17.1. Introduction
항공기 난기류는 비행 중인 항공기의 불규칙한 움직임으로, 특히 급격한 대기 풍속의 변화에 의해 야기되는 급격한 상승 및 하강 운동인 특징으로 나타냅니다. 난기류는 성가신 요동에 의해 항공기의 구조적 손상 및/또는 승객의 부상을 입히는 심각할 정도의 진동 등 다양하게 나타납니다. 난기류의 강도 및 관련 항공기의 작용은 보통 항공 정보 매뉴얼(AIM, Aeronautical Information Manual)에 설명되어 있습니다.
17.2. Causes of Turbulence
난기류는 (대류성 난기류라고 불리는) 대류성 기류, (*기계적 난기류라고 불리는) 바람 흐름에 대한 장애물, 그리고 *윈드시어(windshear)에 의해 발생합니다.
17.2.1. Convective Turbulence
대류성 난기류는 대류성 기류와 그에 따른 공기의 상승 및 침하로 인해 발생하는 난류의 수직 운동입니다. 모든 상승 기류에는 그에 상응하는 하강 기류가 있기 마련입니다. 하강 기류는 상승 기류보다 넓은 영역에서 자주 발생하므로 상승 기류보다 느린 수직 속도를 가집니다.
대류성 기류는 바람이 약한 따뜻한 여름 오후에 가장 활발하게 생성됩니다. 지표면에서 가열된 공기는 따뜻한 공기의 구역 위로 상승하는 얕으면서 절대적으로 불안정한 층을 만들어냅니다. 대류는 지표면 가열이 증가함에 따라서 강도가 증가하고 높이가 확장됩니다. 모래나 바위의 황무지와 논밭과 같은 척박한 지표면은 물이나 초목으로 덮인 땅보다 뜨거워집니다. 따라서 지표면과 지표면 근처의 공기는 불균일하게 가열됩니다. 고르지 않은 가열로 인해 짧은 거리 내에서 대류의 강도가 크게 달라질 수 있습니다.
공기는 위로 상승함에 따라 팽창에 의해 냉각됩니다. 대류성 기류는 온도가 주변 공기와 동일한 수준으로 냉각될 때까지 위쪽으로 계속 진행됩니다. 만약 이것이 포화상태로 냉각되는 경우, 적운형 구름이 형성되는 것입니다.
보통 화창한 오후에 육지에서 볼 수 있는 *놀치는 적운형 구름은 대류성 난기류를 나타내는 하늘의 표지판(signpost)입니다. 구름 상단은 일반적으로 대류성 기류의 대략적인 상한(upper limit)을 표시합니다. [Figure 17-1]과 같이 조종사는 구름 아래에서나 구름 속에서 난기류를 만날 것으로 예상할 수 있지만, 구름 위에서의 공기는 일반적으로 부드럽습니다(매끄럽습니다/안정적입니다). 대류가 매우 높은 높이까지로 확장될 때, 모루 같은 상단이 있는 탑적운형 구름과 적란운형 구름이 더 크게 발달하게 됩니다. 적란운은 격렬한 대류성 난기류를 보여주는 시각적 경고입니다.
적운형 구름이 형성되기에는 공기가 너무 건조함에도 불구하고 대류성 기류는 여전히 활발할 수 있습니다. [Figure 17-2]처럼 이를 건조 대류(dry convection) 또는 상승 온난 기류(thermal)라고 부릅니다. 조종사는 난기류를 직면하기 전까지 난기류의 존재를 거의 또는 전혀 알 수 없습니다.
17.2.2. Mechanical Turbulence
기계적 난기류는 나무, 건물, 산 등과 같은 바람의 흐름을 방해하는 장애물에 의해 발생하는 난기류입니다. [Figure 17-3]을 참조해 보자면 바람의 흐름을 방해하는 장애물은 복잡한 소용돌이로 이어지는 부드러운 흐름의 바람을 방해합니다. 이러한 소용돌이가 존재하는 곳을 비행하는 항공기는 기계적 난기류를 경험할 수 있습니다.
기계적 난기류의 세기는 풍속과 장애물의 거친 정도(거칠기)에 달려있습니다. 풍속이 빨라질수록 및/또는 표면이 거칠어질수록 기계적 난기류의 세기가 강해집니다.
바람은 난류의 소용돌이를 후속으로 운반합니다. 얼마나 멀리 이동하느냐는 풍속과 공기의 안정성에 달려 있습니다. 불안정한 공기는 안정된 공기에서 형성되는 것보다 더 크게 소용돌이를 만들어낼 수 있지만, 불안정한 공기에서는 소용돌이를 빠르게 소멸시킬 수 있는 반면에 안정된 공기에서는 천천히 사라지게 됩니다.
- 기계적 난기류 (mechanical turbulence) : 바람이 지상의 물체나 산 같은 각종 지형지물을 지날 때, 그 물체의 주변에서 발생하는 불규칙한 흐름을 말함. 지면이 거칠거나 장애물이 많은 곳일수록 마찰저항이 크므로 바람의 경사, 즉 풍속의 차이가 크게 나타나게 됨. 소용돌이가 섞인 매우 불규칙한 공기의 흐름을 난류라 함.
- 윈드시어 (windshear) : https://jicho9597.tistory.com/171 참조
- 놀치다 : 큰 물결이 사납게 일어나다.
※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 17-1~3 해석