19.1.~19.3. Introduction / Necessary Ingredients for Thunderstorm Cell Formation / Thunderstorm Cell Life Cycle

19.1. Introduction

 뇌우는 언제나 적란운에 의해서 형성되는 국지성 폭풍이며 항상 번개와 천둥을 동반하고 일반적으로 강한 돌풍, 폭우, 그리고 때때로 우박을 동반합니다. 전 세계적으로 매일 4만 건의 뇌우가 발생하고 있으며, 미국에서 가장 빈번히 일어납니다. 뇌우는 보통 너무 높은 높이까지 발생하기 때문에 뇌우 위로 비행할 수 없을뿐더러, 뇌우를 통과하거나 뇌우 아래로 비행하는 것 또한 너무 위험하면서 어렵기 때문에 항공 교통에 장벽이 됩니다.

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19.2. Necessary Ingredients for Thunderstorm Cell Formation

 [Figure 19-1]과 같이 *뇌우 세포(thunderstorm cell)의 형성은 [충분한 수증기, 불안정한 공기, 그리고 리프팅 메커니즘(lifting mechanism)]의 세 가지 요소를 필요로 합니다. 불안정한 공기를 생성하기 위해 충분한 수증기(보통 이슬점을 사용하여 측정)가 존재해야 합니다. 사실상 모든 소나기와 뇌우는 조건적으로 불안정한 기단으로 분류되는 기단에서 형성됩니다. 조건부로 불안정한 기단은 불안정성을 해소할 수 있을 만큼 강한 리프팅 메커니즘이 필요합니다. 리프팅 메커니즘은 [*계곡풍(골짜기 바람, valley breeze), *육풍(land breeze), *호수 바람(호풍, lake breeze), *해풍(sea breeze)의 순환과 같은 국지풍과 지표면에서의 저기압과 기압골, 전선, 활승 흐름(upslope flow), *건조선(dryline), 이전 폭풍에 의해 생성된 *유출 경계(outflow boundary)에 집중되는 바람] 등을 포함합니다.

뇌우 세포 형성을 위한 필요한 요소들

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19.3. Thunderstorm Cell Life Cycle

 뇌우 세포는 천둥과 번개를 가진 적란운의 대류성 세포(convective cell)입니다. [Figure 19-2]에서 볼 수 있듯 뇌우 세포의 라이프 사이클(일생 주기, life cycle) 동안 [적운(발달) 단계{탑적운(towering cumulus)}, 성숙 단계(mature), 소멸 단계(dissipating)]인 세 가지의 뚜렷한 단계를 거칩니다. 총 라이프 사이클은 일반적으로 약 30분 정도입니다. 

 적운 단계에서 구별되는 특징은 강력한 대류성 상승기류입니다. 상승기류는 구름의 꼭대기 근처에 집중되어 구름이 잔뜩 낀 듯한 흔적을 남기는 따뜻하고 상승하는 공기의 버블(bubble)입니다. 상승기류의 속도는 분당 3,000 feet를 초과할 수 있습니다.

뇌우 세포의 라프 사이클

 강수가 지표면에 도달하게 되면 뇌우의 세포는 적운 단계에서 성숙 단계로 전환됩니다. 강수는 구름을 통해 내려와 인접한 공기를 아래로 끌어내려서 상승기류와 함께 강한 하강 기류를 만듭니다. 하강 기류는 서늘하고, 거센 공기의 덩어리로써, 부모 뇌우 세포보다 앞서 나아가서 표면을 따라 퍼져나갑니다. 하강 기류 공기의 호 모양의 앞쪽 가장자리 부분은 한랭 전선의 축소 모형(miniature)과 같고 돌풍 전선이라고 불립니다. 돌풍 전선을 따라 상승하는 것은 때때로 모세포보다 훨씬 앞서 새로운 세포의 형성을 촉발할 수 있습니다. 적란운의 꼭대기는 강한 바람이 구름의 상단을 모루 모양으로 왜곡시키는 *오버슈트 탑(overshooting top)으로 종종 성층권 하부까지 발달합니다. 기상 위험은 성숙 단계 말기에 최고 강도에 도달합니다.

 소멸 단계는 강수 지역 내에 있는 강한 하강 기류로 인해 특징지어집니다. 가라앉는 공기는 구름 전체의 상승 기류를 대체하여, 상승 기류에 의해 제공되는 수분의 공급을 효과적으로 차단합니다. 그로 인해 강수는 점점 가늘어지면서 내리지 않게 됩니다. 공기가 하강하면서 압축됨에 따라 가라앉는 공기를 따뜻하게 하고 상대 습도를 떨어트립니다. 대류성 구름은 아래에서부터 점차 증발하여 결국 잔여로써 모루 구름만이 남게 됩니다.

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• 뇌우 세포 (thunderstorm cell) :  번개와 천둥을 발생시키는 하나의 폭풍우. 빈번히 돌풍, 폭우 및 우박을 발생시킴. 일반적으로 발달의 3단계를 거치는데 적운 단계에서는 강한 상승기류와 폭풍우를 동반시킴. 성숙단계에서는 집중 강수가 특징적이며 신선한 하강기류가 폭풍우의 부분에서 나타남. 마지막 소멸 단계에서는 강수는 약해지고 구름은 증발하기 시작. 
• 계곡풍 (valley breeze) : https://jicho9597.tistory.com/156 참조.
• 육풍 (land breeze) : https://jicho9597.tistory.com/156 참조.
• 호풍 (lake breeze) : https://jicho9597.tistory.com/156 참조.
• 해풍 (sea breeze) : https://jicho9597.tistory.com/155 참조.
• 건조선 (dryline) : https://jicho9597.tistory.com/158 참조.
• 유출 경계 (outflow boundary) : https://jicho9597.tistory.com/150 참조.
• 오버슈트 탑 (overshooting top) : 뇌우 속에서 매우 강한 상승 기류가 반대편 모루 구름의 유연한 상부를 관통하는 것.

 

※ U.S. Department of Transportation Federal Aviation Administration, FAA Advisory Circular (AC) 00-6B, AVIATION WEATHER, page 19-1~2 해석