기온 감률
난로 역할을 하는 땅바닥에서 멀어질수록 공기가 차가워지는 비율을 뜻해요.
정의 기온 감률은 지표면에서 높은 하늘이나 산 위로 올라갈수록 공기의 온도가 낮아지는 비율을 말해요. 일반적으로 우리가 서 있는 땅에서 100미터 높아질 때마다 기온은 약 0.65도씩 규칙적으로 떨어지며, 대기의 상태나 날씨에 따라 그 수치가 달라져요.
왜 높은 곳으로 갈수록 추워질까요?
한겨울에 방 안 난로 바로 옆에 앉아 있으면 훈훈하지만, 난로에서 멀리 걸어 나가 방구석으로 가면 금세 서늘해져요. 지구 대기에서도 이와 완전히 똑같은 일이 매일 벌어지고 있어요.
지구 공기를 따뜻하게 덥히는 진짜 난로는 저 멀리 하늘에 떠 있는 태양이 아니라 태양열을 듬뿍 머금은 땅바닥이에요. 햇빛은 투명한 공기를 그대로 뚫고 지나가 바닥을 먼저 뜨겁게 달구거든요. 이후 달궈진 지표면이 거대한 온돌 매트처럼 주변 공기에 온기를 차례대로 건네줘요.
결국 높은 산이나 하늘 높이 올라가는 것은 바닥 난로에서 점점 멀어지는 셈이에요. 해와 몇 킬로미터 가까워지는 영향보다, 발밑의 따뜻한 땅에서 멀어지는 냉각 효과가 훨씬 크기 때문에 위로 올라갈수록 쌀쌀해져요.
이 때문에 한여름에 바닷가나 도심이 찌는 듯이 무더워도, 해발 고도가 높은 지리산이나 설악산 정상에 오르면 긴 소매 옷을 꺼내 입어야 할 만큼 기온 차이가 크게 벌어지는 것이에요.
공기가 부풀어 오르면 스스로 식어요
스프레이 캔을 꾹 눌러 가스를 오래 뿜어내면 캔 표면이 얼음장처럼 차가워지는 것을 느껴본 적이 있을 거예요. 밀폐된 캔 속에 갇혀 있던 공기가 넓은 바깥으로 빠져나오며 갑자기 퍼지면 온도가 뚝 떨어지기 때문이에요.
높은 하늘은 공기를 짓누르는 무게, 즉 기압이 지상보다 훨씬 낮아요. 따라서 지표면 근처에서 따뜻해진 공기 덩어리가 바람을 타고 산을 넘거나 위로 떠오르면, 짓누르던 힘이 약해져 풍선처럼 부피가 저절로 팽창하게 돼요.
공기 덩어리가 몸집을 넓히려면 주변 공기를 힘껏 밀어내야 하는데, 이때 공기 내부의 열에너지를 소모하게 돼요. 외부에서 따로 얼음을 대지 않아도 공기 스스로 에너지를 써서 온도가 떨어지는 현상을 단열 팽창이라고 불러요.
이렇게 부피가 커지며 열을 잃은 공기는 위로 올라갈수록 점점 더 차가워져요. 기온 감률이 생기는 까닭은 난로와 멀어지는 이유도 있지만, 이처럼 공기가 팽창하면서 스스로 열을 식히는 원리도 아주 중요한 몫을 차지해요.
조금 더 정확히 말하면: 공기 속 습도에 따라 식는 속도가 달라요
기상학에서는 일반적으로 100미터 올라갈 때마다 기온이 약 0.65도씩 떨어진다고 설명해요. 하지만 조금 더 정확히 들여다보면, 공기 속에 수증기가 얼마나 섞여 있느냐에 따라 기온이 떨어지는 빠르기가 크게 달라져요.
비가 오지 않는 맑고 건조한 날의 마른 공기는 100미터 올라갈 때마다 무려 1도씩 빠르게 차가워져요. 이를 건조 단열 감률이라고 불러요. 반면에 수증기를 듬뿍 머금은 축축한 공기는 100미터당 약 0.5도 정도로 비교적 천천히 식는데, 이를 습윤 단열 감률이라고 해요.
이런 차이가 생기는 이유는 공기 속 수증기가 차가운 상공에서 물방울로 변해 구름이 될 때, 자신이 품고 있던 숨은 열을 주변에 방출하기 때문이에요. 수증기가 뿜어낸 온기가 공기가 식는 것을 뒤에서 보태주므로 기온이 덜 떨어지는 것이죠.
우리가 일상에서 말하는 0.65도라는 평균값은 이 건조한 상태와 축축한 상태의 대기가 섞여 만들어낸 평균적인 기온 변화율이에요. 그래서 안개가 짙거나 비가 내리는 산을 오를 때는 맑은 날보다 고도에 따른 기온 변화가 조금 더 완만하게 느껴져요.
🤔 흔한 오해
산꼭대기는 태양과 더 가까우니까 평지보다 더 따뜻해야 한다.
태양까지의 거리는 약 1억 5천만 킬로미터나 되기 때문에 몇 킬로미터 높아지는 것은 영향이 전혀 없어요. 오히려 지표면 난로에서 멀어지고 기압이 낮아져 공기가 팽창하는 영향 때문에 훨씬 춥습니다.
🧺 일상에서 만나요
공기는 지표면 난로에서 멀어지고 위로 갈수록 부피가 팽창하면서 식는데, 이 떨어지는 기온의 비율을 기온 감률이라고 해요.