더욱! 신비롭고 재미있는 날씨 도감

대단한 구름 이야기

구름 속은 무엇으로 이루어져 있을까?

구름 위를 걷는 상상을 해 본 적 있나요? 구름은 눈에 보이지 않을 만큼 작은 물과 얼음 입자가 무수히 많이 모여 있는 상태예요. 그래서 구름 위를 걸으려고 하면 안타깝게도 발 디딜 곳이 없어 몸이 구름을 통과하게 됩니다. 그러면 구름 속은 어떻게 만들어져 있을까요?

구름 속은 새하얀 세계예요. 구름이 하얗게 보이는 이유는 구름 입자에 부딪친 태양 빛이 사방으로 흩어지기 때문인데 구름 속에서는 흰색 빛에 둘러싸여 주위가 보이지 않아요. 뇌운(적란운)처럼 키가 큰 구름이라면 빛이 아래쪽까지 도달하지 못해 구름 속은 어두운 회색으로 보여요. 비행기를 타면 쉽게 구름 속 세상을 체험할 수 있습니다.

높은 하늘의 엷은 구름인 권층운 속으로 들어가면, 햇무리와 아크라는 무지개 색의 빛이 선명하게 보여요. 등산할 때 산에 걸린 구름 속으로 들어가거나 평지에서 지면에 접해 있는 구름이라고 할 수 있는 안개 속으로 들어가면 구름 속을 체험할 수 있어요. 비가 갠 다음 날 아침에는 안개가 발생하기 쉬우니 꼭 안개 속으로 들어가 구름을 느껴 보세요.

깨알지식 : 구름 속은 습도가 100%라서 매우 습해요. 진한 구름(안개) 속이라면 1cm2당 100~1,000개의 구름 입자가 들어 있어요. 구름과 안개 속은 흥미롭지만 오래 머물면 옷과 머리가 젖어 감기에 걸리기 쉬우니 주의하세요.

구름을 보면 비가 내릴지 안 내릴지 알 수 있다 [관찰하기]

여름 날씨는 급변하기 일쑤지만 구름이 뭉게뭉게 피어오르는 정도에 따라 비가 내릴지, 내리지 않을지 알 수 있어요. 먼저 하늘에 나타나는 뭉게구름은 적운입니다. 적운의 상부가 평평한 모양 이면 구름이 성장하기 어려운 대기가 안정된 상태이기 때문에 맑은 날씨가 이어집니다. 반면 구름이 성장하기 쉬운 대기가 불안정한 상태에서는, 적운의 위쪽에 활발하게 움직이는 병적운이 나타나고 이 구름이 성장하면 봉우리구름이라 불리는 웅대적운이 됩니다.

웅대적운의 아래쪽에서는 장대비가 퍼붓는데 구름이 더욱 발달하면 천둥 번개를 동반한 적란운이 됩니다. 구름이 발달할 수 있는 한계 높이까지 성장한 적란운의 위쪽에는 모루구름이라 불리는 옆으로 퍼지는 형태의 구름이 만들어져요. 이때 구름의 아래쪽에서는 억수 같은 뇌우가 나타납니다.

구름을 보고 날씨 변화를 예상하는 것을 관천망기라고 불러요. 특히 여름 하늘에 뭉게뭉게 피어오르는 구름은 날씨가 급변할 징조입니다. 이럴 때는 비가 내리기 전에 서둘러 귀가하는 게 좋겠죠?

깨알지식 : 봉우리구름과 적란운은 여름에 관찰되는 구름이라는 인식이 강하지만, 높은 하늘에 강한 한기가 유입되면 대기가 불안정해지기 때문에 울릉도 같은 지역에서는 겨울에도 이러한 구름을 관찰할 수 있어요. 겨울의 적란운은 여름에 비해 키가 작지만 뭉게뭉게 피어오르는 모양은 같답니다.

〈천공의 성 라퓨타〉 속 ‘용의 소용돌이의 정체

우리에게도 잘 알려진 애니메이션 영화 <천공의 성 라퓨타>에는 용의 소용돌이라 부르는 커다란 구름이 등장합니다. 여기서 용의 소용돌이가 무슨 구름인지 과학적으로 살펴볼까요?

먼저, 용의 소용돌이라는 구름 전체가 반시계 방향으로 돌고 있는 것으로 보아 북반구에서 발생하고, 작은 저기압(p.90)을 품고 있는 거대 적란운인 슈퍼셀로 추측할 수 있어요. 그리고 비행선 타이거모스호가 동쪽으로 가야 하는데 북쪽으로 나아가고 있다는 점, 비행선의 고도가 일정하다는 가정 하에 수은주가 점점 떨어지고 있다는 점을 볼 때 비행선은 저기압의 중심을 향해 나아가고 있다고 짐작할 수 있습니다.

구름 가까이에서 주인공이 "반대편에서는 바람이 반대로 불고 있다" "바로 앞에 바람의 벽이 있다"고 하는 말을 통해 비행선이 슈퍼셀의 북쪽을 향하고 있다고 생각할 수 있어요. 또 슈퍼셀이 일으키는 반시계 방향의 동풍과는 반대로 상공에는 서풍이 불고 있는 점 또한 슈퍼셀의 특징과 일치해요. 이러한 점을 종합했을 때, 용의 소용돌이는 전형적인 슈퍼셀이라고 말할 수 있는 것이죠. 애니메이션 작품에 등장하는 구름과 하늘을 과학적 근거로 살펴보니 작품 뿐만 아니라 구름 공부도 더욱 재미있어지지 않나요?

깨알지식 : 애니메이션이나 만화, 소설 같은 창작물은 픽션이 가미된 작품이므로 그 내용 모두가 과학적으로 설명 가능해야 할 필요는 없어요. 즉, 과학적으로 납득할 수 없는 묘사가 있다고 해도 잘못된 일은 아닙니다. 작품은 작품으로 즐기면서 구름 지식도 활용해 보아요!

대단한 하늘 이야기

쌍무지개 사이의 어두운 하늘에는 이름이 있다 [관찰하기]

이중으로 장대하게 뻗은 쌍무지개가 하늘에 걸린 것을 본 적 있나요? 두 무지개 사이의 하늘은 자세히 보면 약간 어두운 색을 띠는데, 이 부분에는 정식 이름이 있답니다. 기상학자들은 이 부분을 알렉산더의 어두운 띠라고 불러요.

무지개는 태양과 반대편에서 비가 내릴 때 빨간색부터 보라색까지 원호 형태로 연속되어 하늘에 나타나는 빛의 띠입니다. 안쪽의 무지개를 주무지개, 바깥쪽을 부무지개라고 하는데, 태양과 정반대 위치인 대일점을 중심으로 원 모양으로 형성됩니다. 주무지개, 부무지개를 만드는 태양광이 비 입자 속에 들어가 굴절돼 나오는 각도는 주무지개에서 42°, 부무지개에서 50°로 정해져 있어요. 비 입자 안에서 주무지개는 1회, 부무지개는 2회 반사하면서 부무지개가 상대적으로 색이 연해져요. 그래서 대기 오염이 심하면 주무지개만 보여요. 어두운 띠 부분의 하늘에서도 비 입자 속으로 빛이 들어가지만 주무지개 와 같은 굴절을 하는 빛은 아래쪽으로 꺾여서 지나가기 때문에 관측자의 눈에 도달하지 않습니다.

이 때문에 빛이 집중돼서 상대적으로 밝은 주무지개의 안쪽과 비교적 어두운 부무지개의 바깥쪽의 차이 때문에 하늘이 어두워 보이게 됩니다. 무지개와 만나고 싶은 분들은 잠깐씩 비가 개었다 내렸다 하는 여우비가 오는 날을 노려 보아요. 무지개와 함께 알렉산더의 어두운 띠도 찾아보세요.

깨알지식 : 알렉산더의 어두운 띠는 고대 그리스 철학자인 알렉산드로스가 그러한 현상을 최초로 기술한 데서 유래했어요. 그는 철학자인 아리스토텔레스의 책을 해설한 주석서를 많이 남겨서 후대에 주석자라는 별명으로 불리기도 했습니다. 주석자의 어두운 띠···!

신비로운 쌍둥이 무지개와 끊어진 무지개 [실험하기]

무지개의 세계는 심오하고 때로는 불가사의한 모습을 우리에게 보여 줍니다. 그중 하나가 쌍둥이 무지개입니다. 2개의 무지개는 구형의 비 입자를 통과하는 태양광이 굴절, 반사하여 발생하지만, 비 입자가 크지 않고 만두 모양일때는(p. 78), 무지개의 원호 윗부분에서 주무지개가 살짝 어긋나면서 겹쳐진 것 같은 무지개가 나타나기도 해요.

그 외 무지개가 중간에 끊어진 것 같은 모습의 무지개도 있어요. 무지개의 빛은 태양광이 구형의 물 입자를 통과할 때 굴절하면서 색이 분리돼요. 순수한 물로 이루어진 입자를 통과할 때 주무지개에서는 태양광이 굴절, 반사로 42° 구부러지면서 나가요. 그러나 바닷물은 소금이 녹아 있기 때문에 굴절하는 비율이 조금 달라지는데 바다의 물보라에 의해 생겨난 무지개는 그 반경이 약0.8 작아지게 됩니다.

따라서 비가 만드는 무지개와 바다의 물보라가 만드는 무지개가 동시에 만들어지면 무지개가 중간에 끊어진 듯한 모습이 되는 것이죠. 이 무지개는 실험으로 만들어 볼 수 있어요. 수돗물과 식염수를 각각 다른 분무기에 넣고 태양을 등지고 양손으로 동시에 분무하면 조금 어긋난 무지개가 나타납니다. 물에 녹아 있는 성분에 의해 무지개가 어떻게 달라지는지 관찰해 보는 것도 흥미롭겠지요.

깨알지식 : 수돗물과 식염수를 사용한 무지개 실험은 물에 다 녹지 않을 만큼 대량의 소금을 넣어 진한 농도의 식염수를 만든 후에야 겨우 실험에 성공했어요. 바람이 강한 날에 실험하면 진한 농도의 소금물이 몸으로 날아와 끈적거릴 수 있으니 주의하세요!

밤하늘에 떠 있는 마법 같은 빛기둥! [관찰하기]

밤하늘에 마법 같은 빛기둥! 바닷가에서 관찰하기 쉬운 이 빛기둥은 어화광주라 부르는 현상이에요. 수평선과 하늘에 떠 있는 구름 속 얼음 결정(빙정)이 육각형의 판 모양으로 거의 평행으로 떠 있을 때, 광원에서 오는 빛은 빙정에 부딪혀 아래쪽으로 반사돼요. 이러한 현상으로 인해 해상의 어선에서 발하는 빛(어화)이 상공의 얼음구름에 반사되면서 어화광주가 만들어진답니다.

또 기온이 영하 10°C 이하일 때 대기 중의 수중기가 승화하면서 빙정이 된 세빙(얼음알갱이)에 가로등 불빛이 비치면 반짝반짝 빛나는 다이아몬드 더스트와 함께 빛이 길게 뻗은 빛기둥(light pillar)이 만들어집니다. 무지개와는 다르게 빛이 굴절하지 않고 광원의 색이 그대로 빛기둥이 되기 때문에 환상적 인 광경이 연출돼요.

계절과 장소에 상관없이 상공에 얼음구름이 있을 때면 낮게 뜬 태양에서는 태양기둥(sun pillar), 달이 떴을 때는 달기둥(moon pillar)이라 불리는 빛기둥을 볼 수 있어요. 태양기둥은 아침이나 저녁 해질 무렵 상층운이 떠 있다면 만나기 쉬우니 꼭 찾아보세요!

깨알지식 : 방범창에 태양광이 비쳐 들어올 때 빛의 띠가 나타나요. 이런 띠는 철망 표면에서 태양광이 반사되면서 만들어지는데 태양이 정면에 있다면 태양의 상하좌우에 나타납니다. 상하로 비치는 빛은 방범창태양기둥이라 불러 볼까요? 태양을 직접 바라보지 않도록 주의하며 찾아보세요.

안개, 연무, 박무는 비슷해 보이지만 모두 다른 현상

안개, 연무, 박무···. 흔히 같은 의미로 혼용되는 단어지만 기상 용어로는 각각 다른 의미를 갖고 있어요. 먼저 안개는 작은 물 입자가 떠 있어 시정(목표물을 식별할 수 있는 최대 거리)이 1km 미만인 상태를 말해요. 그 실체는 지면에 접한 안개구름(층운)입니다.

안개는 야간에 열이 지면에서 하늘로 빠져나가는 복사냉각 때문에 기온이 내려가는데, 이 때문에 공기 중의 수증기가 응결되어서 생깁니다. 안개 속은 매우 습한 상태로 습도가 거의 100%입니다. 특히 앞을 거의 볼 수 없는 안개를 농무라고 해요.

한편 박무는 물 입자와 함께 습기를 머금은 먼지(에어로졸)가 떠 있어 시정이 1km 이상, 10km 미만인 상태를 말해요. 박무가 피어오를 때는 대체로 하늘이 잿빛을 띠고 안개만큼 습하게 느껴지지는 않아요. 이들과는 달리 건조한 먼지가 떠 있으며 시야가 10km 미만인 상태를 연무라고 해요. 공식적인 기상 용어는 아니지만 봄안개라 부르는 현상도 있는데 박무나 연무와 비슷하게 멀리 경치가 뿌옇게 보이는 것을 말합니다. 하늘이 뿌옇다라고 할 때 안개, 연무, 박무 중 어떤 상태를 뜻하는지 확인해 보세요.

깨알지식 : 봄안개라는 말에서 알 수 있듯 봄에는 가시거리가 짧은 날이 많아요. 이는 식물의 호흡(증산)이 활발하고, 밤낮의 기온 차가 커 물 입자가 만들어지기 쉽고, 황사나 바람 때문에 먼지가 일어나기 쉬운 계절 특성이 복합적인 원인이 되는 걸로 추측해요.

대단한 기상 이야기

물은 모습을 바꾸며 지구를 여행 중이다

물의 혹성이라고 불리는 지구. 지구의 표면은 70%가 바다이고, 30%가 육지예요. 지구 전체적으로는 약 14억km2의 물이 있고, 그중 약 97%가 바닷물, 약 3%가 북극과 남극의 빙상, 빙하, 지하수, 호수와 하천 등입니다. 대기 중의 물(수증기)은 지구 전체 물 중에 고작 0.001% 정도지만 지구상의 물 흐름을 좌우한답니다.

바다에서는 대량의 물이 증발해 대기 중에 수증기로 방출되고 있는데 이 증발량은 연간 4.5만km2로 1년 동안 해수면의 높이를 무려 1.2m나 낮출 수 있는 정도의 양이에요. 이렇게 많은 양의 물이 증발해 구름이 되었다가 비와 눈이 되어 육지에 내리고, 하천으로 흘러가거나 지면에 흡수되어 바다로 돌아갑니다.

지구상에 있는 물의 총량은 변하지 않지만 물은 그 모습을 바꾸며 지구를 여행하고 있는 것이죠. 해수가 증발할 때 염분은 함께 증발하지 않기 때문에 구름과 비는 염분이 거의 없어요. 이처럼 물이 지구를 돌고 도는 모습을 물의 순환이라고 합니다. 우리가 먹는 물도 이전에는 하늘에 떠 있었다고 생각하니 참 신기하네요.

깨알지식 : 지구상에 존재하는 물 중 우리 인간이 이용할 수 있는 양(얼음 이외의 상태로 지상에 있는 염분을 포함하지 않는 물)은 겨우 0.008% 정도예요. 지구상 물의 양 전체를 욕조 하나로 보았을 때, 숟가락 하나 정도의 양이라고 할 수 있죠. 물의 귀중함을 다시 한 번 생각해 봅니다.

일기예보의 주연은 저기압과 고기압

주위보다 기압이 낮은 곳을 저기압, 높은 곳을 고기압이라고 불러요. 날씨를 좌우하는 저기압과 고기압이 어떻게 생겨나는지 이야기해 볼까요? 지상에서 따뜻해진 공기는 팽창하면서 밀도가 낮아져요. 지상에서 상공까지의 밀도가 낮아진 공기는 주위보다 가볍기 때문에 지표에 가까운 공기층을 누르는 기압이 낮아지면서 저기압이 형성됩니다.

반대로 차가워진 공기는 수축하고 밀도가 커져요. 상공에서 수축한 만큼 주변의 공기가 유입되고, 지상에서 상공까지의 공기가 무거워지기 때문에 지상 기압이 높아지면서 고기압이 형성되죠. 고기압에서 저기압으로 공기가 흘러가기 때문에(<날씨 도감 1> p.127) 지상에서는 저기압일 때 바람이 흘러 들어오고, 공기가 모여 상승기류가 생깁니다. 이에 따라 구름이 발생하면서 날씨가 흐려지는 거예요. 반대로 고기압에서는 바람이 흘러 나가고 그만큼의 공기를 채우기 위해 하강기류가 생겨서 구름이 발생하기 어렵고 날씨도 맑아지는 것입니다.

일기예보에서 저기압이나 고기압에 대한 설명이 나오면 무거운 성격을 가지고 하늘을 맑게 하는 고기압과 가벼워진 몸으로 날씨를 흐리게 하는 저기압을 상상해 보세요.

깨알지식 : 저기압과 고기압은 주위보다 기압이 낮거나 높은 상태를 말해요. 그 때문에 저기압의 중심 기압이 같은 일기도 안에서 고기압의 중심 기압보다 높을 수 있는 것이죠. 기압의 수치에 주목하며 일기도를 살펴보세요.

천둥이 우르릉거리며 소리를 내는 비밀

하늘이 번쩍하고 빛을 낸 후에 들리는 천둥소리. 천둥이 우르릉하고 우는 이유를 알아봅시다. 번개가 칠 때 번쩍이는 빛은 전광, 천둥소리는 뇌명, 천둥 번개를 한 단어로 표현하면 뇌전이라고 해요. 한 번의 낙뢰로 지상과 구름 사이를 전류가 몇 번이나 오가는데(《날씨 도감 1> p.120), 뇌명이 발생하는 건 지상에서 적란운을 향해 방전이 일어날 때입니다.

단 10만 분의 1초 사이에 엄청난 전류가 흐르기 때문에 천둥 번개의 방전 경로는 순간적으로 약 3만°C에 달해요! 태양의 표면 온도인 6,000°C와 비교해도 대단히 높은 온도인 것을 알 수 있어요. 주위의 공기는 온도가 급격하게 올라가 공기가 팽창하면서 충격파가 발생하게 돼요. 이것이 동력이 되어 발생한 음파가 뇌명의 정체입니다.

소리의 속도(음속)는 기온이 높으면 빨라지는 성질이 있어요. 일반적으로 높은 하늘일수록 온도가 낮기 때문에 상공보다는 낮은 하늘에서 음파가 빠르게 전달되고, 굴절하면서 위를 향해 구부러지는 특징이 있습니다. 그 때문에 낮은 하늘의 뇌명은 지상에는 도달하지 않는 것이 일반적이고, 우리가 듣게 되는 뇌명은 상공에서 발생한 것이랍니다. 적란운이 앗 뜨거! 하며 소리 내고 있는 것과 같죠.

꼭 알아야 할 이상 기후의 의미

매년 발생하는 큰비와 태풍으로 인한 재해. 그때마다 듣게 되는 말이 이상 기후라는 단어입니다.

이상 기후란 사람의 일평생에 거의 경험하기 어려운, 지금까지의 기상에서 크게 벗어나는 현상을 말해요. 큰비나 폭풍 같은 단 몇 시간 동안 발생하는 현상부터 수개월에 걸쳐 계속되는 가뭄, 극단적으로 추운 여름이나 따뜻한 겨울처럼 기상 재해도 이상 기후에 포함하죠. 기상청은 어느 지역의 어느 시기 에 30년에 한 번 이하의 빈도로 발생하는 현상을 이상 기후라고 합니다.

종종 관측이래 최고인~기록적인~ 등의 표현을 들으면 "또야?" 하는 생각이 들지도 모르겠습니다. 하지만 같은 강우량의 큰비라고 해도 매년 많은 비가 내리는 지역에서 내렸을 때와 그렇지 않은 지역에서 내렸을 때 그 비가 초래하는 재해의 위험도는 완전히 달라요. 보통 일어나지 않을 법한 현상이기때문에 미치는 영향도 더욱 커진답니다.

재해 뉴스를 볼 때, 화면 너머 타인의 일이라 생각하기 쉽지만 내가 사는 지역에서 재해가 일어났을 때 안전을 확보할 수 있도록 항상 대비하는 것이 중요해요.

깨알지식 : 방재라는 용어가 어렵게 느껴나요? 방재에 익숙해지기 위해 먼저 하늘에 관심을 갖는 것부터 시작해 보아요. 평소 기상 레이더 정보를 이용하고 있다면 유사시 몸을 보호하고 안전을 유지하는 데 도움이 될 거예요. 하늘을 즐기는 마음이 방재에도 도움이 되는 것이죠.

대단한 날씨 이야기

일기예보가 틀리는 원인은 카오스 때문

과학이 발달한 현대에도 일기예보는 빗나갈 수 있는데요. 그 이유 중 하나는 카오스입니다. 카오스란 기상분야에서는 작은 오차가 시간이 흐름과 함께 확대되는 것을말해요 대기에는 이러한 특성이 있는데 내일보다는 일주일 뒤 일기예보의 정확성이 낮은 것이 그 예가 됩니다. 이런 특성 때문에 수치예보모델의 초기 조건의 오차를 줄이기 위해 관측과 출발점을 실제와 가깝게 만드는(자료동화) 기술을 연구 중이에요. 그리고 역으로 오차를 만드는 많은 수치 시뮬레이션 방법을 통해 얼마나 오류가 발생하는가를 관측하는 앙상블예보 방식도 있습니다.

현재 국내에서는 이 방식을 태풍 예보 원(《날씨 도감 1 p.158)과 주간 일기예보 등 기상예보에 활용하기 위한 시스템 개발 연구가 진행되고 있답니다. 그렇지만 적란운이나 토네이도, 선상강수대 등 수치예보 모델로 표현하는데 한계가 있어 카오스를 적용할 수 없는 현상도 있어요. 각각에 대한 연구가

거듭되며 예측의 정확도를 높여가고 있으니 앞으로 기대해 주세요!

깨알지식 : 1920년 무렵, 영국의 기상학자인 리처드슨은 손으로 일기예보를 계산했는데 6시간 후의 날씨를 예측하는 데 6주가 걸렸어요. 그는 6만 4,000명이 동시에 계산한다면 예측이 가능할 거라고 주장했는데, 이는 리처드슨의 꿈으로 알려진 일화랍니다.

재해에 대해 알아보고 미리 대비하자

큰비나 강풍, 대설 등으로 인한 재해를 경험해 본 적이 없다면 자신과는 무관한 일이라고 생각하기 마련이죠. 그러나 최근 게릴라성 호우와 태풍 증가로 인해 예측하지 못한 피해가 발생하는 일이 늘고 있어요. 이에 대해 지자체별 통제 매뉴얼을 강화하고, 위기 상황에 직면할 때 대피할 수 있는 시설 구축 등이 필요하다는 지적이 이어지고 있답니다.

전 세계적으로는 기후 변화로 인해 자연재해가 50년 전보다 5배 증가했다고 해요. 이제 자연재해는 우리 일상에서 그리 먼 이야기가 아닐지도 몰라요. 여러분께 부탁이 있어요. 기상 재해로 인해 피난할 경우에 대해 가족과 미리 상의해 보시길 바랍니다. 집에 비축된 안전물품은 충분한지, 나와 가족의 건강상태는 어떤지, 어떤 때에 어떻게 피난해야 하는지, 자신에게 맞는 피난 방법을 생각해 보세요.

국민재난안전포털에서 자연재난뿐만 아니라 다양한 재난을 대비할 방법을 알려 주고 있어요. 재난 준비를 유난스럽다고 생각할 수도 있지만, 미리 준비한 덕에 아무 일도 일어나지 않아 다행이었다"라고 말할 수 있다면 재난 때문에 슬픈 경험을 하는 사람이 줄어들 거예요. 여러분이 날씨와 사이좋게 지내기를 진심으로 바랍니다!

깨알지식 : 호우경보는 강수 강도를 기준으로 발표하고, 홍수의 가능성은 고려하지 않아요. 홍수가 예상되는 경우 홍수주의보나 홍수경보를 발표하니 비가 많이 내리는 날에는 꼭 함께 찾아보세요!

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본 정보는 도서의 일부 내용으로만 구성되어 있으며, 보다 많은 정보와 지식은 반드시 책을 참조하셔야 합니다.