대기압

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1. 개요
2. 기체의 압력
3. 대기압의 정의 및 원리
4. 대기압의 변동
5. 대기압 관련 현상 및 활용
6. 대기압 측정 및 기록
7. 한국의 대기압
참조

1. 개요

대기압은 지구 표면을 덮고 있는 공기의 무게에 의해 발생하는 압력으로, 기체의 온도와 부피에 영향을 받는다. 대기압은 행성의 질량, 표면의 반지름, 가스의 양과 구성, 대기 중 수직 분포 등에 따라 달라지며, 고도, 위도, 지역, 날씨에 따라서도 변화한다. 대기압은 빨대, 흡착판, 고도계 등 다양한 현상과 기술에 활용되며, 액체의 끓는점에도 영향을 미친다. 대기압 측정에는 수은 기압계와 전자식 기압계가 사용되며, 단위로는 헥토파스칼(hPa)을 사용한다. 한국에서는 조선시대부터 기상 관측이 이루어졌으며, 현재 전국적인 기상 관측망을 통해 대기압을 측정하고 있다.

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대기압
일반 정보
명칭	대기압
영어 명칭	atmospheric pressure, air pressure
설명	대기의 무게로 인해 발생하는 정지 압력
단위	파스칼(Pa), 헥토파스칼(hPa)
값	101325 Pa = 1013.25 hPa (표준 대기압)
관련 항목	압력 기상학
상세 정보
정의	대기가 누르는 압력
특징	고도가 높아질수록 감소
활용	기상 관측, 고도 측정 등에 활용

2. 기체의 압력

기체의 압력은 온도와 부피의 영향을 받는다. 예를 들어, 기체를 일정한 부피로 유지한 채(용기에 가둔 상태에 해당) 가열하면 기압은 온도와 거의 비례하여 상승한다. 이와 같이 기압과 부피, 온도의 관계는 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 보일-샤를의 법칙 등으로 나타나 있다.

기체의 압력은 혼합 기체의 경우, 구성하는 각 기체의 압력(부분 압력)의 합이 된다.

3. 대기압의 정의 및 원리

대기압은 행성의 중력이 표면 위의 대기 가스를 끌어당기는 힘에 의해 발생하며, 행성의 질량, 표면 반지름, 가스의 양과 구성, 대기 중 수직 분포 등에 따라 달라진다.^[3]^[4] 또한 행성의 자전, 바람, 온도 변화, 구성 성분 변화와 같은 지역적 요인에 의해서도 변한다.^[5]

6월, 7월, 8월(위)과 12월, 1월, 2월(아래)의 15년 평균 해면 기압. ERA-15 재분석.

'''해면 기압'''(MSLP, Mean Sea-Level Pressure)은 해수면에서의 대기압을 의미하며, 라디오, 텔레비전, 신문, 인터넷 등의 일기예보에서 주로 사용되는 대기압이다. 평균 해면 기압은 1013.25hPa이며, 이는 1기압(atm)에 해당한다.

지표면 기압은 지구 표면의 특정 위치에서의 대기압을 말하며, 해당 위치 상공의 공기 질량에 정비례한다. 지구의 지표면 기압 평균값은 985hPa이다.^[8]

이 플라스틱 병은 약 고도에서 밀봉되었으며, 해수면으로 내려오면서 및 에서 기록된 대기압 증가로 인해 찌그러졌다.

공기는 물질이므로 질량을 가지며 지구 중력의 영향을 받는다. 지구를 덮고 있는 대기층 때문에 해면에서는 면적 1cm²당 약 1kgf (수은주 약 76cm, 물 약 10m)의 압력이 가해지는데, 이를 대기압 또는 기압이라고 한다. 고도가 높아질수록 공기 기둥의 높이가 낮아지므로 기압은 낮아진다.

같은 해발 고도라도 기압은 조금씩 다르며, 기압의 고저는 항상 변화한다. 수증기 증발로 인해 상승 기류가 발생하는 곳은 공기 밀도가 낮아져 기압이 낮아지는 경우가 있다. 이러한 기압의 차이로 인해 고기압에서 저기압으로 공기가 유입되는데, 이것이 바람의 주된 원인이다.

기압의 측정에는 기압계와 라디오존데를 사용한다.

일기예보에서 사용되는 기압의 단위는 과거에는 밀리바(mb), 토르(Torr), 수은주밀리미터(mmHg) 등이 사용되었으나, 현재는 국제단위계(SI)의 헥토파스칼(hPa)이 사용된다.

4. 대기압의 변동

대기압은 여러 요인에 의해 변동한다. 대기압은 상공의 공기 무게로 인해 발생하는 압력이므로, 고도가 높아질수록 낮아진다.

위도에 따라 대기와 지표면이 태양으로부터 받는 열에너지 밀도가 달라 대기압이 달라진다. 적도 부근은 연중 대기가 따뜻해져 상승 기류가 발생하여 저기압이 형성되고, 극지방 부근은 항상 저온으로 인해 극고기압대를 형성한다.

날씨에 따라서도 대기압은 변화한다. 대기가 국소적으로 가열되면 상승 기류가 발생하고, 냉각되면 하강 기류가 발생한다. 이러한 기류는 고기압과 저기압을 발생시키며, 기압 차이로 인해 바람이 분다.

해양과 육지의 온도 차이도 대기압 변화에 영향을 준다. 해양은 육지보다 온도 변화가 적기 때문에, 태양광이 강한 날에는 육지가 해양보다 더 뜨거워져 육지에 저기압이, 해양에 고기압이 형성된다. 이에 따라 해륙풍과 몬순이 발생한다.

지구 대기압은 지역에 따라 크게 변하며, 이러한 변화는 날씨와 기후 연구에 중요하다. 대기압은 전 지구적인 대기조석에 의해 일주기 또는 반일주기(하루 두 번) 주기를 보인다. 이 효과는 열대 지방에서 가장 강하며 진폭은 수 헥토파스칼 정도이고 극지방에서는 거의 0에 가깝다. 이러한 변화는 일주기(24시간) 주기와 반일주기(12시간) 주기의 두 가지 주기가 중첩되어 나타난다.

평균 해면 기압은 1013.25hPa이다. 지구상에서 가장 높은 해면 기압은 시베리아에서 발생하며, 시베리아 고기압은 종종 1050hPa를 초과하는 해면 기압에 도달하며, 최고 기록은 1085hPa에 가깝다. 측정 가능한 가장 낮은 해면 기압은 열대 저기압과 토네이도의 중심에서 발견되며, 최저 기록은 870hPa이다.^[6]

4. 1. 고도에 따른 변화

고도가 높아질수록 대기압은 낮아진다. 이는 상공의 공기 기둥의 높이가 낮아지기 때문이다.^[22] 지구상의 기압은 표면의 고도에 따라 변화하며, 산에서의 기압은 일반적으로 해수면보다 낮다. 기압은 지구 표면에서 중간권 상단까지 부드럽게 변한다. 고도가 증가함에 따라 대기압은 감소한다.^[9]

저고도에서는 대략 10m 상승할 때마다 1.2hPa씩 기압이 낮아진다. 계산상으로는 후지산 정상에서 약 0.7기압, 고도 5,500m에서 약 0.5기압, 에베레스트 정상에서는 약 0.3기압이 된다. 단, 고도(기압)에 따라 공기의 밀도가 다르기 때문에 고도 상승에 대한 기압 저하의 비율은 일정하지 않다.

이러한 고도에 따른 기압 변화를 이용하여 고도를 측정하는 고도계가 개발되었다.

대류권 내의 더 높은 고도에서는 다음 방정식(기압 공식)이 대기압 ''p''를 고도 ''h''와 관련짓는다.^[9]

\begin{align}p &=       p_0 \cdot \left(1 - \frac{L \cdot h}{T_0} \right)^\frac{g \cdot M}{R_0 \cdot L} \\&= p_0 \cdot \left(1 - \frac{g \cdot h}{c_\text{p} \cdot T_0} \right)^{\frac{c_\text{p} \cdot M}{R_0}}\approx p_0 \cdot \exp \left(-\frac{g \cdot h \cdot M}{T_0 \cdot R_0} \right)\end{align}

이러한 방정식의 값은 다음과 같다.

매개변수	설명	값
h	평균 해수면 위의 높이	m
p₀	해수면 표준 대기압	101,325Pa
L	기온 감률, 건조한 공기의 경우 = g/c_p	~ 0.00976K/m
c_p	정압 비열	1,004.68506J/(kg·K)
T₀	해수면 표준 온도	288.16K
g	지구 표면 중력 가속도	9.80665m/s²
M	건조한 공기의 몰 질량	0.02896968kg/mol
R₀	보편 기체 상수	8.314462618J/(mol·K)

4. 2. 위도 및 지역에 따른 변화

위도에 따라 대기와 지표면이 태양으로부터 받는 열에너지 밀도가 달라 대기압이 달라진다. 적도 부근은 연중 대기가 따뜻해져 고온으로 인해 상승 기류가 발생하여 저기압이 형성되고, 극지방 부근은 항상 저온으로 인해 하강 기류가 발생하여 극고기압대를 형성한다.^[22] 이러한 위도에 따른 대기의 온도 차이로 인해 열대 수렴대, 극고기압대 등이 형성된다. 기압 차이에 의해 고기압 지역에서 저기압 지역으로 바람이 불어 무역풍, 편서풍, 극동풍이 된다.^[22] 이들은 해들리 순환(열대 수렴대와 아열대 고압대 사이), 페렐 순환(아열대 고압대와 고위도 저압대 사이), 극 순환(고위도 저압대와 극고기압대 사이)이라고 불리며, 이러한 대기의 대규모 순환을 대기 대순환이라고 한다.^[22]

해양과 육지를 비교하면 해수의 열용량이 크기 때문에 해양은 육지보다 온도 변화가 적다. 따라서 태양광이 강한 상황에서는 육지가 해양보다 고온이 되는 경우가 많고, 육지에 저기압, 해양에 고기압이 배치되어 해양에서 육지로 바람이 분다. 육지가 냉각되는 상황에서는 이와 반대이다. 이에 따라 해륙풍과 몬순이 발생한다.^[22]

4. 3. 날씨에 따른 변화

공기도 물질이므로 질량이 있으며, 지구의 중력을 받는다. 지구를 덮고 있는 대기층에 의해, 해면에서는 면적 1cm²당 약 1kgf (수은주로 약 76cm, 물의 경우 약 10m에 해당)의 압력이 가해진다. 이를 대기압 또는 간단히 기압이라고 한다. 같은 해발 고도라도 기압은 조금씩 다르며, 기압의 고저는 항상 변화한다. 이 기압의 산과 골을 고기압, 저기압이라고 한다. 기압 차이가 발생하면 고기압의 공기가 저기압 영역으로 유입된다. 이것이 바람의 주된 원인이다.^[22]

대기가 태양광 등의 열에 의해 국소적으로 가열되면 부피가 증가하고 밀도가 감소한다. 팽창한 가벼운 공기는 주변의 무거운 공기에 의해 밀려 올라가기 때문에 상승 기류를 만든다. 반대로 대기가 냉각되면 부피가 감소하고 밀도가 증가하여 하강 기류를 만든다.

해양과 육지를 비교하면 해수의 열용량이 크기 때문에 해양은 육지보다 온도 변화가 적다. 따라서 태양광이 강한 상황에서는 육지가 해양보다 고온이 되는 경우가 많고, 육지에 저기압, 해양에 고기압 배치가 되어 해양에서 육지로 바람이 분다. 육지가 냉각되는 상황에서는 이와 반대이다. 이에 따라 해륙풍과 몬순이 발생한다.

5. 대기압 관련 현상 및 활용

빨대로 음료를 마시는 것, 흡착판, 진공 펌프, 공기총 등은 대기압을 활용한 대표적인 예시이다.^[15] 스쿠버다이빙 후 고지대로 이동할 때 감압병에 걸릴 위험이 있는 것은 대기압 변화와 관련된 현상이다. 대기압은 이 외에도 여러 가지 일상적인 현상과 생명 현상에 영향을 미친다.

과거에는 기압계를 이용하여 물이 끓는 온도를 측정하여 고도를 대략적으로 추정하기도 하였는데, 19세기 중반 탐험가들이 이 방법을 사용했다.^[17] 압력솥이나 회전 증발기와 같이 진공 펌프를 사용하면 대기압을 낮춰 액체의 끓는점을 변화시킬 수 있다.

6. 대기압 측정 및 기록

대기압 측정에는 전통적으로 수은 기압계가 사용되었으며, 현재는 전자식 기압계가 널리 사용된다. 일기 예보에서는 과거에 밀리바(mb), 수은주밀리미터(mmHg) 등의 단위를 사용했으나, 현재는 국제단위계(SI)에 따라 헥토파스칼(hPa)을 사용한다.^[25]^[26]

지구상에서 가장 높은 해면 기압은 1968년 12월 31일 몽골 자브항 아이막 토손체겔에서 측정된 1084.8hPa이었다.^[10] 반면, 가장 낮은 해면 기압은 1979년 10월 12일 서태평양의 태풍 팁에서 측정된 870hPa였다.^[14]

대한민국에서는 1945년 12월 15일 이전에는 수은주밀리미터(mmHg)를,^[25] 이후 1992년 11월 30일까지는 밀리바(mb)를,^[25] 1992년 12월 1일부터는 헥토파스칼(hPa) 단위를 사용하고 있다.^[26]

기압 단위 변천 (대한민국)
날짜	단위	의미
1945년 12월 15일 이전	mmHg	수은주밀리미터
1945년 12월 15일 ~ 1992년 11월 30일	mb	밀리바
1992년 12월 1일 이후	hPa	헥토파스칼

7. 한국의 대기압

한국은 사계절이 뚜렷하여 계절별 대기압 변화가 크다. 한국의 기압 배치는 주변 국가(중국, 일본, 러시아)와의 관계에 따라 복잡하게 변한다.

참조

_[1] 웹사이트 Statement (2001) https://www.bipm.org[...] BIPM 2022-03-19
_[2] 간행물 Manual of the ICAO Standard Atmosphere International Civil Aviation Organization
_[3] 잡지 atmospheric pressure (encyclopedic entry) https://www.national[...] 2018-02-28
_[4] 웹사이트 Q & A: Pressure – Gravity Matters? https://van.physics.[...] University of Illinois Urbana-Champaign 2018-02-28
_[5] 서적 Introduction to Atmospheric Chemistry https://books.google[...] Princeton University Press 1999-01-01
_[6] 웹사이트 Sample METAR of CYVR http://www.flightpla[...] Nav Canada 2019-05-25
_[7] 웹사이트 Montreal Current Weather http://www.cbc.ca/mo[...] CBC Montreal, Canada 2014-03-30
_[8] 서적 Introduction to Atmospheric Chemistry https://books.google[...] Princeton University Press 2020-07-25
_[9] 웹사이트 A quick derivation relating altitude to air pressure http://archive.psas.[...] Portland State Aerospace Society 2004-01-01
_[10] 웹사이트 World: Highest Sea Level Air Pressure Above 750 m http://wmo.asu.edu/h[...] World Meteorological Organization's World Weather & Climate Extremes Archive 2001-12-19
_[11] 웹사이트 World: Highest Sea Level Air Pressure Below 750 m http://wmo.asu.edu/w[...] World Meteorological Organization's World Weather & Climate Extremes Archive 1968-12-31
_[12] 논문 Rehabilitation of hypoxemic patients with COPD at low altitude at the Dead Sea, the lowest place on earth http://journal.publi[...] 1998-03-01
_[13] 논문 Improbable Pressure Extreme: 1070 Mb.
_[14] 웹사이트 Subject: E1), Which is the most intense tropical cyclone on record? http://www.aoml.noaa[...] Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory 2010-04-21
_[15] 웹사이트 Vapour Pressure http://hyperphysics.[...] Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
_[16] 웹사이트 High Altitude Cooking http://www.crisco.co[...] Crisco.com 2010-09-30
_[17] 논문 On the barometric formula
_[18] 서적 Map of a Nation – a Biography of the Ordnance Survey
_[19] 서적 学術用語集気象学編 http://sciterm.nii.a[...] 日本学術振興会
_[20] 법률 計量法　別表第三 https://laws.e-gov.g[...]
_[21] 법률 計量単位令　別表第三 https://laws.e-gov.g[...]
_[22] 법률 計量単位規則　別表第2 https://laws.e-gov.g[...]
_[23] 법률 計量単位令　別表第六 https://laws.e-gov.g[...]
_[24] 법률 計量単位令　別表第六 https://laws.e-gov.g[...]
_[25] 웹사이트 気圧の単位の変遷 https://www.metsoc.j[...] 日本気象学会 2024-10-12
_[26] 웹사이트 湿度・気圧・日照時間について https://www.jma.go.j[...] 気象庁 2024-10-12

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