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푹푹 찌는 한여름 무더위가 지난 지 얼마 안 된 것 같은데 어느 새 겨울이 다시 돌아왔어요. 가을을 수놓았던 화려한 단풍도 낙엽으로 변하고, 찬바람과 빙판길에 몸이 자꾸 움츠러들곤 해요. 이처럼 시기에 맞춰 계절이 변하는 이유는 무엇일까요? 또 계절별로 날씨가 달라지는 이유는 무엇일까요?1. 맑은 날씨와 흐린 날씨는 무엇이 다를까?
날씨 예보를 보면 ‘대륙성 고기압’이나 ‘열대성 저기압’ 같은 단어가 자주 나와요. ‘대륙성’이나 ‘열대성’은 기압이 만들어진 장소, ‘고기압’과 ‘저기압’은 기압의 높고 낮음을 나타내지요. 기압은 대기의 압력, 즉 대기가 우리를 누르는 힘을 말해요. 주변보다 기압이 높은 것을 ‘고기압’, 기압이 낮은 것을 ‘저기압’이라고 하지요. 고기압과 저기압은 기온의 높낮이나 맑고 흐림, 바람의 방향 등을 바꾸는 데 중요 한 역할을 해요. 기압은 대체 어떻게 날씨를 바꾸는 걸까요?
대기는 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해요. 이런 흐름이 바로 바람이지요. 고기압은 중심 기압이 주변보다 높기 때문에 바람이 중심에서 주변으로 불어나가요. 이렇게 대기가 빠져나간 자리에 위쪽의 대기가 내려오면서 ‘하강 기류’가 생기지요. 대기가 하강하면 부피가 줄어들고 압력이 올라가면서 기온도 올라가요. 그 결과 구름이 사라지고 날씨가 맑아지지요.
반면 저기압에서는 바람이 주변으로부터 불어들어오고 아래에서 위로 대기가 올라가는 상승 기류가 생겨요. 대기가 상승하면 부피가 커지면서 온도가 내려가게 되지요. 이를 ‘단열팽창’이라고 해요. 단열팽창은 수증기를 물방울로 바꿔 구름을 만드는 주요 원인이에요. 따라서 저기압 지역은 날씨가 흐리고 비나 눈이 내리기도 하지요. 특히 여름철에는 대기가 불안정해서 아주 빠른 상승 기류가 만들어질 때가 많아요. 이럴때 생기는 높은 구름인 ‘적란운’은 큰 번개나 낙뢰를 일으키는 경우가 많지요.
2. 계절의 변화가 날씨의 변화를 부른다?
계절에 따라 날씨는 뚜렷하게 달라져요. 그 이유는 지구가 기울어진 채 태양 주위를 공전하기 때문이지요.
지구는 북극과 남극을 잇는 가상의 축인 ‘자전축’을 중심으로 하루에 한 바퀴씩 자전해요. 또 1년에 한 바퀴씩 태양을 공전하고 있지요. 그런데 자전축은 지구와 태양을 잇는 선과 완전한 직각을 이루는 것이아니라, 옆으로 비스듬히 누운 형태를 하고 있어요. 정확히는 지구와 태양을 잇는 선과 수직을 이루는 선에 대해 23.5°기울어져 있지요. 이 때문에 태양과의 위치에 따라 각 위도별로 받는 태양빛의 양이 달라진답니다.
우리나라 같은 중위도 지역의 경우 봄과 가을에는 낮과 밤의 길이가 같아져요. 하루의 절반은 태양빛을 받고, 나머지 절반은 어둠 속으로 들어가기 때문이지요. 하지만 여름에는 태양빛을 받는 시간이 훨씬 길어져요. 또 태양의 고도도 높아지기 때문에, 같은 시간 동안 받는 태양에너지의 양이 봄이나 가을에 비해 늘어나지요. 그래서 기온이 높아지는 거랍니다.
반면 겨울에는 태양빛을 받는 시간이 줄어들어요. 또 태양빛이 비스듬하게 비춰들기 때문에 시간당 들어오는 태양에너지의 양도 적어지지요. 그래서 기온이 낮고, 낮의 길이도 짧답니다.
3. 24절기로 배우는 계절의 변화지금 우리는 지구의 자전과 공전 주기를 알고 그에 따라 시간을 나누어 사용하고 있어요. 우리 조상들 역시 천문학적 지식과 경험을 바탕으로 1년을 24절기로 나누고, 각 절기에 맞춰 농사 계획을 세웠답니다. 그런데 당시에는 달의 움직임을 기준으로 한 ‘음력’을 사용했어요. 지금은 태양을 기준으로 한 ‘양력’을 쓰기 때문에 절기상 날짜가 현재의 계절과 딱 들어맞지는 않아요.
하지만 오늘날에도 시기가 맞는 절기들이 있어요. 예를들어 낮과 밤의 길이가 같은 춘분(3월 21일경)과 추분(9월 22일경)은 그 절기가 갖는 의미와 실제 시기가 잘 맞아요. 낮이 가장 긴 하지(6월 21일경)와 밤이 가장 긴 동지(12월 23일경)도 마찬가지랍니다.
