RTO care

   

청천 난류는 보통 제트기류 근처에서 발생한다. 캐나다 상공의 제트기류를 따라 구름이 형성되어 있는 모습.

2012년 6월 4일 대한항공의 보잉 747 여객기가 인도네시아의 자카르타를 떠나 인천으로 향하고 있었다. 밤이었지만 날씨는 맑았고 비행은 순조로웠다. 그런데 이륙한 지 약 1시간 후 갑자기 비행기가 수직으로 낙하했다.

승객들은 비명을 질렀고 서 있던 승무원들은 천장에 부딪치거나 중심을 잃고 넘어졌다. 기체가 심하게 요동치면서 탁자 위의 음식물이 모조리 엎어졌다. 단 5초에 불과했지만 평화롭던 비행기가 순식간에 아수라장이 됐다. 다행히 비행기는 곧바로 제 고도를 찾았고 인천공항에 무사히 착륙할 수 있었다.

사건의 주범은 청천 난류(晴天亂流, Clear Air Turbulence)였다. 맑은 하늘에서 부는 불규칙적이면서도 변동이 큰 바람이다. 이런 기류를 만나면 항공기가 위험에 빠질 수 있다. 이처럼 순항 중인 항공기의 안전에 영향을 미치는 난류에는 어떤 종류가 있는지 알아보자.

뇌우 난류: 대류운 주위에 나타나는 난류

뇌우 난류는 성숙기에 들어선 대류운인 적란운의 주위에 나타나는 난류를 말한다. 뇌우 난류는 뇌우 구름의 내부나 아래, 주변에서 발생한다.

아래 그림의 A 부분은 대류운 내부에서 발생하는 난류다. 그림 B 부분은 뇌우 구름 아래에서 발생하는 난류로 마이크로버스트 등의 형태로 나타난다. C는 뇌우 구름 주위, D는 뇌우 구름의 상공에서 발생하는 난류인데 대개 모루구름과 같이 나타난다. 대류운이 40,000ft 정도까지 발달하면 상당히 강력한 난류가 만들어진다.

뇌우 난류의 모식도 <출처: 항공기상학>

가장 강력한 뇌우 난류는 구름 내부에서 생성된다

뇌우 구름 안의 난류는 강한 상승기류와 하강기류로 인해 생성된다. 뇌우 난류 중에 가장 많이 발생하는 가장 강한 난류다. 뇌우 내부의 난류는 착빙(着氷)이나 우박, 번개가 동반된다. 항공기 안전에 가장 위험한 요소들이 결합해 나타날 수 있기에 치명적인 항공 사고의 원인이 되기도 한다.

뇌우 구름이 만들어지는 첫 단계인 적운 단계에서의 뇌우 난류는 상승기류 때문에 발생한다. 상승기류의 속도는 운저(cloud base)에서부터 점차 증가하여 운정에서 최대가 된다. 적운 단계에서 더 발달해 성숙 단계에 이르면 상승기류 속도는 더 가속된다.

최대 속도는 권계면 가까이에서 나타난다. 뇌우 구름의 운정 고도가 급속하게 높아지기 때문에 권계면 바로 아래를 비행하는 조종사는 급격히 강해지는 난류를 만날 때가 있다. 뇌우 구름의 성숙 단계에서 상승기류의 속도는 뇌우 구름의 밑면 부근에서 보통 0.2~6m/s 정도다. 권계면 근처에서는 20m/s 정도까지 강해진다.

매우 극심한 뇌우가 있을 때는 50m/s 이상의 격렬한 연직난류가 보고되기도 한다. 뇌우 구름의 하강기류는 비가 내리는 지역이 가장 강하다. 뇌우 구름의 밑면 근처가 가장 강해서 최고 25m/s가 보고된 적도 있다.

난류의 강도는 뇌우 구름의 발달에 따라 강해진다. 적운 단계에서는 난류 강도가 '약~보통'이다. 성숙 단계에서는 '보통~강' 이상이다. 뇌우 구름이 소산 단계에 접어들면서 비가 그치면 뇌우 구름 내부의 난류는 약해진다. 그러나 도플러 레이더에 잡히지 않더라도 소산 단계의 뇌우 구름에서도 난류의 가능성은 존재한다.

뇌우 구름의 일종인 슈퍼셀(Supercell)

최근의 항공기들은 레이더를 장착하고 있어 난류의 분포를 미리 알 수 있다. 아래의 표는 레이더 분포도(Radar Summary Chart)와 대부분의 항공기가 탑재한 레이더에서 사용되는 VIP level(레이더 강도 규모)의 추정 난류표이다.

VIP(Video Integrator Processor) Level과 추정 난류 강도

번개의 확률은 VIP level 1 이상에서 증가하기 시작하고, 큰 우박은 VIP level 4 이상에서 나타난다. 항공기는 뇌우 구름 내부를 통과하지 않는 것이 좋다. 그러나 어쩔 수 없이 뇌우 구름 안으로 들어갔을 때는 난류 지역을 빨리 통과할 수 있도록 속도를 높여 주어야 한다. 그리고 계속 수평 비행(Wing-level Flight)으로 고도를 유지해야 한다.

구름 외부의 뇌우 난류는 위치에 따라 성격이 다르다

뇌우 구름 아래의 난류는 구름 내부보다는 약하다. 그러나 좁은 면적에서 급격하게 발생하는 경우가 많기에 항공기 안전에 매우 위험하다. 주로 나타나는 난류의 종류는 다운버스트, 마이크로버스트 등이다. 강한 하강기류는 돌풍이나 윈드시어를 동반하는 경우가 많다. 뇌우 구름 아래의 난류는 강한 윈드시어, 낮은 구름높이, 저시정(低視程) 등과 결합되면 매우 위험해진다.

천둥과 번개를 동반한 폭풍우를 뜻하는 뇌우 <출처: (cc) 802 at Flickr.com>

강한 뇌우가 발생한 곳으로부터 20마일 이내의 지역에서도 하강기류로 인한 난류가 발생할 수 있기에 이런 지역으로는 비행을 하지 않아야 한다. 또 VIP level 5 이상인 곳, 적란운이 떠 있는 곳 아래로 비행해서는 안 된다. (마이크로버스트에 관한 상세한 내용은 윈드시어 편 참조)

뇌우 구름 주위의 난류는 대류지역을 벗어난 곳에서 나타나는 난류이다. 뇌우 구름 내부나 아래의 난류에서는 비나 뇌우 등이 보이는 반면, 뇌우 구름 주위의 난류는 이런 기상현상이 보이지 않고 대개 맑은 공기 속에서 발생한다. 혹은 대류운 옆에 위치한 구름 속의 난류일 경우도 있다.

뇌우 구름 주위의 맑은 영역에서의 하강기류는 1~2m/s 정도로 항공기 안전에 큰 위협이 되지는 않는다. 그러나 맑은 하늘에서도 강한 난류가 발생하는 경우가 있다. 이런 난류의 원인은 잘 밝혀지지 않았기에 항공기는 뇌우 구름에서 상당히 멀리 떨어져 비행하는 것이 안전하다.

뇌우 구름 꼭대기 근처에는 여러 가지 순환이 있다. 권계면 근처까지 발달한 뇌우 구름의 경우 구름 상공에서 강한 난류가 만들어진다. 상승하는 기류와 안정한 성층권 강풍과의 상호작용으로 난류는 더 강해진다. 뇌우 구름 위나 풍하측의 연직 윈드시어, 난류 맴돌이(turbulent eddy) 등을 예로 들 수 있다. 따라서 항공기는 뇌우 구름 상공을 비행하는 것은 가급적 피해야 한다. 또한 뇌우 구름 상부에서 퍼져 나오는 모루구름 속의 비행도 피해야 한다.

뇌우 구름 상부에서 퍼져 나온 모루구름. 이 구름 속의 비행도 피해야 한다. <출처: (cc) Jeff Kubina at Flickr.com>

청천 난류: 구름 한 점 없는 하늘의 난류

항공기의 순항고도가 점차 높아짐에 따라 항공기가 기상현상으로부터 자유로워질 것으로 예상되었지만, 실제 비행을 해보니 눈에 보이지 않는 기상현상으로 인한 위험이 있었다. 구름 한 점 없는 하늘에서도 예기치 않은 중간 정도 이상의 난류 현상이 존재했던 것이다. 이러한 난류를 청천 난류라고 부른다.

청천 난류라는 이름은 맑은 날 고층에서 심한 난류를 겪은 초기 조종사들의 경험에서 유래되었다. 그러나 지금은 청천 난류가 고고도의 전선 난류와 제트기류 난류를 포함한 개념으로 사용되고 있다. 권운이나 연무층에서 발생하는 난류도 청천 난류라고 부른다.

권운에서 생기는 난류도 청천 난류에 속한다. <출처: (cc) PiccoloNamek at Wikimedia.org>

항공기가 고고도를 비행하는 중에 중간 정도 이상의 청천 난류를 만날 가능성은 약 6% 정도다. 심한 청천 난류를 만날 가능성은 1% 미만으로 매우 적다. 예측이 어렵기 때문에 조종사에게 청천 난류 예측 자료를 제공할 때에는 '가능성 있는 지역'이나 '높은 빈도를 가진 지역'으로 표현한다.

청천 난류는 대부분 중위도 지방에서 관측된다. 발생고도는 권계면의 아래나 위의 수 천 ft 이내 정도다. 청천 난류는 기온감률이 크고 수직적인 윈드시어가 있는 권계면 부근에서 특히 강하다. 높은 산의 상공에서도 청천 난류가 발생하는 경우가 많다. 높은 산악지역에서는 보통 지형보다 청천 난류가 약 3배 이상 많이 발생한다.

청천 난류의 규모와 강도

청천 난류는 제트기류와 밀접한 연관이 있다. 제트기류 근처에서 발생할 때를 보면 제트코어(Jet Core)의 위쪽과 아래쪽, 그리고 한랭기단 쪽으로 청천 난류가 있다. 통상적으로 제트코어 바로 아래쪽과 약간 북쪽으로 치우친 위쪽 부분에서 제일 강한 청천 난류가 나타난다.

난류의 강도는 약, 보통, 강의 세 가지로 분류한다. 현재까지의 기록에 의하면 청천 난류의 강도를 중력 단위 g로 나타낼 때 전체의 75%가 0.1~0.3g인 약한 상태였다. 15~20%가 0.6g인 보통 상태, 5~10%가 0.9~1.2g 및 그 이상인 매우 강한 상태였다. 가장 강한 난류는 4g까지의 요동이 관측된 적도 있다. 겨울이 여름보다 청천 난류 빈도가 높고 한 겨울에서 이른 봄 사이가 가장 심하다.

제트 기류는 한대와 아열대 지방을 뱀처럼 구불구불 흐르며 지구를 둘러싼다.

청천 난류는 전형적으로 넓이가 수 십 마일, 길이가 50마일 이상, 두께가 2,000ft 이하로 얇게 발생한다. 가장 두껍게 발달한 경우는 18,000ft 이상을 기록했던 적이 있다. 항공기가 청천 난류를 심하게 느낄 경우는 난류층에 비스듬히 진입할 때다.

조종사는 청천 난류를 만날 경우 고도나 항로를 바꾼다. 그리고 난류지역을 빨리 빠져나오도록 적절한 속도로 비행하면서 좌석 벨트와 어깨 고정 벨트를 조인다. 제트기류 난류를 옆바람으로 만났을 때에는, 전진함에 따라 온도가 상승하면 항로 고도를 높이는 것이 좋다. 그러나 전진함에 따라 온도가 하강한다면 항로 고도를 낮춰야 청천 난류 지역으로부터 빠르게 벗어날 수 있다.

일기도와 연관된 청천 난류

강한 청천 난류는 약 75% 이상이 제트기류 북방에서 관측된다. 특히 한대 제트기류가 남쪽으로 곡의 모양(그림에서 T 부분)을 이룬 곳에서 많이 발생한다. 한대 제트와 아열대 제트가 매우 근접해 있을 때 그 중간에서 10% 정도가 발생한다. 강한 수직 윈드시어에 의해 생기는 청천 난류는 보통 500~200hPa 사이에서 많이 발생한다.

300hPa 일기도에 그려진 500~200hPa 사이의 난류 발생 구역(실선: 300hPa 등고선, 전선: 지상 전선 위치) <출처: 기상총감>

CL: 상층 안장부(난류가 시어선 표시를 따라 좁은 구역에서 발생)

CF: 두 제트기류의 수렴구역 D: 제트기류의 발산구역

J: 저기압 쪽의 제트기류 난류 R: 발달 중인 상층 기압능

T: 예리한 상층 기압곡 W: 발달 중인 파동성 저기압

일기도상에서 청천 난류 발생 구역은 회색으로 표시되어 있다. 이때 난류 대부분이 권계면 고도나 다른 안정층 고도에서 발생하는 경우가 많다. 제트기류에서는 보통 축 상하의 구역에 난류가 발생한다. 그런데 제트기류가 저기압성 곡률일 때는(J) 그 하층에, 반대로 고기압성 곡률일 때는(R) 그 상층에 난류가 집중되는 경향이 있다.

상층의 각이 큰 예리한 기압곡(氣壓谷) 부근(T), 등압선이 닫힌 저기압의 주변 및 온도경도가 큰 곳에 난류가 존재한다. 난류 발생 지역에서 기류 패턴이 급격히 변화하거나 발달하는 경우에 특히 강한 청천 난류가 발생한다.

반기성 | 케이웨더 기후산업연구소장

연세대 천문기상학과 및 대학원 졸업하고, 공군 기상전대장과 한국기상학회 부회장을 역임했다. 현재 케이웨더 기후산업연구소장이며, 조선대학교 대기과학과 겸임교수로 있다. 연세대에도 출강하고 있다. 저서로는 [워렌버핏이 날씨시장으로 온 까닭은?], [날씨가 바꾼 서프라이징 세계사] 등 15권이 있다.

   

출처: <http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=116&contents_id=116406>

'지구별 이야기' 카테고리의 다른 글

육각형  (0) 2016.10.25
기후변화  (0) 2016.10.25
Hubble  (0) 2016.10.24
SETI  (0) 2016.10.24
고대 이집트력  (0) 2016.10.24

Jet stream

From Wikipedia, the free encyclopedia

Jump to: navigation, search

For other uses, see Jet stream (disambiguation).

   

The polar jet stream can travel at speeds greater than 100 miles per hour (160 km/h). Here, the fastest winds are colored red; slower winds are blue.

   

Clouds along a jet stream over Canada.

   

Jet streams flow from west to east in the upper portion of the troposphere.

Jet streams are fast flowing, narrow air currents found in the atmospheres of some planets, including Earth.[1] The main jet streams are located near the tropopause, the transition between the troposphere (where temperature decreases with altitude) and the stratosphere (where temperature increases with altitude).[2] The major jet streams on Earth are westerly winds (flowing west to east). Their paths typically have a meandering shape; jet streams may start, stop, split into two or more parts, combine into one stream, or flow in various directions including the opposite direction of most of the jet. The strongest jet streams are the polar jets, at around 7–12 km (23,000–39,000 ft) above sea level, and the higher and somewhat weaker subtropical jets at around 10–16 km (33,000–52,000 ft). The Northern Hemisphere and the Southern Hemisphere each have both a polar jet and a subtropical jet. The northern hemisphere polar jet flows over the middle to northern latitudes of North America, Europe, and Asia and their intervening oceans, while the southern hemisphere polar jet mostly circles Antarctica all year round.

Jet streams are caused by a combination of a planet's rotation on its axis and atmospheric heating (by solar radiation and, on some planets other than Earth, internal heat). Jet streams form near boundaries of adjacent air masses with significant differences in temperature, such as the polar region and the warmer air towards the equator.[3]

Other jet streams also exist. During the Northern Hemisphere summer, easterly jets can form in tropical regions, typically in a region where dry air encounters more humid air at high altitudes. Low-level jets also are typical of various regions such as the central United States.

Meteorologists use the location of some of the jet streams as an aid in weather forecasting. The main commercial relevance of the jet streams is in air travel, as flight time can be dramatically affected by either flying with the flow or against the flow of a jet stream. Clear-air turbulence, a potential hazard to aircraft passenger safety, is often found in a jet stream's vicinity, but it does not create a substantial alteration on flight times.

Contents

 [hide

Discovery[edit]

After the 1883 eruption of the Krakatoa volcano, weather watchers tracked and mapped the effects on the sky over several years. They labelled the phenomenon the "equatorial smoke stream".[4][5] In the 1920s, a Japanese meteorologist, Wasaburo Oishi,[6] detected the jet stream from a site near Mount Fuji. He tracked pilot balloons, also known as pibals (balloons used to determine upper level winds),[7] as they rose into the atmosphere. Oishi's work largely went unnoticed outside Japan. American pilot Wiley Post, the first man to fly around the world solo in 1933, is often given some credit for discovery of jet streams. Post invented a pressurized suit that let him fly above 6,200 metres (20,300 ft). In the year before his death, Post made several attempts at a high-altitude transcontinental flight, and noticed that at times his ground speed greatly exceeded his air speed.[8] German meteorologist Heinrich Seilkopf is credited with coining a special term, Strahlströmung (literally "jet streaming"), for the phenomenon in 1939.[9][10] (Modern German usage is "Strahlstrom"[citation needed].) Many sources credit real understanding of the nature of jet streams to regular and repeated flight-path traversals during World War II. Flyers consistently noticed westerly tailwinds in excess of 100 mph (160 km/h) in flights, for example, from the US to the UK.[11]

Description[edit]

   

General configuration of the polar and subtropical jet streams

   

Cross section of the subtropical and polar jet streams by latitude

Polar jet streams are typically located near the 250 hPa pressure level, or 7 to 12 kilometres (4.3 to 7.5 mi) above sea level, while the weaker subtropical jet streams are much higher, between 10 and 16 kilometres (6.2 and 9.9 mi) above sea level. In each hemisphere, both upper-level jet streams form near breaks in the tropopause, that is at a higher altitude near the equator than it is over the poles, with large changes in its height occurring near the location of the jet stream.[12][13] The northern hemisphere polar jet stream is most commonly found between latitudes 30°N and 60°N, while the northern subtropical jet stream is located close to latitude 30°N. The upper level jet stream is said to "follow the sun" as it moves northward during the warm season, or late spring and summer, and southward during the cold season, or autumn and winter.[14][15]

The width of a jet stream is typically a few hundred kilometres or miles and its vertical thickness often less than five kilometres (3 mi).[16]

   

Meanders of the Northern Hemisphere's polar jet stream developing (a), (b); then finally detaching a "drop" of cold air (c). Orange: warmer masses of air; pink: jet stream.

Jet streams are typically continuous over long distances, but discontinuities are common.[17] The path of the jet typically has a meandering shape, and these meanders themselves propagate east, at lower speeds than that of the actual wind within the flow. Each large meander, or wave, within the jet stream is known as a Rossby wave. Rossby waves are caused by changes in the Coriolis effect with latitude. Shortwave troughs are smaller packets of upper level energy, on the scale of 1,000 to 4,000 kilometres (620–2,500 mi) long,[18] that move through the flow pattern around large scale, or longwave, ridges and troughs within Rossby waves.[19] Jet streams can split into two due to the formation of an upper-level closed low, that diverts a portion of the jet stream under its base, while the remainder of the jet moves by to its north.

The wind speeds vary according to the temperature gradient, exceeding 92 km/h (50 kn; 57 mph),[17] although speeds of over 398 km/h (215 kn; 247 mph) have been measured.[20] Meteorologists now understand that the path of jet streams steers cyclonic storm systems at lower levels in the atmosphere, and so knowledge of their course has become an important part of weather forecasting. For example, in 2007 and 2012, Britain experienced severe flooding as a result of the polar jet staying south for the summer.[21][22][23]

The polar and subtropical jets merge at some locations and times, while at other times they are well separated.

Cause[edit]

   

Highly idealised depiction of the global circulation. The upper-level jets tend to flow latitudinally along the cell boundaries.

See also: Extratropical cyclone and Thermal wind

In general, winds are strongest immediately under the tropopause (except during tornadoes, hurricanes or other anomalous situations). If two air masses of different temperatures or densities meet, the resulting pressure difference caused by the density difference (which causes wind) is highest within the transition zone. The wind does not flow directly from the hot to the cold area, but is deflected by the Coriolis effect and flows along the boundary of the two air masses.[24]

All these facts are consequences of the thermal wind relation. The balance of forces on an atmospheric parcel in the vertical direction is primarily between the pressure gradient and the force of gravity, a balance referred to as hydrostatic. In the horizontal, the dominant balance outside of the tropics is between the Coriolis effect and the pressure gradient, a balance referred to as geostrophic. Given both hydrostatic and geostrophic balance, one can derive the thermal wind relation: the vertical gradient of the horizontal wind is proportional to the horizontal temperature gradient. This means that temperatures decreasing polewards implies that winds develop a larger eastward component as one moves upwards. Therefore, the strong eastward moving jet streams are in part a simple consequence of the fact that the equator is warmer than the north and south poles.[24]

Polar jet[edit]

The thermal wind relation does not explain why the winds are organized in tight jets, rather than distributed more broadly over the hemisphere. One factor that contributes to the sharpness of the polar jet is the undercutting of sub-tropical airmasses by the more dense polar airmasses at the polar front. This causes surface low pressure and higher pressure at altitude. At high altitudes, lack of friction allows air to respond freely to the steep pressure gradient with low pressure at high altitude over the pole. This results in the formation of planetary wind circulations that experience a strong Coriolis deflection and thus can be considered 'quasi-geostrophic'. The polar front jet stream is closely linked to the frontogenesis process in midlatitudes, as the acceleration/deceleration of the air flow induces areas of low/high pressure respectively, which link to the formation of cyclones and anticyclones along the polar front in a relatively narrow region.[17]

Subtropical jet[edit]

A second factor which contributes to jet sharpness is more appropriate for the subtropical jet, which forms at the poleward limit of the tropical Hadley cell and to first order this circulation is symmetric with respect to longitude. Tropical air rises to the tropopause, mainly because of thunderstorm systems in the Intertropical Convergence Zone, and moves poleward before sinking; this is the Hadley circulation. As it does so it tends to conserve angular momentum, since friction is slight above the ground. In the Northern Hemisphere motions are deflected to the right by the Coriolis force, which for poleward (northward) moving air implies an increased eastward component of the winds[25] (note that leftward deflection in the southern hemisphere also leads to eastward motion). Around 30 degrees from the equator the jet wind speeds have become strong enough that were the jet to extend further polewards the increased windspeed would be unstable; thus the jet is limited.

Other planets[edit]

Jupiter's atmosphere has multiple jet streams, caused by the convection cells that form the familiar banded color structure; on Jupiter, these convection cells are driven by internal heating.[20] The factors that control the number of jet streams in a planetary atmosphere is an active area of research in dynamical meteorology. In models, as one increases the planetary radius, holding all other parameters fixed, the number of jet streams increases.

Some effects[edit]

Precipitation[edit]

   

Influence of Arctic sea ice on European summer precipitation

Hurricane protection[edit]

   

Note the large band of moisture that developed East of Hawaii Island that came from the hurricane.

The jet stream is thought to be one of the reasons most of the Hawaiian Islands have been resistant to the long list of Hawaii hurricanes that have approached. For example, when Hurricane Flossie approached and dissipated just before reaching landfall, NOAA cited vertical wind shear as evidenced in the photo.[26]

Uses[edit]

On Earth, the northern polar jet stream is the most important one for aviation and weather forecasting, as it is much stronger and at a much lower altitude than the subtropical jet streams and also covers many countries in the Northern Hemisphere, while the southern polar jet stream mostly circles Antarctica and sometimes the southern tip of South America. The term jet stream in these contexts thus usually implies the northern polar jet stream.

Aviation[edit]

   

Flights between Tokyo and Los Angeles using the jet stream eastbound and a great circle route westbound.

The location of the jet stream is extremely important for aviation. Commercial use of the jet stream began on 18 November 1952, when Pan Am flew from Tokyo to Honolulu at an altitude of 7,600 metres (24,900 ft). It cut the trip time by over one-third, from 18 to 11.5 hours.[27] Not only does it cut time off the flight, it also nets fuel savings for the airline industry.[28] Within North America, the time needed to fly east across the continent can be decreased by about 30 minutes if an airplane can fly with the jet stream, or increased by more than that amount if it must fly west against it.

Associated with jet streams is a phenomenon known as clear-air turbulence (CAT), caused by vertical and horizontal wind shear connected to the jet streams.[29] The CAT is strongest on the cold air side of the jet,[30] next to and just underneath the axis of the jet.[31] Clear-air turbulence can cause aircraft to plunge and so present a passenger safety hazard that has caused fatal accidents, such as the death of one passenger on United Airlines Flight 826 (1997).[32][33]

Future power generation[edit]

See also: High-altitude wind power

Scientists are investigating ways to harness the wind energy within the jet stream. According to one estimate, of the potential wind energy in the jet stream, only 1 percent would be needed to meet the world's current energy needs. The required technology would reportedly take 10–20 years to develop.[34] There are two major scientific articles about jet stream power. Archer & Caldeira[35] claim that the jet streams can generate the total power of 1700 TW, and that the climatic impact will be negligible. Miller, Gans, & Kleidon[36] claim that the jet streams can generate the total power of only 7.5 TW, and that the climatic impact will be catastrophic.

Unpowered aerial attack[edit]

Near the end of World War II the Japanese fire balloon was designed as a cheap weapon intended to make use of the jet stream over the Pacific Ocean to reach the west coast of Canada and the United States. They were relatively ineffective as weapons, but they were used in one of the few attacks on North America during World War II, causing six deaths and a small amount of damage.[37]

Changes due to climate cycles[edit]

Effects of ENSO[edit]

   

Impact of El Niño and La Niña on North America

Main article: Effects of the El Niño-Southern Oscillation in the United States

The El Niño-Southern Oscillation (ENSO) influences the average location of upper-level jet streams, and leads to cyclical variations in precipitation and temperature across North America, as well as affecting tropical cyclone development across the eastern Pacific and Atlantic basins. Combined with the Pacific Decadal Oscillation, ENSO can also impact cold season rainfall in Europe.[38] Changes in ENSO also change the location of the jet stream over South America, which partially affects precipitation distribution over the continent.[39]

El Niño[edit]

During El Niño events, increased precipitation is expected in California due to a more southerly, zonal, storm track.[40] During the El Niño portion of ENSO, increased precipitation falls along the Gulf coast and Southeast due to a stronger than normal, and more southerly, polar jet stream.[41] Snowfall is greater than average across the southern Rockies and Sierra Nevada mountain range, and is well below normal across the Upper Midwest and Great Lakes states.[42] The northern tier of the lower 48 exhibits above normal temperatures during the fall and winter, while the Gulf coast experiences below normal temperatures during the winter season.[43][44] The subtropical jet stream across the deep tropics of the Northern Hemisphere is enhanced due to increased convection in the equatorial Pacific, which decreases tropical cyclogenesis within the Atlantic tropics below what is normal, and increases tropical cyclone activity across the eastern Pacific.[45] In the Southern Hemisphere, the subtropical jet stream is displaced equatorward, or north, of its normal position, which diverts frontal systems and thunderstorm complexes from reaching central portions of the continent.[39]

La Niña[edit]

Across North America during La Niña, increased precipitation is diverted into the Pacific Northwest due to a more northerly storm track and jet stream.[46] The storm track shifts far enough northward to bring wetter than normal conditions (in the form of increased snowfall) to the Midwestern states, as well as hot and dry summers.[47][48] Snowfall is above normal across the Pacific Northwest and western Great Lakes.[42] Across the North Atlantic, the jet stream is stronger than normal, which directs stronger systems with increased precipitation towards Europe.[49]

Dust Bowl[edit]

Evidence suggests the jet stream was at least partially responsible for the widespread drought conditions during the 1930s Dust Bowl in the Midwest United States. Normally, the jet stream flows east over the Gulf of Mexico and turns northward pulling up moisture and dumping rain onto the Great Plains. During the Dust Bowl, the jet stream weakened and changed course traveling farther south than normal. This starved the Great Plains and other areas of the Midwest of rainfall, causing extraordinary drought conditions.[50]

Longer-term climatic changes[edit]

Since 2007, and particularly in 2012 and early 2013, the jet stream has been at an abnormally low latitude across the UK, lying closer to the English Channel, around 50°N rather than its more usual north of Scotland latitude of around 60°N. However, between 1979 and 2001, it has been found that the average position of the jet stream has been moving northward at a rate of 2.01 kilometres (1.25 mi) per year across the Northern Hemisphere. Across North America, this type of change could lead to drier conditions across the southern tier of the United States and more frequent and more intense tropical cyclones in the tropics. A similar slow poleward drift was found when studying the Southern Hemisphere jet stream over the same time frame.[51]

Other upper-level jets[edit]

Polar night jet[edit]

The polar-night jet stream forms only during the winter months, i.e., polar nights, of the year in their respective hemispheres at around 60° latitude, but at a greater height than the polar jet, of about 80,000 feet (24,000 m).[52] During these dark months the air high over the poles becomes much colder than the air over the equator. This difference in temperature gives rise to extreme air pressure differences in the stratosphere, which, when combined with the Coriolis effect, create the polar night jets, racing eastward at an altitude of about 30 miles (48 km).[53] Inside the polar night jet is the polar vortex. The warmer air can only move along the edge of the polar vortex, but not enter it. Within the vortex, the cold polar air becomes cooler and cooler with neither warmer air from lower latitudes nor energy from the sun during the polar night.[54]

Low level jets[edit]

There are wind maxima at lower levels of the atmosphere that are also referred to as jets.

Barrier jet[edit]

A barrier jet in the low levels forms just upstream of mountain chains, with the mountains forcing the jet to be oriented parallel to the mountains. The mountain barrier increases the strength of the low level wind by 45 percent.[55] In the North American Great Plains a southerly low-level jet helps fuel overnight thunderstorm activity during the warm season, normally in the form of mesoscale convective systems which form during the overnight hours.[56] A similar phenomenon develops across Australia, which pulls moisture poleward from the Coral Sea towards cut-off lows which form mainly across southwestern portions of the continent.[57]

Valley exit jet[edit]

A valley exit jet is a strong, down-valley, elevated air current that emerges above the intersection of the valley and its adjacent plain. These winds frequently reach a maximum of 20 m/s (45 mph) at a height of 40-200 m above the ground. Surface winds below the jet may sway vegetation but are significantly weaker.

They are likely to be found in valley regions that exhibit diurnal mountain wind systems, such as those of the dry mountain ranges of the US. Deep valleys that terminate abruptly at a plain are more impacted by these factors than are those that gradually become shallower as downvalley distance increases.[58]

Africa[edit]

See also: African easterly jet

The mid-level African easterly jet occurs during the Northern Hemisphere summer between 10°N and 20°N above West Africa, and the nocturnal poleward low-level jet occurs in the Great Plains of east and South Africa.[59] The low-level easterly African jet stream is considered to play a crucial role in the southwest monsoon of Africa,[60] and helps form the tropical waves which move across the tropical Atlantic and eastern Pacific oceans during the warm season.[61] The formation of the thermal low over northern Africa leads to a low-level westerly jet stream from June into October.[62]

See also[edit]

   

원본 위치 <http://en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream>

'지구별 이야기 > 기후와 지구온난화' 카테고리의 다른 글

올 겨울 춥다는데  (0) 2016.11.18
2도 상승  (0) 2016.11.08
Global Warming  (0) 2016.06.28
What is the Greenhouse Effect?  (0) 2016.06.27
Greenhouse gas emission: Cause and Sources  (0) 2016.06.27

기체상수

상태와 변화2016. 10. 26. 10:30

기체 상수

위키백과, 우리 모두의 백과사전.

이동: 둘러보기, 찾기

R의 값

단위

8.314472

J·K-1·mol-1

0.08205784

L·atm·K-1·mol-1

8.20574587 × 10-5

m3·atm·K-1·mol-1

8.314472

cm3·MPa·K-1·mol-1

8.314472

L·kPa·K-1·mol-1

8.314472

m3·Pa·K-1·mol-1

62.3637

L·mmHg·K-1·mol-1

62.3637

L·Torr·K-1·mol-1

83.14472

L·mbar·K-1·mol-1

1.987

cal · K-1·mol-1

6.132440

lbf·ft·K-1·g·mol-1

10.7316

ft3·psi· °R-1·lb-mol-1

8.63 × 10-5

eV·K-1·atom-1

0.7302

ft3·atm·°R-1·lb-mol-1

기체상수(이상기체상수 또는 일반기체상수로도 알려져 있으며 일반적으로 기호 R을 사용)는 상태함수의 다양한 값들을 서로 연관시키기 위한 상태방정식에서 사용되는 물리 상수이다. 이것은 볼츠만상수로 나타낼 수 있지만, 이상 기체 법칙에서 쓰일 때 기체상수는 일반적으로 J/mole · K 의 단위를 사용하는 것이 훨씬 편리하다.

이상기체상수는 아래와 같은 이상기체 상태방정식에서 나타난다.

P이상기체의 압력

T는 온도

는 기체의 몰부피

이 식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

n은 기체의 몰수

V는 기체의 부피

R은 로렌츠-로렌츠 방정식, 네르스트 방정식에서도 볼 수 있다.

이 값은

R = 8.314472 J · K-1 · mol-1

목차

[숨기기]

[편집] 볼츠만 상수(Boltzmann constant)

볼츠만 상수 kB(간략히 k로도 사용됨)는 이상기체상수의 다른 형태로 사용된다. 이 볼츠만 상수는 기체의 몰수 대신 통계열역학에서 미시계가 가질 수 있는, 혹은 가능한 상태의 수를 나타낼 때 해준 에너지로 표현한다. 이는 아보가드로 수를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

따라서 볼츠만 상수를 이용하여 이상기체법칙을 표현하면,

[편집] 특별 기체 상수

실제기체 또는 혼합기체의 특별 기체 상수(

)는 일반기체상수(

)를 기체의 몰 질량(

)으로 나눠준 것으로 나타낸다.

일반적으로 특별기체상수를 기호

로 나타낸다. 이런 경우 R의 전후관계나 단위는 어떤 기체상수가 언급되었는가를 명시해야한다. 예를 들어 음속 방정식은 일반적으로 특정 기체 상수로 표현된다.

공기의 특별 기체 상수는

[편집] U.S. 표준 대기(U.S. Standard Atmosphere)

U.S. Standard Atmosphere, 1976 (USSA1976)은 일반 기체 상수(

)를 다음과 같이 정의하였다.

그러나 USSA1976은 이 수치가 아보가드로수와 볼츠만 상수의 도시화된 값과 일치하지 않다고 인정하였다. 하지만 USSA1976은 표준대기의 모든 계산에 이

값을 사용한다. 이 차이는 정확도에 큰 영향을 주지 않는다. ISO

을 사용해서 압력을 계산할 경우 11,000미터에서 오직 0.62파스칼만이 증가할 뿐이다.

   

출처: <http://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B8%B0%EC%B2%B4_%EC%83%81%EC%88%98>

   

'상태와 변화' 카테고리의 다른 글

칼 포퍼  (0) 2016.10.24
혼돈과 질서  (0) 2016.10.24
원자론  (0) 2016.10.24
슈레딩거의 고양이  (0) 2016.10.24
toluene  (0) 2016.10.24