이 실험에서 알아볼 내용

기압 경도와 위도가 같아도 등압선의 곡률에 따라 평형 풍속이 달라지는 이유를 힘의 방향으로 설명하세요.

교과와 단원

2022 개정 과학 계열 · 고급 지구과학 · 대기와 해양. 대기에 작용하는 힘과 지균풍·경도풍의 평형을 탐구합니다. 지상풍의 마찰이나 평형에 도달하는 과도 운동은 포함하지 않습니다.

연계 성취기준: 12고지02-03 · 12고지02-04

탐구 질문과 해설

1. 같은 기압 경도와 위도에서 저기압 주변 풍속이 지균풍보다 작은 이유는 무엇인가요?

저기압 쪽 기압 경도력은 바깥쪽 전향력과 원심력을 함께 평형시킵니다. 전향력만으로 맞추는 지균풍보다 필요한 전향력이 작으므로 풍속도 작습니다. 고기압의 정상 해는 반대로 지균풍보다 빠릅니다.

2. 고기압에서 ‘평형 해 없음’은 바람이 없다는 뜻인가요?

아닙니다. 주어진 곡률·위도·기압 경도에서는 이 정상 경도풍 방정식에 실수 해가 없다는 뜻입니다. 실제 대기는 조건이 변하거나 가속할 수 있습니다. 이 실험은 그런 시간 변화를 예측하지 않습니다.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

밀도 1.2 kg/m³, 마찰이 없는 수평 정상 흐름입니다. a=|∇p|/ρ, |f|=2Ωsin|φ|, 지균풍 Vg=a/|f|입니다. 곡률 반지름 R>0의 크기를 사용하면 저기압 a=|f|V+V²/R, 고기압 a=|f|V−V²/R입니다. 고기압은 곡률이 약해질 때 지균풍으로 이어지는 정상 해만 사용하며 a>|f|²R/4이면 평형 해 없음으로 표시합니다. 원심력은 흐름의 곡선을 따라가는 좌표계에서 도입한 관성력이며 구심력이라고 부르지 않습니다. 지구 회전 좌표계에서 기압 경도력과 전향력의 합이 곡선 운동에 필요한 안쪽 가속도를 만듭니다. 도식의 힘은 단위 질량당 크기(m/s²)이며 실제 힘 벡터는 위치를 옮겨 비교합니다. 반구에 따라 회전 방향만 반전됩니다. 직선 등압선에서는 곡률 반지름 입력을 쓰지 않습니다. 적도 부근, 지상 마찰, 수직 운동과 실제 날씨 예측은 범위 밖입니다.

참고 자료

• 교육부 · 2022 개정 교육과정 고시 ↗
• NCIC · 과학 계열 선택 과목 교육과정 [별책 20] ↗
• Penn State · 지균풍과 경도풍의 힘 평형 ↗