2001.07.26 23:47

난류

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제 3 장 난 류(亂 流)

독자 여러분들은 이제 어렵고 복잡한 대규모 대기운동의 영역에서 벗어나, 보다 중,소규모적인 대기 운동을 다루는 미시 기상학의 영역에 관심을 기울일 때가 되었습니다. 그 첫 발걸음으로서 난류는 매우 중요한 의미를 가지고 있습니다. 모르긴 몰라도 대기의 움직임 중에서도 가장 예측하기 어렵고 그 성질을 파악하기 힘든것은 난류(亂流)의 운동일 것입니다.
차를 타고 포장도로를 달리다가 자갈길을 만나면 승차감이 좋지 않고 덜컹거리듯이, 대기의 흐름이 여러가지 원인에 의해서 방해를 받아 생기는 난류는 항공 스포츠인들에게 심각한 위험을 줄 수도 있으며 그저 혼줄이 나는 경우의 단순한 예도 있습니다. 기상학적 용어인 난류는 대부분의 항공스포츠인들에게 와류(渦流)로 알려져 있으며 두 가지 용어는 혼용되고 있습니다. 특히, 지면부근의 낮은 곳에서 마찰로 인해 지면을 따라 작은 규모로 발생되는 일련(一連)의 난류운동을 지면요란(地面搖亂)이라고도 합니다. 위의 두 가지 용어의 차이를 정확히 구별하기는 곤란하지만 이 글에서는 두 가지를 같은 뜻으로 보고 혼용하도록 하겠습니다. 그러나 후일에 많은 항공인들이 모여 용어의 통일(統一)을 협의할때는 한 가지만 쓰도록 유도되어지는 것이 바람직 하겠습니다. 난류를 영어로 표기할때는 Turblence, Eddy, Rotor, swirling등 여러가지가 있습니다. Turblence 는 어떤 장애물에 의해서 발생된 작은 소용돌이인 Eddy 가 기류속에서 떠내려 가는 모양을 나타냅니다. 반면에, Rotor는 장애물에 의해서 발생된 소용돌이가 공기흐름에 떠내려 가지 않고 장애물의 표면에 붙어 계속 회전을 하게 되는 경우를 뜻합니다. 그러므로 우리말로 Turblence 는 난류 또는 와류, Eddy 는 맴돌이 , Rotor 는 지면요란으로 옮기는 것이 적당하다고 하겠습니다.

난류의 정의
난류를 정의하는 것은 실제로 매우 어려운 일입니다. 왜냐하면 난류를 공기의 무작위적(無作爲的)이고 무질서(無秩序)한 회전운동이라고 정의한다면 바람자체도 난류의 범주에 들기 때문입니다. 그러므로 완전히 난류가 없는 상황은 바람이 전혀 없는 상황만큼이나 형성되기 힘든 것입니다. 그러나 항공 기상학(航空 氣象學)에서는 지속시간이 수 초 정도로 짧고 최대 풍속이 17 노트(Knot) 이상인 순간돌풍을 거스트(Gust), 최대풍속이 17 노트 이상이면서 지속시간이 2분 이상인, 돌풍(突風)을 스퀄(Squal)이라고 하여 보통의 바람과 구분을 합니다. 거스트는 우리말로 옮기면 바람의 “숨”이 됩니다. 그러므로 이미 알 수 있겠지만, 와류는 단위시간당 풍속의 변화율로 측정이 됩니다.
자연계에서는 사실상 모든 크기의 난류가 존재한다고 할 수 있을 것입니다. 어떤 일정 크기를 가진 두 개의 와류가 합쳐지면 크기가 감소되며 강도는 증가하기도 합니다. 이러한 와류는 점점 작아져 해발고도에서 직경이 25 mm 크기가 되면 더 이상 작아지지 못하고 공기 분자사이의 점성으로 인해 열에너지로 바뀌어 미약하나마 대기의 온도를 상승시킵니다. 이러한 메카니즘은 지면 마찰력과 함께 바람이 가지고 있는 운동에너지를 감소시켜 지구상에서 한번 에너지를 갖게되어 부는 바람이 영원히 지속되지 않고 소멸하게 되는 원인으로 작용합니다. 그러나 때때로 여러가지 요인들로 인하여 특별히 강하거나 공기의 밀도가 희박한(성긴) 성질의 와류가 발생하기도 합니다. 항공 스포츠인들에게 중요한 것은 비행에 영향을 주는 와류의 원인과 주기, 크기와 그 성질을 이해하는 것입니다. 경험에 비추어, 그 지름이 수 미터에서부터 10 미터 미만의 것들은 비행을 할 때 기체에 충격을 주는 숨(거스트)으로 느껴지지만 보다 직경이 큰 것들은 갑작스런 상승운동이나 하강운동을 일으켜 비행자들을 놀라게 하거나 위험하게 합니다. 난류의 회전속도는 그 격렬함으로 짐작할 수 있는데, 큰 것보다는 작은 것에서 더욱 강하므로 회전속도가 지면 마찰에 의해 감소되거나 둔화되지는 않는듯 합니다.

난류의 종류
난류의 종류는 그 발생원인에 따라 역학적(力學的) 난류, 대류성(對流性) 난류, 불연속성(不連續性) 난류, 인공(人工)난류의 4 가지로 분류될 수 있습니다. 이제 하나 하나의 발생원인에 대해 자세히 알아 보기로 합시다.
역학적 난류란 진행하고 있는 공기의 흐름을 어떤 장애물이 막을때 발생되는 와류로서 가장 빈번하게 발생되는 것입니다. 이러한 장애물은 지구상에 있는 모든 물체가 될 것입니다. 물체가 흐르는 공기를 막는 힘의 크기는 같지만 작용과 반작용의 법칙으로 인해 방향은 정확히 반대입니다. 역학적 난류의 정확한 형성원인은 유체(流體, 여기서는 공기)의 흐름을 막는 장애물의 앞쪽과 뒷쪽의 압력차입니다. 여러가지 요인들에 의하여 와류의 규모와 세기가 영향을 받는데, 이러한 것들로는 풍속, 대기밀도, 장애물의 모양등이 있습니다.
와류는 풍속이 강할수록 크기와는 관계없이 강도(격렬함)가 세집니다. 그림 29 는 난류의 세기와 풍속의 관계를 잘 설명해주고 있습니다.

그림 29 컨 25

대기밀도는 높을수록 와류의 에너지를 증가시킵니다. 밀도는 고온보다 저온에서 보다 높으므로 한랭하고 무거운 겨울대기는 따뜻한 여름대기보다 와류가 형성되기 쉬우며 강도 또한 셉니다.
유체의 흐름을 분열시키는 물체의 모양은 와류의 형성에 지대한 영향을 미칩니다. 날카로운 모서리나 굴곡이 있는 장애물의 표면은 공기가 부드럽게 타고 넘기 힘듭니다. 그림 30 은 장애물의 모양과 유체흐름과의 관계를 나타낸 것입니다. 그림에서 가장 처음의 것은 유체와 맞닿는 부분의 면적이 가장 작으므로 저항도 가장 적게 발생시킵니다. 항공기의 날개나 배의 방향타등은 모두 이러한 모양을 가지고 있습니다.
지면에서 대기의 흐름을 방해하는 물체들의 크기를 거칠기(rouphness)라고 하며 이것은 와류의 크기를 결정합니다. 큰 물체는 큰 와류를 만들지만 이것은 공기중에서 다시 몇 개의 작은 덩어리들로 나뉘어 질 수 있습니다.
이미 밝힌 바와같이 풍속은 와류의 형성에 커다란 영향을 미칩니다. 동일한 장애물에 있어서 미풍(微風)에서는 약하거나 전혀 와류를 찾아보지 못하는 경우도 있지만 5,3 m/sec의 강풍에서는 풍속으로 인해서 와류가 와해되기 전에 매우 격렬하게 요동하는 하강기류를 발생시킬 수 있습니다. 지표면 가까이에서 발생된 와류는 상하, 좌우, 전후의 3 방향에 대하여 모두 동일한 세기의 힘이 작용하고 있지 않습니다. 지표면에서 수 미터의 높이에서는 와류의 전후, 좌우 방향의 운동은 상하방향의 힘보다 훨씬 강합니다. 이렇게 방향에 있어서 불균형한 힘을 가진 와류는 지표면 위로 20 m 안에서 동일한 에너지를 유지한채, 모든 수평상의 방향으로 진행할 수 있습니다.
두 번째로 대류성 난류는 대기의 불안정 현상으로 인해 발생되므로 열적난류(熱的 亂流)라고도 합니다. 불안정 현상은 지면으로 부터 복사열을 받은 대기가 계속해서 상승을 하려는 현상입니다. 상승되는 대기는 자체적으로 주위 대기와 혼합되기도 하면서 수평방향의 대기 이동을 교란(攪亂)하여 와류를 형성하게 됩니다. 열적 난류는 보통 1 km 미만의 하층에 높이에 존재하지만 강력한 상승력을 가진 적란운의 형성으로 몇 천 미터까지라도 도달할 수 있습니다. 대류성 난류에 대해서는 제 6 장에서 자세하게 다룰 것입니다.
세째, 불연속성 와류. 여러분은 이미 전선과 파상운등을 이야기할 때 불연속면에 대하여 잘 이해했을 것입니다. 서로 접하고 있는 두 층의 대기가 서로 다른 속도와 방향으로 운동할때 그 사이는 바람의 불연속면이 발생됩니다. 그림 30 은 이러한 조건을 개념화한 것입니다.

컨 28
그림 30 바람 불연속면

이 그림은 난류가 발생되기 전의 현상을 나타낸 것이며 이렇게 부드럽고 점잖은 흐름의 형태는 두 층간에 커다란 밀도 불연속 상황(따뜻하고 밀도가 작은 대기가 차고 밀도가 큰 대기위에 있을때)이 있을 경우에만 발생되므로 풍속은 낮습니다. 그러나 실제로 바람 불연속면이 발생하는 대부분의 경우에, 그 경계면 사이의 작은 불균일한 어떤 요인이라도 있다면 와류가 발생됩니다. 자연계에서 나타나는 대표적인 불연속성 와류는 기온 역전층과 관계됩니다. 이러한 불연속면 와류는 풍속이 온도에 따라 자주 변화하기 때문에 발생되는 것입니다. 고도폭이 좁은 역전층은 얇은 두께(수 십 미터)에 비하여 그 윗층과 아랫층 사이의 큰 풍속변화율과 함께 큰 폭의 온도차가 있음을 뜻합니다. 이런 경우에 경험되는 와류는 대개 부드럽고 두 층의 접촉면을 따르는 좁은 지역으로 제한되지만 때때로 항공기를 무력화시킬만한 충분한 힘을 갖기도 합니다. 따라서 어떤 비행이건 불연속층에 가까이 비행하지 않는 것이 상책입니다. 전술(前述)한 바와 같은 특수한 상황은 그림 31 에 잘 나타나 있습니다. 이런 조건은 대부분의 경우에 한랭기단이나 한 밤 동안의 냉각작용에 의해 따뜻한 대기가 계고으로 밀려 가게되는 지역에서 자주 발생합니다. 파상운은 이러한 조건에 자주 나타납니다. 게곡풍과 같은 지역적인 영향은 수평, 수직방향으로 큰 폭의 풍속 변화를 발생시킬 수 있습니다. 따라서 매우 거대한 바람의 불연속면 작용을 유도하며 와류와 관게지워 집니다.
바람 불연속 작용이 발생할 수 있는 장소는 온난, 한랭전선의 부근입니다. 온난전선의 와류는 전선면 앞쪽에서 가장 최대이며 뒷쪽으로 갈수록 급속히 감소합니다. 한랭전선의 와류는 몇 백 m 두께로 존재할 수 있으며 지면 가까이에서 발생하는 와류가 가장 빈도도 높고 격렬합니다. 한랭전선과 가까운 대기가 고공에서 불안정한 경우에는 난폭한 와류가 약 8 km 이하의 넓은 지역에서 발생할 수 있습니다. 그림 31 은 전선면에서 발생하는 와류를 나타내고 있습니다. 불행하게도 이제까지 설명한 세 가지 와류를 발생시키는 메카니즘은 서로 조합될 수 있습니다. 다른 여러가지 일기현상이 일변화(日變化)를 일으키는 것과 마찬가지로 와류도 하루중의 시간경과에 따라 그 형태와 세기에 영향을 받습니다. 대류성 와류는 대기의 불안정도가 현저하게 증가하는 오전 10 시 부터 오후 2 시 사이에 가장 많이 발생합니다. 일반적으로 풍량(風量)이 정오를 전후하여 가장 풍부하다는 사실은 역학적 와류 또한 일변화가 발생됨을 예상할 수 있게 합니다. 이러한 사실은 어떤 날에는 바람이 안정한 수준으로 고요하게 될때까지 비행을 연기해야 함을 의미하기도 합니다.

컨 30,31
그림 31 전선면 와류

마지막 난류 발생의 원인으로서 인공난류가 있습니다. 인공난류란 말 그대로 사람이 만들어내는 와류입니다. 사람의 신체도 물체중의 하나이므로 바람을 받게되면 역학적인 와류가 형성되기도 하겠지만 여기서는 그러한 의미가 아니고 천연적으로 발생되는 와류가 아닌, 항공기에 의해서 발생되는 와류를 의미하는 것입니다.
동력의 유무에 관계없이 모든 항공기는 이착륙은 물론, 비행시에 항적(航跡)을 따라 와류를 발생시킵니다. 많은 항공 스포츠인들이 이러한 와류에 대하여 소홀하게 생각하는 것에 반하여 커다란 대형 여객기 마저도 다른 여객기가 만들어낸 와류에 의하여 착륙시에 추락하거나 사고를 당하는 예가 있습니다. 항적난류는 약 5 분 정도 지속되며 기온 역전층과 안정된 대기안에서는 그 강도와 지속 시간이 연장되는 경향이 있습니다.
모든 비행체는 그림 32 와 같이 양쪽 날개끝(翼端)에 나선형의 난류가 발생되며 이것은 후미로 올수록 나선의 지름은 커지지만 와류의 강도는 감소합니다. 행글라이더나 패러글라이더라 할지라도 다른 글라이더를 바짝 뒤쫒는 것은 충돌의 위험성 뿐만 아니라 기체와 익단와류로 부터 발생되는 난류의 영향을 무시할 수 없습니다.
그릴것.
그림 32 익단와류


비행기의 프로펠러나 헬리콥터의 로터에서 발생된 와류는 매우 위험합니다. 특히 헬기가 공중에서 정지 비행하고 있을때에는 매우 강력한 난류가 형성되며 지속시간도 다른 항공기의 것에 비해 긴 편입니다. 글라이더를 처음 보는 항공기 조종사들은 자신들의 항공기가 어떤 영향을 끼칠것인지를 모르고, 호기심에 가까이 오려고 할 수도 있으며 여러분들이 비키라고 손짓하는 것을 호의(好意)의 뜻으로 받아들일 수도 있습니다. 가장 최선의 방법은 항공기를 볼때면 미리 피하는 것입니다.

지면과 난류
대부분의 항공 스포츠는 역학적 와류의 영향을 가장 많이 받는 지상 500 m 수준의 지면 마찰층안에서 이루어지므로 지면의 형태에 따른 난류의 모양을 아는 것은 매우 중요하다 하겠습니다.
그림 33 은 몇가지 절벽면에서 형성되는 와류의 형태를 나타낸 것입니다. 그림의 (b)와 (c)에서 여러분은 풍속에 따라 로터가 얼마나 변화하는지 알 수 있습니다. 그러나 미풍상황에서도 대기가 차고 메마르면 대기의 관성이 더욱 커지므로 와류가 발생할 수 있습니다. 절벽면의 곡률은 난류를 결정짓는 또 다른 요인이 됩니다. 절벽면의 끝이 날카로울수록 동일한 풍속에서 더욱 큰 와류를 발생시킵니다. 그림 (d) 의 와류는 미풍상황에서도 와류가 절벽면을 잘 이탈되어 맴돌이로 공기중을 떠다닐 확률이 높습니다.

컨 33
그림 33

사면(斜面)이나 산의 정상에서 기대되는 난류 형성작용은 그림 34 에 나타나 있습니다. 그림 (a) 는 미풍 상황에서 완만한 배면 경사(背面 傾斜)를 가진 언덕은 와류를 거의 발생시키지 않음을 알 수 있습니다. 그러나 배면 경사가 약 10 m 의 수평거리당 30 cm 의 고도차가 발생되는 비율의 지형에서라도 어떤 상황에서는 와류가 발생됩니다. 그림 (b) 는 약간 센 바람과 가파른 배면 경사에서 배면 로터(lee side rotor)의 형성작용을 나타내며 (c) 는 높은 풍속에서 불규칙한 지면을 가진 산에서 형성되는 와류를 설명해 줍니다. 배면 로터위로 비행을 할 수는 있지만 매우 강한 침하지역(浸下地域)과 와류지역으로 인한 안전 문제는 누구도 책임질 수 없을 것입니다.

그림 34 컨 35


절벽에서 배풍(背風)이 불때 여러분은 그림 35 에서 배면 와류의 극단적인 경우를 볼 수 있습니다. 그밖에 그림 36 은 협곡이나 작은 만(灣)과 같은 지형에서 발생되는 와류입니다. 바람이 그림 (a) 와 같은 협곡의 벽면을 가로 질러 불어갈때 협곡의 벽면이 좁으므로 높은 풍속이 발생되며 많은 난류가 발생됩니다. 그림 (b) 에서는 바람이 막다른 계곡의 끝에서 여러 방향으로 상승되므로 와류가 강하지 않다면 상승비행을 할 수 도 있을 것입니다.

그림 36 컨 38 = a, 39 = b


나무는 대부분의 지형에서 바람의 흐름을 방해하는 흔한 장애물입니다. 나무가 만들어내는 와류의 영향은 잎이 무성할 수록 심합니다. 나무가 모인 숲은 당연히 많은 무질서한 요란을 발생시킬 뿐만 아니라 그것들이 효과적으로 밀집해 있을 경우에는 마치 벽면과 같이 작용합니다. 일렬로 늘어선 나무위를 가로지르는 바람은 특히 위험한데 왜냐하면 그런 바람은 굴곡이 심하고 요란이 심한 협곡과 비슷한 상황을 만들기 때문입니다. 때때로 비행자는 벽면과 같이 정렬해있는 나무위를 정풍(正風)을 받고 비행을 할때 약간의 상승풍을 느낄 수 있습니다. 나무 주위에서 행글라이더나 패러글라이더로 이륙을 할때, 잠재적으로 실속을 유발할 수 있는 지형일경우, 와류성 요란에 보다 쉽게 영향받으므로 주의해야합니다. 보통 바람이 많은 날에 숲위를 비행해 보면 나무가 얼마나 풍속을 저하시키는지 경험하게 될것입니다.

와류지역에서의 비행
위에서 개괄된 와류에 영향을 미치는 여러가지 요소들에 대해, 비행자는 와류성 상황에 대비한 일반적인 비행기술과 비행하지 않아야 할때를 알아야 합니다. 강조하는바, 바람을 관찰하는 것은 비행자가 미지의 바람상황을 예견 할 수 있는 기본입니다. 정풍과 지면 장애물을 관찰함으로서 비행자는 와류 발생작용에 대한 유력한 근거를 알 수 있습니다. 와류는 바람이 지면위로 불때 당연히 지속적으로 발생하는 동시에 흩어져 없어지기도 합니다.
와류가 소멸되는 두 가지 메카니즘은 와류의 에너지가 열에너지로 전환되기까지 요란의 크기가 감소되는 것과 높은곳에서 낮은 곳으로 이동되는, 중력에 대하여 일을 함으로써 에너지를 잃어 버리는 것입니다. 풍속, 지표의 굴곡, 안정도, 대기 밀도, 고도에 따른 기온변화등을 포함하는 많은 요소들이 요란이 발생된 이후부터 지속되는 시간을 결정합니다.
많은 비행자들의 풍부한 경험을 바탕으로, 몇 가지의 중요한 법칙을 알게 되었습니다. 미풍상황을 제외하고 커다란 언덕이나 사면에서 배풍을 받는다면 최소한 그 언덕 높이의 7 배 정도의 거리를 비행할 수 있다는 사실입니다. ㅡ러므로 빌딩과 나무에 의한 거스트는 해당 장애물의 뒤쪽으로 몇 백 m 까지 이어질만한 충분한 에너지를 갖고있으므로 비행자는 하찮은 장애물일지라도 착륙할때에는 조심해야 합니다.
공장 연기, 길다란 깃발, 나뭇잎, 흔들리는 잔디, 떠다니는 잡초나 민들레 씨앗등을 관찰하는 것은 와류를 ‘볼 수’ 있는 다양한 방법입니다. 그림 37 은 고요한 대기와 와류성 대기중의 굴뚝 연기의 모습을 보여줍니다.

컨 41

그림 37 굴뚝 연기의 운동으로 알 수 있는 와류의 존재

거의 언제나 행글라이딩이나 패러글라이딩에 관련되는 거스트의 규모는 대기안에서 느껴질수 있을 뿐더러 이륙장소에서 아무것도 느껴지지 않을때 조차도 대기중의 어떤 곳에서는 와류가 있는 것으로 생각해야 합니다. 예민한 풍속계는 대기의 동요를 관찰하는데 매우 유용한 장비이지만 2 초동안 시속 8 km (5 mph : mile per hour)의 풍속 변화가 행글라이딩에 위험을 주기에 충분한 강도를 지닌것으로 잘못 이해될 소지를 안고 있기도 합니다. 그러나 이 숨(거스트)의 강도는 실제풍속과 글라이더의 익면하중계수(翼面荷重係數), 그리고 비행속도에 의해 좌우되는 것입니다. 비행자 무게/익면적으로 나타내는 익면하중계수가 가벼울수록 글라이더는 풍향과 바람의 강도에 더욱 민감해 질 것이며 물체에 작용하는 바람의 강도는 풍속의 변화율에 비례하므로 글라이더는 풍속이 강할 수록 더 큰 응력(stress)을 받습니다. 그러므로 와류속에서 너무 빠른 속도로 비행하는 것은 위험합니다.
어떤 사람이 낮은 속도로 비행할 수록, 글라이더에 작용하는 힘은 작지만 느리게 비행하는 것 또한 위험합니다. 실속에 가깝게 비행하는 글라이더는 다른 방향으로부터 갑자기 불어오는 돌풍으로인해 쉽게 실속에 돌입할 수 있습니다. 와류성인 비행조건에서 비행하기에 가장 적합한 속도는 위에서 말한 비행속도와 최대활공속도(最大滑空速度) 사이일 것입니다. 침하지역에서 형성된 강한 와류와 조우(遭遇)했을때 그곳으로부터 빨리 벗어나려는 유혹을 피해야 합니다. 종종 순간적인 요란은 급작스러운 상승풍과 같이 느껴지기도 합니다. 이러한 거짓 상승풍은 곧 그 진실된 면모를 보이므로 만약 비행자가 상승 고도를 얻으려 감속을 한다면 그는 꼬리 맴돌기(spin)를 당하거나 대부분 불안전한 자세로 떨어질 수도 있습니다. 비행을 최대로 효율적으로 하기 위해서는 많은 주의력이 요구됩니다.
문제가 될만한 충분한 강도의 거스트를 판단하는 기준은 그것이 글라이더를 자유낙하 속도보다 빠른 속도로 낙하시킬수 있는가하는 점입니다. 이러한 격렬함이 지속되는 와류는 글라이더의 조종성을 잃게 하는 원인이 됩니다. 게다가 갑작스런 대기의 상승은 G 하중(重力 荷重)을 발생시켜 글라이더의 구조에 손상을 가할 수도 있습니다. 저자(著者)는 몇 년전에 성남 불곡산에서 시속 약 40 km 의 강풍에서 홑겹 행글라이더로 비행을 시도한 일이 있습니다. 이륙하자마자 글라이더는 상승을 시작했으며 전진력이 작아 앞으로 나아가질 못하고 제자리 비행만 하거나 뒤로 조금씩 밀려 나가는 형세가 되자, 저자는 고도를 낮추고 전진을 해야 겠다는 생각으로 조종대를 급히 당겼습니다. 그러나 글라이더가 앞으로 나아가기는 커녕, 숙여진 코판에 강한 바람이 빗대어 불게 되었으므로 글라이더는 자유낙하 속도보다 빠른 속도로 하강을 시작하였습니다. 그 때는 기체와 비행자의 신체에 - 2 G 의 중력하중이 작용하면 안구의 모세혈관 혈액이 빠져나가 앞이 전혀 보이지 않는 Black Eye 현상을 모를 때였습니다. 저자가 앞이 컴컴해지면서 정신이 혼미해질때 조종대를 다시 밀지 않았더라면 지금 이 글을 쓰지 못했을 수도 있었습니다. 글라이더가 다시 상승을 시작하자 혼미해졌던 의식과 시력이 돌아와 천신만고 끝에 착륙했던 기억이 씁쓸하게 되씹히곤 합니다.

지면 경도풍(地面 傾倒風)
앞 절에서 여러분들은 지표 마찰층내에서 발생되는 난류의 여러가지 모습들에 대해서 공부하였습니다. 지표 마찰층에서 나타나는 또 다른 바람의 특성은 지면 경도풍 현상입니다. 지면 경도풍현상이란 지표 부근에서 풍속의 수직분포가 고도가 낮아짐에 따라 급하게 감소하는 현상을 말합니다. 다시말하면, 지표면 가까운곳에서는 마찰력으로 인하여 풍속이 매우 낮은 지표면 경계층이 형성되고 이 경계층으로부터 고도가 높아질 수록 마찰이 없는 자유대기에 가까오므로 풍속이 급격히 증가하게 되는 현상입니다. 이를 그래프로 나타내면 그림 38 과 같습니다. 그래프의 수직축은 지표로부터의 고도를 나타내며 수평축은 풍속을 나타냅니다. 그림에서 고도 6 m 이내에서는 고도가 증가함에 따라 풍속의 변화가 그리 심하지 않다가 6 m 를 넘어서면서 풍속이 급격하게 증가하고 있음을 알 수 있습니다.

컨 27 참조 그릴것.
그림 38 지면 경도 현상

지면 경도풍 현상은 지면 가까이에 기온 역전 현상이 나타날때 잘 발생합니다. 지면고도의 역전층은 복사열이 심한 여름날 매우 무덥고 안정한 대기상태에서 자주 발생합니다. 대류작용과 와류운동은 상하층의 대기를 혼합하여 안정상태를 깨뜨리므로 경도풍현상이 형성되는 것을 방해하지만 지면에서 6 m 이하의 고도는 이러한 영향을 받지 않습니다. 지면이 태양 복사열을 강하게 받아 불안정한 상황에서, 지면고도의 대기는 비교적 넓은 지역에 걸쳐 따뜻한 공기층을 형성하여 마치 안정한 상황에서의 역전층과 비슷한 효과를 가져옵니다. 이러한 따뜻한 공기층은 공기가 그 위층에서 운동하고 있음에도 불구하고 표면장력(表面張力)을 갖게되어, 비교적 오랜 시간동안 존속되기도 합니다.
급격한 지면 경도풍현상은 기체가 정풍을 안고 착륙을 할때, 문제를 야기시킵니다. 그림 39 에서 보는 바와 같이 30 km/h 의 정풍을 향해 40 km/h 의 상대 속도로 비행하는 사람은 10 km/h 의 지면 속도를 얻습니다. 그러나 비행자는 하강할때 풍속이 점차로 낮아지는 상태로 비행을 하게되므로 실속이 발생될 수 있습니다. 그의 예상 비행 경로(A)는 (B)와 같이 더욱 가파르게 될 것입니다. 실속으로부터 회복하려면 많은 고도를 필요로하므로 낮은 풍속안에서는 속도를 얻기위해 받음각을 낮추어야 합니다. 따라서 착륙지에 지면 경도풍 현상이 예상될 때에는 착륙진입시 적당한 속도를 유지해야 합니다. 지면효과가 충분할때 속도를 내어 着地 직전에 순간감속 하는 것이 가장 최선의 방법일 것입니다.

컨 43
그림 39 지면 경도풍으로 인한 실속 효과

지면 경도풍의 극단적인 예는 풍영지역(風影地域)이라 불리우는 경우입니다. 이러한 현상은 일렬로 늘어선 나무들과 같이 어떤 물체가 매우 짧은 거리안에서 풍속을 급격하게 감소시키는 지형에서 발생합니다. 그림 40 에서 본래의 비행 경로 (A)는 풍영현상으로 인해 매우 짧아졌으며 갑작스러운 실속으로 인해 새로운 경로 (B)로 바뀌었습니다. 착륙장소는 가능한 이러한 곳을 피해야 하겠지만 어쩔수 없는 경우는 정풍 착륙이 아닌 측풍착륙을 시도하는 것이 좋습니다. 이런 착륙 방법은 측풍을 판단하는 법을 알아야 하지만 15 m 정도의 고도에서 실속하여 떨어지는 것보다는 훨씬 쉽고 안전할 것입니다.

컨 44
그림 40 풍영지역에서의 실속
그림 41 은 일군의 나무들 뒤쪽의 지면 경도풍 분포를 나타내고 있습니다. 나뭇잎이 무성한 부분은 풍속이 일정한 한, 밑둥 부분보다 풍속의 감소가 훨씬 심합니다. 나뭇잎이 없을 때와 무성할때의 지면 경도풍 분포를 비교해보면 여러분은 지면 경도현상이 그림 41 과 같은 상황이나 지면 근처 몇 미터의 고도에서 자주 발생하며, 장애물 자체의 성질에 크게 영향받는 사실을 알 수 있을 것입니다. 그러한 상황은 지면의 강한 가열 작용이 경도풍 현상을 더욱 강화하는 것에 부가(附加)되어로써 더욱 심한 경도 현상을 나타낼 것입니다.

컨 45
그림 41 숲과 지면 경도풍 현상


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