주요불안정지수정의와활용사례 KI (K-Index) KI(George, 1960) 는주로여름철해양성열대기단의영향을받을때나타나는호우와뇌우를진단하기위해개발되었다. 이지수는중층이하대기층에서불안정요소를진단하기위해 3 개층의기온과 2 개층의노점온도를사용한다. 현재의기상상태에서역학

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윤경 기
5 years ago
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손에잡히는예 / 보 / 기 / 술 ( 제 3 호 - 2011 년 5 월 ) 필수예보요소활용법과정의

657/658) 발행일 : 2011 년 5 월 11 일 ( 수 ) 불안정지수

표 1 은다양한불안정지수들중에서우리나라에적용할수있는불안정지수를골라, 그지수수치에따라정리한것이다.

지수 KI SSI CT TT CAPE 적용 시기 ~ ~ ~ 고려사항 뇌우강도

1 손에잡히는예 / 보 / 기 / 술 ( 제 3 호 년 5 월 ) 필수예보요소활용법과정의 불안정지수 (Instability Index) 발행 : 예보국 문의 : 예보기술팀 ( 내선 657/658) 발행일 : 2011 년 5 월 11 일 ( 수 ) 불안정지수 불안정지수는두개이상의임의의기압면의온도, 이슬점온도등을차로표현하여대기의불안정한정도를나타내는지수를의미한다. 그러나모든상황에일괄적으로불안정지수를적용하기는쉽지않으며, 표 1 처럼계절이나기상조건에맞는적절한지수선택이필요하다. 표 1 은다양한불안정지수들중에서우리나라에적용할수있는불안정지수를골라, 그지수수치에따라정리한것이다. 그림 1 은종합기상정보시스템에제공되는 UM GDAPS 불안정지수자료이다. 지수 KI SSI CT TT CAPE 적용 시기 ~ ~ ~ 고려사항 뇌우강도 높은정확도낮은정확도약함보통강함격렬함 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ KI: K-Index, SSI: Showalter Stability Index, CT: Cross Totals, TT: Total Totals, CAPE: Convective Available Potential Energy 1

주요불안정지수정의와활용사례 KI (K-Index) KI(George, 1960) 는주로여름철해양성열대기단의영향을받을때나타나는호우와뇌우를진단하기위해개발되었다. 이지수는중층이하대기층에서불안정요소를진단하기위해 3 개층의기온과 2 개층의노점온도를사용한다. 현재의기상상태에서역학적불안정을의미하지만, 중 상층에차가운공기가위치하는경우신뢰성이떨어진다.

2 주요불안정지수정의와활용사례 KI (K-Index) KI(George, 1960) 는주로여름철해양성열대기단의영향을받을때나타나는호우와뇌우를진단하기위해개발되었다. 이지수는중층이하대기층에서불안정요소를진단하기위해 3 개층의기온과 2 개층의노점온도를사용한다. 현재의기상상태에서역학적불안정을의미하지만, 중 상층에차가운공기가위치하는경우신뢰성이떨어진다. 또한하층대기에충분히포화되지않고건조한층이존재할경우, 역전층이존재할경우에도정확성이떨어진다. 우리나라에서는해양성열대기단인북태평양고기압의영향을받는여름철호우및뇌우진단을위해 KI 를활용할수있다. 우리나라에서발생된여름철대부분의호우는 KI 값이 30 이상에서나타났다 ( 예보기술팀, 2011). KI 는호우및뇌우예보에보조지표로서유용한지수이지만, 직접적인상관관계가높지는않다. 상층의차가운공기가위치하거나여름철지표의가열로인한 850hPa 의높은기온은 KI 값을증가시킬수있기때문이다. 따라서, 하층의수렴, 상층발산의연직대기구조가잘갖추어져있고, 하층대기가충분히습윤한상태일때적용가능하다. 그림 2 과같이 KI 가 30 이상높은값을보일때, 저기압중심의동쪽 ( 난역 ) 에서호우가종종발생하는데, 남서풍의하층제트가강한대류활동을유발하는방아쇠 (trigger) 역할을하기때문이다. 지표가열에의한대류불안정에의한뇌우 ( 소나기 ) 예보에는 SSI, LI 등이적합하다. 2

SSI (Showalter Stability Index) SSI(Showalter, 1953) 는계산식이간단하고편리하여일반적으로대기불안정상태를진단하고예측하는데많이활용되고있는불안정지수이다. 고립된공기내 ( 공기의유 출입이없는상태 ) 에서야간복사냉각으로인한지면부근에역전층이주간에일사에의한가열로해소되면서기층이불안정화되어뇌우가발생될가능성을가늠해보기위해개발되었다.

3 SSI (Showalter Stability Index) SSI(Showalter, 1953) 는계산식이간단하고편리하여일반적으로대기불안정상태를진단하고예측하는데많이활용되고있는불안정지수이다. 고립된공기내 ( 공기의유 출입이없는상태 ) 에서야간복사냉각으로인한지면부근에역전층이주간에일사에의한가열로해소되면서기층이불안정화되어뇌우가발생될가능성을가늠해보기위해개발되었다. 따라서, 맑은날씨에바람이거의불지않는안정된기단의영향을받고있을때, 지면의급격한기온상승예측을통해대류가발생하여뇌우발생 ( 소나기 ) 가능성을진단하는데유용하지만, 저기압에의한강수나하층수렴, 상층발산의대류운동이잘발달된연직대기상태에적용하는것은적합하지않다. 또한, 빠른기압계의흐름 ( 변질된기단영향 ) 에서도적합하지않다. 만약, 850hPa 을통과하는깊은역전층이나수증기가급격하게감소하는층이있는경우에는 SSI 를보완한 LI 를참고할수있다. 상층의한기가동반된뇌우진단은 CT, TT, S, SWEAT 가유용하며, 여름철호우형태는 KI, TI 가적합하다. 여름철바람이없고안정된기단내에서정오 ~20 시사이의소나기예보에활용성이높다. 그림 3 의 2010 년 8 월 2 일 9 시사례에서중부지방을중심으로 0 내외의 SSI 값이분포하고있으며, 뇌우 ( 소나기 ) 가발달한 13 시레이더영상에서중부지방일원에강수대가분포한것을볼수보인다. SSI 는 850hPa 의기온영향이크므로해발고도 ( 산지, 평지 ) 와지형적특징 ( 해안, 내륙 ) 에따라지수값의차이가발생할수있지만, 일반적으로 3 이하의값에서소나기발생가능성이높은것으로알려져있다. 여름이외의계절에서도상층의차가운공기의영향을받으면서흐름이정체된대기상태라면이지수를활용할수있다. (a) (b) 3

CT (Cross Totals) 와 TT (Total Totals) CT(Miller, 1967) 는하층의수증기와중층의기온으로만들어진지수로서, 간단하게뇌우의강도를예측할수있다. 그렇지만기압계의이동으로 500hPa 고도의찬공기가온난해지거나, 850hPa 의습윤층이건조하게되면 CT 값은신뢰할수없다.

4 CT (Cross Totals) 와 TT (Total Totals) CT(Miller, 1967) 는하층의수증기와중층의기온으로만들어진지수로서, 간단하게뇌우의강도를예측할수있다. 그렇지만기압계의이동으로 500hPa 고도의찬공기가온난해지거나, 850hPa 의습윤층이건조하게되면 CT 값은신뢰할수없다. TT(Miller, 1972) 는하층대기 (850hPa) 의기온이고려되지않는 CT 를보완하여뇌우의범위와강도를예측하기위해개발되었다. 850hPa 과 500hPa 의기온차이가추가되어대기중 하층의불안정판단이가능하게된것이장점이다. 그렇지만, 수증기가거의존재하지않을경우수치의정확성이떨어지는단점이있다. 만약, 850hPa 수증기가적을경우 CT 를이용하는편이더낫다. CT 는로키산맥의동쪽과난류의영향을받는멕시코만인근지역에서뇌우의범위와강도를예측하기위해개발되었다. 동중국해와인접한우리나라에서도이지수는활용가능하다. CT 는일반적으로 18~22 는보통의뇌우강도를 22 이상은강한뇌우발생가능성을의미한다 년 4 월 19 일 21 시오산고층관측에서 850hPa 노점온도는 -5.9, 500hPa 기온은 를보였다. 이때 CT 는 24.6 으로써뇌우가강하게나타날수있는조건을만족했다. 실제로 19 일 22 시에서 20 일 01 시사이에수원관측소에서뇌우와함께우박이관측되었다. 이지수의특성상 500hPa 에한기핵을가진절리저기압 (cut-off low) 이나발달된상층기압골의영향범위에들때활용성이높다. (a) (b) 4

CAPE (Convective Available Potential Energy) CAPE(Moncrieff and Miller, 1976) 는기온과수증기의연직분포로부터대류를발생및강화시킬수있는잠재에너지를수치화한것이며, 단열선도 (Skew T - log P) 를이용해 CAPE 를계산하는방법은다음과같다.

CAPE = 287 10 ln(800/175) = 4362 J/kg (a) (b) CAPE 는저기압영향내에서대류성강수가발생가능한조건일때, 시간당최대강수량, 돌풍가능성등을예측하는데참고자료로활용성이높다. 그렇지만 CAPE 의수치만을이용하여강수량이나돌풍의강도를예측하는데한계가있다.

5 CAPE (Convective Available Potential Energy) CAPE(Moncrieff and Miller, 1976) 는기온과수증기의연직분포로부터대류를발생및강화시킬수있는잠재에너지를수치화한것이며, 단열선도 (Skew T - log P) 를이용해 CAPE 를계산하는방법은다음과같다. ln 그림 5 는단열선도를이용하여대략적으로 CAPE 를계산하는예이다. 여기서, EL 은 175hPa, LFC 는 800hPa 이다. CAPE 내기온은기온감율곡선에비해평균적으로 10 (T'-T) 더높다. 따라서간단하게아래와같이 CAPE 를계산할수있다. CAPE = ln(800/175) = 4362 J/kg (a) (b) CAPE 는저기압영향내에서대류성강수가발생가능한조건일때, 시간당최대강수량, 돌풍가능성등을예측하는데참고자료로활용성이높다. 그렇지만 CAPE 의수치만을이용하여강수량이나돌풍의강도를예측하는데한계가있다. 미국에서는중규모폭풍 ( 뇌우, 토네이도 ) 지표로활용하고있고, 우리나라에서는주로호우및돌풍예측에활용하고있다. 그림 6 의실제사례를살펴보면, 2011 년 4 월 30 일 6 시에중부지방을중심으로저기압에의한대류성구름들이발달하였다. 대류성구름대의분포는 100 이상의 CAPE 지역과비슷한것을알수있다. 특히, 700 이상의높은 CAPE 값지역과적외영상에서가장발달된구름대의위치는모두경기만을중심으로위치하고있다. 호우가예상될때, 호우구역의위치및강수집중시간, 발달및약화등을일기도분석과 CAPE 예측을통해진단할수있음을의미한다. T T' 5

6 S (S Index) 참고할만한불안정지수들 S 는 TT 를보완한지수로서, 700hPa 의수증기와다양한변수가추가됐다. 700hPa 수증기의첨가는지표및하층대기의복사열이약한유럽지역의기후특성을고려한것이다. 700hP a 의수증기는강수및뇌우발달을예측하는데유용하다. : Total Totals, : 이슬점, : 온도, : VT>25 이면 A=0, 25 VT 22 이면 A=2, VT<22 이면 A=6, ~ ~ SWEAT (Severe Weather Threat Index) SWEAT 는뇌우발달과관련된 CT 와 TT 를개선한지수로서, 평범한뇌우보다는격렬한폭풍과토네이도를예상하기위해서고안됐다. 850hPa 과 500hPa 풍속항을추가하여, 대기중 하층풍속차이와바람시어가고려되었으며, 뇌우와함께돌풍예상에적용할수있다. 그렇지만, 상층의기온이따뜻한열대성기단내에서발생하는여름철호우와직접적인상관관계를보이지않는다. sin ~ TI (Thompson Index) TI 는산악지역에서사용할수없는 KI 를보완하고, 역학적불안정대기상태와대류불안정 (SSI 또는 LI) 으로발생하는뇌우를모두고려한지수이다. ( KI : K-Index, LI : Lifted Index ) ~ ~ ~ ~ LI (Lifted Index) LI는 850hPa 면을지나는역전층또는수증기가급격하게감소하는층이있는경우에 SSI를수정적용하기위한값이다. LI는 SSI 값보다약간적은경향이있다. ~ ~ 6

7 손에잡히는예보기술 과월호열람안내 손에잡히는예보기술과월호는예보관온라인가이드에서보실수있습니다. 종합기상정보시스템 - 예보 - 예보관가이드의 손에잡히는예보기술 메뉴 * 다음호는 6 월 13 일 ( 월 ) 에발간예정입니다. 7

2. 850hPa 유선 유선은그림 2와같이 850hPa 면에서각지점의바람방향에평행하게연속적으로그은선으로서, 중위도에서대체로등고도선에평행하게불고, 그크기는등고도선의조밀도에비례한다. 관측된바람은크게지균성분과비지균성분으로분리할수있는데, 고도장에서는지균풍을, 유선을분석하면비지

2. 850hPa 유선 유선은그림 2와같이 850hPa 면에서각지점의바람방향에평행하게연속적으로그은선으로서, 중위도에서대체로등고도선에평행하게불고, 그크기는등고도선의조밀도에비례한다. 관측된바람은크게지균성분과비지균성분으로분리할수있는데, 고도장에서는지균풍을, 유선을분석하면비지 손에잡히는예 / 보 / 기 / 술 ( 제 13 호 - 2012 년 4 월 ) 보조일기도분석및적용 발행 : 예보국 문의 : 예보기술팀 ( 내선 1656/1657) 발행일 : 2012 년 4 월 24 일 ( 화 ) 보조일기도는기본일기도에서보여주지못하는기상요소들과 2 차변수들, 특정기상요소만을강조한자 료를예보관에게제공함으로써, 시스템의이해를돕고정확한분석과예측을할수있게보완해주는일기