개요
- 대류권은 일반적으로 하층은 온난하고 상층은 한랭한 불안정한 상태의 연직 기온 분포가 나타난다.
- 따라서 비교적 밀도가 작은 지상의 공기는 상층으로 이동하고 비교적 밀도가 큰 상층의 공기는 하층으로 이동하게 되므로 대류 운동이 일어나게 된다.
- 이와는 반대로 하층이 한랭하고 상층이 온난한 연직 기온 분포가 나타나게 되면 앞의 경우와 달리 대류 운동이 일어나지 않게 되며 매우 안정한 기층이 된다.
- 이와 같이 대기의 연직 방향 운동을 좌우하는 대기 안정도는 기온의 연직 분포에 의하여 결정되며, 오염물질의 확산에 큰 영향을 미친다.
- 굴뚝에서 방출되는 연기의 모양은 대기의 연직 온도분포(자유대류)와 연직 바람분포(강제대류)에 의해 결정된다.
- 즉, 연직 온도분포와 바람분포를 알면 연기의 모양을 알 수 있으며, 반대로 연기의 형태를 통해 온도와 바람의 연직분포를 알 수 있다.
- 연기의 모양은 풍속의 크기와 대기 안정도에 따라 분산의 형태가 달라지며, 전형적인 형태는 다음과 같다.
환상형(looping)
이 형태는 절대불안정한 대기조건과 강한 풍속으로 대류 혼합이 심할 때 나타난다. 따라서 날씨가 맑고 태양복사열이 강한 따뜻한 계절에 주로 발생한다. 열역학적으로 생긴 난류는 큰 소용돌이를 일으켜 굴뚝연기를 전부 지표면까지 이동시킬 수 있다. 이 형태의 연기는 강한 난류에 의해 재빨리 분산되나 연기가 지표면에 도달하는 경우 굴뚝 가까운 곳의 지표농도는 높을 수 있다.
원추형(coning)
이 형태는 구름이 낀 날이나 밤에 바람이 강하지 않을 때 발생하기 쉬우며, 계절과 밤낮에 구애받지 않고 생길 수 있다. 날씨가 흐리고 바람이 약할 때 즉 대기 상태가 중립일 때 약한 난류에 의해 이런 균일한 모양이 발생한다. 이 형태의 연기는 거의 지표 가까이 도달하지 못한다.
부채형(fanning)
이 형태는 대부분 밤이나 이른 아침에 발생한다. 고기압 구역에서 하늘이 맑고 바람이 약할 때 복사 역전층이 생기는데, 이런 곳에서 오염 물질이 방출되면 평평하고 반듯한 모양의 분산 형태가 나타난다. 굴뚝이 높을 때는 오염 물질이 지표에 도달하지 않지만, 굴뚝이 주위 지형에 비해 상대적으로 낮을 때에는 오염 문제가 매우 심각해질 수 있다.
지붕형(lofting)
이 형태는 초저녁부터 이른 아침에 걸쳐 많이 발생한다. 고기압 지역에서는 하늘이 맑고 바람이 약하여 복사역전층이 생기는데, 이 복사역전층이 오염 방출원의 높이보다 얇은 지표 부근에서 생길 때 역전층 위에서는 약간 불안정한 상태가 되어 오염 물질이 위로만 퍼지게 된다. 굴뚝에서 배출되는 오염 물질에 의한 오염 농도만을 고려한다면 지표 부근에서의 오염 농도는 이때가 제일 적다.
훈증형(fumigation)
이 형태는 아침 일사에 의해 점점 지표가 불안정해지면 밤 동안 생겼던 복사 역전이 점차 하층에서부터 해소되는 과정에서 생긴다. 이 불안정층이 굴뚝 높이까지 다다르게 되어 굴뚝에서 배출되는 오염 물질이 아래로 분산되면 결국 연기의 오염물질은 지표면까지 영향을 미치게 된다. 그러나 이 형태는 대체로 길게는 30분 정도밖에 지속되지 않는다. 또한 이 형태는 저기압 구역에서 바람이 강할 때 나타나기도 한다. 이때 오염 물질 배출구 주위에서 오염농도가 크게 나타나는데 이런 경우를 downwash 현상이라고 한다. 이 현상은 굴뚝에서 방출되어 나오는 분출 속도가 그 고도의 풍속보다 작을 때 나타나며, 분출 속도를 풍속의 2배 이상으로 배출시키면 이러한 현상은 나타나지 않는다.
구속형(trapping)
이 형태는 계절에 상관없이 고기압 지역에서 장시간 계속되는 침강역전이나 전선면에서 생기는 전선역전이 생겼을 때, 이때 하층에 복사역전이 형성되어 두 역전층 사이에 굴뚝 연기가 배출되면 연기가 구속되어 정체된다.
