급변풍

급변풍(윈드시어)

급변풍(急變風, Wind Shear)은 갑작스럽게 바람의 방향이나 세기가 바뀌는 난기류의 일종이다. 2020년 9월 29일 자로 기상법 시행령 개정에 따라 용어 "윈드시어"가 "급변풍"으로 변경되었다. 용어가 확정되기 전에는 '풍속 수직 비틀림', '순간돌풍', '전단풍' 등으로 불리기도 했다.

개요

급변풍은 대기 중의 비교적 짧은 거리에서 풍속과 풍향의 차이가 존재하는 바람경도이다. 그래서 일반적인 다른 의미인 윈드시어(영어: windshear)라고 가리킨다. 급변풍은 대기 중 상대적으로 짧은 거리에 대한 풍속 및 방향의 차이이다. 대기 바람 전단은 일반적으로 수직 또는 수평 바람 전단으로 설명된다. 수직 급변풍은 고도 변화에 따른 풍속이나 방향의 변화이다. 수평 급변풍은 주어진 고도에 대한 측면 위치의 변화에 따른 풍속의 변화다.

급변풍은 매우 짧은 거리에서 발생하는 미기상학적 현상이지만 돌풍선 및 한랭전선과 같은 중규모 또는 종관 규모의 기상 특징과 연관될 수 있다. (뇌우, 전선, 저고도 제트기라고 불리는 국지적으로 더 높은 저고도 바람 지역, 산 근처, 맑은 하늘과 잔잔한 바람으로 인해 발생하는 복사 역전, 건물, 풍력 터빈, 그리고 범선) 급변풍은 항공기 제어에 심각한 영향을 미치며 많은 항공기 사고의 유일한 원인이거나 기여 원인이었다.

대기를 통한 소리의 이동은 바람 전단의 영향을 받아 파면이 구부러져 평소에는 들리지 않는 소리가 들리게 된다. 대류권 내의 강한 수직 바람 전단은 또한 열대성 저기압의 발달을 억제하지만 개별 뇌우를 더 긴 수명 주기로 구성하여 악천후를 유발할 수 있도록 돕는다. 온도풍 개념은 서로 다른 높이에서의 풍속 차이가 수평 온도 차이에 어떻게 의존하는지 설명하고 제트기류의 존재를 설명한다.

원인

강한 상승기류 혹은 하강기류가 생길때 나타나는 기상현상이다. 길게 발달한 전선이 이동할 때나, 강하게 발달한 저기압의 중심에서나, 적란운이 심한 곳 등이 있지만, 그 외에도 맑은 하늘에서도 CAT경우나 흔한 바닷바람이나 산바람 등 원인은 매우 다양하다. 특히 상승기류보다 강한 하강기류(다운버스트, 또는 마이크로버스트)의 경우에는 거의 예외가 없을 정도로 급변풍이 발생하게 된다. 비를 동반한 강력한 마이크로버스트가 지표를 강타하는 영상 특히 지표와 가까울수록 공기가 지표에 마찰의 영향을 받기 때문에 급변풍이 쉽게 일어나게 된다.

문제점

다음은 급변풍으로 인해 발생하는 문제들이다. 바람이 예상하지 못한 방향으로 예상하지 못한 세기가 바뀌는 현상이기에, 바람을 타고 있을 때 발생하게 되면, 대응하기가 힘든 문제점이 생긴다.

글라이딩이나 낙하산 등

군대에서 낙하훈련 중 생기게 되거나, 글라이딩을 즐기는 도중 갑자기 급변풍이 발생하게 되면, 순간적으로 균형을 잃고 조정불능에 빠질 확률이 매우 높다. 다행히 급변풍이 금세 사라지거나 대응을 잘해 조정을 잘 했다고 하더라도, 원하는 착륙지점에서는 벗어났을 가능성이 매우 높다.

비행기

급변풍의 가장 중요한 문제는 비행기가 추락할 수 있다는 점이다. 비행기가 가장 위험한 순간은 이륙 시와 착륙 시다. 이륙 혹은 착륙 시에 갑자기 생긴 급변풍은 매우 위험하다. 이로 인해 비행기가 이륙을 하지 못하거나 착륙을 하지 못한 경우에는 큰 사고로 이어질 가능성이 높다.

윈드시어 → 마이크로 버스트 발생 시 나타나는 일

단계	IAS	GS	파일럿의 판단
①	정상 속도	정상 속도	아무런 조치도 취하지 않음(정상 비행중)
②	크게 증가	이전과 동일	맞바람이 강해져 IAS가 크게 증가하고 밑에서 부는 바람으로 비행기가 얻는 양력이 크게 증가해 위로 올라가려 한다. → 비행기 추력 감소 시킴
③	크게 감소	느린 속도	맞바람과 밑에서 부는 바람이 없어지고, 위에서 아래로 부는 마이크로 버스트가 비행기를 바닥으로 밀어낸다. → 비행기 추력 최대로 설정
④	느린 속도	정상 속도	심각히 위험한 상황. 바람이 뒤에서 불기에 추력을 아무리 높여도 IAS는 늘지 않고 비행기는 실속 상태가 되어 추락한다. → 대처 불능 & 고도 급락(추락)

특히 한국의 제주공항과 일본의 나리타 국제공항은 이 급변풍으로 악명이 높은 공항이다. 심지어 제주공항은 매일 급변풍 경보 발령이 내려진다고 해도 과언이 아닐 정도이다. 이외에도 김포공항에서도 드문드문 나타나는 현상이기도 하다. 김포공항에서 가끔 고 어라운드를 시도하는 항공기가 있는데 이는 급변풍이 발생했기 때문에 시도하는 것이라는 확률이 절반에 가깝다. 나머지 절반은 활주로가 혼잡할 경우이다.

이착륙 중 급변풍으로 인한 사고는 무수히 많다. 팬암 759편 추락 사고, 델타항공 191편 추락 사고, 2009년 페덱스 익스프레스 80편 착륙 사고, 2011년 나리타 공항에서 대한항공의 A380이 활주로에서 엔진이 긁힌 사고, 2018년 아에로멕시코 커넥트 2431편 활주로 이탈 사고 등이 모두 급변풍 때문이다. 보통 비행기를 추락시킬 정도의 윈드시어는 뇌우 등에 동반되는 다운버스트에서나 볼 수 있고 대부분은 비행기를 활주로에서 벗어나게 하는 정도에 그치기 때문에 흔히 있는 일은 아니다. 보통 뇌우가 다가오면 뇌우경보나 윈드시어 경보 등이 나가기 때문에 비행기는 착륙을 할 수 없기 때문이다.

실제로 윈드시어가 발생했을 경우 가장 확실한 대처는 조종사의 기량으로 착륙에 성공시키거나 고 어라운드 시키는게 아니라 아예 예비공항으로 가게 하는 등 착륙을 못하게 하는게 일반적이다. 그렇지 못했을 경우에는 조종사의 경험이 중요한데, 기류가 변한다고 해서 거기에 맞춰 임기응변해서 추력을 변화시키기보다는 고도와 속도를 최대한 유지하며 길게 활주하는 것이 좋다. 하지만 고도가 갑자기 변하면 그러지 말아야 하는걸 알면서도 본능적으로 대처하기 때문에 말처럼 쉽지는 않다.

또한 급격한 난기류는 항공기의 구조물에 무리를 줄 수 있다. 순간적인 난기류로 주날개의 양력이 급 증가/감소하여 마치 급기동이라도 한 것 마냥 항공기에 힘을 줄 수 있기 때문이다. 그래서 실제로는 급기동을 할 일 없는 중, 대형 여객기도 단순히 이착륙 시나 순항 시에 받는 하중보다 더 큰, 일정 수준 이상의 추가적인 구조여유를 두고 설계하도록 관련 규정 등이 마련되어 있다.

전투기나 폭격기는 필요에 따라 고도 500m 이하로 초저고도로 날기도 하는데, 이때도 난기류가 많은 영향을 준다. 저고도는 난기류가 더 자주 발생하기 때문이다. 저고도 비행시 추락 위험도 위험이지만 난기류로 인하여 진동이 심해지는데, 이 계속되는 진동은 조종사가 버티기 힘든 것은 물론이고 조준장치를 비롯한 각종 센서나 전자장비에도 영향을 준다. 과거 가변익 전투기들이나 폭격기들이 저고도 침투 시 주날개를 최대한 접어들인 것은 고속비행을 위해 항력을 줄이는 목적도 있지만 난기류에 의한 진동을 줄이기 위함도 있는데, 후퇴각이 클 수록 받음각 변동에 따른 양력변동률이 작아지면서 양력변동에 따른 진동이 줄어들고 결과적으로 난기류에 영향을 덜 받기 때문이다. B-1 폭격기는 이것으로도 난기류에 의한 진동 억제가 부족하다 여겨 기수 앞부분에 작은 조종날개(vane)를 추가로 달았는데, 비행시 진동이 감지되면 이 날개가 자동으로 움직여 진동을 상쇄한다.

현재는 과거에 비하면 전투기가 저고도 침투하는 경우가 많이 줄었지만 그렇다고 아예 안 하는 것도 아닌데, 보통 발전된 플라이 바이 와이어 시스템이 어느 정도 진동에 맞춰 꼬리날개들을 미세하게 움직여 진동을 상쇄한다. 급변풍은 우주왕복선을 폭발시킨 원인 중 하나가 되기도 하였다. STS-51-L로 발사된 챌린저는 애초에 오른쪽 고체보조추진로켓에 중대한 O링결함이 있는 채로 발사되었다. 그리고 상공의 급변풍이 그나마 로켓 내부에서 연료 누출을 막아주던 알루미늄 슬래그들을 제거해 버리면서, 챌린저는 발사 73초 후 폭발, 탑승한 우주비행사 7명 전원이 사망하게 된다.

장점

급변풍은 공기를 휘저어서 열대성 저기압이 견고한 태풍의 눈을 갖추는 것을 저지, 이들이 급격하게 세력을 키우는 것을 막는 역할을 하기도 한다. 반대로 열대 지방의 바다 위에 급변풍이 거의 없고 평온할 때에는 태풍이 끌어올린 열기가 태풍의 눈을 통해 무난하게 상층 대기로 빠져나감으로써 더 많은 열기를 바다로부터 추가적으로 끌어올리고, 결과적으로 태풍이 걷잡을 수 없이 강해지게 된다.(이는 엄밀히 말하면 상하층 연직 시어에 가깝다) 급변풍이 없는 안정한 대기를 순압대기라고도 말한다.

참고자료

• 〈윈드시어〉, 《네이버 국어사전》
• 〈급변풍〉, 《나무위키》
• 〈급변풍〉, 《위키백과》

같이 보기

• 바람
• 방향
• 대기
• 풍속
• 풍향
• 사고
• 난기류
• 대류권
• 온도풍
• 저기압
• 제트기류

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