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2022년 2월 1일 (화) 01:47 판
구름(cloud, 雲)은 물이 햇빛에 증발되어 생기는 수증기가 먼지 등의 물질과 응결하여 미세한 물방울이 되어 떠있는 것으로 안개와 사실상 성분은 같으며 지표면과 닿아 있는 것을 안개, 지표면과 떨어져 있는 것을 구름이라고 한다. 구름은 적외선을 강하게 흡수하고 강수 현상과 같은 기상현상도 구름에 의해 발생한다. [1] [2] [3] [4]
목차
개요
구름은 지구, 행성 또는 위성의 대기에 떠다니는 작은 물방울이나 얼음 알갱이들의 모임이다. 별 사이의 구름처럼 보이는 부분을 '성운'(星雲)이라 부르는데 이는 성간물질이 모인 것이다. 은하수는 구름이 아닌 별들의 모임이다. 구름을 연구하는 기상학의 분야를 구름학이라 한다. 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. 짙은 구름은 반사율이 70%에서 95%에 육박하기 때문에 구름 상단은 하얗게 보인다. 하지만 구름 속 물방울들이 빛을 산란시키므로 아래로 내려갈수록 회색이 된다. 이 밖에도 햇빛이나 주변 환경에 따라 색이 바뀌기도 한다.
구름은 공기 중의 수분이 이슬점 이하에서 응결하여 미세한 물방울이나 얼음입자로 되어 대기의 고층에 떠 있는 기상현상으로 한자로는 운(雲)이라고 한다. 구름을 형성하는 입자는 물, 얼음 이외에도 매연이나 먼지와 같은 고체 입자들도 포함된다. 일반적으로 지면에 접하여 있는 것은 안개라 하고 공중에 떠 있는 것을 구름이라 하여 구별하고 있으나 구름이 산에 걸려 있는 경우에는 산안개라고도 하여 명백하게 구분되어 있지는 않다. 구름의 형성과 소멸은 공기의 수직운동과 밀접한 관련이 있다. 저기압의 발생, 산이나 강한 햇볕 등 여러 원인에 의하여 대기 속을 상승하는 공기덩어리는 높이 올라갈수록 주위의 기압이 낮아져서 공기와의 열교환 없이 팽창하게 된다. 이러한 단열팽창으로 공기의 온도는 점점 낮아지게 되며 어느 고도에 이르면 이슬점에 이르게 되어 수증기가 응결된다. 이렇게 응결되기 시작하는 고도보다 더 높은 곳에서는 공기 중의 수증기가 작은 물방울이 되어 구름을 형성하게 된다. 또 다른 경우는 수증기를 많이 포함한 더운 공기가 찬 공기 위로 올라가거나 찬 공기가 더운 공기 밑에 들어가 구름이 생기는 경우가 있다. 구름은 끊임없이 변화하고 있으므로 전형적인 것은 드물고 중간적 성질을 띠는 것이 많다. 따라서 구름의 판별에 어려움을 느낄 때가 많으나 구름의 발생, 발달, 쇠약, 소멸의 과정을 주의깊게 관찰하면 비교적 정확한 구분을 할 수 있다.
구름의 관측은 일반적으로 운형(雲形), 운량(雲量), 운고(雲高), 운향(雲向), 운속(雲速) 등에 대하여 행하여진다. 운량은 구름이 덮은 부분을 전체 하늘의 10분수로 표시하며 0에서 10까지의 정수로 나타낸다. 운량을 결정할 때는 구름의 농담(濃淡)은 고려하지 않는다. 전혀 구름이 없거나 5% 미만의 경우를 운량 0, 구름이 덮인 부분이 전체 하늘의 10분의 3 가량이면 운량 3, 구름이 하늘 전체를 덮거나 95% 이상일 때는 운량 10으로 한다. 일반적으로 운량이 0∼2일 때의 날씨를 맑음, 3∼7 사이를 갬, 8∼10을 흐림이라 한다. 운고는 관측 장소의 지면으로부터 구름 밑까지의 높이를 말하는데 100m 단위로 표시한다. 일반적으로는 고도에 따라 상층운, 중층운, 하층운으로 구분하는데 빈번하게 나타나는 구름의 형태가 다르다. 운향은 구름이 진행하여 오는 방향을 말하며 8방위로 나눈다. 운속은 구름의 이동속도로서 느림을 1, 보통을 2, 빠름을 3으로 하여 3계급으로 나누어서 관측한다. 구름은 우리들에게 날씨의 변화를 알려주는 주요 기상요소 중의 하나로서 기압, 기온, 바람 등과는 달리 직접 눈으로 관측할 수 있기 때문에 예로부터 관천망기법(觀天望氣法)에 많이 나오고 있다.[5]
생성
구름의 생성은 크게 몇 가지 요인으로 나누어진다.
- 대기의 불안정
일광(태양광)의 지표면 가열로 인해 뜨거워진 공기가 상공의 찬 공기 쪽으로 상승한다. 대류에 의해 찬 공기는 반대로 뜨거운 공기 밑으로 내려가려 한다. 뜨거운 공기가 상승기류를 만들어내는 곳에는 국지성 저기압이 형성되면서 구름이 만들어지는 여건이 갖추어진다. 충분한 수증기를 갖추고 있다면, 유사 단열팽창을 통해 기온이 낮아진 공기는 이슬점에 도달, 응결고도에서 수증기의 포화를 일으켜 구름을 형성한다. 흔히는 보통 뭉게구름을 만들고 끝이지만, 열대에서는 열대성 저기압의 원인이 된다.
- 수증기의 유입
대기가 불안정하다 해도 수증기가 없이 황량하고 건조한 날씨라면 구름은 쉽게 찾아보기 힘들다. 국지성 집중호우를 제외한 대부분의 폭우는 어딘가로부터 지속적으로 수증기를 공급받기 때문에 좀처럼 하늘이 개이지 않는 것이다.
- 지형지물의 영향
바람이 불어가는 쪽에 산맥 등이 장벽처럼 가로막고 있다면 흐르던 공기는 산맥 위로 강제상승한다. 이 과정에서 마찬가지로 응결고도에 도달하면 구름이 형성된다. 태백산맥이나 알프스산맥 등 높은 산지에 항상 구름이 끼어 있는 모습인 것은 바로 이 때문이다. 영동 지방에는 이 때문에 늦겨울에 폭설이 자주 내린다. 이렇게 산맥을 만나 구름을 형성해 폭우와 폭설로 수증기를 빼앗긴 공기는 산맥을 넘어가 건조한 날씨를 만든다. 이를 푄 현상이라 한다. 실제로 영동 지방과 영서 지방의 강수량 차이는 이렇게 만들어진다. 만약 습윤한 계절풍이 이런 산맥을 만나면 헬게이트가 열린다.
- 지역 간 기압의 차이
일반적으로 저기압권에서는 날씨가 그리 좋지 못하다. 기압이 낮은 지역으로 모여든 공기는 상승기류를 형성하면서 응결고도에 도달해 구름을 만들어 낸다.
- 성질이 다른 공기의 충돌
온대저기압과 밀접한 관련이 있다. 만일 뜨거운 공기가 차가운 공기 쪽으로 진행하면 차가운 공기의 위를 타고 부드럽게 흘러가며 온화한 비가 내리지만 차가운 공기가 뜨거운 공기 쪽으로 진행하면 뜨거운 공기의 아래쪽으로 빠르게 파고들기 때문에 천둥번개를 동반한 많은 비가 내린다. 이렇게 생성된 구름은 보통 10분이면 사라진다. 하지만 그것도 개체별로 차이가 있어서 몇 분 만에 사라지는 것도 있고 1시간 동안 유지되는 것도 있다.
18세기 즈음에는 구름의 생성을 '기포이론'으로 설명하였다. 이 가설에 따르면 아주 깨끗한 기포가 물을 담은 채 올라가면 구름이 되고, 이 구름을 구성하는 기포가 태양열을 받아 터지면 그 안의 물이 지상으로 떨어지는 게 비라는 것이다. 그러나 과학적 방법론이 점차 발달하자 이 가설은 르네 데카르트에게 비판받게 되었고 후에 골드스미스에 의해 과학적인 구름 생성이론이 만들어졌다.
구름이 생성되는 과정
- 공기 상승 → 기압하강 → 단열 팽창 (부피 팽창) → 기온 하강 → 이슬점 도달 → 수증기 응결 → 구름 생성
- 공기 상승 + 단열 팽창 : 지표면의 공기 덩어리가 상승하면 주변 공기의 압력이 낮아지므로 공기 덩어리가 팽창한다.
- 기온 하강 : 공기 덩어리가 단열 팽창하면서 주변의 공기를 밀어내는 데 열을 소모하여 기온이 낮아진다.
- 이슬점 도달 + 수증기 응결 : 공기 덩어리의 온도가 점점 낮아져서 이슬점과 같아지면서 수증기가 응결한다.
- 구름 생성 : 수증기가 응결하여 생긴 작은 물방울이나 빙정이 모여 구름이 된다.
종류
구름의 종류 일반형 상층운 권운(새털구름), 권적운(조개구름), 권층운(무리구름) 중층운 고층운(차일구름), 고적운(양떼구름) 하층운 층운(안개구름), 층적운(두루마리구름), 난층운(비구름) 수직형 적운(뭉게구름), 적란운(쌘비구름)
구름은 크게 층운과 적운으로 구분하며 고도에 따라 상층운, 중층운, 하층운, 수직 발달 구름 이렇게 네 가지로 나뉜다. 구름의 높이는 밑면에 따라 결정되며 이러한 분류는 1802년 아스케시안 협회(Askesian Society)에서 루크 하워드가 제안하였다.
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 광환을 볼 수 있다.
중층운
중층운(中層雲)은 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 과냉각 물방울이나 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.
하층운
하층운(下層雲)은 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 여러 조각으로 나뉜 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.
- 난층운(Nimbostratus, Ns)
수직으로 발달하는 구름인 난층운(亂層雲)은 층운형 구름에 속한다. 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.
수직으로 발달하는 구름
수직에서 발달한 구름은 기저부로부터 높이 상승하는 기류를 갖기도 한다.
- 적란운(Cumulonimbus, Cb)
적란운(積亂雲)은 적운형 구름에 속한다. 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 적운형 구름에 속한다. 쌘구름, 뭉게구름(문화어: 더미구름)이라고도 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.
이상이 열 가지 구름 종류의 주요 형태이나 이 밖에도 구름의 모양에 따라 분류되는 이름도 상당히 많이 있다. 그 대표적인 구름에 대해 예를 들면 렌즈구름(렌즈 모양의 구름으로서 권적운이나 고적운에 많다)·파상운(물결과 같은 배열을 하고 있는 구름으로서 권적운·고적운에 많다)·철상운(鐵床雲：적란운의 정상으로부터 모루 모양으로 퍼진 구름)·유방운(유방과 같이 구름의 밑면에 돌출부를 나타내는 구름으로서 적란운에서 많이 볼 수 있다) 등이 있다.
색깔
구름의 색깔을 보면 내부의 상태를 알 수 있다. 구름은 수증기를 함유하고 있는 비교적 따뜻한 공기가 주변보다 가벼워 상승할 때에 형성된다. 공기가 상승하면서 냉각되어 수증기가 매우 작은 물방울로 응결된다. 이들은 상대적으로 밀집되어 있어서 햇빛이 깊은 곳까지 통과하기 전에 반사되므로 구름이 희게 보인다. 구름이 성장하면 물방울은 결합되어 더 큰 물방울이 될 수 있고 비가 되어 내릴 수 있다. 이러한 빗방울이 모이는 과정에서 물방울과의 간격은 점점 커지게 되어 빛은 더 안쪽까지 통과할 수 있게 된다. 구름이 충분히 크고 내부의 물방울이 충분히 떨어져 있으면 어느 정도의 빛은 반사되지 않고 통과된다. 이러한 반사, 흡수의 과정이 하양에서 회색, 검정으로 구름의 색깔이 변하게 한다. 같은 이유로 큰 구름의 밑면은 여러 단계의 회색을 띠게 된다. 어두운색은 빛이 되돌아오지 않음을 의미한다.
- 회청색을 띠는 것은 구름 내부에서 빛이 산란 된 결과이다.
- 푸른색은 이러한 산란이 구름 내부의 물방울이 빗방울 크기에 도달했음을 의미한다.
- 엷은 연두색은 얼음이 태양빛을 산란 시킬 때에 생성된다.
- 연두색을 띠는 적란운은 곧 굵은 비, 우박이 내리고 강풍 또는 토네이도가 예상됨을 의미한다.
- 노란 구름은 매우 드물지만 늦은 봄에서 이른 가을에 걸쳐 생길 수 있다. 노란색은 연기에 의해 생긴다.
- 붉은색, 오렌지색, 분홍색 구름은 해가 뜰 때나 질 때 태양빛이 대기에 의해 산란되면서 보이게 된다.
행성의 구름
태양계 속의 대기를 갖고 있는 행성이나 위성은 구름을 갖는다.
- 금성의 구름은 황산의 물방울로 이루어져 있다.
- 화성은 높고 얇은 얼음으로 된 구름이 있다.
- 목성과 토성은 외부에 암모니아, 중간부에 암모늄 수황화물(ammonium hydrosulfide), 내부에 물로 구성된 구름을 갖는다.
- 천왕성과 해왕성은 메탄이 주성분인 구름을 갖는다.
- 토성의 위성 타이탄은 액체 메탄으로 이루어져 있다고 추정한다.
각주
참고자료
같이 보기
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