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Elly & Julie

날씨와 기후변화

  1. 높이 올라갈수록 늘 추워질까? 온실 기체는 지구를 왜 데울까?문제 10
  2. 위도마다 바람의 방향은 왜 다를까?문제 4
  3. 수증기는 그대로인데 왜 구름이 생길까?문제 10
  4. 찬 공기와 따뜻한 공기가 만나면 날씨는 어떻게 될까?문제 6

높이 올라갈수록 늘 추워질까? 온실 기체는 지구를 왜 데울까?

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기권의 네 층

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자료 · 계산 높이별 기온은 미국 표준 대기(1976), 복사 평형은 대기를 한 겹으로 본 모형(햇빛 100 가운데 30 반사, 흡수율 0.78 에서 지표 약 15 °C)

해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 — 100 km 위는 땅보다 추울까요? 높이를 끝까지 올리며 기온 그래프가 꺾이는 곳 세 군데를 찾아봐요.

공기는 햇빛에 직접 데워지기보다 데워진 땅에 데워져요. 그래서 땅에서 멀어질수록 추워지다가(대류권), 오존이 자외선을 흡수하는 성층권에서는 다시 따뜻해져요. 그 위 중간권은 다시 추워지고, 열권은 태양 에너지를 직접 받아 뜨거워요.

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복사 평형 · 온실 효과

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자료 · 계산 높이별 기온은 미국 표준 대기(1976), 복사 평형은 대기를 한 겹으로 본 모형(햇빛 100 가운데 30 반사, 흡수율 0.78 에서 지표 약 15 °C)

해 볼 것 · 처음 값이 지금 지구예요. 온실 기체를 0 % 로 내렸다가 끝까지 올려 보세요. 우주로 나가는 에너지는 늘 70 인데 지표의 온도는 왜 바뀔까요?

지구는 흡수한 만큼 내보내며 온도가 일정해요(복사 평형). 온실 기체는 지표가 내는 적외선을 흡수해 일부를 다시 땅으로 돌려보내요 — 이것이 온실 효과예요. 온실 기체가 늘면 더 높은 온도에서 새 평형이 이뤄져요(지구 온난화).

위도마다 바람의 방향은 왜 다를까?

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대기 대순환 3D

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자료 · 계산 지구 겉면 NASA Blue Marble(공공 영역) + 코드로 그린 세 순환과 지상의 바람(북반구 기준, 설명용)

해 볼 것 · 지구본을 돌려 적도에서 올라간 공기가 어디로 내려오는지 보세요. 위도대 버튼을 눌러 우리나라(북위 35° 쯤)에 부는 바람을 찾아봐요.

적도는 햇빛을 많이 받아 남고, 극은 모자라요. 공기는 이 열을 나르려고 위도 30° · 60° 를 경계로 세 개의 순환을 만들어요(대기 대순환). 그래서 땅 위에는 적도 쪽으로 무역풍, 중위도에 서쪽에서 부는 편서풍, 극 쪽에 극동풍이 불어요. 우리나라는 편서풍대라 날씨가 대개 서쪽에서 동쪽으로 옮겨 와요.

수증기는 그대로인데 왜 구름이 생길까?

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포화 수증기량 곡선

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자료 · 계산 포화 수증기량은 마그누스 식의 포화 수증기압으로 계산한 혼합비(1기압 — 20 °C 14.7 g/kg), 단열 감률은 교과서 어림값(구름 전 1 km 에 10 °C · 이슬점 2 °C, 구름 속 5 °C)

해 볼 것 · 수증기량은 그대로 두고 기온만 내려 보세요. 점이 곡선에 닿는 온도가 이슬점이에요. 곡선 아래로 더 내려가면 무엇이 생기나요?

공기가 품을 수 있는 수증기의 최대량(포화 수증기량)은 기온이 낮을수록 작아요. 수증기량을 그 기온의 포화 수증기량으로 나눈 값이 상대 습도, 식어서 포화되는 온도가 이슬점이에요. 이슬점보다 더 식으면 넘친 만큼 물방울이 돼요(응결).

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구름 만들기

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자료 · 계산 포화 수증기량은 마그누스 식의 포화 수증기압으로 계산한 혼합비(1기압 — 20 °C 14.7 g/kg), 단열 감률은 교과서 어림값(구름 전 1 km 에 10 °C · 이슬점 2 °C, 구름 속 5 °C)

해 볼 것 · 기온과 이슬점의 차를 크게 · 작게 바꿔 공기를 올려 보세요. 구름이 생기는 높이는 어떻게 바뀌나요?

올라가는 공기는 주위 기압이 낮아 부풀며(단열 팽창) 식고, 이슬점에 이르는 높이에서 구름이 돼요. 구름 속 물방울이 합쳐지거나 얼음 알갱이가 자라 무거워지면 비 · 눈으로 떨어져요.

찬 공기와 따뜻한 공기가 만나면 날씨는 어떻게 될까?

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전선 3D

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자료 · 계산 코드로 그린 설명용 단면 블록 — 전선면의 기울기 · 구름 높이는 크게 과장

해 볼 것 · 한랭 전선 · 온난 전선을 바꿔 가며 시간을 끝까지 움직여 보세요. 구름의 모양, 비가 오는 넓이, 마을 기온의 변화를 견줘요.

성질이 비슷한 큰 공기 덩어리가 기단이고, 성질이 다른 기단이 만나는 경계가 전선이에요. 찬 공기가 파고드는 한랭 전선은 적운형 구름과 짧고 강한 소나기 뒤에 추워지고, 따뜻한 공기가 타고 오르는 온난 전선은 층운형 구름과 넓고 약한 비 뒤에 따뜻해져요.

일기도에서 저기압은 공기가 모여 올라가 흐리고, 고기압은 공기가 내려와 맑아요.

잠깐 퀴즈

한랭 전선이 지나간 뒤의 날씨로 옳은 것은?

이 단원에서 자주 하는 실수
  • 높이 올라갈수록 늘 추워진다? — 성층권 · 열권에서는 올라갈수록 기온이 높아져요.
  • 온실 효과는 나쁜 것이다? — 온실 효과가 없으면 지구는 약 −18 °C 예요. 문제는 온실 기체가 늘어 온도가 더 오르는 지구 온난화예요.
  • 기온이 내려가면 수증기량이 줄어 습도가 낮아진다? — 수증기량은 그대로이고 포화 수증기량이 줄어 상대 습도는 높아져요.
  • 구름은 공기가 데워져서 생긴다? — 공기가 올라가 단열 팽창으로 식어 이슬점에 이를 때 생겨요.
  • 한랭 전선이 지나가면 따뜻해진다? — 찬 공기에 덮여 기온이 내려가요. 따뜻해지는 것은 온난 전선이 지나간 뒤예요.

한 장 요약

한 장 요약

  1. 기권: 대류권(위로 갈수록 추움, 기상 현상) · 성층권(오존층, 따뜻해짐) · 중간권(추워짐) · 열권(따뜻해짐, 오로라).
  2. 복사 평형: 흡수한 에너지 = 내보내는 에너지. 온실 기체가 지표의 적외선을 흡수 · 재방출 → 온실 효과, 온실 기체 증가 → 지구 온난화.
  3. 대기 대순환: 0 ~ 30° 무역풍, 30 ~ 60° 편서풍, 60 ~ 90° 극동풍. 저위도의 남는 열을 고위도로 나름.
  4. 상대 습도 = 수증기량 ÷ 포화 수증기량 × 100. 공기 상승 → 단열 팽창 → 기온 하강 → 이슬점 → 응결 → 구름 → 강수.
  5. 한랭 전선: 적운형 · 소나기 · 지나간 뒤 기온 하강. 온난 전선: 층운형 · 넓고 약한 비 · 지나간 뒤 기온 상승. 저기압 흐림, 고기압 맑음.

교육과정 · 2022 개정 중학교 과학 · 3학년 · 날씨와 기후변화 · [9과17-01]~[9과17-04] · 전향력, 등압선 그리기와 일기도 작성은 다루지 않고, 강수 과정은 빙정설 · 병합설을 정성적으로만 다뤄요.

Practice

문제 풀기 30문제

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  1. 구름 · 비 · 눈 같은 기상 현상이 나타나는 기권의 층은?

  2. 오존층이 있어 자외선을 흡수하는 기권의 층은?

  3. 위도 30° ~ 60° 사이의 땅 위에서 부는 바람은?

  4. 공기가 냉각되어 수증기가 응결하기 시작하는 온도를 무엇이라고 할까요?

  5. 포화 수증기량이 20 g/kg 인 공기에 수증기가 10 g/kg 들어 있어요. 상대 습도는 몇 % 일까요?

    답%
  6. 성질이 다른 두 기단이 만나는 경계를 무엇이라고 할까요?

  7. 높이 올라갈수록 기온이 높아지는 층끼리 짝지은 것은?

  8. 대류권에서 높이 올라갈수록 기온이 낮아지는 가장 큰 까닭은?

  9. 복사 평형 상태인 지구에 대한 설명으로 옳은 것은?

  10. 온실 효과에 대한 설명으로 옳은 것은?

  11. 대기 대순환이 지구에서 하는 가장 큰 역할은?

  12. 우리나라 상공에서 구름과 날씨가 대개 서쪽에서 동쪽으로 옮겨 오는 까닭과 관계있는 바람은?

  13. 수증기량은 그대로인 채 기온이 내려갈 때 일어나는 일로 옳은 것은?

  14. 표를 보고 답하세요. 기온 20 °C, 수증기량 10.6 g/kg 인 공기가 0 °C 까지 식으면 응결되는 수증기는 1 kg 에 몇 g 일까요?

    기온(°C)포화 수증기량(g/kg)
    03.8
    55.4
    107.6
    1510.6
    2014.7
    2520.1
    3027.2
    기온에 따른 포화 수증기량(1기압)
    답g/kg
  15. 온난 전선에 대한 설명으로 옳은 것은?

  16. 고기압 중심 부근의 날씨가 대체로 맑은 까닭은?

  17. 기권의 네 층 도구에서 높이를 0 km 에서 120 km 까지 올렸어요. 기온 변화를 차례대로 바르게 나타낸 것은?

  18. 햇빛 에너지를 100 이라 할 때 30 은 반사되고 70 이 흡수돼요. 복사 평형인 지구가 우주로 내보내는 에너지는? (온실 기체가 늘어도 새 평형에 이른 뒤를 생각하세요.)

  19. 적도와 위도 30° 부근의 날씨를 대기 대순환으로 바르게 설명한 것은?

  20. 위 표를 보고 답하세요. 기온 30 °C 인 공기에 수증기가 10.6 g/kg 들어 있어요. 상대 습도는 약 몇 % 일까요? (소수 첫째 자리에서 반올림)

    기온(°C)포화 수증기량(g/kg)
    03.8
    55.4
    107.6
    1510.6
    2014.7
    2520.1
    3027.2
    기온에 따른 포화 수증기량(1기압)
    답%
  21. 위 표를 보고 답하세요. 기온 25 °C, 수증기량 7.6 g/kg 인 공기의 이슬점은 몇 °C 일까요?

    기온(°C)포화 수증기량(g/kg)
    03.8
    55.4
    107.6
    1510.6
    2014.7
    2520.1
    3027.2
    기온에 따른 포화 수증기량(1기압)
    답°C
  22. 땅에서 기온 25 °C, 이슬점 17 °C 인 공기 덩어리가 올라가요. 구름이 생기기 전 공기의 기온은 1 km 에 10 °C, 이슬점은 1 km 에 2 °C 씩 낮아져요. 구름이 생기기 시작하는 높이는 몇 m 일까요?

    답m
  23. 전선 3D 에서 한랭 전선이 마을을 지나가게 했어요. 마을에서 관측한 변화로 옳은 것은?

  24. 여름에 우리나라에 영향을 주어 무덥고 습한 날씨를 만드는 기단과 그 성질을 바르게 짝지은 것은?

  25. 대기 중 이산화 탄소가 늘면 지구의 평균 기온이 올라가는 까닭을 복사 평형과 온실 효과를 써서 설명하세요.

  26. Q26도전③ 수증기는 그대로인데 왜 구름이 생길까?서술형 · 스스로 채점

    맑은 날 데워진 땅 위의 공기가 올라가 뭉게구름이 생기기까지의 과정을 '기압 · 부피 · 기온 · 이슬점 · 응결'을 모두 써서 차례대로 설명하세요.

  27. 위 표를 보고 답하세요. 기온 30 °C, 상대 습도 75 % 인 공기 2 kg 이 15 °C 로 식으면 응결되는 물은 모두 몇 g 일까요? (소수 첫째 자리까지)

    기온(°C)포화 수증기량(g/kg)
    03.8
    55.4
    107.6
    1510.6
    2014.7
    2520.1
    3027.2
    기온에 따른 포화 수증기량(1기압)
    답g
  28. 온난 전선이 다가와 지나가는 동안 한 마을의 구름 · 비 · 기온이 어떻게 바뀌는지, 한랭 전선과 다른 점을 들어 설명하세요.

  29. Q29실전 · 4점③ 수증기는 그대로인데 왜 구름이 생길까?학교 시험(내신) · 포화 수증기량 곡선 해석 · 변형 유형

    표는 기온에 따른 포화 수증기량이에요. 공기 A 는 기온 25 °C · 수증기량 10.6 g/kg, 공기 B 는 기온 15 °C · 수증기량 7.6 g/kg 이에요. 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (ㄱ. A 의 이슬점은 15 °C 이다. ㄴ. 상대 습도는 A 가 B 보다 높다. ㄷ. B 를 5 °C 까지 냉각하면 1 kg 에서 2.2 g 이 응결한다.)

    기온(°C)포화 수증기량(g/kg)
    03.8
    55.4
    107.6
    1510.6
    2014.7
    2520.1
    3027.2
    기온에 따른 포화 수증기량(1기압)
  30. Q30실전 · 3점① 높이 올라갈수록 늘 추워질까? 온실 기체는 지구를 왜 데울까?학교 시험(내신) · 기권의 층상 구조 · 변형 유형

    기권에 대한 설명으로 옳은 것만을 있는 대로 고른 것은? (ㄱ. 대류권과 중간권에서는 대류가 일어난다. ㄴ. 성층권은 오존층이 자외선을 흡수해 위로 갈수록 기온이 높아진다. ㄷ. 열권에서는 수증기가 많아 기상 현상이 가장 활발하다.)

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