대기과학실험 | 구름 및 안개 생성

 

 

 

TIP

 

 

본 실험에서는 여러 조건에서 단열팽창을 관찰함으로써 구름과 안개의 생성 원리를 알고자 한다. 그리고 단열팽창을 하면서 온도가 어떻게 변하는지도 알아본다.

 

 

 

병합설(온난 구름), 빙정설(한랭 구름)

병합설은 비교적 온난한 구름에선 구름을 형성하는 입자 간의 충돌이 강수를 일으키는 데 중요한 역할을 한다고 설명하는 이론이다. 이 이론은 열대 지방에서 내리는 비(따뜻한 비)를 설명한다. 이러한 비가 내릴 조건은 구름 내 온도가 0℃ 이상으로 물방울만 존재하는 것이다. 빗방울이 형성되려면 충분히 많은 충돌이 있어야 하는데 이를 위해선 일부 물방울들이 다른 것보다 크기가 커야 한다.

 

상대적으로 큰 물방울은 응결핵을 주위로 형성되거나 조그만 물방울들의 충돌로 인해 형성될 수 있다. 또한 열대지방에서 잘 생기는 온난운에 있는 물방울이 온난운 내의 강한 상승기류에 붙잡힌 경우를 생각해 볼 수 있다. 이 경우 방울이 상승하면서 작은 방울들과 충돌해 점점 커지고 상승기류의 힘보다 이 방울에 작용하는 중력이 더 커져 서서히 낙하하기 시작한다.

 

비교적 큰 물방울이 낙하하면서 더 많은 작은 방울들과 충돌해 커지고(큰 방울들은 작은 방울보다 더 빠른 속도로 낙하하는데 낙하 과정에서 작은 방울들과 충돌하기도 한다.) 구름 밑까지 내려올 때쯤 굵은 빗방울이 된다. 이와 같이 충돌을 통해 구름방울들이 합쳐지는 것을 병합이라고 한다.

 

 

빙정설은 온대나 한대 지방에서 내리는 비(찬 비)나 눈을 설명하는 이론이다. 우리나라에 내리는 비나 눈이 이러한 과정을 통해 내린다. 이 이론에서 비나 눈이 내리기 위한 구름의 조건은 구름 내 온도가 0℃ 이하로 물방울, 과냉각 물방울, 빙정이 함께 존재해야 한다. 옆의 그림을 보면 위 부분은 빙정만 존재하고 중간 부분엔 과냉각 물방울(0℃이하의 물방울들)과 빙정이 함께 존재한다.

 

밑부분엔 물방울만 존재한다. -40~0℃ 구간에서 빙정과 과냉각 물방울의 포화 수증기압이 다르므로(과냉각 물빙정 주변은 과포화이고 과냉각 물방울 주변은 불포화 상태가 된다. 그래서 과냉각 물방울에서는 증발이 일어나고(불포화 상태이므로) 빙정에선 주변의 과포화 상태인 수증기들의 승화(수증기→얼음)가 일어난다. 승화에 의해 빙정이 커져서 무거워지고 커진 빙정이 그대로 떨어지면 눈이 되고 떨어지다가 녹으면 비(찬 비)가 되는 것이다.

 

 

 

[대기과학실험]구름 및 안개 생성 레포트