코리올리 회전: 폭풍은 왜 회전할까

공기는 저기압 중심을 향해 흐르는데, 열대성 저기압은 왜 중심을 그냥 메우지 않고 회전할까요? 그 답은 우리가 회전하는 행성에 살고 있기 때문입니다.

지구는 약 24시간에 한 번 회전하므로 Ω = 7.292 × 10⁻⁵ rad/s입니다. 회전하는 지구의 관점에서 움직임을 설명하면, 움직이는 물체가 코리올리 효과라고 하는 겉보기 힘에 의해 옆으로 밀리는 것처럼 보입니다. 지구 밖에서 지켜보면 물체를 미는 것은 아무것도 없습니다. 지면이 물체 아래에서 회전하고 있는 것입니다. 회전 좌표계에서 가속도는 a = −2 Ω × v이며, 항상 운동 방향과 직각을 이룹니다.

지면을 따라 움직일 때 중요한 것은 위도 φ에서 지구 자전 중 수직인 부분입니다. 이로부터 코리올리 매개변수를 구할 수 있습니다.

f = 2 Ω sin φ

• 위도 45°에서는 f = 2 × 7.292 × 10⁻⁵ × 0.707 ≈ 1.03 × 10⁻⁴ s⁻¹입니다.
• 극(90°)에서는 f가 가장 크며, 약 1.46 × 10⁻⁴ s⁻¹입니다.
• 적도(0°)에서는 f = 0입니다. 수평 운동에 대해 옆으로 미는 힘이 없습니다.

이 힘은 아주 작습니다. 위도 45°에서 10 m/s로 부는 바람이 받는 가속도 f × v는 약 0.001 m/s²에 불과하며, 중력보다 약 1만 배 약합니다. 그래도 중요한 이유는 바람과 해류가 몇 시간, 며칠, 수천 킬로미터에 걸쳐 작용하기 때문입니다.

어느 방향일까? 북반구에서 움직이는 공기는 오른쪽으로 편향됩니다. 남반구에서는 왼쪽으로 편향됩니다.

이제 공기가 저기압 중심을 향해 흐른다고 생각해 봅시다. 북반구에서는 공기 덩어리 하나하나가 오른쪽으로 꺾이므로 중심에 도달하는 대신 중심 주위를 휘돌아 흐릅니다. 전체 시스템은 북반구의 저기압 주위를 반시계 방향(위에서 내려다본 기준)으로 순환하고, 남반구에서는 시계 방향으로 순환합니다. 지표면 근처의 마찰 때문에 일부 공기는 여전히 나선형으로 안쪽으로 들어가며, 이 과정이 폭풍에 계속 에너지를 공급합니다.

적도 근처에서는 f → 0이 되기 때문에 이 효과가 사라집니다. 열대성 저기압은 바람을 조직할 만큼 회전이 충분하지 않으므로 적도에서 약 위도 5° 이내(대략 500 km)에서는 거의 형성되지 않습니다.