난기류는 왜 발생하는 것인가?

안녕하세요 Eric입니다. 이번에 알아볼 항공기 관한 상식은 난기류에 대한 내용입니다. 비행은 이륙, 상승, 순항, 강하, 착륙 등 여러가지 단계를 거치게 되어 있습니다. 이 중에서 우리가 가장 많은 시간을 보내는 단계가 바로 순항입니다. 순항 중에 간혹 난기류를 경험하신 분들이 있으실 것입니다. 도대체 이 높은 고도에서 무슨 이유로 난기류가 발생하는지 궁금하시지 않으신가요? (제발...) 오늘은 순항 중에 난기류는 왜 발생하고 또 그 위험성에 대해 알아보려고 합니다.

비행기 강하

1. 난기류란?

우선 난기류란 무엇인지 알아 보겠습니다. 공기의 흐름을 기류라고 하는데 기류는 크게 두 가지 종류로 층류와 난기류가 있습니다. 난기류는 줄여서 난류라고도 하고 영어로는 Turbulence라 합니다. 층류는 공기 분자들이 모두 같은 속도 그리고 일정한 방향으로 고르게 흐르는 규칙적인 흐름을 말합니다. 난류는 층류와 달리 불규칙적인 흐름을 말합니다. 서로 접하고 있던 공기분자들이 어느 근방에 속도 또는 방향 차이가 생겨 일정하던 공기흐름에 크고 작은 소용돌이가 발생하면서 불규칙적인 흐름이 형성됩니다.

층류와 난류

비행기가 난류 속을 비행하면 이러한 소용돌이의 영향으로 흔들리게 되는데 소용돌이가 강할수록 더 많이 흔들립니다. 순항 중에 주로 접하게되는 난류는윈드 세어(Windshear) 즉 전단풍으로 발생하는 합니다. Shear는 흐름이 있는 물질이 각 층마다 다른 속도를 가진 현상으로 보통 Shear가 클수록 더 강한 소용돌이가 발생합니다. 윈드세어는 고도와 관계없이 작은 지역에서 풍양 또는 풍속이 급격하게 변하는 현상을 윈드세어라 정의합니다.

Windshear

그런데 높은 고도에서 풍향,풍속 이렇게 급변하는 이유가 뭘까요? 바로 제트기류 때문입니다. 제트기류는 고고도에서 발생하는 편서풍으로 좁지만 매우 빠른 기류입니다. 우리나라 근처에는 주로 두 개의 제트기류가 형성 됩니다. 남쪽으로 가게 되면 제트기류를 한번 또는 2번 통과하게 되고 또한 동쪽이나 서쪽으로 가는 경우 이 제트기류의 영향권에 있기 때문에 비교적 난류를 만날 확률이 높다고 할 수 있습니다. 제트기류는 수분이 없기 때문에 눈에 보이지 않고 투명합니다. 그래서 이러한 제트기로 생성되는 난류를 Clear Air Turbulence(청정 난류) 줄여서 CAT라고 부릅니다.

Clear Air Turbulence

2. 난기류 미리 관측이 불가능한가?

비행기에는 최첨단장비 기상 레이더 있지만 이 CAT를 피할 수가 없습니다. 현재 비행기에 달려있는 관측 장비로는 CAT를 찾아 낼 수 없습니다. 비행기의 기상 레이더는 수분을 탐지하는 것으로 수분의 양과 움직임을 통해 강우의 세기나 윈드세어를 탐지하는 방식입니다. 크게 성장한 적란운은 순항고도까지 도달해 난류를 생성하기도 합니다. 하지만 적란운은 수분을 잔뜩 머금고 있는 구름이가 때문에 육안으로 확인이 가능하고 기상 레이더로 탐지가 가능해 이런 난류는 조종사가 미리 예측하고 피해갈 수 있습니다.

기상 레이더 탐지

하지만 CAT 경우 육안으로 보이지 않고 레이더로 탐지가 불가능하기 때문에 미리 피해갈 수 없는 것입니다. 물론 대략적으로 제트기류 위치 고도 등이 그려진 기상차트, 그리고 shear rate 등을 고려하여 항로를 설정하긴 하지만 이런 것은 예보에 성격이 강하고 많이 흔들릴 것이라는 예보와 달리 실제로 별로 안 흔들린 경우도 있고 그 반대의 경우도 있기 때문에 100% 신용할 수 없습니다.

제트기류 통과

따라서 이미 CAT를 만나고 나서 조종사가 조치하는 것이 일반적입니다. 난류를 만나면 우선 조종사는 좌석벨트 사인을 주게 되는데 웬만하면 이동을 삼가하시고 좌석벨트를 메시라는 의미입니다. 그리고 이어서 나오는 기내방송을 잘 따라 주시면 되겠습니다.

좌석벨트 사인등

3. 난기류의 세기

좌석벨트 사인을 주고 나서 조종사는 안전을 위해 감속하고 관제사에게 고도 변경을 요청합니다. 하지만 고도 변경의 경우 관제사가 고도 요청을 거절할 수 있기 때문에 항상 가능한 것은 아닙니다. 이러한 경우에는 난류를 통보할 때까지 참을 수밖에 없습니다. 난류의 세기는 Light, Moderate, Severe, Extreme으로 나눕니다. 기준에 수학적인 수치는 없습니다만 보통 처음 좌석벨트 사인이 나가는 수준은 라이트(Light) 정도이고 기내식 서비스가 중지되는 정도가 머더레이트(moderate) 정도입니다. 머더레이트(moderate)는 걷기 불편하지만 이동이 가능하고 고정 되지 않은 물건이 떨어지는 정도로 직접 느끼기에는 다소 무섭다고 느껴질 수 있습니다.

난기류 세기

하지만 비행기 자체는 상당히 안정된 상태라 걱정하지 않으셔도 됩니다. 비행기가 순간적으로 불안정해 지지만 곧바로 다시 회복할 수 있는 상태이고 이보다 더 심하게 흔들려 통제가 불가능한 경우가 익스트림(Extreme)입니다. 가장 많이 걱정하는 것이 난류로 인한 추락입니다. 결론부터 말씀드리자면 오히려 순항고도처럼 높은 곳에서 난류로 인한 급강하가 일어나도 회복할 수 있는 여유고도가 있기 때문에 난류가 없는 낮은 고도보다 훨씬 안전합니다. 또한 비행기는 생각보다 매우 튼튼하게 때문에 기체손상은 익스트림을 제외하고는 일어나지 않습니다. 또한 설사 기체 손상이 발생하더라도 이것은 경미한 손상으로 추락까지 이어질 확률은 굉장히 났습니다. 그러면 추락할 가능성은 있긴 하다고 생각하실 수 있는데 맞습니다. 가능성이 언제든지 있습니다. 하지만 당장 난류의 세기가 Severe만 놓고 보더라도 상당히 극소수인데 여기에 그보다 더한 익스트림을 만나서 거기에 추락까지 한다 이것은 10억분의 일과 같이 터무니없는 확률이지만 0이 아니기 때문에 가능성이 있다라고 말할 뿐이고 사실상 순항 중에 난류로 추락하는 일은 없다고 보는 것이 맞습니다. 다만 순항 중이 아닌 이륙과 착륙이 이루어지는 저고도에서는 추락의 가능성이 난류일 때보다 훨씬 높고 실제로 사고가 다수 있었습니다. 이를 방지하기 위한 시스템들이 있고 절차도 있지만 이것은 차후에 다루도록 하겠습니다. 사실 가장 염려해야 될 것은 추락이 아니라 부상입니다.

난기류로 인한 부상

미리 알아본 바와 같이 CAT는 탐지가 불가능하기 때문에 급작스럽게 만나는 경우가 상당히 많습니다. 기습적인 난류로 모더레이트 혹은 라이트인데도 불구하고 부상당하는 경우가 꽤 있기 때문에 안내방송과 같이 좌석에 앉아 있을 때는 반드시 좌석 벨트를 착용해 부상을 예방하는 것이 좋습니다.

안전순항