고산 기후

3. 원인

대기의 온도 분포는 복사와 대류의 상호 작용 결과이다. 가시광선 스펙트럼의 태양광이 지표면에 도달하여 지표면을 가열한다. 그러면 지표면이 표면의 공기를 가열한다. 만약 복사가 지표면에서 우주로 열을 전달하는 유일한 방법이라면, 대기 중 기체의 온실 효과로 인해 지표면 온도는 약 333,000가 되고, 고도가 높아짐에 따라 온도는 지수적으로 감소할 것이다.^[6]

하지만 공기가 뜨거워지면 팽창하는 경향이 있으며, 이로 인해 밀도가 낮아진다. 따라서 뜨거운 공기는 상승하여 위쪽으로 열을 전달하는 경향이 있다. 이것이 대류 과정이다. 주어진 고도의 공기 덩어리가 주변과 같은 밀도를 가질 때 대류는 평형 상태에 이른다. 공기는 열의 불량한 전도체이므로, 공기 덩어리는 열을 교환하지 않고 상승하고 하강한다. 이것은 단열 과정으로 알려져 있으며, 특징적인 압력-온도 곡선을 갖는다. 압력이 낮아짐에 따라 온도는 감소한다. 고도에 따른 온도 감소율을 단열 감률이라고 하며, 약 9.8°C/km (약 -14.8°C/1000 ft)이다.^[6]

대기 중에 수분이 존재하면 대류 과정이 복잡해진다. 수증기는 잠열인 증발열을 포함한다. 공기가 상승하고 냉각됨에 따라 결국 이슬점에 도달하여 수증기량을 유지할 수 없게 된다. 수증기는 응결되어 (구름을 형성하고) 열을 방출하며, 이는 감률을 건조 단열 감률에서 습윤 단열 감률( 5.5°C/km 또는 약 -16.1°C/1000 ft)로 변화시킨다.^[7] 실제 감률인 환경 감률은 일정하지 않지만(하루 또는 계절에 따라, 그리고 지역적으로 변동될 수 있음), 일반적인 감률은 5.5°C/1000 m (약 -15.8°C/1000 ft)이다.^[8][9] 따라서 산에서 100m 상승하는 것은 극지방을 향해 약 80 km(50 마일 또는 위도 0.75°) 이동하는 것과 거의 같다.^[10] 그러나 이 관계는 근사치일 뿐이며, 해양과의 근접성과 같은 지역적 요인이 기후를 크게 변화시킬 수 있다.^[11] 고도가 증가함에 따라 강수의 주요 형태는 눈이 되고 풍속이 증가한다. 11000m 고도의 권계면까지 온도는 계속 떨어지다가 더 이상 감소하지 않는다. 이는 가장 높은 봉우리보다 높다.

4. 분포

고산 기후는 지구 표면의 작은 부분만을 포함하지만, 널리 분포되어 있다. 고산 기후는 히말라야 산맥, 티베트 고원, 감숙성, 칭하이성, 그리고 레바논 산맥^[12](아시아); 알프스 산맥, 우랄 산맥, 피레네 산맥, 칸타브리아 산맥, 그리고 시에라네바다 산맥(유럽); 안데스 산맥(남아메리카); 시에라네바다 산맥, 캐스케이드 산맥, 로키 산맥, 북부 애팔래치아 산맥(아디론댁 산맥과 화이트 마운틴), 그리고 트란스멕시코 화산대(북아메리카); 뉴질랜드 남부알프스(뉴질랜드); 스노이 산맥(오스트레일리아); 아틀라스 산맥, 에티오피아 고원, 그리고 동부고지(아프리카)의 고지대; 보르네오와 뉴기니의 중앙부; 그리고 대서양^[13]의 피쿠 산과 태평양의 마우나로아 산의 정상에서 나타난다.

고산 기후의 최저 고도는 위도에 따라 크게 달라진다. 고산 기후를 수목 한계선으로 정의한다면, 스웨덴에서는 북위 68도에서 650m 정도의 낮은 고도에서 나타나지만,^[14] 탄자니아의 킬리만자로 산에서는 수목 한계선이 3950m에 있다.^[14]

위치하는 위도에 따라 기후의 차이가 나타난다.

• 열대 고산 기후: 남북의 적도를 사이에 둔 저위도 지역은 연교차가 작고 일교차가 더 크다. 온대 하우 기후 또는 서안 해양성 기후에 속하는 지역이 많다.
• 온대 고산 기후: 기온의 일교차보다 연교차가 더 크다. 냉대, 아한대, 서안 해양성 기후 중 Cfc(여름도 서늘) 중 하나에 속하며, 식생도 냉대 또는 아한대 기후와 비슷하지만, 일사량이 많다는 점에서 다르다.

5. 식생

고산 기후는 삼림 식생의 고도 분포로 판단된다. 산지대도 마찬가지로 삼림 분포로 판단하여, 상록활엽수림대를 '''아산지대''', 낙엽활엽수림대를 '''산지대''', 상록침엽수림대를 '''아고산대'''로 하고, 그 이상을 '''고산대'''로 한다. 그러나 기후 측면에서는 대체로 고산대의 수목한계선 이상의 고도의 기후를 '''고산 기후'''로 하고, 그 이하를 '''산악기후'''로 구분하고 있다.^[1]

킬리만자로 산과 같이 저위도 지역에 위치한 고산에서는 저지대의 열대우림이나 사바나에서 고도가 높아짐에 따라 온대의 낙엽활엽수림, 아한대의 침엽수림, 한대의 툰드라, 정상 부근의 영구 동토대까지 고도별로 단계적인 식생 변화가 나타난다. 반면 중·고위도 지역에서도 활엽수림·침엽수림에서 시작하는 고도별 식생 변화는 나타나지만, 산림한계, 식물한계 모두 그 고도는 저위도 지역에 비해 낮다. 참고로, 고산에서 볼 수 있는 툰드라를 한대의 툰드라와 구분하여 고산툰드라라고 한다.

건조대에서는 고도에 따라 기온이 내려감으로써 건조한계가 낮아지고, 또한 겨울철 강설에 의해 강수량이 증가하기도 한다. 따라서 동위도의 저지대가 사막이더라도 고지대에서는 키가 작은 풀이 자라는 스텝이 된다. 고도가 더 높아지면 건조한계가 더욱 낮아지면서 건조지대에서 습윤지대로 변화한다. 미국 애리조나주 북부, 플래그스태프시 부근에 우뚝 솟은 독립봉인 험프리스 피크(Humphreys Peak, 고도 3,850m)의 경우 그 식생은 산록의 고지 사막(실제로는 스텝)에서 산악림, 고산 툰드라로 변화한다.

6. 인간 거주

열대 고산 기후는 저지대의 고온다습한 기후와 달리, ‘영춘(常春)’이라고 부를 만큼 적절한 온도와 낮은 습도로 비교적 쾌적하다. 에콰도르의 수도 키토는 적도 바로 아래에 있지만, 해발 2800m가 넘는 고지에 있어 연중 평균 기온이 13.5℃ 전후로 거의 변화가 없다. 중·고위도 지역에서는 같은 위도의 저지대가 온대·아한대 기후이며, 저위도 지역과 달리 연교차가 크기 때문에 한대와 비슷한 기후를 보인다. 어느 경우든 일교차는 크다.

6. 1. 대표적인 고산 도시

참고로 쾨펜의 기후 구분에는 고산 기후가 없고, 후에 트레워사 등에 의한 수정판에서 추가되었다. 원래 쾨펜의 기후 구분에서는 라파스는 Cwc, 키토・멕시코시티・아디스아바바・라사는 Cwb, 산타페는 BSk로 각각 분류된다.

7. 기후 예시

해발 2,000m 이상인 지역은 지구 전체 육지의 약 30%를 차지하지만, 그중 30%는 남극 대륙에 위치하므로 고산 기후로 분류되지 않는다.

위치하는 위도에 따라 기후의 차이가 나타난다.

• 열대 고산 기후: 남북의 적도를 사이에 둔 저위도 지역은 연교차보다 일교차가 더 크다. 충분한 일사량을 확보할 수 있어 수분이 충분하면 삼림 한계 고도가 높아진다. 쾨펜의 기후 구분에서는 온대 하우 기후 또는 서안 해양성 기후에 속하는 지역이 많으며, 내한성이 강한 열대 과일의 원산지인 경우가 많다.
• 온대 고산 기후: 기온의 일교차보다 연교차가 더 크기 때문에 연간 누적 온도의 영향이 커진다. 쾨펜의 기후 구분에서는 냉대, 아한대, 서안 해양성 기후 중 Cfc(여름도 서늘) 중 하나에 속하며, 식생도 냉대 또는 아한대 기후와 비슷하지만, 일사량이 많다는 점에서 본질적으로 다르다. 온대에서는 대략 해발 2,000m 이상의 고지에 분포한다.

• 열대 고산 기후: 보르네오섬, 뉴기니섬, 아프리카 동부, 아비시니아(에티오피아), 멕시코, 안데스 중부의 고원 및 산악 지대.
• 온대 산악 기후: 티베트고원, 히말라야산맥, 유럽 알프스, 로키산맥, 안데스 중부의 산악 지대. (일본 알프스 정상 부근 등에서 유사한 기후 조건 관찰 가능)

• Cfb: 누와라엘리야, 보고타
• Cwb: 멕시코시티, 달랏
• BSk: 아스마라
• BWk: 아레키파

7. 1. 마우나로아 산 (하와이)

7. 2. 워싱턴 산 (미국 뉴햄프셔)

^{[18][19][20][21][22]}

참조

_[1] 서적 Physical Geography: A Landscape Appreciation https://archive.org/[...] Prentice Hall
_[2] 학술지 The Holdridge life zones of the conterminous United States in relation to ecosystem mapping https://www.research[...] 2015-05-27
_[3] 웹사이트 Period of Record Monthly Climate Summary http://www.wrcc.dri.[...] NOAA 2012-06-05
_[4] 웹사이트 Station Name: NH MT WASHINGTON ftp://ftp.ncdc.noaa.[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2014-06-09
_[5] 웹사이트 WMO Climate Normals for MOUNT WASHINGTON, NH 1961–1990 ftp://ftp.atdd.noaa.[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2014-06-09
_[6] 서적 Atmospheres https://web.archive.[...] Prentice-Hall 2016-05-02
_[7] 웹사이트 Dry Adiabatic Lapse Rate https://web.archive.[...] tpub.com 2016-05-02
_[8] 서적 The IUPAC Compendium of Chemical Terminology IUPAC
_[9] 서적 Airplane Aerodynamics (3rd ed.) Pitman Publishing Co.
_[10] 웹사이트 Mountain Environments http://quin.unep-wcm[...] United Nations Environment Programme World Conservation Monitoring Centre
_[11] 웹사이트 Factors affecting climate http://www.ecn.ac.uk[...] The United Kingdom Environmental Change Network
_[12] 서적 Encyclopedia of World Geography - Volume 1 Facts On File, Incorporated 2014-05-14
_[13] 웹사이트 Climate atlas of the archipelagos of the Canary Islands, Madeira and the Azores https://www.ipma.pt/[...] IPMA, AEMET 2021-06-17
_[14] 학술지 A re-assessment of high elevation treeline positions and their explanation https://web.archive.[...] 2015-08-05
_[15] 서적 矢澤（1989）
_[16] 서적 Physical Geography: A Landscape Appreciation
_[17] 웹인용 Period of Record Monthly Climate Summary http://www.wrcc.dri.[...] NOAA 2012-06-05
_[18] 웹인용 NOWData – NOAA Online Weather Data http://www.nws.noaa.[...] 미국 해양대기청 2013-06-19
_[19] 웹인용 Station Name: NH MT WASHINGTON ftp://ftp.ncdc.noaa.[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2014-06-09
_[20] 웹인용 WMO Climate Normals for MOUNT WASHINGTON, NH 1961–1990 ftp://ftp.atdd.noaa.[...] National Oceanic and Atmospheric Administration 2014-06-09
_[21] 웹인용 Mount Washington Observatory: Normals, Means and Extreme http://www.mountwash[...] Mount Washington Observatory 2010-08-07
_[22] 웹인용 Today's Weather atop Mount Washington https://www.webcitat[...] Mount Washington Observatory 2013-01-14