손에잡히는예/ 보/ 기/ 술 ( 제 21, 22호 - 2013 년 2, 3 월합본) 황사예측가이던스 & 사례분석 발행: 예보국 문의: 예보기술팀( 내선 1656/1657) 발행일 : 2013 년 3월 29 일금 ( ) 이번호에서는황사분석과예보시숙지해야할사항들을소개하고, 예측에서벗어났던사례의원인분석을통해보다합리적인황사예보방법을제시하고자한다. 아울러 2012 년 3월에발간한 황사분석및예측가이던스에서 제시한상황별분석자료를먼저참고하길권한다. 예보관은각종황사관측자료와위성영상, 예측모델간의비교분석을 통해황사가언제, 어디서부터얼마의농도로몇시간지속될지등황사예보에필요한사항들을판단해야한다. 우리나라에나타나는강한황사는저기압에동반된강풍역과상승기류에의해부양된황사입자들이저기압 ( 기압골 ) 통과후하강기류에의해낙하하면서발생하는경우가대부분이다. 1. 1.1 필수점검요소 발원 ➀ 황사의발생범위와강도는지상관측( 황사현상관측) 을기초로, 황사발원지의미세먼지(PM10) 관측농도와지속시간, 지면상태( 눈덮임, 강수유무, 기온등), 각종위성분석영상을종합적으로 분석하여추정( 그림 1) - COMS : 에어로솔탐지(AI), GOCI RGB 합성영상 - MTSAT : 적외광학두께지수(IODI), 에어로솔광학두께(AOD) - Aqua/Terra : RGB 합성영상 (a) 황사일기도 (b) 황사발원지미세먼지(PM10) 농도 (c) COMS 에어로솔탐지(AI) (d) MTSAT 적외광학두께지수(IODI) (e) GOCI RGB 합성영상 (f) MODIS RGB 합성영상 그림 1. 황사발원시참고자료들 - 1 -
➁ 황사발원지의해발고도는대부분 1~1.5km 로, 황사가발원하기좋은지면조건( 온난건조) 이 유지되기위해서는가급적 850hPa 이하고도의기온이 0 보다높아야하며, 발달하는 저기압전면( 동쪽사면) 으로등온선이북상하는형태(warm ridge) 를보여야함 ➂ 지상에서관측된황사가예측모델에서도모의되고있으면신뢰도가높음 황사의주요이동고도가대류권하층(3km 이하) 이므로, 야간복사냉각으로인해지표와황사입자간의온도차가줄어들경우, 적외차영상에서농도가과소표출될가능성이높음에유의 1.2 이동 ➀ 황사입자를부양 이동시키기위해서는강한상승기류가필요하며, 500hPa 에서 V형의발달한기압골( 양의와도) 이나절리저기압이지상저기압과상승기류발달에중요한역할을함 ➁ 황사입자는발달한저기압을따라이동하는특징이있으며, 500hPa 최대양의와도지역과고도하강구역, 700hPa 최대상승구역, 850hPa 24 시간최대기온하강구역( 한랭전선후면하강기류역을잘모의) 을통해황사의이동경향을판단할수있음 1.3 영향 1.3.1 저기압중심과한랭전선위치 그림 2. 저기압과함께동쪽으로이동중인황사입자와하강기류에의해우리나라에서발생하는황사모식도 (a) 2010년 3월 20일 18시 (b) 2010년 11월 12일 00시 (c) 2011년 5월 1일 12시 그림 3. 황사경보기준에도달했던대표적인 3 개사례에대한지상일기도 ( 검은색점선 : 저기압중심의이동경로, 파란색파선 : 한랭전선 ) ➀ 강한황사는발달한지상저기압에동반된한랭전선이통과하고몇시간이지난후하강기류가 강해질때나타남( 그림 3) ➁ 우리나라에서주의보수준이상의황사농도를보였던대부분의사례들의경우지상저기압의 중심이북한을통과하고우리나라가한랭전선의영향을받을때나타났음 3 일반적으로우리나라에서는중국에서측정된미세먼지(PM10) 농도의최대값을넘기어려움 - 2 -
1.3.2 실황감시와특보운영 ➀ ➁ ➂ 황사입자는강수와달리지상으로낙하하지않고상층대기로통과하는경우가있으며, 연무와혼재돼나타나는경우가많아목측( 주관적/ 정성적관측) 만으로는구분이어려움실황감시의경우미세먼지(PM10) 시간평균자료를활용하되, 지점별/ 계절별로마련되어 있는기준농도를바탕으로특보를운영황사입자계수기와다채널(APS, 공기역학입자계수기) 관측자료를바탕으로입자크기간의 비율을통해황사(PM2.5/PM10 40%) 와연무(PM2.5/PM10 80%) 를구분( 그림 4) (a-1) 황사 : 주로 3~4 μm의입자크기를가지며자연기원의토양성분이많음 (b-1) 연무 : 주로 1μm이하의미세한크기이며인위적오염물질성분이많음 (a-2) 황사입자계수기 ( 종합기상정보시스템 황사 황사연구과 ) (b-2) 황사입자계수기 (a-3) 다채널( 종합기상정보시스템 황사 다채널) (b-3) 다채널 그림 4. 황사와연무의구분 4 미세먼지(PM10) 의농도는종관규모시스템의지배를받지만, 지표면일사량변화에따른 일변화(diurnal cycle) 도존재하며, 일반적으로일사에의해혼합층이깊어지는낮보다는 대기가안정화되는밤에높아지는특징이있음( 그림 5) ➄ 최근 5 년간우리나라에서발생한황사주의보 (400 μg/ m3이상) 에도달한사례를대상으로매시각 관측된미세먼지 (PM10) 농도( 그림 6) 를보면, 주로밤에짙은농도의황사가발생하며 ( 최대 발생시각 22 시), 이른아침과낮에는상대적으로약함( 최소발생시각 07 시) 6 특히황사경보(800 μg/ m3이상) 에도달한사례는밤이낮에비해 3 배이상많아, 야간에 유입될것으로예상될때는예측보다더짙은황사가나타날수있음에유의 황사가 그림 5. 2003 년 2/15 ~27 이탈리아 Milan 에서관측한 PM10 농도의일변화. 밝은회색은낮시간, 어두운회색은밤시간관측값을의미 (Vecchi et al. 2007) 그림 6. 최근 5 년(2008~ 2012) 간 29개황사관측지점에서발생한황사특보도달사례 ( 총 34 일) 의시간대별발생빈도그래프 ( 붉은색은 800 μg/ m3이상사례 ) - 3 -
2. 황사사례분석 2.1 황사예보없이관측된사례 - 겨울철황사 2010. 1. 25. (a) 2010년 1월 24일 15시 (b) 2010년 1월 24일 21시 (c) 2010년 1월 25일 04시 그림 7. 2010년 1월 24~ 25일 MTSAT-1R 황사영상 2010 년 1월 24일새벽에서오전사이내몽골고원에위치한쥬리허에서 400 μg/ m3이상의 미세먼지(PM10) 농도가관측되었으나, 위성영상( 그림 7) 에서황사역과강도가점차약화되고, 예측모델에서도황사가중국내륙에서모두침착될것으로예상되어 24일예보에서 25일 우리나라황사가능성을예보하지않았다. 그러나그림 8~10 과같이 25일새벽에백령도를시작으로 황사가관측되기시작하여 25 일오후에고산에서황사관측이종료( 서울, 최대시간평균 PM10 농도, 319 μg/ m3) 될때까지서쪽지역을중심으로황사가관측되었다. 그림 8. 2010년 1월 24~ 25 일중국관측망( 좌) 과우리나라에서관측된( 우) PM10 농도 쥬리허에서황사가관측된시각의보조분석도( 그림 11) 에서 24일 09시에발달하는 500hPa 의 상층기압골이몽골서쪽에위치하고그동쪽으로 700hPa 에강한상승구역이남북으로넓게 분포하고있다. 우리나라에황사가관측되기시작한 2010 년 1월 25일 09시에는 500hPa 의 상층기압골이발달하면서남동진하여고도하강역이연해주, 북한과서해상에넓게위치하고있다. 또한, 같은시각 850hPa 기온하강역도 500hPa 고도하강역과비슷한분포를보여발원한황사가 우리나라에상공으로유입되었음을알수있고, 한랭전선통과후하강기류에의해황사입자가 지상으로낙하하면서황사가관측되었다. - 4 -
그림 9. 황사관측망그림 10. 2010년 1월 25일 12 시지상( 황사) 일기도 (a) 2010년 1월 24일 09시 500hPa 24시간고도변화 850hPa 24시간기온변화 700hPa 상승속도 (b) 2010년 1월 25일 09시 500hPa 24시간고도변화 850hPa 24시간기온변화 700hPa 상승속도 그림 11. 2010년 1월 24일 09시와하루뒤인 25일 09시의보조선도변화 < 시사점및요약 > ➀ 황사일기도와미세먼지(PM10) 농도등지상관측에서 1개지점이라도황사가관측되었다면 우리나라에황사가유입될가능성에대한충분한검토가필요함 ➁ 황사먼지입자의이동고도가하층대기에위치하므로야간에지표가냉각되거나중상층운이 덮일경우적외차위성영상에서황사시그널이사라지는것으로잘못해석될수있음 ➂ 황사발원지에눈이덮여있지않으면서습기가없는마른지표에서는영하의온도에서도 황사가발원할수있음 - 5 -
2.2 황사예보를했지만관측이안된사례 a) 발원지황사가하강기류만으로한반도까지이동하기힘든사례 - 2012. 3. 25. (a) 2012 년 3월 24일 09시생산된 15시예측장 (b) 2012년 3월 24일 15 시위성영상 (c) 2012년 3월 24일 09시 850hPa 일기도 그림 12. 2012년 3월 24일 15 시기준의예측모델, 위성영상(COMS) 과일기도 2012 년 3월 24일 14시에통랴오에서 541 μg/ m3이상의미세먼지(pm10) 농도가관측되었다. 또한예측모델 ( 그림 12(a)) 과위성영상 ( 그림 12(b)) 에서도북중국일대에황사발원이모의및 탐지되었고, 대기하층으로북서기류가형성되어서해상을따라우리나라로황사가유입될것으로 예상되었다. 따라서 25일 05시예보에서서해안일부지역에황사가나타날가능성을 언급하였으나실황에서황사가관측되지않았다. 2012년 3월 24일 09 시일기도( 그림 12(c)) 에서연해주부근에저기압이위치하여통랴오에 황사가발원할수있는환경이조성되어있고, 미세먼지(PM10) 수치가 400 μg/ m3이상이 유지되어통랴오에서황사가발원하였음을알수있다. 그러나우리나라부근에강한 북서기류가형성되어있고, 발원한황사의농도와지속시간이짧아하강기류만으로원래 농도의황사가우리나라까지수송되기에는어려운조건이다. 그러나 2012년 3월 25 일황사입자계수기농도분포( 그림 13) 에서미세먼지(PM10) 수치가높지 않으나황사농도가일시적으로높아진구간이존재하고, 황사입자계수기농도비율이 40% 이하로 나타나관측지점별황사관측기준치에는미달하지만옅은황사가우리나라에영향을준것으로 판별할수있다. (a) 2012 년3월 24 25 일중국과국내 PM10 농도 (b) 2012 년 3월 24 26일황사입자계수기농도 (c) 2012 년3월 24 26 일황사입자계수기농도비율 그림 13. 사례기간동안 (a) 중국과국내 PM10 농도, (b) 황사입자계수기농도, (c) 황사입자계수기농도의비율(PM2.5/PM10) - 6 -
< 시사점및요약 > ➀ ➁ ➂ 중국북부에서황사가발원할경우이동거리가짧아빠른시간내에우리나라로수송되어 직접적인영향을줄가능성이크므로판단에신중을기하여야함발원한황사가우리나라로이동하기위해서는하층기류의특성을잘파악해야하는데 기류가빠르고강한경우지상으로침착되어떨어지는것보다상층으로빠르게이동하면서 확산될가능성에유의현재황사관측기준은관측자의목측을기본으로하고있으며, 각지점별미세먼지(PM10) 통계값( 05~ 12, 관측정책과) 을황사관측의참고자료로활용하고있음 b) 황사이동경로가북편하여황사가관측되지않은사례 - 2011. 4. 8. 2011년 4월 5 6 일에고비사막과내몽골고원에서황사가발원( 그림 14(a)) 하였고, 8일 중부지방을중심으로옅은황사가나타날가능성을예보하였다. 500hPa 고도장( 그림 14(b)) 을보면, 황사일기도에나타난지상저기압의서쪽에큰폭으로 고도하강역이존재하고있어상층기압골에의해지상저기압이발달하면서황사입자가장거리 수송될수있는충분한조건을갖추고있다. 그러나이저기압은우리나라쪽으로남하하지않고동진하면서실황에서우리나라에황사가 관측되지않았다. 그원인으로는 8 일황사일기도( 그림 14(c)) 에서중국남부에서기압골이 발달하여북쪽기압골이남하하지못하고연해주부근을통과하였다. 황사역도저기압 이동경로를따라중국북동지역을통과하여우리나라에서황사가관측되지않은것으로 판단된다. (a) 황사일기도(6일 09 시) (b) 500hPa 24 시간고도변화 (6일 09 시) (c) 황사일기도(8일 09 시) 그림 14. 황사가발원한 2011년 4월 6일 9 시일기도(a~b) 와 2일후인 8일 9 시일기도(c). < 시사점및요약 > 발원지에서황사가발원하여우리나라로충분히수송될수있는환경을갖춘것으로 예측되더라도, 시간의흐름에따라주변기압계와의상호작용에의해저기압의이동과 황사수송경로의변동가능성이있으므로, 지속적인실황감시를통해변화내용을예보와정보 등에신속하게반영하여야함 - 7 -
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