한대와 열대 연교차의 차이, 북회귀선(지구과학 전문가 답변부탁)

이는 입사하는 에너지의 양의 차이가 기본적으로 선형이 아니기 때문에 더 강하게 그 차이를 느끼게 되는 겁니다. 물론 어떤 위도 상에서 나타나는 기온에 영향을 주는 요소는 다양합니다. 하지만 가장 직관적이고 간단하게 설명해보면 아래와 같습니다.

 

어떤 광선이 지표에 입사한다고 가정합시다.

 

지표에 입사하는 광선은 구형의 단면을 갖고 있으며, 그 반경이 r이라고 합시다. 그리고 실제로 입사하여 비춰지는 면이 타원을 이루고, 이 타원의 장축은 R이라는 값(장반경)을 갖는다고 합시다.

 

지면과 광선이 이루는 각을 A라고 합시다. 그렇다면 R과 r 사이에는 다음과 같은 식이 성립합니다.

 

2R*sinA=2r

따라서 r/R=sinA

 

입사하는 광선의 단면적은 pi*r*r이고, 실제 닿는 면적은 pi*r*R이 되므로 두 면적비는 sinA가 됩니다. 입사각이 클수록 두 면적의 비는 1에 가까워지게 됩니다. 또한 면적 차이가 클 수록 단위 표면당 받는 에너지량은 감소합니다. 즉, r이 상수라고 가정하면,

 

입사하는 에너지는 pi*r*r에 비례하며, 이를 면적 pi*r*R로 나누게 되면, 면적비만큼 표층의 에너지량과 비례하는 겁니다.

 

이 관계는 삼각함수 그래프가 되고, 이 그래프의 기울기는 cosine함수를 따릅니다. 이 때 기울기가 큰 곳은 중위도 지역이 되므로(A=pi/4) 기온차이는 더 극명해집니다.

 

쉽게 말해서 어느 지역이나 입사하는 태양광의 입사각은 똑같이 변하지만, 위도에 따라 단위 면적당 흡수하는 에너지의 값 차이가 일정하지 않기 때문(선형적이지 않기 때문)입니다.

 

 

한편, 태양광이 수직으로 입사하는 곳을 1년동안 이으면 이는 sine 곡선을 그리며, 이 때 이 곡선의 최대값에 해당하는 위도를 북회귀선, 최솟값에 해당하는 위도를 남회귀선이라고 합니다.

 

북회귀선 근처에 (수직으로 입사하는) 태양광이 놓여 있을 때 북반구 중위도는 단위표층에 도달하는 에너지가 높아 여름 기후를 형성하고, 반대로 남회귀선 근처에 태양광이 놓여 있을 때 중위도는 단위표층에 도달하는 에너지가 가장 낮아 겨울계절을 겪게 됩니다.

즉. "북회귀선과 남회귀선 때문에" 계절이 형성된다는 말은 틀린 겁니다. 계절은 지구 자전축이 기울어져 있기 "때문에" 나타납니다. 

그리고 북회귀선과 남회귀선은 "지구 자전축이 기울어져 있기 때문에" 정해진 일련의 위도입니다. 과학을 공부하기 전에 머리 속에 논리 구조부터 정확하게 잡으세요. 인과관계를 정확하게 아는 것은 어느 학문을 하던 가장 기초가 됩니다. "때문"이라는 단어는 논리 단어이고, 인과관계를 서술하는 단어이므로 앞 뒤의 관계가 정확한 것인지 파악하고 나서 질문하는 것이 기본입니다.