대기과학(Atmospheric Science) 문답 #12. Mesoscale Storms. Part II

#1. 중규모 대류계(Meso-scale Convectional System, MCS)란 무엇인가? 중규모 대류계의 예시로는 무엇이 있는가? 3가지만 들어보시오.

여러 개의 뇌우가 모여 하나의 거대한 대류계를 형성한 것을 중규모 대류계라 한다. 중규모 대류계의 예시로는 한랭전선 부근에서 발달하는 스콜선 뇌우, 덩어리지어 발달하는 구름무리, 구름무리보다 조금 더 큰 규모인 중규모 대류 복합체(MCC)가 대표적이다.

#2. 스콜선 뇌우는 어디서 발달하며, 어떤 특성을 가지는가? 왜 그 지역에서 발달할 수 있는가?

스콜선 뇌우는 주로 중위도 저기압의 한랭전선 상이나 전면부에서 나타나며, 보통 한랭 전선을 따라 선형으로 발달한다. 이 지역에서 스콜선 뇌우가 발달할 수 있는 이유는 한랭 전선의 급한 기울기에 의하여 발달 가능한 강한 상승 기류와 한랭 전선에서 발달하는 강한 연직 바람 시어가 있다.

#3. 구름무리와 중규모 대류 복합체는 무엇인가?

덩어리 진 형태로 발달하는 MCS를 구름 무리라 한다. 구름무리보다 더 큰 규모로 발달한 덩어리진 형태의 MCS를 중규모 대류 복합체(Meso-scale Convectional Complex, MCC)라 한다.

#4. 하강버스트란 무엇인가? 하강 버스트는 두 종류로 나눌 수 있다. 각각을 정의하고 설명하면? 하강 버스트는 어떤 효과를 가져올 수 있는가?

MCS에서 발달하는 강한 하강 기류를 하강 버스트라 한다. 하강 버스트는 그 지속 시간과 범위에 따라 Macrobust와 Microbust로 나눌 수 있다.

• Macrobust: 지속 시간 길고, 범위 넓음
• Microbust: 지속 시간 짧고, 범위 좁음

일반적으로 하강 버스트는 한랭한 하강 기류가 발달하는 것이므로, 지표의 기온을 하강시키며 돌풍을 유발시킬 수 있다. 공항 근처에서 발달하는 경우 항공기의 이착륙에 영향을 줄 수 있으며, 실속을 유발할 수도 있다.

#5. 유출류 경계란 무엇인가?

MCS에서 하강한 한랭 기류가 지표의 공기와 형성하는 총 경계, 즉 돌풍전선을 모두 이은 곡선을 유출류 경계라 한다.

#6. 드레쇼(Derecho)란 무엇인가? 그 영향과 풍속은 어떠한가? 레이더 상에서 드레쇼는 주로 어떤 모양으로 나타나는가?

MCS에서 강한 하강 기류가 지표에 도달하여 수평적으로 강한 바람을 형성하는 경우 이 강한 수평 바람을 드레쇼(Derecho)라 한다. 일반적으로 드레쇼는 그 영향 범위가 수백 km 이상에 달하며, 풍속은 태풍 급이다.

레이더 상에서 드레쇼는 주로 활 모양의 에코(bow-echo)로 나타난다.

#7. 뇌우는 어떤 요건에서 잘 발달하는가?

뇌우는 강한 상승 기류가 있는 경우에 잘 발달할 수 있다. 강한 상승 기류가 발달하기 위해서는 대기의 불안정과 상승 요인이 필요하다.

대기의 불안정의 경우 수증기의 공급으로 다습한 대기 조건이 구성되거나, 하층의 가열로 인하여 열적 대기 불안정이 유발되면 된다.

상승 요인의 경우 지형지물에 의한 강제 상승을 생각해볼 수도 있으며, 국지적 가열을 통한 열기포와 상승을 생각해볼 수도 있다.

#8. 중위도 기압계에서 뇌우는 주로 어디에 발달하는가?

뇌우는 중위도 기압계의 한랭 전선 상과 그 전면부에서 스콜선 뇌우 형태로 발달할 수 있다. 앞서 언급했듯이, 한랭 전선의 급한 기울기는 강한 상승 기류를 유발하기에 적절하며, 또한 한랭 전선에서는 강한 연직 바람 시어가 형성되기 때문에 뇌우가 발달하기 좋다. (MCS)

#9. 지리적 분포에 의하여 뇌우가 발생할 수도 있다. 산맥의 경우와 온난 해류역에서 뇌우는 어떻게 발생할 수 있는가?

산맥의 경우 산맥을 넘어 바람이 부는 경우, 산맥에 의한 강제 상승에 의한 강한 상승 기류의 발달로 뇌우가 유도될 수도 있다. 온난 해류역의 경우. 온난 해류로 인한 수증기 공급과 하층 대기 가열로 대기 불안정이 유도되어 뇌우가 잘 발달할 수 있다.

#10. 연직 대기 분포가 어떠한 경우에 뇌우가 잘 발달할 수 있는가?

저기압축이 서편화되어 있고, 상층 대기가 한랭한 경우 뇌우가 잘 발달할 수 있다. 서편화되어 있는 저기압축의 경우 상층 발산역이 지상 기압계의 상승 기류를 유도하므로 더 강한 상승기류가 발달할 수 있으며, 상층 대기가 한랭한 경우 열적 대기 불안정이 더욱 유도되기 때문에 뇌우가 더욱 잘 발달 가능하다.

#11. 번개는 무엇인가? 번개는 왜 발생하는가?

구름과 구름 사이, 혹은 구름과 지면 사이에 대전으로 인하여 발생하는 전기 방전으로 섬광이 나는 현상을 번개라 한다. 번개는 구름과 구름 사이 혹은 구름과 지면 사이에 대전이 일어나고, 이 대전이 임계 전압을 초과하는 경우에 전기 방전이 발생하면서 나타난다.

#12. 구름 – 지면 사이의 번개의 발생 과정을 구름 대전 – 계단선도 – 되돌이뇌격으로 설명하면?

우선 뇌우운이나 적운과 같은 연직 거대 구름의 경우 내부 입자 충돌로 인하여 주로 상층에는 양전하, 하층에는 음전하가 유도됨이 알려져 있다. 운저에 유도된 음전하는 지면을 유도 분극하여 양전하를 유도하는데, 일반적으로 공기는 절연체이기 때문에 임계 전압에 이를 때까지는 방전이 일어나지 않는다.

임계 전압에 다가감에 따라 뇌우 하부에서는 음전하(전자)가 지면으로 내려오는 계단선도가 형성된다. 그러다가 계단 선도가 지면과 만나는 경우, 지면의 양전하가 빠르게 구름으로 상승하면서 강한 섬광을 내뿜는 되돌이뇌격이 형성된다. 계단 선도의 형성과 되돌이뇌격이 단시간격으로 여러 차례 반복되면서 전기 방전이 일어나고, 번개와 천둥이 나타난다.

#13. 천둥이란 무엇이며, 왜 발생하는가?

번개와 동반되어 나타나는 소음을 천둥이라 한다. 천둥은 번개를 발생시키는 전기 방전이 일어나는 경우, 이 전기 방전이 주변 공기를 가열하여 팽창시키기 때문에 발생하는 충격파로 이해 가능하다.

#14. 토네이도란 무엇이며, 주로 어디에서 발달하는가? 초대형세포 뇌우 하부에서의 깔대기 구름과 토네이도는 어떻게 구별되는가?

주로 초대형세포 뇌우의 하부에서 관측되는 강한 회전성 상승 기류를 토네이도라 한다. 토네이도는 주로 초대형세포 뇌우의 하부에서 잘 발달하지만, 육지 용오름이나 용오름, 돌풍 네이도 등 다른 조건에서도 발달할 수도 있다.

초대형세포 뇌우 하부에서 깔대기 구름이 지표면에 도달하는 경우 토네이도라고 명칭하는 편이다.

#15. 토네이도 군이란 무엇인가? 토네이도 폭발이란 무엇인가?

여러 개의 토네이도가 동일 뇌우운 밑에서 발달한 것을 통칭하여 토네이도 군이라 한다.

한 지역에서 주로 6개 이상의, 여러 개의 토네이도가 동시에 발달하는 것을 가리켜 토네이도 폭발이라 한다.

#16. 토네이도는 모든 초대형세포 뇌우에서 발달하는가? 토네이도는 주로 어느 국가, 어느 지역에서 발달하는가? 토네이도는 어느 계절, 어느 시간대에 주로 발달하는가?

토네이도는 모든 초대형세포 뇌우에서 발달하지는 않는다. 충분히 강한 상승 기류가 있는 경우에만 발달하기 때문이다. 통계에 따르면 초대형세포 뇌우의 15% 정도에서 발달한다.

토네이도는 주로 우리나라에서는 발달하는 조건이 구성되지는 않아 드물고, 주로 거대한 땅덩어리가 있는 미국, 중국, 호주 등지에서 발달하며 주로 대평원에서 발달한다.

토네이도는 주로 강한 상승 기류가 존재할 수 있는 여름철과 주간대에 잘 발달하는 편이다.

#17. 토네이도에는 태풍과 마찬가지로 가항 반원과 위험 반원이 존재한다. 각각은 왜 발달하는가? 이 가항 반원과 위험 반원의 존재를 고려할 때, 토네이도가 접근하는 경우, 북반구 기준으로 어느 방향으로 대피하는 것이 유리한가?

토네이도도 저기압성 회전을 보이는 상승류이기 때문에, 그 진행 속도와 풍속이 더해지는 위험 반원과 진행 속도와 풍속이 빼지는 가항 반원이 존재하게 된다.

북반구 기준으로, 주로 토네이도는 반시계성 회전을 보이기 때문에, 토네이도가 접근해오는 경우 가항 반원은 토네이도를 바라볼 때 오른쪽에 있으므로, 토네이도를 보고 오른쪽으로 대피하는 것이 보다 바람직하다.

#18. 토네이도의 강도는 어떤 규모로 구분하는가? 이 규모는 무엇을 기준으로 하였는가? 개선된 이 규모는 몇 단계로 구성되는가?

토네이도의 강도는 일본의 기상학자가 목조 가옥에 토네이도가 미친 영향을 기준으로 분류한 후지타 규모를 사용하여 분류했다. 최근에는 강화 후지타 규모(EF)를 통하여 미국 기상청은 총 5단계(EF1 ~ EF5)로 토네이도 강도를 분류한다.

#19. 토네이도는 초대형세포 뇌우 하부에서 잘 발달한다. 그런데 구체적으로 어떤 과정을 통하여 토네이도가 발달하게 되는가?

주로 연직 바람 시어 등으로 인하여 발달한 수평 대기 회전류나 맴돌이류가 강한 상승기류를 만나는 경우 회전 상승류가 되어 토네이도가 된다. 보통 초대형세포 뇌우가 발달하게 되는 강한 연직 바람 시어에서 수평 대기 회전류가 있거나, 혹은 산맥의 영향으로 연직 바람 시어가 발달하는 경우 이것이 초대형세포 뇌우의 발달로 인한 상승 기류를 만나면 토네이도가 형성되게 된다.

산맥의 영향으로 발달하는 수평 회전류의 경우는 주로 미국 Rocky 산맥에서의 영향을 생각해볼 수 있다. Rocky 산맥의 동쪽에서는 멕시코 만류 부근에서 유입된 온난 다습한 공기가 동풍으로 유입되고, Rocky 산맥의 서쪽으로부터는 한랭한 공기가 상층으로 유입되어 강한 연직 바람 시어와 동반하여 대기 불안정이 유도되어 토네이도가 잘 발달하는 조건을 만든다.

#20. 토네이도는 초대형세포 뇌우 하부가 아닌 다른 조건에서도 발달할 수 있다. 주로 이러한 조건은 어떤 조건인가? 이러한 비초대형세포 토네이도의 예시를 3가지만 들고 각각 간단히 설명하면?

토네이도는 초대형세포 뇌우 하부가 아니라, 수렴풍이 존재하는 지역이 상승 기류를 만나는 경우에도 들어올려지면서 발생할 수도 있다.

비초대형세포 토네이도의 예시로는 돌풍 토네이도, 육지 용오름, 용오름 정도를 들 수 있다. 돌풍 토네이도는 돌풍 전선에서의 상승 기류에 의하여 발생하는 토네이도를 말하며, 육지 용오름은 육지의 수렴풍 지역이 웅대적운 등에서의 상승기류를 만나 발생하는 토네이도를, 용오름은 해상에서 적운과 동반하여 발생하는 토네이도를 말한다.