바람의 성분 분해
바람의 성분 분해 방법
바람을 동서 방향과 남북 방향으로 분해해서 표현할 수 있다. 그러나 이런 방법 외에 회전 성분과 발산 성분으로도 분해할 수 있다. 이러한 원리를 이해하는 것은 대기역학을 공부하는데 굉장히 중요한 사실이다.
지균풍은 규모가 큰 현상에서 사용되는 개념이며 점점 작은 규모가 되면 지균 균형이 잘 맞지 않는다. 지균풍은 회전 성분으로만 존재하며 발산이 0에 가깝다.

역학을 이해할 때 큰 규모의 흐름은 회전 성분으로만 구성되어 있다. 이러한 회전 성분들은 필요할 때마다 자발적으로 발산 성분을 만들어낸다. 이런 과정을 adjustment라고 한다.
따라서 바람을 동서, 남북 방향으로 분해하는 것보다 회전과 발산으로 분해하는 것이 역학적으로 바람직한 접근법이다.
헬름홀츠의 정리
ψ는 유선함수(stream function)
χ는 속도 포텐셜(velocity potential)

유선함수
- 유선함수(ψ)에 라플라시안(∇2)을 취하면 소용돌이도(ζ)
- 속도 포텐셜(χ)에 라플라시안(∇2)을 취하면 발산(D)
- 중위도에서는 유선함수가 지오포텐셜 높이와 거의 같다. 저위도 지역은 지오포텐셜 고도가 높고(고기압), 고위도 지역은 지오포텐셜 고도가 낮다(저기압). 따라서 지균풍은 저기압을 왼쪽에 두고 흐른다. 유선함수의 회전성분의 바람도 지균풍의 바람과 거의 똑같다. 중위도 지역에서는 회전성분의 바람이 지균풍이고, 지균풍이 회전성분의 바람이다. 즉, 유선함수를 알면 회전 성분의 바람을 계산할 수 있다.

소용돌이도
소용돌이
- 회전축을 중심으로 회전하는 바람
- 한 지점에서 정의되는 회전축을 중심으로 유체가 얼마나 빨리 회전하는지
- 토네이도, 태풍, 중위도 고저기압, 블라킹, 폴라볼텍스
소용돌이의 방향
- 북반구에서 (+)회전은 반시계 방향이다. 이것을 소용돌이도가 양수라고 한다.
- 오른손을 쥐었을 때 엄지손가락의 방향이 회전 벡터의 방향이다.

소용돌이의 수학적 정의
- 수학적으로 Curl로 정의


중규모 대류계와 소용돌이도
- 수평 소용돌이가 연직 소용돌이로 전환되며 불안정도를 더욱 강화
- 종관규모와 달리 수평규모를 무시할 수 없다.
종관규모의 경우 이런 현상은 중요하지 않다

지구 자전에 의한 소용돌이
상대소용돌이의 반대 개념은 지구소용돌이이다. 지구에 서 있는 관찰자의 좌표계를 설정해 역학을 기술할 때, 관찰자의 회전은 지구의 고정된 좌표계에 대한 것이다. 이것은 지구에

고정된 좌표계에 상대적인 회전이므로 상대소용돌이라고 한다. 그런데 지구가 회전을 하고있기 때문에 관찰자는 이로 인한 회전성분을 갖게 된다. 이렇게 지구가 돌아서 생기는 회전 성분을 지구 소용돌이라 한다. 위 그림에서 *모양의 자체적인 흐름(하늘색+분홍색)이 있지만 북극 위에서 본다면 지구 자전에 의한 흐름이 발생한다(분홍색)
지구 소용돌이(행성 소용돌이)

지구 좌표계에서 임의의 회전 표현하기
- 절대 소용돌이(η)=상대 소용돌이(ζ)+지구 소용돌이(f)
- f는 코리올리 파라미터를 의미하며 n방향이다

절대 소용돌이도
상대 소용돌이도의 특징
- Cyclonic, 반시계방향, 저기압성: ζ>0, 양의 상대 소용돌이도(Positive relative vorticity)
- Anticyclonic, 시계방향, 고기압성: ζ<0, 음의 상대 소용돌이도(Negative relative vorticity)

- 쉬어효과(shear)와 곡률효과(curvature)
(쉬어효과) 풍속이 빠른 쪽이 더 빨리 이동해(돌아서) 양의 소용돌이도와 음의 소용돌이도가 발생한다.(곡률효과) 굽은 곳에서 물체의 가장자리가 안쪽보다 빨리 돌아 소용돌이가 발생한다. 즉, 물체가 자체적인 회전을 하지 않아도 굽은 곳을 지나는 것 만으로도 소용돌이도가 발생한다.
- 쉬어 소용돌이도
- 곡률 소용돌이도
0