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강수

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목차

1. 개요

강수는 액체, 동결 중, 동결된 형태로 구분되며, 대기 중의 수증기가 응결하거나 승화하여 지표면에 떨어지는 현상이다. 이슬비, 비, 눈, 가루눈, 싸락눈, 싸락우박, 우박, 다이아몬드 분말 등이 있으며, METAR 코드로 표기된다. 강수는 강도와 지속 시간이 반비례하며, 다양한 크기의 입자로 구성된다. 강수의 형성은 증발, 응결, 물의 순환, 그리고 대기 중의 수분 추가와 관련이 있으며, 전선 활동, 대류, 지형 효과, 눈, 그리고 열대 지방의 기상 현상에 의해 영향을 받는다. 강수량은 기후, 지형, 대기 순환, 계절풍 등에 따라 달라지며, 쾨펜 기후 구분에서 중요한 역할을 한다. 농업에 미치는 영향이 크며, 지구 온난화와 도시 열섬 현상으로 인해 강수 패턴이 변화하고 있다. 정량적 강수량 예보(QPF)를 통해 예측하며, 대한민국에서는 강수확률을 예보한다.

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  • 강수 - 수증기
    수증기는 물이 증발하거나 승화하여 생성되는 기체 상태의 물질로, 온도 변화에 따라 물로 응축되기도 하며, 대기 중 습도 조절, 온실 효과, 다양한 산업 분야에서의 활용 등 여러 중요한 역할을 한다.
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  • 기상 현상 - 한파
    한파는 북극 또는 남극의 찬 공기가 중위도 지역으로 내려와 기온이 급격히 떨어지는 현상이며, 북극진동과 남극진동의 기압 차이에 따라 빈도가 달라지고, 가축과 야생 동물 피해, 수도관 동파, 인명 피해 등 광범위한 영향을 미친다.
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    홍수는 과도한 강수량, 눈 녹음, 폭풍 해일, 쓰나미 등으로 발생하는 범람 현상으로 인명 및 재산 피해, 환경 파괴를 일으키며, 기후변화로 심각성이 커짐에 따라 제방 건설, 조기 경보 시스템 구축 등 예방 대책과 취약 계층 지원이 필요하지만, 토양 비옥도 증가와 같은 긍정적인 측면도 존재한다.
강수
강수
정의
설명대기 중 수증기가 응결하여 중력에 의해 떨어지는 물의 생성물
영어precipitation
기타 용어수문 기상학
형태
종류비
눈
우박
싸락눈
진눈깨비
기타 형태이슬
서리
생성 과정
원리대기 중의 수증기가 응결핵을 중심으로 응결하거나 빙정핵을 중심으로 승화하여 물방울 또는 얼음 결정을 이루고, 이들이 중력에 의해 지표로 떨어짐.
특성
총량지구 전체에서 연간 약 505,000 km³의 물이 강수 형태로 내림.
육지 강수량연간 약 107,000 km³
바다 강수량연간 약 398,000 km³
평균 강수량전 세계 평균: 약 990 mm
대한민국 평균: 약 1,277 mm
대한민국 최대: 약 1,800 mm 이상 (울릉도, 남해안)
대한민국 최소: 약 715 mm (대관령)
극심한 강수지구 온난화로 인해 극심한 강수 현상 빈도 증가
다른 행성
타이탄액체 메탄 또는 에탄으로 구성된 비가 내림.
계절에 따라 강수량이 변동하며, 표면 지형을 변화시킴.

2. 강수의 종류

강수는 크게 액체 강수, 동결 중의 강수, 동결된 강수로 나눌 수 있다. 높은 곳에서 형성되는 강수는 다음과 같이 세 가지로 나뉜다.[166]


  • 액체 강수
  • * 이슬비 (DZ)
  • * 비 (RA)
  • 동결 중의 강수
  • * 동결 중인 이슬비 (FZDZ)
  • * 동결 중인 비 (FZRA)
  • 동결된 강수
  • * 눈 (SN)
  • * 가루눈 (SG)
  • * 싸락우박 (PL)
  • * 우박 (GR)
  • * 싸락눈 (GS)
  • * 다이아몬드 분말 (IC)


각 현상 뒤에 표기한 괄호 안의 대문자들은 항공 기상 관측 전문(METAR) 코드이다.[166]

강한 강수를 동반한 뇌우


액체 형태의 강수에는 비와 이슬비가 있으며, 진눈깨비는 비와 눈이 섞여 내리는 강수이다. 진눈깨비는 기온이 0℃보다 약간 높을 때 볼 수 있다.[142][143] 영하의 기단 내에서 표면과 접촉 시 얼어붙는 비나 이슬비는 "착빙 현상" 또는 "착빙성 이슬비"라고 한다.

빙우는 투명한 얼음 알갱이가 내리는 강수이다. 빙우는 구형 또는 불규칙한 모양을 하고 있으며, 지름 5mm 미만이다. 단단한 지면에서 소리를 내며 튀고, 밟아도 잘 으깨지지 않는다. 소나기성 강수는 되지 않는다.[148]

강수를 생성하는 메커니즘에는 대류성, 층상형,[10] 그리고 지형성 강우가 있다.[11] 대류 과정에는 강한 수직 운동이 포함되어, 그 지역의 대기가 1시간 안에 뒤집히고 강한 강수를 유발할 수 있다.[23] 반면 층상형 과정은 상승 기류가 약하고 강수 강도가 낮다.[12]

일본 기상청의 경우, 「날씨」에서 눈에 눈날림과 다이아몬드 분말을 포함한다. 눈싸락눈, 얼음싸락눈, 빙우는 「싸락눈」으로 기록한다.[155]

2. 1. 액체 강수

이슬비(DZ)는 매우 작은 물방울이 균일하게 내리는 현상이다. 비(RA)는 이슬비보다 큰 물방울이 내리는 현상으로, 항공 기상 관측 전문(METAR) 코드에서 각각 DZ와 RA로 표기된다.[166]

  • '''비''' - 물방울이 내리는 현상. 내리는 방식과 강도에 따라 물방울의 크기와 수밀도가 크게 달라진다. 이슬비와 구분할 때는 지름 5밀리미터(mm) 이상을 가리킨다. 강우 지역 가장자리에서 발생하는 증발로 작아진 물방울은 이슬비가 아닌 비로 분류하며, 그 분포가 드문드문하다.[134][135][136]
  • '''이슬비''' - 매우 작은 물방울이 높은 수밀도로 고르게 내리는 현상. 층운에서 내리며, 낙하 속도가 느려 공중에 떠 있는 것처럼 보인다.[137]

2. 2. 동결 중의 강수

동결 중인 이슬비(FZDZ)는 0℃ 이하의 이슬비가 지표면에 부딪혀 얼어붙는 현상이다.[166] 동결 중인 비(FZRA)는 0℃ 이하의 비가 지표면에 부딪혀 얼어붙는 현상이다.[166]

2. 3. 동결된 강수

눈(SN)은 얼음 결정이 내리는 현상이다.[166] 눈 결정은 지름 약 10μm의 아주 작은 과냉각된 구름방울이 얼 때 형성된다. 가장 일반적인 눈 입자는 눈에 띄게 불규칙하지만, 거의 완벽한 눈송이는 시각적으로 더 매력적이기 때문에 사진에서 더 흔하게 볼 수 있다. 두 개의 눈송이가 똑같지 않다.[47] 눈에 대한 METAR 코드는 SN이며, 눈발은 SHSN으로 코드화된다.[38]

가루눈(SG)은 작고 흰 불투명한 얼음 알갱이가 내리는 현상이다. 보통 1mm 미만이며, 싸락눈과 비슷하지만 그것보다 납작하거나 가늘고 길다. 단단한 지면에서 튀거나 부서지지 않는다.[141]

싸락우박(PL)은 지름 5mm 미만의 얼음 알갱이가 내리는 강수 현상이다.[144] METAR 코드는 PL이다.[38] 싸락우박에는 눈싸락눈과 얼음싸락눈이 있다.

  • 눈싸락눈(雪あられ)은 흰색 불투명의 얼음 알갱이 강수이다. 구형 또는 원추형이다. 단단한 지면에서 튀어 잘 부서지고, 밟으면 금방 으깨진다. 기온이 0℃에 가까울 때 볼 수 있으며, 소나기성 강수가 된다.[145]
  • 얼음싸락눈(氷あられ)은 반투명의 얼음 알갱이 강수이다. 거의 구형이다. 단단한 지면에서 소리를 내며 튀고, 밟아도 잘 으깨지지 않는다. 소나기성 강수가 된다.[146]


우박(GR)은 지름 5mm 이상의 얼음 알갱이 또는 덩어리가 내리는 강수 현상이다.[37] METAR 코드에서는 지름 6.4mm 이상인 큰 우박을 나타내는 데 GR을 사용한다. GR은 프랑스어 grêle에서 유래했다. 더 작은 우박과 눈알갱이는 프랑스어 grésil의 약자인 GS 코드를 사용한다.[38]

싸락눈(GS)은 작고 둥근 얼음 알갱이이다.

다이아몬드 분말(IC)은 맑은 하늘에서 천천히 내리는( 구름에서 낙하하지 않는) 매우 작은 얼음 결정의 강수이다. 공중에 떠 있는 것처럼 보이며, 태양광이 반사되어 빛나 보인다.[149] METAR에서 다이아몬드 분말에 대한 식별자는 IC이다.[38]

3. 강수의 특징

강수 입자의 크기는 0.1mm에서 9mm까지 다양하다. 작은 물방울은 구름 방울이라고 하며 구형이다. 물방울이 커질수록 모양은 납작해진다. 만화에서 묘사되는 것과 달리 실제 빗방울은 눈물 모양이 아니다.[31]

강한 폭풍은 지속 시간이 짧고, 약한 강수는 오래 지속되는 경향이 있다.[32][33] 또한, 넓은 지역에 걸쳐 약한 강수가 내리는 경향이 있으며,[12] 강한 폭풍일수록 물방울 크기가 크다.[23]

4. 강수의 형성 과정

강수는 물 순환의 주요 구성 요소이며 지구상의 담수 대부분을 공급하는 역할을 한다. 매년 약 505000km3의 물이 강수로 내리며, 그 중 398000km3는 해양에 내린다.[4] 지구 표면적을 고려하면, 전 세계 평균 연간 강수량은 990mm이다.

강수를 생성하는 메커니즘에는 대류성, 층상형,[10] 그리고 지형성 강우가 있다.[11] 대류 과정에는 강한 수직 운동이 포함되어, 그 지역의 대기가 1시간 안에 뒤집히고 강한 강수를 유발할 수 있다.[23] 반면 층상형 과정은 상승 기류가 약하고 강수 강도가 낮다.[12]

비 오는 날의 물웅덩이


광학 현미경으로 본 눈송이


강수는 액체 상태의 물, 표면과 접촉 시 얼어붙는 액체 상태의 물, 또는 얼음의 세 가지 범주로 나눌 수 있다. 액체 형태의 강수에는 비와 이슬비가 있다. 영하의 기단 내에서 표면과 접촉 시 얼어붙는 비나 이슬비는 "착빙 현상" 또는 "착빙성 이슬비"라고 한다. 고체 형태의 강수에는 눈, 빙정, 우박알, 우박, 그리고 싸락눈이 있다.[13]

병합 과정과 베르제롱 과정은 물 순환에서 중요한 부분이다. 병합 과정은 물방울들이 합쳐져 더 큰 물방울을 만드는 현상이고, 베르제롱 과정은 물방울이 얼음 결정에 얼어붙는 현상을 말한다. 매우 작은 물방울의 낙하 속도는 무시할 만큼 작기 때문에 구름이 하늘에서 떨어지지 않지만, 이러한 물방울들이 더 큰 방울로 병합될 때 강수가 발생한다.

빗방울의 크기는 평균 지름 5.1mm 에서 20mm 범위이며, 이보다 크면 부서지는 경향이 있다. 강우의 강도와 지속 시간은 일반적으로 반비례 관계를 가진다. 즉, 강도가 높은 폭풍은 지속 시간이 짧고, 강도가 낮은 폭풍은 지속 시간이 길다.[32][33] METAR 코드에서 비는 RA로, 소나기는 SHRA로 표기된다.[38]

눈 결정은 지름 약 10μm의 아주 작은 과냉각된 구름방울이 얼 때 형성된다. 가장 일반적인 눈 입자는 불규칙하지만, 거의 완벽한 눈송이는 사진에서 더 흔하게 볼 수 있다. 두 개의 눈송이가 똑같지 않은 이유는[47] 지상으로 떨어지는 동안 지나가는 대기 중의 변화하는 온도와 습도에 따라 성장 속도와 패턴이 다르기 때문이다.[48] 눈에 대한 METAR 코드는 SN이며, 눈발은 SHSN으로 코드화된다.[38]

강수의 원리는 다음과 같다. 해양, 호수, 하천, 육지의 지면, 식물 등에서 물이 증발하여 수증기가 된다. 수증기를 포함한 대기는 바람을 타고 이동하며, 식으면 응결하여 미세한 물방울이 되거나, 승화하여 미세한 빙정이 되고, 이들이 모여 구름이 된다.[129][130] 구름 속 물방울은 핵이 되는 응결핵의 도움을 받아 응결한다.

4. 1. 응축

따뜻하고 습한 공기가 상승하면서 냉각되고, 수증기가 구름 응결핵에 응결하여 구름을 형성한다. 공기를 이슬점까지 냉각시키는 주요 메커니즘은 다음과 같다.

  • '''단열 냉각''': 공기가 상승하고 팽창하면서 발생한다.[19] 공기는 대류, 대규모 대기 운동 또는 산과 같은 물리적 장벽(지형성 상승)으로 인해 상승할 수 있다.
  • '''전도 냉각''': 공기가 더 차가운 표면과 접촉할 때 발생하며,[20] 일반적으로 한 표면에서 다른 표면으로 불어갈 때 발생한다. (예: 액체 수면에서 더 차가운 육지로 불어갈 때)
  • '''복사 냉각''': 공기 또는 아래 표면에 의한 적외선 복사 방출로 인해 발생한다.[21]
  • '''증발 냉각''': 증발을 통해 수분이 공기에 추가될 때 발생하며, 이는 공기 온도가 습구온도까지 냉각되거나 포화 상태에 도달할 때까지 강제한다.[22]


수증기는 일반적으로 구름을 형성하기 위해 먼지, 얼음, 소금과 같은 응결핵에 응축되기 시작한다.[17] 층운은 따뜻한 공기 덩어리 아래에 차갑고 안정적인 공기 덩어리가 갇힐 때 형성되는 안정적인 구름층이다. 또한 산들바람이 부는 조건에서 이류 안개가 상승하여 형성될 수도 있다.[18]

4. 2. 공기에 수분 추가

대기 중 수증기가 추가되는 주요 방법은 다음과 같다.

  • 상승 기류 지역으로의 바람 수렴[23]
  • 상층에서 떨어지는 강수 또는 비선[24]
  • 낮 동안의 가열로 인한 해양, 수역 또는 습지 표면의 물 증발[25]
  • 식물의 증산 작용[26]
  • 따뜻한 물 위로 이동하는 차갑거나 건조한 공기[27]
  • 산맥 상공의 공기 상승[28]

4. 3. 강수 형태

병합 과정은 물방울들이 합쳐져 더 큰 물방울을 만드는 현상이다. 베르제롱 과정은 물방울이 얼음 결정에 얼어붙는 현상을 말한다.[29] 매우 작은 물방울의 낙하 속도는 무시할 만큼 작기 때문에 구름이 하늘에서 떨어지지는 않는다. 강수는 이러한 물방울들이 더 큰 방울로 병합될 때만 발생한다. 크기가 다른 물방울은 종단 속도가 달라 물방울 충돌을 일으켜 더 큰 물방울을 생성한다. 난류는 충돌 과정을 강화시킨다.[29] 이렇게 커진 물방울이 하강하면서 병합이 계속되어 방울이 공기 저항을 극복하고 비로 떨어질 만큼 무거워진다.[30]

5. 강수량

강수량은 어떤 곳에 일정 기간 동안 내린 물(비, 눈, 우박, 안개 등)의 총량을 말한다.[165] 비가 내린 양은 강우량이라고 하며, 단위는 mm로 표시한다. 눈이 내린 양은 강설량이라고 하며, 단위는 cm로 표시한다.

액체 강수(이슬비와 비)는 일반적으로 우량계를 사용하여 측정하며, 밀리미터(mm) 단위의 높이 또는 깊이로 나타낸다. 또는 단위 면적당 물의 부피라는 물리량으로 표현할 수 있으며, 리터/제곱미터(L/m2) 단위를 사용한다. 1L=1dm3=1mm·m2이므로 면적 단위(m2)가 약분되어 단순히 "mm"가 된다. 1리터의 물의 질량이 1 킬로그램(kg) (물의 밀도)이라고 가정하면(대부분의 실용적인 목적에는 허용 가능함), 이는 kg/m2로 표현되는 면적밀도에도 해당한다. 일반적으로 사용되는 영국 단위는 인치이다. 호주에서는 미터법 도입 전에 강우량을 "포인트"로 측정하기도 했는데, 1포인트는 1인치의 100분의 1로 정의되었다.[14]

고체 강수량은 일반적으로 적설계를 사용하여 측정한다. 적설량은 보통 용기에 눈이 쌓이도록 한 다음 높이를 측정하여 센티미터 단위로 측정한다. 그런 다음 선택적으로 눈을 녹여 액체 강수와 마찬가지로 밀리미터 단위의 수량 환산값을 얻을 수 있다. 적설량과 수량 환산값의 관계는 눈의 수분 함량에 따라 달라지므로, 수량 환산값은 적설량을 대략적으로 추정하는 데만 사용할 수 있다. 눈 알갱이, 우박 또는 심지어 진눈깨비(비와 눈이 섞인 것)와 같은 다른 형태의 고체 강수도 녹여서 각각의 수량 환산값으로 측정할 수 있으며, 일반적으로 액체 강수와 마찬가지로 밀리미터 단위로 표현한다.[15]

표준 우량계


강수량 또는 적설량을 측정하는 표준적인 방법은 표준 우량계를 사용하는 것이다. 이는 플라스틱 및 금속 재질로 제작된 다양한 종류가 있다.[84] 내부 원통은 2.5cm의 강수량으로 채워지며, 넘치는 부분은 외부 원통으로 흘러간다. 플라스틱 우량계에는 내부 원통에 1mm 해상도까지 표시가 되어 있지만, 금속 우량계는 적절한 1mm 표시가 된 막대기를 사용해야 한다. 내부 원통이 가득 차면, 그 안의 물을 버리고 외부 원통에 남은 강수량으로 채운다. 외부 원통의 모든 액체가 없어질 때까지 이 작업을 반복하여 총 강수량을 측정한다. 겨울에는 깔때기와 내부 원통을 제거하고 외부 원통에 눈과 얼음비가 쌓이도록 하여 이 우량계를 사용한다. 어떤 사람들은 우량계에 부동액을 넣어 눈이나 얼음을 녹일 필요가 없도록 한다.[85] 적설/결빙이 끝나거나 30cm에 가까워지면, 우량계를 안으로 가져와 녹이거나, 미지근한 물을 사용하여 내부 원통을 채워 외부 원통의 얼어붙은 강수를 녹일 수 있다. 이때 추가된 따뜻한 물의 양을 기록하여, 모든 얼음/눈이 녹은 후 최종 총량에서 빼준다.[86]

다른 종류의 우량계로는 인기 있는 쐐기형 우량계(가장 저렴하고 취약한 우량계), 자동 우량계, 그리고 중량식 우량계가 있다.[87]

강수량 측정이 이루어지면, 미국 및 기타 지역에는 CoCoRAHS 또는 GLOBE와 같이 인터넷을 통해 강수량 측정값을 제출할 수 있는 다양한 네트워크가 있다.[89][90] 거주 지역에 네트워크가 없다면, 가장 가까운 지역 기상청이 측정값에 관심을 가질 것이다.[91]

1시간, 10분 등 일정 시간 동안 내린 강수량을 강수량이라고 하며, 눈과 같은 얼음은 녹여 물로 만들어 그 물의 깊이로 나타낸다. 또한 강수량의 크고 작음은 강수강도, 비의 경우 강우강도라고 하며 "약한 비", "강한 비", "격렬한 비" 등의 등급을 정하여 구분하기도 한다.[161]

강수 관측 방법에는 여러 가지가 있다. 강수량을 직접 측정하는 것이 우량계이다. 아메다스에 채용되고 있는 전도통형우량계는 내장 히터가 눈 등을 녹여 관측할 수 있는 구조이다.

넓은 범위의 강수를 관측하는 방법으로 기상 레이더가 있으며, 강수의 이동과 변화를 알 수 있다.

강수 현상이 일정 시간에 발생할 확률을 예보하는 방법을 강수 확률 예보라고 하며, 대한민국에서는 일정 시간(어떤 시간대 내)에 누적 1mm 이상의 강수가 있을 확률을 강수확률이라고 한다.[162]

6. 강수의 원인

강수는 여러 가지 원인에 의해 발생한다.

층상형 또는 역학적 강수는 대규모 기상계에서 cm/s 단위와 같이 느린 상승 기류의 결과로 발생하며, 지표면 한랭전선 상공 및 온난전선 앞쪽에서 나타난다.[52]

적란운이나 탑상층운과 같은 대류운에서 발생하는 강수는 소나기 형태로 내리며, 강도가 급격하게 변한다. 대류운의 수평적 범위가 제한적이므로 대류성 강수는 특정 지역에 비교적 짧은 시간 동안 내린다. 열대 지방 강수의 대부분은 대류성이지만, 층상 강수도 발생한다.[33][52] 과립눈과 우박은 대류를 나타낸다.[55] 중위도 지방에서는 대류성 강수가 간헐적으로 발생하며, 한랭 전선, 스콜 라인, 온난 전선과 같은 경압 경계와 관련이 있다.[56]

지형성 강수


지형성 강수는 산의 풍상측(바람이 불어오는 쪽)에서 발생하며, 습윤한 공기의 대규모 흐름이 산등성이를 가로질러 상승하면서 단열 냉각과 응결이 일어나 발생한다. 바람이 비교적 일정한 산악 지역에서는 산의 풍상측에 풍하측(바람이 불어가는 쪽)보다 습한 기후가 나타나는 경우가 많다. 지형성 상승에 의해 수분이 제거되어 풍하측에는 건조한 공기가 남게 되며 (낙하풍 참조), 강수 그림자가 관찰된다.[28]

하와이 카우아이 섬의 와이알레알레 산(Mount Waiʻaleʻale)은 극심한 강수량으로 유명하며, 지구에서 두 번째로 높은 연평균 강수량(약 1168.40cm)을 기록하고 있다.[57] 각 섬의 지형에 따라 지역 기후가 크게 달라지는데, 높은 산에 대한 위치를 기준으로 풍상(Ko'olau) 지역과 풍하(Kona) 지역으로 나눌 수 있다. 풍상측은 동북쪽 무역풍에 직면하여 훨씬 많은 강수량을 받는 반면, 풍하측은 건조하고 햇살이 많으며 강수량과 구름량이 적다.[58]

남아메리카에서는 안데스 산맥이 태평양에서 유입되는 수분을 차단하여 아르헨티나 서쪽의 하풍 지역에 사막과 같은 기후를 형성한다.[59] 시에라네바다 산맥도 북아메리카에서 같은 효과를 만들어 그레이트 베이슨과 모하비 사막을 형성한다.[60][61] 아시아에서는 히말라야 산맥이 계절풍에 대한 장애물이 되어 남쪽에는 극도로 높은 강수량을, 북쪽에는 낮은 강수량을 초래한다.

눈 결정은 지름 약 10μm(마이크로미터)의 아주 작은 과냉각된 구름방울이 얼면서 형성된다. 일단 방울이 얼면, 과포화 환경에서 성장한다. 물방울이 얼음 결정보다 더 많기 때문에 결정은 물방울을 희생하여 수백 마이크로미터 크기로 자랄 수 있다. 이 과정을 베게너-베르게롱-핀데이젠 과정이라고 한다. 이러한 큰 결정은 질량 때문에 대기 중을 떨어지기 때문에 효율적인 강수원이 되며, 뭉쳐서 붙어 덩어리 또는 응집체를 형성할 수 있다. 이러한 응집체가 눈송이이며, 일반적으로 지상으로 떨어지는 얼음 입자의 유형이다.[43]

얼음은 투명하지만, 결정의 면과 구멍/불완전성에 의한 빛의 산란으로 인해 작은 얼음 입자에 의한 빛의 전체 스펙트럼의 확산 반사 때문에 결정은 종종 흰색으로 보인다.[45] 눈송이의 모양은 대체로 형성되는 온도와 습도에 따라 결정된다.[43] 드물게, 약 -2°C의 온도에서 눈송이는 3각 대칭, 즉 삼각형 눈송이로 형성될 수 있다.[46]

2008년 12월 초 한국 반도 근처의 호우 효과 눈띠


온대 저기압은 시속 119km/h가 넘는 강풍과 함께[62] 폭우와 폭설을 가져올 수 있다.

온대 저기압의 남서쪽에서는 비교적 따뜻한 수역 위로 찬 공기를 가져오는 곡선형의 저기압성 순환이 좁은 호우 효과 눈대를 유발할 수 있다. 이러한 눈띠는 다음과 같이 이해할 수 있는 강한 국지적 강설을 가져온다. 호수와 같은 큰 수역은 수면과 상층 공기 사이에 상당한 온도차(13°C 이상)[65]를 발생시키는 열을 효율적으로 저장한다. 이러한 온도차 때문에 따뜻함과 수증기가 상승하여 수직으로 배열된 구름으로 응축되어 눈보라를 생성한다. 고도에 따른 온도 감소와 구름 깊이는 수온과 대규모 환경 모두에 직접적으로 영향을 받는다. 고도에 따른 온도 감소가 강할수록 구름이 더 깊어지고 강수량이 증가한다.[66]

케언스의 월별 강수량 분포. 이 지역의 우기 기간을 보여준다.


우기는 특정 지역의 연평균 강수량 대부분이 집중되는 1개월 이상의 기간을 말한다.[68] 우기가 있는 지역은 열대와 아열대 지역의 일부에 분포한다.[70] 사바나 기후와 몬순 기후 지역은 여름에 우기, 겨울에 건기가 있다. 열대 우림은 강수량이 연중 고르게 분포하기 때문에 엄밀히 말하면 건기나 우기가 없다.[71]

우기에는 대기 질이 개선되고,[72] 담수의 질이 향상되며,[73][74] 식물이 현저하게 자란다. 토양의 영양분은 감소하고 토양 침식은 증가한다.[32] 동물들은 더 습한 환경에 적응하고 생존하기 위한 전략을 가지고 있다.

매우 많은 강수량을 유발하는 열대성 저기압은 중심부 기압이 낮고, 바람이 남반구에서는 시계 방향으로, 북반구에서는 반시계 방향으로 중심부를 향해 불어 들어오는 수백 마일 너비의 큰 공기 덩어리로 구성된다.[76] 사이클론은 인명 피해와 재산 피해를 엄청나게 야기할 수 있지만, 건조한 지역에 절실히 필요한 강수량을 가져다줄 수 있기 때문에 해당 지역의 강수량 체계에 중요한 요소가 될 수 있다.[77]

6. 1. 전선 활동

층상형 또는 역학적 강수는 대규모 기상계(cm/s 단위)와 같은 느린 상승 기류의 결과로 발생하며, 지표면 한랭전선 상공 및 온난전선 앞쪽에서 나타난다.[52] 유사한 상승 기류는 열대 저기압의 눈벽 외부와 중위도 저기압 주변의 쉼표 머리형 강수 패턴에서도 관찰된다.[52]

6. 2. 대류

적란운이나 탑상층운과 같은 대류운에서 발생한다. 강도가 급격하게 변하는 소나기 형태로 내린다. 대류운의 수평적 범위가 제한적이기 때문에 대류성 강수는 특정 지역에 비교적 짧은 시간 동안 내린다. 열대 지방의 강수 대부분은 대류성인 것으로 보이지만, 층상 강수도 발생한다는 주장이 있다.[33][52] 과립눈과 우박은 대류를 나타낸다.[55] 중위도 지방에서는 대류성 강수가 간헐적으로 발생하며, 종종 한랭 전선, 스콜 라인, 온난 전선과 같은 경압 경계와 관련이 있다.[56]

6. 3. 지형 효과



지형성 강수는 산의 풍상측(바람이 불어오는 쪽)에서 발생하며, 습윤한 공기의 대규모 흐름이 산등성이를 가로질러 상승하는 운동으로 인해 단열 냉각과 응결이 일어나 발생한다. 비교적 일정한 바람(예: 무역풍)이 부는 산악 지역에서는 산의 풍상측에 풍하측(바람이 불어가는 쪽)보다 습한 기후가 나타나는 경우가 많다. 지형성 상승에 의해 수분이 제거되어 풍하측에서 하강하고 일반적으로 온도가 상승하는 쪽에는 건조한 공기가 남게 되며 (낙하풍 참조), 강수 그림자가 관찰된다.[28]

하와이의 카우아이 섬에 있는 와이알레알레 산(Mount Waiʻaleʻale)은 극심한 강수량으로 유명하며, 지구에서 두 번째로 높은 연평균 강수량을 기록하고 있다. 약 1168.40cm[57] 10월부터 3월 사이에는 폭풍성 시스템이 하와이에 영향을 미쳐 폭우를 동반한다. 각 섬의 지형에 따라 지역 기후가 크게 달라지는데, 높은 산에 대한 위치를 기준으로 풍상(Ko'olau) 지역과 풍하(Kona) 지역으로 나눌 수 있다. 풍상측은 동북쪽 무역풍에 직면하여 훨씬 많은 강수량을 받는 반면, 풍하측은 건조하고 햇살이 많으며 강수량과 구름량이 적다.[58]

남아메리카에서는 안데스 산맥이 태평양에서 유입되는 수분을 차단하여 아르헨티나 서쪽의 하풍 지역에 사막과 같은 기후를 형성한다.[59] 시에라네바다 산맥도 북아메리카에서 같은 효과를 만들어 그레이트 베이슨과 모하비 사막을 형성한다.[60][61] 마찬가지로 아시아에서는 히말라야 산맥이 계절풍에 대한 장애물이 되어 남쪽에는 극도로 높은 강수량을, 북쪽에는 낮은 강수량을 초래한다.

6. 4. 눈

눈 결정은 지름 약 10μm(마이크로미터)의 아주 작은 과냉각된 구름방울이 얼면서 형성된다. 일단 방울이 얼면, 과포화 환경에서 성장한다. 물방울이 얼음 결정보다 더 많기 때문에 결정은 물방울을 희생하여 수백 마이크로미터 크기로 자랄 수 있다. 이 과정을 베게너-베르게롱-핀데이젠 과정이라고 한다. 물방울의 증발로 인한 수증기 고갈은 얼음 결정이 물방울을 희생하여 자란다는 것을 의미한다.[43] 이러한 큰 결정은 질량 때문에 대기 중을 떨어지기 때문에 효율적인 강수원이 되며, 뭉쳐서 붙어 덩어리 또는 응집체를 형성할 수 있다. 이러한 응집체가 눈송이이며, 일반적으로 지상으로 떨어지는 얼음 입자의 유형이다.[43]

얼음은 투명하지만, 결정의 면과 구멍/불완전성에 의한 빛의 산란으로 인해 작은 얼음 입자에 의한 빛의 전체 스펙트럼의 확산 반사 때문에 결정은 종종 흰색으로 보인다.[45] 눈송이의 모양은 대체로 형성되는 온도와 습도에 따라 결정된다.[43] 드물게, 약 -2°C의 온도에서 눈송이는 3각 대칭, 즉 삼각형 눈송이로 형성될 수 있다.[46] 가장 일반적인 눈 입자는 눈에 띄게 불규칙하지만, 거의 완벽한 눈송이는 시각적으로 더 매력적이기 때문에 사진에서 더 흔하게 볼 수 있다. 두 개의 눈송이가 똑같지 않다는 것은[47] 지상으로 떨어지는 동안 지나가는 대기 중의 변화하는 온도와 습도에 따라 성장 속도와 패턴이 다르기 때문이다.[48]

온대 저기압은 시속 119km/h가 넘는 강풍과 함께[62] 폭우와 폭설을 가져올 수 있다. 이러한 온대 저기압의 온난 전선과 관련된 강수대는 종종 광범위하며, 전선 경계면 위의 약한 상승 기류에 의해 강제되어 공기가 냉각되면서 응축되어 길게 늘어진 띠[63] 안에서 강수를 생성하는데,[64] 이는 넓고 층상형이며, 층운에서 떨어지는 것을 의미한다.[64] 습한 공기가 북극 기단을 밀어내려고 할 때, 길게 늘어진 강수대의 극쪽에서 눈이 내릴 수 있다.

온대 저기압의 남서쪽에서는 비교적 따뜻한 수역 위로 찬 공기를 가져오는 곡선형의 저기압성 순환이 좁은 호우 효과 눈대를 유발할 수 있다. 이러한 눈띠는 다음과 같이 이해할 수 있는 강한 국지적 강설을 가져온다. 호수와 같은 큰 수역은 수면과 상층 공기 사이에 상당한 온도차(13°C 이상)[65]를 발생시키는 열을 효율적으로 저장한다. 이러한 온도차 때문에 따뜻함과 수증기가 상승하여 수직으로 배열된 구름으로 응축되어 눈보라를 생성한다. 고도에 따른 온도 감소와 구름 깊이는 수온과 대규모 환경 모두에 직접적으로 영향을 받는다. 고도에 따른 온도 감소가 강할수록 구름이 더 깊어지고 강수량이 증가한다.[66]

6. 5. 열대 지방 내에서

우기는 특정 지역의 연평균 강수량 대부분이 집중되는 1개월 이상의 기간을 말한다.[68] 관광 당국에서는 때때로 "그린 시즌"(Green season)이라는 완곡어를 사용하기도 한다.[69] 우기가 있는 지역은 열대와 아열대 지역의 일부에 분포한다.[70] 사바나 기후와 몬순 기후 지역은 여름에 우기, 겨울에 건기가 있다. 열대 우림은 강수량이 연중 고르게 분포하기 때문에 엄밀히 말하면 건기나 우기가 없다.[71] 뚜렷한 우기가 있는 일부 지역에서는 따뜻한 계절 중간에 열대 수렴대 또는 몬순 저기압대가 그 지역의 위도보다 더 고위도로 이동하면서 우기 중반에 강수량이 감소하는 현상이 나타난다.[32] 우기가 따뜻한 계절이나 여름에 발생하는 경우, 비는 주로 오후 늦게와 저녁 초에 내린다.

우기에는 대기 질이 개선되고,[72] 담수의 질이 향상되며,[73][74] 식물이 현저하게 자란다. 토양의 영양분은 감소하고 토양 침식은 증가한다.[32] 동물들은 더 습한 환경에 적응하고 생존하기 위한 전략을 가지고 있다. 이전 건기로 인해 농작물이 아직 성숙하지 않아 우기 초기에 식량 부족이 발생한다. 개발도상국에서는 우기 후반에 첫 수확이 이루어지기 전에 발생하는 식량 부족으로 인해 인구의 체중 변화가 계절적으로 나타나는 것을 확인했다.[75]

매우 많은 강수량을 유발하는 열대성 저기압은 중심부 기압이 낮고, 바람이 남반구에서는 시계 방향으로, 북반구에서는 반시계 방향으로 중심부를 향해 불어 들어오는 수백 마일 너비의 큰 공기 덩어리로 구성된다.[76] 사이클론은 인명 피해와 재산 피해를 엄청나게 야기할 수 있지만, 건조한 지역에 절실히 필요한 강수량을 가져다줄 수 있기 때문에 해당 지역의 강수량 체계에 중요한 요소가 될 수 있다.[77] 열대성 저기압이 지나가면서 해당 지역은 1년치 강수량을 기록할 수 있다.[78]

7. 대규모 지리적 분포

적도 수렴대가 있는 적도 부근 열대에서 강수량이 가장 많다. 아열대 육지는 아열대 고기압대로 강수량이 적다(건조 지대). 중위도 온대는 강수량이 많고, 고위도 한대는 다소 적지만 건조 지대보다는 많다. 온대와 열대에서는 계절에 따라 강수량이 변하여 우기와 건기가 나타나는 지역이 많다.[163]

8. 쾨펜 기후 구분에서의 역할



쾨펜 기후 구분은 평균 월별 기온과 강수량 값에 따라 달라진다. 가장 일반적으로 사용되는 쾨펜 기후 구분은 A부터 E까지 5가지 주요 유형이 있다. 구체적으로 주요 유형은 A(열대), B(건조), C(온대 중위도), D(냉대 중위도), E(극지)이다. 5가지 주요 분류는 열대우림, 계절풍, 열대 사바나, 온난 습윤, 온대 습윤, 온대 해양성 기후, 지중해성 기후, 스텝, 아한대 기후, 툰드라, 빙설 기후, 사막과 같은 2차 분류로 더 세분화될 수 있다.

열대우림은 높은 강수량이 특징이며, 최소 연평균 강수량을 1750mm에서 2000mm 사이로 정의한다.[102] 열대 사바나는 아열대 및 열대 위도의 반건조에서 반습윤 기후 지역에 위치한 초원 생물군계로, 연간 강수량은 750mm에서 1270mm이다. 아프리카에 널리 분포하며 인도, 남아메리카 북부, 말레이시아, 호주에서도 발견된다.[103] 온난 습윤 기후대는 서풍이 서쪽에서 동쪽으로 이동시키는 큰 폭풍과 관련된 겨울 강수량(때때로 눈)이 있는 곳이다. 여름 강수량의 대부분은 뇌우와 간헐적인 열대성 저기압으로 발생한다.[104] 온난 습윤 기후는 적도에서 대략 위도 20°와 40° 사이의 대륙 동쪽에 위치한다.[105]

온대 해양성 기후는 일반적으로 세계 모든 대륙의 중위도 서해안, 시원한 바다와 인접한 지역뿐만 아니라 호주 남동부에서 발견되며 연중 풍부한 강수량을 동반한다.[106] 지중해성 기후는 지중해 분지의 땅, 북미 서부 일부 지역, 호주 서부 및 남부 일부 지역, 남아프리카 남서부 및 칠레 중부 일부 지역의 기후와 유사하다. 이 기후는 덥고 건조한 여름과 시원하고 습한 겨울이 특징이다.[107] 스텝은 건조한 초원이다.[108] 아한대 기후는 영구 동토층과 적은 강수량을 특징으로 하는 추운 기후이다.[109]

9. 농업에 미치는 영향

강수, 특히 비는 농업에 매우 큰 영향을 미친다. 모든 식물은 생존을 위해 최소한의 물을 필요로 하기 때문에 비(가장 효과적인 관개 방법)는 농업에 중요하다. 규칙적인 강우 패턴은 일반적으로 건강한 식물에 필수적이지만, 너무 많거나 적은 강우량은 작물에 해롭고, 심지어 파괴적일 수 있다. 가뭄은 작물을 죽이고 토양 침식을 증가시킬 수 있으며,[110] 과도하게 습한 날씨는 해로운 균류의 성장을 초래할 수 있다.[111] 식물은 생존을 위해 다양한 양의 강우량을 필요로 한다. 예를 들어, 특정 선인장은 소량의 물만 필요로 하지만,[112] 열대 식물은 생존을 위해 연간 수백 인치의 비가 필요할 수 있다.

우기와 건기가 있는 지역에서는 우기 동안 토양 영양분이 감소하고 침식이 증가한다.[32] 동물들은 더 습한 환경에 대한 적응 및 생존 전략을 가지고 있다. 이전의 건기는 작물이 아직 성숙하지 않았기 때문에 우기로 접어들면서 식량 부족으로 이어진다.[113] 개발도상국에서는 우기 후반에 수확이 이루어지기 전에 발생하는 식량 부족으로 인해 인구의 체중이 계절적으로 변동하는 것을 확인했다.[75]

10. 지구 온난화로 인한 변화

온도 상승은 증발량을 증가시켜 더 많은 강수량으로 이어진다. 1900년부터 2005년까지 북위 30° 이상의 육지에서는 강수량이 전반적으로 증가했지만, 1970년대 이후 열대 지방에서는 감소했다. 지난 세기 동안 전 세계적으로 강수량의 통계적으로 유의미한 전반적인 추세는 없었지만, 지역과 시간에 따라 추세는 크게 달랐다. 2018년, 33년 이상의 고해상도 전 지구 강수량 데이터 세트를 사용하여 공간적 규모에 걸친 강수량 변화를 평가한 연구는 "지역적 추세가 있지만, 관측된 지구 온난화에 대한 전 지구적 규모의 강수량 증가에 대한 증거는 없다"고 결론지었다.[115]

각 지역은 고유한 조건으로 인해 강수량 변화를 겪을 것이다. 북미와 남미의 동부 지역, 북유럽, 북아시아 및 중앙아시아는 더 습해졌다. 사헬 지대, 지중해 지역, 남아프리카 및 남아시아 일부 지역은 더 건조해졌다. 지난 세기 동안 많은 지역에서 폭우 사건의 수가 증가했으며, 1970년대 이후로 특히 열대 및 아열대 지역에서 가뭄의 빈도가 증가했다. 해양의 강수량과 증발량 변화는 중위도 및 고위도 해역의 염도 감소(강수량 증가를 의미)와 저위도의 염도 증가(강수량 감소, 증발량 증가 또는 둘 다를 의미)를 통해 나타난다. 미국 본토에서는 1900년 이후 연평균 강수량이 1세기당 평균 6.1% 증가했으며, 동북 중부 기후 지역(1세기당 11.6%)과 남부(11.1%)에서 가장 큰 증가를 보였다. 하와이는 유일하게 감소(-9.25%)를 보인 지역이었다.[116]

11. 도시 열섬으로 인한 변화

도시 열섬은 도시를 주변 교외 및 농촌 지역보다 0.6°C에서 5.6°C 더 따뜻하게 만든다. 이러한 추가적인 열은 더 큰 상승 운동을 유발하여 추가적인 소나기와 뇌우 활동을 유발할 수 있다. 도시의 바람 아래쪽 강우량은 48%에서 116% 사이로 증가한다. 이러한 온난화의 일부 결과로, 도시의 바람 아래쪽 32km에서 64km 사이의 월 강우량은 바람 위쪽과 비교하여 약 28% 더 많다.[117] 일부 도시는 총 강수량을 51% 증가시킨다.[118]

12. 강수 예측

정량적 강수 예보(QPF)는 특정 시간 동안 특정 지역에 예상되는 강수량을 의미한다.[119] 정량적 강수량 예보는 일반적으로 0000, 0600, 1200, 1800 GMT와 같은 시놉틱 시간대에 맞춰진다. 지형은 QPF에 고려된다.[120] 1990년대 중후반부터 QPF는 미국 전역의 하천에 미치는 영향을 시뮬레이션하기 위해 수문 예보 모델에 사용되었다.[121] 예보 모델은 대기의 가장 낮은 고도인 행성 경계층 내의 습도 수준에 대한 민감도를 보인다.[122]

미국 수문기상예보센터(Hydrometeorological Prediction Center)의 5일 강수량 예보 예시


QPF는 양적(강수량 예보) 또는 질적(특정 강수량의 확률 예보) 기준으로 생성될 수 있다.[123] 기상 레이더 영상 예보 기법은 레이더 영상 시간으로부터 6~7시간 이내에 모델 예보보다 더 높은 기술을 보인다. 예보는 우량계 측정, 기상 레이더 추정 또는 이 두 가지를 결합하여 검증할 수 있다.[124]

1990년대 후반부터 여러 알고리즘이 개발되어 여러 위성의 센서로부터 강수 데이터를 결합하여 개별 입력 데이터 세트의 강점을 강조하고 약점을 최소화하고자 했다. 목표는 일반적으로 가능한 한 많은 지구 지역에 대해 균일한 시간/공간 격자상의 강수량에 대한 "최적" 추정치를 제공하는 것이다. 경우에 따라 데이터 세트의 장기적 균질성이 강조되는데, 이는 기후 데이터 기록 표준이다.

지상 강수량 관측소는 강수량 측정의 표준으로 간주되지만, 광활한 해양과 오지와 같은 지역은 활용이 불가능하다.[93]

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