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1 장욱 전혜영 연세대학교대기과학과 년 월 일접수 년 월 일승인 Severe downslope windstorms observed at Gangneung, Korea in the springtime during the last 30 years are studied to understand their generation mechanisms. 9 severe wind cases are selected for which the maximum instantaneous wind speeds exceed two standard deviation of total mean plus (18.7 m s -1 ). They are categorized into the three mechanisms (hydraulic jump, partial reflection, and critical-level reflection) proposed in previous studies based on the flow condition, which is calculated using the wind and temperature profile observed at one upstream rawinsonde station, Osan. Among the three, partial reflection is found to be the most frequent mechanism for the last 30 years ( ). To understand the role of inversion in generating severe downslope windstorms, horizontal velocity perturbation was calculated analytically for the atmosphere with an inversion layer. It turned out that the intensity of downslope wind was increased by inversion layer of specific heights, which are well matched with the observations. For better understanding the generation mechanisms, two-dimensional numerical simulations are conducted for the 9 severe wind cases using the ARPS model. In most simulations, surface wind speed exceeds the value of the severe-wind criterion, and each simulated case can be explained by its own generation mechanism. However, in most simulations, the simulated surface wind speed is larger than the observed, due to ignoring the flow-splitting effect in the two-dimensional framework. Key words: severe downslope windstorm, hydraulic jump, partial reflection, critical-level reflection 서론 산악의풍하측에서발생하는풍하측강풍 (downslope windstorm) 은풍속이강하고건조한특성으로인하여산불을확대시키거나항공기지연이, 착륙및결항등으로인한인명및재산피해를야기시켜왔다. 특히한반도의봄철에는남고북저의기압배치에서유입되는서풍기류가자주형성되면서서풍에대해태백산맥의풍하측에위치한영동지역에강풍이발달되는경우가 *Corresponding Author: Hye-Yeong Chun, Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, , Seoul, Korea. Phone: , fax: chunhy@yonsei.ac.kr 많았다. 풍하측강풍은세계곳곳의산악지형에서발생하고있으며그예로알프스산맥에의한푄 (Foëhn), 로키산맥의동쪽에위치한콜로라도지역에서발생하는서풍계열의치누크 (Chinook), 로키산맥의서남쪽에위치한남부캘리포니아에서발생하는북풍계열의산타아나 (Santa Ana), 안데스산맥동쪽의아르헨티나에서발생하는서풍계열의존다 (Zonda) 등이있다. 이처럼전세계곳곳에서나타나는풍하측강풍에대한연구는지난수십년동안활발하게진행되어왔으며 1) 물뜀 (hydraulic jump) ) 부분반사 (partial reflection) 3) 임계고도반사 (critical-level reflection) 의세가지발생메커니즘이선행연구에서제안되었다. Long (1953) 에서처음제안된물뜀메커니즘은풍상측에서임계이하적흐름 (subcritical flow) 이산정상을넘어가면서임계초과적흐름 (supercritical flow) 으로 Korean Meteorological Society, 008

2 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 바뀌게되고위치에너지가운동에너지로지속적으로전환되어풍하측에서강한바람이발생하게되는메커니즘이다. 이메커니즘은산에의해흐름이가질수있는비선형성을설명할수있으며흐름의상층으로에너지가전파되지못하도록고정되어있는경우에발생할수있다. 부분반사메커니즘은대기안정도가급격하게변하는경계면에서파동의부분반사가발생하여상향전파하는중력파와하향전파하는중력파의중첩으로인해강풍이발생하는메커니즘으로 Klemp and Lilly (1975) 에서제안되었다. 이이론은실제대기에서안정도가급격히변하게되는대류권계면의높이가연직파장 ( z) 의 1/ 배가될때강풍이발생한다고설명하였으며, 실제대기의풍속과안정도에쉽게적용이가능하다. Clark and Peltier (1984) 에서제안된임계고도반사메커니즘은 차원흐름의가정하에수평바람의방향이역전되는임계고도 (z c) 에서리차드슨수 (Richardson number, Ri) 가 0.5 보다작은값을가지는경우상향전파되는파동의반사가일어나 (Booker and Bretherton, 1967) 풍하측강풍을만드는메커니즘이다. 이이론에의하면상향전파되는파동과임계고도에서의반사에의해하향전파하는파동사이의공명이일어날때풍하측강풍이발생하게되며, 이러한공명이발생하기위해서는연직파장으로정규화된임계고도 (z c/ z) 가 n + 3/4, n = 0, 1,,, 의높이에존재해야한다고밝혔다. 풍하측강풍의발생메커니즘에대한연구와더불어대기중에존재하는역전층, 산악지형의비대칭성, 지표면의마찰, 경계층의효과가풍하측강풍에미치는영향에대해서다양한선행연구가이루어져왔다. Durran (1986) 의연구에서는산정상근처의역전층이풍하측강풍발달에중요한역할을담당하고있음을수치실험을이용해밝혔으며, Wang and Lin (000) 의연구에서는역전층이특정한높이에존재할때에풍하측강풍이발생할수있음을확인하였다. Miller and Durran (1997) 에서는풍하측산의경사가강풍을만드는데중요한역할을담당하는것을수치실험을통해보였고, Richard et al. (1989) 에서는지표면의마찰에의해풍하측풍속이줄어들고풍속이최대가되는지점이풍상측과가까운쪽으로이동한다는것을밝혔다. 최근 Jiang et al. (006) 과 Smith et al. (006) 에서는경계층이중력파를흡수하는역할을담당한다는것을해석적, 수치적으로보였다. 한반도에서발생하는풍하측강풍에대한연구는태백산맥의영향으로영동지역에서나타나는강풍현상 을중심으로이루어졌다. 하현주 (1994) 는영동지방에강한바람이존재할때, 풍상측의하층에서저지현상 (blocking) 과역전층의존재를확인하였고, 김용상과홍성길 (1996) 은늦봄일사가강한날이 ~ 3 일지속되고영서지방에역전층이존재하며남고북저형의기압배치하에서한반도에남서기류가탁월할때영동지방에고온, 건조한강풍이발생할수있음을통계적인방법을통하여밝혔다. 이재규 (003) 는강릉지역의강풍사례에대한수치모의연구에서남고북저형의기압배치하에서강릉지역에서강풍이발생한 1996 년 월 11 일의사례를선정하여 3 차원수치실험을실시하였고, 그결과물뜀메커니즘을통해영동지역에풍하측강풍이발생하였음을보였다. 김정훈과정일웅 (006) 은양양지역에화재가발생했던 005 년 4 월 5 일의사례에대한 3 차원수치실험을통해안정된기층이산맥에직각방향으로유입되어태백산맥을넘어가며풍하측상공에서파쇄 (wave breaking) 가발생하고이로인해서영동지역에서풍하측강풍이발생함을보였다. 본연구에서는지난 30 년간 ( 년 ) 강릉지방에서의풍속자료를분석하여그통계적특성을파악하고자하였으며, 강풍으로선정된사례들에대해서태백산맥의풍상측에위치한오산의프로파일을분석하여위에서제시한풍하측강풍발생의세가지메커니즘으로분류하였다. 또한, 역전층이산악주변대기의흐름에어떠한영향을미치는지확인하기위해온위의불연속면으로역전층을설정하여수평바람장의해석해를구해서역전층의강도와높이에따라산악의풍하측수평바람이어떻게달라지는지확인하였다. 강풍으로선정된사례에대해오산의프로파일을이용해 차원수치실험을실시하였으며, 실험결과에서나타나는풍하측강풍발생의세가지메커니즘의특성을분석하여어떤메커니즘을통해강릉지방의강풍이발생했는지이해하고자하였다. 관측된강릉지역풍하측강풍의분석과분류 강릉지역풍속의시계열 Figure 1 은 1971 년부터 005 년까지강릉지역 3, 4, 5 월의일순간최대풍속의시계열을나타낸그림이다. 총 30 일중에서순간최대풍속이전체시계열의평균값 (9.8 m s -1 ) 보다표준편차 (4.54 m s -1 ) 이상이되는날이 489 일 (15%), 두배의표준편차이상이되는경우

3 장욱 전혜영 Fig. 1. Time series of daily maximum instantaneous wind speed observed at Gangneung from 1971 to 005 in springtime. Gray solid lines denote the total mean and gray dashed and dotted lines are the total mean+standard deviation and the total mean+ standard deviation, respectively. 는 15 일 (4%) 관측되었다. 달별로보면 3, 4, 5 월의순간최대풍속이평균보다표준편차이상이되는날은각각 164 일, 168 일, 157 일로 4 월은 3 월과 5 월에비해 35 일의날수가적음에도불구하고순간최대풍속이평균보다표준편차이상의사례가가장많았던것으로나타났다. 순간최대풍속이평균보다표준편차의두배이상의날은 3, 4, 5 월이각각 93 일, 84 일, 71 일로 5 월은 3 월과 4 월에비해순간최대풍속이강한사례가가장적은것으로분석되었다. 순간최대풍속이 5 m s -1 를초과하는매우강한바람이나타난사례의경우, 3 월에는 4 번, 4 월에는 9 번, 5 월에는 3 번이발생하여 4 월에매우강한바람의사례가상대적으로많이발생하였던것으로확인되었다. Figure 는최근 30 년 ( 년 ) 동안강릉의 3,

4 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 4, 5 월월평균풍속시계열을나타낸것이다 년을기준으로최근 10 년과그전기간동안의풍속변화가반대경향을보이는것으로판단되어두기간의동안의풍속변화를일차원선형회귀분석 (linear regression) 방법을통해확인하였다. 그결과, 년의 3, 4, 5 월월평균풍속은각각 , -0.03, m s -1 /year 의감소추세를보였으며최근 10 년동안의경우는 3, 4, 5 월이각각 0.083, 0.16, m s -1 /year 의증가추세를보였다. 이결과는최근 10 년동안의강릉지역월평균풍속이과거에비해증가경향에놓여있음을보여주고있다. 이와같은기후학적변화가강릉지역의국지적기상현상인지, 보다대규모적인역학적현상인지를확인하기위하여같은기간 National Centers for Environmental Prediction (NCEP) 의재분석자료 (Kalnay et al., 1996) 의최하층 (1000 hpa) 수평바람속도를강릉을포함하는위도 37.5, 경도 17.5 의격자점에서계산하였다 ( 그림으로보이지는않았음 ). 선형회귀분석을실시한결과, 년의 3, 4, 5 월월평균풍속은각각 , 0.015, -0.0 m s -1 /year 의변화율을, 최근 10 년동안의경우는각각 0.16, 0.046, m s -1 /year 의변화율을보여최근 10 년동안 3 월과 4 월은그전 0 년에비해증가하였으며 5 월에는감소하는경향을보였다. 동서로각각 100 km 이상의공간을대표하는재분석자료에나타난풍속의변화율은예상대로강릉의관측값으로부터계산된변화율보다작았으나, 3 월과 4 월의증가추세는 NCEP 자료에도나타남으로써관측된강릉지역풍속의기후학적변화가대규모적인역학적현상과국지적인기상현상의 특징이동시에반영이되어나타난것으로판단되었다. 오산고층자료를이용한강릉지역풍하측 강풍의분류 본연구에서는강릉에서발생한강풍의사례를순간최대풍속이평균에비해표준편차의두배를넘는경우로정의하였고, 지난 30 년동안총 9 개의사례가관측되었다. 강풍이발생하였을때, 산악으로유입되는흐름의특징을확인하고, 각사례를앞에서보인세가지풍하측강풍발생메커니즘별로구분하기위해강릉의풍상측에위치한오산의고층레윈존데자료를사용하여유체역학적파라메타들을계산하였다. 오산은 Fig. 3a 에서보이는바와같이서풍에대해태백산맥의풍상측에위치하고있으며오산과강릉을연결하는지형의단면은풍상측이완만한경사를보이는반면에풍하측에서는매우급격한경사를보이고있다. 오산지역은한반도의서쪽에위치하여지형의효과를받지않을정도로태백산맥에서충분히멀리떨어져있으므로본연구에서풍하측강풍발생이론을적용하는데적절한것으로판단되었다. 앞에서보인세가지강풍의발생메 Fig.. Time series of monthly averaged wind speed at Gangneung from 1976 to 005 in springtime (March: solid line, April: dashed line, May: dashed-dotted line). Fig. 3. Topography (a) of central area of Korea peninsula and (b) that projected on a line connecting Osan (marked by ) and Gangneung (marked by x) shown in (a).

5 장욱 전혜영 커니즘은기본류의유체역학적특징및파동의전파조건에의해구분되어진다. 이를위하여프라우드수 (Froude number, Fr) 와파동의연직파수, 그리고임계고도를오산의레윈존데자료를이용하여 9 개의강풍사례에대해서모두계산하였다. 산악에유입되는흐름의비선형도는프라우드수의역수로표현된다. Fr = U Nh. (1) 여기서 U는수평바람세기, N은대기안정도, h는산의높이를나타내며, 본연구에서는태백산맥의영향을직접받게되는지상에서 850 mb 높이까지의수평바람과대기안정도를평균하여사용하였으며, 수평바람 U 는 Fig. 3a에서보인오산과강릉의연결선에대해투영된오산의레윈존데자료를사용하여계산하였다. Brunt-Väisälä 진동수를나타내는 N은오산사운딩의온도로부터유도한온위 의연직변위를이용하여계산하였다 (N g θ = ). h는 Fig. 3b에서보인오산-강릉 θ z 의연결선상의산악높이로, 본계산에서는가장높은고도인 96 m를사용하였다. Figure 4는흐름의비선형도를나타내는 Fr -1 와정규화된바람속력을나타내는강릉의순간최대풍속과오산의하층바람의비에대한산점도 (scatter plot) 이다. 모든강풍사례에대해강릉의순간최대풍속이오산의하층바람보다컸으며, 이중 58% 가강릉지역의순간 최대풍속이오산지역하층바람의속력에비해 ~ 4 배크게나타났다. 관측된강풍사례의 45% 가 Fr -1 가 1 ~ 의값을나타내었으며, 강릉의바람이오산에비해상대적으로컸을때 Fr -1 도증가하여대체적으로양의상관관계를보였다. 일반적으로비선형도가높은흐름이산악에의해발생하는파동의진폭을크게하기때문에위와같은양의상관관계는강릉지역의강풍이산악에의한파동의발생과밀접한연관이있음을보여준다. Figure 5a 는 9 개의강풍사례에대한강릉지역의순간최대풍속과그방향을, Fig. 5b 는오산과강릉을가로지르는방향으로투영된오산지역의지표에서 850 hpa 까지평균한하층바람세기와그방향을나타낸다. 먼저강릉에강풍이발생하였을때의강릉지역의풍향은모두서풍계열 (SSW ~ NNW) 을보이고있으며 30 ~ 70 에전체사례중 88% 가집중되어나타났다. 오산지역하층바람의풍향도두사례를제외하고는모두서풍으로확인되었으나특정방향에집중되어분포되어있지는않고 180 ~ 360 에비슷하게분포하는것으로나타났다. 이와같이강풍사례에서보이는오산과강릉에서의서풍경향은서쪽에서부터유입되는흐름이태백산맥을타고넘어가면서강화되어강릉지역의강풍이나타나고있음을의미하고있다. 강릉에서발생한 9 개의풍하측강풍사례를오산지역사운딩으로부터계산된유체역학적변수들과그프로파일에근거하여앞서언급한세가지풍하측강풍발생메커니즘으로분류하고자하였다. Lin and Wang (1996) 의연구에서는 차원, 연직으로일정한안정도, 비회전, 성층화된흐름, 정역학관계만족, 부시네스크근사를가정한고립된산악을넘어가는흐름의체계를 Fr 를통하여나타내었고 Fr -1 이 0.9 와 1.67 사이에존재할때물뜀이발생한다고밝혔다. 따라서오산사운딩으로부터계산된 Fr -1 가 0.9 ~ 1.67 의값을갖게되면그사례는물뜀메커니즘을통해서강릉지역에풍하측강풍이발생한것으로분류되었다. 부분반사이론은 () 와같이연직파수 (m) 를오산사운딩으로부터계산하여파동의반사가일어나는 m = 0 인고도의존재를확인하여결정하였다. m N 1 d U = k. () U U dz Fig. 4. Scatter plot of the inverse Froude number versus U (Gangneung) / U (osan) for 9 severe wind cases. 여기서 k 는산악의대표적인수평파수를나타내며본연구에서는 0 km 의수평파장에해당하는

6 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 Fig. 5. Azimuthal plot showing the (a) maximum instantaneous wind speed and wind direction observed at Gangneung and (b) low level (averaged below 850 hpa) wind speed and wind direction at Osan projected on the Osan - Gangneung line on Fig. 3a for the ninety - two severe wind cases selected. rad/m 값을사용하였다. U 는 Fig. 3a 에서보인오산 - 강릉을연결한선에대해투영한수평바람의연직프로파일이며 N 은앞에서언급한대로온위의연직변위을이용하여계산하였다. 실제로산악의모양은 Fig. 3b 에서보인것처럼매우복잡한형태를보이나산악에의해발생하는파동이 0 km 의수평파장을지니는풍하측경사의특성을보일것을가정하여 m 을계산하였다. 따라서, 오산 - 강릉방향으로투영된 U 와 N 의프로파일로부터계산된 m 의프로파일중에서 0 보다작은 값을가지는사례는부분반사메커니즘을통해서풍하측강풍이발생한것으로분류되었다. 임계고도반사메커니즘의경우, 차원흐름을가정한대기에서산악에의해발생하는정체파동은수평바람이속도가 0 이되는임계고도가존재하게되면이고도를통과하지못하고임계고도에서의리차드슨수에따라서파동의흡수또는반사가일어나게된다. 따라서오산 - 강릉방향으로투영된오산지역의 U 가 0 이되는고도가존재하고이높이에서리차드슨수가충분히작은사례는임계고도반사메커니즘을통해풍하측강풍이발생한것으로분류되었다. 분류결과, 전체 9 개의강릉지역강풍사례중물뜀, 부분반사, 임계고도반사의단일메커니즘에의한것은각각 4%, 49%, 3% 였으며물뜀과부분반사조건을동시에만족하는것은 35%, 부분반사와임계고도반사조건을동시에만족하는것은 % 였다. 물뜀과임계고도반사조건을동시에만족하는것은하나도없었으며어떤조건에도만족하지않는경우는여섯사례가있었다. 결과적으로, 지난 30 년간부분반사메커니즘에의한풍하측강풍발생이가장많았던것으로분류되었으며물뜀메커니즘이두번째, 임계고도반사에의한풍하측강풍발생이가장적었던것으로나타났다. 부분반사사례가많았던것은부분적으로 m 의계산에사용된수평파수에기인한것으로판단된다. 우리가고려하는산악 (Fig. 3b) 은복잡한구조를가지므로산의규모를 0 km 로고려한것에는문제의소지가있을수있다. 그러나강릉이가파른산의풍하측에위치함을고려할때 0 km 는비현실적인선택은아닌것으로생각된다. 산의규모를 5 km, 30 km 로하여다시계산한결과, 부분반사의사례수는 44 개와 43 개로 0 km 일때계산되는 45 개와큰차이가없었다. 임계고도반사의경우, 편서풍지대인한반도에서남고북저의기압배치로인하여서풍계열의바람이탁월한봄철에적절한높이에임계고도가형성되는경우는많지않기때문에다른두메커니즘에비해매우적은빈도수를나타낸것으로판단된다. 각메커니즘으로분류된강풍사례에대해산악으로유입되는흐름의특징을살펴보기위해서 Fig. 6 에서는산악중력파항력과관측된순간최대풍속, 대기안정도와오산의하층바람속력에대한산점도를나타내었다. 정역학적인산악항력 (hydrostatic mountain drag) 은 (3) 과같이주어진다 (Lin, 007).

7 장욱 전혜영 족하는사례의하층바람세기보다대부분작게나타난다. 대기안정도의경우는부분반사조건을만족하는사례가대부분 0.01 ~ s -1 에분포하고있는반면에두조건을동시에만족하는사례의대부분은위의범위보다다소작은 0.01 ~ s -1 에분포하고있다. 결과적으로, 부분반사에메커니즘에속하는사례가대기안정도가다소큼에도불구하고작은수평바람의영향으로산악항력이작게나타난것으로분석되었다. 역전층이풍하측강풍에미치는영향 풍하측강풍과관련된선행연구들에서는대기에존재하는역전층이풍하측바람을강화시키는데중요한역할을담당함을보인바있다 (Klemp and Lilly, 1975; Hoinka, 1985; Durran, 1986; Wang and Lin, 000). 이에본연구에서는해석적인접근을통하여역전층이산악주변대기의흐름에어떠한영향을미치는지알아보고자하였다. 차원 (x-z), 정상상태 (steady state), 부시네스크근사, 비회전흐름을가정한선형섭동을고려하면, 지배방정식은다음과같다. Fig. 6. Scatter plot of the (a) observed maximum surface wind speed versus mountain drag and (b) Brunt-Väisälä frequency versus low level (averaged below 850 hpa) wind speed with respect to each mechanism for severe downslope windstorms (gray triangle-up: hydraulic jump, black triangle-down: partial reflection, gray square: critical-level reflection, white diamond: hydraulic jump with partial reflection, black circle: partial reflection with critica-level reflection). D h 0 m πρ UNh = 4. (3) 여기서 0 는지표공기의밀도를, h m 은산악의최대높이를나타낸다. 본연구에서는 Fig. 3b 를참조하여 96 m 로선택하였다. Figure 6a 에서부분반사조건을만족하는사례와물뜀과부분반사조건을동시에만족하는사례에대한특징을살펴보면, 부분반사메커니즘에속한풍하측강풍사례의항력이상대적으로작게나타나는것을확인할수있었다. 식 (3) 에의하면항력은 U 와 N 에비례하므로두카테고리에속하는사례들이보이는항력의차이는 U 와 N 에따라서주로결정된다. Figure 6b 에따르면, 부분반사조건을만족하는사례의하층바람세기가물뜀과부분반사조건을동시에만 u U π U + w + = 0, x z x (4) w π U + = b, x z (5) b U + N = 0, x (6) u w + = 0. x z (7) 는운동학적압력섭동 (kinematic pressure perturbation), b 는부력섭동 (buoyancy perturbation) 을의미하며네식을연직속도에대해결합하면연직속도에관한하나의미분방정식을얻을수있고, 이미분방정식 ikx 의일반해를 w Re{ we ˆ } = 로가정하면 (8) 과같은 Taylor -Goldstein 방정식을얻을수있다. wˆ zz + ( l k ) wˆ = 0, N 1 U l. U U z (8)

8 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 여기서 N은연직으로일정하다고가정하였다. 온위가불연속적으로증가하는역전층의높이를 z 0 라고하면 z 0 의기준으로상층과하층에서의연직속도 ŵ1 과 ŵ 라하면 ŵ1 과 ŵ 는다음과같이표현된다. iλz iλz wˆ1 ( z) = Ae + Be for 0 z z0, (9a) iλz iλz ˆ ( z) = Ce + De for z0 w z. (9b) 여기서 λ l k 이며, A, B, C, D는경계조건으로결정될미정계수이다. U > 0인경우 (9b) 에파동의연직전파를허락하는복사경계조건 (Booker and Bretherton, 1967) 을 z 에서적용하면 D = 0이된다. 식 (8) 을온위의불연속고도 z 0 부근에서두번적분하면, (10), (11) 와같은두개의경계조건이얻어진다. w ˆ ( ) ˆ 1 z0 = w ( z0 ), (10) wˆ z ( z 0 wˆ ) z 1 ( z 0 g ) = θ U 0 θwˆ( z 0 ). (11) 여기서 는 z 0 에서의온위의불연속강도를나타낸다. 마지막으로 sinusoidal 형태로가정된산악 ( h = h h m sin kx) 을고려하여하층경계조건 w = U 를적용 x 하면 (1) 의식을얻을수있다. w ˆ1 (0) = Ukh m. (1) 위의네경계조건을 Taylor-Goldstein 방정식에적용하여 w 를구하고연속방정식을이용하여 u 를구하면다음과같다. λ u = ( Ukhm Q1 )cos( kx + λz) k λ + ( Ukhm Q1 )cos( kx λz) k 1 λq sin( kx + λz) λq sin( kx λz), Q Ukh m F F cos L F sin L F (1 cos L) F sin L + 1, (13) Fig. 7. (a) The horizontal velocity perturbation at z = 0 and x = 10 km obtained from the analytical solution of (13) with respect to inversion strength and inversion height normalized by the vertical wavelength of dominant wave ( U/N). The parameters used are hm = 10 m, N = 0.01 s -1, and U = 10 m s -1. Contour interval is 0.0 m s -1 and negative values are dashed. (b) The number of the severe downslope wind storm cases with respect to their normalized inversion heights.

9 장욱 전혜영 F cos L F sin L Q Ukhm F (1 cos L) F sin L + 1 g θ F λθ U, 0 L λz 0. Figure 7a 는위에서구한해석해를 h m = 10 m, N = 0.01 s -1, U = 10 m s -1 로설정하여 z = 0, x = 10 km 에서계산한수평바람섭동을온위불연속의강도 ( ) 와연직파장 ( z = U/N) 에의해무차원화된불연속면의높이 (z 0/ z) 에따라나타낸그림이다. 이그림을통해무차원화된역전층의높이가 0-0.5, , , 즉, (n)/4 - (n+1)/4, n = 0, 1,, 에존재할때역전층의강도가강해질수록수평바람의섭동크기가증가함을확인하였다. 이결과를통해만약대기중에역전층이지표에서수평바람섭동이최대가될수있는위치에존재한다면역전층의영향으로풍하측에좀더강한바람이형성될수있을것으로판단되었다. Figure 7b 는실제로 9 개의풍하측강풍사례에서각무차원화된높이에역전층이존재하는사례의수를나타낸그림이다. 수평바람섭동의해석해에서지표의수평바람섭동이최대가될수있는역전층의위치인 (n)/4 - (n+1)/4, n = 0, 1,, 에실제역전층이존재했던사례가다른무차원화된위치에역전층이존재했던사례보다많은것을확인하였다. 이결과는풍하측강풍의형성에역전층이부분적으로영향을미쳤음을증명하는것이라할수있다. 수치실험설계 본연구에서는비정역학, 압축성모형인 ARPS (Advanced Regional Prediction Model; Xue et al., 1995) 를이용하여강릉지역에서나타나는강풍에대한수치모의를수행하였다. 수치실험에서는비회전, 무마찰, 단열상태의흐름을가정하였으며지형자료는 Fig. 3b 의오산 - 강릉의단면을평활 (smoothing) 과정을거쳐사용하였다. 아격자규모를가지는난류에대한모수화는 Lilly (196) 와 Smagorinsky (1963) 이제안한 1 차마감법을사용하였다. 음파로인한수치적인불안정을효과적으로처리하기위해서시간적분을큰시간적분과작은시간적분으로나누어계산하는모드 - 분할시간적분방법 (mode-splitting time integration) 을사용하였다. 음파와관련된항은짧은시간간격으로계산되고다른항들은긴시간간격으로계산되는데, 본연구에서사용한긴시간간격은 5 초, 짧은시간간격은.5 초이다. 실험의영역은연직으로 15 km, 수평으로 900 km 이고, 격자간격은수평으로 km, 연직으로는 100 m 로설정하였다. 상부경계조건으로는 Klemp and Durran (1983) 의복사조건과모형상부 10 km ~ 15 km 층에레일리스폰지감쇠 (Rayleigh sponge dmping) 를적용하였고, 수평경계조건으로는 Orlanski (1976) 의복사조건과풍상측, 풍하측의경계에각각 100 km 의스폰지층을설정하여 (Chun et al., 001) 파동이모형상단과수평경계로부터반사되는것을막고자하였다. 각풍하측강풍사례에대한수치실험은 Fig. 3a 에서보인오산 - 강릉의연결선을 x 축으로잡아 차원 (x-z) 에대해수행되었으며, 풍하측강풍이관측된날의 00UTC 의오산레윈존데자료로부터오산 - 강릉연결선에투영된수평바람 U 를기본류로, 오산레윈존데에서관측된온도를기본온도로하여 4 시간적분을수행하였다. 9 개의선택된강풍사례중, 오산레윈존데자료가 10 km 고도까지를포함하지못하였던것이 8 개, 세가지메커니즘에속하지않았던것이 6 개, 비현실적으로큰수치적분값을보인것이 6 개였다. 그러므로앞으로보일것은위의 0 개를제외한 7 개의수치실험결과다. 이연구에서는사용하고있는 ARPS 모형결과에대한타당성을검증하기위해서 차원흐름, 성층화대기, 정상상태, 부시네스크근사, 비회전을가정한고립된산악을지나가는흐름이발생시키는선형산악중력파에의한연직속도의해석해와수치실험결과를비교하였다. 이실험에사용한산의프로파일 h 는 (14) 와같은종모양 (bell-shaped) 의산을가정하였고산의높이 h m 은 10 m, 산의반폭 (half width) a 는 0 km, 대기안정도 N 은 0.01 s -1, 기본상태의풍속 U 는 10 m s -1 의값으로연직으로일정하게설정하여 7 시간적분을수행하였다. hma h =. (14) a + x Figure 8 은연직속도에대한해석해와수치실험결과를나타낸다. 연직속도의크기, 파동의연직파장등의특성이서로유사하게나타남을확인하였다. 그러나수치실험결과의최고, 최대값이해석해보다는한등치간격씩작았는데, 이는모형에포함된수치적 smooth-

10 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 Fig. 8. The vertical velocity field from (a) the linear analytical solution and (b) the numerical simulation at 7 hour. Contour interval is m s-1, and negative values are dashed. The -D simulation is conducted using the uniform basic state wind and stability of U = 10 m s-1 and N = 0.01 s-1, respectively, with a bell shaped mountain of hm = 10 m and a = 0 km in (14). ing 과정에기인한것으로판단된다. 전반적으로수치모델링결과가해석해와유사하므로앞으로보일 ARPS 모형결과가산악중력파와관련된풍하측강풍발생의메커니즘이해를위한연구에유효하다고판단할수있다. 수치실험결과 Figure 9 는세가지메커니즘으로분류된오산프로파일을가지고실시한수치실험결과에서관측된순간최대풍속이상의지표바람을 4 시간수치적분기간동안재현한수와, 분류된풍하측강풍발생메커니즘이수치실험에서재현된수를나타낸히스토그램이다. 7 개의사례에대한수치실험결과중, 총 50 개 (69%) 의수치실험에서강풍의선정기준이었던 18.7 m s -1 를넘는순간최대풍속이모의되었다. 그러나각메커니즘에따라서풍하측강풍이모의되는비율이다소다르게나타났다. 물뜀조건을만족하는 4 개의사례중 4 개가, 부분반사조건을만족하는 45 개의사례중 1 개가, 임계고도조건을만족하는 3 개의사례중 1 개가, 물뜀과부분반사조건을만족하는 3 개의사례중에서는 3 개가, 부분반사와임계고도조건을만족하는 개의사례중 1 개가각각풍하측강풍으로모의되었다. 풍하측강풍이모의된 50 개의사례가분류된메커니즘을잘나타내는지를확인하기위해서실험결과를토 대로각메커니즘의특성이분석되었다. 풍하측에서발생하는강한바람과함께나타나는풍하측의강한상승운동, m = 0 의고도위에서수평바람섭동크기의급격한감소, 리차드슨수가작은임계고도의존재가각각물뜀, 부분반사, 임계고도반사메커니즘특성으로실험결과로부터확인되었다. 그결과, 지표의강한바람이모의된 50 개의사례중에서 31 개 (6%) 의사례에 Fig. 9. Histogram for the number of cases of which strong winds are reproduced and those severe winds can be explained by categorized mechanisms. (Hyd. = Hydraulic jump, Par. = Partial reflection, Cri. = Critical-level reflection).

11 장욱 전혜영 서나타난풍하측강풍이분류된메커니즘을통해발생된것으로분석되었다. 7 개의사례중 50 개에서만강풍이모의된것과, 그 50 개중 31 개만이분류된메커니즘을설명할수있다는것은본연구의몇가지제약점을나타낸다고하겠다. 본연구의제약점에대해서는논문의마지막에논의하겠다. 본연구에서는메커니즘별로각한가지사례에대한수치실험결과의분석을통해풍하측강풍발생의과정에대해자세히살펴보고자하였다. 물뜀메커니즘 물뜀메커니즘으로분류된사례에대한수치실험결과중, 1978 년 4 월 8 일사례에대한실험결과를선택하여분석하였다. 이사례는산의영향을직접받게되는지상에서 850 mb 까지의하층흐름에서계산된 Fr -1 가 1.5 로물뜀조건을만족하였으며, 강릉에서관측된최대순간풍속은.6 m s -1, 수치실험결과에서나타난최대풍속은 9.5 m s -1 로수치실험결과가관측보다다소높은값을나타내었다. Figure 10 은수치적분후 x = Fig. 10. The total potential temperature from the -D simulation for April 8, 1978 case at t = 1, 4, 7, 10, 13, and 16 hr (contour interval of 3 K).

12 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 km 에나타나는온위장의시계열을표현한그림이다. 적분시작후흐름이산의정상을넘어가면서하강운동과함께등온위선의간격이매우조밀해지며풍하측에매우강한바람을유도하고있다. 조밀해진등온위선은적분초기시간에는풍하측산기슭에서발생한강한상승운동을통하여회복되고있으며시간이지나면서이러한상승운동은풍하측방향으로전파를지속하여 t = 16 hr 가지나면서 x = 400 km 지점을통과하는것으로나타났다. 풍하측상공 z = 1-3 km 부근에서는온위의연직변화가작은혼합지역이넓게나타나고있으며이러한현상은 Smith (1985) 의물뜀이론에서제안하고있는혼합지역의발달에의한풍하측강풍발생과정과유사한형태를보이고있다. Figure 11 에서는지상수평바람의시간변화를 Hovmöller 다이아그램을통해확인하였다. 이다이아그램은 x = km 영역에대한수평바람속도의시간변화를 t = 1-4 hr 에서나타낸것이다. Figure 10 에서보인바와같이산의정상은 x = 308 km 에위치해있다. 풍상측지역 (x < 308 km) 의수평바람속도가약하고정상상태를유지하고있는반면에매우강한바람이풍하측에서발달하고있으며산정상부근에매우강한풍속의경도가존재하는것을확인하였다. 물뜀메커니즘에서는풍하측의강한상승운동이지표면에서의강한수평바람과함께전파하게되는데 Fig. 11 에의하면적분후수평바람속도가 0 m s -1 를초과하는강한바람의지역이적분기간동안풍하측으로지속적으로전파하고있음을확인할수있다. 이러한수치실 험결과는이사례가물뜀을통해풍하측강풍이발생하고있음을보여주고있다. 부분반사메커니즘 부분반사메커니즘으로분류된사례에대한수치실험결과중, 1979 년 4 월 8 일사례에대하여분석하였다. 이사례의경우관측된최대순간풍속은 1.1 m s -1, 수치실험에서나타난지면에서의최대풍속은 4.3 m s -1 으로물뜀메커니즘의사례처럼수치실험결과가좀더강한풍속을나타내었다. Figure 1 는 1979 년 4 월 8 일사례의오산지역 00UTC 사운딩으로부터계산된연직파수제곱 (m ) 의프로파일이다. 여기서수평파수 k 는 rad/m 로두었으며이는수평파장 0 km 에해당한다. m 은지상에서부터고도가높아지며대체적으로감소하는경향을보이다 z = 5. km 에서 m = 0 이나타나부분반사를통해풍하측강풍이발생할것으로분류되었다. 실제로이고도에서파동의연직전파가이뤄지지못하고파동의반사가일어나서풍하측강풍이발생하는지파악하기위해서시간에따른수평바람섭동장의변화를확인하였다. Figure 13 은모형결과의수평바람에서기본상태의수평바람을뺀섭동장과 m 프로파일의시간변화를나타낸그림이다. 차원수치실험결과, 적분시간동안초기의 m 프로파일과유사하게약 z = 5 km 에서 m 이 0 보다작아지는고도가나타나고있다. 이고도위로는 Fig. 11. Hovmöller plot of the horizontal wind speed at the surface for April 8, 1978 case. Fig. 1. Square of the vertical wavenumber profile on 8 April 1979 at Osan.

13 장욱 전혜영 Fig. 13. The horizontal velocity perturbation (contour) superimposed on squared vertical wavenumber profile (dashed-dotted line) for April 8, 1979 case at t =, 6, 10, 14, 18, and hr. Contour interval is 3 m s -1, and negative values are dashed. 산악에의해발생하는파동이전파하지못하여수평바람섭동의크기가 6 m s -1 이하로급격하게감소하고있다. 반대로, z = 5 km 아래의풍하측에서는수평바람섭동장의크기가시간에따라증가하여 t = 10 hr 를지나면서는풍하측에 1 m s -1 가넘는강한섭동이파동의반사에의해유도되고이로인하여최대 4.3 m s -1 의강한바람이발생하고있는것을확인하였다. 이러한결과는이사례가부분반사메커니즘을통해풍하측 강풍이발생하였음을증명하고있다. 임계고도반사메커니즘 임계고도반사메커니즘으로분류된다섯개의사례중에서양양지방에화재가발생했던 005 년 4 월 5 일의사례에대한실험결과를선정하여분석하였다. 이사례역시앞선두가지메커니즘의사례와마찬가지로수치

14 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 실험에서나타난최대풍속 (6.0 m s -1 ) 이강릉에서관측된최대순간풍속 (1.6 m s -1 ) 보다큰값을나타내었다. Figure 14 는 005 년 4 월 5 일오산 - 강릉방향으로투영된 00UTC 의오산의수평바람과 Ri 프로파일을나타낸다. 이그림을통해 9.3 km 의고도에수평바람이 0 이되는임계고도가존재하고있고, 이고도에서 Ri 가주변보다낮은값을보임을확인하였다. 이론적으로임계고도에서 Ri 가 0.5 보다작은값을가질때파동의반사가발생할수있고선정된사례의경우 9.3 km 의높이에존재하는임계고도에서의 Ri 가 0.5 에가까운값을가지기때문에이사례는임계고도반사메커니즘에의해풍하측강풍이발생된것으로분류되었다. Figure 15 은실험결과중, 수평바람장과 Ri 의시간변화를나타낸그림으로초기자료로사용된수평바람의프로파일과유사하게약 9 km 높이부근에수평바람이 0 이되는임계고도가존재함을알수있으며임계고도부근에상대적으로낮은 Ri 의지역이존재함을확인하였다. 따라서 9 km 의고도에위치해있는임계고도 는연직방향으로전파되는파동을지표로반사시키게되고결국상향전파되는파동과하향전파되는파동간의공명 (resonance) 이일어나지표면에강한바람이유도되었다. 서론에서언급했다시피 Clark and Peltier (1984) 의연구에따르면연직파장으로정규화된임계고도가 (n + 3/4), n = 0,1,, 의높이에존재할때상향전파와하향전파사이의공명이일어나풍하측강풍이발생할수있다고밝혔다. 이사례에서관측된 9 km 높이에존재하는임계고도가 Clark and Peltier (1984) 의연구에서제안된파동의공명조건에부합되는지확인하기위해서 10 km 고도이하의수평바람과대기안정도를평균하여연직파장 ( z) 을구하였고연직파장으로정규화된임계고도의높이는 1.80 을나타냈다. 이는공명이일어날수있는임계고도인 1.75 에매우근접한값으로이사례의풍하측강풍이임계고도반사메커니즘에의해발생했다는사실을뒷받침한다. Figure 16 에서는이사례에대한수치실험결과에서나타나는지표에서의순간최대풍속과 (15) 과같이정의되는산악항력 (mountain drag) 의시간변화를보여준다. + h D = P( x, z = 0) dx. (15) x Fig. 14. Profiles of the observed horizontal velocity (solid) projected on Osan-Gangneung cross section as shown in Fig. 3a and Richardson number (dashed) on 5 April 005 at Osan. 여기서 P 는지표의기압을나타낸다. 주목할만한점은적분시작후급격히상승하던두변수가약 4 시간이경과되었을때다소감소하는경향을나타내고있다는것이다. Figure 15 에서보인수평바람장에서는적분후 4 시간이지나면서약 7 km 의고도부근에파동에의해유도되는임계고도가국지적으로발생하는것을확인할수있다. 7 km 의고도를연직파장에의해무차원화시켜나타낼때 1.40 을보였으며이는앞서언급한파동의공명조건에부합되지않는것을확인하였다. 즉, 공명조건을만족하는 9 km 높이의임계고도와이를만족하지않는 7 km 높이의임계고도가상호작용을통하여최대순간풍속과항력을다소감소시킨것으로분석되었다. 하지만 7 km 의임계고도가매우국지적으로형성되는반면에 9 km 높이의임계고도는공명조건을만족하며넓은범위에걸쳐서나타나고있고결국, 9 km 높이에위치해있는임계고도의영향으로수치실험결과풍하측강풍이나타난것으로분석되었다.

15 장 욱 전혜영 1 Fig. 15. Time series of the total horizontal velocity field (contours) for April 5, 005 case at t = 1, 3, 5, 7, 9, and 11 hr. Contour -1 interval is 4 m s, and negative values are dashed. Area of the Richardson number less than 1.5 is shaded 차원 효과 (Flow-splitting effect) 7개의 강풍 사례에 대한 수치 실험결과, 47개의 사 례가 관측된 풍속보다 강한 지상 바람을 모의 한 것으 로 나타났다. 차원 수치 실험결과 나타나는 풍속이 관 측보다 크게 모의되는 현상은 흐름이 산을 돌아가는 효 과가 차원 수치 실험에서 고려되지 못하기 때문에 나 타나며 본 연구에서 나타난 풍속의 과대 모의는 풍하측

16 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 강풍과관련되어 차원수치실험을실시한선행연구들 (Klemp and Lilly, 1975; Durran, 1986) 과일관성을보인다. 흐름이산을돌아가는 3 차원적인특성이풍속에얼마나큰영향을미치는지확인하기위하여실제한반도중부지역의지형자료를이용한 3 차원수치실험과오산 - 강릉의지형자료를이용한 차원수치실험을비교하였다. 수치실험의수평격자간격은 5 km 로설정하고연직으로부력진동수 (0.01 s -1 ) 와풍속 (10 m s -1 ) 이일정한프로파일을기본장으로정하여 1 시간적분을수행하였다. Figure 17a 는 3 차원수치실험에서사용된지형자료와적분 1 시간후의지상수평바람의섭동장을나타낸다. 태백산맥을가로지르는강한흐름이형성되고있는반면에태백산맥의풍상측에서는흐름이높은지형을통과하지못하고산맥의남쪽을우회하는흐름이발생하였다. 차원수치실험은 Fig. 17a 의오산 - 강릉지형단면을이용해수행되었으며실험결과나타나는강릉지역에서의수평바람속도의시간변화를 3 차원수치실험결과와비교하여 Fig. 17b 에나타내었다. 3 차원수치실험결과, 강릉지역에서나타나는정상상태에서지상수평바람의속도는 15.5 m s -1 로 차원수치실험결과나타나는.9 m s -1 에비해 7.4 m s -1 만큼작았다. 이러한결과는흐름이산을돌아가는효과가 3 차원수치실험에서매우중요한영향을미치는것을의미하며본연구에서나타나는관측과 차원수치실험에서모의되는풍속의차이를설명하고있다. 요약및결론 본연구에서는 1971 년 년의 3, 4, 5 월강릉지역의최대순간풍속자료를분석하여강풍사례를선정하 Fig. 16. Time series of the maximum surface wind speed (solid) and mountain drag (dashed). Fig. 17. (a) The horizontal velocity vector at the surface with respect to real topography (shading). A line connecting Osan and Gangneung is dashed. (b) Time series of the maximum wind speed at Gangneung by 3-D and -D simulations. 였으며, 선정된사례를기존연구를바탕으로분류하고수치실험을통하여그메커니즘을확인하였다 와 동안강풍사례의발생비율을나누어조사한결과, 최근 10 년동안평균보다표준편차이상의풍속을초과하는날의비율이다소증가하였다. 또한, 봄철월평균풍속은 1996 년을기준으로최근 10 년이그이전 0 년에비해증가하는경향을나타내었다. 전체평균보다두배의표준편차를초과하는 9 개의강풍사례를선정하고, 각사례에해당하는날의오산프로파일을이용하여계산된유체역학적파라메타들을통하여선행연구에서제안된물뜀, 부분반사, 임계고도반사의풍하측강풍발생메커니즘으로분류하였다. 세가지메커니즘을대기안정도와수평바람이연직으로변하는실제대기에적용하기위해서물뜀의경우는산에직접적인영향을받는지상에서 850 mb 까지의수평바람장과대기안정도를평균하여프라우드

17 장욱 전혜영 수를계산하였으며, 부분반사의경우는연직파수제곱의프로파일을구하였고, 임계고도반사의경우는오산 - 강릉방향으로투영된수평바람이 0 이되는고도의존재유무를리차드슨수와함께확인하였다. 분류결과, 강풍으로선정된 9 개의사례들중에서부분반사메커니즘이가장많이발생한것으로나타났다. 분류된각메커니즘별로풍하측강풍이발생하였을때산악으로유입되는흐름의특성을확인하기위해서산악항력을계산하였다. 그결과, 강한하층바람이주도적인역할을하여물뜀과부분반사조건을동시에만족하는사례에서큰산악항력값을보였다. 역전층이풍하측강풍형성에미치는효과를확인하기위해온위의불연속면을역전층으로설정하여해석적으로수평바람의섭동장을구하였다. 해석해의결과에서는무차원화된역전층의높이가 (n)/4 - (n+1)/4, n = 0, 1,, 의범위에존재할때온위의불연속강도에따라서지표에서의수평바람섭동이강해지는결과를얻었다. 강풍으로선정된사례에대한오산지역의온도프로파일을분석한결과, 대부분의관측된역전층이해석해에서구한지상수평바람의최대값을나타낼역전층과잘일치함을보였다. 차원 ARPS 모형을통한풍하측강풍사례의수치실험결과, 전체사례중에서 69% 에서강풍의조건을초과하는바람이모의되었으며, 이중 6% 의사례에서분류된메커니즘의특성이확인되었다. 각메커니즘별로하나의사례를선택하여풍하측강풍발생과정에대해자세한분석이수치실험결과에근거해이루어졌다. 물뜀메커니즘으로분류된 1978 년 4 월 8 일사례에서는지표의강한바람이풍하측에서발생하는강한상승운동과함께나타났으며, 이상승운동은풍하측으로전파하며풍속이강한지역을풍하측으로확장시켰다 년 4 월 9 일에대한수치모의를통해부분반사메커니즘이분석되었다. 실험결과, m = 0 이되는고도위로는파동이전파하지못하여수평바람섭동의크기가급격하게감소하였으나, 그아래의고도에서는파동의반사로인해섭동의크기가증가하여풍하측강풍이유도되었다. 임계고도반사메커니즘으로분류된 005 년 4 월 5 일사례의수치실험결과, z = 9 km 에존재하는임계고도에서작은리차드슨수를보여임계고도가산악에의해유도되어상층으로전파되는파동을반사시키는것으로판단되었다. 지표로부터상향전파하는파동과임계고도에서반사되어하향전파하는파동이지면과임계고도사이에서공명을일으켜풍하측강풍을발 생시킨것으로판단되었다. 대부분의수치실험에서모의된지상수평바람이관측된순간최대풍속보다강한경향을보였으며이는 차원수치실험에서는흐름이산을돌아가는 3 차원적효과가무시되었기때문이다. 실제지형자료를이용한 차원과 3 차원의비교실험을통하여본연구에서수행된 차원수치실험이지상수평바람을다소간과대모사함을확인할수있었다. 본연구에서는강릉에서발생한강풍사례들을선행연구들에서제시한메커니즘으로분류하기위해몇가지가정들을사용하였고이러한분류방법은부득이하게불확실성을가질수있을것이다. 첫째, 기존의선행연구들은이상적인대기상태에서제시된이론들로, 대부분연직으로일정한기본류를전제하고있다. 그러나본연구에서사용한기본류는오산에서관측한레윈존데자료로그자체에대규모운동뿐아니라작은규모의운동까지를포함하고있다. 더구나연직으로변화가많으므로유체역학적변수들을계산하는데어려움이있다. 그예로 Fr 을계산하기위하여지표에서 850 mb 까지평균된 U 와 N 을사용하였다. 이경우, 바람이나안정도의연직차이가심할경우연직으로평균한 Fr 가유체의특징을반영할수있는가? 하는것에대해문제가제기될수있다. 둘째로, m 을계산하는데사용된수평파수가 Fig. 3b 에나타난복잡한지형을대표할수있는가하는점이다. 이는, 주어진기본류하에서 m 의연직프로파일이수평파수에크게좌우됨을생각할때사용된파수의대표성이문제가될수있기때문이다. 본연구에서사용한산악의수평파장은 0 km 로이는 Fig. 3b 에서보이는전체적인산악을나타내는데는다소짧은것으로생각할수있다. 그러나강릉지역의풍하측강풍을유발하는것은넓은수평규모를갖는산악전체가아니고급격한경사를보이는산악의마지막부분이므로 0 km 는비현실적인값은아니라판단된다. 그러나산악의수평규모에따른 m 의민감도를알아보기위하여 5 km 와 30 km 의산악을가정하여전체 9 개의풍하측강풍사례에대한 m 의프로파일을구하고부분반사, 부분반사와물뜀현상이같이존재했던메커니즘의개수를구하였다. 5 km 와 30 km 에대해서부분반사는각각 44, 43, 부분반사와물뜀이같이있었던경우는각각 30, 30 으로기존의 45, 3 에비해서그개수가다소감소하였으나큰차이는없었다. 위에서언급한불확실성은각메커니즘의빈도수를다소변화시킬수있지만본연구에서수행한수치실

18 봄철강릉지역에서발생하는강풍에대한연구 험의결과는이러한불확실성에도불구하고, 위에서제시한각메커니즘별세가지사례와같이분류된메커니즘의고유특성을잘재현하며풍하측강풍을모의하는데성공하였다. 이러한사실은풍상측사운딩자료를이용한메커니즘의분류가풍하측강풍을이해하는데있어서충분한의미를가지고있음을보여준다. 앞으로본연구에서강풍으로선정된사례들에대한보다현실적인 3 차원수치실험을통하여, 앞에서보인세가지메커니즘들과그이외의메커니즘 ( 예 : 행성경계층의영향 ) 이풍하측강풍형성에어떠한역할을하는지를연구할예정이다. 감사의글 이논문은과학기술부의재원으로한국과학재단의국가지정연구실사업 (No. M J ) 과정부의재원 ( 교육인적자원부학술연구조성사업비 ) 으로한국학술진흥재단 (KRF C00778) 과 BK1 사업의지원으로수행되었다. 참고문헌 김용상, 홍성길, 1996: 늦봄또는초여름에영동지방에서나타나는 유사푄 현상에관한연구. 한국기상학회지, 3, 김정훈, 정일웅, 006: 봄철영동지역국지하강풍메커니즘과지형효과에대한연구. 대기지, 16, 이재규, 003: 태백산맥의지형적인효과와관련된강릉지역의강풍사례에대한수치모의연구, 한국환경과학회지, 1, 하현주, 1994: 영동지방에서발생하는국지강풍특성과푀엔현상과의관련성연구. 서울대학교이학석사학위논문, 60 pp. Booker, J. R., and F. P. Bretherton, 1967: The critical level for internal gravity waves in a shear flow. J. Fluid Mech., 7, Chun, H.-Y., I.-S. Song, and J.-J. Baik, 001: Effects of time-varying basic-state flow by cloud momentum flux on multicell-type storms. J. Korean Meteor. Soc., 37, Clark, T. L. and W. R. Peltier, 1984: Critical level reflection and the resonant growth of nonlinear mountain waves. J. Atmos. Sci., 41, Durran, D. R., 1986: Another look at downslope windstorms. Part I: The development of analogs to supercritical flow in an infinitely deep, continuously stratified fluid. J. Atmos. Sci., 43, Jiang, Q., J. D. Doyle, and R. B. Smith, 006: Interaction between trapped waves and boundary layers. J. Atmos. Sci., 63, Kalnay, E., M. Kanamitsu, R. Kistler, W. Collins, D. Deaven, L. Gandin, M. Iredell, S. Saha, G.. White, J. Woollen, Y. Zhu, M. Chelliah, W. Ebisuzaki, W. Higgins, J. Janowiak, K. C. Mo, C. Ropelewski, J. Wang, A. Leetmaa, R. Reynolds, R. Jenne, and D. Joseph, 1996: The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. Bull. Amer. Meteor. Soc., 77, Klemp, J. B., and and D. K. Lilly, 1975: The dynamic of wave-induced downslope winds. J. Atmos. Sci., 3, , and D. R. Durran, 1983: An upper boundary condition permitting internal gravity wave radiation in numerical meso-scale model. Mon. Wea. Rev., 111, Lilly, D. K., 196: On the numerical simulation of buoyant convection. Tellus, 14, Lin, Y. L., 007: Mesoscale dynamics. Cambridge University Press, Cambridge, 63 pp.,and T. A. Wang, 1996: Flow regimes and transient dynamics of two-dimensional stratified flow over an isolated mountain ridge. J. Atmos. Sci., 53, Long, R. R., 1953: Some aspects of the flow of stratified fluids I, A theoretical investigation. Tellus, 5, Hoinka, K. P., 1985: A comparison of numerical simulations of hydrostatic flow over mountains with observations. Mon. Wea. Rev., 113, Miller, P. P., and D. R. Durran, 1991: On the sensitivity of downslope windstorms to the asymmetry of the mountain profile. J. Atmos. Sci., 48, Orlanski, I., 1976: A simple boundary condition for unbounded hyperbolic flow. J. Comput. Phys., 1, Richard, E. P., Mascart, and E. C. Nickerson, 1989: The role of surface friction in downslope windstorms. J. Appl. Meteor., 8, Smagorinsky, J., 1963: General circulation experiments with the primitive equations. I. The basic experiment. Mon. Wea. Rev., 91, Smith, R. B., 1985: On severe downslope winds. J. Atmos. Sci., 4, , Q. Jiang, and J. D. Doyle, 006: A theory of gravity wave absorption by a boundary layer. J. Atmos. Sci., 63, Wang, T. A., and Y. L. Lin, 000: Effects of shear and sharp gradients in static stability on two-dimensional flow over an isolated mountain ridge. Meteorol. Atmos. Phys., 75, Xue, M., K. K. Droegemeier, V. Wong, A. Shapiro, and K. Brewster, 1995: ARPS version 4.0 User s Guide. Center for Analysis and Prediction of Storms, University of Oklahoma, 380 pp.