10.6 Local Winds

10.6 Local Winds

 

국지풍(local winds)이란 일주기 가열(diurnal heating)이나 일주기 냉각(diurnal cooling)에 의해 발생하는 소규모 바람장(wind field) 시스템이다. 인접한 지면들 상공에서는 공기의 온도 차이가 발생한다. 지면과 접촉하는 공기는 낮에 가열되고 밤에 냉각된다. 차갑고 밀도가 높은 공기에서의 고기압과 따뜻하고 밀도가 낮은 공기에서의 저기압에 의해 저고도에서 기압 경도가 발생한다(그림 10-12 참조).

저고도에서의 바람은 PGF의 방향을 향해 발생한다. 전향력은 무시할 수 있을 정도로 작다. 왜냐하면 충분한 전향력을 발생시키기엔 순환의 규모(100마일 미만)와 순환의 수명(12시간 미만)이 너무 짧기 때문이다. 따라서 바람은 보통 고기압의 차가운 표면으로부터 저기압의 따뜻한 표면을 향해 분다. 따뜻한 표면에서는 공기가 상승하고 차가운 표면에서는 공기가 하강한다. 국지적인 바람 순환은 종관 규모 바람이 약할 때 가장 쉽게 식별된다.

 

국지풍에는 sea breeze, land breeze, lake breeze, lake effect, valley breeze, mountain-plains wind circulation, 그리고 mountain breeze가 있다.

 

10.6.1 Sea Breeze

 

해풍(sea breeze)이란 해안 지역에서 바다로부터 육지를 향해 부는 국지풍을 말하며 바다 표면이 인접한 육지보다 차가울 때 만들어지는 온도 차이로 인해 발생한다(그림 10-13). 해풍은 보통 비교적 잔잔하고 화창한 여름날에 분다.

육지 상공의 공기는 바다 상공의 공기보다 더 따뜻해진다(밀도가 낮아진다). 이는 육지가 바다보다 더 빠르게 가열되기 때문이다. 따뜻한 육지에서의 저기압과 차가운 바다에서의 고기압에 의해 저고도에서 기압 경도가 발생한다.

 

저고도에서의 바람은 PGF의 방향을 향해 발생한다. 따라서 바람은 바다로부터 육지를 향해 분다. 육지에서는 공기가 상승하고 바다에서는 공기가 하강한다. 육지에서의 상승 공기에서는 구름(그리고 강수)이 발달할 수 있고 바다에서의 하강 공기에서는 구름이 소멸될 수 있다.

 

10.6.1.1 Sea Breeze Front

 

sea breeze front란 해풍과 관련된 차갑고 습한 해양성 공기의 선두 부분을 나타내는 온도 및 습도의 불연속선이다(그림 10-14 참조). 이 전선은 종종 그 선두 부분을 따라 wind shift와 enhanced cumulus clouds를 발생시킨다. 육지 상공에서 들어 올려지는 공기 덩어리가 건조하거나 안정적이면 적운형 구름이 발생하지 않을 수도 있다.

sea breeze front의 위치와 움직임은 해안선의 모양, 저고도 풍향 및 풍속, 그리고 육지와 바다의 온도 차이로부터 영향을 받는다. 이 온도 차이는 육지 상공의 운량(cloud cover)과 일변화(diurnal cycle)로부터 영향을 받을 수 있다. 대류의 깊이는 보통 강수가 발달하기엔 너무 얕다. 허나 sea breeze fronts는 소나기와 뇌우 발달을 위한 상승 메커니즘으로 작용할 수 있다.

 

10.6.1.2 Effects of Coastline Shape

 

국지적으로는 해풍을 따라 발생하는 대류의 발달에 해안선의 형태가 중요한 역할을 한다(그림 10-15 참조). 늦은 오전이나 이른 오후에는 보통 좁은 반도나 섬에서 강한 대류가 발달한다. 이는 반대쪽 해안에서 형성된 해풍이 반도나 섬의 중앙 근처에서 합쳐지기 때문이다.

그림 10-15를 보면 해풍이 합류하는 지점에서 수렴(convergence)이 발생한다. 만약 공기 덩어리가 충분히 습하고 불안정하다면 강한 상승으로 인해 소나기와 뇌우가 발생할 수 있다.

 

10.6.2 Land Breeze

 

육풍(land breeze)이란 해안 지역에서 육지로부터 바다를 향해 부는 국지풍을 말하며 바다 표면이 인접한 육지보다 따뜻할 때 만들어지는 온도 차이로 인해 발생한다(그림 10-16 참조). 육풍은 보통 밤에, 그리고 이른 아침에 발생한다.

전도(conduction)로 인해 육지 상공의 공기는 바다 상공의 공기보다 더 차가워진다(밀도가 높아진다). 이는 육지가 바다보다 더 빨리 식기 때문이다. 차가운 육지에서의 고기압과 따뜻한 바다에서의 저기압에 의해 저고도에서 기압 경도가 발생한다.

 

저고도에서의 바람은 PGF의 방향을 향해 발생한다. 따라서 바람은 육지로부터 바다를 향해 분다. 육풍은 보통 해풍보다 약하다. 바다에서는 공기가 상승하고 육지에서는 공기가 하강한다. 바다에서의 상승 공기에서 구름과 강수가 발달할 수 있다.

 

10.6.3 Lake Breeze

 

호수풍(lake breeze)이란 오후에 큰 호수의 표면으로부터 해안을 향해 부는 국지풍을 말하며 호수 표면이 인접한 육지보다 차가울 때 만들어지는 온도 차이로 인해 발생한다(그림 10-17 참조). 호수풍의 발생 원인은 해풍과 유사하며 오대호(Great Lakes)에서 흔히 발생한다. 호수풍과 해풍은 둘 다 따뜻한 계절(주로 봄과 여름)에 발생한다. 호수풍과 해풍 모두 종관 규모 바람 조건이 약할 때 가장 쉽게 관측된다.

해풍과 마찬가지로 호수풍 순환의 상승 운동 부분에서 뇌우가 발생하기 쉽다. 이 현상은 인접한 호수들의 바람이 충돌하는 부분에서 특히 더 두드러진다.

 

호수풍 순환의 강도는 호수 깊이의 영향을 받는다. 얕은 호수(예를 들어 이리 호[Lake Erie]와 세인트클레어 호[Lake St. Clair])는 여름에 빠르게 가열되기 때문에 깊은 호수(이리 호와 세인트클레어 호를 제외한 나머지 오대호)보다는 호수풍의 원천으로 덜 효과적이다.

 

그림 10-18에서 호수풍의 하강 공기가 온타리오 호(Lake Ontario), 이리 호, 그리고 수 마일 내륙까지 구름 형성을 억제한다.

10.6.4 Valley Breeze

 

골바람(valley wind)이란 낮 동안 산골짜기를 타고 상승하는 바람을 말한다(그림 10-19). 경사면과 접촉하는 공기는 계곡 상공의 공기보다 더 따뜻해진다(밀도가 낮아진다). 이는 경사면과 접촉하는 공기가 계곡 상공의 공기보다 더 빠르게 가열되기 때문이다.

따뜻한 경사면에서의 저기압과 차가운 계곡에서의 고기압에 의해 기압 경도가 발생한다. 바람은 PGF의 방향을 향해 발생한다. 따라서 바람은 계곡으로부터 산 경사면을 향해 분다. 경사면 상공에서는 공기가 상승하고 계곡 상공에서는 공기가 하강한다. 산 경사면 상공에서 구름과 강수가 발달할 수 있다.

 

10.6.5 Mountain-Plains Wind System

 

mountain-plains wind system이란 산(혹은 산맥)과 인접 평원 사이에서 발생하는 국지풍의 일변화를 말한다(그림 10-20 참조). 낮 동안에 이 시스템은 골바람의 절반만큼 바람을 형성한다. 경사면과 접촉하는 공기는 평원 상공의 공기보다 더 따뜻해진다(밀도가 낮아진다). 이는 경사면과 접촉하는 공기가 평원 상공의 공기보다 더 빠르게 가열되기 때문이다.

따뜻한 경사면에서의 저기압과 차가운 평원에서의 고기압에 의해 기압 경도가 발생한다. 바람은 PGF의 방향을 향해 발생한다. 따라서 바람은 평원으로부터 산 경사면을 향해 분다. 상공에서는 평원으로 향하는 흐름이 약하게 형성된다. 산 위로 상승하는 공기에서는 구름과 강수가 발생할 수 있다.

 

10.6.6 Mountain Breeze

 

산풍(mountain breeze)이란 보통 야간에 산골짜기를 타고 하강하는 바람을 말한다(그림 10-21). 경사면과 접촉하는 공기는 계곡 상공의 공기보다 더 빠르게 차가워진다. 경사면 상공의 기압은 계곡 상공의 기압보다 높다. 경사면 상공의 차가운 공기는 계곡 상공의 따뜻한 공기보다 밀도가 높다.

산의 경사면으로부터 계곡을 향해 지상풍이 흐른다. 계곡 상공에서는 공기가 상승하고 경사면 상공에서는 공기가 하강한다.

 

(ATP: 산바람[산풍]은 katabatic wind, 혹은 mountain wind라 불린다. 이는 차갑고 무거운 공기가 경사면을 타고 내려가면서 전방의 따뜻하고 가벼운 공기를 대체하면서 형성된다. 차갑고 무거운 공기는 경사면을 타고 내려가면서 단열 가열 및 건조된다. 왜냐하면 기압의 증가로 인한 압축 때문이다. 골바람[곡풍]은 anabatic wind, 혹은 valley wind라 불린다. 이는 차갑고 무거운 공기가 경사면을 타고 올라가면서 전방의 따뜻하고 가벼운 공기를 대체하면서 형성된다.)

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※ 다음은 항공기상 교재를 발췌한 내용이다.

 

푄풍(Foenh wind)

 

푄풍은 산의 경사면을 따라 하강하는 사면 하강풍(katabatic wind)이다. 고도가 높은 산맥에 직각으로 강한 바람이 부는 경우, 산맥의 풍상측에서는 단열팽창에 의해 냉각되고 풍하측에서는 단열압축에 의해 강하고 고온 건조한 바람이 불어 내리게 된다. 이렇게 해서 발생하는 바람을 독일에서는 푄풍(Föhn wind)이라 부르며, 북아메리카에서는 치누크(chinook), 우리나라에서는 높새바람이라고 한다. 푄풍은 산의 풍하측에 저기압이 있을 때 잘 발달한다.

(출처: 네이버 블로그/생기발랄)

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10.7 Adverse Winds

 

10.7.1 Crosswind

 

측풍(crosswind)이란 항공기의 heading에 수직으로 작용하는 바람 성분을 갖춘 바람을 말한다(그림 10-22 참조). 측풍으로 인한 편류(drift)의 가능성은 공중 항법에 매우 중요한데 이 영향은 이착륙 시 가장 크게 나타난다. 이륙과 착륙은 바람을 정면으로 향할 때 더 효율적이다. 항공기의 groundspeed가 최소화되고, 이륙에 필요한 활주로 길이가 짧아지며, 부드러운 착륙을 위해 조종사가 조작을 수행할 시간이 더 많아진다. 바람이 활주로에 대해 수직을 이루어서 측풍이 될수록 항공기 방향 제어에 더더욱 영향을 미친다. 만약 조종사가 측풍을 올바르게 보상하지 않으면 항공기가 활주로 측면으로 이탈하거나 착륙 장치에 가로 하중(side load)이 발생할 수 있다. 극단적인 경우에는 landing gear가 붕괴될 수 있다.

10.7.2 Gust

 

돌풍(gust)이란 최대 풍속과 최소 풍속 사이에 풍속이 10 knots 이상 변화하는 현상을 말한다.

 

설령 이착륙 도중 비행기가 바람을 정면으로 향하고 있더라도 돌풍이 발생하면 대기속도가 변화하는데 이는 조종사에게 문제를 야기할 수 있다. 돌풍이 대기속도를 증가시키면 양력이 커져서 항공기가 순간 공중으로 떠오를 수 있다. 돌풍이 사라지면 대기속도가 급격히 감소해서 양력이 작아지고 항공기가 가라앉게 된다. 착륙 지점에 존재하는 돌풍은 안전한 착륙에 상당한 어려움을 초래한다.

 

10.7.3 Tailwind

 

배풍(tailwind)이란 항공기의 뒤에서 불어오는 바람 성분을 갖춘 바람을 말한다.

 

배풍은 이륙과 착륙 모두에서 위험할 수 있다. 충분한 양력을 발생시키기 위해 높은 groundspeed가 필요하므로 이륙 활주가 길어져야 하는데 이로 인해 항공기가 이륙 전에 활주로 끝을 벗어날 수도 있다. 또한 이륙 도중 활주로 끝단에 존재하는 장애물을 넘어서지 못할 정도로 initial climb gradient가 작아질 수도 있다. 착륙 도중에는 groundspeed가 높아지기 때문에 착륙 활주가 더 길어진다. 이륙 성능 계획 도중 항상 바람을 고려해야 한다.

 

10.7.4 Variable Wind/Sudden Wind Shift

 

variable wind란 풍향이 자주 바뀌는 바람을 말하는 반면 sudden wind shift는 풍향이 급격하게 바뀌는 선이나 좁을 구역을 말한다. 설령 풍속이 낮더라도 variable wind와 sudden wind shift는 이착륙을 어렵게 만들 수 있다. 정풍이 순식간에 측풍이나 배풍으로 바뀔 수 있다.

 

10.7.5 Wind Shear

 

wind shear에 대한 정보는 Chapter 19, Turbulence를 참조하라.

 

'Aviation Weather Handbook(2024)/19: Turbulence' 카테고리의 글 목록

10.7.6 Adverse Mountain Winds

 

adverse mountain winds에 대한 정보는 Chapter 16, Mountain Weather를 참조하라.

 

'Aviation Weather Handbook(2024)/16: Mountain Weather' 카테고리의 글 목록

10.7.7 Atmospheric Disturbances in Mountainous Areas

 

mountain-related turbulence에 대한 정보는 Chapter 19, turbulence를 참조하라.

 

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