손에잡히는예 / 보 / 기 / 술 ( 제 11 호 - 2012 년 2 월 ) 일기도분석가이던스 (Ⅱ) - 호우분석 발행 : 예보국 문의 : 예보기술팀 ( 내선 1656/1657) 발행일 : 2012 년 2 월 21 일 () 여름철에는대륙과해양의비열차이로인하여유라시아대륙에열저기압이, 해양에북태평양고기압이형성되고, 우리나라는그사이에위치하여그림 1(a) 와같이남풍기류의영향을받는다. 뜨겁고습한남풍기류는대륙의열저기압남쪽인벵갈만과남중국해에서유입되거나, 북태평양고기압남쪽인적도태평양에서유입된다. 이기류는중국양쯔강하류부근이나동중국해에서합쳐지면서풍속이증가하고우리나라로뜨겁고습한공기를유입시켜호우와무더위의원인이된다. 북태평양고기압과대륙의열저기압은여름철동아시아하층대기의특징이다. 이외에도중 상층대기분석시고려해야할요소는그림 1(b) 와같이 300, 200hPa의티베트고기압, 상층제트 (50kts 이상의풍속대 ), 500hPa의북태평양고기압의등고선 ( 기준선 5880gpm 1) ) 등이있다. 티베트고기압은티베트고원지대의해발고도가약 500hPa 에달함으로 300hPa 이상의고도에서만뚜렷하게나타나고우리나라와일본남쪽해상의상공에동서로고기압벨트를형성한다 (Ueno et al. 2001, Hsu et al. 1999, Flohn 1968). 따라서, 여름철에티베트지역은 500hPa 이하의고도에서는열저기압 ( 열저압부 ) 으로묘화해야한다. 반면에북태평양고기압은 500hPa 고도에서는뚜렷하게나타나지만 300hPa 이상의고도에서는티베트고기압과구분이되지않거나존재하지않을수있다. 이번호에선여름철우리나라주변의기후학적특징을고려하여대표적인호우사례에대한일기도분석방법에대해서알아본다. (a) (b) 그림 1. (a) 여름철지상기압계분포, (b) 200hPa 등고선 ( 실선 ) 과 500hPa 등고선 ( 점선 ) 1) 기후학적으로북태평양고기압영역의가장자리는 500hPa 고도에서 5880gpm 고도선과잘일치한다 (Choi and Byun 2007, Bao 1987, Huang and Tang 1964). - 1 -
I. 호우유형분류 2001년이후우리나라에서 1시간에 70mm 이상 2) 의집중호우가발생된사례를표 1과같이유형별로요약하였다. 표 1에서기상학적원인분류는하층제트와상층제트가동일한호우구역에존재할경우에 상하층제트커플링형 이라고구분하였고, 하층제트는존재하지않지만상층제트가존재하며, 상층제트의중심을기준으로기류가유입되는입구의남쪽인상층발산구역에위치하고태풍의전면에서호우가발생된경우를 태풍전면수렴형 으로정의하였다. 마지막으로, 하층제트와상층제트가모두존재하지않는호우를 국지성호우형 으로구분하였다. 그림 2. 2001~2011 년동안시간당 70mm 이상관측된사례들. 장마와 2 차 우기의기간은장마백서 (2011) 를참고함 ( 제주지방장마시작 6.19, 중부지방 장마종료 7.25(1981~2010 평균 ), 2 차우기는장마종료이후 ). 그림 2는 1시간에 70mm 이상호우가발생된사례를조사하여 5일간격의발생횟수를보여주는그래프이다. 총 53개사례가운데장마기간에 17개 (32%) 가발생하였고, 2차우기에가장많은 35개 (66%) 가발생했다. 10월에는 1개의호우사례가있다. 2차우기기간에는태풍이 5개를차지하여총호우중 9% 를차지했다. 1시간에 70mm 이상의강수량은호우주의보기준을 1시간내에넘어서는양이고, 돌발홍수에의한피해를발생시킬수있다. 기상학적원인으로호우사례를분류하면, 상하층제트커플링형호우가총 53개사례중 25개 (47%) 로가장많았다. 하층제트커플링은동일한지역의상공으로하층제트와상층제트가일정한각도를이루면서교차하여지나가는구조를말한다 (2011 년손에잡히는예보기술 2호 하층제트 편참조 ). 이런형태의대기구조가나타나면, 직접열순환에의한연직운동이활발해지며, 하층수렴과상층발산에의해호우가발생하기쉬운대기구조가잘형성된다 (Saulo et al. 2007, Chen et al. 2003). 다음으로상하층제트커플링에의한호우사례를중심으로일기도를분석하고해석할때주의해야할사항과고려해야할요소에대해알아본다. 2) 강수량이 1 시간만에호우주의보기준에도달한경우를선별함 - 2 -
< 표 1> 주요집중호우 ( 70mm/1hr) 사례 (2001~2011 년 ) 원인 날짜 호우지역 1시간최대강수량 인명, 재산피해 2002.8.6 강원영서 홍천 74 2004.8.22 제주 성산 100.5 2005.7.31 제주 성산 97 2005.8.25 경상도 동해안 포항 89.5 2005.9.17 충남북부 천안 75.5 2007.8.5 중부, 남해안 제천 92.5, 거제 78.5 상하층제트커플링 2007.8.8 지리산부근거창 83 (2차우기기간 ) 2008.8.16 전라남 북도부안 78.5 2009.8.27 제주 제주 87.5 2010.8.17 전라도 남원 72.5, 영광군 76 2010.9.21 중부지방 서울 75.0 2명, 592억 2011.7.27 중부, 경남남해안 양평 85.0, 서울 59.0 2011.8.1 남해안 남해 95 2003.7.25 전라북도 전주 87 2005.8.2~3 전북 정읍 61.0 2005.9.1 전북 정읍 81.5 국지성호우 2007.7.29 경북, 충북 봉화 83.5 4억 2008.8.8 전라남도 광주 86.5 2010.7.1 전북남부 정읍 83.5 2010.8.7 전북일부 전주 80 2001.7.5 남해안 거제 96.5, 통영 71.3 2001.7.15 수도권 서울99.5 66명, 1948억 2001.7.23 강원영서 홍천 79.5 2001.7.29 중부서해안 인천 83.5, 서산 80 2004.7.14 전라남도 진도 115.5 상하층제트커플링 2004.7.17 충청도 금산 70 ( 장마기간 ) 2005.7.1 강원영서 태백 75.5 2006.6.30 제주 성산 89.5 2006.7.15~16 강원영서 홍천 89.0 29명, 3022억 2009.7.7 남해안 부산 73.0 2명, 209억 2009.7.15~16 남해안 창원 102.0 10명, 2301억 2010.7.23 서해안호우 서산 99.5 4명, 210억 태풍나리 2007.9.16~17 제주도, 남부 제주 75.0, 고흥 92.5 16명, 1592억 태풍루사 2002.8.31~9.1 동해안 강릉 100.5 321명, 5조1천억 태풍매미 2003.9.12~13 경상도 남해 89.5 132명, 4초8천억 태풍메기 2004.8.18~19 남부, 동해안 산청84.5 7명, 2508억 태풍무이파 2011.8.7 지리산부근 광양시106.5, 순천 75 2001.7.10 제주 성산 94.0 태풍전면수렴 2008.8.13 경상남도 부산 106 2011.9.17 전라남 북 내륙 주암 71 발달한저기압 2006.10.23 영동 강릉 81.5-3 -
Ⅱ. 사례분석 - 상하층제트커플링형 상층등고선분류형발산 그림 3은 2011년 7월 27일상하층제트커플링에의해수도권과부산에서동시에호우가발생한사례이다. 7월 27일 00UTC 에 850hPa 에서 2개의강풍대가서해와남해상에분포하며, 강풍대중심의북동쪽에서호우가나타났다. (a) (b) (c) 그림 3. 2011 년 7 월 27 일 00UTC (a) 850hPa 유선과하층제트 (>25kts: 초록색영역 ), (b) 위성영상, (c) 27 일 일누적강수량분포도 그림 4는그림 3(a) 와같은시각의편집일기도이다. 850hPa 일기도에서우리나라부근으로남서풍의하층제트 (25kts이상 ) 가보인다. 850hPa의하층제트는 200hPa 일기도에서보하이만부터우리나라중부지방을지나가는상층제트와교차하는풍계를보인다. 이렇게 850hPa 의남서풍과 200hPa 의서풍이동일한지역의상공을지나가게되면호우가발생하기좋은조건이된다. (a) (b) 그림 4. 2011 년 7 월 27 일 00UTC (a) 850hPa 과 (b) 200hPa 편집일기도 - 4 -
겨울철은남북의온도차이가크기때문에한대제트가강하고, 아열대제트도공존하는데반하여여름철은아시아대륙의가열로남북의온도차이가작아풍속이약하고우리나라부근에선한대제트보다풍속이약한아열대제트가주로나타나기때문이다. 그림 4(b) 와같이여름철일기도분석시티베트고기압을실선으로분석할수없다면, 간선으로라도묘화하는것이옳다. 이티베트고기압은 6~9월까지티베트고원에서우리나라부근의상공을오르내린다 (Bao 1987). 그림 4(b) 에서중국북부지역은남북으로등고선이조밀한데비해우리나라부근의분류형등고선분포는남북의등고선경도가약하다. 등고선이분류되는형태는발산이므로, 이일기도에서우리나라는상층발산구역에위치한다고할수있다. 한편, 상층일기도분석시합류형의등고선분포는상층의기류가수렴되는형태이다. 따라서, 상층바람장을이용해가장강한발산지역에대한면밀한분석이필요하다. 등고선분류형의상층발산구역은고기압성회전을하는북서기류에서뚜렷하며, 풍속은강하지만기류가진행하는방향으로풍속이약한지역에서는발산값이최대로나타난다 (Funk 1991, Maddox 1979, Uccelini and Johnson 1979). 그림 5는하층제트에의한호우모식도와상층제트와하층제트의커플링모식도이다. 그림 5에서강한대류에의한호우구역은 850hPa 에서최대풍속의북쪽에위치하는데, 온난 습윤한기류가고위도로이동하면서상대적으로차가운 ( 무거운 ) 공기위로상승하다가상층의발산구역에들어가게되면강한대류가발달한다. 따라서, 동일한 850hPa 등압면일기도에서상승기류가가장강한지역은최대풍속의북쪽에풍속이감소하는지역이다. 그림 4와같이 850hPa 최대풍속을기준으로남북의연직단면도를보면, 그림 5와같이하층대기의강한남풍은고위도로이동하면서수평적풍속감소분을연직상승운동으로전환하면서, 최대상승운동이나타나는지역에서강한대류가나타난다 (Trier and Parsons 1993). 이모식도에서보여준대류발달구역은그림 3에서보여준 2011년 7월 27일호우사례와일치한다. 그림 5에서하층제트가지나가는상공의지상바람은동풍이나, 미풍의바람이분다. 왜냐하면, 따뜻한기류는지상으로 그림 5. (a) 하층제트에의한호우모식도 - 5 -
하강하지않고상승하기때문에그림 4와같이일정한각도의남북방향으로전선면이생기기때문이다. 따라서, 지상일기도분석시 850hPa 하층제트의최대풍속의북쪽지역은바람의풍계를고려한일기도분석보다주변기압계를고려한묘화가필요하다. 그림 6은 2011년 7월 27일 00UTC 지상일기도이다. 우리나라중부지방을중심으로등압선간격은조밀한데비하여지상에서관측된풍속은매우약한것을볼수있으며, 특히뇌전을동반한많은비가내리는서울은등압선방향과는달리북동풍이불고있다. 그림 6. 2011 년 7 월 27 일 00UTC 지상일기도 제트입구의남쪽발산 상층발산구역은앞에서설명한등고 ( 압 ) 선형태로찾을수있다. 상층발산구역은주로상층제트가약할경우에해당하며 ( 주로아열대제트에서중심풍속 100kts 이하 ), 상층제트가강할경우분류형태가나타나지않는다 ( 주로한대제트에서중심풍속 100kts 이상 ). 또다른방법으로제트축을기준으로풍속의증가, 감소지역의 4개분면으로나눠찾을수있다. 등고선형태로나타나는그림 7(a) 는 2010년 9월 21일중부지방에발생한호우사례에대한 12UTC 200hPa 일기도이다. 차가운공기를가진북쪽의기류가중국북부지방으로남하하면서우리나라부근의따뜻한기류와만나강한제트기류가형성되는데, 제트기류의최대풍속지역은연해주부근에위치하고우리나라는제트최대풍속을기준으로남쪽이고입구에해당한다. 그림 7(b) 의 Uccellini and Kocin (1987) 가제시한제트기류에의한발산, 수렴의모식도에서상층발산, 하층수렴지역에해당한다. (a) (b) 그림 7. (a) 2010 년 9 월 21 일 12UTC 200hPa 일기도와 (b) 상층제트에의한발산과수렴구역모식도 - 6 -
< 참고문헌 > 장마백서, 2011: 기상청 Bao, C-L., 1987: Synoptic Meteorology in China. China ocean press. Beijing. Chen, G. T, Z. Jiang, and M-C. Wu, 2003: Spring heavy rain events in Taiwan during warm episodes and the associated large scale conditions. Mon. Wea. Rev., 131: 1173-1188. Choi, K-S. and H-R. Byun, 2007: Definition of the onset and withdrawal of the warm season over east Asia and their characteristics. J. Korean. Met. Sci., 43-2: 59-75. Flohn, H., 1968: Contributions to meteorology of the Tietan plateau. Atoms. Sci. Paper No 130, Colorado Stte Univ., Ft. Collins, Co. Funk, T. W., 1991: Forecasting techniques utilized by the Forecasting Brach of the National Meteorological center during a major convective rainfall event. Wea. Forecasting, 6, 548-564. Hsu, H-H., C-T. Terng, and C-T. Chen, 1999: Evolution of large-scale circulation and heating during the east transition of Asian summer monsoon. Journal of Climate 12: 793-810. Huang S. S. and M. M. Teng, 1964: On the annual variation of the subtropical high position. J. Natural Science in Univ., 1: 11-29. Maddox, R. A., 1979: The evolution of middle and upper tropospheric features during a period of intense convective storms. Preprint: Eleventh Conf. on Severe Local Soc., Kansas City, Amer. Meteor. Soc., 41-48. Saulo, C., J. Ruiz, and Y. G. Skabar, 2007: Synergism between the low level jet and organized convection at its exit region. Mon. Wea. Rev., 135: 1310-1326. Trier, S. B. and D. B. Parsons, 1993: Evolution of environmental conditions preceding the development of a nocturnal mesoscale convective complex. Mon. Wea. Rev., 121, 1078-1098. Uccellini, L. W., and D. R. Johnson, 1979: The coupling of upper and lower tropospheric het streaks and implications for the development of severe convective storms. Mon. Wea. Rev., 107, 682-703. ---, L. W. and P. J. Kocin, 1987: The interaction of jet streak circulations during heavy snow events along the east coast of the United States. Wea. Forecasting, 2: 289-308. Ueno, K., H. Fujii, H. Yamada, and L. P. Liu, 2001: Seasonal heating of the Tibetan plateau and its effect on Asian summer monsoon. Journal of the Meteorological Society of Japan, 79(1B): 419-434. Yanai, M., C. Li, and Z. Song, 1992. Seasonal heating of the Tibetan Plateau and its effects on the evolution of the Asian summer monsoon. Journal of the Meteorological Society of Japan, 70(1B): 319-351. - 7 -