구름에 관하여

적란운, 오스트레일리아의 빅토리아 Swifts Creek 상공


위 그림은 멋진 적란운의 모습!

평소 하늘 보기가 하나의 취미인 나로서 구름에 대한 호기심을 맘 속에 담아왔다.
참 다양한 모양새와 느낌을 주면서도, 한결 같이 하늘 위에 존재하는 그대는 어떠한 본질을 갖고 있는가?
오늘이야 말로 그 물음표를 느낌표로 변화시킬 날이다! 
출처는 모두 인터넷이다. 렛츠고~
 

1. 구름이란?

미세한 물방울(구름입자) 또는 빙정(氷晶;얼음의 결정)이 모여서 공기 중에 떠 있는 상태. ^[각주:1]
쉽게 말해 물방울이나 얼음알갱이들이 뭉쳐있는 것. 지구상의 구름은 대부분 수증기로부터 생성된다. 알갱이들의 반지름은 주로 약 0.02~0.05mm로 되어 있으며 수십억 개의 작은 물방울들이 모이면 구름으로서 관측할 수 있게 된다.


2. 구름의 탄생!

구름 탄생의 핵심은 공기상승이다. 공기상승에 따른 단열팽창(기압저하-부피증가-기온하강)으로 기온이 이슬점 아래까지 내려가며 수증기가 물방울로 변한다. (변하는 높이를 응결고도라 한다.) 이 물방울들이 모인 것이 바로 구름!

좀 더 과학적인 설명 :

 

구름입자는 대기 중의 수증기가 응결하여 물방울이 되거나, 승화해서 빙정(氷晶)이 되는 것으로, 응결이 일어나기 위해서는, 응결핵(凝結核)이 필요하다. 수증기만으로는 쉽게 물방울이 되기 어렵지만, 응결핵이 있으면 쉽게 응결이 되어서 물방울이 형성된다. 또 같은 이유로, 0℃ 이하에서는 수증기가 많이 모여도 빙정이 생기지 않으나, 빙정핵이 있으면 쉽게 승화되어 빙정을 만든다. 구름의 응결핵으로는 해수의 물보라가 건조해서 생긴 해염(海鹽)의 입자, 공장 등에서 배출되는 미립자, 토양물질 등이 대기 중에 많이 존재한다. 빙정핵으로 중요한 것은 광물질(황사,화산재, 점토 등)로 1? 속에 보통 0.1개 정도는 존재한다. 대기 중의 수증기가 응결·승화하여 물방울이나 빙정으로 되기 위해서는, 각각 과포화 상태를 거쳐야 한다. 대기가 포함할 수 있는 수증기의 양은 기온이 높을수록 많다. 만약 수증기를 포함하는 대기가 냉각되면, 기온에 의해서 포화상태에 이르고, 더욱 냉각되면 여분의 수증기를 포함한 과포화상태가 된다. 이 상태는 불안정하기 때문에, 여분의 수증기는 응결핵이나 빙정핵 위에 응결이나 승화를 일으켜서 물방울이나 빙정이 된다.^[각주:2]

그렇다면 공기상승의 요인은 무엇이 있을까? 크게 네 가지다.

1) 저기압의 중심으로 공기가 모여들어 상승 (기단에 의한 상승)
2) 산 따위의 지형에 공기가 부딪혀 상승 (지형에 의한 상승)
3) 지표면의 불균등한 가열로 인한 상승
4) 따뜻한 공기와 찬 공기가 만났을 때 (대류에 의한 상승)




요컨대, 공기는 단열상승에 의한 변화(단열냉각)를 일으키고 100m 상승함에 따라 건조한 공기는 1℃, 습한 공기는 약 0.6℃ 기온이 내려간다. 때문에 수증기는 포화상태를 거쳐 차츰 과포화상태가 된다. 그 과포화 정도는 포화상태를 100%라 하면, 불과 l% 이하지만, 수증기는 응결핵(또는 빙정핵)을 중심으로 쉽게 미세한 물방울(또는 빙정)을 만든다.

3. 구름의 색(色)

구름의 색깔을 보면 내부의 상태를 알 수 있다고 한다.
먼저, 반사율과 구름의 색과의 관계를 따져보기로 하자. 짙은 구름의 반가율은 70%에서 95%에 육박하기에 구름 상단은 하얗게 보인다. 하지만 구름 속 물방울이 모이는 과정에서 물방울 간의 간격은 점점 커지게 되고 이는 빛을 산란시켜 더 안쪽까지 통과할 수 있게 만든다. 구름이 충분히 크고 내부의 물방울이 충분히 떨어져 있다면 빛은 반사되지 않고 통과하여 구름이 회색빛을 띄게 되는 것이다. (우리가 회색, 검은 색 구름을 보며 비가 올 것을 예상할 수 있는 이유이기도 하다.) 같은 이유로 구름의 밑면으로 내려갈 수록 점점 더 회색(검은색) 빛을 띄게 된다.

우리가 흔히 노을이라 부르는 붉은 하늘의 경우, 일출과 일몰의 과정에서 태양빛이 대기에 의해 산란되면서 보이게 된다고 한다.

엷은 연두색은 얼음이 태양빛을 산란시킬 때 생성되며, 연두색을 띠는 적란운은 곧 굵은 비와 우박, 강풍, 토네이도가 예상됨을 의미한다.

4. 구름의 종류



얼음이 태양빛을 산란시킬 때 생성되며, 연두색을 띠는 적란운은 곧 굵은 비와 우박, 강풍, 토네이도가 예상됨을 의미한다.
구름을 분류하는 기준은 크게 두 가지.
우선 모양에 따라서 상승기류가 강할 때 수직으로 발달하는 '적운'과 반대로 상승기류가 약할 때 수평으로 발달하는 '층운'으로 나뉜다. 또한 높이에 따라서 '상층운', '중층운', '하층운', '수직 발달 구름' 이렇게 네 가지로 나뉜다.
이러한 분류는 1802년 아스케시안 협회(Askesian Society)에서 루크 하워드가 제안하였다고 한다.

1)상층운

상층운(上層雲)은 지상 5천 ~ 1만 3천 미터의 대류권의 저온부에서 형성된다. 극지방에서는 3천 미터의 낮은 곳에서도 형성된다. 이 높이에서는 수증기가 얼어붙어 구름은 얼음 결정으로 구성된다. 이들은 대체로 희미하고 투명할 때도 있다.

• 권운 (Cirrus, Ci)

권운(卷雲)은 털구름 또는 새털구름이라고도 한다. 매우 작은 얼음의 결정(氷晶)으로 되어 있으며, 희고 작은 선이 덩어리로 되어 있다. 대략 5,000 ~ 13,000m의 높이에서 희고 가는 선, 흰 조각, 좁은 띠 모양으로 여기저기 떨어져서 나타난다. 구름을 이루고 있는 빙정 가운데 큰 것은 매우 빠른 속력으로 떨어지므로, 권운의 각 부분은 간혹 아래로 처진 꼬리를 갖는다. 이 섬유 조직의 꼬리는 높이에 따른 풍속의 변화와 빙정 크기의 변화에 따라, 때때로 기울어지거나 불규칙하게 구부러져서 나타난다.

          

 

• 권층운 (Cirrostratus, Cs)

권층운(卷層雲)은 털층구름·면사포구름·무리구름이라고 한다. 태양이나 달의 무리(햇무리·달무리)를 나타나게 하는 반투명의 흰 베일과 같은 구름으로 5,000 ~ 13,000m 높이에 나타나며 구름 입자는 빙정이다.

 

• 권적운 (Cirrocumulus, Cc)

권적운(卷積雲)은 털쌘구름·비늘구름·조개구름이라고 한다. 생선비늘 또는 잔물결 같은 모양을 하며 5,000 ~ 13,000m 높이에 나타난다. 작은 구름은 서로 붙거나 떨어져 어느 정도 규칙적으로 배열한다. 구름 입자는 빙정이며, 때때로 무지갯빛 구름이나 코로나를 볼 수 있다.

 
 

2) 중층운

중층운은 2천 ~ 7천 미터 높이에서 형성된다. 이들은 물방울로 구성되며 과냉각된 경우도 있다.

• 고층운 (Altostratus, As)

고층운(高層雲)은 높층구름·흰색차일구름이라고 하며 때로는 상층에서 나타나기도 한다. 얼룩이 없는 고른 모양을 나타낼 때도 있고, 줄기가 있는 섬유나 털 모양의 조직을 나타내기도 한다. 2,000 ~ 7,000m의 이상의 높이에 나타나며, 두께는 수백 m에서 수천 m에 이른다. 구름의 정상은 10,000m 높이까지 이르기도 한다. 따라서 두꺼운 고층운의 상층부는 빙정, 중층부는 빙정·눈송이·과냉각물방울의 혼합물, 하층부는 대부분 과냉각물방울이나 물방울로 이루어져 있다. 그러나 얇은 구름은 물방울만으로 이루어져 있는 경우도 있다. 얇은 고층운은 해와 달을 희미하게 볼 수 있지만, 두꺼운 고층운은 해와 달을 완전히 가린다. 간혹 꼬리구름과 유방구름이 함께 생긴다.

 

• 고적운 (Altocumulus, Ac)

고적운(高積雲)은 높쌘구름, 양떼구름이라고 한다. 색깔은 흰색이나 회색이며 그림자가 나타나므로 입체감이 있다. 약 2,000 ~ 7,000m의 높이에 나타나며, 구름의 입자는 대부분 작은 물방울이지만 기온이 매우 낮을 때에는 빙정도 나타난다. 구름 덩어리의 둘레가 얇고 반투명하며 여러 가지 고운 빛깔이 나타나는데, 이를 무지갯빛구름이라고 한다. 또 태양이나 달을 배경으로 한 광환(光環)이 나타나는 경우도 있다. 바람이 강하게 불 때에는 흔히 산 너머 하늘에 렌즈 모양의 고적운, 즉 렌즈구름이 생긴다.

3)하층운

하층운은 2천 미터 이하에서 형성된다. 하층운이 땅에 닿으면 '안개'로 부른다. 이 구름은 비를 머금고 있는 경우가 많다.

• 층운 (Stratus, St)

층운(層雲)은 층구름 또는 안개와 비슷하여 안개구름이라고도 한다. 안개가 공중으로 떠오른 것 같은 낮은 구름으로 조각조각으로 나누어진 구름 조각이 되는 수도 있어, 구름 사이로 푸른 하늘이 보일 때도 있다. 고도 2,000m까지 나타나는 작은 물방울의 집합체로서, 구름이 아주 엷을 때는 달무리가 나타나기도 한다. 지형의 영향으로 발생하므로 한정된 범위에서만 나타나며, 오랫동안 남아 있는 경우는 드물고 조각조각 흩어져 사라지며, 맑은 날씨를 이룰 때가 많다. 층운에서 내리는 비는 이슬비가 보통이다.

• 층적운 (Stratocumulus, Sc)

층적운(層積雲)은 구름의 밑면은 고도가 약 500m, 구름의 꼭대기는 약 2,000m에 이른다. 구름 입자는 물방울로 되어 있고, 구름 덩어리는 둥그스름할 때도 있고 편평할 때도 있다. 회색의 큰 덩어리가 돌려 있는 구름으로 둘둘 말린 모양으로 될 때도 있다. 층적운은 층운이 위로 올라가 생기거나, 적운이나 적란운이 안정한 기층이나 상층의 강한 바람 때문에 연직 방향으로 성장하지 못하고 수평 방향으로 퍼져 나가 생긴다.

 

4)수직에서 발달한 구름

수직에서 발달한 구름은 기저부로부터 높이 상승하는 기류를 갖기도 한다.

• 난층운 (Nimbostratus, Ns)

난층운(亂層雲)은 비층구름·비구름이라고도 하는 어두운 회색 구름으로 비나 눈을 오게 한다. 때로는 상층과 하층에서 나타나기도 한다. 주로 2,000 ~ 7,000m 높이에서 나타나며 하늘 전체를 덮고 두꺼운 층을 이룬다. 고층운의 운층이 점차로 두꺼워지면서 구름의 바닥이 낮아져서 난층운이 되는 경우가 많다. 난층운 아래에는 흔히 조각구름이 나타난다.

• 적란운 (Cumulonimbus, Cb)

적란운(積亂雲)은 쌘비구름이라고도 하며 적운과 비슷하지만, 적운보다 수직으로 더 치솟아 있어 산이나 큰 탑처럼 보인다. 구름의 윗부분은 빙정, 아랫부분은 물방울로 이루어져 있다. 그리고 중간 부분은 빙정과 작은 물방울이 섞여 있다. 구름 밑면의 높이는 땅에서 2km 이하이나, 꼭대기의 높이는 12km에 이를 때도 있다. 적란운은 흔히 소나기를 동반하며, 심할 때에는 우박과 뇌우, 그리고 더 심할 때에는 용오름을 동반한다. 구름 속에 전하가 모여 있어 번개도 동반하므로 뇌운(雷雲)이라고도 한다. 때때로 우박과 살인적인 토네이도를 발생시키기도 한다.

• 적운 (Cumulus, Cu)

적운(積雲)은 쌘구름·뭉게구름이라고도 한다. 맑은 하늘에 떠 있는 뭉게구름으로 햇빛을 받는 곳은 눈부시게 희며, 구름의 밑면은 어둡고 거의 수평을 이룬다. 지상 부근과 2,000m 높이 사이에서 나타나지만, 발달하면 구름 꼭대기의 높이가 10,000m에 이른다. 적운은 흔히 맑은 날 햇볕이 내리쬐어 나타난 대류현상 때문에 나타난다. 이러한 적운은 아침에 나타나기 시작해 낮동안 발달하고 저녁이 가까워지면서 사라진다. 적운에서는 비가 오지 않으며, 오더라도 그 양이 매우 적다.

1. http://www.keisung.es.kr/2001%C3%A2%C0%C7%BC%BA/jjj/구름성분.htm [본문으로]
2. http://www.rishao.com.ne.kr/ [본문으로]