뇌우, 착빙, 태풍, 난기류

1. 뇌우

●  조건 : 충분한 수증기, 불안정한 대기 및 상승 운동

●  발달 단계(전체 주기는 일반적으로 약 30분)

단계	특징
발달기 (적운기, Cumulus stage)	1.강한 상승기류가 발생하며 적운이 급격하게 성장 (상승기류 - 분당 3000ft초과)
성숙기 (mature stage)	1.상승기류와 하강기류가 함께 나타나며 천둥, 번개 ,소나기 우박 등 동반 2.강수 시작 3. 냉각된 하강기류가 지면에서 수평으로 퍼지며 지상에 강한 돌풍, 급격한 기온강하 및 기압의 급상승을 일으킨다.
소멸기 (Dissipating stage)	1. 하강기류가 우세하고 강수가 약해짐

 

● 종류

1. 독립된 뇌우

 가. 기단 뇌우(air mass thunderstorms) : 약 1~2시간 지속, 강한 비와 돌풍 동반 하나 수명이 짧고 규모가 작다.

 나. 악성 뇌우(severe thunderstorms) : 적어도 2시간 이상, 50kt 이상의 돌풍, 직경 2cm 이상의 우박, 그리고 강한 토네이도 등과 같은 악기상 동반.

2. 세포수와 구조에 따른 구분

 가. 단일 세포(보통 세포라고도 함) :  단 하나의 세포로 구성된다. 보통 1시간 정도 지속.

 

나. 다세포 무리 뇌우(multicell cluster thunderstorm) : 생성과 소멸 주기가 다양한 세 포의 무리로 구성된다. 조직화된 다세포 무리 속에서 첫 번째 세포가 성숙되면 하강기류가 형성되며, 뒤이 어 새로운 세포가 상승기류를 통해 만들어지며 그 자 리를 대신한다.

2 ~ 10시간 유지되며 수십km의 수평규모를 갖는다.

그 크기와 지속성은 단일 세포 뇌우보다는 우회하는 데 어려울 수 있다. 다세포 무리 뇌우 지역은 항공교통에 있어서 지뢰밭과 같다.

뇌우들은 수백 마일까지 뻗은 선형으로 이 루어진다. 뇌우 시스템의 선단(leading edge)에서 새로운 세포는 지속적으로 비 또는 가끔씩 동반된 우 박과 함께 재생성된다. 때로는 선으로 이루어진 폭풍우는 거대세포가 될 수 있다.

이 선형의 뇌우들은 몇 시간 이상 지 속될 수 있다. 이 스콜선(squall line)은 항공기가 뇌우 를 동반하는 구름의 고도 위로 날기에는 너무 높으며, 통과하거나 아래로 지나가기에는 너무 위험하고, 우 회하기에는 힘들기 때문에 항공교통에 가장 큰 피해 를 준다. 미국에서 발생하는 모든 토네이도 중 약 25% 가 스콜선에 의해 야기된다.

 

다. 거대세포 : 종종 위험한 대류 폭풍으로 장기간 지속될 수 있도록 하는 단일적이고 준-안정형(quasi- steady)인 회전 상승기류로 주로 구성된다.

내부 구조가 매우 조직적이기 때문에 조종사에 게 매우 위험할 수 있다. 상승 속도는 분당 9,000ft (100knot)에 도달할 수 있는데 이는 거대세포 뇌우를 더 욱 위험하게 만든다.

거의 모든 거대세포는 심각한 날씨(예: 큰 우박 또는 피해가 심한 바람)를 만들며, 약 25%는 토네이도를 만든다. 거대세포는 수 시간(또는 그 이상)동안 지속될 수 있다. 새로운 세포는 세 가지 필수 성분이 존재하는 한 계속 형성될 것이다(19.2 참조).

거대세포는 그 크기와 지속성 때문에 단일 세포 뇌우 보다 훨씬 더 우회하기 힘들다. 또한 다세포 무리 뇌우 또는 다세포 라인 뇌우(multicell lines)은 거대세포 뇌우 시스템의 일부로 통합되어 존재할 수 있다.

3. 발생원인에 따른 종류

 가. 전선 뇌우(frontal thunderstorm) : 따뜻하고 습윤한 불안정 공기가 전선면을 따라 상승하며 발생(한랭전선에서 발생률이 높음)

 나. 기단 뇌우 : 지표면의 국지적 가열로 인한 대류로 상승기류가 만들어지는 형태. 또한 습윤하고 불안정한 공기가 산악의 경계면을 따라 상승하는 경우 풍상측에서도 발생

 다. 스콜라인 뇌우 : 

  1) 비전선성, 좁은 띠 모양의 뇌우의 일종

  2) 심한 뇌우 동반, 악기상 중 가장 위험한 기상중 하나

  3) 습윤, 불안정한 대기속을 빠르게 이동하는 한랭전선 전면 50 ~ 300mil 지점에 평행 하게 발생, 수백 마일 정도의 길이로도 발생하기도함.

 

● 위험

강한 하강기류가 있는 뇌우 아래 난기류 외에 강한 윈드시어, 강한 강수, 낮은 실링, 시정 감소 등이 결합되어 나타날 수 있음

종류 : 번개, 역풍, 다운버스트, 난기류, 착빙, 우박, 급격한 고도 변경, 정전기 및 토네이도

1. 번개 : 번개는 항공기 동체 표면에 구멍을 뚫을 수 있 다. 통신 및 전자 탐색 장비가 손상될 수 있다. 인근의 번개는 조종사의 눈을 멀게 하여 계기적으로, 시각적 으로 조종할 수 없게 만든다. 주변의 낙뢰는 또한 자기나침반에 영구적인 오류를 유발할 수 있다. 번개 방전은 멀리 떨어져 있는 경우에도 중/저주파의 무선통신을 방해할 수 있다. 번개는 연료 증기를 점화하기도 하는데 폭발의 원인으로 의심을 받기도 한다. 그러나 번개 자체로 인한 심각한 사고는 극히 드물다.

2. 역풍(Adverse wind) : 뇌우와 강수에서 수 마일 떨어진 곳 에서 관측된다.  측풍, 돌풍 또는 가변풍/급변풍은 항공기 이륙, 접근 및 착륙 시 충돌을 일으킬 수 있다. 돌풍 전선이 놓여 있는 지역과 바로 뒤쪽 지역이 특히 위험하다. 왜냐하면 이는 지상 바람이 급격하게 변하기 때문이다.◈

3. 다운버스트(Downburst) : 작고 지속 시간이 짧은 다운버스트를 ‘마이크로 버스트 (microburst)’라 한다. 조종사가 정풍 시어(shear)에 대응하여 출력을 줄이고, 기수를 낮출 경우 착륙 중에 특히 위험하다. 배풍 시어(shear)가 일 어날 때 낮은 기수, 낮은 출력 상태로 비행기가 유지 되면 항공기의 자세 복구가 더욱 어려워진다. ◈

4. 난기류(Turbulence) : 상승기류와 하강 기류 사이의 시어에서 가장 강한 난기류가 발생. 적란운 밖에서 난기류는 수천 피트 위, 그리고 수평거리 20mile 떨어진 곳에서 발견된다. 돌풍 전선과 주 변 공기 사이의 윈드시어 구역은 매우 심한 난기류가 있는 공간이다. ◈

5. 착빙(Icing) : 뇌우는 빙결 고도 이상에서 풍부한 과냉각 수적을 생성한다. 과냉각수는 뇌우 상승기류 속에서처럼 활발한 수 직 운동이 있는 –40°C만큼 차가운 온도에서 존재한다. 맑은 착빙은 빙결 고도 이상의 모든 고도에서 발생할 수 있지만, 높은 고도에서는 거친 착빙과 맑은 착빙이 섞인 혼합 착빙이 일어나기도 한다. 풍부한 과냉각 수 적은 0℃에서 -15℃사이에서 맑은 착빙이 매우 빠르 게 일어나며, 뇌우세포들의 무리(cluster of cells) 안에 서 과냉각 수적이 자주 섞일 수 있다. 그렇기 때문에 뇌우 착빙은 매우 위험하다.

6. 우박(Hail) : 강한 상승기류, 높은 과냉각 수적 함량, 큰 구름 알갱이(cloud-drop) 크기 및 거대한 수직 높이를 가지고 있는 구름 등 특징 적인 조건을 가지고 있을 때 우박 형성에 유리. 우박의 단위는 우박 덩어리(hailstone: 헤일스톤)이 라고 불린다. 직경이 3인치 이상인 우박은 항공기에 심각한 피해 를 입히며 조종하기가 어렵다. 

7. 갑작스런 고도 변화 : 기압은 일반적으로 뇌우의 접근과 함께 급격히 떨어지며 / 돌풍 전선 통과와 차가운 다운버스트 내 심 한 소나기가 내릴 때 급격히 상승하며, 폭풍이 지나 감에 따라 정상으로 돌아간다. 이 압력 변화의 주기 는 15분 이내에 발생할 수 있다.

8. 정전기(Static Electricity) : 라디오 수신기의 일정하고 심한 정도의 소음을 내는 정전기는 날아가는 항공기의 뾰족한 금속점과 가 장자리에서 나오는 강력한 코로나방전에 의해 발생한다.( St. Elmo’s fire)

9. 토네이도 : 격렬하게 회전하는 공기 기둥이며 지표면과 접촉한다. 대개 몇 분밖에 걸리지 않고 수 마일을 이동하지만 극단적인 경우에는 90분 이상 지속되며 100mile 이상 이동할 수 있다. 작은 규모에서는 토네이도가 모든 대기 순환에서 가장 강렬하다. 그 소용돌이는 일반적으로 직경이 몇 백 yard이지만 너비가 10yard 미만에서 2mile 이상이 될 수 있다. 미국의 모든 토네이도 중 80%이상이 거대세포 뇌우에 의해 생성된다.

● 비행절차

1. 강한 뇌우 식별 또는 반사파, 최소 20nm 이상 회피

2. AP을 고도유지 모드와 속도유지 모드 해제(변동 허용), 일정 자세 유지.

3. 조종석 조명 최대

4. Va이하로 유지

5. 레이더 사용시 각도를 상하로 기울여라

6. 진입시 되돌아가지 마라

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2. 착빙

1. 형성, 영향

 가. 양력 감소, 항력 및 중량 증가 = 실속속도 증가, 성능 저하, 조종에 영향, 동정압 계통에 장애 발생, 안테나 착빙시 무선통신 장애 발생. 심한 경우에는 2〜3 in의 착빙이 5분도 채 안 되어 날개골(airfoil)의 앞 부분(leading edge)에 형성될 수 있으며, 항공기에 따 라서 1/2 in의 착빙은 양력을 50% 감소시키고, 같은 비율로 마찰항력(frictional drag) 을 증가시킨다.

강수 속에서 비행할 때, 그리고 기온이 2ºC~-10ºC 일 때, 착빙을 예상할 수 있다.

 나. 과냉각수(0도~－20도), 항공기 표면온도 0도 미만, 착빙(대략 0도~－10도 에서 잘 발생)

 다. 발생에 영향 요소 : 수증기량, 수적의 크기, 항공기 속도(400kts까지는 비례 / 그 이상 반비례)

2. 종류

맑은 착빙, 거친 착빙, 혼합 착빙, 비 착빙, 서리

3. 강도

1) 미약함(Trace) - 착빙을 감지할 수 있게 된다. 축적률이 승화(sublimation)보다 약간 더 크며, 1 시간 이상 지속되지 않는 한 제빙/방빙장치를 사용할 필요는 없다.

2) 약함(Light) - 비행이 1시간 이상 장기간 지속되면 축적률 이 문제가 될 수 있다. 때때로 제빙/방빙장치를 사용하여 축적된 얼음을 제거하거나 얼음이 축적되지 않도록 해야 한다. 제빙/방빙장치를 사용하면 문제가 되지는 않는다.

3) 보통(Moderate) - 단시간의 축적률이라도 잠재적으로 위험에 직면할 수 있으며, 제빙/방빙장치의 사용이나 우회비행 이 필요하다.

4) 심함(Severe) - 방빙 시스템으로는 얼음의 축적을 방지할 수 없을 정도의 축적률이거나, 일반적으로 착빙이 잘 발생하지 않는 조종면이 가로막고 있는 후방부위 및 제작사가 명시한 그 밖의 부위에 착빙이 발생한다. 착빙상태에서 즉시 벗어나야 한다.

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ICAO가 정의하고 있는 착빙의 강도는 다음과 같다.

1) 약함(Light) 누적 비율로 볼 때 1시간 이상 동일한 환경 속을 비행하면 문제가 될 수 있는 수준의 착빙

2) 보통(Moderate) 누적 비율로 볼 때 조우되는 시간이 짧아도 위험할 수 있는 수준의 착빙으로 착빙방지 장치의 작동이 필수적인 상태

3) 심함(Severe) 누적 비율이 착빙제거 장치를 사용하더도 착빙이 줄어들지 않거나 항공기 조종에 위험을 초래할 수준의 착빙으로 즉시 해당 지역으로부터 벗어나야 한다.

NOTE 1

심한 착빙 (severe icing)은 항공기에 좌우되며, 이는 다른 category의 착빙강도도 마찬가지이다. 심한 착빙은 어떤 축적률에서나 발생할 수 있다.

[EXAMPLE] 조종사는 항공기 식별부호, 위치, 시간(UTC), 착빙유형 및 강도. 고도/비행고도, 항공기 기종, 지시대기속도(IAS) 및 외기온도(OAT)를 보고한다.

4. 대처

 가. 이륙전 제거

 나. 착빙지역에서 계속 비행 X

 다. 비행고도 온도가 0도 - 소나기, 진눈깨비가 오는 지역 통과 X

 라. 착빙조건에서 전선에 평행하게 비행 X

 마. 산 능선 혹은 낮은 구름 속 비행 X

 바. 착빙시 급기동 X

 사. 상승 시 착빙 예상 층 통과시 조금 빠른 속도 유지

 아. 날개나 항공기 노출부 착빙시 power landing 시도.

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3. 태풍

1. 열대저기압(Tropical Cyclones)

열대성 저기압은 열대성 해양을 기점으로 하는 저기압에 대한 일반적인 용어이다. 열대성 저기압은 평균 10분 풍속을 기준으로 강도에 따라 분류된다. 이 폭풍우의 돌풍(gust)은 평균 10분 풍속보다 50%이상 높다. 북대서양과 태평양 북서부의 열대성 저기압 분 류는 다음과 같다(조종사표준교재 항공기상 21.2.5):

1. 열대성 저기압- 최대 34knots (시간당 64km/h)의 바람

2. 열대성 폭풍우- 35∼64knots (시간당 65∼119km/h)의 바람

3. 허리케인- 최소 65knots (시간당 120km/h)의 바람

기상청 날씨누리 - 태풍이란

슈퍼 태풍이라는 용어는 최고 지속풍이 최소 130노트(시간당 241km/h)인 경우에 사용된다.

2. 발달

열대성 저기압 발달의 전제 조건은 저고도 수렴과 저기압 윈드시어 조건 아래에 최적의 해수면 온도이다.

(대륙에서 열 대 해양으로 움직이는 저위도 내 대류선(line of convection), 시어라인, TUTTs, 열대성 불안정파, WADL과 같은 곳)(수렴 만으로 발달을 지원하지는 않음)

시스템은 높은 대류권 고도에서 수평 유출(발산)이 있어야만 한다. => 구름과 강수량을 일으키는 부력을 만든다.

응결은 다량의 잠열을 방출하여 시스템의 온도를 상승시키며 상승 운동을 가속.

=>  온도 상승은 지상기압을 낮추어 저고도 수렴을 증가.

=>  습기가 많은 공기가 시스템에 유입.

이러한 연쇄 반응 현상이 계속되면 거대한 소용 돌이가 발생하여 허리케인의 풍속이 최고조에 달할 수 있다.

보통 위도 5°와 20°사이에서 발생한다. 코리올리의 힘이 적도 근처에서는 너무 작기 때문에 열대저기압이 적도의 5°이내에 있을 가능성 은 거의 없다.

3. 구조 및 특성

 가. 지름 200~1500km, 높이 10~15km

 나. 중심 부근- 풍속 강해지고, 기압은 급격히 낮아짐 = 등압선 간격은 중심에 가까워질수록 조밀

 다. 중심부 - 하강기류, 바람이 약하고, 부분적 맑은 날씨 = 태풍의 눈(눈 주위 소용돌이치는 강한 상승기류에 의한 적운 또는 적란운 구름벽이 회전, 풍속이 가장 크다 - 심한 난기류와 착빙 동반)

 라. 눈(eyes)을 형성하는 대부분의 열대저기압은 열대성 폭풍 강도에 도달한 후 48시간 이내에 이루어진다.

 마. 태풍의 눈의 평균 직경은 15mile에서 20mile 사이지만, 때때로 7마일 정도로 작고 드물게는 직경 이 30마일 이상이다. 눈 주위에는 50,000ft이상으로 확장될 수 있는 구름벽이 있다. 이 구름벽은 많은 비와 폭풍의 가장 강한 바람을 포함하고 있다. 175노트의 최고 풍속이 몇몇 폭풍에서 기록되어 왔다.

4. 이동

저위도 지역에서 서북 방향으로 이동 => 중위도로 이동하며 편서풍의 영향을 받음

저고도 = 무역풍, 상층 = 편서풍 => 매우 불규칙하게 움직임.

진행방향의 오른쪽은 강해지고(위험반원), 왼쪽은 약함(가항반원)

5. 태풍 부근에서 비행

 가. 북반구의 경우 태풍 진행방향의 왼쪽으로 비행하는 것이 유리. 저고도 비행시 태풍의 눈을 오른쪽에 두고 비행하면 배풍을 받고 비행해 비행시간 을 줄일 수 있음.

 나. 정확한 진고도 - 전파 고도계 사용

 다. 주기시 기수를 바람이 부는 방향으로 향해서 주기.

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4.난기류

1. 난기류.

방향과 속도가 불규칙하게 바뀌면서 흐르는 기류. 

가. 강도

나. 분류 : 대류성(대류성 흐름, 공기 상승 & 하강), 기계적(장애물에 의해 생성), 항적(날개 끝 와류)

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2.산악파

1). 산악파 발생조건

 가. 산정을 지나는 풍속의 수직 성분이 25kt 이상

 나. 풍향은 산맥의 축에 수직으로 45도 이내로 불 것

 다. 산정의 상부에 안정층 존재

2). 산악파 관련 구름

  모자구름(cap cloud) : 산맥 바로 정상에서 형성되는 구름

 말린구름(rotor cloud) : 말린구름 내부 및 그 하층이나 말린구름 풍하측의 하강기류 지역은 산악파에서 가장 위험한 지역

 렌즈구름(lenticular cloud) : 렌즈모양의 구름으로서 말린구름과 같이 정체성이며 계속적으로 형성.

3). 산악파 지역 비행절차

 가. 가능하면 우회, 최소 산악의 높이보다 50%(1.5배)이상 높은 고도로 비행

 나. 접근시 45도 각도로 유지, 위험한 정도의 하강기류가 존재할 때는 빠르게 선회하여 산악에서 멀어질 수 있도록.

 다. 강풍시 풍하측에서 산맥에 접근할 때 충분히 먼 곳에서 상승 개시

 라. 강한 기류로 인해 기압고도계가 실제고도보다 2,500ft 까지 더 높은 고도를 지시할 수 있음에 유의

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3. 마이크로버스트

 가. 직경 2.5mile 이하의 소규모 지역에서 최대풍속 75m/s(145kt)의 강한 하강기류

 나. 크기 : 운저 ~ 지면 상공 약 1000ft ~ 3000ft 까지 강하시 직경은 통상 1mile, 지면 근처 2.5mile로 확장

 다. 강도 : 분당 6000ft 정도의 하강기류, 지면의 45kt에 달하는 수평바람은 가로지르는 90kt의 윈드시어 야기

 라. 지속 : 15분 이상 지속되지 않음, 처음 5분동안 수평바람 증가, 최대 2~4분 정도 지속(때로 일직선상에 집중시 1시간 동안 지속 가능)

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4. 제트기류(Jet stream)

 가. 대류권 상부 또는 성층권(10 ~12km의 대류권계면)에서 거의 수평축으로 집중되는 강하고 좁은 바람, 온도의 경계면에서 발생.

 나. 하나 또는 둘 이상의 제트핵이 존재, 수천 km의 길이, 수 백km의 폭과 수 km의 두께를 가짐

 다. 일종의 온도풍

 라. 수직방향 윈드시어는 1km당 10~20kt, 수평방향 윈드시어 100km당 10kt정도 비율로 풍속이 변화

 마. 여름보다 겨울철에 더 강함. 겨울철에 남하하며 고도는 낮아지고, 여름에는 북상하며 고도 증가

 바. 온도차가 많이나는 기단들의 경계면에서 대류권게면의 불연속대가 만들어지며 그 부분에 제트기류가 발생 : 한대 제트기류(polar jet stream), 아열대 제트기류.(subtropical jet stream)

 사. 온도차가 크면 클수록 그 곡률이 현저하게 증가해 'W' 모양이 됨

 아. 제트의 골(through)와 능(ridge)사이에 CAT이 발생(전체의 75%)

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5.청천난류(CAT)

 가. 구름없는 맑은 하늘에서 수평 또는 수직 바람 변화로 인해 발생하는 돌발적인 난기류(대류성 구름, 열적인 요인과 무관)

 나. 평균 15,000ft 이상에서 발견

 다. 주로 제트기류 북쪽의 차가운쪽인 극측의 상층 기압골. 저기압의 북쪽 또는 북동쪽

 라. 회피 : 온도가상승하면 고도를 높이고, 온도가 하강하면 고도를 낮추어야 빠르게 벗어날 수 있음

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6. 윈드시어

 가. 바람의 급격한 움직임으로 인해 발생하는 짧은 거리에 풍향,풍속 급변 현상. 지상 2,000ft 범위 내에서 짧은 시간 동안 발생하는 LLWS는 더 위험

 나. 청천난류.

 다. 전선대(frontal zone) : 기온차가 5도 이상, 전선의 이동속도가 30kt 이상이 되면 저고도로 전선을 횡단시 윈드시어의 가능성이 현저해짐

 라. 저고도 기온역전 : 맑고 바람이 약한 야간 지면 기온 역전층이 생겼을 때, 상층은 역전층 하층의 안정층에 비해 비교적 풍속이 커 상부 2000ft ~ 4000ft의 풍속이 최소 25kt 이상일 때 풍속차로 윈드시어 발생할 수 있음.

 마. LLWS : 2000ft 미만의 고도에 영향. 전선과 관련시 온난전선 접근 6시간 전 나타날 수 있으며, 한랭전선 통과 2시간후 까지 있을 수 있음. 속도계와 수직속도계의 심한 변동, 대기속도와 대지속도와 큰차이를 통해 파악가능. 현재 고도의 바람과 보고된 지상풍이 20도 이상 변하게 되면 주의. 두께 200ft이상의 층에서 100ft당 또는 10kt 이상의 전단풍.

"severe wind shear"

They may define the term as a wind shear that exceeds the performance capability of the aircraft or a wind shear producing airspeed changes greater than 15 kt or vertical speed changes greater than 500 feet per minute (fpm).

FAA-H-8083-28 19.2.4 Wind shear