11.3 Fronts
기단(air mass)은 수일에서 수개월에 이르는 비교적 긴 기간 동안 기상을 통제할 수 있다. 대부분의 기상은 이러한 기단들의 경계에서 발생하며 이 경계를 전선(front)이라 부른다. 전선이란 두 기단 사이의 경계나 전이 영역을 의미한다. 전선은 어떤 유형의 기단(차갑거나 따뜻한 기단)이 다른 어떤 유형의 기단을 대체하는지에 따라 분류된다(그림 11-4 참조).
전선은 보통 여러 가지 방법을 통해 지표면에서 감지될 수 있다: 전선 주변에서는(특히 찬 공지 쪽에서) 상당한 온도 구배나 차이가 발생함, 바람은 전선에서 수렴하거나 하나로 합쳐지는 경향이 있음, 보통 전선이 다가올 때 기압이 감소하고 전선이 통과한 후에는 다시 상승함.
전선은 지구 표면에만 존재하지 않는다. 전선은 더 차가운(더 밀도가 높은) 기단의 위쪽으로 기울어지는 수직 구조를 가지고 있다.
11.3.1 Warm Front
온난 전선(warm front)은 따뜻한 공기 덩어리가 전진해서 차가운 공기 덩어리를 대체할 때 발생한다. 온난 전선은 보통 10 ~ 25mph의 속도로 천천히 이동한다. 전진하는 전선의 경사면은 차가운 공기 위로 미끄러지듯 올라가서 차가운 공기를 천천히 바깥으로 밀어낸다. 온난 전선은 보통 경사가 완만하다. 때문에 전선 표면을 따라 따뜻한 공기가 점진적으로 상승한다(그림 11-5 참조). 만약 따뜻한 상승 공기가 안정적이면 전선을 따라, 그리고 전선 전방에 광범위한 층운형 구름과 강수가 발달하는데 유리해진다.
일반적으로 온난 전선이 통과하기 전에 전선 경계를 따라 권운형 구름이나 층운형 구름이 안개와 함께 형성될 것으로 예상할 수 있다. 여름철에는 적란운(뇌우)이 발달할 가능성이 높다.
light ~ moderate 강도의 강수가 보통 비, 진눈깨비, 눈, 혹은 이슬비의 형태로 내릴 수 있으며 저시정이 두드러진다. 바람은 남-남동쪽에서 불고, 외부 기온은 시원하거나 추우며, 이슬점은 높아진다. 전선이 완전히 통과하기 전까지 기압은 계속 떨어진다.
온난 전선이 통과하는 동안 층운형 구름이 보이기 시작하고 이슬비가 내릴 수 있다. 보통 시정은 좋지 않지만 이는 가변풍(variable winds)에 의해 개선된다. 비교적 따뜻한 공기가 유입되면서 기온이 꾸준히 상승한다. 보통 이슬점은 일정하게 유지되고 기압은 낮아진다. 온난 전선이 통과한 후에는 층적운이 우세해지며 소나기가 내릴 수 있다. 전선 통과 후 짧은 기간 동안 흐린 상태가 존재할 수 있긴 하지만 결국 시정이 개선된다. 바람은 남-남서쪽에서 분다. 기온이 높아지면서 이슬점이 상승하다가 이후 일정하게 유지된다. 일반적으로 기압이 약간 상승한 후에 감소한다.
11.3.2 Cold Front
한랭 전선(cold front)은 차갑고, 밀도가 높고, 안정적인 공기 덩어리가 전진해서 따뜻한 공기 덩어리를 대체할 때 발생한다. 한랭 전선은 밀도가 매우 높아서 지표면 가까이에 머물며 마치 제설차처럼 작용해서 따뜻한 공기 아래로 미끄러진 후 밀도가 낮은 공기를 위로 밀어 올린다. 한랭 전선은 가파른 경사를 가지며 따뜻한 공기가 갑작스럽게 위로 밀려 올라간다(그림 11-6 참조). 만약 따뜻한 상승 공기가 불안정하다면 전선을 따라서, 혹은 전선 전방에 좁은 폭의 소나기와 뇌우가 발생하는 경우가 많다. 한랭 전선은 온난 전선보다 더 빠르게 이동하며 그 속도는 25 ~ 30mph이다. 허나 최대 시속 60mph로 이동하는 극심한 한랭 전선도 기록되었다.
빠르게 상승하는 공기로 인해 기온이 급격히 낮아져서 구름이 형성된다. 형성되는 구름의 유형은 따뜻한 기단의 안정성에 따라 달라진다. 북반구에서 한랭 전선은 보통 북동쪽에서 남서쪽으로 향하며 그 길이가 수백 마일에 달해서 넓은 지역을 아우를 수 있다.
전형적인 한랭 전선이 통과하기 전에는 권운형 구름이나 탑상 적운이 존재하며 적란운이 발달할 수도 있다. 구름의 급속한 발달로 인해 소나기가 발생할 수도 있다. 이슬점이 높고 기압이 떨어졌다는 것은 한랭 전선 통과가 임박하였음을 나타낸다. 한랭 전선이 통과하는 동안 탑상 적운이나 적란운이 계속해서 하늘을 지배한다. 한랭 전선의 강도에 따라 폭우가 쏟아지며 번개, 천둥, 그리고/혹은 우박이 동반될 수 있다. 더 심한 한랭 전선에서는 토네이도가 발생할 수도 있다. 한랭 전선이 통과하는 동안 시정은 낮고, 바람은 거세고 변동이 심하며, 온도와 이슬점이 급격하게 떨어진다. 빠르게 떨어지는 기압은 전선 통과 도중 바닥을 치고 이후 서서히 상승하기 시작한다. 전선이 통과한 후에 탑상 적운과 적란운은 적운으로 소멸하기 시작하며 이에 따라 강수량도 감소한다. 서-북서쪽에서 불어오는 바람으로 인해 시정은 결국 좋아진다. 기온은 더 낮게 유지되고 기압은 계속 상승한다.
fast-moving cold fronts는 실제 전선보다 훨씬 뒤에 있는 강한 기압계(pressure system)에 의해 밀려난다. 지표면과 한랭 전선 사이의 마찰은 전선의 움직임을 지연시키고 더 가파른 전선 표면을 만들어낸다. 그 결과로 전선의 앞쪽 가장자리를 따라 집중된 매우 좁은 띠의 기상이 형성된다. 한랭 전선에 의해 밀려나는 따뜻한 공기가 비교적 안정적인 경우에는 전선으로부터 어느 정도 뒤편에 overcast skies와 비가 발생할 수 있다. 따뜻한 공기가 불안정한 경우에는 scattered thunderstorms와 소나기가 발생할 수 있다. 뇌우의 연속적인 선, 즉 스콜선(squall line)이 전선을 따라, 혹은 전선의 전방에 형성될 수 있다. 스콜형 뇌우는 강렬하고 빠르게 이동하므로 조종사에게 심각한 위험을 초래할 수 있다. fast-moving cold front 뒤편에서 하늘은 보통 빠르게 맑아지며 전선은 거센 난기류와 더 낮은 기온을 남긴다.
11.3.3 Stationary Front
두 기단의 힘이 상대적으로 동일하면 두 기단을 구분하는 전선이 움직이지 않고 며칠 동안 해당 지역 날씨에 영향을 미친다. 이러한 전선을 정체 전선(stationary front)이라 부른다. 정체 전선의 경사는 다양할 수 있지만 구름과 강수가 전선을 따라 상승하는 따뜻한 공기에서 형성된다는 것은 여전하다(그림 11-7 참조). 정체 전선과 관련된 기상은 보통 온난 전선과 한랭 전선에서 볼 수 있는 기상들이 혼합된 것이다.
11.3.4 Occluded Front
한랭 전선은 보통 온난 전선보다 빠르게 이동하므로 시간이 지나면서 결국 온난 전선을 따라잡게 된다. 두 개의 전선이 합쳐지면 폐색 전선(occluded front)이 형성된다(그림 11-8 참조). 폐색 전선에서 차가운(cold) 공기는 온난 전선의 시원한(cool) 공기 아래로 파고들어서 이미 상승하고 있던 따뜻한 공기를 더욱 상승시킨다. 폐색 전선의 전방 및 후방에서 전선성 치올림 영향(frontal lift)이 발생하는 영역을 따라 구름과 강수가 발생할 수 있다. 폐색 전선이 접근하는 동안 온난 전선 기상이 우세하다가 곧바로 한랭 전선 기상이 이어진다.
두 가지 유형의 폐색 전선이 발생할 수 있는데 이 유형과 그에 따른 기상은 서로 충돌하는 전선 시스템들의 기온에 의해 달라진다.
한랭 전선이 온난 전선 전방의 공기보다 더 차가운 경우에는 한랭형 폐색 전선(cold front occlusion)이 발생한다. 이 경우에는 차가운(cold) 공기가 시원한(cool) 공기를 대체해서 온난 전선을 대기 상공으로 밀어낸다. 만약 공기가 비교적 안정적이면 한랭형 폐색 전선에 의해 보통 온난 전선과 한랭 전선에서 볼 수 있는 기상들이 모두 발생한다.
온난 전선 전방의 공기가 한랭 전선의 공기보다 더 차가운 경우에는 온난형 폐색 전선(warm front occlusion)이 발생한다. 이 경우에는 한랭 전선이 온난 전선 위로 올라간다. 만약 온난형 폐색 전선으로 인해 강제로 상승된 공기가 불안정하면 한랭형 폐색 전선에서 나타나는 날씨보다 더 심한 기상이 발생한다. 은폐 뇌우(embedded thunderstorm), 비, 그리고 안개가 발생할 가능성이 높다.