항공기상

대기권의 구조

• 지구 대기권 구분

- 지구 대기권은 지표면에서 부터 대류권, 성층권, 중간권, 열권, 외기권으로 분류함

구 분	고도층(Km)	특징
대류권	지표면 ~ 11	기상현상 발생, 고도 2℃/ 1,000ft, 6.5℃/km 온도 감소
성층권	11~50	고도 상승 시 기온 상승, 오존층 존재
중간권	50~80	고도 상승 시 기온 감소, 대류 현상 발생, 기상현상 없음
열권	80~500	전리층 존재로 전파반사 발생
외기권	500~10,000	수소와 헬륨 같은 가벼운 원소만 존재

• 대기의 성분

- 지구 대기권의 대기 구성 물질을 부피로 보면 질소 78%, 산소 21%, 기타 1%로 구성됨

- 고도 80km, 열권 이상에서는 중력의 영향이 작아짐에 따라 가벼운 기체의 성분비율이 증가하여 성분비가 일정하지 않음

• 국제표준대기

- 항공기 운항 및 성능의 표준화를 ICAO에서 1964년 국제표준대기를 규정함

구 분	표준 상수
표준기압	1,013.25mb, 29.921in-Hg
기온	15℃
온도변화율	-6.5℃/km, -2℃/1000ft
중력가속도	9.8m/s2
음속	340.43m/s

대류권의 기상현상

• 기상요소

- 기상 7대 요소 : 기온, 기압, 바람, 습도, 구름, 강수, 시정

- 해수면 기준 : 우리나라의 해수면 기준은 인천만의 평균 해수면을 기준 해발 0m으로 함

• 열과 온도

- 대기의 열전달 대기의 열은 복사 , 전도, 대류에 의해 전달됨

- 복사 : 물체로부터 방출되는 전자파를 총칭함

- 전도 : 물질의 이동 없이 열이 물체의 고온부에서 저온부로 이동하는 현상

- 대류 : 유체의 가열 또는 냉각으로 발생된 밀도차이로밀도가 작은 부분은 상승하고 밀도가 큰 부분은 하강하는 이동현상으로 확산과 이류를 통해 이루어짐

1. 기온의 단위

- 섭씨온도(°C) : 1기압에서의 물의 어는점을 0도, 끓는점을 100도로 정하고 그사이를 100등분한 온도 체계임

- 화씨온도(°F) : 1기압에서의 물이 어는점을 32도, 끓는점을 212도로 정하고, 그 사이를 180등분한 온도 체계임

- 절대온도(K) : 기체의 부피가 0이 되는 극한 온도인 -273.15°C가 0K 임

2. 기온 환산

- °F = (9/5) * °C + 32

- K = °C + 273.15

3. 기온 측정

- 햇빛을 직접 받지 않도록 하여 대기중에 노출시킨 온도계 이용

- 지상기온 : 지상 1.5m 높이에서 측정한 온도

- 해상기온 : 해면 약 10m 높이에서 측정한 온도

4. 기온의 일변화

- 일출과 더불어 지면의 온도가 상승함에 따라 복사열에 의하여 대기가 데워져 기온이 상승함

- 일 최고 기온은 오후 1~3시 사이이며, 일 최저 기온은 일출 직후 임

5. 열량(Heat Quantity)

- 두 물체간 온도 차이에 의하여 이동한 에너지의 양

- 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동함

- 비열 : 1g의 어떤 물체의 온도를 1℃(=K) 올리는 데 필요한 열량

- 잠열 : 어떤 물체가 온도의 변화 없이 상태(고체↔액체↔기체)가 변할 때 방출되거나 흡수되는 열

- 현열 : 물질의 상태 변화 없이 온도를 올리거나 내리는 데 사용된 열량

• 습도

- 습도 : 공기 중에 수증기가 포함되어 있는 정도 또는그 양을 나타내는 것임

- 포화 : 특정 온도와 기압 조건에서 공기덩어리가 보유할 수 있는 최대 수증기양에 도달했을 때를 나타냄

- 이슬점(노점) 온도 : 공기중의 수증기가 포화상태일 때의 온도로서, 이 온도에 도달하면 공기가 포화되고 이슬 이 맺히기 시작함

• 기압

- 기압이란 대기의 압력을 말함

- 공식적인 기압의 단위는 (hPa(헥토파스칼))임

- 표준기압) 이란 수은주 760mm의 높이의 기압이며, 이를 1기압(atm)이라고 함

※ 1기압=(760)mmHg=(1,013.25)hPa=(29.92)inHg=(760)Torr

- 국제단위계(SI)의 압력단위(1파스칼(Pa))은 1㎥당 1N의 힘을 나타냄

- 해면기압은 평균해수면 높이에서의 기압으로서 일기도에는 해면기압을 기록함

1. 기압고도계 설정방식

- 기압고도계 설정방식은 QNH, QNE, QFE 등의 방법이 있음

- QNH는 현지 공항 기압을 해수면 높이에서의 기압으로 변환해준 수치이며, 우리나라에서는 전이고도 14,000ft 이하에서 운항할 때 사용됨

- QNE는 조종사가 항공기의 고도계를 표준대기압 29.92in-Hg 또는 1013.25mb에 맞추는 방식으로우리나라에서는 전이고도 14,000 ft 이상에서 운항할 때 사용됨

- QFE는 항공기가 지면으로 부터의 고도를 표시하도록 기압고도계를 지상에서 0ft에 맞추는 방식이며, 관제탑이 없는 비행장 에서 장주비행 또는 Local 비행을 하는 경우 사용됨

2. 등압선

- 등압선 : 해면 기압이 동일한 지점을 연결한 선

- 등압선을 통해 저기압, 고기압, 기압골, 기압마루를 분석함

- 등압선의 간격이 좁을수록 기압차가 크므로, 바람의 세기가 강함

3. 고기압

- 고기압은 중심기압이 주변보다 높은 곳을 말함

- 고기압권 내의 바람은 북반구기준 고기압을 중심으로 시계방향으로 회전하며 하강기류가 형성됨

- 온난고기압은 대기대순환에 의해 역학적으로 생기는 고기압으로 키가 크며, 거의 이동이 없음

- 한랭고기압은 겨울철 고위도 지방의 대륙에서 지표의 복사냉각에 의해 발생하는 고기압으로 키가 작고, 상층에 저기압이 있어 일기가 좋지 않음

4. 저기압

- 중심기압이 주변보다 낮은 곳을 말함

- 저기압권 내의 바람은 북반구기준 저기압을중심으로 반시계방향으로 회전하며 상승기류가 형성됨

- 한냉저기압은 저기압 중심 부근의 기온이 주위보다 한랭하고 키가 크며, 이동이 느리고 불안정함

- 온난저기압은 저기압 중심 부근의 기온이 주위보다 온난하고 키가 작고, 이동속도가 빠름

• 바람

- 대기의 압력의 차이로 발생하는 공기의 흐름으로 대기운동의 수평적 성분을 뜻함

- 풍향 : 바람이 불어오는 방향을 일정시간 동안의 평균 풍향을 의미함

* 풍향은 8방위, 16방위 또는 32방위로 나타내며, 지리학상의 진북을 기준으로 함

- 풍속 : 바람의 일정시간동안 평균속도로서 주로 m/s를 사용하며, 항공기상에서는 주로 노트(knot)를 사용함

- 풍향계는 지상 10m 높이에 설치하는 것이 표준임

• 바람에 작용하는 힘

- 바람에 작용하는 힘은 기압경도력, 전향력, 지표마찰력 등이 있음

- 기압경도력 : 두 지점 사이에 압력이 다른 경우 압력이 큰 쪽 에서 작은 쪽으로 작용하는 힘을 의미함

- 전향력 : 자전하는 지구의 표면을 따라 운동하는 물체에 작용하는 힘으로서, 지구상에서 운동하는 모든 물체는 북반구에서는 오른쪽으로 편향됨

- 지표마찰력 : 지표면의 헝태에 따라 발생되는 마찰력을 의미함

• 바람의 종류

1. 지상풍

- 등압선에 의한 바람은 고기압에서 저기압으로 흐름

- 북반구에서 전향력의 영향으로 우측으로 휘어짐

- 지면으로부터 600m이상에서는 지표마찰력의 영향을 거의 받지 않음

2. 돌풍(gust)

- 일정 시간 내 일반적으로 10분간에 평균풍속보다 5m/s(10knot) 이상의 차이 발생될 때 보고됨

3. 스콜(Squall)

- 풍속의 증가가 매초 8m이상, 풍속이 매초 11m이상에 달하고 적어도 최대 풍속이 1분이상 그 상태가 지속되는 경우의 바람

4. 국지풍

- 지역적 특성에 의해 발생되는 바람

5. 해륙풍

- 해안지역에서 낮과 밤에 풍향이 변하는 현상

- 밤에는 육풍, 낮에는 해풍 발생

6. 산곡풍

- 산악지역에서 낮과 밤에 풍향이 변하는 현상

- 낮에는 골짜기에서 산 정상으로 부는 곡풍 발생

- 밤에는 산 정상에서 골짜기으로 부는 산풍 발생

7. 높새바람(Foehn)

- 우리나라 동해 지역에서 발생하는 국지풍

- 태백산맥을 기점으로 동쪽에서 차고 습한 바람이 산을 올라가면서 구름을 형성

- 산 정상 부근에서 비를 내린 후, 서쪽으로 산을 내려가면서 부는 고온, 건조한 바람

• 구름

- 공기가 상승하여 단열냉각에 의해 포화에 이르러 수증기가 응결 또는 빙결되어 형성

• 구름의 유형

유형	영문명	특성
권운	Cirrus	맑은 날씨, 높은 고도 형성
난층운	Nimbus	지속적 강수, 낮은고도 형성
적운	Cumulus	높이 쌓임
층운	Stratus	전체하늘을 덮음

• 구름의 종류

분류	고도	운형	기호	명칭
상층운	6km~12km	권운	CI	새털구름
		권적운	CC	털쌘구름
		권층운	CS	털층구름
중층운	2~6km	고적운	AC	양떼구름
		고층운	AS	높층구름
하층운	2km 미만	난층운	NS	비층구름
		층적운	SC	층쌘구름
		층운	ST	층구름
수직운	하층~상층	적운	CU	쌘구름
		적난운	CB	쌘비구름

• 구름량 관측

- 운량은 관측자를 중심으로 하늘을 8등분(Okta)하여 구름량을 관측함

- CLR(Sky Clear) 구름량 : 0/8

- FEW(Few) 구름량 : 1/8 ~ 2/8

- SCT(Scatter) 구름량 : 3/8 ~ 4/8

- BKN(Broken) 구름량 : 5/8 ~ 8/7

- OVC(Overcast) 구름량 : 8/8

• 안개

- 대기 중의 수증기가 응결핵을 중심으로 응결하여 발생하며, 시정이 1km 미만일 때를 말함

• 안개의 발생조건

- 대기중에 많은 응결핵(흡습성 미립자) 존재

- 대기 중 풍부한 수증기

- 냉각작용 발생 노점온도 이하

- 안정된 대기 상태(기온 역전)

• 안개의 종류

1. 냉각에 의한 안개

- 냉각에 의해 발생되는 안개는 복사안개, 이류안개, 활승안개가 있음

- 복사안개 : 야간의 지표면에 복사냉각이 발생하여 지면에 접한 공기가 이슬점에 도달하게 되어 지면근처 엷은 기층에 형성되는 안개(땅안개)

- 이류안개 : 온난 다습한 공기가 찬 지면으로 이류하여 발생한 안개

- 활승안개 : 습윤한 공기가 경사면을 따라 올라갈 때 단열팽창 냉각되어 형성되는 안개(산안개)

2. 증발에 의한 안개

- 증발에 의해 발생되는 안개는 수면이나 낙하하는 우적에서 발생되며, 증발안개, 전선안개가 있음

- 증발안개 : 온난한 수면에서 찬 공기로 수증기가 증발할 때 형성되는 안개(물안개)

- 전선안개 : 우적에서 증발된 수증기가 전선의 찬공기를 만나 냉각되어 발생한 안개

3. 해무(Sea Fog)

- 초여름부터 중순까지 해안지역에서 자주 발생하며 발생조건은 아래와 같음

- 광범위한 고기압권 에 위치할 때

- 해수면의 온도가 20℃ 보다 낮을 때

- 바람이 거의 없을 때

- 지상 역전층 현상이 관찰될 때

• 시정

-물체나 빛이 분명하게 보이는 최대거리로서 대기가 혼탁한 정도를 눈에 보이는 곳까지의 거리로 나타낸 것

- 시정장애요인 : 안개, 박무, 연무, 황사, 스모그, 연기, 강수, 눈, 먼지, 화산등 등

- 시정의 종류

① 우세 시정 : 관측자로 부터 지평원의 절반 이상의 범위에 걸쳐 나타나는 시정 값

* 방향에 따라 시정 값이 다들 경우, 큰 쪽부터 합해서 180°이상이 되는 시정 값

② 최단시정 : 최단 시정이 1500 m 미만일 때 또는 우세시정의 50% 미만이고 5000m 미만일 때 우시정과 함께 보고됨

• 시정거리

- 안개(fog) : 1km 미만

- 박무(옅은안개, mist) : 1km ~ 5km

- 연무(haze) : 1km ~ 5km

* 연무 : 눈에 보이지 않는 지극히 미세하고 건조한 입자가 공기 중에 부유하는 것

• 기단

- 기단은 주어진 고도에서, 온도와 습도 등 수평적으로 그 성질이 비슷한 대규모의 공기덩어리임

• 우리나라에 영향을 미치는 기단의 특성

기단	발달시기	특징
시베리아	겨울	한랭 건조
오호츠크해	장마기	한랭 다습
북태평양	여름	고온 다습
양쯔강	봄/가을	온난 건조