의 온도의 차이를 줄여주게 되고, 이는 저위도와 고위도 간 기압차가 적게 발생한다는 것을 의미하게 됩니다. 따라서 상대적으로 약한 제트기류가 남하하게 됩니다. 여기서 제트기류는 북극 주변을 돌면서 한기가 제트기류 아래로 내려가는 것을 막아주는 특징이 있는데 이를 막아주지 못하게 되면서 북극에 있던 찬 공기가 아래로 내려오게 됩니다. 이는 겨울철 한파를 발생시키는 원인이 됩니다.



그렇다면 폭염은 제트기류와 어떤 관련이 있을까요? 이 또한 제트기류의 약화가 원인입니다. 같은 이유로 지구온난화와 의해 여름철에도 제트기류는 더 남하한 채로 머물게 되고, 그 결과 아래 그림까지 제트기류가 머물게 되면서 여름철 한반도의 대기는 정체되게 됩니다. 여기서 중국에서 온 따뜻한 공기가 유입되면서 폭염이라는 이상 기후 현상이 지속되는 것입니다.



이렇게 제트기류가 항공기, 그리고 우리 한반도의 한파, 폭염과 같은 이상 기후 현상에 미치는 영향에 대해 알아보았습니다. 10km 상공에서 적도와 극지방의 압력차에 의해 발생하는 제트 기류는 북극의 차가운 냉기를 막아주는 역할과, 전 지구적인 순환을 도와주는 역할을 톡톡히 하고 있습니다. 하지만 제트기류가 지구 온난화에 의해 약화된다면 폭염과 한파를 불러 일으키는 원인으로 작용하게 됩니다.



김승우 학생기자│Physics│지식더하기


참고자료

[1] 제트류, 위키백과 https://ko.wikipedia.org/wiki/제트류

[2] 로스비 파동, 위키백과, https://ko.wikipedia.org/wiki/로스비파동


첨부 이미지 출처

[1] https://ko.wikipedia.org/wiki/제트류

[2] https://m.blog.naver.com/kma_131/221195910322

[3] http://m.dongascience.donga.com/news.php?idx=21116


첨부 동영상 출처

[1] https://www.youtube.com/watch?v=nxzyYgyjz-I



ⓒ KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS

댓글 0개

최근 게시물

전체 보기
워터마크_colored.png

KOSMOS는 KSA Online Science Magazine of Students의 약자로,

KAIST부설 한국과학영재학교 학생들이 만들어나가는 온라인 과학매거진 입니다.

단체소개  운영진에게  이용약관  기자단 페이지

​본 단체와 웹사이트는 KAIST부설 한국과학영재학교의 지원으로 운영되고 있습니다.

저작물의 무단 전재 및 배포시 저작권법 136조에 의거 최고 5년 이하의 징역 또는 5천만원 이하의 벌금에 처하거나 이를 병과할 수 있습니다. 

© 2018 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS. ALL RIGHTS RESERVED. Created by 김동휘, 윤태준.

KAIST부설 한국과학영재학교 바로가기