안개는 교통에 많은 지장을 초래하나 인간의 건강에 어떤 영향을 주는가는 기관지염 외에 잘 알려져 있지 않다. 그러나 안개와 연기의 혼합물인 스모그는 인간의 건강에 치명적인 영향을 미친다.
안개는 접지층(지면부근의 공기층)에서 수증기가 응결해 공기중에 부유하는 미세한 작은 물방울이다. 쾰러에 의하면 안개의 입자 크기는 5~70㎛로 평균 17.6㎛가 된다. 이 작은 물방울에서는 가시광선의 모든 파장이 동일하게 산란된다. 따라서 일반적으로 안개는 흰색이나 연기 또는 먼지와 혼합된 경우 혼탁한 황색이나 회색으로 보인다(이러한 안개를 검은 안개라고도 부른다).
안개는 지면부근의 구름으로 간주할 수 있다. 산지의 측후소에서는 안개와 구름을 구분하기 불가능하다. 이러한 안개가 낄 때에는 지면부근에서 수평시정이 매우 나빠진다. 기상학에서 안개는 수평시정이 1㎞ 이하일 때를 말하고, 수평시정이 1㎞ 이상일 때는 박무(薄霧)라고 한다. 0℃ 이하에서 안개는 매우 낮은 온도(-40℃)까지 과냉각된 물방울로 이루어진다. 안개는 물론 예외적으로 얼음결정으로도 이루어질 수 있다(얼음안개).
안개생성의 세가지 물리학적 과정
안개는 응결핵(수분을 끌어 당기는 흡습성의 연소핵, 해염핵, 먼지핵)에서 수증기가 응결할 때에 형성되는데, 실제로 다음과 같은 세 가지 물리학적인 과정을 통해서 나타난다.
첫째 습윤한 공기가 노점까지 냉각될 때, 둘째 증발로 인해 공기중에 수증기의 양이 증가될 때, 셋째 온난습윤한 공기와 한냉한 공기가 혼합될 때.
개개의 경우에는 이들 과정이 함께 작용한다. 이러한 안개는 그 성인에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
■ 냉각안개- 이러한 안개의 유형으로는 복사무(輻射霧)와 이류무(移流霧)를 들수 있다. 복사무는 특히 가을에 바람이 불지 않는 고요한 날이나 바람이 약한 복사기압 배치시에 지면과 지면부근의 공기층이 야간에 강한 복사로 인해 노점 이하로 냉각될 때 나타난다. 복사무의 종류로는 지면부 계곡무 호흐네벨(Hochnebel) 산무 사변무가 있다.
지면무는 특히 습윤한 토양(목초지, 저습지)에서 증발과 그와 관련된 열손실로 인해 잘 형성된다. 계곡무는 계곡 또는 분지에서 야간에 복사로 인해 냉각·응결된 공기가 다른 곳으로 이동하지 못할때 형성된다. 호흐네벨(독일명칭으로 높은 안개를 의미함)은 기온 역전층 아래의 수증기를 많이 포함한 공기가 냉각될 때 형성된다. 이 호흐네벨은 겨울에 고기압지역에서 때때로 광범위하게 발달해 고도가 낮은 층운과 같이 보인다.
산맥의 주변에서 지형에 의해 공기가 강제 상승할 때 단열적으로 냉각되면, 어느 고도에서 응결현상이 나타나서 사면무 또는 산무가 형성된다. 이는 실제로 구름이나 등산하는 사람에게는 안개로 여겨진다. 사면무 또는 산무는 열대산지에서 규칙적으로 나타나기 때문에 마다가스카르나 킬리만자로와 같은 산지에 특징적인 습생(濕生)의 운무림(雲霧林)을 발달시킨다.
이류무는 온난습윤한 기단이 차가운 지면 위를 이동할 때 차가운 지면이 공기를 노심까지 냉각시켜서 형성된다. 이러한 안개의 종류로는 해무, 연안무, 그리고 상대적으로 온난습윤한 기단(주로 해양성기단)이 차가운 육지 위로 불어올 때 흔히 나타나는 겨울안개가 있다.
해무는 해상, 특히 난류와 한류의 경계지역에서 나타나는 안개다. 난류로부터 불어오는 따뜻한 공기가 차가운 해수면 위를 이동할 때 따뜻한 공기가 노점까지 냉각돼 해무가 형성 된다. 해무는 수평적인 기온차가 가장 큰 늦봄과 이른 여름에 빈번하게 나타난다. 해무가 잘 나타나는 지역의 예로는 맥시코 난류와 래브라도 한류가 만나는 뉴파운드랜드, 훗카이도(北海島)와 캄차카 반도사이의 오야시오와 쿠로시오가 만나는 지역이 있다.
해안무는 아열대와 열대해안(예 : 칠레 북부와 페루 전면의 훔볼트 한류, 남서아프리카 전면의 뱅겔라 한류, 캘리포니아 남부의 캘리포니아 한류)의 전면에 한류 또는 상승하는 냉수괴가 영향을 미치는 범위에서 나타난다. 해안무는 한류상에서 공기가 냉각될 때 나타나고, 또한 따뜻한 육지의 공기가 차가운 해수면 위를 이동할 때도 나타난다(예 : 봄에 발틱 해안).
증발무와 혼합무
■ 증발무 - 증발무는 기온이 변하지 않고 있는 상태에서 수면에서의 증발로 인해 공기층의 습도가 과포화상태에까지 상승할 때 형성된다. 증발무는 특히 매우 한냉한 공기가 따뜻한 수면 위를 지날 때 발생한다. 증발무의 종류로는 제라우흐(Seerauch·바다연기), 플루스라우흐(Fluβrauch·하천연기)가 있다.
제라우흐는 따뜻한 수면과 차가운 공기사이의 큰 노점경도로 인해 증발현상이 나타날 때 수면에 가까운 공기층이 과포화상태가 돼 매우 건조한 공기에서 바로 다시 증발되는 안개 입자를 형성하는 것을 말한다. 따라서 증기와 같은 형태로 연기가나는 수면의 인상을 받게 된다. 이러한 제라우흐는 차가운 육지상의 공기 또는 북극의 공기가 해양 위를 지나는 대륙의 해안 부근이나 북극의 유빙경계 부근에서 잘 나타나기 때문이다. 북극의 제라우흐에서는 얼음안개가 형성될 수 있다(예 : 노르웨이의 피요르드와 알래스카 해안에서의 얼음안개). 플루스라우흐는 제라우흐와 유사하게 형성되는 증발무다.
■ 혼합무 - 혼합무는 공기가 냉각되면서 동시에 수증기의 함량이 높아질 때, 특히 단열냉각과 관련된 온난습윤한 공기와 한냉한 공기의 난류혼합이 일어나는 전선부근에서 형성된다(전선무 또는 비안개). 접지층 부근에서 습도가 상승하는 것은 전선성 강우가 증발해 나타나기 때문이다.
특수한 유형의 혼합무로는 도시안개가 있다. 도시안개는 공기중에 포함된 많은 양의 연기입자가 고요한 날씨에 수증기의 응결을 촉진시킴으로써 나타난다. 도시안개는 런던과 같은 대도시에서 겨울철의 난방기간에 많은 양의 연료연소로 인한 배기가스로 인해 나타난다. 독일 루르공업지대와 같은 공업지역 또는 함부르크와 같은 공업시설이 많은 항구도시에서도 나타난다.
스모그에 대한 연구와 대책 긴요
수평시정을 1㎞ 이하로 감소시키는 안개는 교통에 많은 지장을 초래하나 순수한 안개 자체가 인간생활, 특히 건강에 어떤 영향을 주는가는 기관지염 외에 잘 알려져 있지 않다. 그러나 안개와 연기의 혼합물인 스모그는 인간의 건강에 치명적인 영향을 미친다. 스모그가 치명적인 영향을 미친 예로는 벨기에의 루티히부근 마스 계곡의 사건, 미국 피츠버그의 도노라에서 일어난 사건, 영국 런던에서 일어난 사건 등을 들 수 있다.
벨기에의 뤼티히부근 마스 계곡은 좁은 분지에 위치하며, 이곳에는 제철소 아연제철소 유리공장과 같은 시설이 있다. 그런데 이 지역에서 1930년 12월 바람이 없어서 공기가 소통되지 않은 5일간 짙은 먼지와 가스로 가득 찬 안개가 끼어서 63명이 사망하고, 수많은 환자가 발생했다.
미국 피츠버그 도노라 역시 산업시설이 있는 좁은 계곡으로 1948년 10월 무풍의 안개가 낀 날 19명이 사망하고 많은 환자가 발생 했다. 1952년 12월 영국 런던에서는 수일간 바람이 없는 상태에서 연기, 안개와 아황산가스가 짙게 혼합돼 약 4천명이 사망하고, 대체로 기관지염과 폐렴에 걸린 많은 환자가 발생 했다.
이러한 일련의 안개와 연기가 혼합된 스모그 현상을 일으키는 첫번째 조건은 수일간 지속적으로 공기의 이동이 매우 적어야 한다. 이러한 조건은 지면에서 수백 m밖에 되지 않는 곳에서 나타나는 동적인 침강성역전에서만 가능하다. 침강성역전은 오염물질이 상층으로 이동하는 것을 막는다. 침강성역전은 강력하게 발달한 고기압지역을 전제로 하는데, 이러한 고기압지역에서는 바람이 없고, 구름이 없는 맑은 날씨가 된다. 그러므로 바람이 없기 때문에 오염물의 수평이동현상이 일어난다.
계곡이나 분지와 같은 지형조건에서는 지형과 기온역전으로 인해 측면과 위쪽으로 공기의 이동이 차단되므로 공기의 정체현상이 두드러지게 나타난다. 이러한 지형에서 가스, 입자와 수증기가 집적돼 야간에 복사로 인해 혼합된 공기는 냉각되게 된다. 주변지역에서 안개형성의 조건이 이루어지지 못한 반면에 이러한 지형에서는 수증기와 입자가 증가됐기 때문에 응결현상이 용이하게 일어나서 안개가 형성된다.
앞서 언급한 사례와 스모그 형성의 대기 및 지형조건에 의하면 대도시지역이나 공업지역에서 어떤 경우에 심각한 스모그 현상이 발생해 주민들에게 치명적인 건강상의 피해를 줄 수 있는가를 알 수 있다. 따라서 이와 같은 대기상태가 우리 나라에서도 발생할 가능성이 있으므로 스모그현상이 잘 발달할 수 있는 지형적인 조건을 가진 지역에 대한 종합적인 미기상학적 연구 및 대책이 수립돼야 하겠다.
