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구름

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목차

1. 개요

구름은 대기 중의 수증기가 응결 또는 승화하여 생성되는 현상 또는 그 결과물이다. 국제적으로 10가지 기본 형태로 분류되며, 형태와 고도에 따라 세분화된다. 구름은 크게 층상운, 권운, 층적운, 적운, 적란운 등 다섯 가지 물리적 형태로 나뉘며, 생성 과정은 공기의 상승, 냉각, 수증기의 응결을 통해 이루어진다. 구름의 성분은 물이 주를 이루며, 다양한 광학적 특징을 보이며, 전기적 성질을 띠기도 한다. 구름은 강수량과 분포에 영향을 미치며 기후 변화에 중요한 역할을 한다. 또한, 금성, 화성 등 태양계 내 다른 행성에서도 구름이 관측되며, 문화와 종교에서도 다양한 상징성을 지닌다.

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구름
지도 정보
기본 정보
정의대기 중에 떠다니는 액체 물방울이나 얼음 결정의 가시적인 덩어리
특징지구 대기권에서 가장 잘 관찰되는 현상 중 하나
관련 연구 분야기상학, 물리학
구름의 종류
높이에 따른 분류상층운
중층운
하층운
모양에 따른 분류권운
권적운
권층운
고적운
고층운
난층운
층적운
층운
적운
적란운
특이한 구름유방운
렌즈구름
모닝글로리 구름
파상운
켈빈-헬름홀츠 구름
운해
아치운
양털구름
롤 구름
구름 생성 과정
원리공기 상승
단열 냉각
수증기 응축
응결핵의 존재
응결핵미세한 입자 (먼지, 소금 입자)
물방울 형성 촉진
수증기 응축수증기가 액체 물방울로 변화
온도 하강 시 더 활발
구름과 날씨
역할날씨 변화에 중요한 역할
강수 현상의 주요 원인
기후에 영향
기상학구름 연구를 통해 날씨 예측
기상 현상 이해
강수구름 속에서 물방울이 성장
비, 눈, 우박 등의 형태
구름의 관찰 및 측정
방법지상 관측
위성 관측
기상 레이더
정보구름의 종류
구름의 양
구름의 높이
구름의 이동 방향
문화적 의미
상징자유로움
변화무쌍함
신비로움
예술다양한 예술 작품의 주제
문학, 그림, 영화 등
기타
관련 속담구름 낀 하늘에 비 오려나
관련 링크기상청 자동기상관측장비(AWS) 자료
기상청 과거 날씨 자료

2. 구름의 종류

구름은 세계기상기구가 발행하는 국제운도장에 기초하여 10가지 기본 형태(십종운형)로 분류되며, 형태와 고도에 따라 세분화된다.[204][205]

룩 하워드는 1803년에 구름을 4가지로 분류하고 라틴어 이름을 붙인 논문을 발표했다. 같은 시기에 장-바티스트 라마르크도 구름 분류를 연구했지만 널리 퍼지지는 않았다. 이후 힐데브란트손, 랄프 아버크롬비는 사진을 이용해 구름 형태 그림을 작성하여 전 세계적으로 공통 분류가 가능함을 확인하고 분류를 제안했다. 국제 기상 회의를 거쳐 1896년에 십종운형을 정한 『국제운도장』이 발행되었다.[206][207][208][209]

구름의 기본 형태 (10가지 구름 형태)[210][206][207][208][211][205]
고도종류
학술명, 약호		주요 속칭
특징
상층운권운
Cirrus, Ci		털구름, 갈고리구름, 새털구름
흰색, 줄 모양, 털 모양
권적운
Cirrocumulus, Cc		비늘구름, 송어구름, 청어구름
흰색, 비늘 모양 분포. 시직경 1도 이하 작은 구름 조각 집단. 그림자 없음
권층운
Cirrostratus, Cs		얇은구름
흰색, 베일 모양. 그림자가 있고 무리 발생
중층운고적운
Altocumulus, Ac		양떼구름, 뭉게구름, 얼룩구름 (비늘구름)
흰색, 회색 그림자. 얼룩덜룩 분포. 시직경 1~5도 작은 구름 조각 집단. 그림자 있음
고층운
Altostratus, As		엷은구름
회색, 태양 가림
난층운
Nimbostratus, Ns		비구름, 눈구름
회색, 암회색. 연속적인 비나 눈 동반
하층운층적운
Stratocumulus, Sc		물결구름, 덩어리구름, 흐린구름
흰색 또는 회색. 덩어리 모양, 띠 모양. 시직경 5도 이상 덩어리
층운
Stratus, St		안개구름
흰색, 회색. 희미한 안개 모양
적운
Cumulus, Cu		뭉게구름, 쌓인구름
흰색, 진한 그림자. 아랫면 수평, 윗면 돔 모양. 대류로 발달
적란운
Cumulonimbus, Cb		뇌우구름, 적란운, 모루구름
흰색, 진한 그림자. 크게 발달. 아랫면 수평, 윗면 돔 모양 또는 옆으로 퍼짐. 강한 비나 뇌우 동반



대류권 이상의 중층 대기에 생성되는 구름으로는 성층권의 극성층권운(진주운)과 중간권의 야광운이 있다.

2. 1. 상층운 (5,000 ~ 13,000m)

상층운은 지상 5,000 ~ 13,000m 높이의 대류권 저온부에서 형성된다. 극지방에서는 3,000m의 낮은 곳에서도 형성된다. 이 높이에서는 수증기가 얼어붙어 구름은 얼음 결정으로 구성된다. 이들은 대체로 희미하고 투명할 때도 있다.

  • 권운 (Cirrus, Ci / 권운형): 털구름 또는 새털구름이라고도 한다. 매우 작은 얼음 결정(氷晶)으로 되어 있으며, 희고 작은 선이나 덩어리로 되어 있다. 5,000 ~ 13,000m 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.[33]


3월의 권운(Cirrus fibratus) 구름

  • 권층운 (Cirrostratus, Cs / 층운형): 털층구름, 면사포구름, 무리구름이라고도 한다. 햇무리·달무리를 나타나게 하는 반투명의 흰 베일과 같은 구름으로 5,000 ~ 13,000m 높이에 나타나며 구름 입자는 빙정이다.

  • 권적운 (Cirrocumulus, Cc / 층적운형): 털쌘구름, 비늘구름, 조개구름이라고도 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.


왼쪽 상단의 고층운 권운이 오른쪽으로는 권층운과 합쳐지고, 오른쪽 끝에는 권적운이 약간 보임

2. 2. 중층운 (2,000 ~ 7,000m)

중층운은 2,000 ~ 7,000m 높이에서 형성된다. 물방울로 구성되며 과냉각된 경우도 있다.[7][6]

  • 고층운(As / 층운형): 흰색차일구름이라고도 한다. 얼룩이 없는 고른 모양을 나타낼 때도 있고, 줄기가 있는 섬유나 털 모양의 조직을 나타내기도 한다. 2,000 ~ 7,000m 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(Ac / 층적운형): 높쌘구름, 양떼구름이라고도 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.

2. 3. 하층운 (0 ~ 2,000m)

하층운은 2,000m 이하에서 형성된다. 땅에 닿으면 '안개'가 된다. 하층운은 주로 물방울로 구성되며, 비를 머금고 있는 경우가 많다.[14]

  • 층운 (Stratus, St): 층운은 층구름 또는 안개와 비슷하여 안개구름이라고도 한다. 안개가 공중으로 떠오른 것 같은 낮은 구름으로, 여러 조각으로 나뉠 수 있으며, 구름 사이로 푸른 하늘이 보이기도 한다. 고도 2,000m까지 나타나는 작은 물방울의 집합체이며, 구름이 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 보통 이슬비이다.

  • 층적운 (Stratocumulus, Sc): 층적운은 구름 밑면의 고도가 약 500m, 꼭대기는 약 2,000m에 이른다. 구름 입자는 물방울로 되어 있고, 구름 덩어리는 둥그스름하거나 편평할 수 있다. 회색의 큰 덩어리가 돌려 있는 구름으로, 둘둘 말린 모양이 되기도 한다. 층적운은 층운이 위로 올라가 생기거나, 적운이나 적란운이 안정한 기층이나 상층의 강한 바람 때문에 연직 방향으로 성장하지 못하고 수평 방향으로 퍼져 나가 생기는 경우가 있다.

  • 난층운 (Nimbostratus, Ns): 난층운은 층운형 구름에 속하며, 비층구름, 비구름이라고도 한다. 어두운 회색을 띠며 비나 눈을 내리게 한다. 주로 2,000 ~ 7,000m 높이에서 나타나지만, 때로는 상층과 하층에서도 나타난다. 하늘 전체를 덮고 두꺼운 층을 이루며, 고층운이 점차 두꺼워지면서 구름의 바닥이 낮아져 난층운이 되는 경우가 많다. 난층운 아래에는 흔히 조각구름이 나타난다.

2. 4. 수직운

대류에 의해 발달하며, 기저부로부터 높이 상승하는 기류를 갖는 구름을 수직운이라고 한다. 수직운은 대류운이라고도 불린다.

  • 적란운 (Cumulonimbus, Cb / 적운형): 쌘비구름이라고도 하며 적운보다 수직으로 더 치솟아 있어 산이나 큰 탑처럼 보인다. 구름 윗부분은 빙정, 아랫부분은 물방울로 이루어져 있고, 중간 부분은 빙정과 작은 물방울이 섞여 있다. 구름 밑면 높이는 땅에서 2km 이하이나, 꼭대기 높이는 12km에 이를 때도 있다. 소나기를 동반하며, 심할 때에는 우박, 뇌우, 용오름을 동반한다. 번개도 동반하므로 뇌운(雷雲)이라고도 한다.

  • 적운 (Cumulus, Cu / 적운형): 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 꼭대기 높이가 10,000m에 이른다. 아침에 나타나기 시작해 낮 동안 발달하고 저녁이 가까워지면서 사라진다. 크기에 따라 편평적운(Cumulus humilis), 중간적운(Cumulus mediocris), 웅대적운(Cumulus congestus)으로 구분할 수 있다. 편평적운과 중간적운은 강수량이 없거나 매우 적지만 웅대적운은 소나기를 내릴 수 있다.


강한 상승기류를 볼 수 있는 적란운


다음은 구름의 형태와 고도에 따른 분류를 나타낸 표이다.

층상형
비대류형		권운형
주로 비대류형		층적운형
제한적 대류형		적운형
자유 대류형		적란운형
강한 대류형
솟아오르는 수직형적운(congestus)적란운
다층 또는 중간 수직형난층운적운(mediocris)
저층층운층적운적운(humilis) 또는 파편운


  • 적운(난층운) – 자유 대류 적운이 매우 크게 성장하여 기저부에서 정상까지의 수직 높이가 구름의 기저부 너비보다 커질 수 있다. 구름 기저부는 더 어두운 회색을 띠고, 꼭대기는 보통 콜리플라워와 비슷하다. 중간 정도에서 강한 소나기를 발생시킬 수 있으며,[55] 국제민간항공기구(ICAO)에 의해 '탑상 적운'(Tcu)으로 지정된다.
  • 적란운 – 어두운 회색에서 거의 검은색에 가까운 기저부와 산 또는 거대한 탑 모양의 매우 높은 꼭대기를 가진 무겁고 탑처럼 솟은 자유 대류 구름이다.[69] 뇌우, 국지적으로 매우 강한 강우(이는 산사태를 유발할 수 있음), 그리고 산불을 일으킬 수 있는 구름 대 지면 낙뢰를 포함한 다양한 유형의 번개를 발생시킬 수 있다.[70] 기타 대류성 혹독한 기상 현상은 뇌우와 관련이 있을 수도 있고 없을 수도 있으며, 강한 강설, 우박,[71] 강한 풍속 변화, 다운버스트,[72] 및 토네이도를 포함한다.[73]


섬광같은 적란운이 모하비 사막 위에 쏟아지는 폭우


단일 셀 적란운 탑상구름

3. 구름의 생성

구름은 대기 중의 수증기가 응결(혹은 응축)되어 액체(물)가 되거나, 승화되어 고체(얼음)가 되면서 만들어진다.

대기 중에 포함된 수증기량은 환경에 따라 다르지만, 일정량의 대기 중에 존재할 수 있는 수증기의 최대량(습도 100%)은 포화수증기량이라고 하며, 물리적으로 정해져 있다.[188] 또한, 포화수증기량은 기온에 따라 변화하며, 차가운 대기일수록 그 양은 적어진다.

수증기를 포함한 습한 공기가 냉각되면, 습도 100%에 도달했을 때 (기온이 이슬점에 도달했을 때), 그 기온에서의 포화수증기량을 초과한 수증기가 응결(저온에서는 승화)하여 구름입자가 형성된다.[189]

수증기의 응결·승화, 그리고 물방울의 동결에는 미립자(에어로졸)의 존재가 필수적이다. 구름입자(물방울이나 빙정)는 미립자를 "핵"으로 하여 형성되며, 이 과정을 핵형성(구름핵형성·빙정핵형성)이라고 한다.[190]

실제 대기에는 핵이 되는 미립자가 존재하므로, 상대습도 100%를 약간 넘는, 과포화도 1%(상대습도 101%) 이하의 수준에서 구름입자가 생성된다. 미립자(에어로졸)의 종류는 해염 입자, 황산염(황산암모늄 등)[191], 토양 입자나 광물 입자(화산재나 황사 포함), 유기 성분(박테리아 등)을 포함하는 바이오 에어로졸[192] 등이다.

대기의 냉각은 주로 대기의 상승(상승기류)에 의해 일어난다. 대기가 어떤 힘을 받아 상승할 때, 그 기압은 감소하고 팽창(단열 팽창)하면서, 외부로부터가 아니라 스스로 온도를 낮춘다(단열 냉각).[193]

안개(지표면에 도달한 층운) 중에는 다른 원인으로 생기는 것도 있다. 야간의 복사냉각에 의해 평야나 분지에서 볼 수 있는 복사 안개는 지표면 부근의 대기가 식어서 생긴다. 차가운 바다에 따뜻하고 습한 기류가 들어왔을 때 볼 수 있는 이동 안개(혼합 안개, 해무)는 해면에서 식은 대기와 따뜻하고 습한 대기가 섞여 냉각·가습되어 생긴다.

3. 1. 생성 과정

구름은 공기가 위로 올라가면서 공기 안의 수증기가 물방울로 변하며 생기는 것이다. 구름이 생성되려면 먼저 공기가 상승해야 하는데, 다음과 같은 경우에 공기가 상승한다.

  • 지표면이 불균등하게 가열될 때
  • 공기가 산을 타고 상승할 때
  • 공기가 모여드는 저기압의 중심일 때
  • 찬 공기와 따뜻한 공기가 만날 때


공기가 상승하는 요인은 크게 4가지가 있다.

  • 지형에 의한 상승[14]
  • 기단에 의한 상승
  • 수렴에 의한 상승[18]
  • 대류에 의한 상승[14]


공기가 상승하게 되면 위로 가면서 공기가 적어지고 기압이 낮아져 공기의 부피가 팽창하게 된다. 하지만 공기가 올라가는 부피가 크기 때문에 주위의 열이 공기의 가운데로 전달될 시간이 없으며 공기 표면에서만 열 출입이 이루어져 공기 전체적으로 볼 때는 무시할 수 있을 정도이므로 공기는 단열 팽창을 하여 온도가 낮아지게 된다. 온도가 공기의 이슬점 이하로 낮아지게 되면 수증기가 물방울로 변하면서 구름이 생성된다. 구름은 성층권 이상으로 올라가면 공기가 위로 올라갈 수 없으므로 더 이상 만들어지지 않는다.

구름 생성 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다.

  • 공기 상승 → 기압 하강 → 단열 팽창 (부피 팽창) → 기온 하강 → 이슬점 도달 → 수증기 응결 → 구름 생성


좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

  • 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.


대기 중에 포함된 수증기량은 환경에 따라 다르지만, 일정량의 대기 중에 존재할 수 있는 수증기의 최대량(포화수증기량)은 물리적으로 정해져 있다.[188] 또한, 포화수증기량은 기온에 따라 변화하며, 차가운 대기일수록 그 양은 적어진다. 예를 들어, 20℃에서는 17.2g/m3, 0℃에서는 4.85g/m3이다.

수증기를 포함한 습한 공기가 냉각되면, 습도 100%에 도달했을 때 (기온이 이슬점에 도달했을 때), 그 기온에서의 포화수증기량을 초과한 수증기가 응결(저온에서는 승화)하여 구름입자가 형성된다(구름이 생긴다).[189]

참고로, 수증기의 응결·승화, 그리고 물방울의 동결에는 미립자(에어로졸)의 존재가 필수적이다. 구름입자(물방울이나 빙정)는 미립자를 "핵"으로 하여 형성되며, 이 과정을 핵형성(구름핵형성·빙정핵형성)이라고 한다.[190]

실제 대기에는 핵이 되는 미립자가 존재하므로, 상대습도 100%를 약간 넘는, 과포화도 1%(상대습도 101%) 이하의 수준에서 구름입자가 생성된다. 미립자(에어로졸)의 종류는 해염 입자, 황산염(황산암모늄 등)[191], 토양 입자나 광물 입자(화산재나 황사 포함), 유기 성분(박테리아 등)을 포함하는 바이오 에어로졸[192] 등이다.

대기의 냉각은 주로 대기의 상승(상승기류)에 의해 일어난다. 대기가 어떤 힘을 받아 상승할 때, 그 기압은 감소하고 팽창(단열 팽창)하면서, 외부로부터가 아니라 스스로 온도를 낮춘다(단열 냉각)[193].

안개(지표면에 도달한 층운)는 다른 원인으로 생기는 것도 있다. 야간의 복사냉각에 의해 평야나 분지에서 볼 수 있는 복사 안개는 지표면 부근의 대기가 식어서 생긴다. 차가운 바다에 따뜻하고 습한 기류가 들어왔을 때 볼 수 있는 이동 안개(혼합 안개, 해무)는 해면에서 식은 대기와 따뜻하고 습한 대기가 섞여 냉각·가습되어 생긴다. 따뜻한 강에 차가운 기류가 들어왔을 때 볼 수 있는 증기 안개(강 안개)는 이동 안개의 반대로, 수면에서 따뜻하고 습한 대기가 상승하여 차가운 대기와 섞여 냉각되어 생긴다.

3. 2. 생성 요인

구름은 공기 중의 수증기가 위로 올라가면서 물방울로 변하며 생기는 것이다. 구름이 생성되려면 먼저 공기가 상승해야 하는데, 다음과 같은 요인들이 공기를 상승시킨다.

  • 지표면이 불균등하게 가열될 때
  • 공기가 산을 타고 상승할 때
  • 공기가 모여드는 저기압의 중심일 때
  • 찬 공기와 따뜻한 공기가 만날 때


공기가 상승하게 되면 주변 기압이 낮아져 부피가 팽창한다. 이때 공기는 단열 팽창을 하여 온도가 낮아지게 된다. 온도가 이슬점 이하로 내려가면 수증기가 물방울로 변하면서 구름이 생성된다. 구름은 성층권 이상으로는 공기가 올라갈 수 없어 더 이상 만들어지지 않는다.

구름 생성 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다.

  • 공기 상승 → 기압 하강 → 단열 팽창 (부피 팽창) → 기온 하강 → 이슬점 도달 → 수증기 응결 → 구름 생성


좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

  • 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 얼음 결정이 모여 구름이 된다.


대기 중의 수증기가 응결(혹은 응축)되어 액체(물)가 되거나, 동결(응고) 또는 승화되어 고체(얼음)가 되면서 구름이 만들어진다.

대기 중에 포함된 수증기량은 환경에 따라 다르지만, 일정량의 대기 중에 존재할 수 있는 수증기의 최대량(습도 100%)은 포화수증기량이라고 하며, 물리적으로 정해져 있다. 또한, 포화수증기량은 기온에 따라 변화하며, 차가운 대기일수록 그 양은 적어진다.[188] 예를 들어, 20℃에서는 17.2g/m3, 0℃에서는 4.85g/m3이다.

수증기를 포함한 습한 공기가 냉각되면, 습도 100%에 도달했을 때 (기온이 이슬점에 도달했을 때), 그 기온에서의 포화수증기량을 초과한 수증기가 응결(저온에서는 승화)하여 구름입자가 형성된다.[189]

수증기의 응결·승화, 그리고 물방울의 동결에는 미립자(에어로졸)의 존재가 필수적이다. 구름입자(물방울이나 빙정)는 미립자를 "핵"으로 하여 형성되며, 이 과정을 핵형성(구름핵형성·빙정핵형성)이라고 한다.[190]

실제 대기에는 핵이 되는 미립자가 존재하므로, 상대습도 100%를 약간 넘는, 과포화도 1%(상대습도 101%) 이하의 수준에서 구름입자가 생성된다. 미립자(에어로졸)의 종류는 해염 입자, 황산염(황산암모늄 등)[191], 토양 입자나 광물 입자(화산재나 황사 포함), 유기 성분(박테리아 등)을 포함하는 바이오 에어로졸[192] 등이다.

대기의 냉각은 주로 대기의 상승(상승기류)에 의해 일어난다. 대기가 어떤 힘을 받아 상승할 때, 그 기압은 감소하고 팽창(단열 팽창)하면서, 외부로부터가 아니라 스스로 온도를 낮춘다(단열 냉각).[193]

안개(지표면에 도달한 층운) 중에는 다른 원인으로 생기는 것도 있다. 야간의 복사냉각에 의해 평야나 분지에서 볼 수 있는 복사 안개는 지표면 부근의 대기가 식어서 생긴다. 차가운 바다에 따뜻하고 습한 기류가 들어왔을 때 볼 수 있는 이동 안개(혼합 안개, 해무)는 해면에서 식은 대기와 따뜻하고 습한 대기가 섞여 냉각·가습되어 생긴다.

4. 구름의 물리화학적 특징

구름은 대부분 물로 이루어져 있지만, 토양 성분, 화산 분출물, 먼지 등 미량의 다른 성분(대기 에어로졸 입자)도 포함하고 있다.[179] 또한 공기 성분(질소, 산소, 이산화탄소 등)이 용해되어 있다.[178] 극지방이나 고위도 지방의 높은 고도(20~30km, 성층권)에서는 황산염과 질산염으로 이루어진 진주모구름(극성층권운)이 발생하기도 한다.[180]

구름 입자(물방울, 빙정)의 크기는 대부분 반지름 0.001mm ~ 0.01mm (1μm ~ 10μm)이며,[182] 구름 속 입자의 수는 1m³당 1,000만~수백억 개 정도이다. 빙정은 육각기둥, 육각판, 바늘 모양, 수지상 등 독특한 결정을 형성하며, 이러한 빙정이 서로 달라붙어 겹쳐 성장한 것이 눈의 입자(눈송이)이다.[183]

구름의 형태는 구조와 형성 과정에 따라 층상형, 권운형, 층적운형, 적운형, 적란운형으로 나뉜다.

층상형
비대류형		권운형
주로 비대류형		층적운형
제한적 대류형		적운형
자유 대류형		적란운형
강한 대류형
고층권층운권운권적운
중층고층운고적운
솟아오르는 수직형[9]적운(congestus)적란운
다층 또는 중간 수직형난층운적운(mediocris)
저층층운층적운적운(humilis) 또는 파편운
지표면안개 또는 박무



구름은 수증기를 함유한 따뜻한 공기가 상승하면서 냉각되어 수증기가 작은 물방울로 응결되면서 형성된다. 이 물방울들이 밀집되어 햇빛을 반사하므로 구름은 희게 보인다.[115] 구름이 성장하여 물방울이 커지면, 물방울 사이 간격이 넓어져 빛이 구름 내부로 더 깊이 통과하게 된다. 이때 빛이 반사되지 않고 흡수되면 구름은 회색이나 검은색으로 보이게 된다.[116]

구름의 색깔은 구름 내부에서 빛이 산란된 결과이다. 회청색은 빛이 구름 내부에서 산란된 결과이며,[117] 엷은 연두색은 얼음이 태양빛을 산란시킬 때 생성되며, 이는 굵은 비, 우박, 강풍, 또는 토네이도가 예상됨을 의미한다.[118] 노란 구름은 드물지만 늦봄에서 초가을에 걸쳐 발생할 수 있으며, 연기로 인해 생긴다.[119] 붉은색, 오렌지색, 분홍색 구름은 해돋이나 해넘이 때 태양빛이 대기에 의해 산란되면서 나타난다.[117]

구름 입자의 크기는 가시광선 영역의 모든 파장의 빛을 똑같이 산란하는 미 산란을 일으켜 흰색이 된다.[184] 두꺼운 구름은 구름 입자에 의해 태양광이 여러 번 산란, 흡수되어 구름을 투과하는 빛이 약해지기 때문에 회색이나 검은색으로 보인다.[184][185] 일출이나 일몰 전후에는 태양광의 색이 붉은색으로 변하므로 구름의 색도 붉어진다.[184][185]

구름 입자를 통해 태양광이 회절, 굴절, 산란되면서 다양한 대기광학현상이 나타난다. 빙정에는 무리, 환천정아크, 환수평아크, 해기둥 등이 나타나고,[187] 물방울에는 채운, 광환 등이 나타난다.[187] 구름 입자가 클 때는 흰 무지개(백홍)가 보이기도 한다.[185]

채운(무지개 빛깔의 구름)


상승 기류가 강한 구름, 특히 적란운에서는 물방울과 얼음 결정이 충돌하여 정전기가 발생한다. 이로 인해 구름 속에 전하가 축적되면 번개가 발생하기도 한다.[13]

4. 1. 성분

구름 입자는 대부분 물이며,[178] 미량이지만 물 이외의 성분, 예를 들어 토양 성분이나 화산 분출물, 먼지 등으로 이루어진 미립자(대기 에어로졸 입자)가 섞여 있을 뿐만 아니라[179] 공기의 성분(질소, 산소, 이산화탄소 등)이 용해되어 구름을 형성한다.

극지방이나 고위도 지방의 고도 20~30km(성층권)에서는 물 외에 황산염과 질산염으로 이루어진 진주모구름(극성층권운)이 발생한다.[180]

4. 2. 형태

구름을 이루는 구름 입자(물방울, 빙정)의 크기는 대부분 반지름 0.001mm ~ 0.01mm (1μm ~ 10μm)이다.[182] 구름 속 구름 입자의 수(밀도)는 1m³당 1,000만~수백억 개 정도이다. 빙정은 육각기둥, 육각판, 바늘 모양, 수지상 등 독특한 결정을 형성한다. 이러한 빙정이 서로 달라붙어 겹쳐 성장한 것이 눈의 입자(눈송이)이다.[183]

구름의 형태는 구조와 형성 과정에 따라 다섯 가지로 나뉜다.

  • 층상형: 안정된 기단에서 나타나며, 평평하고 얇은 모양이다.
  • 권운형: 안정된 고층 대류권에서 형성되며, 털 모양을 띈다.
  • 층적운형: 역전층으로 덮인 안정된 기단에서 형성되며, 덩어리나 물결 모양이다.
  • 적운형: 자유 대류 상승으로 만들어지며, 뭉게구름 모양이다.
  • 적란운형: 매우 불안정한 공기에서 발생하며, 수직으로 높게 발달한다.


층상형
비대류형		권운형
주로 비대류형		층적운형
제한적 대류형		적운형
자유 대류형		적란운형
강한 대류형
고층권층운권운권적운
중층고층운고적운
솟아오르는 수직형[9]적운(congestus)적란운
다층 또는 중간 수직형난층운적운(mediocris)
저층층운층적운적운(humilis) 또는 파편운
지표면안개 또는 박무


4. 3. 광학적 특징

구름은 수증기를 함유한 따뜻한 공기가 상승하면서 형성된다. 공기가 냉각되면서 수증기가 작은 물방울로 응결되고, 이 물방울들이 밀집되어 햇빛을 반사하므로 구름은 희게 보인다.[115] 구름이 성장하여 물방울이 커지면, 물방울 사이 간격이 넓어져 빛이 구름 내부로 더 깊이 통과하게 된다. 이때 빛이 반사되지 않고 흡수되면 구름은 회색이나 검은색으로 보이게 된다.[116]

구름의 색깔은 구름 내부에서 빛이 산란된 결과인데, 회청색은 빛이 구름 내부에서 산란된 결과이다.[117] 엷은 연두색은 얼음이 태양빛을 산란시킬 때 생성되며, 이는 굵은 비, 우박, 강풍, 또는 토네이도가 예상됨을 의미한다.[118] 노란 구름은 드물지만 늦봄에서 초가을에 걸쳐 발생할 수 있으며, 연기로 인해 생긴다.[119] 붉은색, 오렌지색, 분홍색 구름은 해돋이나 해넘이 때 태양빛이 대기에 의해 산란되면서 나타난다.[117]

구름 입자의 크기는 가시광선 영역의 모든 파장의 빛을 똑같이 산란하는 미 산란을 일으켜 흰색이 된다.[184] 두꺼운 구름은 구름 입자에 의해 태양광이 여러 번 산란, 흡수되어 구름을 투과하는 빛이 약해지기 때문에 회색이나 검은색으로 보인다.[184][185] 일출이나 일몰 전후에는 태양광의 색이 붉은색으로 변하므로 구름의 색도 붉어진다.[184][185]

구름 입자를 통해 태양광이 회절, 굴절, 산란되면서 다양한 대기광학현상이 나타난다. 빙정에는 무리, 환천정아크, 환수평아크, 해기둥 등이 나타나고,[187] 물방울에는 채운, 광환 등이 나타난다.[187] 구름 입자가 클 때는 흰 무지개(백홍)가 보이기도 한다.[185]

4. 4. 전기적 성질

상승 기류가 강한 구름, 특히 적란운에서는 물방울과 얼음 결정이 충돌하여 정전기가 발생한다. 이로 인해 구름 속에 전하가 축적되면 번개가 발생하기도 한다.[13]

5. 구름의 관측

대류권 내 구름 분류는 상층부의 물리적 형태와 고도를 기준으로 한 계층적 범주에 기반한다.[7][6] 이러한 범주는 총 10가지의 속(genus) 유형으로 교차 분류되며, 대부분의 속은 종(species)으로, 더 세분화하여 변종(varieties)으로 분류된다.[29]

대류권의 구름은 구조와 형성 과정에 따라 다섯 가지 물리적 형태로 나타나며, 위성 분석에 사용된다.[30] 불안정성 또는 대류 활동이 증가하는 순서대로(근사치) 나열하면 다음과 같다.[31]


  • 층상운: 비대류성 층상운은 안정된 기단 조건에서 나타나며, 평평하고 시트 모양이다.[32] 권층운(cirrostratus)(고층), 고층운(altostratus)(중층), 층운(저층), 난층운(nimbostratus)(다층) 속으로 나뉜다.[6] 안개는 지표면 기반 구름층으로,[20] 맑은 공기 중 지표면에서 형성되거나, 매우 낮은 층운이 지표면이나 해수면으로 내려앉아 형성된다. 이류 안개(advection fog)가 산들바람에 의해 지표면 위로 상승하면 저층 층상운이 된다.
  • 권운: 권운은 분리되거나 반쯤 합쳐진 필라멘트 모양이다. 대부분 안정적이고 대류 활동이 거의 없는 고층 대류권에서 형성되지만, 부분적으로 불안정한 공기에서는 제한적인 고층 대류로 인해 축적 현상이 나타나기도 한다.[33] 권운, 권층운, 고적운과 비슷한 구름은 대류권 위에서도 발견되지만, 일반적인 이름을 사용해 별도로 분류한다.
  • 층적운: 층적운은 층상 및 적운 형태의 특징을 가지며, 덩어리 또는 물결 모양이다.[5] 역전층으로 상단이 덮인 안정적인 기단 내에서 제한적인 대류의 결과로 형성된다.[34] 역전층이 없거나 대류권 상층에 있으면 기단 불안정성이 증가하여 구름층 내부에 적운 형태의 첨탑이 발달한다.[35] 고적운(cirrocumulus)(고층, 접두사 strato- 생략), 중적운(altocumulus)(중층, 접두사 strato- 생략), 층적운(stratocumulus)(저층)으로 나뉜다.[5]
  • 적운: 적운은 흩어진 더미 또는 뭉치 모양이다.[36][37] 대류권에 수직 성장을 제한하는 역전층이 없는 곳에서 자유 대류 상승으로 발생한다. 작은 적운은 약한 불안정성을, 큰 적운은 더 큰 대기 불안정성과 대류 활동을 나타낸다.[38] 수직 크기에 따라 저층 또는 다층일 수 있으며, 중간 정도에서 매우 높은 수직 범위를 가진다.[6]
  • 적란운: 적란운(Cumulonimbus clouds)는 가장 큰 자유 대류 구름으로, 매우 높은 수직 범위를 가진다. 매우 불안정한 공기에서 발생하며,[14] 구름 상층부에 흐릿한 윤곽, 때로는 모루 상단이 나타난다.[5] 하층 성층권을 관통하는 매우 강한 대류로 발생한다.


구름 종류는 구조적 세부 사항을 나타내는 ''종''으로 나뉘며, 대기 안정도와 풍속 변화에 따라 달라진다. 특정 종은 하나 이상의 속 또는 물리적 형태와 관련될 수 있다.[74] 형태, 속 및 종은 불안정성 또는 대류 활동이 증가하는 순서대로 나열되어 있다.[31]

형태 및 고도층상형
비대류형		권운형
대부분 비대류형		층적운형
제한적 대류형		적운형
자유 대류형		적란운형
강한 대류형
상층권층운
* 혼탁형
* 섬유형		권운
비대류형
* 갈고리형
* 섬유형
* 짙은형
제한적 대류형
* 성곽형
* 덩어리형		고적운
* 층상형
* 렌즈형
* 성곽형
* 덩어리형
중층고층운
* 구분된 종 없음
(항상 혼탁형)		고적운
* 층상형
* 렌즈형
* 성곽형
* 덩어리형
* 두루마리형
하층층운
* 혼탁형
* 단편운		층적운
* 층상형
* 렌즈형
* 성곽형
* 덩어리형
* 두루마리형		적운
* 층적운
* 단편운
다층 또는 중간 수직난층운
* 구분된 종 없음
(항상 혼탁형)		적운
* 중간적운
높이 솟은 수직적운
* 팽대적운		적란운
* 털이 없는형
* 털이 있는형



'프락투스(fractus)' 종은 서로 다른 물리적 형태를 가진 속 유형의 하위 분류로, 안정성 특징이 다양해 불안정성이 가변적이다. 얇은 층의 층상(stratus fractus) 또는 작은 적운형(cumulus fractus) 덩어리 형태이다.[74][85][78] 강수 구름계와 관련될 때는 '패너스(pannus)'라고도 불린다.[79]

카스텔라누스 구름 형성


'카스텔라누스(castellanus)' 종은 층적운형 또는 권운형 층이 국지적 기단 불안정 영역에 의해 교란될 때 나타나며, 공통 층상 기저에서 박리된 적운형 발달을 보인다.[80] 성의 탑과 닮았으며, 층적운 속과 고층 권운에서 발견된다.[81] '플로쿠스(floccus)' 종의 솜털 구름은 권운형 또는 층적운형 속 유형의 세분류로, 권운, 고적운, 고층운, 층적운과 함께 관찰된다.[82]

'볼루투스(volutus)'는 층적운 또는 고층운의 종으로, 적란운 앞에서 발생하는 두루마리 구름이다.[83] 모닝 글로리는 오스트레일리아 북부 카펜타리아 만에 나타나는 굴곡진 원통형 구름으로, 글라이더 항공기로 "서핑"할 수 있다.[84]

속과 종 유형은 더 세분화되어 종 이름 뒤에 ''변종(varieties)'' 이름이 나타난다. 일부 구름 변종은 특정 고도나 형태에 제한되지 않는다.[86]

산 위의 구름
산 위의 구름


보조적 특징과 부수적인 구름은 종과 변종 수준 이하의 추가적인 세분화가 아닌, 고유한 라틴어 이름을 가진 ''수상 기상 현상(hydrometeors)'' 또는 특수 구름 유형이다.[85][87] 보조적 특징은 주요 속 구름에 직접 붙어 있고, 부수적인 구름은 주요 구름에서 분리되어 있다.[92]

특정 대기 과정으로 인해 구름이 대규모 패턴으로 정렬될 수 있는데, 이는 항공기나 우주선에서 잘 관측된다.





지형에 의해 구름의 국지적 분포가 영향을 받지만, 전 지구적 구름 덮개는 위도에 따라 변한다. 적도 근처와 북반구, 남반구 위도 50도 근처 저기압대에서 가장 흔하다.[107] 상승 기류를 통한 단열 냉각 과정은 수렴과 관련되며, 공기 유입, 축적, 발생 속도를 포함한다.[108] 열대수렴대(ITCZ)는 매우 따뜻하고 불안정한 공기로 인해 적운형, 적란운형 구름이 많다.[109] 중위도 수렴대는 극전선이 차지하며, 극지방 기원 기단과 열대, 아열대 기원 기단이 만나 온대저기압을 형성한다.[110] 다양한 기단의 안정성 특성에 따라 안정적, 불안정한 구름 시스템이 형성된다.[111]

기상위성 합성 구름 영상(적외선)으로 본 허리케인.

5. 1. 지상 관측

구름은 측운기나 측운기구 등의 기구를 사용하거나 육안으로 관측한다. (기상업무법 제1조의2, 기상업무법 제1조의3 참조). 운량은 날씨의 기준 중 하나이며, 대한민국 기상청에서는 운량 8/10 이하를 맑음, 9/10 이상을 흐림이라고 한다.[205][215]

레이더로도 구름을 관측할 수 있다(운고계). 구름 입자는 빗방울이나 눈송이보다 작기 때문에, 레이더 전파의 파장은 강우 레이더보다 작은 것을 사용한다. 파장 1mm~10mm 정도의 밀리미터파를 사용하는 경우가 많다. 다만, 지상이나 항공기 탑재 레이더에 의한 구름 관측은 관측 범위가 좁아, 용도는 규모가 작은 기상 현상의 관측이나 비행용 등으로 한정된다.

5. 2. 레이더 관측

구름 입자는 빗방울이나 눈송이보다 작기 때문에, 구름을 관측하는 레이더는 강우 레이더보다 짧은 파장의 전파를 사용한다. 파장 1mm~10mm 정도의 밀리미터파를 사용하는 경우가 많다. 다만, 지상이나 항공기 탑재 레이더에 의한 구름 관측은 관측 범위가 좁아, 용도는 규모가 작은 기상 현상의 관측이나 비행용 등으로 한정된다.[217]

5. 3. 기상 위성 관측

넓은 기상 상태를 파악하기 위해 기상위성에 의한 관측이 이루어진다. 기상청에서는 정지 위성인 천리안을 통해 우주에서 구름 등을 관측하고 있다. 여러 파장의 가시광선, 구름이 방출하는 적외선을 통해 구름의 분포를 관측하며, 마이크로파와 밀리미터파의 이용도 확대되고 있다.[217] 적외선의 경우, 대기 성분에 흡수되어 관측할 수 없는 파장이 많으므로, 그 영향이 적은 대기의 창 영역의 파장을 관측하고 있다.


6. 기후와의 관계

대류권 구름은 지구 대류권과 기후에 여러 가지 영향을 미친다. 구름은 강수의 원천이므로 강수량과 분포에 큰 영향을 주며, 주변 구름 없는 공기와의 부력 차이 때문에 공기의 수직 운동과 관련될 수 있다.[120]

구름의 복잡성과 다양성은 기후와 기후 변화에 대한 구름의 영향을 정량화하기 어렵게 한다. 흰색 구름 꼭대기는 태양으로부터 단파 복사(가시광선 및 근적외선)를 반사하여 지구 표면을 냉각시키는데, 이를 햇빛 가림 효과라고 한다. 지표면에 도달하는 태양광의 대부분은 흡수되어 표면을 가열하고, 그에 따라 더 긴 적외선 파장으로 위쪽으로 복사를 방출한다. 그러나 구름 속의 물은 이러한 파장에서 효율적인 흡수체 역할을 하여 적외선으로 위쪽과 아래쪽으로 모두 복사 반응을 보인다. 아래쪽으로 향하는 장파 복사는 지표면의 온난화를 증가시키는데, 이는 온실 효과와 유사하다.[120]

고층 구름은 단파 알베도 냉각 효과와 장파 온실 가열 효과를 모두 보여준다. 상층 대류권(권운)의 얼음 결정 구름은 순 가열을 선호하는 경향이 있지만,[122][121] 중층 및 저층 구름, 특히 광범위한 시트 형태로 형성될 때는 냉각 효과가 지배적이다.[122] NASA의 측정에 따르면, 전반적으로 냉각을 촉진하는 저층 및 중층 구름의 영향이 고층의 온난화 효과와 수직으로 발달된 구름과 관련된 가변적인 결과보다 더 크다.[122]

지구 표면을 넓게 덮는 구름은 그 상태에 따라 태양광을 반사하거나 지표에서 방출되는 적외선 복사를 흡수하여 지표의 냉각을 억제(가열)한다. 낮고 두꺼운 구름은 냉각 효과를, 높고 얇은 구름은 가열 효과를 갖는 경향이 있으며, 지구 전체 평균으로는 냉각 효과가 더 크다.[218]

대기오염으로 인한 에어로졸 증가는 지표에 도달하는 태양광을 감소시켜 지표를 식히는 햇빛 가림 효과를 가지며, 구름의 물리적 과정에 영향을 미쳐 날씨에 간접적인 효과를 준다. 적란운을 동반한 강수량은 증가하는 경향이 있고, 저습도 상태의 낮은 구름에서는 구름 입자 크기 증가를 늦춰 반사율을 높이고 구름 수명을 늘리며 강수량은 줄어든다. 다만, 기후 변화 수준에서 기온 변화와 그 값에 대한 평가는 차이가 있다.[219]

7. 지구 외의 구름

태양계 속 대기를 갖고 있는 행성이나 위성은 구름을 갖는다.



보이저 2호의 근접 비행 중 촬영된 해왕성의 권운

8. 문화와 종교 속의 구름


  • 고조선 건국신화에는 풍백, 우사와 함께 '운사(雲師)'가 등장한다.[10]
  • 조선시대 궁궐의 계단과 난간에는 하늘을 상징하는 구름 문양이 조각되어 있다.[10]
  • 설화에서는 구름이 신통력을 지닌 이의 탈 것으로 묘사되기도 한다.[10]
  • 고대 아카드인들은 구름(기상학적으로는 아마도 유방운)이 하늘의 여신 안투의 가슴이라고 믿었고, 비는 그녀의 가슴에서 나오는 젖이라고 믿었다.[164]
  • 출애굽기 13:21-22에서는 야훼가 낮에는 "구름 기둥"으로, 밤에는 "불기둥"으로 이스라엘 백성을 광야로 인도하는 것으로 묘사되어 있다.[165]


  • 만다교에서는 우트라(천상의 존재)가 때때로 '아나나'(anana, "구름", 예: '진짜 긴자' 17장 1절)에 있다고 언급되는데, 이는 여성 배우자로 해석될 수도 있다.[166]
  • 고대 그리스 코미디 ''구름''(아리스토파네스 작, 기원전 423년 디오니시아 축제 초연)에서 철학자 소크라테스는 구름이 유일한 신이라고 선언하고,[167] 주인공 스트렙시아데스에게 구름 외 다른 신을 숭배하지 말고 오직 구름에게만 경의를 표하라고 말한다.[167] 이 연극에서 구름은 형태를 바꾸어 바라보는 사람의 진정한 본성을 드러낸다.[167][168][169] 그들은 긴 머리 정치인을 보면 켄타우로스로, 횡령범 시몬을 보면 늑대로, 겁쟁이 클레오뉘모스를 보면 사슴으로, 여성스러운 고발자 클레이스테네스를 보면 필멸의 여자로 변신한다.[167][168][169] 또한 희극 시인과 철학자들에게 영감의 원천으로 칭송받으며, 수사학의 대가이자 웅변과 궤변을 모두 "친구"로 여긴다.[167]
  • 중국에서는 구름이 행운과 행복의 상징이다.[170] 겹쳐진 구름(기상학적으로는 아마도 권적운)은 영원한 행복을 의미하며,[170] 다양한 색깔의 구름은 "배가된 축복"을 나타낸다고 한다.[170]
  • 비공식적인 구름 관찰이나 구름 감상은 구름을 바라보고 그 안에서 형태를 찾는 인기 있는 활동으로, 공상의 한 형태이다.[171][172]

참조

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[2] 웹사이트 Why clouds are the missing piece in the climate change puzzle http://theconversati[...] 2021-01-21
[3] 웹사이트 Cloud http://www.etymonlin[...] 2014-11-13
[4] 웹사이트 Cloud http://www.thefreedi[...] Farlex 2014-11-13
[5] 웹사이트 Cloud Identification Guide, International Cloud Atlas https://cloudatlas.w[...] 2017-04-04
[6] 웹사이트 Definitions, International Cloud Atlas https://cloudatlas.w[...] 2017-03-30
[7] 웹사이트 The identification of cloud types in LANDSAT MSS images https://ntrs.nasa.go[...] NASA 2012-08-22
[8] 웹사이트 Upper atmospheric clouds, International Cloud Atlas https://cloudatlas.w[...] 2017-07-31
[9] 웹사이트 Automated CB and TCU detection using radar and satellite data: from research to application https://web.archive.[...] 2011-09-15
[10] 논문 Aristotle and his ''Meteorologica''
[11] 서적 International Cloud Atlas, preface to the 1939 edition https://archive.org/[...] Secretariat of the World Meteorological Organization 2014-12-06
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