가온위 (virtual potential temperature)
한 줄 정의: 수증기의 밀도 효과까지 반영해 보정한 온위로, 부력을 판단하는 기준량입니다.
쉽게 풀면
수증기는 건조공기보다 가벼워서, 같은 온도라도 습한 공기가 더 잘 떠오릅니다. 가온위는 이 효과를 온도에 얹어 보정한 가온도를 다시 온위로 바꾼 값입니다. 그래서 습도가 다른 공기끼리 '어느 쪽이 더 뜨는가'를 비교할 때는 온위가 아니라 가온위를 봐야 합니다.
왜 중요한가
경계층 연구와 수치모델의 부력 계산에서 사실상 표준 변수입니다. 혼합층이 어디까지인지, 대류가 어디서 멈추는지를 가온위의 연직 분포로 판정하기 때문에, 경계층 구조를 다루는 논문에서는 거의 항상 등장합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"가온위가 고도에 따라 거의 일정한 층을 혼합층으로 정의하고, 그 위에서 급격히 증가하는 지점을 혼입대로 판정하였다."
경계층의 층 구조를 가온위 연직분포로 나누는 표준적인 방법을 설명하는 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
정의는 대략 θv≈θ(1+0.61q-q_l)로, q는 비습, q_l은 액체수 함량입니다. 액체수 항이 음수로 들어가는 이유는 구름 물방울이 공기를 무겁게 만들어 부력을 깎기 때문이며, 이를 물부하 효과라고 부릅니다. 부력은 주변과의 가온위 차에 비례하므로, 대류가용잠재에너지를 엄밀히 계산할 때도 가온위 차이를 쓰는 것이 원칙입니다.
주의할 점
가온도와 이름이 거의 같지만, 가온도는 기압 보정이 없는 온도이고 가온위는 1000hPa로 환산한 값이라 서로 다른 양입니다. 수증기 효과는 보통 1K 안팎으로 작아 보이지만, 부력 차이를 다룰 때는 이 정도 차이가 결과를 바꿀 수 있습니다.