태풍은 왜 북서쪽으로 이동할까? - 태풍이 북진하는 이유, 베타효과, 베타자이어

태풍은 저위도 해상에서 발생한 뒤 대체로 서쪽 또는 북서쪽으로 이동한다.

그런데 여기서 한 가지 의문이 생긴다

무역풍대에서는 부는 바람은 북동풍인데, 왜 태풍은 왜 무역풍을 거슬러 북쪽으로도 이동할까?

이 질문을 설명할 때 등장하는 개념이 바로 베타효과다.

베타효과는 사실 이해하기 쉽지 않다.

태풍 북진의 원인의 결론만 먼저 말해본다.

위도에 따른 지구 자전에 의한 효과(전향력)의 차이가 태풍을 북진하게 한다.

1. 태풍은 기본적으로 주변 바람을 따라 이동한다

태풍 대체로 주변의 큰 규모 바람, 즉 지향류를 따라 이동한다.

저위도에서는 무역풍, 또는 편동풍의 영향이 크다.

하지만 실제 태풍 경로를 보면 단순히 바람 방향으로는 이동한지는 않고 북쪽 방향으로 이동한다.

서쪽 이동 + 북쪽 이동 = 북서쪽 이동

서쪽 이동은 무역풍으로 어느 정도 설명되지만, 북쪽 방향으로의 이동은 이해하기 쉽지 않다.

그 이유 중 하나가 베타효과이다.

2. 베타효과란 무엇인가?

베타효과를 이해하려면 먼저 행성와도를 알아야 한다.

와도에 대한 내용은 이전 글을 확인해보길 바란다.

소용돌이도(와도) - 쉽게 이해하는 유체역학 | 상대와도, 행성와도, 절대와도

소용돌이도(와도, vorticity)를 상대와도·행성와도·절대와도로 나눠 쉽게 이해하는 유체역학 가이드 기상학 해양학 필독

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행성와도를 다시 쉽게 말하자면 지구가 자전하기 때문에 생기는 회전 효과다.

지구는 자전하고 있고, 그 영향으로 움직이는 공기나 바닷물은 북반구에서 오른쪽으로 휘어지는 것처럼 보인다.

이걸 보통 전향력이라고 부른다.

그런데 전향력의 크기는 위도에 따라 다르다.

즉, 북반구에서는 북쪽으로 갈수록 지구 자전의 효과가 커진다.

이처럼 위도에 따라 행성와도, 즉 지구 자전 효과가 달라지는 것을 베타효과라고 한다.

3. 태풍은 거대한 소용돌이다

태풍은 거대한 회전 운동을 하는 공기덩어리다.

북반구의 태풍은 반시계 방향으로 회전한다.

이 그림을 조금 단순하게 보면 다음과 같다.

태풍 동쪽: 공기가 북쪽으로 이동
태풍 서쪽: 공기가 남쪽으로 이동

여기서 베타효과가 작용한다.

4. 태풍 서쪽에서는 행성와도가 감소한다

태풍의 서쪽에서는 공기가 남쪽으로 이동(남진)한다.

이때 남쪽으로 갈수록 전향력의 세기가 약해진다.

따라서 태풍의 서쪽에서는 시계 반대 방향의 와도가 생긴다.

다만 위의 설명이 과학적이라고 하기엔 다소 부족함이 있다.

정확하게는 와도로 설명해야 한다.

먼저 절대와도는 상대와도와 행성와도의 합이며, 절대 와도는 보존된다.

절대와도 = 상대와도 + 행성와도

- 행성와도: 지구 자전 때문에 생기는 와도(소용돌이도)
- 상대와도: 공기 자체의 회전 와도(소용돌이도)
- 절대와도: 둘을 합친 전체 와도(소용돌이도)

여기서 북반구에서는 북쪽으로 갈수록 행성와도가 증가하고 남쪽으로 갈수록 행성와도는 작아진다.

태풍 서쪽의 공기가 남쪽으로 이동하면 행성와도가 감소하므로 상대 와도가 증가한다.

따라서 시계 반대 방향의 회전이 강화된다.

행성와도 감소
→ 상대와도 증가
→ 시계 반대방향(저기압성) 회전 강화

즉, 태풍 서쪽에는 반시계 방향 회전이 더 강해지는 효과가 생긴다.

5. 태풍 동쪽에서는 반대 현상이 일어난다

이번에는 태풍의 동쪽은 위와 반대의 현상이 생긴다.

태풍의 동쪽 공기는 대체로 북쪽으로 이동하므로, 전향력이 점차 증가한다.

따라서 태풍의 동쪽에서는 시계 방향의 회전이 발생한다.

이걸 와도로 다시 설명해보자.

공기가 북진하면 행성와도가 증가하고, 절대 와도 보존을 위해서는 상대와도가 감소해야 한다.

상대와도가 감소한다는 것은, 북반구 기준으로 보면 반시계 방향 회전이 약해지거나 고기압성 회전 성분이 생기는 것으로 생각하면 된다.

행성와도 증가
→ 상대와도 감소
→ 시계 방향(고기압성) 회전 강화

정리하면 다음과 같습니다.

이 차이 때문에 태풍 주변의 회전은 좌우가 완전히 대칭이 아니게 된다.

6. 이 비대칭이 태풍을 북서쪽으로 이동시킨다

태풍 주변에서 행성와도와 상대와도의 변화가 서로 다르게 나타나면, 태풍 주변에는 비대칭적인 순환이 만들어진다.

이것을 베타 자이어라고 한다.

용어는 어렵지만, 결과만 말하면 아래와 같다.

베타효과 때문에 태풍 주변의 바람 구조가 비대칭이 되고, 그 비대칭 흐름이 태풍 중심을 북서쪽으로 이동시키는 성분을 만든다.

즉, 무역풍은 태풍을 주로 서쪽으로 밀고, 베타효과는 태풍이 북서쪽으로 치우치게 만드는 데 기여한다.

- 무역풍: 서쪽 이동 성분
- 베타효과: 북쪽 또는 북서쪽 이동 성분
- 결과: 북서쪽 이동 경향

그래서 저위도에서 태풍이 대체로 북서진하는 모습을 설명할 때 베타효과가 등장한다.

7. 고등학생 수준에서 가장 쉬운 설명

고등학생에게는 처음부터 와도 공식을 설명하기보다, 다음 순서로 말하는 것이 좋습니다.

첫째, 전향력은 위도에 따라 달라진다

북반구에서는 북쪽으로 갈수록 전향력이 커집니다.

둘째, 태풍은 큰 소용돌이다

태풍의 서쪽 공기는 남쪽으로, 동쪽 공기는 북쪽으로 이동합니다.

셋째, 그래서 태풍의 양쪽에서 지구 자전 효과가 달라진다

서쪽 공기는 남쪽으로 가면서 행성와도가 감소하고,

동쪽 공기는 북쪽으로 가면서 행성와도가 증가합니다.

넷째, 이 차이가 태풍 주변의 회전을 비대칭으로 만든다

그 결과 태풍 전체가 서쪽으로만 가지 않고 북서쪽으로 치우쳐 이동합니다.

학생용으로 한 문장으로 정리하면 다음과 같습니다.

베타효과는 위도에 따라 전향력의 세기가 달라지는 효과이고, 이 차이 때문에 태풍이라는 큰 소용돌이가 북서쪽으로 조금씩 이동하게 된다.

조금 더 쉽게 말하면 이렇게도 표현할 수 있습니다.

태풍의 북쪽과 남쪽이 지구 자전 효과를 다르게 받기 때문에, 태풍 전체가 북서쪽으로 밀리는 흐름이 생긴다.

8. 다만, 태풍 이동을 베타효과만으로 설명하면 안 된다

주의할 점은 태풍이 이동하는 실제 경로는 베타효과만으로 결정되지 않는다는 것이다.

태풍의 이동에는 여러 요인이 함께 작용한다.

따라서 정확히 말하면 다음과 같다.

- 태풍은 주로 주변의 큰 규모 바람인 지향류를 따라 이동한다.
- 저위도에서는 무역풍 때문에 서쪽으로 이동하는 경향이 크고, 베타효과 때문에 북서쪽으로 치우치는 성분이 생긴다.

즉, 베타효과는 태풍 이동의 전부가 아니라, 태풍이 북서쪽으로 이동하는 경향을 설명하는 중요한 원리 중 하나이다.

9. 최종 정리

태풍이 무역풍대에서 북서쪽으로 이동하는 이유를 정리하면 다음과 같다.

1. 저위도에서는 무역풍 때문에 태풍이 대체로 서쪽으로 이동한다.

2. 하지만 태풍은 거대한 반시계 방향 소용돌이다.

3. 태풍의 서쪽 공기는 남쪽으로 이동하면서 행성와도가 감소한다.

4. 절대와도는 보존되어야 하므로 상대와도는 증가한다.

5. 반대로 태풍의 동쪽 공기는 북쪽으로 이동하면서 행성와도가 증가하고, 상대와도는 감소한다.

6. 이 차이가 태풍 주변의 비대칭 흐름, 즉 베타 자이어를 만든다.

7. 그 결과 태풍은 단순히 서쪽이 아니라 북서쪽으로 이동하는 경향을 보인다.

마지막으로 베타효과의 핵심을 요약하면 아래와 같다.

지구 자전 효과는 위도에 따라 달라진다.
태풍처럼 큰 소용돌이는 그 차이가 영향을 미칠만큼 크다.
그래서 태풍 주변의 회전이 비대칭이 되고, 태풍은 북서쪽으로 이동하는 성분을 갖게 된다.