기상은 항공기의 성능, 그리고 비행 안전에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 이는 변수들(예를 들어 온도, 습도, 풍속, 시정, 그리고 기압)과 관련하여 특정 시간 및 장소에서의 상태를 의미한다. “weather”이라는 용어는 악조건인, 혹은 파괴적인 대기조건(예를 들어 강풍)에서도 적용될 수 있다.
이 장에서는 기본적인 기상 이론을 설명하며 기상 원리에 대한 배경 지식을 제공한다. 이는 기상이 일상적인 비행 활동에 어떻게 영향을 미치는지를 이해하기 쉽도록 고안되었다. 기상에 대한 이론을 이해하는 것은 FSS(Flight Service Station) 기상 전문가와 그 외의 항공 기상 서비스로부터 얻은 보고 및 예보를 기반으로 기상 결정을 내리는데 도움을 준다.
local flight이든 cross-country이든 기상에 기초한 결정은 비행 안전에 큰 영향을 미칠 수 있다.
대기는 지구를 둘러싸고 있는 기체들의 혼합물로 구성된 공기 봉투이다. 이는 지구 표면으로부터 거의 350마일까지 도달한다. 이러한 혼합물은 계속하여 움직인다. 만약 대기가 눈에 보인다면 이는 소용돌이치는 바다, 상승 및 하강하는 공기, 그리고 먼 거리를 이동하는 파도처럼 보일 수 있다.
지구의 생명체는 대기, 태양 에너지, 그리고 지구 자기장에 의해 유지된다. 대기는 태양으로부터 에너지를 흡수하고, 물과 그 외의 화학 물질을 순환시키며, 적당한 기후를 제공하기 위해 전기력 및 자기력과 함께 작용한다. 또한 대기는 높은 에너지 복사, 그리고 우주의 차디찬 진공으로부터 지구의 생명체를 보호한다.
Composition of the Atmosphere
특정 부피의 공기에서 질소는 대기를 구성하는 기체의 78%를 차지하고 산소는 21%를 차지한다. 아르곤, 이산화탄소, 그리고 그 외의 기체들은 나머지 1%를 차지한다. 이 공기에는 약간의 수증기가 0 ~5% 포함되어 있다. 이 적은 양의 수증기는 날씨의 주요한 변화에 책임이 있다. [그림 12-1]
지구를 둘러싸고 있는 기체는 밑에서부터 끝까지 변화한다. 열 특성(온도 변화), 화학적 구성, 움직임, 그리고 밀도를 통해 네 개의 서로 다른 층들이 식별된다. [그림 12-2]
대류권(troposphere)이라 알려진 첫 번째 층은 지구 표면으로부터 6 ~ 20km(4 ~ 12마일)에 걸쳐 확장된다. 적도 지역에서는 최대 48,000ft(14.5km)까지 확장된다. 기상, 구름, 폭풍, 그리고 온도 변화의 대부분이 대기의 첫 번째 층에서 발생한다. 대류권 내부의 평균 온도는 고도가 1,000ft 증가할 때마다 약 섭씨 2도씩 감소한다. 그리고 압력은 고도가 1,000ft 증가할 때마다 약 1인치씩 감소한다.
대류권의 꼭대기에는 대류권계면(tropopause)이라 알려진 경계가 있다. 이는 수분, 그리고 관련 기상을 대류권에 가둔다. 대류권계면의 고도는 위도와 계절에 따라 다르다.대류권계면은 보통 제트 기류, 그리고 청천난기류와 연관되어 있으므로 중요하다.
대류권계면의 위에는 3개의 대기층이 더 있다. 첫 번째는 대류권계면으로부터 약 고도 160,000ft(50km)까지 뻗어 있는 성층권이다. 이 층에는 기상이 거의 없으며 공기는 안정적이다. 허나 특정 유형의 구름이 종종 성층권까지 확장된다. 성층권 위에는 기상에 거의 영향을 미치지 않는 중간권, 그리고 열권이 있다.
Atmospheric Circulation
대기는 지속적으로 움직이고 있다. 대기가 움직이는 주요 요인은 지구 표면의 불균등한 가열 때문이다. 이러한 가열은 대기의 균형을 깨서 공기의 움직임을, 그리고 기압을 변화시킨다. 지구 표면 주위의 공기 움직임을 대기 순환이라 부른다.
지구는 태양에서 방출되는 에너지에 의해 따뜻해진다. 이는 따뜻한 공기가 상승하여 차가운 공기로 대체될 때 발생하는 원형 운동을 유발한다.
따뜻한 공기는 상승한다. 왜냐하면 열이 공기 분자를 흩어지게 만들기 때문이다. 공기가 팽창함에 따라 밀도가 낮아지고 주변 공기보다 가벼워진다. 공기가 차가워지면 분자들은 더 가까이 모여들어서 밀도가 높아진다. 그리고 따뜻한 공기보다 무거워진다. 그 결과 시원한/무거운 공기는 가라앉아서 따뜻한/가벼운 공기를 대체하는 경향이 있다.
지구는 공전 도중 회전축을 중심으로 회전하는 곡면을 가지고 있다. 따라서 지구의 적도 지역은 극지방보다 태양으로부터 더 많은 양의 열을 받는다. 지구를 따뜻하게 하는 태양 에너지의 양은 특정 지역에 대한 일 년 중의 시기, 그리고 위도에 따라 달라진다. 이 모든 요소들은 햇빛이 지표면에 닿는 각도와 시간에 영향을 미친다.
태양열은 적도 지역의 온도를 상승시켜 공기 밀도를 낮추고 상승시킨다. 따뜻한 공기가 극을 향해 흐를 때 이는 차가워지고 밀도가 높아져서 다시 지면을 향해 가라앉는다. [그림 12-3]
Atmospheric Pressure
지구 표면의 불균등한 가열은 공기 밀도를 바꿀 뿐만 아니라 순환 패턴을 만든다. 이는 또한 공기 압력(공기 분자의 무게에 의해 가해지는 힘)을 변화시킨다. 비록 공기 분자는 눈에 보이지 않지만 무게를 가지고 있으며 공간을 차지한다.
1평방인치의 면적에 350마일 높이를 가진 밀폐된 공기 기둥을 상상해보라. 이 기둥을 들어 올리는데 14.7파운드의 작용력이 필요할 것이다. 이는 공기의 무게를 나타낸다. 만약 기둥이 짧아진다면 바닥에 가해지는 압력과 무게가 줄어든다.
18,000ft 상공에서 공기 기둥의 무게는 약 7.4파운드이다. 이는 대략 해수면의 절반이다. 예를 들어 해수면에 대해 보정된 저울을 18,000ft로 들어 올릴 경우 해수면에서 14.7파운드의 무게를 가졌던 공기 기둥이 18,000ft 짧아진다. 결국 해수면에서보다 약 7.3파운드(50%) 더 적게 무게가 나갈 것이다. [그림 12-4]
특정 장소 및 시간에서의 실제 압력은 고도, 온도, 그리고 공기밀도에 따라 다르다. 이러한 조건은 또한 항공기 성능(특히 이착륙과 상승률)에도 영향을 미친다.
일반적인 대기 순환 이론에 따르면 온도의 차이로 인해 적도 지역에서는 저기압이, 그리고 극지방에서는 고기압이 존재한다. 저기압은 극지방의 고압 공기가 지구의 표면을 따라 적도 쪽으로 흐르게 만든다. 이러한 공기 순환 패턴은 이론적으로 정확하다. 허나 공기 순환은 몇 가지 힘에 의해 변화하는데 그 중 가장 중요한 것은 지구의 자전이다.
지구의 자전에 의해 생성된 힘은 코리올리 힘으로 알려져 있다. 인간은 걷는 도중 이러한 힘을 인지할 수 없다. 왜냐하면 인간은 지구의 크기와 자전 속도에 비해 상대적으로 천천히 움직이며 짧은 거리를 이동하기 때문이다. 그러나 코리올리 힘은 광범위한 거리의 움직임(예를 들어 기단)에 상당한 영향을 미친다.
코리올리 힘은 북반구에서 공기를 오른쪽으로 꺾어 곡선 경로를 따르게 만든다. 편향되는 양은 위도에 따라 다르다. 이는 극에서 가장 크고 적도에서는 0으로 감소한다. 코리올리 힘의 크기는 또한 움직이는 물체의 속도에 따라서도 달라진다. 속도가 높아지면 편차도 커진다. 움직이는 공기는 지구의 자전으로 인해 오른쪽으로 편향된다(단, 북반구일 경우). 이는 일반적인 공기의 순환패턴을 변화시킨다.
코리올리 힘은 각 반구에서 일반적인 공기 흐름을 세 개의 개별 셀(cell)로 분할시킨다. [그림 12-5] 북반구에서는 적도의 따뜻한 공기가 지표면으로부터 위로 올라와 북쪽으로 이동하는데, 이는 지구의 자전으로 인해 동쪽으로 편향된다. 적도에서 북극까지 1/3의 거리를 이동하였을 때 이는 더 이상 북쪽으로 이동하지 않고 동쪽으로 이동한다. 이 공기는 약 위도 30도에서 식고 가라앉는다. 공기가 지면으로 가라앉음에 따라 고압 영역이 형성된다. 그러고 나서 이는 적도를 향해 다시 표면을 따라 남쪽으로 흐른다. 코리올리 힘은 흐름을 오른쪽으로 휘게 하여 북동 무역풍을 만들어낸다. 이는 위도 30도와 적도 사이에서 만연하다. 유사한 힘이 위도 30도와 60도 사이를, 그리고 60도와 극 사이를 둘러싼 순환 셀을 만든다. 이러한 순환패턴은 미국에서 우세한 상층 편서풍을 초래한다.
순환 패턴은 계절의 변화, 지표면과 해양의 차이, 그리고 그 외의 요인들(예를 들어 지구 표면의 지형에 의해 발생하는 마찰력. 이는 대기의 공기 움직임을 변화시킴)에 의해 더 복잡하다. 예를 들어 지면으로부터 2,000ft 이내에서는 지면과 대기 사이의 마찰로 인해 움직이는 공기가 느려진다. 마찰력으로 인하여 바람의 방향이 바뀌게 된다. 따라서 지표면의 풍향은 지구로부터 불과 몇 천 피트 위의 풍향과는 다소 다르다.
대기압은 예부터 수은 기압계에 의해 수은주 인치 단위(＂Hg)로 측정되었다. [그림 12-6] 기압계는 유리관 내부의 수은주 높이를 측정한다. 수은의 한 부분은 대기의 압력에 노출되어 있다. 이는 수은에 힘을 가한다. 압력이 증가하면 수은이 관 내부에서 상승한다. 압력이 떨어지면 수은이 관 밖으로 배출되어 관의 높이가 감소한다. 이러한 유형의 기압계는 일반적으로 실험실, 혹은 기상 관측소에서 사용된다. 이는 운반하지 쉽지 않으며 읽기도 어렵다.
아네로이드 기압계는 압력을 측정하는데 사용되는 표준 장비이다. 이는 운반하기 쉬우며 읽기도 쉽다. [그림 12-7] 아네로이드 기압계는 압력의 변화에 따라 수축 및 팽창하는 aneroid cell을 가지고 있다. 이는 밀폐된 용기이다. aneroid cell은 기계적 연결을 통해 pressure indicator에 연결되어 압력 판독 값을 제공한다. 항공기 고도계에서 압력을 감지하는 부분은 본질적으로 아네로이드 기압계이다. 아네로이드 기압계의 연결 메커니즘으로 인해 수은 기압계만큼 정확하지는 않다.
공통의 기준을 제공하기 위해 ISA(International Standard Atmosphere)가 설정되었다. 이러한 표준 조건은 특정 비행계기의, 그리고 항공기 성능 데이터의 기초가 된다. 표준 해수면 압력은 29.92＂Hg이고 표준 온도는 섭씨 15도(화씨 59도)로 규정된다. 대기압은 millibars(mb) 단위로도 보고된다(1＂Hg = 34mb). 표준 해수면 압력은 1,013.2mb이다. 일반적인 mb 압력 측정값의 범위는 950.0 ~ 1,040.0mb이다. 지표면 차트, 고기압/저기압 중심, 그리고 허리케인 정보는 mb를 사용하여 보고된다.
기상 관측소는 전 세계에 위치하고 있기 때문에 모든 local barometric pressure 값이 해수면 압력으로 변환된다. 이는 기록 및 보고에 대한 표준을 제공하기 위함이다. 이를 위해 모든 기지국은 고도 1,000ft마다 약 1＂Hg를 추가하여 기압을 변환한다. 예를 들어 해수면으로부터 5,000ft에 위치한 관측소의 측정값이 24.92＂Hg일 경우 해수면 압력 값이 29.92＂Hg라 보고한다. [그림 12-8] 공통의 해수면 압력 측정값을 사용할 경우 현재 압력 측정값을 기반으로 항공기 고도계를 올바르게 설정할 수 있다.
넓은 지역에 걸친 기압 경향을 추적함으로써 기상 예보관들은 기압계, 그리고 연관된 기상의 움직임을 더 정확하게 예측할 수 있다. 예를 들어 압력이 상승하는 것은 일반적으로 맑은 날씨가 다가오고 있음을 나타낸다. 반대로 압력이 감소하는 것은 일반적으로 나쁜 기상이 다가오고 있음을 나타낸다.
고도가 높아지면 기압도 낮아진다. 평균적으로 고도가 1,000ft 증가할 때마다 대기압은 1＂Hg 감소한다. 압력이 감소함에 따라 공기의 밀도가 낮아진다. 이는 더 높은 고도에 있는 것과 같다. 이를 밀도고도라 부른다. 압력이 감소함에 따라 밀도고도가 높아지는데 이는 항공기 성능에 현저한 영향을 미친다.
온도 변화로 인한 공기 밀도 변화는 압력 변화를 초래한다. 이는 대기중에 수평 움직임과 수직 움직임(해류와 바람)을 만들어낸다. 대기는 평형에 도달하기 위해 끊임없이 움직이고 있다. 이러한 끝임없는 공기 움직임이 연쇄 반응을 일으켜 날씨를 계속 변화시킨다.
고도는 항공기의 성능에서 사람의 성능에 이르기까지 비행의 모든 측면에 영향을 미친다. 높은 고도에서는 기압이 감소하여 takeoff/landing distance는 증가하고 상승률은 감소한다.
항공기가 이륙할 때 날개 주위의 공기 흐름에 의해 양력이 생성된다. 공기가 희박한 경우 이륙에 필요한 충분한 양력을 얻기 위해선 더 많은 속도가 필요하다. 즉 ground run이 길어진다. 해수면에서 745ft의 ground roll이 필요한 항공기가 8,000ft의 기압고도에 놓일 경우 두 배 이상의 ground roll을 필요로 한다. [그림 12-9] 높은 고도에서는 공기의 밀도가 감소하기 때문에 항공기 엔진, 그리고 프로펠러의 효율성이 떨어진다. 이로 인해 상승률은 감소하고 장애물 회피를 위한 ground roll은 증가한다.
질소와 그 외 미량의 기체들이 대기의 79%를 차지하고 있다. 나머지 21%는 생명을 유지하는데 필요한 산소이다. 해수면에서의 대기압은 정상적인 성장, 활동, 그리고 생명을 유지할 만큼 충분히 높다. 허나 18,000ft에서는 산소의 분압이 감소하여 인체의 정상적인 활동 및 기능에 악영향을 미친다.
일반적인 사람들의 반사신경은 약 10,000ft에서 손상된다. 그러나 사람에 따라 5,000ft의 고도에서도 손상이 발생할 수 있다. 저산소증이나 산소 부족에 대한 생리적 반응은 서서히 발생하며 다양한 방식으로 사람들에게 영향을 미친다. 이러한 증상은 신체의 내성과 고도에 따라 가벼운 방향 감각 상실에서부터 완전한 무력화에 이르기까지 다양하다. 보조 산소나 객실 여압 시스템은 조종사가 더 높은 고도에서 비행하는 것을, 그리고 산소 부족의 영향을 극복하는 것을 돕는다.
공기는 고기압 영역에서 저기압 영역으로 흐른다. 왜냐하면 공기는 항상 더 낮은 압력을 찾기 때문이다. 대기압의 차이, 코리올리 힘, 마찰력, 그리고 공기 온도의 차이가 결합하여 두 가지 대기 운동을 발생시킨다: 대류(상하 이동)와 바람(수평 이동). 대류와 바람은 이륙, 착륙, 그리고 순항에 영향을 미치기 때문에 중요하다. 가장 중요한 것은 대류 및 바람, 혹은 대기 순환이 기상 변화를 일으킨다는 것이다.
Wind patterns
북반구에서는 고기압에서 저기압으로 향하는 공기 흐름이 오른쪽으로 편향된다. 이는 고기압 영역을 중심으로 시계 방향 순환을 만들어낸다. 이를 고기압성 순환(anticyclonic circulation)이라 부른다.저기압 영역에서는 이와 반대이다. 공기는 낮은 압력 쪽으로 흐르며 편향된다. 이는 반시계 방향 순환을 만들어낸다. 이를저기압성 순환(cyclonic circulation)이라 부른다. [그림 12-10]
(ATP: 코리올리 힘은 북반구에서 공기 흐름을 오른쪽으로, 그리고 남반구에서 공기 흐름을 왼쪽으로 편향시킨다. 때문에 남반구에서는 저기압을 중심으로 바람이 시계방향으로 분다.)
고기압 시스템은 일반적으로 건조한 하강 공기 영역이다. 이러한 이유로 좋은 날씨는 보통 고기압 시스템과 관련이 있다. 반면 저기압은 상승 공기 영역이다. 상승 공기를 대체하기 위하여 공기가 고기압에서 저기압으로 흐른다. 상승 공기는 보통 구름과 강수량을 증가시킨다. 따라서 나쁜 날씨는 일반적으로 저기압 영역과 관련이 있다.
(ATP: 건조하고 햇볕이 잘 드는 지역이 강렬한 지표면 가열로 인하여 상당히 따뜻해질 경우 thermal low라 불리는 저기압 영역이 생성된다. thermal low는 비교적 기압 경도가 약하며 명확한 cyclonic circulation을 가지지 않는다.)
고압 및 저압의 바람 패턴을 제대로 이해할 경우 비행 계획시 큰 도움이 될 수 있다. 왜냐하면 조종사가 유리한 바람(배풍)을 이용할 수 있기 때문이다. [그림 12-11] 서쪽에서 동쪽으로 향하는 비행을 계획할 때 고기압의 북쪽, 혹은 저기압의 남쪽을 지날 경우 유리한 바람을 맞이할 것이다. 되돌아오는 비행에서는 동일한 고기압 시스템의 남쪽, 혹은 저기압 시스템의 북쪽을 지날 경우 유리한 바람을 맞이할 것이다. 또한 비행경로를 따른 특정 지역에서 어떤 날씨가 예상되는지를 더 제대로 이해할 수 있다.
대규모의 대기 순환에 대한 순환 및 바람 패턴 이론은 정확하다. 그러나 국지적인 규모의 순환에 대한 변화는 고려하지 않는다. 지역적 조건, 지질학적 특징, 그리고 그 외의 변수들은 지구 표면 근처의 풍향 및 풍속을 바꿀 수 있다.
Convective Currents
경작된 땅, 바위, 모래, 그리고 척박한 땅은 태양 에너지를 빠르게 흡수하기 때문에 많은 양의 열을 발산할 수 있다. 반면 물, 나무, 그리고 그 외의 초목은 더 천천히 열을 흡수 및 발산하는 경향이 있다. 그 결과 공기의 불균형한 가열로 인해 대류라 불리는 국소 순환 영역이 만들어진다.
(ATP: 물에서는 일일 일교차가 10도에 불과하지만 육지에서는 최대 50도의 일교차가 발생할 수 있다.)
(ATP: 일교차는 24시간 동안의 온도변화를 의미한다. 최저 기온은 보통 일출 후에(때로는 일출로부터 1시간 후에) 발생한다.)
대류는 난기류를 유발한다. 이는 따뜻한 날씨에 낮은 고도에서 비행할 때 종종 경험된다. 저고도 비행 도중 포장도로나 척박한 장소에서 상승기류가 발생할 가능성이 높다. 하강기류는 보통 물, 혹은 광범위한 초목(예를 들어 나무들)에서 발생한다. 일반적으로 이러한 난기류 조건은 높은 고도로(심지어 적란운 층 이상으로) 비행함으로써 회피될 수 있다. [그림 12-12]
대류는 큰 수역(예를 들어 바다, 큰 호수, 혹은 그 외 상당한 물이 있는 지역)과 육지가 인접한 지역에서 특히 두드러진다. 주간에는 땅이 물보다 빠르게 가열된다. 따라서 땅 위의 공기가 더 따뜻해지고 밀도가 낮아져서 상승한다. 그런 다음 물로부터 유입되는 차갑고 밀도 높은 공기로 대체된다. 이는 해풍(seabreeze)을 일으킨다. 반대로 밤에는 땅이 물보다 빨리 식어서 공기도 빠르게 식는다. 이 경우 물 위의 따뜻한 공기가 상승한다. 그런 다음 땅의 차갑고 밀도 높은 공기로 대체된다. 이는 육풍(landbreeze)을 일으킨다. 이는 국부적인 바람 순환 패턴을 반대로 만든다. 지표면의 불균등한 가열이 존재한다면 어디서든 대류가 발생할 수 있다. [그림 12-13]
(ATP: 산바람은 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. 골바람은 anabatic wind, 혹은 valley wind라 불린다. 이는 차갑고 무거운 공기가 경사면을 타고 올라가면서 전방의 따뜻하고 가벼운 공기를 대체하면서 형성된다.)
지면 근처의 대류는 조종사의 항공기 제어 능력에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 final approach 도중 초목이 없는 지역의 상승 공기가 때때로 ballooning effect를 만들어낸다. 이는 의도하였던 착륙 지점을 overshoot 하게 만들 수 있다. 반면 넓은 수역이나 울창한 초목 지역 상공에서 접근하는 도중에는 sinking effect가 발생할 수 있다. 이를 조심하지 않을 경우 조종사는의도하였던 착륙 지점에 못미쳐서 착륙할 수 있다. [그림 12-14]
Effect of Obstructions on Wind
조종사에게 문제를 일으킬 수 있는 또 다른 대기 위험이 존재한다. 지상의 장애물은 바람의 흐름에 영향을 미친다. 이는 보이지 않는 위험이 될 수 있다. 지상의 지형과 큰 건물들은 바람의 흐름을 분산시켜 돌풍(gust)을 일으킬 수 있다. 이러한 장애물은 인공 구조물(예를 들어 격납고)에서부터 커다란 자연 장애물(예를 들어 산, 절벽, 혹은 협곡)에 이르기까지 다양하다. 큰 건물이나 자연 장애물이 활주로 근처에존재하는 공항으로부터 입출항을 수행하는 경우 특히 주의해야 한다. [그림 12-15]
지상 장애물과 관련된 난기류의 강도는 장애물의 크기, 그리고 바람의 초기 속도에 따라 달라진다. 이는 항공기의 이착륙 성능에 영향을 미칠 수 있으며 매우 심각한 위험을 초래할 수 있다. 접근 도중 난기류로 인해 항공기가 “drop in” 할 수 있으며 그 결과장애물을 회피하기엔 너무 낮아질 수 있다.
이와 같은 상황은 산악 지역을 비행할 때 더욱 두드러진다. [그림 12-16] 산의 windward side(바람이 부는 쪽) 위로 바람이 부드럽게 흐르는 동안 상승기류는 항공기가 산의 정상으로 향하도록 돕는다. 반면 산의 leeward side(바람 불어가는 쪽) 아래로 흐르는 공기는 지형의 윤곽선을 따라 흘러서 점점 난기류를 일으킨다. 이는 항공기를 산 쪽으로 밀어 넣는 경향을 발생시킨다. 바람이 강할수록 아래로 향하는 압력과 난기류가 커진다.
지형이 계곡이나 협곡의 바람에 미치는 영향으로 인하여 하강기류가 심할 수도 있다. 산악 지형에 익숙하지 않은 조종사는 산악 지형에서 비행을 수행하기 전에 mountain qualified flight instructor로부터 확인을 받는 것이 도움이 된다.
Low-Level Wind Shear
wind shear는 매우 작은 범위에서 풍속 및/혹은 풍향이 갑작스럽게 변화하는 것이다. wind shear는 항공기에 격렬한 상승기류/하강기류를, 그리고 급격한 수평 움직임 변화를 가할 수 있다. wind shear는 모든 고도에서 발생할 수 있다. 허나 low-level wind shear가 특히나 위험하다. 왜냐하면 항공기가 지면에 매우 근접해있기 때문이다. low-level wind shear는 일반적으로 전선 시스템의 통과, 뇌우, 기온 역전, 그리고 강한 상층풍(25노트 이상)과 관련이 있다.
wind shear는 항공기에 위험하다. 이는 항공기의 성능을 빠르게 변화시킬 수 있으며 정상 비행 자세에도 지장을 줄 수 있다. 예를 들어 배풍이 정풍으로 빠르게 변화하면 대기속도와 성능이 증가한다. 반대로 정풍이 배풍으로 변화하면 대기속도와 성능이 감소한다. 조종사는 항공기 제어를 유지하기 위해 이러한 변화에 즉시 대응할 준비가 되어 있어야 한다.
가장 심한 유형의 low-level wind shear는 microburst이다. 이는 구름 하단으로부터 건조한 공기를 향해 내리는 대류성 강수와 관련되어 있다. microburst는 지표면에 내리는 강렬한 빗줄기를 통해 확인될 수 있다. 허나 구름 하단의 미류운(virga), 그리고 고리모양으로 흩날리는 먼지가 유일한 시각적 단서인 경우가 많다. 일반적인 microburst의 수평 지름은 1 ~2마일이고 1,000ft의 높이를 가진다. 마이크로버스트의 수명은 약 5 ~15분이다. 이 시간 동안 최대 6,000fpm의 하강기류가, 그리고 30 ~90노트의 정풍 손실이 발생하여 성능이 심각하게 저하될 수 있다. 이는 또한 강한 난기류, 그리고 엄청난 풍향 변화를 일으킬 수 있다. [그림 12-17] 의도치 않게 microburst를 향하여 이륙하였다면 비행기는 먼저 정풍(성능 향상)을 경험할 것이고(1), 이후 하강기류(성능 감소)를 경험할 것이며(2), 마지막에는 급격한 배풍 증가를 경험할 것이다. 이로 인해 비행기가 지면에 충돌할 수도 있다(4). 접근 도중 이를 마주하는 경우에도 동일한 일련의 바람 변화가 발생하며 비행기가 활주로에 미치지 못하게 만들 수 있다.
wind shear는 모든 고도의 모든 조종사에게 영향을 미칠 수 있다는 것을 기억해야 한다. wind shear가 보고될 때도 있지만 이는 종종 감지되지 않은 채로 존재한다. 항상 wind shear의 가능성에 주의해야 한다(특히 뇌우와 전선 시스템의 내부나 그 주변을 비행하는 경우).
Wind and Pressure Representation on Surface Weather Maps
지상 일기도는 전선, 고기압/저기압 영역, 그리고 각 관측소에서의 지상풍 및 기압 정보를 제공한다. 이러한 유형의 일기도는 전선과 기압 시스템의 위치를 나타낸다. 그러나 더 중요한 것은 이는 각 위치에 대한 지상의 바람 및 기압을 나타낸다는 것이다. 지표면 분석 및 일기도에 대한 자세한 내용은 Chapter 13, Aviation Weather Services를 참조한다.
바람은 station location circle에 부착된 화살표를 통해 보고된다. [그림 12-18] station circle은 화살표의 머리를 나타내며 이는 바람이 부는 방향을 가리킨다. 바람은 불어오는 방향 쪽으로 기술된다. 따라서 북서풍은 바람이 북서쪽에서 남동쪽으로 불고 있음을 의미한다. 풍속은 풍속 선에 놓인 미늘이나 깃발로 표시된다. 각 미늘은 10노트의 속도를, 그리고 각 깃발은 50노트의 속도를 나타낸다.
각 관측소의 기압이 mb 단위로 기록된다. 차트에 그려진 등압선은 동일한 기압의 선을 나타낸다. 이러한 선은 거리에 따른 기압 경도(혹은 기압 변화)를 나타낸다. [그림 12-19] 등압선은 지형도의 등고선과 유사하다. 예를 들어 서로 가까이 위치한 등압선들은 급격한 기압 변화를, 그리고 강한 바람을 나타낸다. 반면 서로 멀리 떨어진 등압선들은 완만한 기압 변화를, 그리고 가벼운 바람을 나타낸다. 등압선은 저기압/고기압 시스템뿐만 아니라 기압골/기압마루의 위치를 식별하는데에도 도움이 된다. 고기압은 낮은 기압으로 둘러싸인 높은 기압 영역이다. 저기압은 높은 기압으로 둘러싸인 낮은 기압 영역이다. 기압마루(ridge)는 고기압이 길게 연장된 지역을, 그리고 기압골(trough)은 저기압이 길게 연장된 지역을 의미한다.
등압선은 지표면으로부터 몇 천 피트 상공에서의 바람에 대한 귀중한 정보를 제공한다. 지면과 가까운 곳에서는 마찰에 의해 풍향/풍속과 코리올리 힘이 감소한다(허나 기압 경도력이 감소하지는 않음). 이는 바람이 등압선을 가로질러 저기압으로 향하도록 만든다. 그러나 지표면으로부터 2,000 ~3,000ft 상공에서는 풍속이 빨라지며 풍향은 점점 등압선에 평행해진다.
※ 다음은 네이버 지식백과를 발췌한 내용이다.
기압 경도력의 방향은 고기압에서 저기압쪽으로 작용한다. 크기는 두 지점 사이의 거리에 반비례한다. 대기권에서 기압은 높이 올라갈수록 낮아지므로, 아래쪽의 압력이 위쪽보다 커서 이 공기덩어리는 아래에서 위로 힘을 받는데 이 힘은 공교롭게 중력과 평형을 이룬다. 이를 정역학 평형이라고 한다. 기압경도력은 연직 성분의 기압경도력과 수평 성분의 기압경도력으로 힘을 분해할 수 있지만 연직 성분의 기압경도력이 중력과 평형을 유지 하므로 일반적으로 기압경도력을 말할 때는 수평 성분의 기압경도력을 말한다.
두 등압선의 기압차가 일정할 때 등압선이 조밀한 곳일수록 기압경도력이 크므로 바람이 강하고, 등압선이 느슨한 곳에서는 바람이 약하다. 기압경도력(f)은 f = 1/ρ × ΔP/ΔH (ρ은 운동하는 공기의 밀도, ΔH 두 지점간의 거리, ΔP는 두 지점간의기압차)로 표시한다. 기압경도력은 정지 상태의 공기가 움직이게 되는(바람이 부는) 근본적인 원인이 되는 힘이다.
일반적으로 2,000ft(AGL)에서의 바람은 지상풍으로부터 20 ~ 40도 오른쪽으로 향하며 풍속은 더 높다. 풍향의 변화는 거친 지형에서 가장 크고 평평한 표면에서(예를 들어 탁 트인 수역) 가장 작다. 상층풍에 대한 정보가 없다면 이러한 rule of thumb를 통해 지표면으로부터 수 천 피트 상공의 바람을 대략적으로 추정할 수 있다.
