안녕하세요,
경도풍의 원리를 수업하는 과정에서 의문이 생겨 질문을 남기게 되었습니다.
공기의 밀도, 위도, 기압경도력 등이 같은 조건 하에서
고기압성 경도풍에서는 왜 기압경도력보다 전향력이 크고,
저기압성 경도풍에서는 왜 기압경도력보다 전향력이 작은가요?
결국 두 힘의 합력(알짜힘)이 0이 아니어야 구심력으로 작용하여서
등압선을 따라 원운동하는 것이 설명이 되는데,
전향력의 크기가 다른 이유를 찾지 못했습니다.
몇가지 가능성들은 찾아보았는데 근본적인 원인에 대한 답변이 아닌 것 같아 헤매고 있습니다.
1. 고기압에서는 전향력=기압경도력+구심력이고,
저기압에서는 전향력=기압경도력-구심력이기 때문이다.
라는 설명은 애초에 인과관계가 잘못 이해된 게 아닌가 싶어서요.
구심력이라는 게 기압경도력과 전향력의 알짜힘이기 때문입니다.
2. 고기압에서 저기압에서보다 풍속이 빠르기 때문이다.
만약 이 가정이 맞고 그 원인을 전향력이 아닌 다른 방법으로 설명이 가능하다면 이해가 될 것 같습니다.
전향력이 풍속을 빠르게 하는게 아니라 풍속이 빨라서 전향력이 증가하는 것이니까요.
혹시, 제가 이해하고 있는 것 중에 오개념이 있어서 그런걸까요?
며칠째 고민 중인데 아직 답을 찾지 못했습니다.
답변 기다리겠습니다.
감사합니다.
북반구에서 마찰이 작용하지 않는 자유 대기를 전제로 말씀드리겠습니다.
고기압성 경도풍을 만드는 기압경도력(P)은 기압 중심의 반대 방향, 다시 말해 반지름 벡터 방향으로 작용합니다. 처음에 공기덩이는 기압경도력을 따라 반지름 벡터 방향으로 운동하겠지만 북반구에서 진행 방향의 오른쪽으로 작용하는 전향력(Co)에 의해 이동 방향이 점점 시계 방향으로 선회합니다. 결국 Co가 P의 반대 방향 또는 반지름 벡터의 반대 방향으로 작용할 쯤에는 공기덩이는 P의 시계 방향 90도 방향으로 운동하겠죠. 여기서 풍속(또는 공기덩이의 이동속력)이 P와 Co의 평형을 이룰만큼의 크기를 갖는다면 구심운동을 일으킬 여분의 힘이 없으니 직선 운동을 하는 지균풍이 될 겁니다. 그런데, 만약 풍속이 P와 Co의 형평을 이루는데 필요한 수준을 넘어서 증가한다면, Co는 풍속에 비례하므로, Co가 P보다 더 커지게 되고 Co와 P의 차이에 해당하는 힘이 구심가속도로 작용하여 구심 운동을 일으키는 경도풍을 만들 겁니다. 이런 상황에서 부는 바람이 고기압성 경도풍이고 이 상황에서는 Co가 P보다 큽니다.
반대로 P가 반지름 벡터의 반대 방향으로 작용하고 Co는 P의 반대 방향(또는 반지름 벡터 방향)으로 작용하되 풍속이 충분히 크지 않아 Co가 P의 크기만큼 발달하지 못한 경우, P와 Co의 차이에 해당하는 힘이 구심가속도를 발생시켜 저기압성 (반시계 방향의) 구심 운동을 일으킬 겁니다. 따라서, 저기압성 경동풍의 경우에는 P가 Co보다 더 큽니다.