기상에 관한 이야기(4) - 일출,일몰시의 오메가(Ω)현상

 일출과 일몰 촬영시 오메가(Ω)현상은 사진가들의 꿈이라 할 수 있죠.

오메가 현상은 한마디로 “빛의 굴절에 의한 현상”이다 라고 말 할 수 있습니다.

그러나 이 오메가 현상을 아무 때나 기대하고 나서는 것은 실망을 키우게 마련이고

원리를 알고 있으면 오메가 현상을 만날 확률을 높일 수 있지요.

지구를 둘러싼 대기권은 대류권(對流圈)과 성층권(成層圈), 중간권, 열권(熱圈)으로 나누어집니다. 대류권은 지상에서 10~17km까지,
성층권은 약 50km까지 이고 그 중간인 20~30km 사이에 오존층이 존재해 자외선을 차단하는 역할을 합니다.

대류권은 낮을수록 압력에 의해 공기밀도가 높고, 높이 올라갈수록 밀도는 낮아지며 기온이 지구의 복사에너지를 덜 받아 내려가게 됩니다.
즉, 100m 상승할 때마다 0.5~0.6도씩 하강하게 되는데 이러한 기온차와 대류권에 포함된 수증기로 인해 활발하게 대류현상이 일어나고
그로인해 기상현상이 발생하게 되는 겁니다.

대류권은 이 처럼 고도가 높을수록 온도가 낮아진다는 것은 상식에 속하는 얘기죠.

여기서 꼭 알아둘 것은 빛은 공기밀도가 높은 쪽으로 굴절하는 성질을 가졌다는 겁니다.

또 같은 압력 하에서 공기는 온도가 낮으면 밀도가 높고 온도가 높으면 밀도는 낮아집니다.

그렇다면 오메가현상은 어떻게 해서 나타나는가?
전문적으로 설명하면 머리도 아플뿐더러 사진가들이 그렇게 깊이 알 필요도 없습니다.

오메가 현상을 보려면 우선 태양이 수평선을 뚫고 올라오는 모습을 봐야 관찰 할 수 있으므로 내가 서있는 위치로부터 약 160km 정도
(이것은 지구가 둥글기 때문에 사진가들이 지상에서 약간 높은 곳에서 촬영한다고 생각해서 태양이 올라오는 순간을 볼 수 있는 거리)에

구름 등 장애물이 없이 맑은 날이어야 합니다.

다음 더 중요한 것은 태양과 촬영자 사이에 공기의 기온역전층이 있어야 합니다.

맑은 날이라고 무조건 오메가 현상이 나타나는 것은 아니라는 이야기입니다. 이 말은 위에서 설명했듯이 고도가 높을수록 기온이
떨어지는데 높은 고도에 오히려 따뜻한 공기층이 존재하여야만 이 기온역전층을 통과하면서 온도가 낮은(밀도가 높은) 방향으로 빛이
굴절하여 또 하나의 태양이 눈에 들어옴으로써 오메가 현상을 볼 수 있다는 것이죠.

그런데 이것이 아침, 저녁에만 나타나는 이유는 태양빛이 대류권안에 있는 기온역전층을 통과할 때 비스듬하게 들어와야만 굴절각이 커지기
때문입니다. 입사각이 커지면 굴절정도가 약하고 수직으로 들어오면 굴절은 하지 않게 되겠죠.(이 부분은 광학적 소양이 있어야 되는 거니까
몰라도 됩니다. 그렇다고 생각만 하세요. ㅋ)

이것을 그림으로 보겠습니다.(이거 그리는데 어려웠어요. ^^)

 그림이 좀 과장된 면이 있습습니다. 이해를 돕기 위해서....^^

태양이 우리 눈에 직접 들어오는 것(붉은색 실선)과 기온역전층을 통과하면서 굴절된 태양(아래쪽 녹색실선)이 또하나 보이는 것이 오메가현상입니다.

기온역전층은 4가지의 원인 즉, 복사역전, 침강역전, 전선성 역전, 지형성 역전에 의해 발생하게 됩니다. 첫째 복사역전은 태양열에 가열된
지표가 밤에 급속한 복사냉각에 의해 새벽에 기온역전층이 발생하게 됩니다.
둘째는 침강성 역전으로 고기압권에서 상층의 낮은 기온의 공기가 급속히 침강하여 역전층이 발생하고
셋째 전선성역전은 따뜻한 기단이 차거운 기단의 위를 타고 올라가 일시적으로 생기는 현상이고,
넷째 지형성 역전으로 찬공기가 완만한 지형을 타고 따뜻한 공기를 밀어올려 나타나는 현상입니다.

여기서 살펴보면 태양이 높이 떠 있는 상황에서 위와 같은 원인으로 역전층이 발생한다 해도 오메가 현상은 볼 수 없습니다. 그것은 태양이
떠오르면 거의 이 역전층을 수직으로 통과하므로 빛이 굴절한다 해도 미미할뿐더러 거의 굴절하지 않습니다.
다만 기상변동으로 나타나는 수는 있습니다. 예를 들면 산 중턱에 걸린 띠구름 같은 것이 이러한 현상에서 나타나는 사례들입니다.

그래서....................

우리가 흔히 보는 오메가 현상은 아침, 또는 해가 지는 저녁에만 볼 수 있고 특히 역전층이 뚜렷하게 형성되는 겨울철에 자주 볼 수 있는 것입니다.

지난 8월9일 부산에서 엔죠님 일행에게 관측된 오메가 현상은 이 역전층이 두텁지 못했거나 기온차가 적었던 것이 원인이고 극히 이례적인
현상이라고 볼 수 있습니다.

요약하면....태양이 수평선을 지나 올라오면서 공기역전층을 통과하게 되면 빛이 밀도가 높은(온도가 낮은)쪽으로 굴절하게 되고 정상적으로
보이는 태양 아래에 또 하나의 태양이 보이는 현상이 바로 오메가(Ω)현상인 것입니다.

해가 뜨고 지는 장면을 촬영하면서 아무 때나 오메가현상을 기대하는 것은 무리입니다.

오메가(Ω)현상은 복사냉각이 활발하여 기온역전층이 뚜렷하게 나타나는 차가운 날씨의 가을부터 봄 사이에 관측할 수 있다 라고 기억하시면
됩니다. 물론 복사냉각이 아니라도 그 시간에 침강성, 전선성, 지형성 역전층이 발생할 수도 있으므로 100% 그렇다는 얘기는 아닙니다.

그렇다면 기온역전층이 발생할 것인지 안할 것인지 판단할 수 있다면 우리는 오메가현상을 만나는 확률을 높일 수 있겠죠?
그런데 유감스럽게도 그런 판단을 하기엔 너무나 기술적이고 대류권의 고도에 따른 모든 층의 기온분포를 실시간으로 감시하지 않는 이상
불가능하기 때문에 그냥 장애물 없이 맑고 일교차가 큰 날을 선택해서 기다리는 수밖에 없습니다.

결론적으로 “오메가(Ω)현상은 비교적 일교차가 크고 160km이상 맑은 구역이 있는 날 아침, 또는 저녁 일출, 일몰시에 관측할 수 있다“ 라고
기억하시면 됩니다.

뭐야 ! 그럼 아무것도 아니네........하실지 모르지만 오메가 현상이 나타나는 원리를 아는 것과 모르는 것의 차이는 분명 있을 것입니다.

풍경사진은 때로는 분초(分秒)를 다투는 작업이고 때로는 바보스러울 만큼 여유를 가져야 하는 작업입니다. 알면 반드시 도움이 되리라 생각합니다.
오메가 출현 적기가 얼마남지 않아서 미리 정리하였습니다. 좋은 작품 많이 담으시기 바랍니다.