2011년 4월 미국 남동부지역을 강타한 토네이도로 최소 305명이 사망하고 10억 달러 이상의 재산피해가 발생한 것으로 알려졌다. 지난 1974년 330명의 사망자를 낸 토네이도 이후 최악의 토네이도로 밝혀진 이번 토네이도로 앨라배마 주, 미시시피 주, 테네시 주, 조지아 주, 버지니아 주 및 켄터키 주 등에서 사망자가 발생했다. 이번에는 토네이도의 발생원리 및 강도 등에 대해 알아보도록 하자.

토네이도는 강력한 바람의 소용돌이

토네이도(tornado)는 평야나 바다에서 발생하는 강력한 바람의 일종으로, 고속 소용돌이이다. 때때로 트위스터 또는 사이클론으로 불리기도 한다. 토네이도는 남극대륙을 제외한 전 세계 모든 지역에서 관찰되지만, 주로 미국의 대평원지역에서 발생한다. 토네이도의 발생빈도를 살펴보면, 미국의 경우 봄철에는 발생빈도가 높은 반면 겨울철에는 발생빈도가 낮아, 5월에는 하루 평균 6개 정도의 토네이도가 발생하는 반면 12월과 1월에는 하루에 평균 0.5개의 토네이도가 발생한다.

토네이도의 모양과 크기는 다양하지만, 보통 깔때기 모양이며 지름은 평균 150~600m이고 시속 40~80km의 속도로 이동한다. 토네이도는 일반적으로 수명이 짧아 평균 진로 길이는 10km에 불과하며, 약한 토네이도의 경우 진로 길이는 1km를 넘지 않는다. 그러나 수명이 긴 강력한 토네이도의 경우 최대 풍속은 시속 500km 이상이며 수백km 이상 되는 거리를 휩쓸고 지나가기도 한다.

토네이도는 많은 지역에 인명과 재산피해를 입히는데, 지금까지 미국에서 발생한 최악의 토네이도는 1925년 3월 18일 발생한 것으로 미주리 주에서 발생해 일리노이 주를 거쳐 인디애나 주에서 소멸됐다. 3.5시간 동안 총 352km를 이동했는데, 이로 인해 695명의 사망자와 2,027명의 부상자가 발생했다. 또한 1974년 4월 3일과 4일 이틀 동안에 총 148개의 토네이도가 미국 중부지역을 18시간 동안 덮쳐 330명이 사망하기도 했다.

토네이도는 어떻게 발생하나

아직까지 대기과학자들은 토네이도가 어떻게 형성되기 시작하는지 그 원인을 명확히 밝혀내지는 못했다. 다만, 현재까지 연구결과에 의하면 토네이도는 고온 다습한 공기가 조건부 불안정 환경에서 상승할 때 형성되는 것으로 밝혀졌다.

즉, 지면에 수직으로 발달해 산이나 큰 탑처럼 보이는 구름인 적란운의 숨은 열이 구름 속의 공기를 데움으로써 강한 상승기류가 발생하게 된다. 이후 상승공기는 구름의 꼭대기 부근에서 천천히 회전하고 이것이 점점 아래쪽으로 확장되어 깔때기 모양을 만들게 되는데, 이 깔때기가 지면과 닿으면 토네이도가 된다. 따라서 소용돌이 바깥 부근에서는 매우 강한 상승기류가 진공청소기처럼 지면의 다양한 것들을 맹렬히 감아올리는 반면 중심 부근에서는 바깥의 상승기류와 균형을 이루기 위한 하강기류가 나타난다. 일반적으로 토네이도의 중심기압은 그 주변보다 최고 10% 가량 낮다.

미국에 토네이도가 잦은 이유

토네이도가 발생하기 위해서는 일단 하층은 고기압이 정체하여 토네이도 생성 전까지 매우 안정된 상태를 유지해야 한다. 산맥 등의 지형지물이 많은 경우에는 높낮이에 따라 기압 차가 생겨 바람이 발생하는 경우가 많으므로 안정된 상태를 유지하기 어렵다. 반면, 평야가 발달된 경우에는 하층에 고기압이 정체되어 안정된 상태를 이루므로 토네이도가 발달하기 쉽다. 미국에서는 로키산맥에서 불어오는 차고 건조한 대륙성 한랭기단과 멕시코 만에서 넘어오는 따뜻하고 습한 해양성 기단이 지형적 장벽이 없는 미국의 대평원에서 만나서 토네이도를 수시로 발생시킨다.

우리나라에는 용오름 현상

우리나라는 산지가 많기 때문에 육지에서는 토네이도가 잘 발달되지 않는 반면 바다에서는 토네이도의 일종인 용오름 현상이 발달한다. 용오름은 넓은 수면 상공에서 발생하는 회전 공기 기둥으로 여름철 따뜻한 수면 상공에서 발생한다. 모습이 꼭 용이 승천하는 모양 같다고 하여 용오름이라 불리게 되었다. 용오름은 보통 지름이 100m 이하이며 풍속도 초속 25m 이하로 일반적인 토네이도보다 규모도 작고 파괴력도 약하다. 우리나라에서는 동해안에서 용오름이 매년 수차례 발생한다.

토네이도의 일생 3단계

일반적으로 토네이도는 3단계를 거쳐 진화한다. 첫 번째 단계인 먼지회오리 단계는 지상에서 공중으로 먼지회오리가 일어나는 단계로, 적란운의 아랫부분에서 짧은 깔때기가 아래로 내려온 상태이다. 두 번째 단계인 성숙단계는 깔때기가 아래로 최대로 확장된 단계로 토네이도가 지표와 수직을 이루는 단계이다. 세 번째 단계인 소멸단계는 소용돌이가 약해지고 점차 가늘어지는 단계로, 토네이도가 지면에 비스듬히 기울어져 있게 된다. 토네이도는 주변 대기로부터 열을 흡수하여 점점 강력해지다가 더 이상 주변대기의 열을 흡수할 수 없을 때, 마지막으로 크게 일그러진 후 소멸된다.

토네이도의 소리 및 색깔

토네이도는 북반구에서는 반시계방향으로 그리고 남반구에서는 시계방향으로 회전한다. 일반적으로 토네이도는 제트기가 날고 있을 때와 같은 굉음을 낸다. 항상 토네이도를 관찰할 수 있는 것은 아니다. 일반적으로 토네이도에 수증기가 형성된 경우 또는 먼지가 빨려 들어간 경우에 이들 불순물에 의해 토네이도의 모습이 관찰된다. 건조한 환경에서 토네이도가 발생한 경우 지면 부근의 소용돌이치는 먼지를 제외하고는 거의 관찰되지 않는다. 파편을 포함하지 않는 토네이도는 보통 회색에서 흰색을 띤다. 비를 포함하는 경우 흰색 또는 푸른색을 띤다. 파편이나 먼지를 많이 함유할수록 토네이도의 색은 점점 어두워진다. 토네이도의 색은 토네이도가 발생된 지역의 토양의 색의 영향을 받기도 하는데, 예를 들어 미국의 대평원 지역에서 발생한 토네이도는 대평원은 붉은 토양의 영양을 받아 붉은색을 띠는 반면, 눈으로 덮은 산악지대를 이동한 토네이도는 흰색을 띤다.

토네이도의 강도를 나타낼 때에는 토네이도에 의한 피해를 기준으로 정한 후지타 규모(Fujita Scale)가 주로 쓰인다. 후지타 규모는 F0에서 F5까지 6개의 등급으로 구분되는데, 최근에는 풍속과 피해규모에 따라 개선된 새로운 후지타 규모를 사용하고 있다.

개선된 후지타 규모는 EF0에서 EF5까지 6개의 등급으로 구분되는데, 최저 등급인 EF0은 풍속이 초속 29~38m이며 나뭇가지가 부러지고 간판이 피해를 입는 단계이다. EF1은 풍속이 초속 39~49m이며 나무가 꺾이고 창문이 깨지는 단계, EF2는 풍속이 초속 50~60m이며 큰 나무의 뿌리가 뽑히고 약한 건축물이 파괴되는 단계, EF3는 풍속이 초속 61~74m이며 나무는 완전히 파헤쳐지고 자동차는 뒤집히며 빌딩 벽이 무너지는 단계, EF4는 풍속이 초속 75~89m이며 조립식 벽이 파괴되는 단계, 그리고 EF5는 풍속이 초속 90m 이상이며 자동차 크기의 구조물은 100m 이상 이동하고 철 구조물도 큰 피해를 입는 단계이다. 대부분의 인명 피해는 EF4나 EF5에 이르는 매우 강력한 토네이도에 의해 발생하는데, 이들 강력한 토네이도의 발생건수는 연간 한두 차례에 불과하다.

2007년 캐나다에서 발생한 F5급 토네이도.
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