1. 날씨와 기후
날씨는 특정 시각과 장소에서 나타나는 일시적인 대기의 상태를 말하며 기온, 습도, 강수, 기압, 바람 등 날씨의 요소로 나타낸다. 기후는 어느 지역에서 수십 년간 나타난 날씨의 요소를 평균한 것으로, 보통 최근 약 30년간의 날씨 자료를 활용한다.
2. 날씨의 요소
특정한 대기의 상태를 이야기하는 데 필요한 요인으로 기상 요소, 기후 요소, 일기 요소라고도 한다. 날씨의 요소는 대기의 여러 상태 중에서도 우리 생활에 큰 영향을 주는 것으로, 이 중 기온, 강수량, 바람은 날씨의 3대 요소로 꼽힌다.
① 습도 공기 중에 수증기가 포함된 정도를 말하며 상대 습도가 가장 일반적으로 쓰인다. 상대 습도는 현재 기온에서의 포화 수증기량과 실제 수증기량의 비를 백분율로 나타낸 값이다. 상대 습도는 공기 중 수증기의 양이 같아도 기온에 따라 달라질 수 있다.
② 이슬 밤이 되면 빠르게 지면의 복사 냉각이 일어난다. 이러한 복사 냉각으로 지면 근처에 있는 암석이나 나뭇잎, 풀잎 등의 온도가 이슬점 이하로 내려가면 공기 중의 수 증기가 응결하여 표면에 작은 물방울이 맺히며 이를 이슬이라 한다. 보통 이슬이 날씨의 요소에 들어가지는 않지만 안개, 구름과 같이 수증기가 응결하여 생기는 자연 현상이기에 여기서는 함께 다루었다.
③ 안개 공기 중의 수증기가 지표면 근처에서 응결하여 작은 물방울 상태로 지면 가까이에 떠 있는 현상을 말한다. 안개는 발생 원인에 따라 크게 ‘증발 때문에 생기는 안개(증발 안개)’와 ‘냉각으로 생기는 안개(냉각 안개)’로 구분할 수 있다. 증발 안개 중에는 찬 공기가 따뜻한 수면 위를 통과해 물이 증발하여 생기는 증기 안개 등이 있다. 냉각 안개 중에는 지면이 복사 냉각되었을 때 공기 중의 수증기도 냉각되어 생기는 복사 안개, 산 사면을 타고 공기가 상승할 때 단열 냉각으로 생기는 활승 안개 등이 있다.
④ 구름 지표면 근처의 공기가 하늘 위로 올라갈수록 공기의 온도는 점차 낮아진다. 마침내 이슬점에 이르면 공기 중의 수증기 일부는 응결하여 작은 물방울이 되고, 공기의 온도가 0°C 이하로 내려가면 얼음 결정으로 변하기도 한다. 이렇게 응결한 수증기가 물방울이나 얼음 결정으로 변해 하늘 높이 떠 있는 것이 구름이다.
⑤ 비와 눈비는 구름을 이루는 작은 물방울들이 합쳐지면서 점점 커지고 무거워져 떨어지거나, 크기가 커진 얼음 결정이 떨어질 때 녹은 것이다. 눈은 구름을 이루는 얼음 결정이 커지면서 무거워져 떨어질 때, 녹지 않고 그대로 떨어진 것이다.
⑥ 기압 단위 면적을 수직으로 누르는 공기의 무게 때문에 생기는 힘을 기압이라고 한다. 지구 표면에서 기압은 시간과 장소에 따라 달라진다. 주변 공기와 비교해 상대적으로 기압이 높은 곳을 고기압, 기압이 낮은 곳을 저기압이라고 한다.
⑦ 바람 지표면에서의 기압 차이 등을 이유로 수평 방향으로 이동하는 공기의 흐름을 말한다. 이때 바람은 고기압에서 저기압으로 불며, 기압 차이가 클수록 바람이 세게 분다.
3. 해륙풍
바닷가에서 낮에는 육지가 바다보다 기온이 높다. 따라서 육지 위는 저기압, 바다 위는 고기압이 되어 바람은 바다에서 육지로 부는데, 이 바람을 해풍이라고 한다. 반대로 밤에는 육지보다 바다가 기온이 높으므로 바다 위는 저기압, 육지 위는 고기압이 된다. 따라서 바람은 육지에서 바다로 불며 이때 부는 바람을 육풍이라고 한다.
4. 공기 덩어리(기단)
공기가 대륙이나 바다처럼 지표의 성질이 비교적 균일하고 광활한 지역에 오랫동안 머물면 그 지역의 영향을 받아 온도나 습도 등의 성질이 비슷한 거대한 공기 덩어리가 형성될 수 있다. 이러한 공기 덩어리의 세력이 강해지거나 약해지며 주변 지역 날씨에 영향을 준다. 우리나라의 날씨도 각 계절에 따라 서로 다른 성질을 가진 공기 덩어리의 영향을 받아 계절별 날씨의 특징이 나타난다.
5. 기온과 포화 수증기량
기온이 높을수록 공기 중에 포함될 수 있는 수증기량이 많아져 증발이 잘 일어난다. 하지만 일정한 기온에서 공기 속으로 들어갈 수 있는 수증기의 양에는 한계가 있다. 공기 1kg에 최대로 들어갈 수 있는 수증기의 질량(g)을 포화 수증기량이라고 하며, 기온이 높아질수록 더 많은 수증기를 포함할 수 있으므로 포화 수증기량은 기온에 따라 달라진다. 만일 공기가 포화 상태를 넘어 더 이상의 수증기를 포함할 수 없으면 나머지 수증기의 일부는 응결하여 물방울로 맺힌다.
6. 상대 습도
습도는 일반적으로 상대 습도를 일컫는다. 상대 습도는 현재 기온에서 포화에 필요한 수증기량에 대한 공기 중에 실제로 포함되어 있는 수증기량의 비이다. 상대 습도는 기온에 따라 변하며 높은 기온에서는 낮은 기온에서보다 공기를 포화시키는 데 더 많은 수증기가 필요하기 때문에 기온이 높을수록 상대 습도는 낮아진다. 따라서 일반적으로 기온이 가장 높은 오후 2시경에 상대 습도가 가장 낮다.
7. 실내 적정 습도
실내에서 쾌적함을 느끼는 습도는 대체로 40 % ~ 70 % 정도이다. 습도가 30 % 미만이거나 80 % 이상으로 너무 건조하거나 너무 습하면 쾌적하지 않고 건강에도 좋지 않기 때문에 실내 습도를 잘 유지해야 한다. 한편 쾌적한 습도는 온도에 따라 달라지는데 15 °C에서는 약 70 %, 18 °C ~ 20 °C에서 는 60 %, 21 °C ~ 23 °C에서는 50 %, 24 °C 이상에서는 40%가 적당하다.
8. 구름의 생성 원인
이슬과 안개는 복사 냉각으로 지표면 근처에서 공기 중의 수증기가 응결하여 생긴 작은 물방울로 이루어져 있다. 복사 냉각은 지표에서 방출한 복사 에너지가 흡수한 복사 에너지보다 커서 총에너지의 손실이 발생하여 지표가 차가워지는 현상을 의미한다. 복사 냉각은 주로 야간에 발생하며, 이슬과 안개가 새벽에 잘 생기는 주요 원인이 된다. 한편 구름은 공기가 상승하며 단열 팽창으로 냉각되어 공기 속 수증기가 응결하여 생긴 작은 물방울이 하늘에 떠 있는 것이다. 이때 공기의 상승은 오른쪽 그림과 같은 경우에 일어난다. 상승하는 공기는 주위의 낮은 압력 때문에 부피가 팽창하고, 주변과 열교환이 없는 상태에서 기체 분자의 열에너지는 운동 에너지로 바뀌며 공기가 차가워지는데 이를 단열 팽창에 의한 냉각이라고 한다.