[기상이슈] 세계의 각종 특이 기상현상들

 정보

• 업무명     : 기상이슈

• 작성자     : 박진만

• 작성일     : 2020-10-21

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 내용

[미류운(Virga)]

미류운 (Virg) 은 결코 땅에 떨어지지 않는 유령 같은 비이다.

구름 아래의 공기가 매우 건조하다면, 이 구름을 통해 떨어지는 비는 지구의 표면에 도달하기 전에 증발하게 된다. 이 때 구름의 아랫 부분에서 깃털같은 줄무늬의 흔적이 나타나게 되는데,  낙하하던 강수가 도로 수증기로 증발하기 되기 전에 지나간 궤적이다. 빗방울이 도로 증발할 때 주변 공기로부터 많은 에너지를 흡수하게 되고 결과적으로 이로인해 주변공기는 빠르게 냉각하게 된다. 이렇게 냉각된 차가워진 공기는 순간적으로 매우 강한 하강기류가 발생하게 되어 위험할 정도로 응축된 빗방울 또는 우박이 내리게 될 수 있다.  

그러나 대다수의 미류운은 그저 아름다운 광경을 연출하는 것으로 끝나는 경우가 흔하다. 이러한 미류운을 레이더로 관측하게 되는 경우 뚜렷한 강수 에코가 나타나는 것이 일반적이지만, 지표면에는 강수의 증거가 포착되지 않는다. 결과적으로 머리 위 상공에는 거대한 폭풍이 휩쓸고 있을지 모르지만, 지표면에서 우리들이 볼 수 있는 유일한 흔적은 하늘을 떠다니는 얇은 빗줄기의 흔적 뿐일 것이다.

Photo courtesy of Valerie Lemke. A picture of virga taken at Rio Del Mar Beach in Aptos, CA. Virga is commonly seen in the Western U.S., desert climates, and other dry areas.

 

[후지와라 효과]

같은 방향으로 회전하는 두 허리케인이 서로에게 충분히 가까이 다가올 때, 이들은 서로의 공통된 무게중심 근처에서 격렬한 춤을 추기 시작한다.

만약 한 허리케인이 다른 허리케인보다 훨씬 더 강하다면, 작은 허리케인은 큰 허리케인의 궤도를 돌고 결국 큰 허리케인과 충돌하여 흡수될 것이다. 만약 두 허리케인의 강도가 서로 엇비슷하다면 두 폭풍은 공통된 무게중심에 도달해서 합쳐질 때까지 서로를 향해 이동할 수도 있고, 아니면 서로 각자의 이동방향으로 진출하기 전에 잠시 서로를 회전시키는 것으로 끝날 수도 있다. 또한 종종 허리케인이 서로 합쳐지는 경우 그 위력이 더욱 증폭되는 경우도 있다. 

GOES-16 satellite imagery over the eastern Pacific Ocean from July 25 to August 1, 2017. Hurricane Irwin on the left collided with Hurricane Hilary on the right; the two merged before fading out over the ocean.

 

[히트 버스트 (heat burst)]

자정에 일어나 20 분 동안 온도가 20도가 상승하고 시속 130km의 바람 돌풍이 마을을 황폐화 시켰다고 상상해보라. 이는 드문 현상이지만 히트 버스트의 힘이다.

일반적으로 히트 버스트는 뇌우로 인한 열풍이 그 근원이지만 그 이외에도 다른 조건이 맞아떨어져야 한다. 폭풍은 상공에서 국한 되어야 하며, 그 아래의 공기는 뜨겁고 건조해야 한다. 이러한 환경 하에서는 비가 내리더라도 빠르게 빗방울이 증발하게 된다. 증발은 주변 대기에서 열 에너지를 빼앗아 냉각과 수축을 일으키게 되고 대기의 밀도가 높아지게 된다. 결과적으로 밀도가 높아진 공기는 대기를 통해 떨어지기 시작하고 이러한 과정이 더욱 빠르게 가속된다.

일반적으로 빗방울이 하강하는 동안 수분은 계속해서 증발하기 때문에. 이것은 떨어지는 공기가 그 위의 공기 층에 의해 뭉개 질 때 발생하는 가열을 상쇄시킨다. 그러나 히트 버스트의 경우 모든 수분이 증발하고 고온의 공기가 지상에 접근함에 따라 점점 더 빠르게 따뜻해진다. 이윽고 지면에 고온의 공기가 부딫히면 몇 시간 이상 이런 상태가 지속될 수 있다.

 

AWIPS images of GOES-12 10.7 µm IR channel. A group of thunderstorms moving across Nebraska and South Dakota, followed by a heat burst over Sioux Falls, SD. This phenomena is most common in late spring and summer at night, since most thunderstorms expend their energy during the daytime.

 

[모래폭풍 (Haboobs)]

모래폭풍(Haboobs)은 어디서나 일어날 수 있는 강력한 먼지 폭풍이지만 북 아프리카와 남서부 미국에서 가장 흔하게 볼 수 있다.  이 지역들의 공통점은 뜨겁고 건조한 공기와 함께 모래 사막이 위치한 곳이라는 것이다.

모래폭풍은 뇌우가 내릴 때 형성되고 그것이 모은 모든 공기는 강력한 돌풍으로 분출되거나, 냉각되어 마이크로 버스트의 형태로 표면으로 빠르게 떨어지게 된다. 그것이 방출하는 강한 바람은 폭풍 앞에서 밀리고 먼지와 잔해 부스러기를 주워 수천피트 높이와 수마일을 가로지르는 먼지의 벽을 만들어 낸다. 이 거대한 폭풍이 오는 경우 반드시 실내로 대피하길 바란다.

Photo courtesy of Joe DuArte NWS Las Vegas. A haboob advancing on Dolan Springs, AZ. Haboobs typically only last minutes, but they rapidly reduce visibility and air quality.

 

[스콜선]

뇌우는 여러가지 형태로 올 수 있다. 때때로 이들은 공기괴에 의해 특정한 경계를 형성하게 되는데 보통 이를 한랭전선이라 일컫는다. 이러한 전선으로 인한 광범위한 공기덩이의 상승은 일반적으로 길고 좁은 범위에서 뇌우를 만들어낸다.

비록 처음에는 작은 전선으로 시작되지만 압력과 습도 조건이 적절하게 유지되는 한 폭풍우가 형성될 에너지를 지속적으로 공급받을 수 있다. 이렇게 형성된 전선은 강하고 직선적인 바람, 비, 우박 그리고 번개를 동반하게 되며 매우 드물게는 토네이도를 형성하는 경우도 있다.

Photo courtesy of Marko Korosec. A massive cold front with squall line over northern Adriatic sea, Italy on May 12, 2014. Squall lines can be hundreds of miles long.

 

[용오름]

용오름은 특히 소규모 현상이다. 이들은 단순히 육지에서 바다 또는 호수로 이동하는 토네이도일 수도 있지만, 종종 이들은 맑은 날씨에 형성되고 거의 피해를 끼치지 않는다.

맑은 날씨의 용오름은 열린 물의 표면에 형성된다. 따뜻한 온도와 특히 현지화된 지역에서의 높은 습도는 물이 깔때기 안으로 빨려 들어갈 정도의 충분한 힘으로 공기를 상승시킬 수 있다. 이들은 일반적인 토네이도에 비해 헌저히 낮은 위력을 가진 것으로 보이며, 20분 이상 지속되지 않는다.

또한 용오름으로 인해 예상치 못한 해양 생물도 물에 빨려 들어가 육지에 비처럼 내리는 경우가 있다. 

Photo courtesy of Tim Osborn. A pair of waterspouts formed off the coast of Grand Isle, LA. Waterspouts are most common in tropical areas, but have also been seen over the Great Lakes, Antarctic waters, and the Saint Lawrence River.

 

[화산 번개]

우리는 보통 화산에서 암석 덩어리와 화산재, 그리고 용암 등이 분출한다고 생각한다. 하지만, 그 모든 것과 함께, 화산재 구름에서 번개가 치는 것을 보는 일은 결코 드물지 않다.

일반적으로 우리가 번개를 보는 경우는 비교적 흔하다. 왜냐하면 작은 얼음 조각들이 모루구름에 존재하기 때문이다. 뇌우는 항상 위나 아래로 부는 기류를 동반하기 때문에, 이러한 얼음 입자들이 함께 충돌하여 전기적으로 충전되게 되고. 정전기가 발생해 번개가 치게 된다.

하지만 화산에는 화산재 구름 안에 얼음이 형성되지 않는다. 대신, 부서진 암석의 조각들은 서로 마찰하고 전기를 만들어 낸다. 이렇게 발생한 번개는 태양보다 5배나 뜨거울 수 있고 화산은 너무 위험하기 때문에, 이 현상의 세부 사항을 연구하는 것은 어렵다. 하지만, 번개의 열기는 종종 재를 액체로 바꾸고, 그것은 나중에 얼마나 길고 뜨거운지 우리에게 말해 줄 수 있는 작은 유리조각으로 굳어지게 된다.

Image courtesy of R. Hadian, U.S. Geological Survey. The December 3, 1982 eruption of Galunggung in western Java, Indonesia. Volcanic lightning tends to occur in explosive eruptions.

 

[해무리/달무리]

보통 해/달무리의 원인은 표면에서 10km 가량 위에 있는 희미한 구름 때문이다. 이들은 종종 비나 눈을 일으키는 전선의 전면부에서 형성되지만, 반드시 전선이 다가오리라는 보장은 없다. 이러한 맥락에서, 실제로 해/달무리는 날씨를 정확하게 예측하지는 못한다. 

무리는 같은 유형의 구름의 특수한 특성 때문에 작은 물방울로 만들어지는 대신에, 작은 얼음 결정으로 구성된다. 이는 대기 상층은 너무 차갑기 때문에 가장 차가운 과냉각 물방울 마저도 얼어버리기 때문이다.

이렇게 발생한 얼음은 프리즘 역할을 한다. 그래서 빛이 얼음입자를 통과할 때 빛을 구성하는 모든 입자들은 무지개처럼 분리된다. 그래서 햇무리가 옅은 무지개 빛을 띠고 있는 것이다. 얼음은 또한 우리가 볼 수 있도록 분리된 빛을 바깥으로 반사한다. 여러분은 태양이나 달 주위의 독특한 원을 보기 위해 올바른 위치에 있어야 한다. 빛이 어떻게 반사되는가는 여러분이 그것을 보는 방법에 달려 있기 때문이다. 이것은 22도 광배라고 불립니다. 왜냐하면 우리가 하늘을 360도로 분할했기 때문입니다. 그리고 광배의 반경은 보통 22도 정도 된다.

Photo courtesy of Kevin League. A lunar halo over Montana.

 

[환일]

“I want to tell you that on the day after the departure of our brothers Kuntz and Michel, on a Friday, we saw three suns in the sky for a good long time, about an hour…Even though the other two suns were not as bright as the one, they were clearly visible. I feel this was no small miracle.” — Jakob Hutter, 1533."

("제가 말씀 드리고 싶은 것은 우리의 형제 쿤츠와 미셸이 떠난 다음 날, 금요일, 우리는 하늘에서 꽤 오랫동안, 약 한시간 동안, 세개의 태양을 보았다는 것입니다. 다른 두개의 태양은 하나의 태양만큼 밝지 않았지만, 그것들은 분명히 보였다. 저는 이것이 작은 기적이라고 생각하지 않습니다." — 제이콥 휴터, 1533년.)

Hutter가 거의 500년 전에 보았던 것은 가장 일반적인 종류의 해무리 중 하나인데, 태양을 모방하기에 딱 알맞게 반사되는 빛에 의해 창조된 광경이다. 그 효과는 몇몇 이름으로 통하지만 공식적으로는 환일이라고 불리며, 만약 그 조건이 맞다면 어디서든 그것을 볼 수 있다.

환일을 보는 조건은 작은 물방울 대신에 작은 육각형 모양의 얼음 결정으로 만들어진 구름의 존재이다. 이들은 물이 액체를 유지하기에는 기온이 너무 낮은 대기 중에 높은 곳에서 형성되는 경향이 있다. 빛이 얼음에 닿을 때, 그것은 그것을 구성하는 모든 다른 색깔들로 나누어지는데, 이것은 무지개가 색을 얻는 것과 같은 방법이다.

빛이 우리가 볼 수 있는 곳에 반사되기 위해서는 얼음 결정체가 땅에 떨어질 필요가 있다. 얼음은 매우 작고 부드럽게 상공에 표류하고 육각 면이 거의 수평이 된 상태에서 바람에 뜨게 된다. 모든 결정체가 태양 광선을 분해하고 있지만, 우리가 볼 수 있는 것들은 우리의 눈과 같은 수준의 것들이며, 우리에게 빛을 직접 반사하는 거울처럼 행동한다. 개별적인 얼음 조각에서 나오는 희미한 빛은 실제 것과 일치하는 창백하고 덜 밝은 태양을 형성하게 된다.

Photo courtesy of Zack Riel. A photo of two parhelia taken in -14 degrees Fahrenheit weather.

 

[빛기둥 (Light Pillar)]

하늘을 가로지르는 다양한 색깔의 빛기둥들은 사실, 사실 전 세계에서 관측할 수 있는 현상이다.

대기에 떠 있는 작은 얼음 결정체들이 대기 상공에 존재하고 이 얼음이 공기를 통해 아래로 떨어질 때, 이들은 매우 가볍기 때문에 거의 수평 방향으로 떨어지게 된다. 때문에 6각형의 얼음 조각들은 평평한 면이 위를 향하는 상태에서 떨어지게 되고 이들은 매우 반사율이 높아진다. 이 때 빛이 얼음의 평평한 부분에 닿게 되는 경우, 빛은 주위로 반사되게 되고 연쇄적으로 더 많은 얼음결정에 닿고 반사하게 된다.

즉 마치 수직으로 쌓아 놓은 거울들이 대기에 떠다니게 되는 것과 같은 효과가 일어난다. 그리고 이를 때리는 빛은 위 아래로 반사되어 하늘에서 빛나는 기둥처럼 보이게 된다.

이러한 빛기둥은 태양, 달, 도시, 가로등 등 어떠한 광원에서도 유발될 수 있다.

Photo courtesy of Matt Molloy. The way a light pillar looks depends on how high up the ice crystals are, what shape they are, how they’re angled, and how far away the light source is.

 

[두루마리눈]

때때로 일상적인 재료들의 조합으로 예상치 못한 결과물을 만들 수 있다. 두루마리눈도 자연의 단순한 조합으로 생성된 결과물이다.

이러한 섬세한 형태들은 수분, 눈, 바람, 온도의 적절한 조합을 필요로 한다. 눈은 자신에게 달라붙을 수 있을 정도로 끈적거리는 가벼운 먼지를 털어야 하지만, 눈이 달라붙지 않는 표면 위에 있어야 한다. 바람은 이 눈 더미들이 말려서 도넛 모양을 형성할 정도로 강해야 한다. 하지만 전체가 산산조각이 날 정도로 강하지는 않아야 한다.

어느 쪽이든, 스노우 롤러는 희귀하고, 자연에서 복제하기 불가능한 독특한 형태이다. 만약 여러분이 그것을 본다면, 그것을 만들기 위해 어떤 완벽한 조건들이 함께 모였는지 생각해보길 바란다.

Photo courtesy of Tim Tevebaugh. A field of snow rollers in the southern Idaho Panhandle. The rollers here are about 18 inches tall or more.

 

[헤어 아이스 (Hair Ice)]

몇몇 북쪽 숲의 춥고 습한 밤에, 여러분은 썩어 가는 나뭇가지에서 얇고 가느다란 이상한 얼음이 자라는 것을 발견할 수 있습니다. 이들은 사람의 머리카락만큼 얇고 부드럽게 그 속까지 모두 채워져 있다. 

1918년부터 이 양털 같은 성장이 형성되는 방식은 과학자들을 어리둥절하게 했지만, 이제 우리는 그 원인이 곰팡이라는 것을 알게 되었다.

이 곰팡이는 죽은 나무 껍질에서 자라고, 얼음이 표면을 따라 형성되기 시작하면, 이 곰팡이는 독특하고 좁은 가닥으로 형성되는 화학 물질을 방출한다. 이러한 화학 물질들은 또한 작고 얇은 얼음 결정체들이 더 큰 것으로 자라는 것을 막아 주고 털이 많은 질감을 유지시켜 준다. 이렇게 발생한 헤어 아이스는 적절한 조건에서 며칠 동안 제자리에 머물 수 있지만, 대부분은 밤의 더 추운 온도에서 형성되어 아침에 녹아 버리게 된다.

A growth of hair ice on a dead tree branch in British Columbia, Canada. Alfred Wegener, the father of continental drift, first saw hair ice in 1918 and correctly thought they could be the work of a fungus. It took almost 100 years to prove him right.

 

[니에베 페니텐테스 (Nieve Penitente)]

Nievespenitents는 크고, 넓은 밑면과 좁은 꼭대기를 가진 얼음 덩어리이다.

이들은 단지 수십 cm의 높이이거나 몇 m 크기의 높이일 수도 있지만, 보통 태양을 바라보는 환경에서 생성된다. 여러분은 아마도 이 놀라운 형상에서 모든 종류의 것들과 유사한 점을 볼 수 있을 것이다. 하지만 공식적으로 이들은 예복을 입은 수도승들과 닮은 이름을 따서 지은 것이다. (스페인어로 수도승 이라는 뜻을 가지고 있음)

그것들은 습도의 부족이 얼음이 물로 녹지 않고 대신에 승화라고 불리는 과정에서 고체에서 기체로 직접 이동하는 높고 건조한 환경에서 형성된다. 태양이 얼음 위를 비출 때, 태양은 특정한 각도에서 비추고 일부만 가열된다. 그것들은 주변 지역보다 빨리 자라서 얼음에 언덕이 생기게 된다. 이렇게 생긴 언덕의 곡면이 태양 광선을 응축시켜 보다 넓은 면적이 훨씬 빠르게 승화한다. 결과적으로 얼음은 표면에 깊은 딱지가 있는 얼음 송곳 형태가 된다.

여담으로 최근에, NASA 에서 명왕성에서 이들이 수백m 높이로 자라있는 것을 관측하였다.

Nieves penitentes in the Argentine Andes. Charles Darwin was the first person to scientifically write about these structures in 1839.

 

[광륜]

광륜은 관찰자의 그림자의 머리 주위에 무지개 후광을 투사하는 광학 효과이다. 이 조건은 일반적으로 산과 고층 빌딩과 같은 높은 장소에서 자주 나타난다. 

빛이 구름이나 안개를 구성하는 작은 물방울에 닿으면 광륜이 나타난다. 빛은 무지개와 같은 방식으로 다른 색으로 분리된다. 대신 물방울에서 빛이 튀는 방식의 차이로 인해 큰 활 모양 대신 작은 원 모양의 스펙트럼이 생긴다.

구름이나 안개 속의 물방울이 광원과 수평을 이루고 광원이 아래에 있어야하기 때문에지면 위에있을 때 광륜이 종종 나타나게 된다. 그렇게하면 후광이 그림자의 머리에 닿는다.

A glory created by sun and fog surrounding a Brocken spectre. Taken from the Golden Gate Bridge, CA.

 

[렌즈구름]

렌즈구름은 관찰자에게 종종 비행접시로 묘사되지만 구름의 한 종류이다.

이 구름들은 안정된 공기가 산에 부딫힐 때 생성된다. 차가운 공기는 따뜻한 공기보다 무겁기 때문에 파도를 만들게 되고 공기가 올라갔다가 가라앉기 시작할 수도 있다. 이 때 파도치는 대기에 의해 공기 중의 수분은 응결 되면서 렌즈 모양으로 나타나게 된다.

같은 이유로, 렌즈 구름들은 많이 떠다니지 않는다. 이들은 장벽 위로 올라오는 공기에 의해 상승에너지를 받지만, 이들은 기본적으로 안정하기 때문에 가라앉게 되고 따뜻해질 때 자연스럽게 소산된다.

Photo courtesy of Lieutenant Elizabeth Crapo. Lenticular clouds over South Georgia Island. They most commonly form in the Western U.S. because of the Rockies, but they can form anywhere with the right conditions.

 

[지구의 그림자]

맑은 날에, 여러분은 지평선 위로 서서히 올라가거나 내려가는 황혼 무렵에 지구 그림자의 가장자리를 볼 수 있다. 그것은 해가 뜨거나 지는 것과는 반대로 보이는 어두운 푸르스름한 띠이다.

지구는 정말 크고 구부러져 있고, 그림자도 마찬가지이다. 사실, 이는 120만 km가 넘는 길이이고 우주로 멀리 떨어진 곳까지 뻗어진 그림자이다. 결국 이러한 그림자로 인해 월식이 일어나기도 한다. 달은 우리와 38만 km 밖에 떨어져 있지 않다. 그래서 태양과 지구가 달과 일직선을 이룰 때, 달은 행성의 거대한 그림자에 의해 가려지게 되는 것이다.

종종, 여러분은 그 위에 있는 선홍색 구름 띠를 볼 수도 있다. 이는 태양 광선의 빛을 반사하기 때문에 형성된다. 이 빛과 지구 그림자의 어둠 사이의 구분은 해가 지면서 완전히 밤이 될 때까지 지속된다.

Photo courtesy of Commander Grady Tuell. Sunset over the Gulf of Mexico. The Earth’s shadow looks almost black in this shot, with the peachier Belt of Venus on top of it.

 

[뇌전]

전기 섬광은 번개와 혼동하기 쉽지만 천둥 번개는 아니다. 뇌전은 전선이 해체될 때 흔히 강력한 폭풍과 바람 때문에 나타나는 현상이다.

자연스럽게, 이러한 효과는 어디서 일어나는지 구별하기 어려운 밤에 가장 흔하게 나타난다. 뇌전에는 다음과 같은 몇가지 고유한 특징이 있다.

• 부자연스러운 색깔들을 가지고 있다. 즉 뇌전은 녹색과 파란 색을 포함한 모든 종류의 색을 띨 수 있다.
• 그것들은 번개처럼 순간적인 타격이 아니라 사라지기 전 잠시 빛을 낸다.
• 천둥이 치지 않는다.

뇌전은 흔히 토네이도와 허리케인에 의해 자주 발생한다. 종종, 이러한 종류의 심각한 폭풍은 많은 파편과 비를 가져오는데, 특히 밤에 그들을 보기 어렵게 만들 수 있습니다. 폭풍이 정확히 어디 있는지 알아내기 위해 뇌전의 위치를 짐작해 추측할 수 있다.

The pictured Tipton, OH tornado was a massive vortex hidden in veils of rain. A power flash cut through all the murkiness to reveal where the tornado actually was.

 

[틈새빛살 (Crepuscular Rays)]

때때로 여러분은 구름 사이에서 태양 빛이 레이저처럼 뻗어나오는 것을 볼 수 있다. 이는 빛과 그림자가 번갈아 배열된 광선이다. 

그 효과는 먼지, 습기, 오염 물질과 같은 많은 입자들이 대기 중에 있는 것과 관련있다. 태양 광선이 이러한 물체들을 비추면, 그 빛은 우리가 볼 수 있는 한 줄기로 흩어지게 된다. 결과적으로, 이것은 집중된 빛의 띠를 만든다. 태양이 하늘에서 어디에 있는지에 따라, 그들은 전형적인 노란 색과는 다른 색깔들을 가질 수 있다.

그리고 실제로는 이 광선들이 왜곡된 방향으로 나아가는 것이 아니다. 그것들은 직선으로 빛나고 있지만, 우리가 태양으로부터 너무 멀리 떨어져 있기 때문에, 우리의 관점은 그것을 향해 모든 빛이 점점 좁아지고 있는 것처럼 보이게 된다.

Photo courtesy of David Pence. Crepuscular rays over Richmond, Kentucky.

 

 참고 문헌

[논문]

• 없음

[보고서]

• 없음

[URL]

• 없음

 

 문의사항

[기상학/프로그래밍 언어]

• sangho.lee.1990@gmail.com

[해양학/천문학/빅데이터]

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