비, 눈, 어는 높이

빗방울 하나를 만들려면 구름 물방울 수백만 개가 모여야 합니다.

구름 대부분이 비를 뿌리지 않는 이유

날씨가 좋은 날 떠 있는 구름을 올려다보면, 우리에게 끝내 닿지 않을 수 톤의 물을 보고 있는 것입니다. 구름을 이루는 물방울은 지름이 보통 약 0.02 mm로 아주 작습니다. 그래서 아주 천천히 떨어지고, 구름을 떠받치는 약한 상승 기류만으로도 그 자리에 머물러 있습니다. USGS는 물방울이 상승 기류를 이길 만큼 빨리 떨어질 때까지 자라야 한다고 설명합니다. 그래야 비로소 강수가 되어 구름을 떠날 수 있습니다.

하지만 물방울이 그만큼 자라기는 쉽지 않습니다. 빗방울 하나에는 구름 물방울 수백만 개를 합친 만큼의 물이 들어 있습니다. 영하가 되지 않는 따뜻한 구름에서 물방울은 충돌과 병합이라는 방법으로 자랍니다. 조금 더 큰 물방울이 조금 더 빨리 떨어지면서, 작은 물방울과 부딪쳐 하나로 합쳐집니다. 영하까지 올라가는 구름에서는 더 빠른 길이 있는데, 이것을 베르게론 과정이라고 합니다. 얼음 결정과 과냉각 물방울이 나란히 있으면, 얼음 결정이 물방울의 물을 빼앗아 자랍니다. 이 결정은 눈이 되어 떨어지고, 내려오는 길에 녹아 비가 되는 일이 많습니다. 중위도에 내리는 비 가운데 상당수는 눈으로 시작합니다.

빗방울은 눈물 모양이 아닙니다

그림 속 빗방울은 흔히 눈물 모양으로 그려집니다. 하지만 USGS는 실제 빗방울이 이와 다른 모습이라고 설명합니다. 반지름이 약 1 mm보다 작은 빗방울은 둥근 모양입니다. 빗방울이 자라면 아래에서 밀어 올리는 공기 때문에 밑면이 납작해집니다. 그래서 지름이 2~3 mm쯤 되면 모양이 햄버거 빵처럼 생깁니다. 약 4~5 mm에 이르면 밑면의 오목한 부분이 낙하산처럼 벌어지고, 결국 빗방울은 작은 물방울 여러 개로 쪼개집니다. 빗방울이 구슬만큼 커지지 않는 이유가 바로 이것입니다.

비일까 눈일까? 0 °C 높이를 따라가 봅니다

공기는 대개 땅에서 높이 올라갈수록 점점 차가워집니다. NASA가 쓰는 표준 대기는 1 km마다 약 6.49 °C씩 낮아집니다. 그러니 해수면 기온이 15 °C라면 0 °C가 되는 높이는 약 15 ÷ 6.49 ≈ 2.3 km입니다. 해수면이 5 °C라면 이 높이는 약 0.8 km로 내려옵니다. 그보다 높은 곳에서 내리기 시작한 눈은 떨어지다가 이 높이를 지나면서 녹습니다. 0 °C 높이가 땅에 닿을 만큼 내려오면, 눈은 눈인 채로 땅에 내립니다. 모형의 산을 보세요. 기온을 바꾸면 산의 흰 꼭대기가 넓어졌다 줄어들었다 합니다. 0 °C 높이보다 위쪽 땅에서만 눈이 녹지 않고 남기 때문입니다.

하지만 실제 공기가 늘 표준 대기대로 움직이는 것은 아닙니다. 때로는 땅 가까이에 있는 찬 공기 위에 따뜻한 공기층이 얹히기도 합니다. 따뜻한 층에서 녹은 눈이 땅에 닿기 전에 다시 얼면 얼음알갱이가 되어 내립니다. 영하에서도 액체로 남은 물방울이 차가운 표면에 닿아 얼면 어는비가 됩니다. 1~2도 차이로 길이 그냥 젖느냐, 빙판이 되느냐가 갈립니다. 그래서 날씨를 예보하는 예보관은 이 공기층들을 아주 꼼꼼히 지켜봅니다.

NOAA에 따르면 바다와 육지를 합친 세계 평균 강수량은 1년에 약 980 mm입니다. 하지만 이 강수량은 지역에 따라 아주 고르지 않게 나뉘어 있습니다. USGS는 2017년에 콜롬비아는 약 3,240 mm를 받았고, 이집트는 약 18 mm를 받았다고 소개합니다. 알아 두면 쓸모 있는 환산도 하나 있습니다. 1 m² 땅에 비가 1 mm 내리면, 그 물은 정확히 1리터입니다.