유방구름
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1. 개요
유방운은 구름의 일종으로, 구름 기저에서 아래로 처진 젖꼭지 모양의 돌출부로 특징지어진다. 주로 괴상운과 심한 뇌우와 관련되어 나타나며, 적란운이나 고층운, 권운 아래에서도 관찰될 수 있다. 유방운은 매끄럽거나 거칠고 불투명하거나 반투명한 로브 형태로 나타나며, 개별 로브는 평균 10분, 전체 클러스터는 최대 몇 시간 동안 지속될 수 있다. 유방운은 다가오는 폭풍이나 다른 극심한 기상 현상의 징후로 여겨지며, 조종사들은 난류를 유발할 수 있으므로 유방운이 있는 적란운을 피하도록 권고된다. 유방운의 형성 메커니즘에 대해서는 다양한 가설이 존재하지만, 아직 명확하게 밝혀지지 않았다.
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| 유방구름 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 약어 | mam |
| 하위 변종 | 유방운 |
| 특징 | 젖가슴 모양, 구름에서 아래로 돌출됨 |
| 강수 | 있음 |
| 상세 정보 | |
| 영어 명칭 | mammatus |
| 정의 | 일부 구름 아래쪽에 나타나는 뚜렷한 주머니 모양 패턴 |
2. 특징
유방운은 불길하게 생겼으며, 주로 얼음으로 구성되어 있다. 각 방향으로 수백 마일까지 뻗어 나갈 수 있고, 개별 형태는 한 번에 10~15분 동안 눈에 띄게 정적으로 유지될 수 있다. 보통 심한 날씨 전후, 또는 주변에서 나타나 다가오는 폭풍이나 다른 극심한 기상 시스템의 전조로 여겨진다.[4][5][1]
2. 1. 기상학적 의미
유방운은 대부분 괴상운과 심한 뇌우와 관련이 있다. 종종 적란운의 기저에서 확장되지만, 고층운, 권운뿐만 아니라 화산재 구름 아래에서도 발견될 수 있다.[4] 적란운에서 발생할 경우, 유방운은 종종 특히 강력한 폭풍을 나타낸다. 유방운이 형성되는 강하게 깎인 환경으로 인해, 조종사는 유방운이 대류에 의해 유발된 난류를 나타내므로 유방운이 있는 적란운을 피하도록 강력히 권고한다.[5] 비행운도 로브를 생성할 수 있지만, 이는 유방운으로 잘못 명명된다.[1]
유방운은 매끄럽거나, 거칠거나, 울퉁불퉁한 로브로 나타날 수 있으며 불투명하거나 반투명할 수 있다. 로브의 그룹으로 발생하기 때문에 뭉쳐지는 방식은 고립된 클러스터에서 수백 킬로미터에 걸쳐 퍼지는 유방의 필드, 또는 선을 따라 정렬되는 것까지 다양하며, 크기가 같거나 다른 로브로 구성될 수 있다. 개별 유방 로브의 평균 지름은 1km~3km이고, 평균 길이는 0.5km이다. 하나의 로브는 평균 10분 동안 지속될 수 있지만, 전체 유방 클러스터는 15분에서 몇 시간까지 지속될 수 있다. 일반적으로 얼음으로 구성되지만, 얼음과 액체 물의 혼합물이거나 거의 전적으로 액체 물로 구성될 수도 있다.
불길한 외관과 같이, 유방운은 종종 다가오는 폭풍이나 다른 극심한 기상 시스템의 전조이다. 주로 얼음으로 구성되며, 각 방향으로 수백 마일까지 뻗어 나갈 수 있으며, 개별 형태는 한 번에 10~15분 동안 눈에 띄게 정적으로 유지될 수 있다. 일반적으로 심한 날씨의 전후 또는 주변에 나타난다.
3. 형성 메커니즘
유방운은 그 종류가 다양하고 발생하는 환경도 서로 다르기 때문에, 유방운이 어떻게 만들어지는지에 대해서는 여러 가지 가설이 제시되어 왔으며, 이는 다른 구름 형태와도 관련이 있다.[4][6]
모든 유방운 형성 메커니즘 가설에서 공유되는 한 가지 환경적 경향은, 앤빌 구름/구름 아래 공기 경계에서 온도, 수분 및 운동량(풍속)의 급격한 경사가 나타난다는 점이며, 이는 경계 내 상호 작용에 강력한 영향을 미친다.
제시된 각 가설과 그 문제점은 다음과 같다.
- 앤빌 구름 하강 가설: 유방엽에서 강한 하강이 존재한다는 관측 결과가 없고, 수문기상 낙하와 구름 바닥 하강 과정을 구분하기 어렵다.
- 수문기상 낙하로 인한 냉각 가설: 구름 바닥 증발이 항상 유방운을 생성하지는 않는다.
- 융해로 인한 불안정 가설: 구름 바닥이 어는점 근처에 존재해야 한다는 조건이 항상 만족되지 않는다.
- 수문기상 낙하의 역학적 효과 가설: 엽의 수직 속도가 엽 내 수문기상의 낙하 속도보다 더 크다는 관측 결과가 있다.
- 구름 바닥 분리 불안정(CDI) 가설: 케리 에마누엘이 처음 제안했다.
- 복사 효과 가설: 앤빌 구름은 주로 얼음으로 구성되어 있어 광학적으로 얇아 복사 효과가 크지 않다.
- 중력파 가설: 중력파와 유방운의 시간 및 크기 척도가 완전히 일치하지 않는다.
- 켈빈-헬름홀츠 불안정성 가설: 유방운 환경은 일반적으로 난류 상태이다.
- 레일리-테일러 불안정성 가설: 정적 경계를 따라 존재하는 불안정성이 풍속이 있는 대기 흐름 사이의 경계에 적용될 수 없다.
- 레일리-베나르 대류 가설: 관측적으로 타당성이 입증되지 않았고 일반적으로 실질적이지 않다.
이처럼 다양한 형성 메커니즘이 제시되었다는 것은 유방운이 아직 잘 이해되지 않았음을 보여준다.[1][8]
3. 1. 주요 가설
다양한 특성과 서로 다른 환경에서 발생하는 여러 종류의 유방운이 존재하기 때문에, 유방운의 형성에 대한 여러 가설이 제기되었으며, 이는 다른 구름 형태와도 관련이 있다.[4][6]모든 유방운 형성 메커니즘 가설에서 공유되는 한 가지 환경적 경향은, 앤빌 구름/구름 아래 공기 경계에서 온도, 수분 및 운동량(풍속)의 급격한 경사가 나타난다는 점이며, 이는 경계 내 상호 작용에 강력한 영향을 미친다. 다음은 제안된 메커니즘이다.
- 적란운의 앤빌은 소스 구름에서 퍼져 나가면서 점차 가라앉는다. 공기가 하강하면서 따뜻해진다. 그러나 구름 속의 공기는 구름 아래의 건조한 공기(건조 단열 감률)보다 더 느리게(습윤 단열 감률) 따뜻해진다. 이러한 차등적인 온난화로 인해 구름/구름 아래 층이 대류 불안정해지고 대류 전복이 발생하여 울퉁불퉁한 구름 바닥을 만들 수 있다.
- 수문기상 낙하로 인한 냉각은 두 번째로 제안된 형성 메커니즘이다. 수문기상이 건조한 구름 아래 공기로 떨어지면, 강수를 포함한 공기는 증발 냉각으로 인해 증발 또는 승화되어 냉각된다. 이제 주변 공기보다 시원하고 불안정해지면 정적 평형 상태가 될 때까지 하강하며, 이 시점에서 복원력이 낙하 가장자리를 다시 위로 구부려 엽상의 모양을 만든다.
- 융해로 인해 구름 바닥에서 불안정이 발생할 수도 있다. 구름 바닥이 어는점 근처에 존재하면, 융해로 인해 발생하는 공기의 즉각적인 냉각이 위와 동일한 과정으로 대류 전복으로 이어질 수 있다.
- 위의 과정은 특히 단열 과정 또는 잠열 효과로 인해 구름 아래 층의 불안정을 의존했다. 열역학적 효과를 배제하고, 또 다른 메커니즘은 수문기상 낙하의 역학만으로도 엽을 생성하기에 충분하다고 제안한다. 구름 바닥을 따라 수문기상의 질량에서 비균질성이 발생하면 바닥을 따라 비균질 하강이 발생할 수 있다. 마찰 항력과 관련 에디와 같은 구조가 낙하의 엽 모양을 생성한다.
- 케리 에마누엘이 처음 제안한 또 다른 방법은 구름 바닥 분리 불안정(CDI)이라고 하며, 이는 대류 구름 상단 혼입과 매우 유사하게 작용한다. CDI에서, 구름 속의 공기는 강수 대신 건조한 구름 아래 공기와 혼합된다. 구름 층은 증발 냉각으로 인해 불안정해지고 유방운이 형성된다.
- 구름은 진화하면서 복사 효과로 인해 열적 재구성을 거친다. 복사가 유방운을 형성할 수 있는 방법에 대한 몇 가지 아이디어가 있다. 한 가지는 구름이 상단에서 복사적으로 매우 효율적으로 냉각되기 때문에(슈테판-볼츠만 법칙), 차갑고 음의 부력을 가진 전체 구름 주머니가 전체 층을 관통하여 아래로 침투하여 구름 바닥에서 유방운으로 나타날 수 있다. 또 다른 아이디어는 지표면의 장파 복사로 인해 구름 바닥이 따뜻해지면서 바닥이 불안정해지고 뒤집힌다는 것이다.
- 중력파는 선형으로 정렬된 유방운의 형성 메커니즘으로 제안된다. 실제로, 파동 패턴이 유방운 환경에서 관찰되었지만, 이는 주로 대류 상승 기류가 대류권계면에 충돌하여 앤빌 전체에 파동 형태로 퍼져나가면서 발생하는 중력파 생성 때문이다.
- 켈빈-헬름홀츠(K-H) 불안정성은 구름 경계를 따라 널리 발생하며, 구름 경계에서 파동과 같은 돌출부(켈빈-헬름홀츠 빌로우라고 함)의 형성을 초래한다. 유방운은 K-H 빌로우 형태가 아니므로, 불안정성이 돌출부의 형성을 유발할 수 있지만, 다른 과정이 돌출부를 엽으로 형성해야 한다고 제안된다.
- 레일리-테일러 불안정성은 두 유체 밀도가 다른 경우, 두 유체 중 밀도가 더 높은 유체가 밀도가 낮은 유체 위에 있을 때 발생하는 불안정성에 주어진 이름이다. 구름 바닥/구름 아래 경계를 따라, 밀도가 더 높은 수문기상 함유 공기가 밀도가 낮은 구름 아래 공기와 혼합을 일으킬 수 있다. 이러한 혼합은 유방운의 형태를 취할 것이다.
- 마지막으로 제안된 형성 메커니즘은 유방운이 레일리-베나르 대류에서 발생한다는 것인데, 여기서 층의 차등 가열(상단에서 냉각, 하단에서 가열)이 대류 전복을 일으킨다.
이러한 제안된 형성 메커니즘의 풍부함은, 적어도 유방운이 일반적으로 잘 이해되지 않는다는 것을 보여준다.[1][8]
4. 갤러리
(내용 없음)
4. 1. 다양한 유방운의 모습
참조
[1]
논문
Contrail lobes or mamma? The importance of correct terminology
http://eprints.white[...]
[2]
서적
International Cloud Atlas. Volume I. Manual on the observation of clouds and other Meteors.
https://library.wmo.[...]
World Meteorological Organization
2017-05-13
[3]
서적
Cloudland: A study on the structure and characters of clouds
https://books.google[...]
Edward Stanford
1894
[4]
논문
The Mysteries of Mammatus Clouds: Observations and Formation Mechanisms
https://www.research[...]
[5]
논문
Recent Advances in the Understanding of Near-Cloud Turbulence
[6]
논문
Mammatus Clouds as a Response to Cloud-Base Radiative Heating
[7]
논문
High-Resolution Airborne Radar Observations of Mammatus
[8]
논문
Numerical Simulation of Mammatus
[9]
웹사이트
【インタビュー】秋から冬の「危険な雲」
https://weathernews.[...]
웨ザー뉴즈
2017-11-09
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