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2 목차 1. 사례개요 / 개요 / 언론보도 / 주요기록 /05 2. 실황분석 / 일기도분석 / 위성분석 / 레이더분석 /30 3. 예측자료분석 / 지역수치모델 (RDAPS) 모델분석 / 예측시간에따른예측결과분석 /39 4. 사례발생원인 / 종관및중규모기상환경 / 대기불안정 / 강설발달단계 / 수도권과경기지역강한강설발생의원인 /53 5. 사전예측을위한검토자료 / 일기도 / 위성 / 레이더 / 수치모델 / 이번사례가다른사례와구별되는특성 / 향후예보를위한점검사항 /74 참고문헌 /75

3 1 사례개요 1.1. 개요 1.2. 언롞보도 1.3. 주요기록

4 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 1. 사례개요 1.1. 개요 이번대설은주로수도권과강원도에집중되어이들지역에평균 20cm 안팎의기록적인적설이관측되었다. 특히, 새벽부터오전시간대에대설이집중되어출근길도로혼잡이매우심했고, 주요도로가통제되어지각등출근길전쟁이벌어졌던사례였다. 특히, 경부고속도로등중부지방에위치한대부분의고속도로가마비되었다. 적설의지역적편차가매우컸으며, 중부지방의폭설과는대조적으로산간을제외한남부지방에서는기온이높아비나진눈깨비가내렸다. 1 월 4 일최심신적설분포 4 일 08 시레이더영상 1월 4일서울에내린일최심신적설 25.8cm는 1937년적설관측이래가장많은양으로기록되었고, 이전기록은 1969년 1월 28일 25.6cm이었다. 인천은 22.3cm, 수원은 19.5cm의일최심신적설을각각기록하였다. 이번대설은한반도상공에차가운공기가머무르는상태에서중국중부내륙에서발생한저기압이서해상을지나면서따뜻하고습한공기를공급받아중부지방을지나며눈구름대가발달하였기때문이다. 03

5 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 1. 사례개요 1.2. 언롞보도 비닐하우스에쌓인눈치우는적십자봉사원 ( 춘천 ) ( 출처 : 연합뉴스 ) 폭설에무너진시금치하우스 ( 출처 : 연합뉴스 ) 폭설이내린경기도수원역 ( 출처 : 연합뉴스 ) 04

6 1. 사례개요 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 1.3. 주요기록 전체년도일최심신적설 (cm) 극값경신 지점명 경신값 종전기록 1위극값 관측개시일 철원 13.8(2위 ) 13.6( ) 15.7( ) 춘천 23.0(3위 ) 20.6( ) 29.1( ) 서울 25.8(1위 ) 25.6( ) 인천 22.3(2위 ) 20.0( ) 30.0( ) 수원 19.5(3위 ) 19.2( ) 21.9( ) 영월 21.4(1위 ) 21.3( ) 고산 3.2(2위 ) 2.3( ) 6.0( ) 이천 23.0(3위 ) 21.7( ) 28.4( )

7 2 실황분석 2.1. 일기도분석 2.2. 위성분석 2.3. 레이더분석

8 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 2.1. 일기도분석 일기도및관측자료분석개요 겨울철에발생하는대설은광범위한영역에서사회 경제적인파급효과가매우큰현상으로강설가능지역, 강설지속시간, 강설량등에대한정확한예보를요구되지만, 집중호우에비해서는아직도명확한관측연구나예보칙확립이진행중인상태라고할수있다. 2010년 1월 4일서울을포함한중부대부분의지역에서 10cm 이상많은곳은 30cm가넘는대설로인해서도시기능이마비될정도의사회 경제적인파급효과가발생하였다. 일기도를통한기압계이동분석과대부분의수치예보모델결과자료들은 24시간전인 1월 3일부터이미중부지방을중심으로비교적많은눈 ( 평균 5cm 내외, 강원산간최 20cm) 을예보할수있을만큼의많은정보를제공하고있었지만, 시간당 5cm 이상의폭설을동반하는구름대가 12시간동안지속적으로발달하면서내륙깊숙이까지진출해서 30cm가넘는전국적인강설을예보하는데는실패했다고평가할수있다. 그림 2.1.1은중부지방을중심으로대설이발생하는과정을모식도로표현한것이다. 대설의발생및발달과정을보면한반도북쪽으로부터한랭건조한공기가상대적으로따뜻한바다위를이류하면서호수효과 (Lake Effect) 로발생한많은수증기가공급되어층운형눈구름을만들고이눈구름이서해상에도달하면서남쪽으로 [ 그림 2.1.1] 2010년 1월 4일중부지방대설사례발생모식도부터유입되는온난이류와지면마찰에의한강제상승효과로인해더욱발달하여대류성눈구름을발달시켰으며, 내륙으로진출하면서는산악의지형효과까지더해져서대설이지속되었던것으로볼수있다. 결국한반도에서발생하는전형적인대설형태인서해상한랭기류이류에의한호수효과와지형및남서쪽으로부터의온난공기이류에의한강제상승의복합과정이라고할수있는데, 이러한현상을단순한일기도및수치예보자료만으로 3차원적인구조와역할을충분히규명하기에는한계를가진다. 앞에서다룬집중호우사례와마찬가지로지상분석일기도에서부터상층까지의기상변화경향을분석하여대설발생원인이무엇이었는지먼저살펴본다. 08

9 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 지상및하층일기도분석 그림 2.1.2는 1월 3일 12UTC와 4일 00UTC 지상분석일기도이다. 3일 12UTC 지상일기도에서한반도는전체적으로는고기압권에놓여있는것처럼보이지만, 상세하게살펴보면한반도남부지방과북부지방의날씨는극명하게차이가난다. 한반도남부지방은남서쪽에중심을둔온난한고기압의영향으로 1월초임에도불구하고제주도의야간기온이영상권을형성한다는점에주목할필요가있다. 반면한반도북부지방으로는강한대륙고기압이장출하면서전면에강수를포함한구름대가형성되어있고, 강수대부근에서는 -10~-5 분포의기온이, 그리고구름이없는맑은지역에서는 -20 이하까지기온이떨어져있으며, 강한남북기압경도력이한만국경을중심으로형성되어있다. 이러한지상기압배치로한반도중북부지방이저기압발생구역에놓여있는것을알수있다. 그리고산둥반도서쪽에중심을갖는저기압이발달하고있는데, 이러한일기도패턴을고려해보면다음시간에한반도서해안부근에서강한기압골이발달할수있는조건이었음을짐작할수있다. 3일 12UTC 일기도분석에서예측된대로 4일 00UTC 지상분석일기도에서는우리나라서해상에중심을둔독립적인저기압이발달하고있으며, 기압골의접근과북서쪽으로부터한랭건조한공기가상대적으로따뜻한 ( 위성영상분석결과서해안해수온도는 2~4 분포를보임 ) 서해상을지나면서강설구름으로발달하여이미중부지방을중심으로눈이내리기시작했다. 그런데지상기압배치에서주목해야할것은저기압이북쪽에서장출하는대륙고기압과일본열도를따라선형으로형성되어있는온난고기압사이에갇혀서동쪽으로의이동이제한을받고있다는것이다. 또한대륙고기압의확장방향이북동쪽에서발해만부근으로형성되면서지상저기압중심이북동진하지못하고남동진함 [ 그림 2.1.2] 2010 년 1 월 3 일 12UTC( 상 ), 4 일 00UTC( 하 ) 지상분석일기도 09

10 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 함에따라한반도남부지방을통과하는형태가되는데, 중국내륙에서발생해서서해안을통과하여한반도남쪽을통과하는경우패턴에서 20cm 이상의대설이자주발생하는경향을가진다는예보칙과잘일치하고있는모습을보인다. 그리고저기압성순환과함께한반도남부지방으로는계속해서온난이류가, 한반도북서쪽으로부터는강한한랭이류가유지되면서아주좁은지역에강한온도경도를일으켜공기의강제상승에의한대설발생가능성을높였다. 4일 00UTC 지상일기도의등압선분포와등온선분포를보면저기압의이동이제한된상태에서북쪽대륙고기압이빠르게남쪽으로장출하면서기압경도가강화되었고, 전시간에비해서중심기압이 8hPa 이상떨어지면서강하게발달하고있다. 지상분석일기도에서한랭전선과온난전선이분석되어있지않지만기온분포와구름분포를종합해보면한랭전선이경기만에서발해만부근으로위치하고온난전선이한반도남부지방에위치하면서저기압성순환을따라점차폐색되어질것이라는사실을인지할수있다. 실제로이번사례의경우에중부지방을경계로북쪽한기와남쪽난기가충돌하면서강제상승이이루어졌고, 풍부한수증기공급과온난이류에의해서강수효율이더욱증가하면서젖은눈 (Wet Snow) 형태의강설이내려많은적설량을기록한것이다. 겨울철강설예보를위해서예보관들이반드시철저히분석해야할일기도중에하나가 925hPa 분석일기도이다. 특히 925hPa 고도의등온선, 등고도선그리고습수의변화경향을잘살펴보는것이강설패턴이나강설량예측에매우중요하다. 그이유는실제로겨울에한반도에서발생하는대설과관련된구름의생성과강도를판단하는데 925hPa에서한반도남서쪽에서의남서기류유입과함께온난이류에의한수증기공급이지속되는가운데북쪽에서건조한한기가강하게장출하는패턴에서구름속눈입자들의성장이촉진되는역할을하게되기때문이다. 여름철의경우에는 850hPa 일기도분석을통해서도하층제트에동반되는수증기공급을분석할수있지만겨울철에는보통의경우 850hPa 고도까지많은양의수증기가분포하는경우가거의없기때문에 850hPa 일기도만분석할경우이러한대기하층의변화를놓치는우를범할가능성이높다. 10

11 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 그림 2.1.3은 1월 3일 12UTC와 4일 00UTC 925hPa 분석일기도이다. 지상일기도패턴과비슷하게 3일 12UTC 일기도에서는몽고북쪽에중심을둔대륙고기압이강하게남서쪽으로장출하고있는가운데대만부근에중심을둔온난한고기압이위치하고있으며, 산둥반도에서중심을가진기압골이발생하기시작하고한반도동쪽으로는오호츠크해에중심을둔기압골세력이뻗어있다. 한반도는이들고기압과저기압사이의안장부에위치한다. 여기에서주목해야할것은한반도상공과산둥반도에위치한기압골후면의등온선분포도이다. 0 등온선과 -12 등온선이한반도남해안과한만국경부근을지나고있는데, 서쪽저기압중심을경계로그폭이매우좁아지고있다. 이는북쪽의한기남하와남쪽고기압세력의버팀현상에의한것으로볼수있는데두가지의미를가진다. 먼저저기압후면에서의강한남북온도경도의발생은전선발생및급격한발달조건을제공한다. 둘째로일반적으로조밀했던등온선이소해지기시작하는분류 (Diffluence) 지역에서는주변에비해서강한상승운동이발생할수있는데이는기압골전면에서의대류성구름발달에크게기여한다. 4일 00UTC 일기도에서는발달된기압골이한반도서해상에위치하고있으며기압골중심의북서쪽으로부터강한한랭이류가발생하고있는반면남서쪽으로는강한온난이류가발생하고있다. 등온선분포를보면전일야간에비해서 0 등온선이북상하여한반도남해안지역을지나고있으며 -6 등온선이한반도중부지방을그리고 -12 등온선이한만국경지역을지난다. 대설이발생한시기가한겨울철에해당한다는점을볼때 925hPa 고도의 0 등온선이남해안부근을지나고있다는것은이례적인현상으로이는한반도남쪽으로온난이류에의한풍부한수증기공급이가능했으며, 북쪽의한기와남쪽의온난한공기가한반도중부지방에서서로충돌하면서강제상승에의한종관규모조건부대류잠재불안정이형성되어대류성구름들이한반도내륙에서연속적으로발생하고유지되었음을의미한다. [ 그림 2.1.3] 2010 년 1 월 3 일 12UTC( 상 ) 4 일 00UTC( 하 ) 925hPa 분석일기도 11

12 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 그림 는 1 월 3 일 12UTC 와 4 일 00UTC 850hPa 분석일기도이다. 전체적인기압배치는 925hPa 일기도와유사한형태를보이고있다. 3 일 12UTC 일기도에서한반도는전체적으로약 한기압능에위치하고있는반면, 산둥반도부근에서기압골이형성되기시작하고있으며그후 방으로대륙고기압이강하게장출하고있다. 등온선은 0 등온선이제주도부근을지나고있는 가운데북한지방으로는 -15 등온선이지나가고있다. 그리고그서쪽으로는등온선이매우조 밀하게분포하고있어기압골의동진과함께한반도상공에서강제상승운동이존재하기유리한 조건이형성되고있다. 또한습윤구역이한반도중북부지역과발해만부근까지광범위하게분 포하고있는데이는겨울철에 850hPa 고도까지수증기가깊게분포하기힘든점을감안하면매 우높은수준의수증기공급이이루어지고있음을의미한다. 4 일 00UTC 가되면저기압의중 심이옹진반도부근에위치하면서, 저기압중심을기준으로서쪽으로 는온도골 (Thermal Trough) 이 그리고한반도내륙으로는온도능 (Thermal Ridge) 이형성되고있 다. 따라서서해상으로는강한한 기가남하하면서상대적으로따뜻 한서해상을지나구름을형성하 고이구름대가한반도에진입하 면서남서기류에의해서공급되는 수증기와열을만나더욱발달하 여대류성구름을만들어냈다. 등온선분포를보면한반도중부 지방을중심으로 -6 등온선이 지나가고바로북쪽에 -9 등온 선이위치한다. 겨울철강설예보 에서 850hPa 의 -6 등온선이 눈과비를구분하는기준이되는 데, 이는남부지방에는비가중부 지방에는눈이내리는현상과잘 일치한다. 겨울철한기남하와함 께동반되는기압골의경우에는 비교적빠른속도로이동해서한 반도를통과하는데길어야 6 시간 정도가소요되는반면일기도에서 보는바와같이한반도남쪽에강 한기압능이존재하는상태에서 북쪽에서한기를동반한고기압이 장출한상태에서일본동쪽에중 [ 그림 2.1.4] 2010 년 1 월 3 일 12UTC( 상 ), 4 일 00UTC( 하 ) 850hPa 분석일기도 12

13 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 심을둔기압골세력이계속해서머물러있기때문에그사이에갇힌저기압은그이동속도가상대적으로느려지게된다. 총강설량이시간당강설량과지속시간에의해서결정된다는점에서 850hPa 이하고도에서장출하는한기와남서쪽에서의유입되는온난이류의충돌에의한상승운동과풍부한수증기공급으로인해서강설효율이크게증가하고, 느린속도로이동하면서오랜시간동안제한적인장소에많은양의눈을내리도록한것이다 13

14 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 중상층일기도분석 하층일기도분석을통해서대기하층의풍부한수증기공급에의한강수효율상승여부, 온난이류와한랭이류의충돌에의한중규모불안정여부등에대한정보를확인할수있다면, 중상층일기도분석을통해지상저기압이더욱발달할수있는경압불안정을얼마나중상층에서강화시켜주는지를알아볼필요가있다. [ 그림 2.1.5] 2010 년 1 월 3 일 12UTC( 상 ), 4 일 00UTC( 하 ) 700hPa 분석일기도 그림 2.1.5는 1월 3일 12UTC와 4일 00UTC 700hPa 분석일기도이다. 3일 12UTC 일기도에서한반도는약한기압능에위치하고있고발해만부근에서약한단파기압골이형성되기시작한다. 보통중위도에서대설은하층에서는뚜렷한저기압중심이나타나지만 700hPa 이상의고도에서는중심으로부터분리된단파기압골에동반되며, 상층기압골이접근하면서더욱발달하고상층기압골이통과하면서강설이종료되는특성을가진다. 강설이시작되기전인 3일 12UTC에서는이러한조건이한반도부근에서만들어지기시작했다. 4일 00UTC 일기도에서상층단파기압골은아주느린속도로서진하여산둥반도부근에위치하고있으며기압골축의북서쪽에는강한북서기류가존재하고기압골축의남서쪽으로는강한남서기류를유도하고있다. -10 등온선은전시간과비슷한한반도남해안지역을통과하고있으며, 전날 12UTC에한만국경에위치하고있던 -15 등온선이중부지방까지남하하여강한남북온도경도를형성한다. 14

15 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 그리고한반도중부와북부에온도와노점온도차가 3 이하인습윤구역이존재한다. 이것은대설예보에관한두가지힌트를제공하는데먼저일반적으로겨울철에한반도에눈을가져오는구름이 3km 이상성장하는경우는거의없는데반해서이번사례의경우에는약 3km 고도인 700hPa 까지많은양의수증기가공급되면서강수효율이높은대류성구름을만들어내는데유리한조건을제공하고있다. 그리고일반적으로중위도지방에서강한눈은 700hPa 노점온도가 -10 에서 -5 사이인습윤한공기에서발생한다고알려져있는데 ( 예보관중급교재대기분석및예보 10장기상요소별예보참조 ) 일기도분석에서집중호우사례가발생한한반도중부지방을중심으로이와같은조건이만들어지고있다. 15 그림 은 1 월 4 일 00UTC 500hPa 과 300hPa 분석일기도이다. 500hPa 고도에서한만국경 에서서해까지형성되어있는상 층기압골이몽골에한랭핵을가 지고남하하고있는한랭기류전 면에서발달하고있고, 기압골을 중심으로강한양의와도구역이 형성되고등고도선및등온선이 분류 (Diffluence) 형태를보임으로 서, 하층부터대기중층까지상승 운동을유도하고있다. ( 예보관훈 련교재대기역학 7 장 5 절그림 7.11, 그림 7.12 절참조 ) 300hPa 고도에서한대제트중심 (Polar Jet Streak) 이전일야간 에비해서남하하여한반도중부 지방을향해향해진입되고있는 데, 이지역에서강한상층발산구 역이형성되고있음을알수있다. 약한기압골에동반되어상층발 산구역이하층의기압골의수렴 구역상공을통과하면그기압계 는강하게발달할가능성이높다. 이번대설사례의일기도분석을 종합하면대기하층에서풍부한 수증기가공급되고있었고, 저기 압을중심으로북서쪽에는강한 한랭이류가남서쪽에는강한온난 이류가존재하여강한남북온도 경도에의한전선발생에유리한 조건을형성하고있었으며, 한랭 [ 그림 2.1.6] 2010 년 1 월 4 일 00UTC 500hPa 분석일기도 ( 상 ), 300hPa 분석일기도 ( 하 )

16 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 한공기의전면에온난한공기가지속유입되면서두개의기류가충돌강제상승하여눈구름들이지속적으로그리고강하게발달할수있는조건을만들었다. 그리고대기상층에서는대기하층의기압계발달을촉진시킬수있는상층기압골과발산구역이대설구역상공에위치하면서지상에서 300hPa 고도까지기압계가전체적으로서쪽으로기울어져강한종관규모경압불안정을가지는잘조직화된중위도저기압시스템에의해서 ( 예보관훈련교재대기역학 13장 3절그림 13.4 참조 ) 강설이유도되었다. 또한지형효과와중규모불안정이복합적으로작용하여강한눈구름이형성되고오랜시간동안유지되었다는사실을확인할수있었다. 16

17 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 온난컨베이어벨트이롞을바탕으로한사례해석 등압면분석일기도도매우유용한분석도구이기는하지만기압계시스템을중심으로형성되는기류의흐름을종합적으로판단하는데는한계가존재한다. 이러한한계를극복하기위해서전체시스템에대한상대적인기류의움직임을통해서 3차원구조와기류의흐름을설명하는이론이컨베이어벨트 (Conveyor Belt) 이론이다. 기존의대표적인중위도저기압이론이었던노르웨이저기압모형이나 Shapiro-Keyser 모델등이시스템에상대적인기류의흐름이나 3차원적구조를완벽하게설명하지못하는한계를극복하기위해서 1980년대들어시스템에상대적인기류 (System Relative Flow) 분석을통해서시스템의발달기구를밝히고자하는노력의결과로제시된모형이컨베이어벨트이론이라고할수있다.( 컨베이어벨트이론의상세한내용은중급예보관교재대기분석및예보 6장수송대이론참조 ) 공기가단열적으로상승하거나하강하면그온위 (Potential Temperature) 는보존된다. 따라서상승하거나하강하는공기의운동은등온위면 (, Isentropic Surfaces) 을따라기압계에상대적으로움직이는공기의흐름과동일한것으로간주할수있다. 등온위면을따라운동하는공기덩어리의궤적을추적하기위해서는포화되어있는공기는등습구온위면 (, Wet Bulb Potential Temperature Surfaces) 을따라움직이는흐름으로간주하고, 건조한공기는등온위면을따라움직이는것으로간주하고분석하여야한다. 구름은등습구온위혹은등온위면의경사를따라상승하는기류부근에서형성되는것으로이해할수있다. 등온위면분석을바탕으로하는컨베이어벨트이론에서구름과강수구역을정확하게이해하기 위해서는기압계를따라이동하는좌표계를따라등온위면분석이이루어진다는사실을명심하 고있어야한다. 기압계를따라이동하는좌표계는기압계의운동벡터의속도와형태가일정하게유지되는것을가정하기때문에등온위면분석을통해서얻어진기류의운동벡터에서시스템운동벡터를빼서기압계에상대적인기류를얻어내는방식을선택하게된다. 이러한기압계-상대분석구조 (System-relative Framework) 를 상대기류등온위면분석 (Relative Flow Isentropic Analysis)' 라고부른다. 따라서컨베이어벨트라는용어는기압계-상대분석구조내에서등온위면을따라움직이는공기의대규모운동을 3차원적으로설명하는데사용된다. 컨베이어벨트이론에서의기류의흐름을이해하기위해서는등온위면을따라움직이는공기의시스템상대기류에대한이해를먼저해야한다. 17

18 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 그림 2.1.7에서보이는바와같이 500hPa 고도에서의기류의흐름을제 3자의시각에서보면기압골축을중심으로풍하측에는북서기류가축의동쪽인풍상측에는남서기류가형성되게된다. 그러나시스템과같은속도로이동하면서주변기류의흐름을보면기류의흐름이전혀다르게보이게된다. 벡터계산식에서벡터차는 A B C 로표현할수있는데, 비슷하게스톰상대기류벡터 (SR) 는 V C SR 로표현할수있다. 따라서 500hPa 기압골주변의시스템상대기류의모습은그림 2.1.7의아래와같은형태로분포하는것처럼보이게된다. 그림 2.1.8은저기압의발달단계에서전선, 구름분포, 그리고저기압시스템에대해서상대적으로움직이는온난컨베이어벨트와한랭컨베이어벨트그리고건조컨베이어벨트의위치와구조를순간포착 (Snap-shot) 으로보여주고있다. 온난컨베이어벨트는저기압중심의남동쪽하층 (900hPa) 에서유입되기시작해서한랭전선을따라북쪽으로이동하면서점차상승하여온난전선부근에서대기중층 (500hPa) 고도까지상승한후북동쪽으로방향을바꾸어대기상층으로빠져나가는경로를가지고있다. [ 그림 2.1.7] 500hPa 기압골부근의실제기류벡터 ( ), 시스템이동벡터 ( ), 스톰상대기류벡터 ( ) 개념도 온난컨베이어벨트와구별되는한랭컨베이어벨트는저기압중심의동쪽대기하층 (850hPa) 고도에서부터온난전선을따라동쪽으로이동하면서점차상승하는모습을가진다. 그림에서한랭컨베이어벨트는온난컨베이어벨트에비해서연직운동이대기중층 (500hPa) 으로제한되고있다. [ 그림 2.1.8] 저기압 / 전선발달단계에서의컨베이어벨트 (Conveyor Belt) 모형모식도 18

19 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 19 구름의구조에서주목해야할것은온난컨베이어벨트와한랭컨베이어벨트가교차하는지역에 서발생하는대류성구름이다. 그리고마지막으로폐색전선과한랭전선사이에서발생하는건 조컨베이어벨트가나타난다. 일반적으로중위도저기압에서의컨베이어벨트의수직적인깊이 는 1~3km, 넓이는 200~300km 이며길이는수천 km 에이른다. 컨베이어벨트의온도폭은전 선구역과관련되어있는데컨베이어벨트를구성하는공기의온도에따라서온난컨베이어벨트 와한랭컨베이어벨트로구분되고, 특이하게습도에따라상대적으로건조한공기의유입과관 련된건조컨베이어벨트도중요한역할을한다. [ 그림 2.1.9] 온난컨베이어벨트전방상승에의한활강한랭전선평면 ( 상 ) 과한랭전선에수직한연직단면도 ( 하 ) 온난컨베이어벨트 (WCB; Warm Conveyor Belt) 는중위도저기압에서구름을형성하는 가장중요한기류이다. 온난컨베이어벨트는 중위도저기압계의한랭전선전면에서방대 한양의열과수증기그리고운동량을극지방 과연직으로수송하는기류를의미한다. 온난 컨베이어벨트는저기압의남단대류권하층 에서북단의대류권상층으로상승하는구조 를가진다. 이러한운동은열적직접순환의 일부분으로따뜻한공기를상승시키고차가 운공기를하강시키는역할을한다. 기류는 상승하면서점차가속되어대기상층에서제 트기류의최대풍을만들어낸다. 상승기류 의흐름이매우빨라서빠르게포화되면강수 의강도가증가하게되는데보통온난컨베이 어벨트구역의대류권하층과중층에서뚜렷 한강수가발생한다. 따라서온난컨베이어 벨트는하층운과중층운을주로만들어내고 북단에도달하면권운띠를형성한다. 온난 컨베이어벨트와관련된구름띠들은컨베이 어벨트의서쪽과극방향에뚜렷한끝단을 가지는상층운으로구분된다. 구름의뚜렷한 끝단은대류권상층이나성층권하부로부터 의하강운동에대응하는역할을하는온난 컨베이어벨트의진출에의해서상대적으로형성되는변형구역의형성결과로만들어진것이다. 이러한이유때문에변형구역은온난컨베이어벨트내에서최대풍속구역과일치하게된다. 온난컨베이어벨트의왼쪽끝단의뚜렷한구름경계는지상한랭전선의바로뒤쪽이거나전면 에형성되는데이것은온난컨베이어벨트의기류가한랭전선에상대적으로후방을향하는지 ( 활 승한랭전선 : Ana Cold front) 혹은전방을향하는지 ( 활강한랭전선 : Kata Cold Front) 에따 라서구분된다 년 1 월 4 일대설사례의경우온난컨베이어벨트이론중에서온난컨베이 어벨트의전방상승 (Forward Sloping) 활동에의한강제상승의결과로발생하였다 ( 그림 참조 ).

20 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 온난컨베이어벨트의전방상승운동은대기중층공기가빠르게이동해서지상한랭전선을지나중층공기의전단이온난컨베이어벨트로넘어들어온경우에발생한다. 온난컨베이어벨트를침범한공기는매우건조하기때문에낮은습구온위 ( ) 를갖는특성을가진다. 그러나습구온위가낮다는것이온난컨베이어벨트에비해서실제온도가낮다는것을바로의미하지는않는다. 왜냐하면건조한공기가하강하면서단열승온해서더워질수있기때문이다. 대류권중층의공기가온난컨베이어벨트의공기위를덮으면컨베이어벨트지역은잠재불안정상태에놓이게되어온난컨베이어벨트의따뜻한공기가충분히불안정해져서한랭한공기위로충분히들어올려질수있게된다. 온난컨베이어벨트에서이러한형태의운동을유도하는구조를가지면이것을활강한랭전선이라고부른다. 실제로대설사례에서컨베이어벨트의구조가어떻게형성되었는지를추정하기위해서 850hPa 일기도에상 하층기압계의위치를중첩시킨것이그림 이다. 1월 4일 00UTC 850hPa 일기도에서기압골중심은옹진반도부근에위치하고있으며, 지상기압계는그보다약한남동쪽인서해안부근에위치하여지상분석일기도에서는분석되지않았지만수증기영상의구름형태와온도분포를고려해서지상한랭전선과온난전선의위치를확인수있었다. 700hPa 고도의기압골은 850hPa 기압골의후면에위치하고있어한랭이류와온난이류가한반도내륙중부지방에서충돌하고있는것을알수있다. 흥미로운것은 850hPa 유선과 [ 그림 ] 2010년 1월 4일 00UTC 합성일기도바람장을보면온난한공기가한랭전선과나란하게불어들어와온난전선부근까지깊숙하게유입되고있으며, 상층건조컨베이어벨트와관련되어있는 Dry Slot을동반한 500hPa 기류가발해만부근에서한반도중부를지나남부지방으로강하게침강하면서유입되고있고, 동시에상층제트의축이한랭전선을추월하여한반도남부지방으로유입되고있다. 합성일기도에서먼저확인할수있는것은한반도주변의종관규모환경이상당한경압불안정구역에위치하고있었다는점이다. 그리고전체지상기압계의이동속도가거의정체되거나빨라도남동쪽방향 5kts(2.5m/s) 를넘지않는가운데, 700hPa 고도와 850hPa 그리고 925hPa 고도의바람은남서기류로 20kts(10m/s) 를넘고있는것을알수있다. 이것은한랭전선전면에서강한온난이류가발생하고있으며, 이를시스템상대기류로 20

21 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 판단하면강한남 ~ 남서기류가온난전선에거의수직으로발달하고있다는것을충분히추정할수있다. 그리고이와상반되게 500hPa 이상고도의한랭하고건조한침강기류는한랭전선을훨씬추월하여남서쪽에서유입되는남 ~ 남서시스템의상대기류와충돌하면서온난전선을가로지르는강제상승운동을가지는시스템상대기류를만들어내고있는것을알수있다. 이러한종관규모시스템상대기류의추정은등온위면분석과단열선도를통해서실제로존재하였음을증명할수있다. 21

22 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 [ 그림 ] 2010 년 1 월 4 일 00UTC 280K 등온위면일기도 ( 좌 ), 오산단열선도 ( 우 ) 그림 은 1 월 4 일 00UTC 한반도상공등온위면분석일기도 ( 좌측하단같은시간레이더 영상 ) 와오산에서관측된단열선도를보여준다. 280K 등온위면기압및기류분석장을보면한반도남해안쪽을 900hPa 등압면이분포하고한반도북부지역으로 700hPa 등압선이지나가고있다. 그리고이등압선을가로질러남풍계열의상대기류가분포하고있음을알수있다. 등온위면분석에서고기압에서저기압방향으로등압선을가로질러불어들어가는기류는상승운동을의미하는데, 남해안에서중부지방까지약 400km 를이동하는동안 200hPa의차이를가지므로이것은일반적으로온난전선면의기울기 1:200로강제상승운동을유도하고있는것을알수있다. 레이더에코에서상승운동구역을따라발달된레이더에코가존재하고, 같은시간위성영상에서한반도내륙에대류성구름이분포하는것은서해상에서만들어진층운형구름들이강제상승하는시스템상대기류를만나서강하게발달하고있음을잘보여준다. 그리고오산에서관측된 4일 00UTC 단열선도에서지상에서 850hPa 고도까지강한역전층이형성되어있는것을볼수있는데이는 925hPa에서 850hPa 고도까지상대적으로온난한기류가유입되면서형성된역전현상으로, 보통겨울철에대기하층에역전층이존재하는경우에는한랭기류의유입에의해서만들어지는구름의발달이제한되어층운형구름을만들어내는것을알수있다. 그런데이들구름들은내륙으로상륙하면서강하게발달하여대류형구름을만들어내는데이것은한반도내륙에형성되어있는강제상승에의한잠재불안정의결과라고추정해도무리가없을것이다. 단열선도에서여기에서또하나주목해야할것은대기최하층에서부터 700hPa 고도까지거의포화된공기가존재하며 500hPa 고도까지확대하더라도평균상대습도가 80% 를넘어서고있는데이러한형태의단열선도는충분한습기를동반하고있기때문에작은상승운동만으로도충분하게연직으로발달할수있는환경을제공한다. 22

23 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 2.2. 위성분석 대설발생전위성영상의특성 대류세포발생전위성영상의특징을파악하기위해강설발생두시간전인 2010년 1월 4일 0200KST부터 0333KST까지한반도와동아시아지역의적외영상과수증기영상을분석하였다. 적외영상그림 2.2.1(a.1) 와그림 2.2.2(a.1) 에서서해상, 서해의해안선, 전라도지방등곳곳에 하층운이분포하고있으며서해상에넓은해무가존재하고있는것을볼수있다. 또한서해상에동서방향으로길게뻗은높은구름이존재한다. 특히해안선과나란한구름대의경우온난전선과연관이있는것으로보이며이것으로현재서해상으로부터한반도로저기압이다가오는것을알수있다. 시간이지나며시스템들이동진하고요동반도쪽하층운이점차발달하고있으며그림 (a.3) 에서산둥반도남쪽지역의구름열을보아저기압순환과관련된차가운대륙쪽에서부터북서풍이불고있는것을알수있었다. 수증기영상그림 2.2.1(b.1) 와그림 2.2.2(b.1) 에서고위도에서부터경기만까지파고드는약한암역이존재하며시간에따라동진 / 강화된다. 적외영상과수증기영상에서대기중 상층의암역과대기하층의하층운영역이서해상에위치하여건조공기의하강으로인하여그전방에눈구름대가만들어질수있는가능성이있는것으로판단된다. 겨울철에는대류세포가높은곳까지발달하기힘들므로여름철과달리적외영상에서강설과관련된구름을찾는것은어려웠다. 23 (a.1) IR1-0200KST (b.1) WV-0200KST (a.2) IR1-0233KST (b.2) WV-0233KST (a.3) IR1-0333KST (b.3) WV-0333KST [ 그림 2.2.1] 강설발생전한반도영역의 (a) 적외영상과 (b) 수증기영상

24 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 (a.1) IR1-0200KST (b.1) WV-0200KST (a.2) IR1-0233KST (b.2) WV-0233KST (a.3) IR1-0333KST (b.3) WV-0333KST [ 그림 2.2.2] 강설발생전동아시아영역의 (a) 적외영상과 (b) 수증기영상 24

25 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 대설발생시위성영상의특성 한반도에강설이시작된후위성영상의특징을보기위해 2010년 1월 4일 0400KST부터 1400KST까지한반도영역의적외영상, 수증기영상, AWS 강수분포를분석하였다. 겨울에는대류가깊게발달하기힘들므로강설시간동안한반도주변에 45 이하구름이존재하지않았다. 따라서적외강조영상의분석은고려하지않았다. 그림 2.2.3은 2010년 1월 4일강설발생후적외영상, 수증기영상, AWS 강수분포를나타낸다. 적외영상그림 2.2.3(a) 의 0400KST에서해상에광범위하게해무가존재하고있으며서해의해안선을따라온난전선과관련된낮은대류세포가존재한다. 한랭전선과관련된구름은해무와주변의하층운의영향으로찾아보기힘들었다. 또시간이지남에따라저기압이동진 / 발달하며대류세포가성장하였다. 특히강설발생초기시간에요동반도전방에서부터경기만까지위치한구름의발달을볼수있으며 0633KST에온난전선과관련된구름이높게성장한것을적외영상에서뚜렷하게확인할수있었다. 또 0800KST에서해해안선을따라나란히발달한한랭전선과관련된구름을볼수있다. 0933KST에산둥반도에서북서풍을따라호남 / 제주해안으로이어진운열들을볼수있으며이것으로저기압후면에서대륙고기압확장하는것을알수있다. 그리고 1000KST부터 1200KST에서울 / 경기등한반도중부지방에서한랭전선과관련된구름이지속적으로발달하여중부지방에많은강설을내린것을알수있다. 0700KST에경기만에서부터발달되어들어온대류세포가한반도중부에위치하고있으며 KST에급격하게발달하여면적이증가하였다. 이대류세포는기존저기압과관련된구름의발달과는다른양상으로발달하는것과대류세포가계속해서동진 / 발달하여동해안으로시스템이빠져나간 1300KST 영상에서후면의저기압과관련된구름과분리되어있는것을보아산둥반도에서부터생성되어발달되어온저기압과는분리된다른독립적인대류세포로판단된다. 1400KST에저기압은동해안으로이동하여일부지역을제외하고는강설이종료되었다. 수증기영상그림 2.2.3(b) 의 0400KST에산둥반도에서부터경기만앞바다까지이어진암역이존재하고있다. 암역이동진하며강화되어 0633KST에상층의하강기류로인한대류세포의발달을볼수있으며 0833KST, 0933KST에경기만부근, 1000KST에충청지방에눈구름대가지속적으로생성 / 발달되는것을볼수있다. 1200KST 이후한반도로매우강한암역이유입되어전방의구름의발달을유도하였다. 그러나뚜렷한새로운대류세포의생성은없었고강한암역이저기압과함께 1400KST에동해상으로이동하였다. 그림 2.2.3(c) 는 AWS 강수분포를나타낸다. 강수는 0430KST에경기만에서부터시작되었다. 0700KST에구름의발달로인한강수의증가를볼수있다. 1000KST부터한랭전선이한반도로진입하여이와관련된강수가나타났으며시간이지남에따라시스템이동진하여동해안으로빠져나가 1430KST에강수가대부분지방에서약해졌다. 25

26 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 (a.1) IR-0400KST (b.1) WV-0400KST (c.1) AWS-0430KST (a.2) IR-0633KST (b.2) WV-0633KST (c.2) AWS-0700KST (a.3) IR-0700KST (b.3) WV-0700KST (c.3) AWS-0730KST (a.4) IR-0800KST (b.4) WV-0800KST (c.4) AWS-0830KST 26

27 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 (a.5) IR-0933KST (b.5) WV-0933KST (c.5) AWS-1000KST (a.6) IR-1000KST (b.6) WV-1000KST (c.6) AWS-1030KST (a.7) IR-1200KST (b.7) WV-1200KST (c.7) AWS-1230KST (a.8) IR-1300KST (b.8) WV-1300KST (c.8) AWS-1330KST 27

28 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 (a.9) IR-1400KST (b.9) WV-1400KST (c.9) AWS-1430KST [ 그림 2.2.3] 2010 년 1 월 4 일강설발생후 (a) 적외영상, (b) 수증기영상, (c)aws 강수분포 (a) 주편차온도 (b) 월편자온도 [ 그림 2.2.4] 2010 년 1 월 4 일 NOAA 주편차해수면온도 (a) 와월편차해수면온도 (b) 그림 2.2.4에서한반도주변의해수면온도가월평균, 주간평균모두평년보다 2~3 높게유지되었다. 따라서수온이평년보다높은상태에서저기압이서해상을통과하는동안해상에서많은수증기를공급받았고상층에찬하강기류의접근을의미하는건조서지경계 (Dry Surge Boundary) 가접근함에따라대류가발달하여대설이유발된것으로판단된다. 또한저기압이해안가에상륙함에따라지형의영향도작용한것으로추정된다. 28

29 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 대류세포의시간에따른발달구조의변화를알아보기위해서울 경기 강원지역의평균휘도온 도, 최소휘도온도를구하였다. 그림 2.2.5는서울 경기 강원지역의평균, 최소휘도온도와평균강수의시간변화를나타낸다. 적외1채널의평균휘도온도와최소휘도온도가 0600KST부터 0933KST까지꾸준히감소하는것을볼수있다. 이러한휘도온도의감소는대류세포의발달을나타내며적외영상그림 2.2.3(a) 의 0633KST부터 1000KST까지구름이지속적으로발달하는것과잘일치하고있다. 위의시간에서휘도온도가감소할수록강수가증가하는경향을보이며강수와휘도온도간의시간변화또한잘일치하였다. [ 그림 2.2.5] 서울 경기 강원지역의평균, 최소휘도온도와평균강수의시간변화 29

30 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2.3. 레이더분석 레이더수평반사도 중부지방에위치한저기압과대륙고기압의영향으로서해중부지역에강한수렴을형성하였다. 저기압이서해상을통과하면서따뜻하고습한공기를공급하고, 저기압후면으로찬공기가유입되면서눈구름을발달시켰다. 약 10시간동안서울 (25.8cm) 및경기지역에기록적인대설이발생하였다. 강설밴드는수평 200km 내외의규모를가지고서해중부지역으로진입하였으며새로운강설밴드가기존의강설밴드후면에지속적으로생성되어유입되었다. 강설밴드가연속적으로생성되면대설을발생할가능성이높다. 강설시스템은약 15~19ms -1 의속도로빠르게중부지방을통과하였으며, 이동방향은시선속도패턴과유사하게 0300KST에는동쪽, 0600KST 이후에는북동쪽으로이동하였다. 강설시스템의후면으로 15 ms -1 이상의강한바람이유입되었다. 그림 2.3.1은 0300KST부터 1200KST까지의 1시간간격반사도 CAPPI영상으로 0300KST에 25dBZ이상의반사도와 240km 정도의수평규모를가지는선형밴드가서울지역인근의서해안에관측되었고이후 0400KST에는서울및경기지역에위치하였으며후면으로 20dBZ의반사도를가지는에코가생성되었다. 0400KST에생성된반사도에코는 0500KST에선형의밴드형태로발달하여 0600KST 이후서울및경기지역을통과하였다. [ 그림 2.3.1] 2010 년 1 월 4 일 0300KST 부터 1200KST 까지 1 시간간격의강설시스템 CAPPI 영상 30

31 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 레이더반사도의연직단면분석 강설시스템의발달구조및이동을조사하기위해그림 2.3.2와그림 2.3.3에 0600KST부터 0700KST까지강설시스템의수평반사도와반사도의강도와이동방향을고려하여반사도의연직단면도를나타내었다. A-A 은진행방향에대한강설시스템의연직단면도를나타내고 B-B 과 C-C 은각각기존의강설시스템과후면에서새로생성된강설밴드의방향에대한연직단면도를나타내고있다. A-A 단면에서, 0600KST에나타난높이 4km의강한강설시스템은북서쪽으로 0630KST에약 20km 정도이동하면서점차적으로약해졌으나, 그후면으로 35dBZ 이상의새로운강설시스템들이발달하였다. 0700KST에는새롭게발달한강설시스템이병합하면서넓은영역에서발달하였다. B-B 단면에서, 1.5km 높이의 40dBZ가넘는강한반사도를가지는종모양의셀이나타났으나이후 0630KST와 0700KST에는 3개의강설시스템으로분리되면서점차쇠퇴하였다. [ 그림 2.3.2] 0600KST 와 0630KST 의 1.5km 반사도 CAPPI 영상과각영상에표시된 A-A, B-B, C-C 에대한연직반사도단면도. 검은색과분홍색원은각각기존에존재하고있던셀과새로생성된셀을표시하고있음 31

32 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 [ 그림 2.3.3] 그림 와동일. 0630KST 와 0700KST 를나타냄 32

33 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 레이더시선속도 그림 2.3.4는 1.5km 반사도와시선속도의 CAPPI영상이다. 0700KST와 1000KST의 0.7 PPI 시선속도분포에서등도플러속도선 (0값) 이활모양을가지고있어모든층에서풍계가분류 (Diffluence) 함을알수있다. 활모양을기준으로전반적으로남서풍계열이며, 레이더로부터북서방향은남남서풍, 북동방향은남서풍, 남동방향으로는서풍이주로불고있다. [ 그림 2.3.4] 0400, 0700, 1000KST 의반사도 1.5km CAPPI 영상과시선속도 0.7 PPI 영상 33

34 2. 실황분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 이중바람장분석 그림 2.3.5와그림 2.3.6은이중도플러레이더분석결과를나타내었다. 0630KST 1.5km 수평바람분포에서는시스템내부에수평적으로약한바람방향의변화를확인할수있다. 해양에서대부분서남서풍의바람이내륙으로접근할수록남서풍방향으로변화가있는것을확인할수있다. 시스템내부바람방향에따른남서-북동방향의연직단면도 (A-A ) 에나타난수직적대기의흐름은셀의코어주변이아닌보다멀리떨어진풍상측 (A지점으로부터북동쪽 20km 지점 ) 에 2ms -1 이상의상승류가나타났다 ( 그림 2.3.5). 또한, 해당지점인 25dBZ 지역후면에는 2-3km 아래에서하강류가뚜렷이나타나고있다. A-A 선의발산분포도에나타난강설사례의발산분포 ( 그림 2.3.6) 는약한발산과수렴값이나타나고있으며, 상승류가발생하는지역의하층에 s -1 이하의수렴지역이좁게나타나고있다. 선형의 30dBZ 영역에따라나타낸북서-남동방향의연직단면도 (D-D ) 에서나타나듯발달된시스템내부는전반적으로약한상승류와하강류 (2ms -1 미만 ) 가나타났다. 발산분포도또한강수사례보다상대적으로약한수렴 발산이나타나는패턴을보였으며새로이발달하는지역 (D지점으로부터약 10km 이내 ) 을제외한영역에서는하층에좁은수렴영역이존재한다. [ 그림 2.3.5] 이중도플러레이더분석결과 ( KST). 1.5km 고도의 CAPPI 반사도와수평바람분포 ( 좌 ). A-A 와 D-D 선에따른수직류 (Shaded) 와반사도 (Contour) 에대한연직단면도 ( 우 ) 34

35 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 2. 실황분석 [ 그림 2.3.6] 이중도플러레이더분석결과 ( KST). 1.5km 고도의 CAPPI 반사도와수평바람분포 ( 좌 ). A-A 와 D-D 선에따른발산 (Shaded) 과반사도 (Contour) 에대한연직단면도 ( 우 ) 35

36 3 예측자료분석 3.1. 수치예보모델특성분석 : 지역수치예보모델 (RDAPS) 3.2. 모델의강수예측결과분석

37 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 3. 예측자료분석 3.1. 수치예보모델특성분석 : 지역수치모델 (RDAPS) 운동에너지스펙트럼분석 ( 모델유효해상도분석 ) MM5 기반의 30km 격자해상도를가지는지역수치예보모델 (RDAPS) 의운동에너지스펙트럼을보여주고있다 ( 그림 3.1.1). UM 기반의 12km 격자해상도의지역수치예보모델의결과 (2010년 9월 21일수도권호우사례분석서참조 ) 에서와유사하게, 대규모영역의운동에너지스펙트럼 (κ -3 기울기 ) 은관측과잘일치하고있지만약 200km(6~7 X) 보다작은규모의운동에너지는관측 (κ -5/3 ) 에비해강한감쇄가일어나고있음을보여준다. 이는종관규모의이동성고 / 저기압을모의하기에는적절한해상도이나 Meso-β 이하의대기운동은정확하게모의하기어렵다고판단할수있다. [ 그림 3.1.1] MM5 기반 RDAPS( X=30km) 에의해모의된평균운동에너지스펙트럼분포. 동서 (U), 남북 (V), 연직 (W) 방향의운동에너지스펙트럼과전체운동에너지스펙트럼을나타냄. 각각의스펙트럼은시간 (24 시간 ) 과공간 ( hPa) 에대한평균값을나타냄 38

38 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 3. 예측자료분석 3.2. 모델의강수예측결과분석 중국에서발생한저기압이한반도를통과하면서중부지방을중심으로대설이발생한사례로 ( 그 림 3.2.1), 전국에걸쳐강우가관측되었으며강설량은중부지방 25cm/day, 충청 / 경북지역 5~10cm/day, 전남 / 경남 5cm/day 미만을기록하였다 ( 그림 3.2.2). [ 그림 3.2.1] 2010 년 1 월 3 일 /4 일지상일기도 39

39 3. 예측자료분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 서울지역은 06KST 에눈이시작되어 12-15KST 에 25cm 이상의적설을기록하였으며, 춘천지 역은저기압의이동에따라 09KST 에눈이시작되어 13KST 이후 20cm 이상의적설량을보였 다 ( 그림 3.2.2). [ 그림 3.2.2] 서울 (108 지점 ) 과춘천 (101 지점 ) 에서관측된신적설시계열과 2010 년 1 월 4 일최대신적설공간분포 40

40 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 3. 예측자료분석 지역수치예보모델 (RDAPS: UTC 적분시작 ) 에모의된저기압의이동속도는지상일기도에나타난것보다 3-6시간정도느리게이동하는것으로모의하고있다. 지상일기도에서는 09KST에서쪽에서이동해온저기압이한반도전역에영향을미치고있으나 RDAPS에의해모의된저기압은서해상에머물고있다. 12KST에서도수치모의된저기압은여전히서해상에머물고있는것으로예측되었다. 수치모형에서저기압의이동속도가늦어진원인은한반도에위치한기압능 ( 그림 과 09KST) 을강하게모의함에기인하는것으로분석된다. [ 그림 3.2.3] 지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된 2010 년 1 월 3 일 21KST, 4 일 03, 09, 12KST 의해면기압과 3 시간누적강수량 ( UTC 적분시작 ) 41

41 3. 예측자료분석 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 [ 그림 3.2.4] 지역수치예보모델 (RDAPS) 의 2010 년 1 월 4 일 12KST 예측해면기압과누적강수량 그림 3.2.4은선행시간의차이에따른지역수치예보모델에의해모의된해면기압과누적강수량을나타낸다. 전일 (1월 3일 09KST와 21KST) 모의결과와당일 (1월 4일 09KST) 모의결과는 1월 4일 12KST의저기압위치와강수영역예측에서큰차이를보이고있다. 이는모델의초기장으로사용된전지구분석장에서큰차이가나타난것으로판단되며또한모델의저기압의발달과이동의모의성능에도기인할수있을것이다. 이런차이에도불구하고 12KST 이후의지역수치예보모델은전국적으로약한강수 (5mm/3hr 미만 ) 를예측하고있으며관측강수량과유사하게예측을하고있다 ( 그림 3.2.5). 지역수치예보모델 ( UTC 적분시작 ) 의모의결과는서울지점에서 1월 4일 09KST에눈이시작되어 24KST까지지속되는것으로예측하고있으며춘천지점의경우에도서울과비슷한시각인 09KST에눈이시작되어다음날 03KST까지지속되는것을예측하고있다 ( 그림 3.2.6). 모의된저기압의한반도진입이늦어져관측에비해강설시작시간이약간늦게 ( 서울에서 3시간차이 ) 나타나는것으로분석할수있다. [ 그림 3.2.5] 2010 년 1 월 4 일지상관측강수량 (13KST) 과지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된 3 시간 (12-15KST) 누적강수량 42

42 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 3. 예측자료분석 [ 그림 3.2.6] 지역수치모형 (RDAPS) 2010 년 1 월 4 일예측연직시계열. 서울 ( 상 ) 과춘천 ( 하 ) 43

43 4 사례발생원인 4.1. 종관및중규모기상환경 4.2. 대기불안정 4.3. 강설발달단계 4.4. 수도권과경기지역강한강설발생의원인

44 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4. 사례발생원인 4.1. 종관및중규모기상환경 대설의개요 중부지역대설 년 1월 4일 05-10KST에수도권과강원도지역에강한강설현상이발생하였다. - 일반종관규모저기압에의한강설보다많은양의강설이발생하였다. ( 강설량 : 서울 25.8cm, 인천 22.3cm 등 ) 강수계 : 종관저기압강수계에의한강설 - 서해를통과하면서발달한저기압의중심이경기도남쪽으로통과하면서저기압중심부근동쪽과북쪽부분에서강한강설이발생하였다. - 중부지방대설유형 ( 손에잡히는예보기술 19. 대설사례분석과예측방법 ) 에속하는사례이다. 온대저기압의발달과이동 ( 그림 4.1.1) 중국동부 ( 산동반도남서쪽 ) 에서형성된종관저기압이 1월 4일 00-09KST에서해를통과하면서강해졌고, 저기압중심이경기도남쪽으로통과하였다. 강원도지역의등압선모습은지형의효과를보여주는것으로판단된다. [ 그림 4.1.1] 2010 년 1 월 4 일의지상일기도에나타난온대저기압발달모습 46

45 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4. 사례발생원인 온대저기압의서해안접근시서해안과인근서해에서비교적강한상승운동이분석되었다 ( 그림 4.1.2). - 종관규모강제에의한상승 : 양의상층와도이류와 hPa 층후이류 ( 온난이류 ) 가서해상에서중첩되어비교적강한상승에기여한것으로보인다 ( 그림 4.1.3). - 관측된강수계의위치 ( 수도권과경기도 ) 와 RDAPS 재분석장 ( 그림 4.1.2) 의상승진단지역이일치하지않는다. [ 그림 4.1.2] RDAPS 재분석장 : 2010 년 1 월 4 일 09 KST 의연직 p 속도 47

46 4. 사례발생원인 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 [ 그림 4.1.3] RDAPS 재분석장 : 2010 년 1 월 4 일 09KST 의 500hPa 와도이류 ( 좌 ) 와 hPa 층후이류 ( 우 ) 48

47 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4. 사례발생원인 온대저기압발달에대한해양의영향그림 4.1.1에서온대저기압은서해를지나면서비교적강한중심기압심화를보여주었다. 이기압하강에는해양으로부터의현열과잠열공급도영향을주었을가능성이있는것으로판단된다. RDAPS 예측장에따르면, - 저기압통과중하층대기의온도는물론습도도증가하여저기압중심과그남쪽서해상에서 925hPa 상당온위가약 6 증가하였다 ( 그림 4.1.4). - 1월 4일 09KST에저기압중심부근서해안과전남해상의 925hPa 상당온위차이는 12 에이르고있다. 상대적으로높은상당온위를갖는남쪽해상의공기가저기압순환에의해경기도서해안과내륙지역으로공급됨으로써대기불안정과강수발달에영향을미쳤을것으로판단된다. [ 그림 4.1.4] RDAPS 예측장 ( 초기시각 : 2010 년 1 월 3 일 09KST) 2010 년 1 월 3-4 일의 925hPa 고도 ( 파랑 ) 와상당온위 ( 빨강 ) 49

48 4. 사례발생원인 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4.2. 대기불안정 하층의기온구조와수분량이중요한 LI는안정한상태를암시하나, hPa 기층의기온감율과 850hPa 수분량이중요한 Total Totals(TT) 지수는서해안과인근서해상에불안정상태를보여준다 ( 그림 4.2.1). - 남쪽으로부터이류해온공기의대류상승가능성을암시한다. [ 그림 4.2.1] RDAPS 재분석장 : 2010 년 1 월 4 일 09 KST 의 Lifted Index ( 좌 ), K Index( 중 ), Total-Totals Index( 우 ) 강한온난이류에의한지상에서 850hPa 고도까지의강한역전층은구름의성장을방해하여층운형구름을만들어낸다. 이들구름들은내륙으로상륙하면서강하게발달하여대류형구름을만들어내는데이것은한반도내륙에형성되어있는강제상승에의한잠재불안정의결과라고추정해도무리가없을것이다. 또하나주목해야할것은대기최하층에서부터 700hPa 고도까지거의포화된공기가존재하며 500hPa 고도까지확대하더라도평균상대습도가 80% 를넘어서고있는데이는공기가충분한습기를동반하고있기때문에작은상승운동만으로도충분하게연직으로발달할수있는환경을제공한다. 지상의공기덩이를건조단열과정에의해강제상승시켰을때포화에이르는고도를의미하는상승응결고도 (LCL; Lifting Condensation Level) 와지상의공기덩이가복사가열로에너지를받아단열적으로상승하여포화에이르는고도를의미하는대류응결고도 (CCL; Convection Condensation Level) 의고도가각각 136gpm과 238gpm이라는사실로볼때한반도상공의대기는아주작은불안정과상승운동에의해서도쉽게응결에이르게되고지속적인잠열방출로상대적으로높은고도까지연직으로성장할수있었음을보여준다. 50

49 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4. 사례발생원인 또한, 중층이하의불안정요소를진단하는불안정지수인 KI 지수가 30을기록하고있다. 여름철기준으로 30을넘으면뇌우발생가능성이 60~80% 에이르는것으로알려져있는 KI 지수는대기하층에수증기가많고노점온도가높아응결에의한상승운동의척도로알려져있는데겨울철에 30이라는높은값을보인것으로도대기하층에서의강한온난이류에의한잠재불안정이대류형구름발생과대설로이어지는데크게기여하였다. 51

50 4. 사례발생원인 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4.3. 강설발달단계 (2010 년 1 월 3 일 21KST 4 일 ) 지상일기도 ( 그림 4.1.1) 와시간별강수량 ( 그림 4.3.1) 에따르면중부지역대설은다음과같이진행되었다 : 3일 21KST : 중국동부 ( 산동반도남서쪽 ) 에서저기압이형성된다. 4일 03KST : 저기압중심이산동반도남쪽을통과해가고저기압강수계가경기서해안에접근하면서서해안에강설이시작된다. 7-10KST : 저기압중심이서해안에접근하면서저기압의동쪽과북쪽 ( 수도권 + 경기지역 ) 부분에서강한강설이발생하였다. 9-15KST : 강원지역에강설이지속되었다 (11시이후부터는지형효과에의한강설이나타나기시작하고자정까지지속되었다.). [ 그림 4.3.1] 2010 년 1 월 4 일 05-15KST 의 1 시간강수량 52

51 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 4. 사례발생원인 4.4. 수도권과경기지역강한강설발생의원인 지상저기압동쪽부분의경기도해안과내륙에서종관규모강제등복수의강제에의해비교적강한상승운동이발달한것으로진단되며, 일반적종관규모상승보다더강한상승에의해강한강설이발생한것으로추정된다. RDAPS 예측장도비교적강한상승운동과강설지역을예측하고있으나, 관측된것보다약 3시간늦게경기지역에진입함으로써수치예측결과가실제와큰차이를갖게된것으로판단된다 ( 그림 4.4.1). [ 그림 4.4.1] RDAPS 예측장 : 2010 년 1 월 4 일 09KST( 좌 ) 와 12KST( 우 ) 의연직 (p) 속도 53

52 4. 사례발생원인 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 대류운발달의가능성존재 서해상을통과하면서해수면으로부터현열과잠열의공급을받아저기압중심과동쪽의잠재불안정성이증가하였다. 850hPa 위기층에대기불안정성이존재함에따라남쪽으로부터경기지역으로이류해온공기의대류상승가능성이있다 ( 위성자료분석은경기지역상공에대류운발달을제시하고있다.). 54

53 5 사전예측을위한검토자료 5.1. 일기도 5.2. 위성 5.3. 레이더 5.4. 수치모델 5.5. 이번사례가다른사례와구별되는특성 5.6. 향후예보를위한점검사항

54 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 5.1. 일기도 중부지방대설의매개변수분석 두가지집중호우사례와대설사례의예측매개변수분석을위해서 RDAPS 자료를활용했지만, 수치예보모델예측장으로집중호우매개변수들을찾아내기에는많은제한이있었다. 좀더나은참고자료를확보하기위해서 3가지사례에대한자문위원을통해공군에서활용하고있는 NCEP GFS 모델을초기자료로하는 WRF 모델결과를분석하였는데, 2가지집중호우사례는 RDAPS 와비슷하게강수지역이나강수량을예측하는데실패한것으로평가되어 RDAPS 분석장을활용했고, 대설사례는 WRF 모델결과가 RDAPS에비해서좋은결과를보여주었기때문에그결과자료를통해서대설매개변수들을통한예측장을분석하였다. 그림 5.1.1은실제대설이발생하기 36시간전인 1월 2일 12UTC에 6km 격자간격으로수행하여예측한 1월 4일 24시간누적강설량과 AWS에서관측된실제관측값을비교한그림이다. 남해안을제외한한반도중부와남부지방전체가 10cm 이상의적설구역에포함되어있으며, 강원산간지역으로는최대 30cm의적설을예측하였고, 서울 경기 영서및충청지역으로는 20cm가넘는적설을예측하고있다. 경북일부지방을제외하고전체적인강설패턴과집중지역그리고서울 경기 영서 충청지역에서의 20cm 이상구역과모델예측자료가거의일치하는것을알수있다. 그리고 3시간누적강수량분포와구름 ( 습수 ) 분석에서도강수집중지역과강수집중시간그리고하층운의분포와대류성구름이발달하는구역을비교적잘모의하고있다. [ 그림 5.1.1] 1 월 4 일 24 시간예상누적강수량 57

55 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 그림 5.1.2는 1월 3일 18UTC, 4일 00UTC, 그리고 06UTC 지상일기도및누적강수량을예측한그림이다. 3일 18UTC에산둥반도부근에서머물러있던지상저기압의중심이 4일 00UTC 에는한반도서해상으로진출하였고, 06UTC에는경북지역에중심을두고나타나고있는데이는실제지상일기도패턴과매우유사하였다는것을알수있다 ( 그림 참조 ). 저기압의이동경로를보면산둥반도-서해안-한반도남부지방을관통하는형태로한반도에서가장많은대설을가져오는기압계이동경로와같으며, 6시간누적강수량과강수분포도실제관측자료와유사하다. 지속적인강설이온난전선북쪽지역에서발생, 지상저기압중심과거리가멀어도강설발생, 저기압중심이다가올수록강수강도가증가, 저기압중심이통과한후에도강수가몇시간지속되는한반도대설특성에매우부합하는조건을예측자료는잘모의하고있다. [ 그림 5.1.2] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격지상기압및누적강수량예상도 58

56 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 [ 그림 5.1.3] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격 925hPa 고도, 혼합비, 온도 그림 5.1.3은 925hPa 예측장을보여주고있는데이또한실제관측일기도와매우유사하다. 강하게발달한기압골이지상저기압의경로와비슷하게이동하고있으며, 저기압중심의북쪽과동쪽에서많은수증기를함유한패턴이나타나는데이는한기가남하하면서서해상을건너수증기를공급받아구름을형성하고이구름들이남쪽으로부터남서기류와함께유입된온난기류의영향으로발달한결과라고할수있다. 등온선분포를보면저기압중심을기준으로남쪽에서는영상의온도를가진기류가강하게유입되는반면, 저기압중심의북서쪽에서는강한한기를함유한기류가유입되면서두개의성질이다른공기가충돌하여강한상승운동을유도하고있는것을알수있다. 이러한성질이다른공기의충돌에의한강제상승운동은기압골의발달을더욱촉진시켰으며, 그결과저기압의이동이느려지고더많은강설이지속되었다는사실을알수있다. 또한남서쪽으로부터의영상의기온을가지는공기가유입됨으로써강설입자들의성장을더욱촉진하여시간당강설량이 5cm가넘는대설을유도하는데크게기여한것으로판단할수있다. 59

57 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 [ 그림 5.1.4] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격 850hPa 고도, 혼합비, 온도 그림 5.1.4의 850hPa 예측장에서저기압중심의이동은지상일기도보다약간북쪽경로를따라이동하고있는형태를보이는데이또한관측자료와잘일치하고있다. 850hPa 예측장에서 3일 18UTC에제주도남쪽을주의깊게살펴야할매개변수는온도변화와하층제트의유입으로인한강제상승구역을판별하는것이다. 3일 18UTC에제주도남동쪽에위치했던 0 등온선이 4 일 00UTC에는급격하게북상하여한반도남해안까지진출하였으며온난이류의중심이저기압중심을향해있음을알수있다. 이것은강한온난기류가저기압중심으로유입되면서풍부한수증기와한기와의충돌로인한강제상승을유도하고나아가저기압의발달을유도한것으로볼수있다. 또한 5cm 이상의대설이오기위해서는저기압중심의남쪽에는 0 에가까운온난한공기가이류하고중심의북쪽에는 -5 이하의한기가유입되어온도경도에의한불안정이강화되어야하는데이러한저기압발달과강수효율증가를위한충분한조건을잘제공하고있다는것을 850hPa 예측장을통해서알수있다. 60

58 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 그림 5.1.5의수분속과유선예상도에서한반도남부지방으로강한수분속이나타나고이것은저기압을중심으로남서쪽에서불어들어오는강한하층제트에의한수증기수송의결과라고할수있다. 겨울철대설예보에서는대기중에충분한수증기가함유되어있지않기때문에이처럼상대적으로온난한해양을통과하여유입되는수분속의집중지역과강도를잘분석하고예측에반영하여야한다. [ 그림 5.1.5] 1 월 4 일 00UTC 850hPa 수분속 ( 좌 ), 유선과등풍속선 (> 25kts)( 우 ) 61

59 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 그림 5.1.6의상당온위 ( 색칠 ) 분포와이동을보면상층기압골을중심으로후면을따라매우건조하고차가운공기가한반도를향해서강하게진출하고있고, 이에대응하는온난하고습윤한공기가한반도주변에서한기의남하를저지하고있는모습을보여주고있다. 대설예보에있어서 700hPa에서의한기와난기의충돌로인한강제상승의강도가매우중요하다. 4일 00UTC에산둥반도에서한반도서해상으로한랭건조한공기가침투하고있는것을알수있는데, 이침투하는한랭건조한공기의축은 06UTC에는한반도남부지방을지나고있다. 700hPa 고도에서의한랭건조한공기가침투하는모습은수증기영상에서 Dry Slot이한반도를가로질러진행하는형태와연결해서생각할수있다. 한랭건조한 Dry Slot이북서쪽에서한반도주변의상대적으로온난한공기를향해침강하면온난한공기는강제로상승하여조건부대류불안정상태에놓이게된다. 이렇게들어올려진공기는등온위면을따라상승하면서북동쪽으로이동하게되고이상승기류에의해서구름은더욱연직으로발달할수있게된다. [ 그림 5.1.6] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격 700hPa 고도, EPV, 온도 2장 1절에서설명한온난컨베이어벨트의전방상승에의한대류운발달과정을잘설명해주고있다. 그림 5.1.7의 700hPa 연직속도분포에서한반도남서해상과태안반도부근에서강한연직운동이모의되고있는데한기와난기의충돌그리고하층제트의유입에의한강제상승과그로의한연직운동은강수량의증가와상층및지상기압계의발달을유도하는데매우중요한역할을했다고할수있다. [ 그림 5.1.7] 1 월 4 일 00UTC P-Velocity 62

60 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 그림 5.1.8을통해서 500hPa 고도에서약한상층골을동반하는저기압이한반도로접근하면서전면에서풍에서남서풍계열의바람을형성하고, 양의상대와도중심이지상저기압의후면에서접근하여기압골중심부근으로이동하고있는것을알수있다. 이양의와도구역은바로후면에 -36 의매우한랭한공기주머니를동반하고있는데겨울철강설현상은이양의와도축의전면에서시작되어와도축이완전히빠져나간후수시간동안지속되다가종료된다. 이양의와도이류는매우느린속도로이루어지는데이렇게강풍을동반하지만느리게이동하는와도중심은지상과하층기압계의연직발달을유도하고있는것으로판단할수있다. 700hPa 상당온위이동과마찬가지로와도중심을따라이동하는한랭핵은상층에서침강하는 Dry Slot의위치를예단하는데매우중요한역할을한다. Dry Slot의침강은지상한랭전선을추월하여온난전선구역까지도달하여전방-상승 (Forward-sloping) 온난컨베이어벨트의연직방향발달을유도하고이에따라강한대류성구름들이형성되어많은눈을가져올수있을것으로예측할수있다. [ 그림 5.1.8] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격 500hPa 고도, 상대속도, 온도 63

61 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 [ 그림 5.1.9] 1 월 3 일 18UTC~4 일 06UTC 6 시간간격 300hPa 고도, 등풍속선 > 100kts, 온도 그림 5.1.9에서보는바와같이 3일 18UTC에한반도는제트축의전단 (Nose) 에위치하고있으며그후면으로약한상층기압골이동반되어있는것을알수있다. 이제트축은 4일 00UTC에한반도남부지방을관측하고있고, 06UTC에는남해상으로진출하게된다. 제트기류의후면으로는 -48 이한랭핵을가지는한랭건조한공기가뒤따르고있다. 제트축의전면은상층발산구역으로이구역이하층의수렴구역과만나면구름은연직을높게발달하고전체기압계는잘조직화되어상대적으로많은양의눈을만들어낼수있다. WRF 모델예측장은 36시간전부터대설이발생할수있는매개변수즉풍부한수증기공급, 지속적인온난이류에의한수분속의유지, 상층제트를가로지르는하층제트의존재, 중층양의와도이류, 상층발산구역형성등을비교적잘모의해내고있어, 대설사례를분석하는데매우유용하였으며, 예측을위한매개변수의형태를보이는데도활용할수있었다. 이번대설사례는서해상에서의호수-효과 (Lake-effect) 와잘조직화된기압계에의한경압불안정제공, 난기와한기의충돌에의한강제상승과육지에서의지형의효과에의한강화등이복합적으로작용하여발생한것이었음을알수있다. 64

62 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5.2. 위성 2010 년 1 월 4 일대설사례는산둥반도에서생성된저기압이서해상을통과하여한반도로들어온 사례이다. 그러므로우리나라대설개념모델중한랭종관저기압형으로분류할수있다. 그림 5.2.1은한반도적설발생시까지동아시아영역의적외영상과수증기영상을나타낸것이다. 적외영상그림 5.2.1(a) 와 (c) 를보면서해상에광범위하게하층운과안개가존재하며시간이지남에따라동진한다. 하지만적외영상에서강설과관련된구름을쉽게구분하기힘들다. 수증기영상그림 5.2.1(b) 와 (d) 에서약한암역이산둥반도쪽에서다가오며강화되는것을확인할수있다. 강설과관련된대류세포는하층에수증기가존재하며그상층에암역의경계나암역내에서생성되었다. 하지만겨울철대류세포는낮은고도에서생성되기때문에적외영상이나적외강조영상을이용하여대류세포를찾는것은매우힘들며대류세포생성과관련된특징은더욱이찾을수없었다. 앞서말한것과같이위성영상을이용하여강설과관련된대류세포를찾는것은쉽지않지만대류세포생성을예측하기위해하층의수증기분포와상층의암역의유무를참고하여분석하는것이도움이될것이다. (a.1) IR1-0000KST (b.1) WV-0000KST (c.1) IR1-0000KST (d.1) WV-0000KST (a.2) IR1-0100KST (b.2) WV-0100KST (c.2) IR1-0100KST (d.2) WV-0100KST 65

63 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 (a.3) IR1-0200KST (b.3) WV-0200KST (c.3) IR1-0200KST (d.3) WV-0200KST (a.4) IR1-0333KST (b.4) WV-0333KST (c.4) IR1-0333KST (d.4) WV-0333KST (a.5) IR1-0400KST (b.5) WV-0400KST (c.5) IR1-0400KST (d.5) WV-0400KST [ 그림 5.2.1] 적설발생시까지동아시아영역의 (a) 적외영상과 (b) 수증기영상과한반도영역의 (c) 적외영상, (d) 수증기영상 66

64 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5.3. 레이더 2010년 1월 4일 0500KST에서 0600KST의강설시스템사례의움직임을통해산출한이동속도를나타내었다 ( 그림 5.3.1). 0500KST에분홍색원의직교점이위치하고있는반사도에코는 0520KST에동북동으로 20km 정도이동하였고, 같은방향으로 0540KST에 40km, 0600KST 에는 53 km 정도이동하였다. 이를통해산출된강설시스템의이동속도는 53 kmh -1 이고, 1시간뒤같은방향으로강설시스템이이동함을가정한다면그림 5.3.2의 0600KST에검은색원으로표시된반사도에코는 0700KST에검은색파선으로표시된지점으로이동하여야한다. 그러나레이더에서관측된반사도에코의실제이동위치는빨간색실선의화살표지점으로 0600KST에예상한에코의이동위치와차이가있다. 실제반사도에코가이동하여 0700KST에위치한지점은 0700KST에관측된시선속도 0.7 PPI영상에나타난주풍인남서풍의영향으로 0600KST에예상한위치보다좀더북쪽으로이동하였다. [ 그림 5.3.1] 2010 년 1 월 4 일 0500KST, 0520KST, 0540KST, 0600KST 의반사도 CAPPI 영상과강수시스템의이동벡터 67

65 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 [ 그림 5.3.2] 2010 년 1 월 4 일 0600KST, 0610KST, 0620KST, 0700KST 의반사도 CAPPI 영상과강수시스템의이동벡터 ( 좌 ), 1.5km 고도의시선속도 CAPPI 영상 ( 우 ) 68

66 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 그림 5.3.3은 0400KST에서 0600KST까지예보 2시간에대한레이더관측자료와 MAPLE의예측강설시스템분포를나타낸것이다. 레이더관측자료에서 0400KST 강설시스템은해안선을따라길게늘어서있고서울 경기지역에상대적으로강한반사도가위치하고있다. 강설밴드는시간이지남에따라동쪽으로이동하며소멸하였고후면에서생성된반사도에코는점차발달하여 0600KST에서울 경기지역에위치하였다. 그러나 MAPLE에서모의된강설시스템은관측과유사하게시간이지남에따라동쪽으로이동하였지만소멸하지않고계속유지되었으며후면에서발달하는강설시스템은모의되지않았다. [ 그림 5.3.3] 2010 년 1 월 4 일 0400KST 에서 0600KST 까지 30 분간격의레이더합성장 ( 상 ) 과 0400KST 에모의된 30 분간격의 MAPLE 예측장 ( 하 ) 69

67 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 0600KST부터 0800KST까지예보 2시간에대한레이더관측자료와 MAPLE의예측강설시스템분포를나타낸그림 5.3.4에서 0600KST의강설시스템은점차발달하며동쪽으로이동하였고 0730KST의강설시스템의아래쪽의반사도는더욱강해지며전라북도위에정체하였다. 그러나 MAPLE에서는예측장에서의강설시스템발달이모의되지않았고특히전라북도에서발달한강설에코가모의되지않고동쪽으로이동하는형태를보였다. MAPLE 모의자료는알고리즘특성상신규시스템의발달은예측되지않으며, 존재하는시스템의발달과소멸만예측가능하기때문에 MAPLE 모의자료를예측자료로이용할때는많은주의가요구된다. [ 그림 5.3.4] 2010 년 1 월 4 일 0600KST 에서 0800KST 까지 30 분간격의레이더합성장 ( 상 ) 과 0600KST 에모의된 30 분간격의 MAPLE 예측장 ( 하 ) 종합의견중부지방에위치한저기압과대륙고기압의영향으로서해중부지역에강한수렴을형성하였다. 저기압이서해상을통과하면서따뜻하고습한공기를공급하고저기압후면으로찬공기가유입되어눈구름을발달시켜약 10시간동안서울 (25.8cm) 및경기지역의기록적인대설이발생하였다. 레이더를이용한강설구조분석에서수평 200km 내외규모의강설밴드가서해중부지역으로진입하고, 새로운강설밴드가기존의강설밴드후면에지속적으로생성되어유입되었다. 강설시스템은약 15~19ms -1 의속도로중부지방을통과하였으며, 이동방향은 0300KST에는동쪽, 0600KST 이후에는북동쪽으로이동하였으며, 이는시선속도의패턴과유사하였다. 70

68 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 강설시스템후면으로 15ms -1 이상의강한바람이지속적으로유입되었다. 이중바람장분석결과, 2~3km 고도아래에서서풍과하강류가후면에서유입되었으며강설에코가새로발달하는지역 을제외한영역에서하층의좁은수렴영역이존재하였다. 2010년 1월 4일대설사례의경우, ( 모식도를그림 5.3.5에나타낸바와같이 ) 낮은고도에서서풍과남서풍이시스템의후면에서유입되고새로운강설밴드가기존의강설밴드후면으로지속적으로생성되며, 또한하층의좁은수렴영역이존재하며대류운들사이에저고도의상하흐름이존재하는경우, 대설발생에유의할필요가있다. [ 그림 5.3.5] 2010 년 1 월 4 일대설사례모식도 71

69 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 5.4. 수치모델 온대저기압에의한강우 / 강설예보를위해서는지역수치예보모델 (RDAPS) 예측결과를토대로온대저기압의위치및한반도통과시점, 발달가능성을검토한다. 저기압의한반도통과시점과발달정도에따라강우 / 강설의시작 / 종료시점과강수량의차이를유발한다. 이사례의경우지역수치예보모델에의해예측된저기압의이동속도는실제이동속도와 3-6시간정도의차이를보여지역적으로강수의시적 / 종료시점에서오차를발생하였다 ( 그림 5.4.1). 지역수치예보모델의경우지속적으로초기장 / 배경장이수정되어모델이수행되므로모델의예측선행시간의차이에따라저기압의이동경로와발달정도도함께차이를보일수있으므로, 일기도분석을토대로지역수치예보모델에의해모의된저기압의이동 / 발달상황을보완하여예보오차를줄일필요가있다. 중국에서이동해온저기압은서해상과한반도주변에서중규모적대기현상에의해발달및이동속도에영향을받으므로, 중규모현상모의에적합한국지수치예보모델 (LDAPS) 의결과를토대로저기압의발달가능성을점검할필요가있다 ( 사례당시에는 LDAPS가없었다.). 지역수치예보모델은종관규모현상의수치모의에보다적합하며중규모현상의모의는다른고해상도모델의결과를통해보완할필요가있다. [ 그림 5.4.1] 2010 년 1 월 4 일대설사례에대한지역수치모형 (RDAPS) 에의해모의된해면기압과 3 시간누적강수량 : 1 월 3 일 21KST, 4 일 03, 09, 12KST( UTC 적분시작 ) 72

70 5. 사전예측을위한검토자료 대설사례 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5.5. 이번사례가다른사례와구별되는특성 종관및중규모환경 본대설사례는저기압의중심이경기도남쪽으로통과하면서저기압중심부근동쪽과북쪽부분에서강한강설이발생한중부지방대설유형의한예라고볼수있다. 종관기압패턴이특이하다할만한사례는아니지만, 일반온대저기압에의한강설보다는많은양의강설이발생한것이특이하다고하겠다. 약한온대저기압이서해를통과하면서해수면으로부터의현열과잠열속을공급받아상대적으로불안정해지고, 많은양의수분을공급받은것이중요한것으로보인다. 그리고경기도지역상공에서대류상승의가능성도보였다. 73

71 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 5. 사전예측을위한검토자료 5.6. 향후예보를위한점검사항 본사례에서의수치예보의문제점 겨울철온대저기압에의한강수예보는여름철그것에비해수치예측의신뢰도가높기때문에수치예보가주도할수있는사안이라하겠다. 본사례에서수치예보의문제점 4일 09KST의일기도에서온대저기압중심은서해안근처에와있고저기압동쪽부분이한반도를대부분덮고있다 ( 그림 5.6.1, 좌 ). 반면, 같은시각에대한수치예측에서는 3일 09KST와 21KST를각각초기시각으로한예측모두에서기압능이남북방향으로한반도를덮고있어온대저기압과강수계의한반도상륙을늦추었다 ( 그림 5.6.1, 중과우 ). 이때문에강수수치예측에적지않은오류가야기됐다. [ 그림 5.6.1] 1 월 4 일 09KST 의해면기압과강수에대한두수치예측결과 : 초기시각이 3 일 09KST( 중 ) 인경우와 3 일 21KST( 우 ) 향후예보를위한고려사항그림 5.6.1에제시된수치예측과관측의차이는가볍지않은것으로판단되며, 향후에되풀이될가능성도있어보인다. 위에언급된예측오류가 30km 격자때문인지, 지형및해륙간열적차이등을포함한한반도효과를제대로모사하지못했기때문인지에대한검토와개선이필요하다. 74

72 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 참고문헌 1. 국가기상위성센터, 2011: 기상위성영상의이해 (I), 국가기상위성센터, 2011: 기상위성영상의이해 (Ⅱ), 권태영, 이정순, 2013: 2010 년 9 월 21 일추석호우와관련된대류세포의위성영상분석. 대한원격탐사학회지, 29(4), 기상청, 2011: 손에잡히는예 / 보 / 기 / 술, ( 제 2 호 ) 5. 기상청, 2011: 손에잡히는예 / 보 / 기 / 술, ( 제 4 호 ) 6. 기상청, 2011: 손에잡히는예 / 보 / 기 / 술, ( 제 8 호 ) 7. 김덕래, 권태영, 2011: 대류세포의발달단계별위성휘도온도와강우강도의특성 - 사례연구. 한국기상학회지, 21(3), 이광재, 허기영, 서애숙, 박종서, 하경자, 2010: 호우사례분석을위한개념모델구성에위성영상과위성자료의활용연구. 한국기상학회지, 20(2), 예보관훈련용기술서 - 레이더기상학. 10. 홍성길, 1995: 기상분석과일기예보, 교학연구사. 11. Browning, K.A., 1999: Mesoscale aspects of extratropical cyclones: An observational perspective. in Life Cycles of Extratropical Cyclones, Ame. Meteo. Soc. Boston, Carlson, T.N., 1980: Airflow through midlatitude cyclones and the comman cloud patterns. Mon, Wea. Rev., 108, 10, Cintineo, J. L, M. J. Pavolonis, J. M. Sieglaff, and A. K. Heidinger, 2013: Evolution of Severe and Nonsevere Convection Inferred from GOES-Derived Coloud Properties. J. Appl. Meteor., 52, Djuric, D., 1994: Weather Analysis. Prentice Hall, Texas A&M university 15. Estelle de Coning, 2013: Optimizing Satellite-Based Precipitation Estimation for Nowcasting of Rainfall and Flash Flood Events over the South African Domain. Remote Sens, 5, Harrold, T.W., 1973: Mechanisms influencing the distribution of precipitation within baroclinic disturbances. Quart. Journal of the Royal Meteorological Society, 99, J. Moore, 1989: Isentropic analysis and interpretation: operational applications to synoptic and mesoscale forecast problems, Air Weather Service, Technical Note. 18. Jung, W., and T.-Y. Lee, 2013: Formation and evolution of mesoscale convective systems that brought the heavy rainfall over Seoul on September 21, Asia- Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 49, NOAA, 2003: COMET program, Heavy Banded Snow. < 20. NOAA, 2005: COMET program, Mesoscale Aspects of Winter Forecasting. < 21. NOAA, 2005: COMET program, Mesoscale Banded Precipitation. < 22. NOAA, 2005: COMET program, Topics in Lake Effect Snow Forecasting. < 23. NOAA, 2005: COMET program, Topics in Precipitation Type: New Brunswick, February < 24. NOAA, 2006: COMET program, Skew-T Mastery. < 25. Parker, M. D. and R. H. Johnson, 2000; Organizational Modes of Midlatitude Mesoscale Convective Systems, Monthly Weather Review, 128, Rabin, R. M, 2007: A Quantitative Analysis of the Enhanced_V Feature in Relation to Severe Weather. J. Appl. Meteor., 22, Roberts, R. D, D. Burgess, and M. Meister, 2006: Developing Tools for Nowcasting Storm Severity. J. Appl. Meteor., 21,

73 2010 년 1 월 4 일, 중부지방대설 참고문헌 28. Schumacher, R. S. and R. H. Johnson, 2005; Organization and Environmental Properties of Extreme-Rain-Producing Mesoscale Convective Systems, Monthly weather review, 133, Sieglaff, J. M, L. M. Cronce, and W. F. Feltz, 2011: Nowcasting Convective Storm Initiation Using Satellie-Based Box-Averaged Cloud-Top Cooling and Cloud-Type Trends. J. Appl. Meteor., 50, Suh, M. S, J. R. Lee, and C. H. Kwak, 2004: Evaluation of NOAA/NESDIS Autoestimator for heavy rainfall events over Korean peninsula. J. Korean Meteor. Soc., 40(6), Yu, X., and T.-Y. Lee, 2010: Role of convective parameterization in simulations of a convection band at grey-zone resolution. Tellus Series A-Dynamic Meteorology And Oceanography, 62A,

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