뇌우
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1. 개요
뇌우는 대류 현상으로 인해 발생하는 기상 현상으로, 적란운에서 번개와 천둥을 동반하며, 강한 바람, 폭우, 우박, 토네이도 등의 위험을 초래한다. 뇌우는 발달, 성숙, 소멸의 세 단계를 거치며, 수분, 불안정한 기단, 상승력이 뇌우 발생의 주요 조건이다. 뇌우의 종류는 단일 세포, 다중 세포, 스콜 라인, 슈퍼셀 뇌우 등으로 나뉘며, 뇌우의 발생 가능성과 강도는 다양한 기상 지수를 통해 예측한다. 뇌우는 매년 인명 피해를 발생시키므로, 뇌우 발생 전, 중, 후에 안전 수칙을 준수하여 피해를 예방해야 한다.
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| 뇌우 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 이름 | 뇌우 |
| 영어 이름 | thunderstorm |
| 다른 뜻 | 중국의 희곡 작품 |
| 발생 지역 | |
| 주요 발생 지역 | 주로 열대 및 온대 지역 |
| 발생 시기 | |
| 온대 지역 | 봄과 여름에 가장 흔함 |
| 열대 지역 | 우기에 흔함 |
| 영향 | |
| 영향 | 폭풍에 따라 다름, 비, 우박 및/또는 강풍을 동반할 수 있으며, 홍수나 화재를 일으킬 수 있음 |
| 관련 용어 | |
| 관련 용어 | 기상학 기후 일기예보 |
| 기타 | |
| 관련 자료 | 벌크 리처드슨 수 |
| 일본어 표기 | 雷雨 (라이우) |
| 일본어 표기 (코토방크) | 뇌우(雷雨) - 백과사전 마이페디아 뇌우(雷雨) - 세계 대백과사전 <제2판> 뇌우(풍우현상)(雷雨（風雨現象）) - 일본 대백과전서(니포니카) |
2. 뇌우의 생명 주기
뇌우는 적란운으로 되어 있으며, 개개의 적란운을 뇌우세포라고 한다. 뇌우의 범위와 지속 시간은 적란운의 크기와 개수에 따라 다르다. 보통 하나의 적란운으로 된 뇌우(싱글셀)의 수평 범위는 20km 정도이고, 지속시간은 1시간 정도이다. 그러나 슈퍼셀이라고 하는 커다란 적란운으로 된 뇌우의 수평범위는 30km~50km 정도이며, 몇 시간 정도 지속된다. 한편 멀티셀이라고 하는 여러 개의 적란운으로 된 뇌우의 범위는 더욱 넓어지고, 지속 시간도 더욱 길어진다. 강풍이 불고 큰 우박이 함께 내리는 뇌우를 시비어선더스톰(severe thunderstorm)이라고 한다. 기단 안에서 발생하는 뇌우를 기단뇌우라고 하는데, 이것은 전선면이나 지형을 따라 강제로 상승하는 대기에서 발달한 적란운으로도 만들어진다.[148]
모든 뇌우는 발달 단계, 성숙 단계, 소멸 단계를 거친다.
2. 1. 발달 단계
따뜻한 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 위로 올라가고, 차가운 공기는 아래로 내려가는 현상이 발생한다.[8] (이 현상은 열기구에서 확인할 수 있다.)[9] 상대적으로 따뜻하고 습기를 머금은 공기가 차가운 공기 속으로 상승하면서 구름이 만들어진다. 습한 공기는 상승하면서 온도가 낮아지고, 공기 중의 일부 수증기가 응축된다.[10] 물이 응축될 때 잠열이라는 에너지가 방출되는데, 이로 인해 상승하는 공기는 주변의 차가운 공기보다 덜 차가워져[11] 계속 상승하게 된다. 대기 중에 불안정이 충분하면, 이 과정은 적란운이 만들어져 번개와 천둥을 발생시킬 때까지 지속된다. 대류성 가능 퍼텐셜 에너지(CAPE)와 들림 지수 같은 기상 지표는 구름이 수직으로 얼마나 발달할 수 있는지 예측하는 데 사용된다.[12] 일반적으로 뇌우가 형성되려면 수분, 불안정한 기단, 상승력(열)의 세 가지 조건이 필요하다.모든 뇌우는 종류에 관계없이 '''발달 단계''', '''성숙 단계''', '''소멸 단계'''를 거친다.[13][14] 평균적인 뇌우의 지름은 24km이다. 대기 조건에 따라 다르지만, 이 세 단계는 각각 평균 30분 정도 소요된다.[15]
뇌우의 첫 번째 단계는 적운 단계 또는 발달 단계이다. 이 단계에서는 수증기 덩어리가 대기 위쪽으로 올라간다. 이러한 상승은 지표면 가열로 만들어지는 상승 기류(태양 복사)나, 두 바람이 만나 공기를 위로 밀어 올리는 경우, 또는 바람이 높은 지형을 넘어가는 경우 등에 의해 발생한다. 상승하는 수증기는 높이 올라갈수록 기온이 낮아져 물방울로 응결되는데, 이것이 ''적운'' 구름으로 나타난다. 수증기가 액체로 응결될 때 잠열이 방출되어 공기가 따뜻해지고 주변의 건조한 공기보다 밀도가 낮아진다. 그 결과 공기는 대류를 통해 ''상승 기류''를 타고 올라간다 (그래서 대류성 강수라는 용어가 사용된다). 이 과정은 뇌우가 만들어지는 동안 뇌우 내부와 아래쪽에 저기압 지역을 형성한다. 일반적인 뇌우에서는 약 5억 킬로그램의 수증기가 지구 대기로 올라간다.[16]
2. 2. 성숙 단계
따뜻한 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 위로 올라가고, 차가운 공기는 아래로 내려가는 성질이 있다. (열기구의 원리)[8][9] 상대적으로 따뜻하고 습기를 머금은 공기가 차가운 공기 속으로 상승하면서 구름이 만들어진다. 습한 공기가 상승하면서 온도가 낮아지고, 이 과정에서 공기 속의 수증기가 응축된다.[10] 물이 응축될 때 잠열이라는 에너지가 방출되는데, 이로 인해 상승하는 공기는 주변의 차가운 공기보다 덜 식게 되고,[11] 구름은 계속 상승한다. 대기 중에 불안정이 충분하면, 이 과정은 적란운이 만들어져 번개와 천둥을 동반하는 뇌우로 발달할 수 있다. 대류성 가능 퍼텐셜 에너지(CAPE)와 들림 지수는 구름이 수직으로 얼마나 발달할 수 있는지 예측하는 데 사용된다.[12] 뇌우가 만들어지려면 일반적으로 수분, 불안정한 기단, 상승력(열)의 세 가지 조건이 필요하다.모든 뇌우는 종류에 관계없이 발달 단계, 성숙 단계, 소멸 단계를 거친다.[13][14] 뇌우의 평균 지름은 24km이다. 대기 조건에 따라 다르지만, 각 단계는 평균적으로 30분 정도 걸린다.[15]
뇌우의 성숙 단계에서 따뜻한 공기는 더 이상 올라갈 수 없을 때까지 계속 상승한다. 이 '덮개' 역할을 하는 것은 종종 대류권계면이다. 공기는 퍼져나가면서 폭풍에 특징적인 모루 모양을 만든다. 이렇게 만들어진 구름을 ''적란운(모루형)''이라고 한다. 물방울은 병합을 통해 더 커지고 무거워지며, 얼어서 얼음 알갱이가 되기도 한다. 이것들이 떨어지면서 녹아 비가 된다. 상승 기류가 강하면 물방울이 오랫동안 위에 머물러 완전히 녹지 않고 우박으로 내리기도 한다. 상승 기류가 유지되는 동안 떨어지는 비는 주변 공기를 끌어당겨 ''하강 기류''를 만든다. 상승 기류와 하강 기류가 동시에 나타나는 것이 폭풍의 성숙 단계이며, 이때 적란운이 만들어진다. 이 단계에서는 강한 바람, 심한 번개, 심지어 토네이도를 동반한 난류가 발생할 수 있다.[17]
일반적으로 풍속 수직 변화가 거의 없으면 폭풍은 빠르게 소멸 단계로 접어든다.[14] 그러나 풍속이나 방향에 변화가 크면 하강 기류가 상승 기류와 분리되어 폭풍은 슈퍼셀로 발달하여 성숙 단계가 수 시간 동안 지속될 수 있다.[33]
뇌우를 일으키는 적란운은 높이 10km~15km에 달하며, 강한 상승 기류에 의해 물방울과 얼음 결정이 성장하여 큰 빗방울이 되거나, 때로는 크게 성장한 얼음 알갱이가 우박이 되어 빠른 속도로 떨어진다. 또한 물방울과 얼음 결정은 구름 속의 격렬한 기류 속에서 서로 부딪히면서 전기를 띠게 되고, 이는 낙뢰로 이어진다. 소멸기에 접어든 적란운은 강수의 작용으로 차가운 하강 기류가 있으며, 때로는 강해진 하강 기류가 돌풍을 일으키기도 한다.[113][114]
2. 3. 소멸 단계
뇌우는 하강 기류에 의해 지배되는 소멸 단계에 접어든다. 대기 조건이 슈퍼셀 발달을 뒷받침하지 않는다면, 이 단계는 뇌우 수명의 약 20~30분 만에 빠르게 발생한다. 하강 기류는 뇌우 밖으로 밀려나와 지면에 부딪히고 퍼져 나가는데, 이 현상을 다운버스트라고 한다.[13][14] 하강 기류에 의해 지면으로 운반되는 차가운 공기는 뇌우의 유입을 차단하고, 상승 기류는 사라지며 뇌우는 소멸한다. 수직 풍하중이 거의 없는 대기에서 발생하는 뇌우는 사방으로 유출 경계를 형성하자마자 약화되며, 이는 상대적으로 따뜻하고 습한 공기의 유입을 신속하게 차단하여 뇌우의 성장을 억제한다.[18] 지면에 부딪히는 하강 기류는 유출 경계를 생성한다. 이는 항공기 비행에 위험할 수 있는데, 풍속과 풍향의 상당한 변화가 발생하여 항공기의 대기 속도가 감소하고 그에 따라 양력이 감소하기 때문이다. 유출 경계가 강할수록 그 결과로 발생하는 수직 풍하중이 강해진다.[19]적란운은 소멸기에 접어들면 강수의 작용으로 차가운 하강 기류가 나타나며, 때로는 강해진 하강 기류가 돌풍을 일으킨다.[113][114]
3. 뇌우의 종류
뇌우는 적란운으로 되어 있으며, 개개의 적란운을 뇌우세포라고 한다. 뇌우의 범위와 지속 시간은 적란운의 크기와 개수에 따라 다르다. 보통 하나의 적란운으로 된 뇌우(싱글셀)의 수평 범위는 20km 정도이고, 지속시간은 1시간 정도이다. 그러나 슈퍼셀(supercell)이라고 하는 커다란 적란운으로 된 뇌우의 수평범위는 30km에서 50km 정도이며, 몇 시간 정도 지속된다. 한편 멀티셀(multicell)이라고 하는 여러 개의 적란운으로 된 뇌우의 범위는 더욱 넓어지고, 지속 시간도 더욱 길어진다. 뇌우 중 강풍이 불고 큰 우박이 함께 내리는 것을 시비어선더스톰(severe thunderstorm)이라고 한다. 기단 안에서 발생하는 뇌우를 기단뇌우라고 하는데, 이것은 전선면이나 지형을 따라 강제로 상승하는 대기에서 발달한 적란운으로도 만들어진다.[148]
뇌우는 크게 단일 셀, 다중 셀, 스콜선(다중 셀 라인이라고도 함), 슈퍼셀의 네 가지 유형으로 분류된다.[7] 어떤 유형이 형성되는지는 대기의 여러 층에서의 불안정성과 상대 풍속 조건("풍하중")에 따라 달라진다. 조직화된 뇌우와 뇌우 군집/라인은 상당한 수직 풍하중(일반적으로 대류권 하층 에서 이상)[20]이 있는 환경에서 형성되므로 더 긴 수명 주기를 가질 수 있으며, 이는 더 강한 상승 기류와 다양한 형태의 격렬한 날씨의 발달을 돕는다. 이상의 강수가능량 값은 조직화된 뇌우 복합체의 발달에 유리하다.[21] 강한 강우를 동반하는 뇌우는 일반적으로 이상의 강수가능량 값을 갖는다.[22] CAPE의 상류 값이 800 J/kg 이상인 경우 일반적으로 조직화된 대류의 발달에 필요하다.[23]
뇌우를 일으키는 적란운은 높이 10km에서 15km에 달하며, 강한 상승 기류에 의해 물방울과 얼음 결정이 성장하여 큰 빗방울이 되어 내리거나, 때로는 크게 성장한 얼음 알갱이가 우박이 되어 고속으로 낙하한다. 또한 물방울과 얼음 결정은 구름 속의 격렬한 기류 속에서 서로 부딪히면서 전하를 띠게 되고, 낙뢰로 이어진다. 소멸기에 접어든 적란운은 강수의 작용으로 차가운 하강 기류가 있으며, 때로는 강해진 하강 기류가 돌풍을 일으킨다.[113][114]
뇌우의 발생은 일본에서는 여름에 가장 많으며, 여름의 계절어(季語)가 되기도 한다.[115] 여름철 일본은 태평양 고기압(小笠原高気圧)의 세력권 아래 맑은 날씨가 지속되며, 대기가 불안정한 경우 낮부터 곳곳에 적란운이 발달하여 뇌우가 발생하고, 저녁 무렵에 가장 심해지는 소나기(夕立)가 전형적이다. 소나기는 뇌우의 발생 요인 분류에서는 열뇌우(熱雷)나 열계뇌우(熱界雷)에 해당한다. 단, 열뇌우(기단성 뇌우)는 여름에 많지만 겨울을 포함하여 어떤 계절에도 발생할 수 있다.[113][116][117][118][119]
뇌운은 상승 기류와 하강 기류를 쌍으로 하는 한 덩어리의 대류 구조를 가진 뇌우 세포(강수 세포)이며, 발생·발달·소멸의 3가지 성장 단계를 1사이클로 한다(cf. 적란운#적란운의 일생). 1사이클은 약 30분~1시간, 수평 방향의 크기는 약 5km~수십 km이다. 또한 열뇌우의 경우 시속 약 20km에서 40km, 와류 뇌우의 경우 50km를 넘는 속도로 이동한다. 하지만 대부분의 경우 몇 개의 적란운이 어느 정도 모여 있고, 뇌우 지역이 여러 번 간헐적으로 걸쳐서, 긴 경우에는 수 시간 단속적으로 비가 내린다.[113][114][120][121][122][123] 강수가 수십 분이라도 시간당 강우량이 많은 단시간 폭우(국지적 폭우)가 되어 재해가 발생하는 경우가 있다.[117]
여름 낮에는 육지가 가열되어 지표면 근처 대류권 하층의 기온이 상승한다. 게다가 가열에 의해 육지에 열적 저기압이 형성되고, 해양과 가까운 일본의 경우 편차 2헥토파스칼(hPa) 정도이지만, 이로 인해 해풍이 육지로 유입되어 하층의 수증기량이 증가한다. 하층의 온도 상승과 습윤화에 따른 불안정도 증가가 오후 시간대를 중심으로 활발한 뇌우가 발생하는 원인이다.[119]
활발한 적운대류가 발생하는 열대수렴대(ITCZ)에 속하는 기간에 따라, 열대우림 지역에서는 격렬한 비가 일년 내내 내리고, 세계적으로 가장 높은 빈도로 뇌우를 동반한다. 열대 사바나 지역[126]에서는 우기(몬순기)에 비슷한 뇌우가 나타난다.[127] 적도 부근 열대 지역에서 일년 내내 일상적으로 발생하는 뇌우는 스콜이라고 불린다.
따뜻한 해양성 적운은 응결핵이 적고 과포화도가 높은 대기 하에서, 높은 구름에서도 주로 하층에서 빗방울이 급속히 성장한다. 특히 무역풍대에서는 상공에 역전층이 발달하기 때문에 구름의 발달이 억제되어, 고도 2km~3km 정도까지밖에 구름이 발달하지 않는 경우가 적지 않다. 키가 작은 적란운에서는 우박의 형성이 활발하지 않기 때문에, 적도 부근 해양 상에서는 강수 강도는 강하지만, 뇌우의 빈도는 육지보다 낮다.[127][128]
해양보다 수증기가 적은 대륙성 적운은, 주로 냉각우(얼음 상태를 거치는 비)의 과정에서 얼음결정이 구름의 상층까지 상승하고, 우박이 잘 성장하여, 녹은 큰 빗방울, 또는 녹지 않은 것이 우박이나 우박(雹)으로 내린다. 해양성과 달리, 상공 높이까지 발달해야 강한 비를 내린다.[128] 우박은 한국에서는 봄부터 초여름에 가장 많다. 춘뢰라는 말이 있듯이, 봄에는 한랭전선의 통과에 따른 뇌우에 우박을 동반하는 경우가 있다.[114][129]
세계적으로도 중위도 대륙 동쪽에서는, 대류권 하층으로의 온난습윤 기류 유입과 중층으로의 한랭 기류 유입[130]에 의해 대기가 불안정해지는 경우가 있으며, 뇌우의 빈도는 열대나 사바나에 이어 높다.[127] 한편, 기단의 상황에 따라 하층이 해양성, 상층이 대륙성이 되는 경우가 있으며, 이때는 하층에서 급속한 빗방울 발달, 상층에서 우박의 발달이라는 두 가지 과정이 동시에 진행되어 격렬한 비가 된다.[128]
3. 1. 단일 세포 뇌우
단일 세포 뇌우는 하나의 주된 상승 기류를 가진 뇌우를 의미한다. 단일셀 뇌우라고도 불리는 이 뇌우는 많은 온대 지역에서 여름철에 발생하는 전형적인 뇌우이다. 또한 겨울철 바다에서 한랭 전선이 통과한 후 자주 나타나는 차갑고 불안정한 공기에서도 발생한다. 뇌우 집중 지역 내에서 "셀(cell)"이라는 용어는 각각의 독립적인 주요 상승 기류를 나타낸다. 뇌우 세포는 때때로 고립되어 형성되기도 하는데, 하나의 뇌우가 새로운 뇌우 발생을 유발하는 유출 경계를 형성할 수 있기 때문이다.[148] 이러한 뇌우는 심각한 경우가 드물며 국지적인 대기 불안정의 결과이다. 따라서 "단일셀 뇌우"라는 용어가 사용된다. 이러한 뇌우에 짧은 시간 동안 심각한 기상 현상이 동반될 경우, 펄스성 강한 뇌우(pulse severe storm)로 알려져 있다. 펄스성 강한 뇌우는 조직이 잘 갖춰져 있지 않고 시간과 공간적으로 무작위로 발생하기 때문에 예측하기 어렵다. 단일셀 뇌우는 일반적으로 20~30분 지속된다.[15]
3. 2. 다중 세포 뇌우
다중 세포 뇌우는 가장 흔한 뇌우 발생 유형이다. 성숙한 뇌우는 뇌우군의 중심부 근처에 위치하며, 소멸 단계의 뇌우는 그 하류 쪽에 존재한다.[15] 다중 세포 뇌우는 뇌우들의 군집으로 형성되지만, 하나 이상의 스콜선으로 발전할 수 있다. 뇌우군의 각 세포는 20분 정도만 지속될 수 있지만, 뇌우군 자체는 수 시간 동안 지속될 수 있다. 이러한 유형의 뇌우는 산맥 또는 저기압 골과 같은 선형 기상 경계(강한 한랭전선 등) 안팎의 대류성 상승 기류에서 자주 발생한다. 이러한 유형의 뇌우는 단일 세포 뇌우보다 강하지만, 슈퍼셀 뇌우보다는 훨씬 약하다. 다세포 뇌우의 위험에는 중간 크기의 우박, 급류, 약한 토네이도가 포함된다.[15]
적란운군(멀티셀)이 조직화되면, 상승기류역과 하강기류역이 지속적으로 성장하여 서로 다른 단계의 세포들이 규칙적으로 배열되고, 적란운이 잇따라 발생하여 세대교체를 반복하며 수 시간 이상 지속된다. 풍향 등에 따라서는 뇌운이 계속 지속되어 강우가 수 시간 동안 계속되는 집중호우가 된다. 조직화는 특히, 연직 시어가 큰(풍향·풍속의 고도차가 큰) 기상 상황에서 발생하기 쉽다.[120][121][122][123][124]
장마전선대나 태풍에 의한 강우는 같은 풍향이 장시간 지속되고, 강우 지역이 같은 지역에 걸리기 쉽다. 산지의 풍상측은 산지에 의한 상승기류가 적란운의 발생을 촉진하여 강우 지역이 고정되기 때문에, 큰비가 내리기 쉽다(cf. 집중호우#지형성호우). 그 지역의 수개월치 강수량이 관측되는 경우도 있다.
3. 3. 스콜 라인 (다중 세포 라인)
돌풍선은 강한 뇌우가 길게 늘어선 형태로, 한랭전선을 따라 또는 그 앞쪽에 형성될 수 있다.[24][25] 20세기 초에는 한랭전선의 동의어로 사용되었다.[26] 돌풍선에는 강한 강수, 우박, 빈번한 낙뢰, 강한 직선풍이 있으며, 경우에 따라 토네이도와 수상스프라우트가 발생할 수 있다.[27] 돌풍선 자체가 활 모양 에코 형태일 경우, 가장 튀어나온 부분에서 강한 직선풍 형태의 강한 기상 현상이 예상된다.[28] 토네이도는 중규모 저기압이 있는 선 에코 파동 패턴(LEWP)의 파동을 따라 나타날 수 있다.[29] 여름철 일부 활 모양 에코는 데레초로 불리며, 광범위한 지역을 매우 빠르게 이동한다.[30] 성숙한 돌풍선과 관련된 강우 지역의 후면 가장자리에는 후면 저기압이 형성될 수 있는데, 이는 일반적으로 강우 캐노피 아래에 있는 중규모 고기압계 뒤에 형성되는 중규모 저기압계이며, 때때로 열폭풍과 관련이 있다.[31] 이러한 폭풍은 중국 남부에서는 "석호풍"(石湖风|shí hú fēng중국어)으로도 알려져 있다.[32]3. 4. 슈퍼셀 뇌우
슈퍼셀 뇌우는 크고, 일반적으로 강한, 준정상상태의 뇌우로, 고도에 따라 풍속이나 풍향이 변하는 환경(즉, "풍속 수직 변화")에서 형성되며, 강하고 회전하는 상승 기류("메소사이클론")를 가진 분리된 하강 기류와 상승 기류(즉, 관련 강수가 상승 기류를 통해 낙하하지 않는 경우)를 가지고 있다. 이러한 뇌우는 일반적으로 매우 강력한 상승 기류를 가지고 있어서 슈퍼셀 뇌우 구름(또는 모루)의 꼭대기가 대류권을 돌파하여 성층권의 하부에 도달할 수 있다. 슈퍼셀 뇌우는 24km 너비에 달할 수 있다. 연구에 따르면 슈퍼셀의 최소 90%가 강한 기상 현상을 일으키는 것으로 나타났다.[33] 이러한 뇌우는 파괴적인 토네이도, 매우 큰 우박(지름 10cm) , 130km/h를 초과하는 직선 바람, 그리고 산사태를 발생시킬 수 있다. 실제로 연구에 따르면 대부분의 토네이도가 이러한 유형의 뇌우에서 발생하는 것으로 나타났다.[34] 슈퍼셀은 일반적으로 가장 강력한 유형의 뇌우이다.[15]높은 연직 와도와 대류권 중층의 건조 등이 슈퍼셀이 발생하기 쉬운 기상 상황이다. 슈퍼셀형 뇌우는 토네이도를 수반하기 쉽고, 그 외 돌풍이나 낙뢰, 큰 우박도 관측된다.[120][121][122][125]
4. 뇌우 발생 조건 및 지수
뇌우는 번개와 천둥을 동반하는 세찬 폭풍으로, 적란운으로 이루어져 있다. 개개의 적란운을 뇌우세포라고 한다. 뇌우의 범위와 지속 시간은 적란운의 크기와 개수에 따라 다르다. 보통 하나의 적란운으로 된 뇌우(싱글셀)는 수평 범위가 20km 정도이고, 지속 시간은 1시간 정도이다. 그러나 슈퍼셀(supercell)이라고 하는 커다란 적란운으로 된 뇌우는 수평 범위가 30km에서 50km 정도이며, 몇 시간 동안 지속된다. 한편 멀티셀(multicell)이라고 하는 여러 개의 적란운으로 된 뇌우는 범위가 더 넓고, 지속 시간도 더 길다. 뇌우 중 강풍이 불고 큰 우박이 함께 내리는 것을 시비어선더스톰(severe thunderstorm)이라고 한다. 기단 안에서 발생하는 뇌우를 기단뇌우라고 하는데, 이것은 전선면이나 지형을 따라 강제로 상승하는 대기에서 발달한 적란운으로도 만들어진다.[148]
모든 뇌우는 유형에 관계없이 발달 단계, 성숙 단계, 소멸 단계를 거친다.[13][14] 평균적인 뇌우의 지름은 24km이다. 대기 중의 조건에 따라 이 세 단계는 각각 평균 30분 정도 걸린다.[15]
뇌우는 크게 단일 셀, 다중 셀, 스콜 라인(다중 셀 라인이라고도 함), 슈퍼셀의 네 가지 유형으로 분류된다.[7] 어떤 유형이 형성되는지는 대기의 불안정성과 상대 풍속 조건("풍하중")에 따라 달라진다. 단일 셀 뇌우는 수직 풍하중이 낮은 환경에서 형성되며 20~30분 동안만 지속된다. 조직화된 뇌우와 뇌우 군집/라인은 상당한 수직 풍하중(일반적으로 대류권 하층 6km에서 25kn 이상)[20]이 있는 환경에서 형성되므로 더 긴 수명 주기를 가질 수 있으며, 이는 더 강한 상승 기류와 다양한 형태의 격렬한 날씨의 발달을 돕는다. 슈퍼셀은 가장 강력한 뇌우이며,[7] 가장 일반적으로 큰 우박, 강풍 및 토네이도 형성과 관련이 있다. 31.8mm 이상의 강수가능량 값은 조직화된 뇌우 복합체의 발달에 유리하다.[21] 강한 강우를 동반하는 뇌우는 일반적으로 36.9mm 이상의 강수가능량 값을 갖는다.[22] CAPE의 상류 값이 800 J/kg 이상인 경우 일반적으로 조직화된 대류의 발달에 필요하다.[23]
뇌우를 일으키는 적란운은 높이 10~15km에 달하며, 강한 상승 기류에 의해 물방울과 얼음 결정이 성장하여 큰 빗방울이 되거나, 때로는 크게 성장한 얼음 알갱이가 우박이 되어 고속으로 낙하한다. 또한 물방울과 얼음 결정은 구름 속의 격렬한 기류 속에서 서로 부딪히면서 전하를 띠게 되고, 낙뢰로 이어진다. 소멸기에 접어든 적란운은 강수의 작용으로 차가운 하강 기류가 있으며, 때로는 강해진 하강 기류가 돌풍을 일으킨다.[113][114]
뇌운은 상승 기류와 하강 기류를 쌍으로 하는 한 덩어리의 대류 구조를 가진 뇌우 세포(thunderstorm cell, 강수 세포)이며, 발생·발달·소멸의 3가지 성장 단계를 1사이클로 한다(cf. 적란운#적란운의 일생). 1사이클은 약 30분~1시간, 수평 방향의 크기는 약 5km~수십 km이다. 또한 열뇌우의 경우 시속 약 20~40km, 와류 뇌우의 경우 50km/h를 넘는 속도로 이동한다. 하지만 대부분의 경우 몇 개의 적란운이 어느 정도 모여 있고, 뇌우 지역이 여러 번 간헐적으로 걸쳐서, 긴 경우에는 수 시간 단속적으로 비가 내린다.[113][114][120][121][122][123] 강수가 수십 분이라도 시간당 강우량이 많은 단시간 폭우(국지적 폭우)가 되어 재해가 발생하는 경우가 있다.[117]
적란운군(멀티셀)이 조직화되면, 상승 기류역과 하강 기류역이 지속적으로 성장하여 서로 다른 단계의 세포들이 규칙적으로 배열되고, 적란운이 잇따라 발생하여 세대교체를 반복하며 수 시간 이상 지속된다. 풍향 등에 따라서는 뇌운이 계속 지속되어 강우가 수 시간 동안 계속되는 집중호우가 된다. 조직화는 특히, 연직 시어가 큰(풍향·풍속의 고도차가 큰) 기상 상황에서 발생하기 쉽다.[120][121][122][123][124] 장마전선대나 태풍에 의한 강우는 같은 풍향이 장시간 지속되고, 강우 지역이 같은 지역에 걸리기 쉽다. 산지의 풍상측은 산지에 의한 상승 기류가 적란운의 발생을 촉진하여 강우 지역이 고정되기 때문에, 큰비가 내리기 쉽다(cf. 집중호우#지형성호우). 그 지역의 수개월치 강우량에 해당하는 강수량이 관측되는 경우도 있다.
뇌운이 조직화되지 않더라도, 하나의 뇌우 세포 내에서 상승 기류역과 하강 기류역이 분리되어 수 시간 이상 지속되는 슈퍼셀이 있다. 높은 연직 와도와 대류권 중층의 건조 등이 슈퍼셀이 발생하기 쉬운 기상 상황이다. 슈퍼셀형 뇌우는 토네이도를 수반하기 쉽고, 그 외 돌풍이나 낙뢰, 큰 우박도 관측된다.[120][121][122][125]
4. 1. 발생 조건
따뜻한 공기는 차가운 공기보다 밀도가 낮아 상승하고, 차가운 공기는 아래로 가라앉는다.[8] 이 현상은 열기구에서 확인할 수 있다.[9] 구름은 상대적으로 따뜻하고 수분을 포함한 공기가 차가운 공기 속으로 올라가면서 만들어진다. 습한 공기가 상승하며 식고, 공기 중의 일부 수증기가 응축된다.[10] 물이 응축될 때 잠열이라는 에너지를 방출하여, 상승하는 공기가 주변보다 덜 식게 되고,[11] 구름이 계속 상승한다. 대기에 불안정이 충분하면, 이 과정은 적란운을 만들고 번개와 천둥을 일으킬 만큼 오래 지속된다. 대류성 가능 퍼텐셜 에너지(CAPE)와 들림 지수 같은 기상 지표는 구름의 잠재적인 수직 발달 정도를 파악하는 데 쓰인다.[12] 뇌우가 만들어지려면 보통 다음 세 가지 조건이 필요하다.- 수분
- 불안정한 기단
- 상승력(열)
일본에서는 뇌우가 여름에 가장 많이 발생하며, 여름을 상징하는 계절어(季語)로 사용되기도 한다.[115] 여름철 일본은 태평양 고기압의 영향으로 맑은 날씨가 이어지며, 대기가 불안정할 때 낮부터 곳곳에 적란운이 발달해 뇌우가 발생하고, 저녁 무렵에 가장 강해지는 소나기(夕立)가 전형적이다. 이러한 소나기는 열뇌우(熱雷)나 열계뇌우(熱界雷)로 분류된다. 소나기처럼 대기의 불안정으로 인해 국지적으로 발달하는 대류·적란운에 의한 비를 불안정성 강수, 대류성 강우, 기단성 뇌우라고 한다. 열뇌우(기단성 뇌우)는 여름에 많지만, 겨울을 포함하여 언제든지 발생할 수 있다.[113][116][117][118][119]
여름 낮에는 육지가 더워져 지표면 근처 대류권 하층의 기온이 올라간다. 또한, 가열로 인해 육지에 열적 저기압이 생기고, 바다와 가까운 일본에서는 2헥토파스칼(hPa) 정도의 편차로 해풍이 육지로 유입되어 하층의 수증기량이 늘어난다. 하층의 온도 상승과 습윤화에 따른 불안정성 증가가 오후를 중심으로 활발한 뇌우 발생의 원인이다.[119]
4. 2. 뇌우 관련 지수
뇌우, 번개, 폭우 등의 발생 가능성(잠재력) 및 강도를 판단하기 위해 다음과 같은 여러 지수 값들을 종합적으로 고려한다.[131]- 500m 고도부터 자유대류고도(dLFC)까지의 거리: 대류가 자체적으로 성장하기 위해 외력이 들어 올려야 하는 높이이다. 산간 지방에서는 1km 이하, 평야 지방에서는 500m 이하로 짧을수록 대류가 발생하기 쉽다. 지형에 따라 차이가 있다.[132][133]
- 평형고도(EL, LNB): EL이 존재하는 경우 조건부 불안정을 나타낸다. EL의 높이는 적란운의 발달 고도 및 강도의 척도이며, 높을수록 잠재력이 크다. 기온 감률에 따라 결정되며, 일본 부근에서는 대략 3000m 미만에서는 적란운이 발달하기 어렵다. EL이 -10℃ 고도보다 낮으면 낙뢰는 발생하지 않고, -10℃ 고도보다 높으면 낙뢰가 발생할 수 있다. -20℃ 고도보다 높으면 활발한 낙뢰의 징후이다. 계절에 따라 기준이 변동한다. 예를 들어 일본의 여름철 -10℃ 고도는 6~7km이다.[134][135]
- 대류유효위치에너지(CAPE): 적란운의 상승에 작용하는 부력으로, 불안정도의 척도이다. 0 이하는 안정, 0~1000은 약간 불안정, 1000~2500은 중간 정도 불안정, 2500~3500은 매우 불안정, 3500 이상은 극도로 불안정하다.[136][140]
- K 지수: 850hPa부터 500hPa까지의 기온 감률 + 850hPa 이슬점 온도 - 700hPa 습윤수. 뇌우 가능성을 나타내는 지표이다. 15 이하는 뇌우 없음, 15~20은 20%, 21~25는 20~40%, 26~30은 40~60%, 31~35는 60~80%, 36~40은 80~90%, 40 이상은 거의 100%이다.[137][138]
- 쇼왈터 안정 지수(SSI): 500hPa 기온에서 850hPa의 공기 덩어리를 500hPa까지 들어올렸을 때의 온도를 뺀 값이다. 0 이상은 안정, 0~-3은 약간 불안정(뇌우 가능성 있음), -3~-6은 중간 정도 불안정(강한 뇌우 가능성 있음), -6~-9는 매우 불안정, -9 이하는 극도로 불안정하다.[137][138]
- 리프티드 지수(LI): 500hPa 기온에서 지상부터 500m까지의 평균 공기 덩어리를 500hPa까지 들어올렸을 때의 온도를 뺀 값이다. 안정도의 척도로, 0 이상은 안정, 0~-3은 약간 불안정, -3~-6은 중간 정도 불안정, -6~-9는 매우 불안정, -9 미만은 극도로 불안정하다.[138]
- 토털 톨털즈 지수(TTI): 850hPa부터 500hPa까지의 기온 감률 + (하층 습윤도를 나타내는 850hPa 이슬점 온도 - 500hPa 기온). 뇌우 밀도의 척도로, 44 이상은 고립된 약한 뇌우 가능성, 50 이상은 산발적인 강한 뇌우 가능성, 60 이상은 광역적인 보통 뇌우 또는 산발적인 강한 뇌우 가능성 등을 나타낸다.[138]
- 상당온위의 고도차(Δθe): 상당온위의 지표면 근처 최대값과 중층의 최소값의 차이. 적란운 내부의 한랭 기단의 발생 용이성, 하강 기류의 강도의 척도이다. 계절적, 지역적 차이가 크다.[139][140]
- DCAPE(Downdraft CAPE): 상층의 포화 공기 덩어리가 지표면까지 내려왔을 때의 에너지. 하강 기류의 강도 척도이며, 값이 클수록 다운버스트가 발생하기 쉽다.[138][140]
- 가강수량(PWV), 하층 수증기 플럭스: 수증기량을 나타내며, 호우 가능성의 척도가 된다.[142][143]
- 시비어웨더 지수(SWEAT): 강한 뇌우의 척도이다. 지역성이 있으며, 미국의 경우 300 이상이면 강한 뇌우 가능성, 400 이상이면 토네이도 가능성이 있다.[138][140]
- 폭풍에 상대적인 헬리시티(SRH, SReH): 150 이상이면 슈퍼셀 발생 가능성이 있으며, 300 이상이면 F2 이상의 강한 토네이도 발생 가능성이 있다.[146][140]
- 에너지 헬리시티(EHI): CAPE와 SReH의 곱. 1.0 이상이면 슈퍼셀 발생 가능성이 있으며, 2.0 이상이면 슈퍼셀 발생 가능성이 높다.[138][140]
- 와도, 와위: 불안정도를 증대시키는 상층 한랭 공기의 유입을 확인하려면 약 500hPa 고도의 고층 기상도에서 고위도로부터의 양의 와도의 이류를 확인한다. 500hPa 와도에서는 불명확한 경우가 있으며, 여름철은 345K, 겨울철은 320K의 등온위면 와위(PV)가 더 명확하게 검출된다.[147]
5. 뇌우의 위험성 및 안전 수칙
뇌우는 여러가지 위험을 동반하며, 이에 대한 안전 수칙을 숙지하는 것이 중요하다.
구름 대지 번개는 뇌우 현상에서 자주 발생하며, 산불을 유발할 수 있다.[54] 특히 강수량이 적은 뇌우에서는 번개가 극심한 열을 발생시켜 화재 위험이 더 커진다.[55] 플로리다와 같이 번개가 잦은 지역에서는 매년 번개로 인한 사망자가 발생하며, 야외 작업자에게 특히 위험하다.[57]
산성비 또한 뇌우의 위험 중 하나이다. 뇌우 현상 중에 발생하는 산화질소[59]는 대기 질소의 산화에 의해 생성되며, 강수의 물 분자와 결합하여 산성비를 만든다. 산성비는 건물이나 조각상 등의 인프라에 피해를 줄 수 있고,[60] 생태계에서는 식물 조직을 손상시키고 물과 토양의 산성화를 가속화하여 생물의 죽음을 초래할 수 있다.[60]
우박은 뇌우 구름에서 생성되어 지상으로 떨어지는 얼음 덩어리이다. 우박을 동반한 뇌우는 우박 폭풍으로 알려져 있으며,[61] 산맥을 따라 자주 발생한다.[62] 인도 북부 산악 지대,[63] 중국,[64] 유럽의 크로아티아[65] 등에서 자주 발생하며, 북미에서는 "우박 골짜기"(Hail Alley)라고 불리는 지역에서 가장 흔하다.[66] 와이오밍주 샤이엔은 북미에서 우박이 가장 많이 내리는 도시로 알려져 있다.[67] 우박은 자동차, 항공기, 건물, 농작물 등에 큰 피해를 줄 수 있다.[67]
토네이도는 지표면과 적란운 또는 적운의 기저부에 닿아 있는 격렬하게 회전하는 공기 기둥이다. 후지타 스케일과 확장 후지타 스케일은 토네이도가 발생시킨 피해 정도에 따라 등급을 매긴다.
워터스파우트는 수면 위에서 발생하는 토네이도와 유사한 현상으로, 나선형 깔때기 모양의 바람 기류가 적란운과 연결된다.[78] 적도 부근의 열대 지역에서 자주 발생한다.[79]
급류는 짧은 시간에 많은 비가 내려 발생하는 갑작스러운 홍수이다.[80] 특히 도시 환경에서 자주 발생하며,[82] 건물, 다리, 도로 등에 피해를 주고 토양 침식을 일으켜 산사태를 유발할 수 있다.
다운버스트는 뇌우에서 발생하는 강한 하강 기류로, 지표면에 도달하여 퍼져나가면서 파괴적인 직선 바람을 일으킨다. 건물, 농작물, 나무 등에 피해를 주고, 이착륙하는 항공기에도 위험하다.[14][83]
뇌우 천식은 뇌우 발생 시 꽃가루가 작은 조각으로 쪼개져 바람에 날리면서 발생하는 천식 발작이다.[84][85][86][87]
뇌우에 대비하고 피해를 최소화하기 위한 안전 수칙은 다음과 같다.
뇌우 대비
- 가족 비상 계획을 세운다.[90]
- 집 주변의 죽은 나뭇가지나 썩은 나무를 제거하여 강풍에 의한 피해를 예방한다.[91]
- 기상 예보를 주시하고 뇌우 발생 가능성을 확인한다.[92]
- 야외 활동 계획을 조정하거나 취소한다.[92]
- 천둥 소리가 들리면 즉시 안전한 건물 안이나 금속 지붕이 있는 차량 안으로 대피한다.[92]
- 언덕 꼭대기, 들판, 해변 등 개방된 장소나 키 큰 나무 아래는 피한다.[89][92]
뇌우 중 및 뇌우 후 안전 수칙
- 천둥소리가 들리면 즉시 행동을 취하고, 낙뢰의 위험이 있으므로 주의한다.[91]
- 유선 전화를 포함한 전기 제품 사용을 피하고, 무선 전화는 사용해도 안전하다.[91]
- 창문과 문을 닫고 멀리 떨어져 있는다.[88]
- 목욕이나 샤워를 하지 않는다. 배관을 통해 전기가 흐를 수 있다.
- 운전 중에는 안전하게 도로를 벗어나 비상등을 켜고 차 안에 머무르며, 금속 부분을 만지지 않는다.[88]
- 미국 국립기상청(NWS)은 2008년에 "낙뢰 웅크리기" 자세를 권장하지 않기로 결정했다. 이 자세는 낙뢰로부터 충분한 보호를 제공하지 않기 때문이다.[92][93][94]
5. 1. 뇌우의 위험성
뇌우는 번개와 천둥을 동반하는 강한 폭풍으로, 적란운으로 구성된다. 개별 적란운(뇌우세포)의 크기와 수에 따라 뇌우의 범위와 지속 시간이 달라진다. 일반적인 뇌우(싱글셀)는 수평 범위가 약 20km, 지속 시간은 약 1시간이다. 그러나 슈퍼셀이라 불리는 큰 뇌우는 수평 범위가 30~50km에 달하고 몇 시간 동안 지속될 수 있다. 여러 개의 적란운으로 구성된 멀티셀 뇌우는 더 넓은 범위와 긴 지속 시간을 가진다. 강풍과 큰 우박을 동반하는 뇌우는 시비어선더스톰(severe thunderstorm)이라고 불린다.[148]뇌우의 성숙 단계에서는 따뜻한 공기가 상승하다가 대류권계면과 같은 '덮개'에 도달하면 더 이상 상승하지 못하고 퍼져 나가면서 모루 모양을 형성한다. 이 구름을 ''적란운(모루형)''이라고 한다. 물방울은 병합되어 더 커지고 무거워져 비나 우박으로 떨어진다. 상승 기류와 하강 기류가 동시에 존재하면 강한 바람, 심한 번개, 토네이도와 같은 난류가 발생할 수 있다.[17]
풍속 수직 변화가 거의 없으면 뇌우는 빠르게 소멸되지만,[14] 풍속이나 방향에 변화가 크면 하강 기류가 상승 기류와 분리되어 슈퍼셀로 발달하여 수 시간 동안 지속될 수 있다.[33]
뇌우는 단일 셀, 다중 셀, 스콜 라인(다중 셀 라인), 슈퍼셀의 네 가지 유형으로 분류된다.[7] 어떤 유형이 형성되는지는 대기의 불안정성과 풍하중 조건에 따라 달라진다. 조직화된 뇌우와 뇌우 군집/라인은 상당한 수직 풍하중이 있는 환경에서 형성되어 더 강한 상승 기류와 다양한 형태의 격렬한 날씨를 유발할 수 있다. 슈퍼셀은 가장 강력한 뇌우로,[7] 큰 우박, 강풍, 토네이도와 관련이 있다.
돌풍선은 한랭전선을 따라 또는 그 앞쪽에 형성되는 길게 늘어선 강한 뇌우이다.[24][25] 강한 강수, 우박, 빈번한 낙뢰, 강한 직선풍, 때로는 토네이도와 수상스프라우트를 동반할 수 있다.[27]
슈퍼셀 뇌우는 크고 강하며, 풍속 수직 변화가 있는 환경에서 형성된다. 강하고 회전하는 상승 기류를 가지며, 파괴적인 토네이도, 매우 큰 우박, 강한 직선 바람, 산사태를 일으킬 수 있다.[33] 연구에 따르면 대부분의 토네이도가 슈퍼셀 뇌우에서 발생한다.[34]
미국에서는 풍속이 시속 93km/h 이상이거나, 우박 지름이 25mm 이상이거나, 깔때기구름이나 토네이도가 관측될 경우 뇌우를 심한 뇌우로 분류한다.[35][36][37] 캐나다에서는 1시간 동안 50mm 이상 또는 3시간 동안 75mm 이상의 강우량도 심한 뇌우의 지표로 사용된다.[38]
중규모 대류계(MCS)는 개별 뇌우보다 크고 온대 저기압보다 작은 규모로 조직화되는 뇌우 복합체이다.[39] 열대 저기압, 스콜선, 호우 현상, 극 저기압, 중규모 대류 복합체(MCC) 등을 포함하며, 일반적으로 전선 근처에서 형성된다.
매년 많은 사람들이 심각한 뇌우로 인해 사망하거나 심각한 부상을 입는다. 심각한 뇌우는 봄과 여름에 가장 흔하지만, 일 년 중 거의 언제든지 발생할 수 있다.
구름 대지 번개는 뇌우 현상에서 자주 발생하며, 산불을 유발할 수 있다.[54] 강수량이 적은 뇌우에서는 번개가 극심한 열을 발생시켜 화재를 일으킬 수 있다.[55] 플로리다와 같이 번개가 잦은 지역에서는 매년 여러 명의 사망자가 발생한다.[57]
산성비 또한 번개로 인해 발생할 수 있다. 뇌우 현상 중에 존재하는 산화질소[59]는 산성비를 생성하여 인프라와 생태계에 피해를 줄 수 있다.[60]
지상에 도달하는 우박을 생성하는 뇌우는 우박 폭풍으로 알려져 있다.[61] 산맥을 따라 우박이 더 흔하며,[62] 인도 북부 산악 지대,[63] 중국,[64] 유럽의 크로아티아[65] 등에서 자주 발생한다. 북미에서는 "우박 골짜기"(Hail Alley)에서 우박이 가장 흔하며,[66] 와이오밍주 샤이엔은 우박이 가장 많이 내리는 도시이다.[67] 우박은 자동차, 항공기, 농작물 등에 심각한 피해를 줄 수 있다.[67]
토네이도는 지표면과 적란운 또는 적운의 기저부에 닿아 있는 격렬하게 회전하는 공기 기둥이다. 후지타 스케일과 확장 후지타 스케일은 토네이도가 발생시킨 피해로 등급을 매긴다.
워터스파우트는 토네이도와 유사하며, 수면 위에서 형성되어 적란운에 연결되는 나선형 바람 기류이다.[78] 적도 근처의 열대 지역에서 자주 발생한다.[79]
급류(flash flood)는 지형이 급격한 홍수를 겪는 과정이다.[80] 느리게 이동하는 뇌우에서 자주 발생하며,[82] 건조 지역과 인구 밀도가 높은 도시 환경에서 가장 흔하다. 급류는 인프라, 건물, 농작물에 피해를 주고, 토양 침식을 일으켜 산사태 위험을 초래할 수 있다.
다운버스트는 뇌우 지역의 지형에 여러 가지 위험을 초래하는 강한 바람이다. 불안정하거나 약한 기반 시설과 건물에 위험하며, 농작물과 식물을 손상시키고, 이착륙 중인 항공기를 추락시킬 수 있다.[14][83]
뇌우 천식은 뇌우에 의해 유발되는 천식 발작이다. 뇌우 동안 꽃가루가 더 작은 조각으로 터져 바람에 의해 쉽게 퍼지면서 발생한다.[84][85][86][87]
5. 2. 안전 수칙
매년 많은 사람들이 사전 경보에도 불구하고 심각한 뇌우로 인해 사망하거나 심각한 부상을 입는다. 심각한 뇌우는 봄과 여름에 가장 흔하지만, 일 년 중 거의 언제든지 발생할 수 있다.구름 대지 번개는 뇌우 현상에서 자주 발생하며, 지형과 인구에 여러 위험을 초래한다. 번개가 초래하는 가장 심각한 위험 중 하나는 번개가 유발할 수 있는 산불이다.[54] 강수량이 적은(LP) 뇌우에서는 강수량이 거의 없어, 식물이 건조할 경우 번개가 극심한 열을 집중적으로 발생시키기 때문에 강우가 화재를 예방할 수 없다.[55] 플로리다와 같이 구름 대지 번개 빈도가 높은 지역에서는 번개로 인해 매년 여러 명의 사망자가 발생하며, 대부분 야외 작업자에게 발생한다.[57]
산성비 또한 번개로 인해 자주 발생하는 위험이다. 증류수는 pH 7의 중성 상태이다. "깨끗한" 또는 오염되지 않은 비는 이산화탄소와 공기 중의 물이 반응하여 약산인 탄산(pH 5.6)을 형성하기 때문에 약 5.2의 약산성 pH를 갖지만, 오염되지 않은 비에도 다른 화학 물질이 포함되어 있다.[58] 뇌우 현상 중에 존재하는 산화질소[59]는 대기 질소의 산화에 의해 발생하며, 산화질소가 강수의 물 분자와 화합물을 형성하여 산성비를 생성할 수 있다. 산성비는 방해석이나 특정 다른 고체 화합물을 포함하는 인프라에 피해를 줄 수 있다. 생태계에서는 산성비가 식물 조직을 용해하고 물과 토양의 산성화 과정을 증가시켜 해양 및 육상 생물의 죽음으로 이어질 수 있다.[60]
대부분의 뇌우는 별다른 사건 없이 오고 가지만, 어떤 뇌우든 강한 뇌우가 될 수 있으며, 정의상 모든 뇌우는 낙뢰의 위험을 안고 있다.[88] 뇌우 대비 및 안전은 뇌우 전, 뇌우 중, 뇌우 후에 부상과 피해를 최소화하기 위해 조치를 취하는 것을 말한다.
뇌우 대비뇌우가 발생하기 전에 취해야 할 예방 조치는 다음과 같다.
- 가족 비상 계획을 준비한다.[90]
- 강풍에 날아갈 수 있는 죽은 가지나 썩은 나무를 제거한다.[91]
- 미국 국립기상청(NWS)은 뇌우가 발생할 가능성이 있는 경우 다음과 같은 예방 조치를 권장한다.[89]
- 경고가 설명되는 방식대로 지역 카운티, 도시 및 마을의 이름을 알고 있어야 한다.[89]
- 예보와 기상 조건을 모니터링하고 해당 지역에 뇌우가 발생할 가능성이 있는지 확인한다.[92]
- 다가오는 폭풍의 자연적인 징후에 주의한다.
- 야외 행사를 취소하거나 일정을 변경한다(폭풍이 칠 때 야외에서 갇히는 것을 피하기 위해).[92]
- 안전한 장소에 갈 시간을 확보할 수 있도록 일찍 조치를 취한다.[92]
- 위협적인 기상이 도착하기 전에 튼튼한 건물이나 금속 지붕이 있는 차량 안으로 들어간다.[92]
- 천둥 소리가 들리면 즉시 안전한 장소로 이동한다.[92]
- 언덕 꼭대기, 들판, 해변과 같은 개방된 장소는 피하고, 뇌우가 발생할 때는 지역에서 가장 높은 물체 근처에 있거나 있어서는 안 된다.[89][92]
- 뇌우 동안 키가 크거나 고립된 나무 아래에 피하지 않는다.[92]
- 숲 속에 있다면 뇌우 동안 자신과 나무 사이의 거리를 최대한 넓힌다.[92]
- 단체로 있을 경우, 번개 피해를 입은 피해자를 돕기 위해 올 수 있는 생존자의 가능성을 높이기 위해 흩어진다.[92]
뇌우 중 및 뇌우 후 안전 수칙뇌우 중 및 뇌우 후에는 다음과 같은 안전 수칙을 따르는 것이 중요하다.
- 미국 적십자사는 폭풍이 임박했거나 진행 중인 경우 다음과 같은 예방 조치를 취할 것을 권장한다.[88]
- 천둥소리를 듣는 즉시 조치를 취한다. 천둥소리를 들을 만큼 폭풍에 가까이 있는 사람은 낙뢰를 맞을 수 있다.[91]
- 유선 전화기를 포함한 전기 제품을 피한다.[88] 뇌우 중에는 무선 전화기는 사용해도 안전하다.[91]
- 창문과 문을 닫고 멀리한다. 강한 바람이 불 때 유리는 심각한 위험이 될 수 있다.[88]
- 목욕이나 샤워를 하지 않는다. 배관은 전기를 전도한다.
- 운전 중인 경우 안전하게 도로를 벗어나 비상등을 켜고 주차한다. 차량 안에 머물고 금속을 만지지 않는다.[88]
미국 국립기상청(NWS)은 2008년에 "낙뢰 웅크리기" 자세를 권장하지 않기로 했다. 이 자세는 상당한 수준의 보호를 제공하지 않으며 근처 낙뢰로 인한 사망 또는 부상 위험을 크게 줄이지 않기 때문이다.[92][93][94]
6. 뇌우와 관련된 기타 내용
뇌우는 번개와 천둥을 동반하는 강한 폭풍으로, 적란운으로 구성된다. 각각의 적란운을 뇌우 세포라고 부른다.[148] 뇌우의 크기와 지속 시간은 적란운의 크기와 수에 따라 달라진다.
일반적인 뇌우(싱글셀)는 수평 범위가 약 20km이고 지속 시간은 1시간 정도이다. 그러나 슈퍼셀(supercell)이라고 불리는 큰 적란운으로 이루어진 뇌우는 수평 범위가 30km에서 50km에 달하며 몇 시간 동안 지속될 수 있다. 멀티셀(multicell)이라고 하는 여러 개의 적란운으로 구성된 뇌우는 범위가 더 넓고 지속 시간도 더 길다.[148]
강풍과 큰 우박을 동반하는 뇌우를 시비어선더스톰(severe thunderstorm)이라고 한다. 기단 안에서 발생하는 뇌우는 기단 뇌우라고 불리며, 전선면이나 지형을 따라 강제로 상승하는 대기에서 발달한 적란운으로도 만들어진다.[148]
뇌우는 여러 초기 문명에 큰 영향을 미쳤다.
- 고대 그리스인들은 뇌우가 제우스가 헤파이스토스가 만든 번개를 던지며 벌이는 전투라고 믿었다.
- 일부 아메리카 원주민 부족들은 뇌우를 위대한 영의 하인인 썬더버드와 연관시켰다.
- 노르웨이인들은 토르가 요툰과 싸울 때 뇌우가 발생한다고 생각했으며, 천둥과 번개는 그의 망치 묠니르의 타격 효과라고 여겼다.
- 힌두교에서는 인드라를 비와 뇌우의 신으로 숭배한다.
- 기독교에서는 격렬한 폭풍을 신의 작품으로 여겼으며, 이러한 생각은 18세기 후반까지도 널리 퍼져 있었다.[106]
마르틴 루터는 뇌우 속에서 신에게 구원을 기도하고 수도사가 되기로 결심했다고 전해진다.[107]
6. 1. 한국의 뇌우
일본에서는 뇌우 발생이 여름에 가장 많으며, 여름을 상징하는 계절어로 사용되기도 한다.[115] 여름철 일본은 태평양 고기압의 영향으로 맑은 날씨가 이어지지만, 대기가 불안정할 때는 낮부터 곳곳에 적란운이 발달하여 뇌우가 발생하고 저녁 무렵에 가장 심해지는 소나기(夕立)가 내리는 것이 일반적이다. 이러한 소나기는 뇌우 발생 요인 분류에서 열뇌우(熱雷)나 열계뇌우(熱界雷)에 해당한다. 소나기처럼 대기의 불안정으로 인해 국지적으로 발달하는 대류·적란운에 의한 강수를 불안정성 강수, 대류성 강우, 기단성 뇌우라고 부른다. 열뇌우(기단성 뇌우)는 여름에 많이 발생하지만, 겨울을 포함하여 사계절 내내 발생할 수 있다.[113][116][117][118][119]뇌운은 상승 기류와 하강 기류가 쌍을 이루는 대류 구조를 가진 뇌우 세포(강수 세포)이며, 발생·발달·소멸의 3단계 성장 과정을 거친다(cf. 적란운#적란운의 일생). 이 과정은 약 30분~1시간 정도 소요되며, 수평 크기는 약 5km~수십 km이다. 또한 열뇌우는 시속 약 20~40km, 와류 뇌우는 시속 50km가 넘는 속도로 이동한다. 하지만 대부분 여러 개의 적란운이 모여 뇌우 지역을 형성하고, 간헐적으로 비가 내리며, 길게는 수 시간 동안 지속되기도 한다.[113][114][120][121][122][123]
짧은 시간 동안 많은 비가 내려 시간당 강우량이 많은 단시간 폭우(국지적 폭우)가 발생하면 재해가 발생하기도 한다.[117]
여름 낮에는 육지가 가열되어 지표면 근처 대류권 하층의 기온이 올라간다. 또한, 가열로 인해 육지에 열적 저기압이 형성되고, 바다와 가까운 일본의 경우 약 2헥토파스칼(hPa) 정도의 편차로 해풍이 육지로 유입되어 하층의 수증기량이 증가한다. 하층의 온도 상승과 습윤화로 인해 불안정도가 증가하면서 오후 시간대를 중심으로 뇌우가 활발하게 발생한다.[119]
6. 2. 세계의 뇌우
전 세계적으로 뇌우는 열대 열대우림 지역에서 가장 자주 발생하며, 특정 시간에는 지구상에서 약 2,000개의 뇌우가 발생하고 있다.[95] 우간다의 캄팔라와 토로로는 지구상에서 가장 뇌우가 잦은 곳으로 언급되었으며,[96] 싱가포르와 인도네시아 자바 섬의 보고르도 마찬가지이다. 잦은 폭풍 활동으로 알려진 다른 도시로는 다윈, 카라카스, 마닐라 및 뭄바이가 있다. 뇌우는 전 세계의 다양한 몬순 계절과 관련이 있으며, 열대 저기압의 강우대를 구성한다.[97]온대 지역에서는 봄과 여름에 뇌우가 가장 빈번하게 발생하지만, 일년 중 언제든지 한랭전선을 따라 또는 그 앞에서 발생할 수 있다.[98] 또한 상대적으로 따뜻한 수면 위로 한랭전선이 통과한 후 더 차가운 기단 내에서 발생할 수도 있다. 극지방에서는 차가운 지표면 온도 때문에 뇌우가 드물다.
미국에서는 중서부와 남부 주에서 가장 강력한 뇌우가 발생하며, 큰 우박과 강력한 토네이도를 생성할 수 있다. 미국 서해안의 대부분 지역에서는 뇌우가 비교적 드물지만,[99] 내륙 지역, 특히 캘리포니아의 사크라멘토와 산호아킨 밸리에서는 더 자주 발생한다. 봄과 여름에는 북미 몬순 체제의 일부로 로키 산맥의 특정 지역에서 거의 매일 발생한다. 북동부에서는 폭풍이 중서부와 유사한 특징과 패턴을 보이지만 빈도와 심각성이 낮다. 여름에는 기단성 뇌우가 플로리다 중부와 남부 지역에서 거의 매일 발생한다.
일본에서는 뇌우 발생이 여름에 가장 많으며, 여름의 계절어(季語)가 되기도 한다.[115] 여름철 일본은 태평양 고기압(小笠原高気圧)의 세력권 아래 맑은 날씨가 지속되며, 대기가 불안정한 경우 낮부터 곳곳에 적란운이 발달하여 뇌우가 발생하고, 저녁 무렵에 가장 심해지는 소나기(夕立)가 전형적이다. 소나기는 뇌우의 발생 요인 분류에서는 열뇌우(熱雷)나 열계뇌우(熱界雷)에 해당한다. 소나기처럼 대기의 불안정으로 국지적으로 발달하는 대류·적란운에 의한 강수를 불안정성 강수, 대류성 강우, 기단성 뇌우라고 부른다. 단, 열뇌우(기단성 뇌우)는 여름에 많지만 겨울을 포함하여 어떤 계절에도 발생할 수 있다.[113][116][117][118][119]
뇌운은 상승 기류와 하강 기류를 쌍으로 하는 한 덩어리의 대류 구조를 가진 뇌우 세포(강수 세포)이며, 발생·발달·소멸의 3가지 성장 단계를 1사이클로 한다(적란운#적란운의 일생). 1사이클은 약 30분~1시간, 수평 방향의 크기는 약 5km~수십 km이다. 또한 열뇌우의 경우 시속 약 20~40km, 와류 뇌우의 경우 50km/h를 넘는 속도로 이동한다. 하지만 대부분의 경우 몇 개의 적란운이 어느 정도 모여 있고, 뇌우 지역이 여러 번 간헐적으로 걸쳐서, 긴 경우에는 수 시간 단속적으로 비가 내린다.[113][114][120][121][122][123] 강수가 수십 분이라도 시간당 강우량이 많은 단시간 폭우(국지적 폭우)가 되어 재해가 발생하는 경우가 있다.[117]
여름 낮에는 육지가 가열되어 지표면 근처 대류권 하층의 기온이 상승한다. 게다가 가열에 의해 육지에 열적 저기압이 형성되고, 해양과 가까운 일본의 경우 편차 2헥토파스칼(hPa) 정도이지만, 이로 인해 해풍이 육지로 유입되어 하층의 수증기량이 증가한다. 하층의 온도 상승과 습윤화에 따른 불안정도 증가가 오후 시간대를 중심으로 활발한 뇌우가 발생하는 원인이다.[119]
적란운군(멀티셀)이 조직화되면, 상승기류역과 하강기류역이 지속적으로 성장하여 서로 다른 단계의 세포들이 규칙적으로 배열되고, 적란운이 잇따라 발생하여 세대교체를 반복하며 수 시간 이상 지속된다. 풍향 등에 따라서는 뇌운이 계속 지속되어 강우가 수 시간 동안 계속되는 집중호우가 된다. 조직화는 특히, 연직 시어가 큰(풍향·풍속의 고도차가 큰) 기상 상황에서 발생하기 쉽다.[120][121][122][123][124]
장마전선대나 태풍에 의한 강우는 같은 풍향이 장시간 지속되고, 강우 지역이 같은 지역에 걸리기 쉽다. 산지의 풍상측은 산지에 의한 상승기류가 적란운의 발생을 촉진하여 강우 지역이 고정되기 때문에, 큰비가 내리기 쉽다(집중호우#지형성호우). 그 지역의 수개월치 강우량에 해당하는 강수량이 관측되는 경우도 있다.
뇌운이 조직화되지 않더라도, 하나의 뇌우 세포 내에서 상승기류역과 하강기류역이 분리되어 수 시간 이상 지속되는 슈퍼셀이 있다. 높은 연직 와도와 대류권 중층의 건조 등이 슈퍼셀이 발생하기 쉬운 기상 상황이다. 슈퍼셀형 뇌우는 토네이도를 수반하기 쉽고, 그 외 돌풍이나 낙뢰, 큰 우박도 관측된다.[120][121][122][125]
활발한 적운대류가 발생하는 열대수렴대(ITCZ)에 속하는 기간에 따라, 열대우림 지역에서는 격렬한 비가 일년 내내 내리고, 세계적으로 가장 높은 빈도로 뇌우를 동반한다. 열대 사바나 지역[126]에서는 우기(몬순기)에 비슷한 뇌우가 나타난다.[127] 적도 부근 열대 지역에서 일년 내내 일상적으로 발생하는 뇌우는 스콜이라고 불린다.
따뜻한 해양성 적운은 응결핵이 적고 과포화도가 높은 대기 하에서, 높은 구름에서도 주로 하층에서 빗방울이 급속히 성장한다. 특히 무역풍대에서는 상공에 역전층이 발달하기 때문에 구름의 발달이 억제되어, 고도 2~3km 정도까지밖에 구름이 발달하지 않는 경우가 적지 않다. 키가 작은 적란운에서는 우박의 형성이 활발하지 않기 때문에, 적도 부근 해양 상에서는 강수 강도는 강하지만, 뇌우의 빈도는 육지보다 낮다.[127][128]
해양보다 수증기가 적은 대륙성 적운은, 주로 냉각우(얼음 상태를 거치는 비)의 과정에서 얼음결정이 구름의 상층까지 상승하고, 우박이 잘 성장하여, 녹은 큰 빗방울, 또는 녹지 않은 것이 우박이나 우박(雹)으로 내린다. 해양성과 달리, 상공 높이까지 발달해야 강한 비를 내린다.[128] 우박은 한국에서는 봄부터 초여름에 가장 많다. 춘뢰라는 말이 있듯이, 봄에는 한랭전선의 통과에 따른 뇌우에 우박을 동반하는 경우가 있다.[114][129]
세계적으로도 중위도 대륙 동쪽에서는, 대류권 하층으로의 온난습윤 기류 유입과 중층으로의 한랭 기류 유입[130]에 의해 대기가 불안정해지는 경우가 있으며, 뇌우의 빈도는 열대나 사바나에 이어 높다.[127] 한편, 기단의 상황에 따라 하층이 해양성, 상층이 대륙성이 되는 경우가 있으며, 이때는 하층에서 급속한 빗방울 발달, 상층에서 우박의 발달이라는 두 가지 과정이 동시에 진행되어 격렬한 비가 된다.[128]
6. 3. 뇌우 연구
현대에 들어서 뇌우는 과학적 호기심의 대상이 되었다. 매년 봄, 폭풍 추격자들은 미국 대평원과 캐나다 프레리 지역으로 향하여 비디오 촬영을 통해 폭풍과 토네이도의 과학적 측면을 탐구한다.[102] 우주선이 생성하는 전파 펄스를 이용하여 뇌우 내에서 전하가 어떻게 발생하는지 연구하고 있다.[103] VORTEX2와 같은 더 체계적인 기상 프로젝트에서는 도플러 온 휠즈(Doppler on Wheels)와 같은 다양한 센서, 자동 기상 관측소가 장착된 차량, 기상 관측 풍선, 무인 항공기 등을 사용하여 심각한 기상 현상을 일으킬 것으로 예상되는 뇌우를 조사한다.[104] 구름에서 지면으로 내려치는 번개는 95%의 정확도로, 발생 지점으로부터 250m 이내에서 감지하는 센서를 사용하여 원격으로 감지한다.[105]6. 4. 뇌우와 신화
뇌우는 많은 초기 문명에 큰 영향을 미쳤다. 고대 그리스인들은 뇌우가 헤파이스토스가 만든 번개를 던지는 제우스의 전투라고 믿었다. 일부 아메리카 원주민 부족들은 뇌우를 위대한 영의 하인이라고 믿는 썬더버드와 연관시켰다. 노르웨이인들은 토르가 요툰과 싸울 때 뇌우가 발생한다고 생각했으며, 천둥과 번개는 그의 망치인 묠니르의 타격 효과라고 여겼다. 힌두교에서는 인드라를 비와 뇌우의 신으로 인정한다. 기독교 교리는 격렬한 폭풍이 신의 작품이라고 받아들인다. 이러한 생각들은 18세기 후반까지도 주류에 속해 있었다.[106]마르틴 루터는 뇌우가 시작될 때 산책을 하고 있었는데, 그는 신에게 구원을 기도하고 수도사가 되겠다고 약속했다.[107]
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