A front: 두 기단 사이의 전투지역
온난 전선
기압의 관찰과 온난 전선 Depression coming 관측
한랭전선
Depressions
Secondary depressions
Non-frontal depressions
Depressions leading to TRS
2. 전선, 저기압과 열대성 폭풍
중위도 해상에서 경험하는 다양한 날씨에 기여하는 가장 중요한 요소들은 전선, Depression과 발전할 수 있는 Anticyclones이다. 열대지역에서는 cyclones 또는 tropical revolving storms의 발달이며 이것들은 크고 예기치 못한 선박 손상의 위험을 준다.
A front: 두 기단 사이의 전투지역
움직이는 기단의 전단이 다른 기단을 만날 경우 둘 사이의 경계가 전선으로 알려져 있다. 용어 “front”는 전투의 전선으로써 군대의 사용으로부터 채용되었다. 두 군대간의 전투처럼 다른 특성을 가진 인정하는 두 기단은 그들이 접촉할 때 격렬히 충돌하여 대부분은 상충의 결과 – 즉, 나쁜 날씨 – 가 전선을 따라서 일어난다.
기단이 다른 것과 조우할 때 차갑고 무거운 대기는 하강하고 온난하고 가벼운 대기는 상승한다. 기단의 경계인 전선을 따라서 생기는 이 만남은 저기압과 depressions을 형성하는 장소이다. 폐쇄된 저기압의 순환 체계에서 두 기단이 상호작용하기 시작할 때 이들의 전단부는 온난 또는 한랭 전선으로 불려진다.
온난 대기가 찬 공기를 대체하는 것이 온난전선인 반면, 찬 대기가 온난한 대기를 교체하는 경우는 한랭 전선이 형성된다. 이들 전선들은 북반구에서는 반시계, 남반구에서는 시계방향으로 움직인다. (Coriolis effect)
2개의 중요한 종류인 한랭, 온난 전선은 중-고위도에서 발생한다. 이들은 적도에서는 좀처럼 발생하지 않는데 열대지역 기단 사이의 작은 온도차이 때문이다.
온난 전선
온난 전선은 들리는 것처럼 그렇게 즐겁지만은 않다. 온난 전선은 이동하는 온난한 대기가 더 차가운 기단을 만날 때 발생한다. 온난한 대기는 상승하여 퇴각하는 더 차가운 기단 위로 가고 해수면에 자리 잡는다. 이것은 수면의 온도 상승을 유도한다. 또한 온난한 대기가 상승함으로써 내부의 수증기가 응축되어 비, 눈과 sleet를 생성하는 구름을 만든다.
온난한 공기가 찬 공기보다 가볍고 밀도가 덜 하므로 추월되는 온난 전선 속의 한랭한 대기는 움직이기가 매우 어렵다. 이것은 온난 전선을 느리게 하고 온난한 대기가 최종적으로 도착하기 전에 구름 낀 날씨와 비 오는 날씨를 뜻할 수 있다.
온난 전선은 중위도 보다는 고위도에서 더 자주 일어난다. 이유는 크고 천천히 움직이는 찬 기단이 고위도에서 더 흔하기 때문이다.
그림 2- 1 온난전선의 단면
온난 전선의 특성
고도: 7,300m까지 상승
구름: Altostratus(As: 고층운) 전선 중심에서 앞쪽으로 450km까지 비 오는 지역. 1,800m이하의 낮은 Nimbostratus 구름 밑으로 전방 약 200km로 약 5시간의 폭우 시간을 준다.
기압: 온난 전선 앞의 1,000bm로부터 중심에는 950mb로 떨어진다.
기압 경도: 64km 당 4mb, 4mb간격으로 작성된 등압선은 기상도에서는 약 64km정도 떨어진 것이다.
풍속: 64km당 4mb의 기압 경도는 해상에서 최대 40kts의 풍속을 나타내는데 gale 8 이다.
온난 전선(warm front)
제트 기류에서 처음 나타나는 길고 무거운 Cirrus 구름을 만든 다음 하강한다. 다가오는 온난 대기가 전방의 찬 공기를 대체하고 그 기단은 섞이기 시작하여 Cirrus 구름은 얇고 계속적인 층인 Altostratus 구름으로 대체된다.
9,000m상공을 날고 있는 제트기가 상공에 수증기 꼬리를 남기게 한다. 비행기가 통과하면 제트 엔진의 열은 냉각되고 따뜻한 공기 속의 습기는 곧바로 응축되어 각 흐름을 수증기 꼬리처럼 육상에서 보이는 길고 가는 구름으로 변화된다.
한랭전선보다 상대적으로 느린 속도로 움직인다. (왜냐하면 한랭전선은 항상 기압골(trough)내에 강력한 제트 기류 하에서 형성되고 그래서 더 빠르다.) 약 34~540km/h 또는 17~25kts이다.
온난 대기가 퇴각하는 한랭 대기 위를 상승하여 냉각 될 때 하늘이 흐리게 되고 구름을 형성한다. 가벼운 비 (light rain)는 떨어지기 시작하고 아마도 수시간 동안인 300~500km 넓이의 폭이 형성될 것이다.
온난전선이 통과할 때 폭우를 뿌릴 것이다.
기압이 오르는 것처럼 기압계가 상승할 때, 이것이 출발을 암시한다. 바람 역시 변하고 비가 그치며 이 모든 것은 전선이 지나간다는 암시이며 온난 대기가 하루 이틀 내에 도달할 것이라는 것이다.
온난 전선에서의 날씨 변화
요소 |
도달했을 때 |
통과 시 |
온난 지역시 |
기압 |
지속적 하강 |
하강 그침 |
변화 없음 간혹 강한 체계에서는 불규칙 |
Wind |
증가, 종종 반전+ |
Veer ++ |
방향에 변화 없음 |
기온 |
꾸준, 조금 증가 |
증가 |
변화 없음 |
구름 |
Cirrus/cirrostratus |
Low Nimbostratus |
Stratus or Stratocumulus |
강우 |
가벼운 비, 곧 꾸준히 천천히 증가 됨 |
비 증가, 또는 Drizzle |
간헐적인 가벼운 비 또는 drizzle 안개 종종 맑음 |
시계 |
습도에서 양호 |
불량 종종 mist 또는 안개 |
중간 또는 불량 종종 넓게 퍼진 Mist or fog |
+ 북반구에서는 backing, 남반구에서는 veering
++ 북반구에서는 veers, 남반구에서는 backs
기압의 관찰과 온난 전선 Depression coming 관측
온난 전선 Depression의 평균 기압 하락률은 시간당 2.5mb이다. 처음 5시간 동안의 실제적인 율은 약 1mb/hours로 낮은 것이지만 이것은 저기압이 움직이고 있다는 경보를 당신에게 주기에는 충분하다. 다음 5~10시간에 걸쳐서는 바람이 4에서 6으로 강해지거나 더 강해지는 반면 기압 하락률은 증가할 것이다. 비록, 이 강도에 도달하는 것에 또 다른 3~4시간이 걸릴 수도 있지만 기압 하락률이 3mb/hours에 도달하면 gale force는 8에 도달할 것이다. 비록 예상 gale이 형성되지 않을 수도 있지만 –많은 날씨 형성 요소들에 의하여 – 이 시점은 당신이 전방에서 가능한 황천을 조우할 것에 대하여 주의를 해야 하는 시간이다.
한랭전선
한랭 전선은 쐐기처럼 기존의 온난 기단 아래로 한랭 기단으로 대체할 때 일어난다. 이것은 온난 대기를 들어 올린다. 이러한 한랭 기단은 시간당 100km 이동한다.
한랭 전선의 도달은 보통 주변의 날씨에 급격한 변화를 일으킨다. 왜냐하면 상승대기가 구름을 형성해서 때때로 수백 km에 걸쳐있는 Cumulus 또는 Cumulonimbus 구름에 의해 대체되는 전선으로 구름의 양이 증가하기 때문이다.
소낙비 또는 천둥은 상승대기의 updraft가 충분히 강하면 형성된다. 해수면의 온도는 급격히 하강하고 풍속과 풍향의 갑작스런 변화도 동시에 일어난다.
그림 2- 2 한랭전선의 단면
<한랭 전선의 특징>
속도: 온난 전선보다 빠르고 35~50kts로 북서풍이다.
기압: 전방의 온난 전선이 있을 때 한랭 전선의 접근을 경고하기는 기압의 하강에 눈에 띌 만큼 크지 않다는 걸 명심해야 한다. 대신에 한랭 전선의 사전 대기압의 하강과 강한 polar 대기의 빠른 상승(급격 상승)을 따라서 이것은 대기압의 상승에 상응하여 표시된다. 이것은 상승률과 하락률을 단계적으로 한다. 첫 5시간 내에서는 매우 인지할 만한 시간당 6mb인 30mb까지 상승한다. 다음 5시간에는 상승률이 시간당 2mb로 내려간다.
풍속: 한랭 전선의 통과 동안 바람 방향은 남서에서 북서로 갑자기 순전하고 강도는 8 또는 9로 갑자기 증가한다. 불안정한 차가운 틀라 대기로 많은 돌풍스콜이 있다. 북서풍의 Gale이 약 4시간 동안 지속되는 것이 예상 되고 그 시간에 기압 상승률은 시간당 2mb로 감소하고 바람은 6으로 내려간다. 10시간 후 하락률은 시간당 1mb로 감소하고 바람은 4로 내려간다.
한랭전선에서 날씨의 특징(북반구 기준)
구성요소 |
온난지역 |
At passage |
In the rear |
기압 |
초기변화 없음. 전선 근접시 떨어짐 |
전선통과 시 급히 상승 |
계속 상승, 초기 급격 상승 점점 늦어짐 |
바람 |
꾸준히 한 방향으로 분 다음 반전하여 전선근접 시 스콜 |
스콜을 동반하여 갑작스런 순전, line 스콜이 동반 |
스콜을 제외하고 일정한 바람이 불다. 천천히 감소 |
기온 |
변화 없지만 전선강우의 근접으로 떨어짐 |
급 강하 |
거의 변화 없음 종종 떨어지고 소낙비에 따라 변화 |
구름 |
Stratus stratocumulus then cumulus or cumulonimbus |
cumulus or cumulonimbus 때때로 매우 낮은 nimbus |
Altostratus altocumulus then cumulus와 청명이 증가하는 cumulonimbus |
강수 |
간헐적인 비 전선부근에 소낙비 |
강우 때때로 hail과 천둥 |
강우가 빠르게 걷힘 산재한 소낙비가 점점 적어짐 |
시정 |
Moderate or poor or fog |
비의 점차적 감소 |
전선이 지나가면 빠르게 개선 소낙비를 제외하고 청명 |
그림 2- 3 폐색전선의 단면
Depressions
두 개의 다른 기단 반대방향에서 마주치면 그들의 접촉지점, 즉 전선은 종종 안정되고 변함이 없는 상태로 될 것이다. 그렇지만 제트 스트림 아래에 있을 때, 그러한 전선은 때때로 depression으로 발달할 수 있다. 2개의 기단이 만날 때, 이들 상부의 jet stream 흐름은 각각으로부터 차고 더운 공기덩어리를 빨아 올린다. 공기덩어리들이 상승하므로써, 혼합되기 시작하여 depression을 발달하게 하는 에너지를 생성하고, 구름을 생성하고, 비를 내리며 일반적으로 황천을 발생시킨다.
그림 2- 4 제트기류가 하층기류를 상승시키는 모형
북반구에서 주요한 전선지역들은 지중해전선과 ITCZ과 함께 Arctic & Polar 전선들(북대서양과 태평양에서 일어나는)이다.
그림 2- 5 동계 전선배치도
그림 2- 6 하계 전선 배치도
대다수 depression들은 Polar front중의 하나로 발전하는데 이것은 Pm와 Tm을 분리한다. 어떤 것은 매우 빠르게 이동하고 발달하며, 어떤 것은 매우 늦게 이동한다. 어떤 것들은, 다른 것들이 산재된 구름을 나타내거나 약간은 청명한 하늘을 나타내는 반면, 뚜렷이 정형화된 구름형상을 나타낸다. Depression들은 열대지역에서 열이 없는 저기압을 형성할 수도 있다.
Depression들은 규칙적으로 많은 전선지역을 횡단한다. 북반구에서 북대서양이 depression 형성에 특히 쉬운 것으로 간주되는 반면 남반구에서 대다수 것들은 South America & south-eastern Australia 연안으로 여겨진다.
Secondary depressions
소형 Secondary depression이 종종 크고 왕성한 depression내에서 발생하여 대형 main depression주위를 태풍의 반 시계방향으로 움직인다. (북반구에서는 그렇지만 남반구에서는 반대방향이다)
때때로 Secondary depression은 발달하여 동반하는 main depression을 흡수하거나 2개가 분리되어 폭풍 같은 방식으로 서로의 주위를 선회하기 시작한다.
2개의 depression이 극 전선을 형성할 때, Secondary depression은 추종(follow-up) depression 으로 발달하여 big brother인 1차 depression을 따라 간다. 그렇지만 ‘tag-along’인 Secondary depression이 little brother로 시작하여 선도 depression되면 종종 강력해져서 거대해지고 1차보다 더 강력해질 수도 있다.
그러므로 항해사들은 1차 depression내 발생하는 Secondary depression의 증상이나 징후에 대하여 주의하는 것이 중요하다.
Non-frontal depressions
전선과 관계가 없는 다른 종류의 depression들도 발생한다. 이들은 thermal(온도) depression, 산맥의 효과에 의하여 그리고 수직 불안정에 의한 depression들이다.
온도 depression은 인접한 육지와 해수면의 불균등한 열의 데움에 의해서 발생하며 동계에는 고기압이 해수면보다는 육지에서, 하계에는 반대로 해수면에서 일어난다. 이것의 광범위한 크기의 예는 7월 아시아지역에 걸쳐있는 저기압 즉, South Asiatic Monson low이다. 작은 규모의 예들은 동계 내해에서 발생하는데 지중해, 발틱해 그리고 카스피해 등이다.
비록 상선들에게 심각한 위험을 줄 것 같지는 않지만 대형 산맥 역시 depressions를 일으킨다. 바람이 높은 산맥을 가로지르는 이러한 지역에서 바람의 결과적인 왜곡은 산맥의 후면에서 depression의 형성을 유도하며 예상할 수 있는 것처럼 “lee depression”으로 알려져 있다. 다시 중앙 지중해는 종종 이러한 효과의 결과이다.
그림 2- 7 Lee depression의 생성
수직 불안정은 인접표면지역의 온도 차에 의하여 일어나는데 온순한 depression을 발생시키지만 공기가 과도하게 습기로 삼투되면 악화될 수 있다. 예를 들어 이러한 상황은 동계에 polar air의 새 공기가 내륙의 상대적으로 따뜻한 수면위로 유입될 때, 공기를 불안정하게 하고 depression을 형성한다. 이것은 북미의 오대호나 북 지중해에서 일어난다.
수직 불안정은 Tropical Revolving Storms(TRS)와 토네이도, 물기둥 같은 작은 회전 날씨 체계처럼 극한 날씨의 형성에 중요한 요소이다.
Depressions leading to TRS
항해사가 경계하여야 할 가장 중요한 Non-frontal depression은 TRS다. 이것은 약 14일까지도 지속할 수 있는 강력한 저기압이고 빠르게 회전하는 폭풍계며 저기압 중에 가장 지속성이 있는 것이다. 비록 북대서양의 큰 depression보다 많이 작지만 대형 TRS는 약 500km이상의 반경을 가지며 대양을 수 천키로미터에 걸쳐 이동할 수도 있다.
그림 2- 8 Typhoon(Cyclone)의 구조
TRS는 증발과 응축과정을 거쳐 발달한다. 증발은 해수로부터 수증기와 열을 빼앗고 응축은 그것들을 대기로 방출하는 것이다. 증발의 필수 비율은 해수 온도가 적어도 26°C 정도로 높을 때 일어난다. 그러한 온도는 북대서양에서 하계와 초가을에 일어난다. TRS 역시 회전을 시작하기 위해 약간의 전향을 필요로 한다. 그래서 발달 단계에서는 TRS는 남북위 7°이내에 적도대 부근에 결코 있지 않다.
TRS는 적절한 온수역에 도달할 때까지 아열대 고기압의 남쪽에서 서향으로 이동하는 낮은 Depression으로써 일생을 시작한다. 이들은 일반적으로 위도 8° ~ 20°사이의 대양 서쪽에서 시작한다. TRS는 초기에 10~12kts로 빠르게 이동하고 완전히 발달하면 약 20kts이상의 속도로 이동한다. 북반구에서 대개 서향으로 이동하고 NW로 순전한다. 남반구에서는 반대로 W에서 SW로 반전한다.
그림 2- 9 Cyclone의 생성지역과 경로
TRS가 회전함으로써 막대한 양의 열과 수증기가 공기 속으로 유입되고 전형적인 ‘Warm Core’가 그것의 특징인 구름 없는 눈으로 발달한다. 눈 주위는 15,000m상부까지 뻗친 견고한 구름 벽이다.
그림 2- 10 Hurricane의 영상
그러한 폭풍주위(중심)의 등압선 형태는 거의 정확히 환상이다. 폭풍의 가장자리에서는 바람은 등압선에 약 45°정도로 횡단하여 태풍의 중심으로 향하여 선회한다. 구름 상부로부터 발산에 의한 냉각은 이 막대한 열기계의 효율을 증가시키고 바람도 꾸준히 증가하여 최대 150kts까지도 도달하며 급격히 휘어진 등압선에 거의 평행하다.
눈 주위의 바람이 허리케인 힘인 반면에 이 지역은 거의 Zero이고 파고는 매우 높고 혼란스러우며 눈 내에서는 일시적으로 종종 완전히 조용하고 상부는 청천이다.
이 책의 후반부는 TRS의 급작스런 접근에 대한 정보를 어떻게 얻는가와 스스로의 관찰에서 접근하는 Strom의 징후를 어떻게 감지하는가를 설명한다.
첫댓글 감사합니다