취송류
吹送流 / Wind Driven Current, Drift Current[1]
해류 중 바람에 의해 바다 표층에 생기는 넓고 느린 해류를 말한다. 해수 표면에 부는 대다수의 해류가 취송류이거나 바람의 영향을 많이 받으며, 무역풍에 의해서 특히 잘 발달한다. (때문에 '풍성해류'라고도 부른다.) 바람에 의해 생기는 해류이므로 해수면 근처에서 가장 강하고 일반적으로는 바람 풍속의 2~5% 정도의 속력을 가지며, 깊어질수록 느려지는데, 보통 30~40m 이내, 깊어봐야 100m 정도[2]이다.
이론적으로 북반구에서 표층의 해류는 바람 방향을 따라 그대로 흐르지 않고 오른쪽(남반구는 왼쪽)으로 45˚ 치우치며[3], 실제로는 점성계수, 해수의 밀도, 바람의 변형력, 위도 등의 영향을 받아 20~40˚도 정도 치우친다.
노르웨이의 탐험가 난센이 발견하였고, 스웨덴의 해양학자 에크만이 이론적으로 확립하였다.
이전에도 항해하는 사람에 의해 배에 기록된 이동 정도(배의 속도를 이용해 계산)와 실제 이동 정도(경위도를 이용해 계산)가 어느 정도 차이가 있다는 사실이 알려져 있기는 하였으나, 과학적 연구로 이어지지는 않았다.
최초로 의미 있는 연구는 노르웨이의 북극 탐험가 난센과 스웨덴의 해양학자 에크만에 의해 이뤄졌다. 1893년 난센은 북극을 탐험할 때 자신의 배 프람호를 이용하여 탐험했는데, 프람호는 바닥이 둥글게 생겨 유빙이 생기면 자연스럽게 유빙 위쪽으로 올라와 배가 부서지는 것을 방지하게 만든 배로, 북극을 탐험하다 유빙에 갇히면 아예 그냥 유빙을 따라 북극을 탐험할 요망으로(...) 많은 식량을 갖고 탐험했다. 계획대로(?) 유빙에 갇힌 난센은 3년간 바람과 유빙을 따라 이동하던 중 이상한 것을 발견하였는데, 해류를 따라 이동하는 유빙이 왜인지는 모르겠지만 바람 방향의 오른쪽 약 20∼40°방향으로 흐르는 것을 발견한다.
탐험을 마친 난센은 스웨덴의 해양학자 에크만에게 이 관찰 자료들을 전달했고, 에크만은 이를 바탕으로 연구하여 취송류 이론을 확립한다. 아래 '원리' 항목에도 서술하겠지만, 간단하게 이유를 설명하면, 전향력과 마찰력 등에 의해 바람 방향 그대로 해류가 이동하지는 않고, 바람 방향에서 약간 오른쪽으로 돌아간 방향으로 흐르게 된다.
어느 지역에서 무역풍이나 편서풍처럼 일정한 방향으로 바람이 계속 분다면, 바람에 의한 마찰력에 의해 바닷물도 끌려가게 되며 흐른다. 이것이 취송류의 가장 기본 원리이다.
바람이 불지 않는 어느 북반구 해수면에 바람이 불기 시작하면 가장 표층에 있는 해수는 마찰에 의해 바람의 방향을 따라 이동하기 시작한다. 그러나 움직이는 시간과 거리가 길어질수록 전향력(코리올리힘)이 운동 방향의 오른쪽(남반구에서는 왼쪽) 90˚ 방향으로 힘을 받고, 이 두 힘에 의해 오른쪽 45˚ 방향으로 흐른다.
표층 바로 밑의 층에 있는 해수는 가장 표층의 해류의 마찰(점성)에 의해 끌려가는데, 이 해수 역시 운동 중 전향력의 영향을 받아 운동 방향의 오른쪽 90˚로 힘을 받고, 이 두 힘에 의해 오른쪽 45˚ 방향으로 끌려간다.
이 과정이 표층의 모든 층마다 반복되어 아래로 내려갈수록 점차 시계 방향(남반구에서는 반시계 방향)으로 해수의 흐름이 돌아가며, 마찰에 의해 유속은 점차 감소하는[4] 일종의 나선 모양의 벡터 분포가 되는데, 이를 에크만 나선(Ekman Spiral)이라 한다.
언젠가는 최초 바람이 불던 방향과 정반대로 해류가 흐르는 층이 등장할 텐데, 정반대 방향의 해류가 흐르는 층을 에크만 수심이라 부른다. 표층부터 에크만수심까지의 깊이를 에크만 층(Ekman Layer), 에크만 경계층, 또는 에크만 마찰층이라 하며 이 층까지를 바람의 영향을 받는 층으로 정의한다. 에크만층의 최하층의 유속은 (이론적으로) 표층의 $$\displaystyle \frac{1}{23}$$ 정도의 속력으로 매우 느려진다.
에크만층의 모든 해수의 수송을 적분하면 바람 방향의 오른쪽(남반구는 왼쪽) 90˚가 되는데, 이렇게 풍향의 오른쪽으로 해수가 수송되는 것을 에크만 수송이라 한다.
해류의 수평 방향 혼합을 설명할 수 있다.
해수의 용승과 침강을 설명할 수 있다.
대기 대순환에 의한 해류의 대략적인 경향을 설명할 수 있다.
1. 정의
해류 중 바람에 의해 바다 표층에 생기는 넓고 느린 해류를 말한다. 해수 표면에 부는 대다수의 해류가 취송류이거나 바람의 영향을 많이 받으며, 무역풍에 의해서 특히 잘 발달한다. (때문에 '풍성해류'라고도 부른다.) 바람에 의해 생기는 해류이므로 해수면 근처에서 가장 강하고 일반적으로는 바람 풍속의 2~5% 정도의 속력을 가지며, 깊어질수록 느려지는데, 보통 30~40m 이내, 깊어봐야 100m 정도[2]이다.
이론적으로 북반구에서 표층의 해류는 바람 방향을 따라 그대로 흐르지 않고 오른쪽(남반구는 왼쪽)으로 45˚ 치우치며[3], 실제로는 점성계수, 해수의 밀도, 바람의 변형력, 위도 등의 영향을 받아 20~40˚도 정도 치우친다.
노르웨이의 탐험가 난센이 발견하였고, 스웨덴의 해양학자 에크만이 이론적으로 확립하였다.
2. 발견
이전에도 항해하는 사람에 의해 배에 기록된 이동 정도(배의 속도를 이용해 계산)와 실제 이동 정도(경위도를 이용해 계산)가 어느 정도 차이가 있다는 사실이 알려져 있기는 하였으나, 과학적 연구로 이어지지는 않았다.
최초로 의미 있는 연구는 노르웨이의 북극 탐험가 난센과 스웨덴의 해양학자 에크만에 의해 이뤄졌다. 1893년 난센은 북극을 탐험할 때 자신의 배 프람호를 이용하여 탐험했는데, 프람호는 바닥이 둥글게 생겨 유빙이 생기면 자연스럽게 유빙 위쪽으로 올라와 배가 부서지는 것을 방지하게 만든 배로, 북극을 탐험하다 유빙에 갇히면 아예 그냥 유빙을 따라 북극을 탐험할 요망으로(...) 많은 식량을 갖고 탐험했다. 계획대로(?) 유빙에 갇힌 난센은 3년간 바람과 유빙을 따라 이동하던 중 이상한 것을 발견하였는데, 해류를 따라 이동하는 유빙이 왜인지는 모르겠지만 바람 방향의 오른쪽 약 20∼40°방향으로 흐르는 것을 발견한다.
탐험을 마친 난센은 스웨덴의 해양학자 에크만에게 이 관찰 자료들을 전달했고, 에크만은 이를 바탕으로 연구하여 취송류 이론을 확립한다. 아래 '원리' 항목에도 서술하겠지만, 간단하게 이유를 설명하면, 전향력과 마찰력 등에 의해 바람 방향 그대로 해류가 이동하지는 않고, 바람 방향에서 약간 오른쪽으로 돌아간 방향으로 흐르게 된다.
3. 원리
어느 지역에서 무역풍이나 편서풍처럼 일정한 방향으로 바람이 계속 분다면, 바람에 의한 마찰력에 의해 바닷물도 끌려가게 되며 흐른다. 이것이 취송류의 가장 기본 원리이다.
바람이 불지 않는 어느 북반구 해수면에 바람이 불기 시작하면 가장 표층에 있는 해수는 마찰에 의해 바람의 방향을 따라 이동하기 시작한다. 그러나 움직이는 시간과 거리가 길어질수록 전향력(코리올리힘)이 운동 방향의 오른쪽(남반구에서는 왼쪽) 90˚ 방향으로 힘을 받고, 이 두 힘에 의해 오른쪽 45˚ 방향으로 흐른다.
표층 바로 밑의 층에 있는 해수는 가장 표층의 해류의 마찰(점성)에 의해 끌려가는데, 이 해수 역시 운동 중 전향력의 영향을 받아 운동 방향의 오른쪽 90˚로 힘을 받고, 이 두 힘에 의해 오른쪽 45˚ 방향으로 끌려간다.
이 과정이 표층의 모든 층마다 반복되어 아래로 내려갈수록 점차 시계 방향(남반구에서는 반시계 방향)으로 해수의 흐름이 돌아가며, 마찰에 의해 유속은 점차 감소하는[4] 일종의 나선 모양의 벡터 분포가 되는데, 이를 에크만 나선(Ekman Spiral)이라 한다.
언젠가는 최초 바람이 불던 방향과 정반대로 해류가 흐르는 층이 등장할 텐데, 정반대 방향의 해류가 흐르는 층을 에크만 수심이라 부른다. 표층부터 에크만수심까지의 깊이를 에크만 층(Ekman Layer), 에크만 경계층, 또는 에크만 마찰층이라 하며 이 층까지를 바람의 영향을 받는 층으로 정의한다. 에크만층의 최하층의 유속은 (이론적으로) 표층의 $$\displaystyle \frac{1}{23}$$ 정도의 속력으로 매우 느려진다.
에크만층의 모든 해수의 수송을 적분하면 바람 방향의 오른쪽(남반구는 왼쪽) 90˚가 되는데, 이렇게 풍향의 오른쪽으로 해수가 수송되는 것을 에크만 수송이라 한다.
4. 수학적 표현
5. 영향
해류의 수평 방향 혼합을 설명할 수 있다.
해수의 용승과 침강을 설명할 수 있다.
대기 대순환에 의한 해류의 대략적인 경향을 설명할 수 있다.
6. 기타
[1] 단, 이 용어는 표동 전류(드리프트 전류)라는 의미로도 사용된다.[2] 위도와 풍속에 따라 다른데, 풍속이 10m/s인 경우 위도 45˚에서는 50m, 5˚에서는 130m 정도이다.[3] 이때 45˚는 해수면의 가장 표층에서의 결과이며, 보다 깊은 층에서는 방향이 조금씩 달라진다. 자세한 내용은 '원리' 문단 참고[4] 마찰력에 의해 에너지가 소모되므로 아래의 층은 윗층보다 느릴 수밖에 없다.