구름은 어떻게 만들어질까?

지표면 가까이에서는 공기의 온도가 높아서 분자의 속도가 빠르기 때문에 서로 간의 인력이 작용해도 공기 입자들은 충돌하여 튕기게 된다.  그래서 뭉치지 못해 보이지 않는 수증기로 존재한다.  이러한 지표면 가까이에 있던 공기가 상층으로 올라가면 기압이 낮아져 부피가 팽창하게 된다.  공기는 팽창할 때 주변공기를 밖으로 밀어내기 위해 일을 하여 에너지를 소모하므로 공기 내 분자는 에너지를 잃고 속도가 느려진다.  온도는 분자운동에너지를 측정하는 방법이므로 분자의 속도가 느려지면 온도도 낮아지게 된다.  기온이 낮아져 이슬점 아래로 떨어지면 공기 중의 수증기는 속도가 느려져서 분자 간의 인력이 작용하여 한데 엉기어 물방울이 된다.  이런 작은 물방울이 모인 것이 구름이다.  수증기가 응결할 때 입자들이 서로 가까워지면서 일종의 위치에너지가 감소하게 되고, 에너지가 전환되어 액화열이 발생한다.  이때 방출된 열은 부피가 팽창하면서 공기가 내각 되는 속도를 부분적으로 상쇄한다.  보통의 공기는 1km당 10도 정도 냉각되지만 수증기의 응결의 의한 방출열로 인해 냉각률은 1km당 6도 정도가 된다.  이러한 방출열 때문의 공기의 냉각속도가 느려지며, 구름은 부력 때문에 더 오래, 더 크게 성장하여 큰 구름대를 형성한다.  즉 불포화 공기가 상승하면 단열 팽창에 의해 냉각되는데, 상승응결고도에 도달하면 포화되어 수증기가 응결하면서 구름이 생성되는 것이다.  수증기를 많이 포함한 공기 덩이가 부등가열, 산 사면에 충돌, 그리고 찬 공기와의 만남 등으로 인해 상승하면 주변의 기압이 낮아지므로 공기덩이는 팽창하여 부피가 커진다.  즉 밖으로 일을 하게 되고 외부와는 열의 교환이 없으므로 단열 팽창을 하는 것이다.  공기덩이는 상승할 때마다 단열 팽창을 하게 되고, 내부 온도는 100m당 1도씩 건조단열 감률을 따라 낮아진다.  공기덩이가 계속 상승을 하면 온도는 점점 더 내려가서, 결국 이슬점 온도에 도달하여 포화 상태가 되고 응결이 일어나 구름을 생성하게 된다.  상승하여 팽창하는 공기 덩이는 수증기의 밀도도 낮아지므로, 절대 습도와 이슬점 온도도 낮아진다.  포화수증기압 곡선을 보면 공기 중의 수증 기압이 낮아져 단위 부피당 수증기량이 적이 지면 이슬점이 낮아진다.  그러므로 공기가 상승하면서 팽창을 하게 되면 공기 속의 수증기압 또는 단위부피당 수증기량이 적어져 이슬점도 내려가게 되는데 100m당 0.2도 정도 낮아지게 된다.  이슬점감률은 불포화상태에서만 적용이 된다.  포화된 공기는 이술점감률과 습윤단열감률이 같다.  구름의 생성은 공기의 상승과 관련이 깊다.  저기압 중심으로 공기가 모여들면서 상승할 경우-기류는 기압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.  습도가 높은 공기가 저기압으로 모여들면서 상승할 경우, 점점 기압이 낮아지므로 부피가 팽창하면서 온도가 하강한다.  상대습도는 점점 높아지고 온도가 이슬점 이하로 떨어지면 습기가 응결하면서 구름이 생성된다.  산을 향해 바람이 불면서 산을 따라 공기가 상승할 경우-산을 향해 바람이 불면서 산을 따라 공기가 상승하면, 점점 기압이 낮아지므로 부피가 팽창하면서 온도가 하강한다.  상대습도가 점점 높아지고 온도가 이슬점 이하로 떨어지면 습기가 응결되어 구름이 생성된다.  태양열에 의하여 데워진 지표 부근의 공기가 상승할 경우-한여름의 뜨거운 태양열은 공기를 고온으로 만들어 상승하게 한다.  상승하는 공기가 습기를 다분히 표함한 경우, 상승에 따라 온도와 기압이 급속히 떨어지게 되면 많은 양의 습기가 응결되면서 구름이 생성된다.  찬 공기가 더운 공기 밑을 파고들면서 더운 공기를 상승시킬 경우-찬 공기가 더운 공기 아래로 파고들면 기류가 빨라지고 더운 공기는 급속히 상승한다.  상승하는 더운 공기는 점점 기압이 낮아지므로 부피가 팽창하면서 온도가 하강한다.  상대습도가 점점 높아지고 온도가 이슬점 이하로 떨어지면 응결되어 구름이 생성된다.  더운 공기가 찬 공기 쪽으로 이동하면서 찬 공기 위로 상승할 경우-더운 공기가 찬 공기 쪽으로 이동하면 더운 공기는 찬 공기 위로 상승하게 된다.  상승하는 더운 공기는 점점 기압이 낮아지므로 부피가 팽창하면서 온도가 하강한다.  상대습도가 점점 높아지고 온도가 이슬점 이하로 떨어지면 응결되어 구름이 생성된다.  비행기가 지나간 뒤에 남는 하얀 흔적도 구름일까?  이 역시 구름으로, 비행운이라 부른다.  처음에는 흰색의 섬유모양으로 비행기가 지나간 궤적을 따라 일자로 배열되지만 시간이 지날수록 점차 흩어져 나중에는 사라지게 된다.  이는 비행기의 배기가스에 포함된 미량의 수증기가 공기 중에 공급되어 생기는 것이다.  그러나 비행운은 비행기가 지나가야만 생기는 것으로 자연 현상에 의해 만들어지는 것이 아니기 때문에 10종 운형에는 포함시키지 않는다.  이 외에도 10종 운형에는 포함되지 않지만 특이한 구름으로 진주운과 야광운이 있다.  진주운은 권운에 속하나 고적운과 비슷한 형태로 20~30km 상공에 나타나는 구름이다.  낮에는 청백색의 권운과 비슷하지만, 일몰 후에는 진주빛의 밝은 색을 띠고 있는 것이 특징이다.  이 구름은 주로 북유럽에서 관측되고 있으며, 그 성인은 아직까지 밝혀지지 않았다.  야광운은 권운과 비슷하지만 그 생성 높이가 진주운보다 더 높은 약 70~90km의 높이에 나타난다.  이 구름은 북반구 중위도 지방에서 잘 관측되는데 일몰 직후에 나타나 심야에 가장 잘 보이며, 일출과 때를 같이해 사라지게 된다.자료출처:쉽게 배우는 기상학[교육과학사]