바람은 우리 주변에서 늘 느껴지지만, 왜 부는지 생각해 본 적이 있나요. 산들바람부터 태풍까지 모든 바람은 같은 원리로 발생합니다. 바람은 단순히 공기가 움직이는 현상이지만, 그 원인은 지구의 자전, 태양의 열, 지형의 차이 등 여러 요소가 복잡하게 얽혀 있습니다. 바람은 날씨를 만들고, 열과 수증기를 운반하며, 파도를 일으키고, 씨앗을 퍼뜨리며, 풍력 발전으로 에너지를 제공합니다. 항해자들은 무역풍을 이용해 대양을 횡단했고, 몽골 제국은 계절풍을 이용해 동아시아를 침략했습니다. 바람을 이해하는 것은 기상 예보, 항공, 항해, 재생 에너지에 필수적입니다. 이 글에서는 바람이 왜 부는지, 지구 규모의 바람과 지역적인 바람은 어떻게 다른지, 그리고 바람이 우리 생활과 환경에 어떤 영향을 미치는지 상세히 알아보겠습니다.
바람 발생의 기본 원리
바람은 공기의 수평 이동입니다. 공기가 움직이는 근본적인 이유는 기압 차이 때문입니다. 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 공기가 흐르면서 바람이 됩니다. 마치 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 것과 같은 원리입니다. 기압 차이는 온도 차이에서 비롯됩니다. 태양 에너지가 지표면을 고르지 않게 가열하면서 온도 차이가 생기고, 이것이 기압 차이를 만듭니다. 따뜻한 공기는 가벼워져 상승하고, 그 자리의 기압이 낮아집니다. 차가운 공기는 무거워 하강하고, 그 자리의 기압이 높아집니다. 적도 지방은 태양 에너지를 많이 받아 공기가 가열되어 상승하므로 저기압이 형성됩니다. 극지방은 태양 에너지를 적게 받아 공기가 차갑고 하강하므로 고기압이 형성됩니다. 이러한 기압 차이 때문에 공기가 고기압에서 저기압으로 흐르면서 바람이 붑니다. 만약 지구가 자전하지 않는다면 바람은 기압 경도력, 즉 기압 차이에 의한 힘만 받아 고기압에서 저기압으로 직선으로 불 것입니다. 하지만 지구는 자전하므로 전향력이라는 가상의 힘이 작용합니다. 전향력은 코리올리 효과라고도 하며, 움직이는 물체의 방향을 휘게 만듭니다. 북반구에서는 바람이 진행 방향의 오른쪽으로 휘고, 남반구에서는 왼쪽으로 휩니다. 적도에서는 전향력이 거의 없고, 극지방으로 갈수록 강해집니다. 전향력 때문에 바람은 기압 경도에 수직으로 불지 않고 비스듬히 붑니다. 상층 대기에서는 마찰이 거의 없어 바람이 기압 경도력과 전향력의 균형을 이루며 등압선에 평행하게 붑니다. 이를 지균풍이라고 합니다. 지표면 근처에서는 마찰력이 작용하여 바람이 등압선을 가로질러 저기압 쪽으로 약간 기울어 붉니다. 바람의 세기는 기압 경도에 비례합니다. 등압선이 촘촘히 모여 있으면 기압 차이가 크므로 바람이 강하고, 등압선이 멀리 떨어져 있으면 바람이 약합니다. 기상도에서 등압선 간격을 보면 바람의 세기를 예측할 수 있습니다.
지구 규모의 바람 순환
대기 대순환과 무역풍
지구 전체의 바람 패턴을 대기 대순환이라고 합니다. 만약 지구가 균일한 표면을 가지고 자전만 한다면, 적도에서 극까지 세 개의 순환 세포가 형성됩니다. 가장 중요한 것은 해들리 순환입니다. 적도 부근에서 가열된 공기가 상승하여 적도 저압대를 형성합니다. 상승한 공기는 상층에서 극 쪽으로 이동하다가 위도 30도 부근에서 하강합니다. 이곳에서 아열대 고압대가 형성됩니다. 하강한 공기는 지표면에서 다시 적도로 돌아오면서 바람을 만듭니다. 이 바람이 무역풍입니다. 북반구에서는 북동 무역풍이, 남반구에서는 남동 무역풍이 붑니다. 전향력 때문에 적도로 향하는 바람이 동쪽에서 서쪽으로 부는 성분을 갖게 됩니다. 무역풍이라는 이름은 과거 범선 시대에 이 바람을 이용해 무역을 했기 때문에 붙었습니다. 콜럼버스는 북동 무역풍을 타고 아메리카 대륙에 도달했습니다. 적도 부근에는 무역풍이 수렴하는 열대 수렴대가 있습니다. 이곳에서는 공기가 상승하면서 적란운이 발달하고 스콜이 자주 내립니다. 바람이 약하고 날씨가 불안정하여 범선 시대에는 무풍대 또는 돌드럼이라고 불렸습니다. 중위도 지방에는 페렐 순환이 있습니다. 위도 30도의 아열대 고압대에서 하강한 공기 일부는 극 쪽으로 이동합니다. 전향력을 받아 서쪽에서 동쪽으로 부는 편서풍이 됩니다. 북반구의 편서풍은 서남서풍, 남반구는 서북서풍입니다. 편서풍대는 위도 30도에서 60도 사이에 위치하며, 한국을 포함한 중위도 국가의 날씨에 큰 영향을 줍니다. 온대 저기압과 고기압이 편서풍을 따라 서쪽에서 동쪽으로 이동하면서 날씨가 변합니다. 극 순환은 극지방의 찬 공기가 하강하여 극 고압대를 형성하고, 이 공기가 저위도로 흘러나가면서 만드는 순환입니다. 전향력으로 인해 극동풍이라는 동쪽에서 서쪽으로 부는 바람이 됩니다. 위도 60도 부근에서 극동풍과 편서풍이 만나 한대 전선이 형성됩니다.
제트기류와 상층 바람
제트기류는 대류권 상부와 성층권 하부에서 부는 매우 빠른 바람의 띠입니다. 폭은 수백 킬로미터, 두께는 수 킬로미터이며, 시속 200킬로미터에서 400킬로미터로 서쪽에서 동쪽으로 흐릅니다. 아열대 제트기류는 위도 30도 부근 상공에서, 한대 제트기류는 위도 60도 부근 상공에서 불며, 한대 제트기류가 더 강하고 중요합니다. 제트기류는 남북 간 온도 차이가 큰 곳에서 형성됩니다. 따뜻한 공기와 찬 공기가 만나는 전선 상공에서 기압 경도가 크게 형성되고, 전향력과 균형을 이루며 강한 바람이 붑니다. 제트기류는 뱀처럼 구불구불 흐르는데, 이 파동을 로스비파라고 합니다. 제트기류가 남쪽으로 휘면 찬 공기가 중위도로 내려오고, 북쪽으로 휘면 따뜻한 공기가 고위도로 올라갑니다. 항공기는 제트기류를 적극 활용합니다. 동쪽으로 갈 때는 제트기류를 타고 빠르게 이동하고, 서쪽으로 갈 때는 제트기류를 피해 연료를 절약합니다. 서울에서 뉴욕으로 가는 비행시간이 뉴욕에서 서울로 오는 시간보다 1시간 이상 짧은 이유입니다.
지역 규모의 바람
계절풍
계절풍 또는 몬순은 계절에 따라 방향이 바뀌는 바람입니다. 육지와 바다의 열용량 차이 때문에 발생합니다. 육지는 빨리 데워지고 빨리 식지만, 바다는 천천히 데워지고 천천히 식습니다. 여름에는 육지가 바다보다 더워져 육지에 저기압이, 바다에 고기압이 형성됩니다. 바람이 바다에서 육지로 불며 습한 공기를 가져와 많은 비를 내립니다. 겨울에는 반대로 육지가 바다보다 차가워져 육지에 고기압이, 바다에 저기압이 형성됩니다. 바람이 육지에서 바다로 불며 건조한 날씨가 됩니다. 동아시아 계절풍이 가장 발달해 있습니다. 한국, 중국, 일본은 여름에 남동 계절풍을 받아 덥고 습하며, 겨울에 북서 계절풍을 받아 춥고 건조합니다. 인도 몬순은 더욱 극적입니다. 여름에 인도양에서 불어오는 습한 바람이 히말라야 산맥에 부딪혀 엄청난 양의 비를 내립니다. 인도 북동부의 체라푼지는 연간 강수량이 11미터가 넘어 세계에서 가장 비가 많이 오는 곳 중 하나입니다.
국지풍
해륙풍은 해안 지역에서 하루 주기로 방향이 바뀌는 바람입니다. 낮에는 육지가 빨리 데워져 상승 기류가 생기고, 바다에서 육지로 시원한 해풍이 붑니다. 밤에는 육지가 빨리 식어 하강 기류가 생기고, 육지에서 바다로 육풍이 붑니다. 해풍은 여름날 해변을 시원하게 만들어주고, 바다에서 물놀이하는 사람들에게 상쾌함을 선사합니다. 산곡풍도 하루 주기 바람입니다. 낮에는 산비탈이 가열되어 공기가 상승하며 골짜기에서 산으로 부는 곡풍이 붑니다. 밤에는 산비탈이 식어 공기가 하강하며 산에서 골짜기로 부는 산풍이 붑니다. 산풍은 밤에 산악 지역을 춥게 만들고, 냉기가 계곡을 따라 내려와 서리를 만들기도 합니다. 푄 현상은 산을 넘는 바람이 반대편에서 뜨겁고 건조해지는 현상입니다. 습한 공기가 산을 오르면서 냉각되고 비를 내려 수증기를 잃습니다. 산을 넘어 하강할 때는 단열 압축으로 급격히 가열되어 고온 건조한 바람이 됩니다. 알프스를 넘는 푄은 봄에 빙하를 빠르게 녹이고, 북아메리카의 치누크는 겨울에도 기온을 영상으로 올립니다. 강풍과 건조함으로 산불 위험도 증가합니다. 바람은 보이지 않지만 우리 삶에 깊숙이 관여합니다. 바람이 없다면 지구는 적도는 너무 덥고 극지방은 너무 추운 극단적인 행성이 될 것입니다. 바람은 열과 수증기를 운반하여 지구의 에너지 균형을 맞추고, 날씨를 만들며, 생명을 지탱하는 필수 요소입니다.