비는 어떻게 내리게 될까?

빙정설-공기가 상승하면 팽창에 의해 냉각되고 또 공기가 냉감됨에 따라 상대습도는 증가한다.  상대습도가 100%에 가까워지면 앞에서 설명한 방법으로 구름입자가 형성되기 시작한다.  관측에 의하면 구름입자는 온도가 빙점보다 훨씬 낮아질 때까지는 얼지 않는다.-10도에 가까운 온도에서는 100만 개 중 겨우 1개의 구름입자가 어는 것이 보통이다.  온도가 -30도 정도로 낮아져도, 그 비율은 1,000개 중에 1개 정도밖에 안 된다.  그러나 온도가 -40도에 가까워지면 구름입자가 갑자기 얼며, 온도가 더 낮아지면 구름은 빙정으로 구성된다.  0도 이하의 온도에서 존재하는 액체상태의 물을 과냉각수라 한다.  결빙은 여러 가지 불순물에 의해서 시작되며, 구름입자는 지중 또는 지면에 있는 물보다 훨씬 순수하다.  강수과정에서 물방울과 빙정을 함께 포함하고 있는 구름의 층은 특히 중요하다.  왜냐하면 얼음에 대한 포화증기압은 물에 대한 포화증기압보다 작기 때문이다.  그 차이는 별로 크지 않지만 매우 중요하다.  물방울과 빙정으로 이루어진 구름에서 실제 수증기압은 두 포화증기압의 중간 정도가 될 것이다.  그러므로 공기는 물에 대해서는 포화되지 않으나 빙정에 대해서는 약간 과포화된 상태에 있게 된다.  따라서 이런 상태에서는 구름입자로부터 물이 증발하고 빙정에서는 수증기가 응결될 것이다.  다시 말하면, 이것은 몇 개의 구름입자가 다른 입자를 희생시켜서 커지는 과정을 의미한다.  이렇게 성장한 빙정이 지면에 떨어지면 눈과 비가 되는 것이다.  이 메커니즘은 1928년 Bergeron에 의해서 발견되었기 때문에 그의 이름을 따라 Bergeron 효과라 불리어지고 있다.  응결이 어떤 핵으로부터 시작되듯이 과냉각구름 속에서의 결빙은 빙정핵에 의해서 시작된다.  응결핵은 무수히 존재하나 빙정핵은 드물다.  병합설-중 고위도 지방에서는 빙결고도가 대단히 낮기 때문에 많은 구름은 빙점 이하의 온도에 도달한다.  그러므로 강수현상을 초래하는 초기단계에서는 빙정과정이 중요한 역할을 하고, 그다음에 포착과정이 중요한 역할을 하기 시작한다.  저위도 지방에서는 일부의 구름만이 빙점 이하의 온도에 도달한다.  그러므로 이런 구름에서는 어떤 구름입자가 다른 것보다 유난히 클 때 강수가 시작된다.  구름입자가 빗방울의 크기로 더욱 커지기 위해서는 구름의 층이 두꺼워야 한다는 것은 매우 중요하다.  관측결과에 의하면 약 2,000m 이내의 층후를 가진 열대구름은 비를 내리지 못한다.  즉 비가 올 확률은 구름이 두꺼울수록 증가한다.  층후가 4,000m를 초과하는 구름은 거의 틀림없이 비를 내리기 된다. 우박-우박은 주로 적란운에서 만들어지며, 빙정이 상승과 하강을 거치면서 여러 차례의 동결 및 성장과정을 통해 크게 자라서 형성된다.  사람의 힘으로 비를 내리게 할 수 있을까?-인공으로 비를 내리게 하는 기구가 나타나기 전에는 불을 지르거나 대포를 쏘아 올리는 것이 비를 내리게 하는 방법이었다.  그러다가 1933년 베르예론이 빙정설을 발표했고 5년 후인 1938년에 인공적으로 빙정핵을 구름 속에 뿌리면 비 또는 눈을 만들 수 있다는 핀다이센의 주장이 나왔다.  1946년 새퍼는 과냉각된 안개로 가득 찬 냉장고 속에 드라이아이스 파편을 떨어뜨려 수많은 빙정이 형성되는 것을 발견했고 이후 여러 분야에서 인공강수 실험이 활발히 이뤄졌다.  그렇다면 인공강우법의 기본에 되는 지식에 대해 알아보자.  우선 드라이아이스법이 있다.  드라이아이스를 과냉각된 구름 속에 떨어뜨리면 떨어지는 덩어리의 아래쪽 공기가 급속히 냉각돼 자연적으로 빙정이 생긴다.  회전운동에 의해 구름 속 넓은 부분까지 빙정이 분산되면 빙정의 씨가 광범위하게 뿌려져 비를 내린다.  하지만 이 방법은 빙정의 확산 여부에 대한 확신이 없다는 것이 단점이다.  다음으로 요오드화은법을 들 수 있다.  요오드화은의 결정구조가 얼음과 비슷하다는 점에 착안한 것이다.  요오드화은을 비행기 안에서 만든 다음 구름 속에 뿌리면 인공강우의 빙정핵의 역할을 해, 주변 수증기분자의 응결을 가속화시킨다.  하지만 열대와 중위도 지방 여름철에는 따뜻한 구름이 많아 효과를 기대하긴 힘들다.  마지막으로 미세한 물방울 또는 거대 핵을 살포하는 방법이 있다.  이는 비행거리 1km당 1t 정도의 물을 뿌리는 것이지만 실제 효과는 적다.  기단(공기 덩어리)이란 무엇인가?  아주 넓은 육지나 해양에서 공기가 오래 머물거나 느리게 이동하면 넓은 지역에 걸쳐서 같은 성질을 갖는 공기 덩어리가 형성되는데 이러한 공기 덩어리를 기단이라고 한다.  기단은 발생지에 따라 온도, 습도 등이 다르며 기단의 종류와 이동에 따라 날씨가 달라지게 된다.  기단이 차지하는 면적은 수 천 제곱킬로미터에 달한다.  기단이 형성되기 위해서는 거대한 공기 덩어리가 어느 지역에 오랫동안 정체되어 있어야 하는데, 이렇게 기단이 형성되는 지역을 발원지라 한다.  기단의 발원지는 평탄하고 균일한 조성으로 약한 지상품의 조건을 가져야 한다.  따라서 기단은 오래 동안 머물면서 발원지의 특성을 고스란히 전달받게 된다.  그 발원지가 건조하면 건조한 기단이, 습하면 습한 기단이, 그리고 온도가 높은 지역이면 따뜻한 기단이, 추운 지역이면 한랭한 기단이 형성되는 것이다.  이렇게 일정한 습도와 온도 조건을 가진 기단이 이동을 하거나 다른 기단과 충돌하게 되면 변하기도 하고 소멸되기도 한다.  기단이 지상풍에 의해 다른 지역, 즉 발원지와는 다른 습도, 다른 온도 조건을 가진 지역으로 이동하면 되면 기단의 성질의 바뀌게 되어 여러 기상현상이 나타나게 된다.  예를 들어 습하고 온난한 기단이 차고 건조한 지역으로 이동하게 되면 습한 기단의 기온이 떨어지게 되어 포화 상태가 되면서 층운형태의 구름이 형성되고, 비가 오기도 한다. 자료출처:쉽게 배우는 기상학[교육과학사]