1. 개요
Wind Shear
갑작스럽게 바람의 방향이나 세기가 바뀌는 난기류의 일종이다. 2020년 9월 29일자로 기상법 시행령 개정에 따라 용어 "윈드시어"가 "급변풍"으로 변경되었다.# 용어가 확정되기 전에는 '풍속 수직 비틀림', '순간돌풍', '전단풍' 등으로 불리기도 했다.
2. 원인
강한 상승기류 혹은 하강기류가 생길때 나타나는 기상현상이다. 길게 발달한 전선이 이동할 때나, 강하게 발달한 저기압의 중심에서나, 적란운이 심한 곳 등이 있지만, 그 외에도 맑은 하늘에서도 CAT경우나 흔한 바닷바람이나 산바람 등 원인은 매우 다양하다. 특히 상승기류보다 강한 하강기류(다운버스트, 또는 마이크로버스트)의 경우에는 거의 예외가 없을 정도로 급변풍이 발생하게 된다. #비를 동반한 강력한 마이크로버스트가 지표를 강타하는 영상 특히 지표와 가까울수록 공기가 지표에 마찰의 영향을 받기 때문에 급변풍이 쉽게 일어나게 된다.3. 급변풍으로 인해 발생하는 문제들
바람이 예상하지 못한 방향으로 예상하지 못한 세기가 바뀌는 현상이기에, 바람을 타고 있을 때 발생하게 되면, 대응하기가 힘든 문제점이 생긴다.3.1. 글라이딩이나 낙하산 등
군대에서 낙하훈련 중 생기게 되거나, 글라이딩을 즐기는 도중 갑자기 급변풍이 발생하게 되면, 순간적으로 균형을 잃고 조정불능에 빠질 확률이 매우 높다. 다행히 급변풍이 금세 사라지거나 대응을 잘해 조정을 잘 했다고 하더라도, 원하는 착륙지점에서는 벗어났을 가능성이 매우 높다.3.2. 비행기
급변풍이 어떻게 비행기를 추락시키는지에 대한 영상.[2]
가장 중요한 문제는 비행기가 추락할 수 있다는 점이다.
비행기가 가장 위험한 순간은 이륙 시와 착륙 시다. 이륙 혹은 착륙 시에 갑자기 생긴 급변풍은 매우 위험하다. 이로 인해 비행기가 이륙을 하지 못하거나 착륙을 하지 못한 경우에는 큰 사고로 이어질 가능성이 높다.
| 윈드시어 → 마이크로 버스트 발생 시 나타나는 일 | |||
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| 단계 | IAS[3] | GS[4] | 파일럿의 판단 |
| ① | 정상 속도 | 정상 속도 | 아무런 조치도 취하지 않음(정상 비행중) |
| ② | 크게 증가 | 이전과 동일 | 맞바람이 강해져 IAS가 크게 증가하고 밑에서 부는 바람으로 비행기가 얻는 양력이 크게 증가해 위로 올라가려 한다. → 비행기 추력 감소 시킴[5] |
| ③ | 크게 감소 | 느린 속도 | 맞바람과 밑에서 부는 바람이 없어지고, 위에서 아래로 부는 마이크로 버스트가 비행기를 바닥으로 밀어낸다. → 비행기 추력 최대로 설정 |
| ④ | 느린 속도 | 정상 속도 | 심각히 위험한 상황. 바람이 뒤에서 불기에 추력을 아무리 높여도 IAS는 늘지 않고[6] 비행기는 실속 상태가 되어 추락한다. → 대처 불능 & 고도 급락(추락) |
해당 비행기는 전일본공수 소속 보잉 787 드림라이너로, 2018년 태풍 21호의 영향으로 거친 윈드시어를 뚫고 착륙하려 했으나 실패하고 하네다 공항으로 회항하는 장면이다. 순간적으로 급강하하는 것에 주목하자. 이 날 이 비행기 말고 영국항공의 BA276편도 하네다로 회항했다. |
이착륙 중 급변풍으로 인한 사고는 무수히 많다. 팬암 759편 추락 사고, 델타항공 191편 추락 사고, 2009년 페덱스 익스프레스 80편 착륙 사고, 2011년 나리타 공항에서 대한항공의 A380이 활주로에서 엔진이 긁힌 사고, 2018년 아에로멕시코 커넥트 2431편 활주로 이탈 사고 등이 모두 급변풍 때문이다. 보통 비행기를 추락시킬 정도의 윈드시어는 뇌우 등에 동반되는 다운버스트에서나 볼 수 있고 대부분은 비행기를 활주로에서 벗어나게 하는 정도에 그치기 때문에[7] 흔히 있는 일은 아니다. 보통 뇌우가 다가오면 뇌우경보나 윈드시어 경보 등이 나가기 때문에 비행기는 착륙을 할 수 없기 때문. 실제로 윈드시어가 발생했을 경우 가장 확실한 대처는 조종사의 기량으로 착륙에 성공시키거나 고 어라운드 시키는게 아니라 아예 예비공항으로 가게 하는 등 착륙을 못하게 하는게 일반적이다. 그렇지 못했을 경우에는 조종사의 경험이 중요한데, 기류가 변한다고 해서 거기에 맞춰 임기응변해서 추력을 변화시키기보다는 고도와 속도를 최대한 유지하며 길게 활주하는 것이 좋다. 하지만 고도가 갑자기 변하면 그러지 말아야 하는걸 알면서도 본능적으로 대처하기 때문에 말처럼 쉽지는 않다.
또한 급격한 난기류는 항공기의 구조물에 무리를 줄 수 있다. 순간적인 난기류로 주날개의 양력이 급 증가/감소하여 마치 급기동이라도 한 것 마냥 항공기에 힘을 줄 수 있기 때문이다. 그래서 실제로는 급기동을 할 일 없는 중, 대형 여객기도 단순히 이착륙 시나 순항 시에 받는 하중보다 더 큰, 일정 수준 이상의 추가적인 구조여유를 두고 설계하도록 관련 규정 등이 마련되어 있다.[8]
전투기나 폭격기는 필요에 따라 고도 500m 이하로 초저고도로 날기도 하는데, 이때도 난기류가 많은 영향을 준다. 저고도는 난기류가 더 자주 발생하기 때문이다. 저고도 비행시 추락 위험도 위험이지만 난기류로 인하여 진동이 심해지는데, 이 계속되는 진동은 조종사가 버티기 힘든 것은 물론이고 조준장치를 비롯한 각종 센서나 전자장비에도 영향을 준다. 과거 가변익 전투기들이나 폭격기들이 저고도 침투 시 주날개를 최대한 접어들인 것은 고속비행을 위해 항력을 줄이는 목적도 있지만 난기류에 의한 진동을 줄이기 위함도 있는데, 후퇴각이 클 수록 받음각 변동에 따른 양력변동률이 작아지면서 양력변동에 따른 진동이 줄어들고 결과적으로 난기류에 영향을 덜 받기 때문이다. B-1 폭격기는 이것으로도 난기류에 의한 진동 억제가 부족하다 여겨 기수 앞부분에 작은 조종날개(vane)를 추가로 달았는데, 비행시 진동이 감지되면 이 날개가 자동으로 움직여 진동을 상쇄한다.
현재는 과거에 비하면 전투기가 저고도 침투하는 경우가 많이 줄었지만 그렇다고 아예 안 하는 것도 아닌데, 보통 발전된 플라이 바이 와이어 시스템이 어느 정도 진동에 맞춰 꼬리날개들을 미세하게 움직여 진동을 상쇄한다.
급변풍을 뚫고 스키폴 국제공항에 착륙하는 KLM 네덜란드 항공의 B777
급변풍은 우주왕복선을 폭발시킨 원인 중 하나가 되기도 하였다. STS-51-L로 발사된 챌린저는 애초에 오른쪽 고체보조추진로켓에 중대한 O링[9]결함이 있는 채로 발사되었다. 그리고 상공의 급변풍이 그나마 로켓 내부에서 연료 누출을 막아주던 알루미늄 슬래그들을 제거해 버리면서, 챌린저는 발사 73초 후 폭발, 탑승한 우주비행사 7명 전원이 사망하게 된다.
4. 장점
급변풍은 공기를 휘저어서 열대성 저기압이 견고한 태풍의 눈을 갖추는 것을 저지, 이들이 급격하게 세력을 키우는 것을 막는 역할을 하기도 한다. 반대로 열대 지방의 바다 위에 급변풍이 거의 없고 평온할 때에는 태풍이 끌어올린 열기가 태풍의 눈을 통해 무난하게 상층 대기로 빠져나감으로써 더 많은 열기를 바다로부터 추가적으로 끌어올리고, 결과적으로 태풍이 걷잡을 수 없이 강해지게 된다.(이는 엄밀히 말하면 상하층 연직 시어에 가깝다) 급변풍이 없는 안정한 대기를 순압대기라고도 말한다.5. 동음이의어
- 윈드시어(던전앤파이터 모바일)
- 윈드시어(엘더스크롤 시리즈)
- 드래곤 길들이기 시리즈의 드래곤: 헤더 문서 참고.
[1] 마이크로버스트가 미사강변도시를 강타하는 모습이다.[2] 모델은 보잉 727-225이다. 해당 움짤은 NHK 다큐멘터리 '海・知れれざる世界'에 나온 '이스턴 항공 66편 추락사고'를 재현한 장면이다. 급변풍중에서도 최악이라고 하는 마이크로버스트에 휘말려든 상황이다. 이 사고로 당시 뉴욕 네츠(현 브루클린 네츠)에 속한 웬델 래드너가 세상을 떠났다.[3] In Air Speed. 대기와의 상대 속도, 비행기의 양력 등에 영향을 준다[4] Ground Speed. 지상 속도, 실제 비행기의 이동 속도이다.[5] 보통 이 단계에서 항공기가 기상레이더를 이용하여 자체적으로 윈드시어 경보를 울리며, 관제사 역시 윈드시어를 경고(Windshear Alart), 재상승(Go-Around)을 지시한다.[6] 게다가 TO/GA 출력까지 올라가는데 적어도 4초, 보통 7초 이상은 걸리기에 시간이 부족하다.[7] 이것도 대형사고기는 하다.[8] 그래서 항공기는 속도에 따라(V) 버틸 수 있는 중력가속도로 G로 표현된 하중(n)이 표시된 그래프가 있는데 이를 V-n 그래프라 한다.[9] 원래는 이것이 팽창하며 연료 누출을 막아주지만, 영하의 날씨에 얼어버렸다.