대류권계면

대류권 계면 (對流圈界面)은 지구 대기권에서 대류권성층권의 경계 영역을 나타낸다. 표면으로부터 위로 갈수록 이 지점에서 공기는 차가워지는 것을 멈추고 거의 완전히 마르게 된다. 더 형식적으로, 대기의 이 지역에는 기온 저하율이 음의 값에서(대류권에서) 양의 값으로(성층권에서) 변한다. 이것은 평형 단계에서 일어나고, 대기에서 열역학적의 중요한 값이 된다. 세계 기상의 기구로부터 사용되는 정확한 정의는 다음과 같다: 가장 낮은 수준의 기온 저하율은 2℃/km 또는 더 작게 감소하고, 이 수준과 더 높은 수준 사이의 평균 기온 저하율은 2km 이내로 2℃/km를 초과하지 않는다. 대류권은 지구 대기권에서 가장 낮은 층이며, 날씨라고 불리는 기상 현상이 일어난다. 대류권은 지표면에서 시작하며, 높이는 위도에 따라 현격한 차이를 보인다. 대류권의 높이는 극지방에서는 평균 6 km 로 매우 낮으며, 적도 지방에서는 16-18 km에 이른다. 이 이상의 높이는 성층권이며, 대류권과 성층권 사이의 영역이 대류권 계면이 되는 것이다. 성층권은 대류권 계면에서 시작하며, 적도 지방의 경우 지표면으로부터 50 km 정도까지의 영역이다. 성층권에는 오존층이 존재한다.

라디오존데로 측정한 기온 및 기압 그래프를 보면, 대류권에서 고도 상승에 따라 꾸준히 떨어지던 온도가 대류권계면에서 역전되어 성층권에서부터 고도가 상승하면 온도가 상승하는 것을 볼 수 있다.

대류권에서 온도는 고도가 상승함에 따라 급격히 하강하게 되며, 이러한 이유로해서 대류권이 좀 더 두꺼운 적도 지방의 대류권 계면에서의 온도(-75°C 가량)가 극지방의 대류권 계면에서의 온도(-45°C 가량)보다 낮게 된다.

대류권 계면의 위치는 대류권과 성층권에서의 단열 감률(온도의 감소율)을 측정하는 것으로 알아낼 수 있다. 대류권에서의 단열 감률은 평균 6.5 °C / 킬로미터이다. 즉 매 킬로미터 고도가 상승할 때마다 6.5도의 온도가 감소하는 것이다. 반면 성층권에서의 단열 감률은 음수이며, 음수값의 의미는 온도가 고도에 따라 상승한다는 것이다. 그러므로 대류권 계면이란 단열감률이 양수에서 음수로 바뀌는 지점, 즉 고도에 따라 온도가 감소하다가 증가하기 시작하는 영역이다. 세계기상기구의 대류권 계면에 대한 정확한 정의는 다음과 같다.

단열 감률이 2 °C/km이하로 떨어지는 최저 고도. 단 위로 2 km 이내의 단열 감률 또한 평균 2 °C/km를 넘어서는 안 됨.

단열 감률에 의한 정의 이외에도 잠재 소용돌이(potential vorticity)에 의한 대류권 계면의 정의도 있다. 세계적으로 통용되는 수치에 대한 정의는 없으나, 많은 경우에 대류권 계면은 2 PVU 나 1.5 PVU 표면에 있다고 언급된다. 여기서 PVU는 잠재 소용돌이 단위를 나타낸다. 이것의 출발점은 양의 값 또는 음의 값을 가질 것이고(예, 2와 -2PVU) 주어지는 표면은 죽의 반구체와 남의 반구체 각각에 위치한다. 구형의 대류권계면을 이 같은 방법으로 정의하기 위해서는 양의 값과 음의 값의 출발점으로부터 나타나는 두 개의 표면이 적도 가까이에서 일정한 위치 온도 표면과 같은 표면의 다른 유형을 사용하는 것을 결합하기 위해 필요하다. 이것은 또한 화학적인 구성성분의 개념에서 대류권계면을 정의하기에 가능하다. 예를 들어, 더 낮은 성층권은 높은 성층권에서보다 더 많은 오존의 농축을 가지지만 더 낮은 물의 증발 농축으로 적당한 한계를 사용할 수 있다. 대류권계면은 ‘단단한’ 경계가 아니다. 예를 들어 특히 열대지방의 강력한 뇌우는 더 낮은 성층권 안으로 지나쳐가고 짧은 진동의 수직적 진폭을 경험한다. 대부분의 상업적인 항공기는 대류권 계면 아래서 비행하고, 제트엔진은 더 낮은 온도에서 효율적이다.

대류권 계면은 고정되어 움직이지 않는 경계면이 아니다. 예로 적도 근방에서 생겨난 강력한 폭풍우는 하부 성층권에 격렬한 충격파를 전하며, 이는 몇 시간 단위의 저주파 진동을 유발한다. 이러한 세로축의 진동은 대기 및 해류에 영향을 미치는 저주파 대기 파열(波列, wave train)을 형성한다.