[과학과 놀자] 적란운 발달하면 뇌우·우박·호우·폭설·강풍 발생

(113) 한반도의 악기상

2022년 한반도의 여름은 폭우로 일상생활에 큰 불편과 피해가 있었다. 폭우와 같이 우리의 일상을 위협하는 날씨를 악기상이라고 한다. 우리나라에서 발생하는 주요 악기상에는 뇌우, 우박, 국지성 호우, 폭설, 강풍 등이 있다. 강한 상승 기류에 의해 키가 큰 적란운이 발달하면 뇌우, 우박, 국지성 호우, 폭설, 강풍이 발생할 수 있다.

천둥, 번개와 함께 소나기가 내리는 현상이 뇌우다. 뇌우는 강한 햇빛으로 지표면이 가열되거나 찬 공기가 더운 공기를 만나 빠르게 상승할 때, 태풍에 동반된 강한 상승이 있을 때 발생한다. 강한 상승 기류로 적란운 구름 내에서 전하가 분리돼 위쪽은 양전하(+), 아래쪽은 음전하(-)가 생긴다. 이렇게 분리된 양전하와 음전하가 쌓여 구름과 구름 사이, 구름과 지표면 사이에 방전이 일어나 ‘번쩍’ 번개가 발생하고 순식간에 고온이 돼 공기의 부피가 팽창하면 주변 공기와 부딪히면서 ‘우르릉 쾅’ 천둥이 친다.

보통 구름 속에서 양전하와 음전하로 분리되는 과정은 다음과 같이 설명한다. 빗방울이나 우박같이 무거운 입자에서는 음전하(-)가 떠나지만, 수증기나 이온처럼 가벼운 입자에는 양전하(+)가 모여들어 전하가 분리된다. 음전하의 무거운 입자는 구름에서 떨어져 낮은 위치로 이동하고, 양전하의 가벼운 입자는 상승 기류를 따라 상층으로 모이게 된다. 구름 내에서 분리된 음전하와 양전하 사이에서 방전이 일어나는 현상을 구름 방전이라고 하고, 구름 아래쪽의 음전하와 지면으로 유도된 양전하 사이에서 방전이 일어나면 낙뢰라고 한다. 일반적으로 적란운에서 발생하는 방전의 90% 이상은 구름 방전이고 낙뢰는 10% 미만이다.

눈 결정 주위에 차가운 물방울이 얼어붙어 땅으로 떨어지는 얼음덩어리를 우박이라고 한다. 우박의 지름은 보통 1㎝ 미만이지만 훨씬 큰 것도 있다. 적란운 내에서 강한 상승 기류를 따라 상승과 하강을 반복하면서 여러 번 수증기라 빙정에 달라붙으면 더 큰 우박이 된다.

많은 비가 내리는 것을 호우라고 하고 짧은 시간에 좁은 지역에서 많은 양의 비가 내리는 것을 국지성 호우(집중 호우)라고 한다. 일반적으로 한 시간에 30㎜ 이상 내리거나, 하루에 80㎜ 이상, 또는 연 강수량의 10%에 해당하는 비가 내리면 국지성 호우다.

2022년 8월 8~9일 서울 한강 이남 지역에 1시간 최대 강수량 141.5㎜, 하루 최대 강수량 435㎜의 기록적인 폭우가 내렸다. 이로 인해 도로와 가옥이 침수되고 산사태가 발생했으며 많은 인명과 재산 피해가 발생했다. 뇌우, 우박, 국지성 호우는 일반적으로 규모가 작아서 일기도 상에 잘 나타나지 않으며 변동성이 커서 정확하게 예측하기 어렵다. 이번 폭우도 예보가 어려워 대비하지 못했기 때문에 더 큰 피해를 주었다.

10분간 평균 풍속이 10m/s 이상인 강한 바람을 강풍이라고 한다. 강풍은 여름철 태풍의 영향을 받을 때, 겨울철 시베리아 고기압의 영향을 받을 때, 봄철 지표면이 가열돼 지상의 따뜻한 공기가 상층의 찬 공기를 만나 돌풍이 불 때 발생한다.

우리나라 겨울에는 폭설이 내린다. 폭설은 겨울철에 저기압이 통과하거나 시베리아 고기압이 확장하면서 상대적으로 따뜻한 서해로부터 열과 수증기를 공급받아 상승 기류가 발달할 때 발생한다. 폭설로 도심에는 교통이 마비되거나 농가에는 비닐하우스와 축사가 붕괴하기도 한다.

우리나라 여름과 초가을에 영향을 주는 태풍은 보통 뇌우, 우박, 국지성 호우와 강풍을 동반해 큰 피해를 주는 악기상의 종합세트와 같다. 우리나라에 영향을 주는 태풍은 1년에 3개 정도고 7~9월 우리나라를 통과한다. 태풍의 고향은 필리핀 인근 북태평양 서쪽의 열대 해상이다. 고온다습한 해상에서 열대 저기압이 발생해 중심 부근의 순간 최대 풍속이 17m/s를 넘으면 태풍이라고 한다. 힌남노 같은 강력한 슈퍼태풍이 발생한 근원적 이유는 동태평양의 표층의 수온이 평소보다 높은 라니냐 현상 때문이다. 라니냐는 무역풍이 강해져 고온의 태평양 표층수가 서쪽으로 몰리는 현상을 말한다. 라니냐가 발생하면 태풍 발생 확률이 높아지고 태풍의 세력도 강해지는 환경이 된다.

라니냐의 발생 빈도를 높이고, 태풍이 발생하고 이동하는 태평양 표층수의 수온을 높이며, 날씨의 변동성을 키우는 원인으로 지목받는 것이 지구온난화다. 지구온난화는 우리나라 여름 날씨의 특징인 장마를 무색하게 해다. 올여름에도 6~7월 장마 기간보다 장마가 끝난 8월에 더 많은 비가 왔다. 여름철 강수 증가는 한국·일본·중국 등 동아시아 몬순 지역에서 공통으로 나타나는 현상이다. 한반도가 아열대 기후로 바뀔수록 이런 현상은 더 심해질 전망이다. √ 기억해주세요

빗방울이나 우박같이 무거운 입자에서는 음전하(-)가 떠나지만, 수증기나 이온처럼 가벼운 입자에는 양전하(+)가 모여들어 전하가 분리된다. 음전하의 무거운 입자는 구름에서 떨어져 낮은 위치로 이동하고, 양전하의 가벼운 입자는 상승 기류를 따라 상층으로 모이게 된다. 구름 내에서 분리된 음전하와 양전하 사이에서 방전이 일어나는 현상을 구름 방전이라고 하고, 구름 아래쪽의 음전하와 지면으로 유도된 양전하 사이에서 방전이 일어나면 낙뢰라고 한다. 일반적으로 적란운에서 발생하는 방전의 90% 이상은 구름 방전이고 낙뢰는 10% 미만이다.

박지선 혜화여고 교사