안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
대기 역전층이 오염물질을 가두는 원리는 기온 역전으로 인한 대기 대류 운동의 차단에 있습니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드리겠습니다.
일반적인 대류권에서는 고도가 100m 높아질 때마다 기온이 약 0.65°C씩 낮아집니다. 지표면 근처의 따뜻해진 공기는 밀도가 낮아 위로 떠오르고, 상공의 차가운 공기는 아래로 내려오는 대류 현상이 활발하게 일어나는데, 이때 공장이나 자동차에서 나온 오염물질도 상승 기류를 타고 높이 올라가 바람을 타고 넓게 확산 및 희석됩니다. 겨울철 바람이 없고 맑은 밤에는 지표면이 열을 우주로 빠르게 방출하는 방사 냉각 현상이 일어나 지표면과 접한 아래쪽 공기가 상공의 공기보다 더 차갑게 식어버리면서 아래는 차가운 공기, 위는 따뜻한 공기라는 비정상적인 기온 배치가 만들어집니다.
차가운 공기는 밀도가 높아 바닥에 깔리려 하고, 따뜻한 공기는 밀도가 낮아 위에 있으려 합니다. 물리적으로 가장 안정적인 배치가 되어 공기가 위아래로 섞이는 대류 현상이 일절 일어나지 않아, 배기가스나 매연이 따뜻한 상태로 배출되어 위로 상승하다가, 자신보다 기온이 높고 가벼운 역전층 공기 마디를 만나게 되는 순간 상승하던 오염 공기는 주변보다 상대적으로 차갑고 무거운 상태가 되어 부력을 잃고 더 이상 위로 올라가지 못합니다.
결과적으로 역전층이 거대한 공기 뚜껑처럼 지붕을 형성하면서, 지표면 근처에서 새로 발생하는 오염물질이 위로 빠져나가지 못하고 갇히게 됩니다. 여기에 겨울철 낮아진 습도와 결합하면서 매캐한 고농도 스모그가 지표면 근처에 밀집하게 됩니다.