한랭전선·폐색과 뇌우 — 조종사 핸드북 12장 (4/5)

앞 편 온난전선 보기에서 콜럼버스까지는 운고 6,000피트, 연무 6마일이었습니다. 기압은 더 떨어집니다. 인디애나폴리스에 가까워지면 운고 2,000피트 부서짐, 시정 3마일, 비가 됩니다. 기온과 이슬점이 같으면 안개가 생기기 쉽습니다. 세인트루이스는 낮은 구름 온흐림, 이슬비, 시정 1마일입니다. 인디애나폴리스를 지나면 VFR을 유지할 운고·시정이 없습니다. 온난전선이 지날 때까지 — 이틀이 걸릴 수 있습니다 — 인디애나폴리스에 남는 편이 낫습니다.

한랭전선 — 제설차처럼 밑으로 들어가 밀어 올린다

한랭전선은 차고 밀도 높고 안정한 공기가 따뜻한 공기를 밀 때입니다. 온난전선보다 빠릅니다. 보통 시속 25~30마일이고, 기록된 극단은 60 mph입니다. 밀도가 높아 지면 가까이 머물며 제설차처럼 따뜻한 공기 밑으로 들어가 밀도가 낮은 공기를 올립니다. 급상승한 공기는 갑자기 식고 구름이 됩니다. 구름 종류는 위쪽 따뜻한 기단의 안정도에 달립니다. 북반구에서는 보통 북동–남서 방향이고, 수백 마일에 걸쳐 넓은 땅을 덮을 수 있습니다.

통과 전에는 권운형 또는 탑상적운이 있고 적란운이 자랄 수 있습니다. 구름이 빨리 발달하면 소나기도 옵니다. 높은 이슬점과 떨어지는 기압이 임박의 단서입니다.

통과 중에도 탑상적운·적란운이 하늘을 지배합니다. 세기에 따라 강한 소나기, 번개, 천둥, 우박이 오고, 더 심한 한랭전선은 토네이도를 만들 수 있습니다. 시정은 나쁘고 바람은 변하고 돌풍이며, 기온과 이슬점은 빨리 떨어집니다. 급락하던 기압은 통과 때 바닥을 친 뒤 천천히 오릅니다.

통과 뒤에는 탑상적운·적란운이 적운으로 줄고 강수도 줍니다. 시정은 결국 좋아지고 바람은 서북서입니다. 기온은 낮은 채로 남고 기압은 계속 오릅니다.

빠른 한랭전선 — 좁은 날씨띠와 스콜라인

빠른 한랭전선은 전선 훨씬 뒤의 강한 기압계가 밉니다. 지면 마찰이 전선을 늦춰 경사를 세웁니다. 날씨는 전선의 앞가장자리에 좁게 몰립니다. 밀리는 따뜻한 공기가 안정하면 전선 뒤로 꽤 온흐림과 비가 이어질 수 있습니다. 불안정하면 산재 뇌우와 소나기가 생깁니다. 뇌우가 한 줄로 이어지면 스콜라인이 전선을 따라, 또는 앞에서 생깁니다. 스콜형 뇌우는 세고 빨라 조종사에게 심각합니다. 빠른 한랭전선 뒤는 하늘이 빨리 맑아지고, 돌풍성 난류와 더 찬 기온을 남깁니다.

한랭전선으로 날아갈 때 — 같은 항로, 다른 단면

그림 12-26은 피츠버그에서 세인트루이스로 가는 비행이 다가오는 한랭전선과 만나는 보기입니다.

피츠버그 출발은 연기 속 시정 3마일, 산재 3,500피트의 VFR입니다. 콜럼버스로 서진하면 연직 발달이 보이고 부서짐 2,500피트, 연무 속 시정 6마일, 기압은 떨어집니다. 인디애나폴리스는 온흐림 1,000피트, 시정 3마일, 뇌우와 강한 소나기입니다. 세인트루이스는 산재 1,000피트, 시정 10마일로 오히려 낫습니다.

전선 지식을 쓰면 인디애나폴리스에 남는 편이 낫습니다. 뇌우대나 스콜라인 밑으로 지나가려 하지 마십시오. 위로 넘거나 돌아가는 것도 소형기에는 선택이 아닌 경우가 많습니다. 뇌우는 소형기의 상승 한도를 넘고, 한 줄이 300~500마일일 수 있습니다.

온난과 한랭 — 속도, 경사, 위험이 다르다

한랭전선은 20~35 mph로, 온난전선 10~25 mph보다 빠릅니다. 경사도 더 가파릅니다. 거친 날씨는 한랭전선 경계를 따라, 앞이 아니라 그 자리에서 오는 경우가 많습니다. 다만 여름 강한 한랭전선 앞 200마일까지 스콜라인이 생길 수 있습니다. 온난전선은 낮은 운고, 나쁜 시정, 비를 가져오고, 한랭전선은 갑작스러운 폭풍, 돌풍, 난기류, 때로는 우박이나 토네이도를 가져옵니다.

한랭전선은 경고가 거의 없이 몇 시간 만에 날씨를 바꿉니다. 지나면 빨리 맑아지고 건조하며 시정이 무제한에 가깝습니다. 온난전선은 다가옴을 미리 보여 주고, 한 지역을 지나는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다.

정체전선과 풍향 전환

두 기단의 힘이 비슷하면 경계가 며칠 머물며 그 지역 날씨를 바꿉니다. 정체전선입니다. 날씨는 온난과 한랭이 섞인 형태가 됩니다.

고기압 주위 바람은 시계 방향, 저기압은 반시계 방향입니다. 고기압이 맞닿으면 접점에서 바람이 거의 반대로 붑니다. 전선은 고기압 구역의 경계이므로 전선 안에서 풍향이 계속 바뀝니다. 전환은 한랭전선에서 가장 뚜렷합니다.

폐색전선 — 빠른 한랭이 느린 온난을 따라잡으면

폐색전선은 빠른 한랭전선이 느린 온난전선을 따라잡을 때입니다. 다가올 때는 온난전선 날씨가 먼저이고, 곧 한랭전선 날씨가 이어집니다. 부딪히는 공기의 온도가 유형을 가릅니다.

한랭형 폐색은 빠른 한랭전선의 공기가, 느린 온난전선 앞의 공기보다 더 찰 때입니다. 찬 공기가 서늘한 공기를 밀고 온난전선을 들어 올립니다. 공기가 비교적 안정하면 온난·한랭이 섞인 날씨가 됩니다.

온난형 폐색은 온난전선 앞의 공기가 한랭전선 공기보다 더 찰 때입니다. 한랭전선이 온난전선 위로 올라탑니다. 들어 올려진 공기가 불안정하면 한랭형 폐색보다 날씨가 더 험합니다. 임베디드 뇌우, 비, 안개가 오기 쉽습니다.

그림 12-27은 전형적인 한랭형 폐색의 단면입니다. 온난전선이 서늘한 공기 위를 타고 온난전선형 날씨를 만듭니다. 통과 전에는 권운형·층운형, 가볍거나 강한 강수, 나쁜 시정, 이슬점 유지, 기압 하강입니다. 통과 중에는 난층운·적란운이 주를 이루고 탑상적운도 생길 수 있으며, 강수는 가볍거나 강하고, 시정은 나쁘고, 바람은 변하고, 기압은 수평이 됩니다. 통과 뒤에는 난층운·고층운이 보이고 강수는 줄며 시정이 나아집니다.

뇌우 수명 — 적운 15분 안에 성숙, 모루가 생기면 소멸

뇌우는 세 단계를 지나 사라집니다. 적운 단계에서 공기가 올라가기 시작합니다. 수증기와 불안정이 있으면 연직으로 커집니다. 강한 상승이 수분을 못 떨어뜨리게 합니다. 약 15분이면 가장 거친 성숙 단계에 들어갑니다. 비나 얼음이 구름이 더 못 받칠 만큼 무거워져 떨어지고, 하강 기류가 생깁니다. 따뜻한 상승, 강수가 만든 찬 하강, 거친 난류가 구름 안팎에 같이 있습니다. 구름 아래에서는 쏟아지는 공기가 지면 바람을 키우고 기온을 낮춥니다. 꼭대기 근처 연직 운동이 느려지면 꼭대기가 퍼져 모루(anvil)가 됩니다. 그때부터 소멸 단계입니다. 하강이 퍼져 유지에 필요하던 상승을 밀어냅니다.

경항공기로 뇌우 위를 넘을 수는 없습니다. 심한 뇌우는 대류권을 뚫고 위도에 따라 50,000~60,000피트까지 갑니다. 밑으로 가면 비, 우박, 번개, 거친 난류를 맞습니다. 심한 뇌우나 극단 레이더 에코는 20 NM 밖으로 돌아갑니다. 우박이 구름 밖 수 마일에 떨어질 수 있습니다. 돌 수 없으면 지나갈 때까지 땅에 남습니다.

뇌우가 생기려면 충분한 수증기, 불안정한 감률, 처음 들어 올리는 힘이 있어야 합니다. 불안정한 공기에서 아무 데나 생겨 한두 시간 가고 중간 돌풍과 비만 만드는 것은 기단 뇌우입니다. 대개 지면 가열입니다. 지속성(steady-state) 뇌우는 기관계와 붙습니다. 전선, 수렴, 상층의 골이 상승을 만들어 스콜라인으로 자주 이어집니다. 성숙 단계에서 상승이 더 세고 더 오래 갑니다.

스콜라인과 토네이도

모든 뇌우에는 항공에 위험한 조건이 있습니다. 조합은 다양합니다. 모든 위험이 한 셀에 다 있는 것은 아니지만, 눈으로 어떤 위험이 있는지는 가릴 수 없습니다.

스콜라인은 활발한 뇌우의 좁은 띠입니다. 습하고 불안정한 공기에서 한랭전선 위나 앞에 자주 생기지만, 전선과 멀리 떨어진 불안정 공기에서도 생깁니다. 돌아가기엔 너무 길고, 뚫기엔 너무 넓고 셉니다. 지속성 뇌우를 담는 경우가 많고, 기체에 대한 가장 센 기상 위험 중 하나입니다. 빨리 생겨 늦은 오후와 어두워진 뒤 몇 시간에 정점에 닿는 경우가 많습니다.

가장 거친 뇌우는 운저로 공기를 세게 빨아들입니다. 들어오는 공기에 회전이 있으면 지면에서 구름 안까지 가는 아주 가는 소용돌이가 됩니다. 풍속은 200kt를 넘고 안쪽 기압은 아주 낮다고 추정됩니다. 강한 바람이 먼지와 파편을 모으고, 낮은 기압이 적란운 밑에서 깔때기를 내립니다. 지면에 안 닿으면 깔때기구름, 땅에 닿으면 토네이도, 물에 닿으면 용오름(waterspout)입니다.

토네이도는 단독 뇌우와 스콜라인 둘 다에서 납니다. 토네이도 예보가 있으면 거친 난류를 각오합니다. 소용돌이에 들어가면 조종을 잃고 구조가 상할 가능성이 매우 큽니다. 소용돌이는 구름 안까지 이어지므로, 심한 뇌우 속에서 계기에 걸린 조종사는 보이지 않는 소용돌이를 만날 수 있습니다. 토네이도 가족이 본구름에서 번개·강수 구역 밖 수 마일까지 뻗는 것이 관측된 적도 있습니다. 심한 뇌우에 붙은 구름은 폭력의 위협을 안고 있습니다.

난기류 — 구름 밖 20마일, 돌풍전선은 15마일 앞

모든 뇌우에 위험한 난류가 있고, 심한 뇌우는 기체를 부술 수 있습니다. 구름 안 가장 센 난류는 상승과 하강 사이의 전단입니다. 구름 밖에서는 심한 폭풍 위 수천 피트, 옆으로 20마일에서도 전단 난류가 관측됐습니다. 저고도 난류의 한 자리는 돌풍전선(gust front)의 전단대입니다. 폭풍 앞가장자리의 “롤클라우드”가 이 소용돌이 위를 표시하는 경우가 많고, 극히 거친 구역입니다. 돌풍전선은 강수보다 15마일 앞에서 움직이기도 합니다. 다가오는 폭풍 앞에서 지상풍이 빠르고 때로는 급격히 바뀝니다. AC 00-54 Pilot Windshear Guide가 이 돌풍전선을 설명합니다. 그 AC의 그림 2는 성숙 뇌우와 아주 거친 난류가 있는 돌풍전선 단면입니다.

착빙 — 0 °C에서 −15 °C, 큰 과냉각 방울은 맑은 얼음

뇌우의 상승은 방울이 큰 액체 물을 많이 받칩니다. 빙결고도 위로 가면 과냉각됩니다. 상승 기류가 약 −15 °C까지 식으면 남은 수증기 상당량이 빙정으로 승화합니다. 그보다 위, 더 낮은 온도에서는 과냉각 물이 줄어듭니다.

과냉각 물은 기체에 닿는 즉시 얼음입니다. 맑은 얼음은 빙결고도 위 어느 고도에서도 생길 수 있고, 높은 고도의 작은 방울은 무른 얼음이거나 섞인 얼음이 됩니다. 큰 과냉각 방울이 많아 0 °C에서 −15 °C 사이 맑은 얼음이 매우 빠르고, 셀 무리에서는 자주 만납니다. 뇌우 착빙은 극히 위험합니다. 뇌우가 아니어도 기온이 0 °C에 가깝고 보이는 수분이 있으면 착빙을 각오합니다.

우박과 엔진이 삼키는 물

우박은 난류와 겨룰 만큼 큰 위협입니다. 빙결고도 위 과냉각 방울이 얼기 시작하고, 다른 방울이 붙어 커집니다. 강한 상승이 높이 올라간 심한 뇌우에서 큰 우박이 납니다. 떨어질 때는 폭풍 핵에서 떨어진 곳일 수 있고, 맑은 공기 수 마일 밖에서도 만납니다. 지면이 비라고 해서 위에 우박이 없는 것은 아닙니다. 큰 적란운의 모루 아래는 특히 그렇습니다. 지름 1/2인치를 넘는 우박은 몇 초 만에 기체를 크게 상하게 합니다.

터빈 엔진이 삼킬 수 있는 물의 양에는 한도가 있습니다. 발달 단계의 많은 뇌우에 상승이 있습니다. 상승 속도가 빗방울의 종단속도에 가깝거나 넘으면 물 농도가 매우 높아지고, 설계 한도를 넘을 수 있습니다. 심한 뇌우에는 화염 정지(flameout)나 엔진 구조 파괴로 이어질 농도가 있을 수 있습니다.

뇌우 구름 안 시정은 거의 0입니다. 운저와 지면 사이 강수와 먼지도 운고·시정을 막습니다. 난류, 우박, 번개와 겹치면 같은 제한이 몇 배로 위험합니다.

뇌우가 다가오면 기압이 빨리 떨어지고, 첫 돌풍과 찬 하강·강한 소나기가 오면 급등했다가, 폭풍이 지나면 평소로 돌아갑니다. 이 주기는 15분일 수 있습니다. 수정된 고도계 시정을 받지 못하면 고도계가 100피트 이상 틀릴 수 있습니다.

대기의 힘과 날씨가 비행을 어떻게 바꾸는지를 아는 것이 브리핑 뒤 판단을 받칩니다. 더 볼 자료는 AC 00-6, AC 00-24, AC 00-45, AC 91-74, AIM 7장 2절입니다. 낙뢰는 다음 짧은 편에서 이 장을 닫습니다.

이 글은 미국 연방항공청(FAA)의 Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge(FAA-H-8083-25B)(퍼블릭 도메인)를 번역·재구성한 시리즈입니다.