[Review] 기상 예측 교과서 (후루카와 다케히코, 오키 하야토 共著, 보누스)

기상 예측 교과서 - 위성사진과 일기도로 날씨를 예측하는 폭우.태풍.폭염 기후 변화 메커니즘 해설 ㅣ 지적생활자를 위한 교과서 시리즈
후루카와 다케히코 & 오키 하야토 지음, 신찬 옮김 / 보누스 / 2020년 9월

최근에는 기상과 관련한 각종 정보들이 기상청 홈페이지에 공개되어 있기도 하고 ( https://vmap.kma.go.kr/vpm_mobile/m_visual_map_kr.html ) 스마트폰에 설치된 앱을 통해서도 기온, 날씨, 미세먼지 등 각종 정보를 쉽게 확인할 수도 있습니다. 

하지만 많은 사람들이 구름과 바람, 눈과 비가 왜 발생하는지, 또한 기압차는 왜 생기고 태풍은 왜 우리를 괴롭히는지에 대해서는 잘 모릅니다. 또한 슈퍼컴퓨터를 도입하고 인공위성을 띄웠다는데 일기예보는 왜 안 맞는지에 대해서도 잘 모릅니다. (예전의 기상예보를 생각해보면 일 단위, 도 단위의 넓은 시간별, 지역별 범위의 기상 예측을 했었지만, 지금은 그 보다 훨씬 좁은 범위에 대한 기상 예측을 하고 있습니다.)  이런 것들을 몰라도 세상을 살아가는데 큰 지장은 없지만 그래도 궁금한 것은 어쩔 수 없습니다. 

“기상 예측 교과서 (후루카와 다케히코, 오키 하야토 共著, 신찬 譯, 보누스)”를 읽었습니다. 이 책은 구름, 비와 눈, 기온, 바람, 기압 및 전선, 태풍 등 기상 현상에 대한 것과 일기 예보의 원리에 대한 이야기를 우리에게 알려주는 책입니다. 이렇게만 이야기하면 많은 분들이 이 책이 매우 어려울 것이라 생각할 수 있습니다만 그렇지 않습니다. 이 책에서 각 기상현상에 대한 원리를 쉽게 설명하고 그것을 그림으로도 도식화하여 보여줌으로써 독자들의 이해를 도와주고 있습니다.

이 책에 나온 흥미로운 이야기를 소개드리고자 합니다.

‘구름은 기체일까요?’

정답은 ‘아니요, 액체나 고체’입니다.

이게 무슨 소리냐고 하겠지만 사실입니다. 모든 구름은 아주 미세한 물방울이나 얼음 알갱이로 이루어져 있습니다. 그래서 구름을 이루고 있는 물방울이나 얼음 알갱이들은 지구의 중력으로 인해 당연히 아래로 떨어지게 됩니다. 하지만 워낙 작게 쪼개져 있는 입자이기 때문에 공기 저항이 커져 중력과 균형을 이루기 때문에 (가속도가 아닌) 일정한 하강 속도를 유지하게 됩니다. 이것을 종단 속도라고 합니다. (만약 종단속도가 적용되지 않는다면 상공 1000미터에서 낙하한 빗방울의 속도는 초속 140미터라고 합니다. 이 속도로 떨어지는 빗방울에 맞았다간….)

즉 일정한 하강 속도를 유지하고 있기 때문에 약간의 상승 기류 (1cm/s)로도 구름은 충분히 떠있을 수 있는 것입니다. 

‘구름은 쉽사리 비가 되지 않습니다.’

비 입자는 일반적으로 구름을 구성하고 있는 물방울이나 얼음 알갱이 크기의 100~2000배 정도 큽니다. 그러면 부피는 부려 100만~80억배라는 이야기인데요 그 말은 구름입자가 100만~80억개가 뭉쳐야 빗방울이 된다는 이야기입니다. 보통 10억개의 구름입자가 빗방울이 될 정도로 모이려면 약 2주 정도 걸린다고 하는데 구름의 수명은 보통 몇 시간 정도이니까 순수한 물방울과 얼음 알갱이로 구성된 구름에서 비가 내리는 것은 불가능합니다. 

하지만 실제로는 비가 내리는 것을 우리는 경험해 왔습니다. 여기에는 ‘독점 성장’이라는 개념이 등장하는데 구름은 순수한 물방울과 얼음 알갱이만 있는 것이 아니라 미세한 소금 알갱이 (NaCl)을 비롯한 응결핵들이 존재합니다. 이러한 응결핵을 포함한 물방울들은 증발이 잘 일어나지 않고 응결은 쉽게 진행이 되어 그렇지 못한 물방울에 비해 쉽게 성장할 수 있습니다. 

“일기예보는 기상 관측, 객관 분석, 수치 예보, 일기 번역의 과정을 거친 결과물이다.”

가장 먼저 기상을 관측해야 하는데 여기에는 여러가지 수단이 동원됩니다. 가장 먼저 대기권밖에서 관측을 담당하는 기상 위성을 들 수가 있습니다. (우리나라는 현재 천리안 1호, 2A호, 2B호 등 3대의 기상 위성을 운영하고 있습니다. 책에는 우리나라 기상 위성은 안나오네요.) 그리고 관측소, 기구 등을 이용하여 각종 기상 정보를 수집하여 데이터화합니다.

이렇게 수집한 관측 데이터를 정리하여 시뮬레이션할 수 있는 초기 데이터로 변환하는 과정을 ‘객관 분석’이라고 합니다. 이를 바탕으로 대기 상태를 재현하고 물리 법칙 하에서 시뮬레이션 하는 과정을 수치예보이라고 합니다. 이때 엄청난 연산량이 필요한데 그렇기에 슈퍼컴퓨터가 가장 많이 활용되는 분야 중 하나가 바로 일기 예보입니다.  (우리나라 기상청도 무려 5대의 슈퍼컴퓨터를 활용하고 있다고 합니다.) 

하지만 이러한 슈퍼컴퓨터의 시뮬레이션 결과만으로는 절대 일기 예보를 할 수 없다고 합니다. 시뮬레이션 결과로 도출된 수치 예보는 실제 지형과의 차이도 있을 수 있고, 무엇보다 특정 지점에 대한 예보가 아니기 때문입니다. 그래서 이것을 일정한 처리를 거쳐서 사람들이 이용할 수 있는 자료로 변환하는데 이 과정을 ‘일기 번역’이라고 합니다. 이 일기 번역 과정을 거쳐야 비로소 일기 예보가 가능하다고 합니다.

최근 지구온난화로 인한 기상 이변이 잦아지고 있습니다. 2020년인 올해에도 장마 기간이 매우 길었으며, 강력한 태풍들이 예년과는 다르게 한반도를 통과하고 있습니다. 왜 이런 일이 일어나게 되는지, 기상 현상의 원리와 구조, 즉 기본 메커니즘이 궁금한 분들에게 이 책을 추천드리고 싶습니다.  

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※ 본 서평은 출판사로부터 도서를 제공받아 작성하였습니다.