목차 1. 사례개요 /01 1.1. 개요 /03 1.2. 언론보도 /04 1.3. 주요기록 /05 2. 실황분석 /06 2.1. 일기도분석 /08 2.2. 위성분석 /17 2.3. 레이더분석 /27 3. 예측자료분석 /35 3.1. 수치예보모델특성분석 /37 3.2. 모델의강수예측결과분석 /42 4. 사례발생원인 /47 4.1. 종관및중규모기상환경 /49 4.2. 대기불안정성 /52 4.3. 호우시스템발달과정 /55 4.4. 호우시스템발생원인 /57 5. 사전예측을위한검토자료 /60 5.1. 일기도 /62 5.2. 위성 /67 5.3. 레이더 /71 5.4. 수치모델 /77 5.5. 이번사례가다른사례와구별되는특성 /78 5.6. 향후예보를위한점검사항 /79 참고문헌 /80
1 사례개요 1.1. 개요 1.2. 언론보도 1.3. 주요기록
1. 사례개요 1.1. 개요 2011 년제 9 호태풍무이파 (MUIFA) 가서해상을지나북쪽으로이동한후중규모호우시스템 이전라북도지방에서발달및정체하면서전라북도대부분지역에서 200mm 이상의강수량 이기록되었으며, 다른지역과의강수량차이가매우크게나타난사례였다. 8 월 9 일강수량분포 9 일 13 시레이더영상 전라북도에서만약 800억원의재산손실이발생하였고, 사망 1명, 수백명의이재민이발생하였다. 이날정읍에서관측된일강수량 420.0mm는관측이래최고기록이었으며, 종전기록은 1998년 9월 30일에기록한 244.5mm였다. 이외에도전주 (336.1mm), 임실 (234.0mm) 에서모두관측이래일최다강수량 1위기록을경신하였다. 03
1. 사례개요 1.2. 언론보도 물바다로변해버린전북전주천의한옥마을전용주차장 ( 출처 : 연합뉴스 ) 전북정읍시칠보면시산리시산교유실현장 ( 출처 : 연합뉴스 ) 04
1. 사례개요 집중호우사례 1.3. 주요기록 전체년도일최다강수량 (mm) 극값경신 지점명 경신값 종전기록 1위극값 관측개시일 전주 336.1(1위 ) 205.8(1946.06.25) - 1918.06.23 천안 273.5(1위 ) 176.0(1972.07.08) - 1972.01.08 부안 217.5(2위 ) 202.5(1998.09.30) 250.5(2007.08.29) 1972.03.01 임실 234.0(1위 ) 208.5(2002.08.06) - 1970.06.02 정읍 420.0(1위 ) 244.5(1998.09.30) - 1970.01.05 05
2 실황분석 2.1. 일기도분석 2.2. 위성분석 2.3. 레이더분석
2. 실황분석 2.1. 일기도분석 2.1.1. 일기도및관측자료분석개요 2011년 8월 9일새벽부터오후까지전라북도지방을중심으로최대 420mm의기록적인누적강수량을기록한이번사례는뚜렷한지상이나상층의저기압이동반되지않은상태에서태풍의북상이후에확장하는북태평양고기압의가장자리에서발생했다는점에서사실상예측이거의불가능한사례였다. 기상예보를총괄하는예보관으로서태풍이통과하고있는 8월 8일에다음날인 9일예보를결정하는상황을가정해보자. 8월 8일오전전국에태풍경보가발령되어있는상황에서 2010년수도권에막대한피해를입혔던태풍곤파스와비슷한경로를따라북상하고있는제 9호태풍무이파의경로와강도를추적하고있는예보관의모든신경은태풍의진로가어떻게결정될것인가에집중될수밖에없었다. 그리고기상청 RDAPS를비롯한대부분의외국수치예보모델들은태풍이북상한후한반도주변에는북태평양고기압의가장자리가한반도남부까지확장하면서대류불안정으로인해곳에따라소나기가내리는것으로모의하고있었다. 따라서 8월 9일에는중부지방은대체로맑은날씨를남부지방은곳에따라뇌우를동반한강한소나기정도를예보하고강수량은많아야 50mm를넘지않을것으로예상하는것은 ( 물론산악지방의경우국지적으로시간당 30mm 이상의강한소나기가내릴수도있을것이라는것은심정적으로의심할수있었겠지만 ) 어떻게보면거의모든예보관들의공통된예보였을것이다. 그렇다면예보관은예보를생산하는과정에서무엇을놓친것일까? 그것은아마도아주좁은지역에연속적으로중규모대류계가유지되면서집중호우가발생할수있게만들었던아주작지만중요한시그널이었을것이다. 08
2. 실황분석 [ 그림 2.1.1] 2011 년 8 월 8 일 09 시 ~9 일 06 시까지 3 시간간격수증기영상과건조공기유입 (Dry Slot, 노란색화살표 ), 북태평양고기압경계 ( 갈색실선 ), 그리고중규모대류계발생위치 ( 붉은점선 ) 그림 2.1.1의위성영상연속사진에서주목해야할것은, 태풍무이파가서해상을따라북상함에따라그후방으로북서쪽에서유입되고있는강한 Dry Slot의헤드부분을따라수증기영상의암역 ( 하강기류 ) 이뚜렷하게강화되고있는동시에북태평양고기압의가장자리를따라서도암역이점차뚜렷해지고있다는것이다. 8일 09시수증기영상에서태풍의중심이백령도부근을지나가고있는시점에서 Dry Slot의헤드부분에서발생한하강영역과북태평양고기압의연변의하강영역사이인북위 25 N 부근에서작지만강하게발달한대류성구름열들이발생하기시작하였다. 6시간후인 8일 15시에는태풍의빠른북상과함께상승구역이북쪽으로이동하면서북위 30 N 부근에서대한해협까지이어지는대류활동구역이뚜렷하게관측되고있다. 이러한대류활동지역의북상은태풍의북상과함께계속해서유지되었는데, 9일새벽 03시에는한반도남서해안부근까지북상하였고 06시에는좀더북상하여전라북도지역에서폭발적으로성장하는모습을볼수있다. 수증기영상에서의암역은강한하강운동을의미하고하강운동이존재하는지역의주변으로는상대적인상승운동이존재하게된다. 실제로수증기영상에서강한대류활동 ( 붉은점선 ) 들이발생하고있고, 그영역이점점북쪽으로이동하고있다. 이것은매우중요한시그널이될수있었지만, 예보의주된관심사가태풍에집중되어있었고수증기영상에서발생한대류활동들의생존시간이 3시간을넘지않았기때문에많은관심을기울이지못했을것이다. 따라서 24시간후에그대류활동에동반된중규모대류계가한반도남부그것도특정적으로전라북도지방에정체되면서 400mm가넘는집중호우발생을예보하는것은매우어려운일이었다. 본항에서는이러한뚜렷한시그널들을상하층일기도에서는찾을수없었는지분석해본다. 09
2. 실황분석 집중호우사례 2.1.2. 지상및하층일기도분석 그림 2.1.2는 8월 8일 12UTC와 9일 00UTC 지상분석일기도이다. 2010년 9월 21일수도권집중호우사례와비교해서뚜렷한차이는북상해서내륙에상륙하고있는태풍무이파와그후면을따라북태평양고기압이느리게확장하고있는것이다. 8일 12UTC에태풍무이파가많은수증기를남긴채북상하여신의주부근으로상륙하면서한반도와그주변에지상에서기온과노점온도차이가 1 내외인습윤한공기가위치한다. 북태평양고기압은일본남쪽에중심을두고느린속도로북쪽으로확장하면서그경계가한반도남해안지역까지도달하고있다. 한반도남부지방대부분이구름이점차걷히고있는상태에있지만, 중국양자강부근에서제주도로이어지는곳으로강수구역이나타나고있는데이것은그림 2.1.1에서언급한대류성구름열이북상한결과라고할수있다. 9 일 00UTC 의지상일기도는 8 일 12UTC 일기도에비해서내륙에 상륙한태풍이열대저압부로약화 되면서북동진하는것을제외하고 [ 그림 2.1.2] 2011 년 8 월 8 일 12UTC( 상 ), 9 일 00UTC( 하 ) 지상분석일기도 는넓은범위의습윤구역형성, 북태평양고기압세력의강화등거의비슷한형태를보이고있 다. 다만, 세부적으로살펴보면한반도남부특히전라북도와남부지역으로뇌우를포함한강수 가나타나고있으며 8 일 12UTC 에나타났던대류성구름열은사라지고아주좁은지역에서만 강수현상이집중되고있다. 새벽부터강하게발달한중규모대류계에동반된모루구름이한반도 남부지역을덮으면서일사가시작된이후에도남부지방대부분이 22 내외의기온분포를보이 고있는반면제주도를포함한일본지역으로는기온이빠르게오르면서 30 근처까지기온이 10
2. 실황분석 상승하여좁은지역에큰남북온도경도가형성되고있다. 지상일기도분석만으로는소나기정도의가능성은충분히알수있지만, 왜강한집중호우가발생하였는지설명하기에는분명히한계를가지고있다. 이러한의문을풀어줄단서는비슷한시간에광주에서관측된단열선도를통해서찾아볼수있다. 지상에서상층까지어느정도집중호우발생가능성에대한시그널을찾을수있었던 2010년 9월 21일수도권집중호우사례와달리지상일기도에서뚜렷한중규모대류계에의한집중호우발생가능성을예단하기힘든상황에서먼저단열선도분석을통해그시그널을찾아야한다. 그림 2.1.3 은중규모대류계가발생하기직전인 8 일 18UTC( 청색 ) 와중규모대류계가발달및정 체단계에접어들기시작한 9 일 00UTC( 적색 ) 에광주에서관측된단열선도이다. 이번사례가다른사례와뚜렷하게구분되는점은 8일 18UTC의경우지상에서대기상층부에해당되는 350hPa 고도까지약 8km의두께를가지는완전히응결된구역이존재하고있다. 이러한형태는 9일 00UTC 단열선도에서도관측계기상의오류로온도와습도에대한보고가중단된약 7km 고도까지상대습도 100% 응결구간이그대로유지된다. 대기하층에서대기중상층까지깊은온난습윤한공기층이존재한다는것은아주높은가강수량 (PW) 을가지고있고, 아울러어떠한방아쇠작용에의해서강제상승이시작되는공기덩어리에지속적으로연직운동에너지를공급해줄수있음을의미한다. 전날태풍으로인해서전국적인강수가있었기때문에지표 [ 그림 2.1.3] 2010 년 9 월 20 일 18UTC( 청색 ), 9 월 21 일 00UTC( 적색 ) 오산단열선도 11
2. 실황분석 집중호우사례 면부근도이미충분히젖어있는상태여서집중호우를유도하는중규모대류계는어떠한방해도 받지않고계속해서대류불안정에너지공급을받게되는것이다. 지상에서깊은습윤층 (Deep Moist Layer) 이끝나는고도까지전체적으로대류권내에서상하층의바람시어가거의존재하지않고특히상층에도바람이 30kts(15m/s) 를넘는곳이없다. 이러한단열선도형태는강한연직시어에의한상승운동에필요한충분한역학적에너지공급이제한되기때문에긴생애를가지는선형대류활동으로의발달은제한된다. 그렇지만풍부한수증기에의한잠열이충분히공급되기때문에일단중규모대류계가발생하면, 내부의스톰들의이동속도가아주느려져새로운스톰들이충분히발달하여병합할수있는시간적여유를제공한다. 따라서중규모대류계는무리형중규모대류계 (Cluster Type MCSs) 로발달할가능성이높으며, 무리형중규모대류계는긴시간동안좁은지역에집중호우를유도한다. 이와함께주목해야할점은높은가강수량값이다. 앞에서언급되었듯이가강수량값이 40mm를넘으면집중호우를유도하는데충분한것으로알려져있는데, 이번사례의경우에는가강수량값이 8일 18UTC에 70mm를넘었고, 9일 00UTC 에도 65mm를넘는등다른집중호우사례들에서는찾아볼수없을만큼의높은값이다. 아직우리나라에서는가강수량값과실제시간당강수량사이의통계적상관관계나강수효율에따른중규모대류계분류에관한기준이제시되고있지않지만, 미국의경우에는 45mm를기준으로이상인경우에는강한집중호우 (High Precipitation) 를가져오는중규모대류계로분류한다. 45mm의가강수량은최대시간당 60mm까지의집중호우발생가능성을예보하는척도로사용한다. 전라북도집중호우사례의경우는이기준값을훨씬뛰어넘는경우이기때문에시간당 100mm 에가까운집중호우가내렸다하더라도별로놀라운일은아니다. 충분한수증기와깊은습윤층으로인해강한대류활동을위한대류잠재에너지공급이가능했다고하더라도이를유지시키기위해서는지속적인상승운동이유지되어야하는데단열선도분석에서 8일 18UTC와 9일 00UTC LI 값이각각 -2.8과 -1.8, KI 값이 40과 39를기록하고있다는점은한번응결되어상승하는공기는대류권상부까지충분한상승운동을가지고발달할수있는조건이었다. 12
2. 실황분석 그림 2.1.4 는 8 일 12UTC 와 9 일 00UTC 850hPa 분석일기도이다. 925hPa 과 850hPa 고도의등 고선배치나습윤구역의배치가거의일치하기때문에하나의그림으로설명한다. 8일 12UTC에태풍무이파에동반된강한남서기류와함께남서쪽으로부터강한온난기류가한반도를향해서지속적으로유입되고있다. 비록태풍은신의주부근으로상륙했지만그후면으로상대적으로한랭건조한대륙고기압과북태평양고기압사이에남서쪽에서북동쪽으로향하는온난습윤한공기의통로가 850hPa 고도에서형성되어지속적으로한반도남부지방으로강한대류에너지를공급하고있다. 이러한형태는 9일 00UTC에도크게변하지않았다. 북태평양고기압의세력이일본열도를따라넓게확대되고있기는하지만태풍무이파후면의영향으로더이상한반도내륙으로확장하지못하고있다. 그렇지만비록하층제트수준까지는발달하지못했지만 20kts(10m/s) 정도의풍속을가지는남서기류가지속적으로한반도남부지방으로수증기와열을수송하고있다. 또한태풍이열대저압부로약화되어상대적으로한랭한오호츠크기단세력방향으로이동하면서열대저압부중심부에약하지만주변과확실히구분되는한랭핵이형성되어한반도중부와북부지방으로약한온도골 (Thermal Trough) 을형성하고있다. 이는 5장의등온위면일기도설명을하는과정에서상세하게다루겠지만한반도남쪽에는남서쪽으로부터온난이류와함께강제상승하는운동이존재하고북동쪽에는상대적으로강제하강하는운동이존재하고있음을의미한다. 결국이러한상승구역과하강구역의확연한구분은중규모대류계의전체시스템의이동을제한하여동일한지역에서의정체와발달에기여하였다. [ 그림 2.1.4] 2011 년 8 월 8 일 12UTC( 상 ), 9 일 00UTC( 하 ) 850hPa 분석일기도 지상에서 850hPa 고도까지대기하층의기압배치와단열선도분석에의하면전라북도집중호우는일반적인종관규모강제력은뚜렷하지않지만, 태풍과그후방에남겨진수증기와온난기류의연속적인수송에의해서대류활동이 13
2. 실황분석 집중호우사례 대류계내부의스톰규모역학에의해서연속적으로발달하는이른바깊은습윤대류 (Deep Moist Convection) 를동반한무리형중규모대류계로형태로유지되면서지속적이고강한집중 호우가매우좁은지역에서유지되었다는것을보여주고있다. 2.1.3. 중상층일기도분석 그림 2.1.5 는 8 일 12UTC 와 9 일 00UTC 700hPa 분석일기도로 850hPa 일기도와비교해서특 별한차이점은보이지않는다. 850hPa 과마찬가지로 8 일 12UT C 에서 9 일 00UTC 까지남서기 류를타고많은양의수증기가한반도남쪽으로지속적으로유입되고있으며, 9 일 00UTC 부터 는전시간에보이지않았던약한기압골이발해만부근에서발생하기시작한다. 또한 9 일 00UTC 부터는 850hPa 에서와마찬가지로한반도중북부지방으로온도골이형성되 면서한반도남서쪽의상승운동구역 과구분되는하강운동구역을형성하 고있다. 그런데 700hPa 분석일기도 가하층일기도와뚜렷하게구별되는 특성은습윤구역이한반도북부지방 을경계로집중호우가발생하는남부 지방과중국북부지방으로뚜렷하게 분리된모습이나타난다는것이다. 이 런현상은 8 일 12UTC 에서도나타나 고있었지만중규모대류계가발달해 서정체되기시작하는 9 일 00UTC 에 더욱명확해진다. 이러한습윤구역의 분리는상층에서대기하층으로강하 게하강하는 Dry Slot 의존재와무관 하지않다. Dry Slot 이존재하는지역 의바로남쪽에서이에대응되는상대 적인상승운동이존재하게된다. 종 합하면전라북도지방의북서쪽에서 는 Dry Slot 의침강에의한하강기류 가존재하고, 한반도내륙중북부지 방에는온도골에의한하강기류가동 시에존재하면서상대적으로강한상 승운동이전라북도지방을중심으로 발생하면서조건부잠재불안정을형 성하고이러한기압배치가유지되는 동안중규모대류계에의한집중호우 가유지되었다고할수있다. [ 그림 2.1.5] 2011 년 8 월 8 일 12UTC( 상 ), 9 일 00UTC( 하 ) 700hPa 분석일기도 14
2. 실황분석 그림 2.1.6은 8일 12UTC와 9일 00UTC 500hPa 분석일기도이다. 9월 21일사례일기도분석에서설명했듯이 500hPa 고도의 5880gpm 선과 5820gpm 선은북태평양고기압의가장자리경계불안정영역과잘일치하며, 일반적으로예보를생산하는과정에서아주건조한경우를제외하고는이지역에서뇌우를동반한강한소나기발생가능성을예보한다. 열대저압부로약화되기는하지만여전히적도기단의특성을유지하고있는태풍으로인해서대륙으로부터의대륙성고기압의확장이나남쪽으로부터의북태평양고기압의확장이제한되는가운데 5880gpm 선과 5820gpm 선은등고도선이펴지면서동서운동이강화되는것을제외하고는특별한공간적인변화없이 12시간이상거의동일한형태로유지되고있다. 한반도부근으로등고도선이나등온선의경도변화가거의발생하지않아서경압불안정이나종관규모강제력을유도할만한기압배치를만들어내지못한다. 다만약하기는하지만 9일 00UTC에는약한단파기압골이발해만부근에서발달하기시작한다. 이상층단파기압골은아마도 Dry Slot의유입과관련되어있는것으로보이는데, 이기압골이형성되면서한반도상공기류가좀더많은동서성분을가지게되었음을의미하며, 500hPa 고도까지남서기류를형성하여한반도남부지방으로대기하층에서대기중층고도까지풍부한수증기가온난이류를통해지속적으로공급되고있다. 500hPa 분석일기도에서도 Dry Slot의전면과북태평양고기압의가장자리전면이전라북도지역에위치하면서상대적인강제상승운동에의한조건부대류잠재불안정상태가유지되고있음을알수있다. [ 그림 2.1.6] 2011 년 8 월 8 일 12UTC( 상 ), 9 일 00UTC( 하 ) 500hPa 분석일기도 15
2. 실황분석 집중호우사례 그림 2.1.7은 8일 12UTC와 9일 00UTC 200hPa 분석일기도인데, 8일 12UTC 일기도에서는한반도전체가기압능에위치하면서전체적으로하강운동구역에위치하고있다. 또한아열대제트기류의풍속이약화되면서제트기류의주요한역할인상층발산및수렴구역형성, 강한남북온도경도에의한전선발생기능을적절하게수행하지못하고있다. 8 일 12UTC 200hPa 일기도에서 는강한대류운동을유도할만한 강한종관규모강제력을발견하기 는어려웠다. 다만, 크지는않지만 작은변화가 9 일 00UTC 에감지 되는데바로서해상부근에북태 평양기단으로부터동해를지나 연해주로확장되어있는기압능에 상대적인기압골이형성되기시작 하고있으며 50kts(25m/s) 이상 의상대적으로강한풍속대가아 주좁게이기압골의후면에서발 생하기시작했다는것이다. 이러 한대류권상층부의변화는대기 하층과중층의온난이류와상호 작용하여한반도서쪽에는상승 운동 ( 상층발산 ) 구역이, 한반도 [ 그림 2.1.7] 2011 년 8 월 8 일 12UTC( 상 ), 9 일 00UTC( 하 ) 200hPa 분석일기도 동부와동해만지역으로는하강운동 ( 상층수렴 ) 구역이형성되어 ( 예보관훈련교재대기역학 13 장 3 절그림 13.4 참고 ) 전라북도와서해안지역에서는중규모대류계가대류권상층까지발달하 고한반도북동쪽에서는급격한경계를가지면서더이상발달하지못하는현상을만들었다. 전라북도에서발생한중규모대류계에의한집중호우를일기도를통하여분석한결과이사례는강한종관규모강제력이존재하지않는상태에서순수하게태풍으로부터공급된풍부한수증기가대기하층에서대기중층까지위치하면서깊은대류활동을유도하였고, 한반도서쪽과남서쪽에는상승운동이, 한반도북동부지역에는하강운동이존재하면서중규모대류계에의한강수집중구역과비강수구역이뚜렷하게구분되어무리형중규모대류계내에서연속적으로스톰이발생하여집중호우를야기했다는위성과레이더분석결과와도잘일치한다. 16
2. 실황분석 2.2. 위성분석 2.2.1. 대류세포발생전후위성영상의특성 17 대류세포발생전위성영상의특징을파악하기위해대류세포발생 3 시간전인 2011 년 8 월 9 일 0133KST 부터 0233KST 까지한반도와동아시아지역의적외영상과수증기영상을분석하였다. 그림 2.2.1 은대류세포발생전한반도영역의적외영상과수증기영상을그림 2.2.2 는대류세포 발생전동아시아영역의적외영상 과수증기영상을나타낸것이다. 적외영상그림 2.2.1(a) 와그림 2.2.2(a) 에서간도지역에중심을 둔열대저압부가위치하고있으며 중부지방은이와관련된저기압성 흐름이존재한다. 또전라도앞바다 부터중국까지광범위하게하층운 이존재한다. 시간이지남에따라 하층운이북동진하며한반도내륙 지역으로확장하고있다. 수증기영 상인그림 2.2.1(b) 와그림 2.2.2(b) 에서산둥반도부터경기만에이르 는지역에암역이존재하고있으며 이를제외한한반도주변에상층에 수증기가광범위하게존재하고있 다. 암역은한반도북쪽에위치하고 있는열대저압부를향하여북동쪽 으로확장하고있고제주도동쪽에 약한암역이존재한다. 0200KST 에한반도남서쪽에명역과상대적 으로어두운명역사이에대류세포 가생성되는것을볼수있으며이 는적외영상에서도뚜렷하게볼수 있다. 적외영상에서전라남도앞바 다에광범위하게하층운이존재하 는것과수증기영상에서전라남도 서해상과남서쪽에대기의중 상층 에수증기가존재하는것으로보아 대기의하층에서부터상층까지다 량의수증기가존재하고있음을알 수있다. 적외영상으로상층운과 (a.1) IR1-0133KST (a.2) IR1-0200KST (a.3) IR1-0233KST (b.1) WV-0133KST (b.2) WV-0200KST (b.3) WV-0233KST [ 그림 2.2.1] 대류세포발생전한반도영역의 (a) 적외영상과 (b) 수증기영상
2. 실황분석 집중호우사례 하층운을구별할수있으며수증기영상으로는명역과암역의위치로중 상층의수증기의유무를알수있다. 대류세포의생성위치와시각과관련된특징을사전에찾을수없었으나 0200KST에한반도남서쪽먼바다의대류세포의생성에서본것과같이적외영상에서대기의하층에광범위하게수증기가존재하며수증기영상에서는명역과약한암역사이의경계 (Boundary) 에서대류세포들이생성된것을확인할수있었다. (a.1) IR1-0133KST (a.2) IR1-0200KST (b.1) WV-0133KST (b.2) WV-0200KST 대류세포발생후위성영상의특 징을파악하기위해전남앞바다 에서생성된대류세포가북동진 하여내륙으로들어오기전인 2011 년 8 월 9 일 0333KST 부터 0633KST 까지한반도영역의적 외영상과수증기영상을분석하였 다. 그림 2.2.3 은대류세포발생 후한반도영역의적외영상과수 증기영상을나타낸것이다. 적외 영상그림 2.2.3(a) 에서한반도 서해상에하층운이광범위하게 존재하고있으며 3 개의대류세포 가나란히동서방향으로새롭게 생성되었다. 0200KST 에한반도 남서쪽먼바다에서생성되었던 대류세포의면적이확대되며급 (a.3) IR1-0233KST (b.3) WV-0233KST [ 그림 2.2.2] 대류세포발생전동아시아영역의적외영상 (a) 과수증기영상 (b) 격하게발달하였고북동진하였음을알수있다. 수증기영상그림 2.2.3(b) 에서새롭게생성된대 류세포들은명역과약한암역사이의경계 (Boundary) 에서생성된것을확인할수있었다. 또한 암역은북동쪽으로좁아짐과동시에확장하였으며특히산둥반도에서우리나라중부지역에암화 가지속적으로강화되었다. 시간이지남에따라 3 개의대류세포는모두크기가증가하고대류세 포간의거리가가까워지며 0833KST 에병합하였다. 2010 년 9 월사례와같이 2011 년 8 월사례 에서도대류세포가어디에서생성될것인가에대한위성영상의특징을사전에찾아낼수없었지 만그림 2.2.3 의적외영상과수증기영상을종합하여보았을때이사례에서대류세포는대기의 18
2. 실황분석 하층에수증기가존재하며동시에그상층에는경계가존재하는곳에서발생하는특징을보였다. (a.1) IR1-0333KST (b.1) WV-0333KST (c.1) EIR-0333KST (a.2) IR1-0433KST (b.2) WV-0433KST (c.2) EIR-0433KST (a.3) IR1-0533KST (b.3) WV-0533KST (c.3) EIR-0533KST (a.4) IR1-0633KST (b.4) WV-0633KST (c.4) EIR-0633KST 19 [ 그림 2.2.3] 대류세포발생후한반도영역의 (a) 적외영상, (b) 수증기영상, (c) 적외강조영상
2. 실황분석 집중호우사례 2.2.2. 집중호우시위성영상의특성 그림 2.2.4 는 2011 년 8 월 9 일대류세포병합전부터병합시 (0833KST) 까지의적외강조영상과 수증기영상그리고 AWS 강수분포를나타낸것이다. 적외강조영상그림 2.2.4(a) 의 0700KST에전라도내륙지역에대류세포가존재하고서해상에큰세포와작은세포가각각존재한다. 30분후내륙에있던대류세포는점차분리되어 800KST 에완전히분리되고서해상에위치하던 2개의세포는하나의대류세포로병합하였다. 또대류세포들이시간에따라동진하며 0833KST에내륙에존재하고있던대류세포와서해상에있던대류세포가병합하였다. 한반도영역수증기영상그림 2.2.4(b) 에서암역이북동진하며좁아지고있으며서해상에존재하는대류세포의후면에약한암역이존재한다. 이것으로대류시스템의서쪽경계에하강운동으로새로운대류세포의발달이억제된다는것을알수있다. 또점차중규모대류계를제외한지역에서암화가강화되었다. 따라서중규모대류계주변중 상층대기에서하강운동이존재하며이로인해중규모대류계에서는상승운동이유도 ( 풍선효과 ) 되며그결과중규모대류계가더욱발달할가능성이있는것으로판단된다. 아시아영역수증기영상그림 2.2.4(d) 에서간도지역에중심을둔열대저압부의존재를확인할 수있으며일본까지확장한북태평양고기압의영향으로대류시스템의이동이저지되는것을알 수있다. 그림 2.2.4(c) 는 AWS 1 시간누적강수를나타낸다. 1 시간누적된강수이므로위성영상과같은 시간이아닌 30 분후자료를사용하였다. 0703KST 부터 0900KST 까지적외강조영상그림 2.2.4(a) 의온도가낮은밝은부분과강한강 수구역이잘일치하였다. 0900KST 에서전남과전북지방의강수세포가합쳐지며대류세포의병 합과관련된강수특성이뚜렷하게나타났다. 20
2. 실황분석 (a.1) EIR-0700KST (b.1) WV-0700KST (c.1) AWS-0730KST (d.1) WV-0700KST (a.2) EIR-0733KST (b.2) WV-0733KST (c.2) AWS-0800KST (d.2) WV-0733KST (a.3) EIR-0800KST (b.3) WV-0800KST (c.3) AWS-0830KST (d.3) WV-0800KST (a.4) EIR-0833KST (b.4) WV-0833KST (c.4) AWS-0900KST (d.4) WV-0833KST [ 그림 2.2.4] 2011 년 8 월 9 일 0833KST 대류세포병합과정 ( 한반도영역 (a) 적외강조영상, (b) 수증기영상, (c)aws 강수분포와아시아영역 (d) 수증기영상 ) 21
2. 실황분석 집중호우사례 그림 2.2.5는 2011년 8월 9일대류세포병합전부터병합시 (1100KST) 까지의적외강조영상과수증기영상그리고 AWS 강수분포를나타낸것이다. 적외강조영상그림 2.2.5(a) 에서서해상에는하층운이광범위하게존재하고있다. 그상층에수증기영상의약한경계가존재하는곳에서 1000KST에새로운대류세포가생성되었다. 생성된대류세포는서서히북동쪽으로이동 / 발달하여 1100KST에대륙에위치한대류세포와병합되었다. 암역은좁아지며계속해서대류시스템과함께북동진하지만일본동남쪽에위치한북태평양고기압의영향으로그이동속도가매우느리게이동하였다. 또한중규모대류계주변의암역이좁아지며강화되는경향을보였다. 그림 2.2.5(c) 는 AWS 강수분포를나타낸다. 전시간대와마찬가지로적외강조영상그림 2.2.5(a) 의온도가낮은밝은영역과강수분포가잘일치한다. 대류세포가병합되었지만전면에위치한대류세포는서해상에위치하였으므로강수분포의큰변화가나타나지않았다. (a.1) EIR-1000KST (b.1) WV-1000KST (c.1) AWS-1030KST (d.1) WV-1000KST (a.2) EIR-1033KST (b.2) WV-1033KST (c.2) AWS-1100KST (d.2) WV-1033KST (a.3) EIR-1100KST (b.3) WV-1100KST (c.3) AWS-1130KST (d.3) WV-1100KST [ 그림 2.2.5] 2011 년 8 월 9 일 1100KST 대류세포병합과정 ( 한반도영역 (a) 적외강조영상, (b) 수증기영상, (c)aws 강수분포와아시아영역 (d) 수증기영상 ) 22
2. 실황분석 그림 2.2.6은 2011년 8월 9일대류세포병합전부터병합시 (1733KST) 까지의적외강조영상과수증기영상그리고 AWS 강수분포를나타낸것이다. 적외강조영상그림 2.2.6(a) 에서지속적으로서해상에하층운이넓게존재하고있으며 1633KST에전라도앞바다에서새로운작은대류세포가생성되었다. 기존의존재하고있던대류세포와거리가매우가까워수증기영상에서는그존재를뚜렷하게찾아보기는힘들지만적외강조영상에서는새로운대류세포의생성이뚜렷하게나타났다. 1700KST에새로운대류세포남쪽에또다른대류세포가생성되었고 30분후두세포모두발달함과동시에내륙지방에존재하고있던대류세포와병합하였다. 또한일본의동남쪽에위치한북태평양의고기압의영향으로대류세포가정체하는경향을보였다. 이시각에도대류세포는대기의하층에수증기가존재하며그상층의경계부근에서생성되었다. 그림 2.2.6(c) 는 AWS 강수분포를나타낸다. 1700KST에전북지역의강한강수는적외강조영상 1633KST의전북지역밝은부분과잘일치한다. 적외영상 1700KST의밝은부분은경상도지역에위치하고있지만 1730KST의강한강수는전북지역에나타났다. 1800KST에대류세포병합과관련된새로운강수세포가나타났다. (a.1) EIR-1633KST (b.1) WV-1633KST (c.1) AWS-1700KST (d.1) WV-1633KST (a.2) EIR-1700KST (b.2) WV-1700KST (c.2) AWS-1730KST (d.2) WV-1700KST (a.3) EIR-1733KST (b.3) WV-1733KST (c.3) AWS-1800KST (d.3) WV-1733KST 23
2. 실황분석 집중호우사례 (a.4) EIR-1800KST (b.4) WV-1800KST (c.4) AWS-1830KST (d.4) WV-1800KST [ 그림 2.2.6] 2011 년 8 월 9 일 1733KST 대류세포병합과정 ( 한반도영역 (a) 적외강조영상, (b) 수증기영상, (c)aws 강수분포와아시아영역 (d) 수증기영상 ) 대류세포의시간에따른발달구조의변화를알아보기위해휘도온도 45 를임계값으로설정하여대류세포를분석하였다. 이분석에서초기대류세포를탐지한후추적하면서대류세포의화소수, 최소휘도온도, 평균휘도온도를구하였다. 해당영역은그림 2.2.3, 2.2.4, 2.2.5, 2.2.6의적외강조영상에서붉은색원으로표시하였고동아시아영역위성자료를이용하였다. [ 그림 2.2.7] 대류세포의화소수와최소휘도온도의시간변화 그림 2.2.7은대류세포의공간면적과최소휘도온도의시간변화를나타낸다. 대류세포의병합은 0833 KST와 1100KST,1733K ST에서세차례나타나며그림 2.2.7에서붉게표시된부분이대류세포가병합되는시간이다. 0333KST에서대류세포가생성되어발달하며 080 0KST까지대류세포의화소수가꾸준히증가하였다. 동시에최소휘도온도는생성초기에는급격히감소였지만생성 2시간후부터는증가와감소를반복하며유지되는경향을보였다. 24
2. 실황분석 0833KST에대류세포의병합이일어나화소수는 1000개이상급격하게증가하였으며최소휘도온도또한 5 C 정도급격하게감소하였다. 두번째병합이일어나는 1100KST에대류세포의화소수는급격하게증가하지는않았지만최소휘도온도는병합전후 10 C 정도로상당히차이가크게나타나는것을알수있었다. 특히이때가장낮은휘도온도 (-67 C) 가나타났다. 또한첫번째병합과는다르게병합 30분후까지최소휘도온도가감소하였다. 세번째병합이일어나는 1733KST에서는병합이일어났지만오히려대류세포의화소수는감소하였고최소휘도온도는증가하였다. 그림 2.2.8은대류세포의공간면적과휘도온도가 45 이하인대류세포내에있는 AWS 평균강수량의시간변화를나타낸다. 첫번째병합후 AWS 평균강수량은급격하게증가하였으며두번째병합후에는오히려평균강수량이감소하였다. 세번째병합후에는평균강수량이조금증가한것을알수있었다. [ 그림 2.2.8] 대류세포화소수와휘도온도 45 이하에위치한 AWS 평균강수량의시간변화 25
2. 실황분석 집중호우사례 [ 그림 2.2.9] 대류세포화소수와시간별최고강수의시간변화 그림 2.2.9는대류세포의공간면적과시간별 AWS 최고강수의시간변화를나타낸다. 첫번째병합후시간별최고강수는약 10mm/h 가량증가하였으며두번째병합후에는평균강수와마찬가지로오히려감소하였다. 이는새롭게생성되어발달하는대류세포는해상에위치해있어해당대류세포의강수관측이불가능하여 AWS 강수자료에반영되지못하였고앞서있던대류세포는약화되어강수가감소한것으로판단된다. 세번째병합이일어나는 1733KST 30 후에는시간별최고강수는감소하였지만 1시간후에는 70mm/h의강한강수강도를보였다. 1100KST에서의병합을제외하고나머지두차례병합에서대류세포가병합된후강수강도가증가하였다. 또한이사례에서는중규모대류계의발달속도가매우빨라대류세포의발달과강수강도사이의시간차가거의없었다. 그림 2.2.7에서대류세포화소수는대류세포생성후 0833KST까지지속적으로증가하였다. 그후일정하게유지되다가 1400KST경에다시증가하였으며 1600KST 이후계속해서감소하였다. 최소휘도온도는대류세포생성후두번째병합후인 1133KST까지감소하다가 1700KST 이후급격하게증가하였다. 대류세포의화소수와최소휘도온도를기준으로 1800KST까지대류세포의발달단계, 1933KST 이후를대류세포의소멸단계로분류할수있다. 첫번째사례와마찬가지로대류세포의화소수는선택영역에따라달라질수있음에유의하여야한다. 26
2. 실황분석 2.3. 레이더분석 2.3.1. 레이더수평반사도 수평 200km 내외규모로형성된중규모대류시스템의후면에서 40dBZ 이상의새로운대류셀이계속적으로생성되었다. 0600KST이후부터두개의선형강수시스템이병합되었으며, 병합된선형대류시스템은 1000KST에 Trailing Stratiform(TS) 의강수형태를나타내고 1500KST 이후에는 Parallel Stratiform(PS) 의강수형태가나타났다 ( 그림 2.3.1). [ 그림 2.3.1] 2011 년 8 월 9 일 0400KST 부터 1500KST 까지 1 시간간격의강수시스템 CAPPI 영상 27
2. 실황분석 집중호우사례 그림 2.3.2 에서나타나듯이기존에존재하고있었던셀뒤에서 40dBZ 가넘는강한대류셀이계 속적으로생성되어이동하면서앞쪽의셀과병합되었다. [ 그림 2.3.2] 1000KST 부터 1110KST 까지 10 분간격의반사도 CAPPI 영상. 분홍색원과검은색선은각각기존에존재하고있던대류셀과새로생성된대류셀을표시함 28
2. 실황분석 2.3.2. 레이더반사도의연직단면분석 그림 2.3.2 의분석영역에대하여연직반사도단면도분석을실시하였을때, 5km 높이의 40dBZ 가넘는강한종모양의반사도를가지는기존의셀은북동방향으로이동하고후면에서생성되는 셀은시간이지남에따라점점강해져앞쪽의셀과병합하였다 ( 그림 2.3.3). [ 그림 2.3.3] 그림 2.3.11 과동일한시간의반사도연직반사도단면도 29
2. 실황분석 집중호우사례 선형대류시스템의형태학적분류 2011년 8월 9일강수사례는앞서언급했듯이, Trailing Stratiform(TS) 형에서점차 Parallel Stratiform(PS) 형의선형강수시스템형태로변하였다. 강수시스템의형태에따른연직반사도분포를분석하기위하여 TS형과 PS형이나타난시간의반사도연직단면도분석을실시하였다. 그림 2.3.4는 1000KST의 2km 반사도 CAPPI영상과 A-A, B-B 과 C-C 에따른반사도연직분포를나타낸것이다. A-A 과 B-B 의연직분포에서는연직으로 3~5km까지 40dBZ 이상의강한반사도를나타내는지역들이존재하며, 9km이상으로발달한다중규모의형태를보였다. 그러나 C-C 에서는고도 4.5km부근의강한밝은띠가나타나층상형의강수구름특징이나타났다. 이러한형태는선형대류시스템의발달단계와형태를정의한 Parker and Johnson(2000) 에서 Trailing Stratifrom(TS) 의형태와유사하다. [ 그림 2.3.4] 레이더반사도 2km CAPPI 영상과 A-A, B-B, C-C 선에대한반사도연직단면도 30
2. 실황분석 그림 2.3.5는 1500KST의 2km 반사도 CAPPI영상과 A-A, B-B 과 C-C 에따른반사도연직분포를나타낸것이다. A-A 은발달한선형대류셀의이동방향에대한반사도연직분포를보고자하였다. 연직으로 6km까지 40dBZ 이상의강한반사도를나타내는지역들이존재하며, 9km이상으로발달한다중규모의형태를보였고 B-B 은 A-A 의선형대류셀과평행하게존재하는선형대류셀의수평방향에대한반사도연직분포를나타낸것으로 A-A 과마찬가지로 40dBZ가넘는강한반사도영역이 6km부근까지관측되었다. C-C 은발달한선형대류셀의후면에존재하는층운형강수의연직반사도단면도로 4.5km부근의강한밝은띠가나타났다. 이러한형태는선형대류시스템의발달단계형태를정의한 Parker and Johnson(2000) 에서 Pararell Stratiform(PS) 의형태와유사하다. [ 그림 2.3.5] 레이더 2km 반사도 CAPPI 영상과 A-A, B-B, C-C 선에대한연직반사도단면도 31
2. 실황분석 집중호우사례 2.3.3. 레이더시선속도 그림 2.3.6은반사도 2km CAPPI영상과시선속도 1.5 PPI 영상이다. 0900 KST의 1.5 PPI 시선속도분포에서영의등도플러속도선이북서에서남동방향으로존재하고있어남서풍이불고있음을알수있으며, 이후 1000KST와 1100KST의시선속도 PPI 영상에서레이더의남쪽에서영의등도플러속도선이불균일하게나타났다. 이는하층에서남동풍이상층에서는남서풍이불어연직적으로강한시어가나타남을의미한다. [ 그림 2.3.6] 9 시, 10 시, 11 시의반사도 2km CAPPI 영상과시선속도 1.5 PPI 영상 32
2. 실황분석 2.3.4. 이중바람장분석 그림 2.3.7과그림 2.3.8은이중도플러레이더분석결과를나타내었다. 1110KST 1.5km 수평바람분포에서나타나는대류시스템내부의바람은전반적으로남서풍이며해당고도에서수평적인윈드시어 (Wind Shear) 는나타나지않는다. 대류시스템내부의바람방향에따라나타낸연직단면도 (A-A ) 에는대류시스템에유입되는바람의상승위치가잘나타나고있다. A지점으로부터북동쪽약 15km 위치에있는 45dBZ 이상셀의풍상측상승류지역에는 5ms -1 이상의강한상승류가나타나고있었으며, 셀후면에는 1~2ms -1 세기의하강류가잘나타나고있다 ( 그림 2.3.6). 북동쪽약 35km 거리에있는셀또한상승류의세기가앞의셀보다약하게나타나지만상승 하강연직류의패턴은유사하게나타난다. A-A 선에대한발산분포도 ( 그림 2.3.8) 에는 45dBZ 이상으로발달하는셀의하층에수렴지역 ( -0.0015s -1 ) 이지배적으로나타난다. 새로운셀의발달위치에따라나타낸연직단면도 B-B 에나타나는상승류의흐름은 A-A 의형태와유사하게나타나며 B지점에서동쪽으로 10km 떨어진지점의중충상승류는새로운셀의발달에영향을미치고있다. 또한, 동쪽으로 30km 떨어진지점에는 5ms -1 이상의강한상승류지역이나타나고있으며시스템내부셀의발달에영향을미치고있다. B-B 선의발산분포는 A-A 선과같은모양으로셀의풍상측하층에뚜렷하게나타난다. 33 [ 그림 2.3.7] 이중도플러레이더분석결과 (2011. 08. 09. 1110KST). 1.5km 고도의 CAPPI 반사도와수평바람분포 ( 좌 ). A-A 와 B-B 선에따른수직류 (Shaded) 와반사도 (Contour) 에대한연직단면도 ( 우 )
2. 실황분석 집중호우사례 [ 그림 2.3.8] 이중도플러레이더분석결과 (2011. 08. 09. 1110KST). 1.5km 고도의 CAPPI 반사도와수평바람분포 ( 좌 ). A-A 와 B-B 선에따른발산 (Shaded) 과반사도 (Contour) 에대한연직단면도 ( 우 ) 34
3 예측자료분석 3.1. 수치예보모델특성분석 : 지역수치예보모델 (RDAPS) 와국지수치예보모델 (LDAPS) 3.2. 모델의강수예측결과분석
3. 예측자료분석 3.1. 수치예보모델특성분석 : 지역수치예보모델 (RDAPS) 와국지수치예보모델 (LDAPS) 3.1.1. 운동에너지스펙트럼분석 ( 모델유효해상도분석 ) 운동에너지스펙트럼분석을통한모델의유효해상도분석은모델의기본적인특성을이해하는 데도움을준다. 그림 3.1.1 은지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된회전성분과발산성분 바람장의운동에너지스펙트럼의고도별분포특성을나타낸다. 종관규모영역 ( 파장 500km 이상 ) 에서는발산성분바람장에비해회전성분바람장이더우세하고, 이런특성은대류권하층 (950hPa), 중층 (500hPa), 그리고상층 (200hPa) 에서동일하게나타난다. 또한지역수치예보모델의유효해상도 (~250km; 2010년 9월수도권호우사례분석서 3.1절참조 ) 보다작은규모영역에서는회전성분과발산성분바람장의운동에너지모두강한감쇄가일어나고있음을알수있다. 중규모이하영역의대기운동에서는발산성분이회전성분보다우세한특성이있으나모델이가지는강한감쇄로인해이러한특성은뚜렷하지않다. 일반적으로강한강수를야기하는중규모대류계에서는강한수렴과발산이대기상 / 하층에서각각존재하게되는데, 스펙트럼분석결과지역수치예보모델은대류계와연관된수렴 / 발산바람장을약하게모의할수있음을의미한다. [ 그림 3.1.1] UM 기반지역수치예보모델 ( X=12km) 에의해모의된회전성분과발산성분바람장의운동에너지스펙트럼분포. 각각의스펙트럼은시간에대한평균값을나타냄. 화살표는모델의유효해상도를나타냄 (2011 년 8 월 8 일 00UTC(2011080800UTC) 예측결과 ) 37
3. 예측자료분석 3.1.2. 지역수치예보모델 (RDAPS) 의강수모의특성 ( 명시적구름물리과정과적운모수화 ) 지역수치예보모델은성긴격자해상도 (12km) 를설정하고있어, 격자규모의 ( 명시적 ) 구름물리과정과아격자규모의구름물리과정 ( 적운모수화 ) 을통해지상강수량을계산한다. 그림 3.1.5 와 3.1.6은 2010년 9월 21일수도권집중호우사례와 2011년 8월 9일전라북도호우사례에대한지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된총강수량, 격자규모구름물리과정에의해계산된강수량, 적운모수화에의해계산된강수량을각각비교하고있다. 모델에의해모의된강수에서두드러지는특징은 2010년 9월 21일수도권집중호우사례와이번사례모두에서대류성강수가모의되는지역에서는대부분의강수량은적운모수화에의해계산됨을알수있다. 이지역에서명시적구름물리과정에의한강수는상대적으로약하게모의하고있다. 이는집중호우와관련된중규모대류계를명시적으로모의하기에는다소성긴격자크기 ( 낮은모델유효해상도 ) 와이로인한수렴 / 발산바람장의과도한감쇄를원인으로생각할수있다. 또한, 명시적구름물리과정과적운모수화에의해계산된강수의차이는강수발생영역에서도특징을보이는데, 적운모수화에의한강수의경우지형고도에의한영향 ( 지형에의한하층수렴 ) 에민감한것으로보여진다. 이런특징은 2010년 9월 21일사례 ( 그림 3.1.5) 의경우모델이명시적구름물리과정으로계산된강수영역에서는전남 / 경남등남부지역에강수가없는것으로모의하나적운모수화는남부지역을포함한전국에강수가있는것으로예측하는결과를통해, 8월 9일사례 ( 그림 3.1.6) 의경우에도산둥반도를포함한육지지역에서명시적구름물리과정과적운모수화에의한강수의차이를통해알수있다. 2010 년 9 월 21 일수도권집중호우사례의경우에는실제남부지방에는강수가거의내리지않 았으며, 지역수치예보모형의명시적물리과정에의한강수과정은이런특징을적절히모의하였 으나적운모수화에의한강수는한반도의강수구역을과대모의하였다. [ 그림 3.1.2] 지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된총강수량 ( 좌 ), 명시적물리과정에의한강수량 ( 중 ), 적운모수화에의한강수량 ( 우 ) 비교 (2010 년 9 월 21 일수도권집중호우사례 ) 38
3. 예측자료분석 집중호우사례 [ 그림 3.1.3] 지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된총강수량 ( 좌 ), 명시적물리과정에의한강수량 ( 중 ), 적운모수화에의한강수량 ( 우 ) 비교 (2011 년 8 월 8 일전라북도집중호우사례 ) 39
3. 예측자료분석 3.1.3. LDAPS 와 RDAPS 의강수모의특성비교 [ 그림 3.1.4] 국지수치예보모델 (LDAPS)( 좌 ) 와지역수치예보모델 (RDAPS)( 우 ) 에의해모의된일강수량 (8 월 8 일 09KST~8 월 9 일 09KST) 비교 국지수치예보모델의유효해상도는지역수치예보모델에비해중규모대류계에동반된강한강수 를보다현실적으로모의할수있다. 그림 3.1.4는 2011년 8월 9일전라북도집중호우사례의국지수치예보모델과지역수치예보모델에의해모의된일강수량을비교하고있다. 두모델모두 2011년 8월 9일아침시간 (00~09KST) 에남부지방에강수가있음을모의하고있다. 이지역에서국지수치예보모델에의해모의된강수량은 50-100mm( 최대 142mm) 인반면지역수치예보모델에의해모의된강수량은 10-30mm 정도로국지수치예보모델에비해훨씬적은양을나타내고있다. 명시적구름물리과정과보다정확한수렴 / 발산바람장을모의할수있는국지수치예보모델이지역수치예보모델에비해많은강수량과강한강수강도를모의한다. 또한한반도내강수발생지역의경우, 지역수치예보모델은내륙지역에서국지수치예보모델보다넓은강수영역을보이는특징이있다. 결론적으로유효해상도가다른두모델은집중호우가동반된강수현상의모의에서뚜렷한차이를보여준다. 2010년 9월 21일수도권호우사례의경우에도두모델은유사한강수모의특성을보였다 (2010년 9월 21일수도권호우사례분석서참조 ). 40
3. 예측자료분석 집중호우사례 3.1.4. LDAPS 와 RDAPS 의강수모의특성 : 경계조건의존성 국지수치예보모델은지역수치예보모델의초기장 / 배경장과 3 시간간격의 3 차원변분자료동화 방법을이용하여수치적분을수행한다. 따라서모델의예측결과는지역수치예보모델의결과와 관측자료의정확도에따라달라질수있다. 그림 3.1.5는 2011년 8월 9일전라북도집중호우사례에대한국지수치예보모델 (LDAPS) 의적분시작시각에따른 3시간누적강수량을비교하고있다. 적분시작시각이다른국지수치예보모델의특정시각 (06-09KST) 의강수예측결과는강수발생영역에서상당히큰차이를보이는것을알수있다. 이사례의경우 8월 8일 21KST 모델예측결과가이보다 12시간전예측결과에비해관측과더유사한예측을보이고있다. 적분시작시각의차이에따른강수모의결과의차이는자료동화과정의영향이나지역수치예보모델에의해제공된초기장 / 배경장의영향으로, 국지수치예보모델의강수영역이크게달라졌을것이며, 추가분석을통해원인을파악할수있을것이다. 다만호우사례의경우지역수치예보모델에의해모의된종관예측장이적분시작시각에따라크게달라질수있으므로 (2010년 9월 21일수도권호우사례분석서 3.1절참조 ) 국지수치예보모델의강수영역예측오차는초기장 / 배경장의영향에기인할가능성이높을것으로판단된다. 하지만강수강도의경우두모델적분결과에서모두 100mm/3hr의많은강수가좁은영역에집중될수있음을보여주고있음은강수강도예측시에주목할필요가있다. [ 그림 3.1.5] 레이더영상과국지수치모형 (LDAPS) 의적분시작시각에따른 3 시간누적강수량비교 (2011 년 8 월 9 일 06-09KST 예측결과 ) 41
3. 예측자료분석 3.2. 모델의강수예측결과분석 태풍무이파통과와북태평양고기압의영향하에서고온다습한남서풍의유입으로야기된대기 의대류불안정으로전라북도지역을중심으로집중호우가발생하였으며, 최대 403mm/day( 정 읍 ) 의강수량을기록하였다. 아침 06KST 이후전북내륙지역으로강한대류성강수가시작되어, 12-16KST동안수십 km 의공간규모 (Meso-γ) 의대류강수셀에의해강수강도 30-50mm/hr의강한강수가지속되었다. 주로전라북도지역에강수가집중되었으며소백산맥동쪽 ( 경상북도 / 충청북도 ) 지역은상대적으로적은강수를기록하였다 ( 그림 3.2.1 ( 좌 )). 지역수치예보모델 (RDAPS) 과국지수치예보모델 (LDAPS) 에의해모의된강수예측결과 (2011080812UTC 적분시작 ) 를보면지역수치예보모델은최대 379mm/day, 국지수치예보모델은 204mm/day의많은강수량을모의하고있으나, 대부분의강수는전라북도지역근처해양에서발생하는것으로예측하고있다 ( 그림 3.2.1 ( 우 )). 관측 ( 레이더에코와지상 AWS 강수 ) 강수분포와수치모의된강수분포를비교하면, 수치모의된강수는주로해양에서발생하였으며내륙에서는상대적으로적은강수량을예측하였다. 내륙지역의강수는두예보모델이모두주로충청지역을중심으로 40-80mm/day 정도내리는것으로예측하였으며, 강수영역의경우두모델은비슷한강수량공간분포를모의하였다. 이호우사례는 2010년 9월 21일수도권호우사례 (2010년 9월 21일수도권호우사례분석서참조 ) 와달리서해상의강수대는지역수치예보모델이국지수치모델보다다소강하게모의하고있다. 이사례의경우국지수치예보모델의초기장 / 배경장은전지구예보모델의예측결과로부터얻어졌으며, 남서풍에의한강한수증기유입이일어나는지역이모델의경계와가까워국지수치예보모델의강수예측결과에더큰영향을주었을것으로보인다. [ 그림 3.2.1] 2011 년 8 월 9 일 24 시간 (00-24KST) 누적강수량비교. 지상 AWS 관측 ( 좌 ), 국지수치예보모델 ( 중 ), 지역수치예보모델 ( 우 ) 42
3. 예측자료분석 집중호우사례 지역수치예보모델과국지수치예보모델이서해상에서강한강수대를모의한이유는중규모기압 배치와관련이있는것으로보인다. 그림 3.2.2는지역수치예보모델 (2011080812UTC 적분시작 ) 에의해모의된 2011년 8월 9일 09, 12, 15KST의해면기압과 3시간누적강수량을보여주고있다. 시간이지남에따라남부지방을중심으로발달하는중규모기압능의영향으로고온다습한기류의내륙진입이저지되어대류불안정의심화로인한강한강수대 (09KST와 12KST) 가서해상에서나타나고있다. 서해상에서구름물리과정을통한빠른대류조절이일어나면서내륙에는상대적으로약한강수를예측하고있는것으로보인다. 레이더강수관측 ( 그림 3.2.5) 과위성추정강수분포 (TMPA) 에서도서해상의강수대가나타나며전라도지역의집중호우를감지하였다. 이로부터모델이강한대류에의한집중호우의발생을어느정도예측하였으나서해상의대류계와내륙에발달한중규모기압능을다소강하게모의하였을것으로추정할수있다. [ 그림 3.2.2] 지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된 2011 년 8 월 9 일 09, 12, 15KST 의해면기압과 3 시간누적강수량 (2011080812UTC 적분시작 ) 43
3. 예측자료분석 지역수치예보모델의예측선행시간에따른강수량의예측특성을파악하기위해적분시작시각 이다른두모의결과를그림 3.2.3 에비교하였다. 호우발생 1일전인지역수치예보모델 (2011080800UTC 적분시작 ) 모의결과에서는우리나라중 / 남부지역으로 10mm/3hr 미만의약한강수를예측하고있으며, 남서해상에도약한강수를모의하고있다. 하지만전라도부근의서해상에서는강수가거의발생하지않는것으로예측하고있다. 반면 12시간후모델예측결과 (2011080812UTC) 에서는전시각의모델예측결과와는달리서해상에서중규모에해당하는강한대기불안정영역이모의되고있다. 이러한예측선행시간에따른모델의모의성능의차이는주로자료동화에기인한것으로판단되나, 향후예측향상을위해서는정확한원인을파악할필요가있을것이다. 종관규모의장마전선과연계된중규모저기압의발달로호우가발생했던 2010년 9월 21일수도권호우사례 (2010년 9월 21일수도권호우사례분석서참조 ) 의경우사례발생전일에서도모델이이러한종관패턴을 ( 전선의위치와강도차이는있었으나 ) 적절히모의할수있었다. 하지만이사례의경우호우와관련된뚜렷한종관적특징이없는상황에서중규모대기불안정이발생하여, 모델적분선행시간이길었던모의결과에서는예측하지못하였던것으로보인다. 하지만전일지역수치예보모델 (2011080812UTC 적분시작 ) 의예측결과는국지적으로발생한집중호우에대해적어도 12시간전에예측할수있는가능성을보이고있다. 44 [ 그림 3.2.3] 지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된 2011 년 8 월 9 일 12, 15, 18KST 의 3 시간누적강수량 ( 적분시작 : 2011080800UTC( 상단 ), 2011080812UTC( 하단 ))
3. 예측자료분석 집중호우사례 그림 3.2.4 와 3.2.5 는국지수치예보모델 (LDAPS) 에의해모의된강수와레이더산출강수강도 를보여주고있다. 레이더관측강수는 06KST부터지속적으로전라북도지역과서해상을중심으로중규모대류계가발달하고있음을보여주고있다. 동일한시각에대해국지수치예보모델도서해상의불안정한대기층이위치한곳을중심으로강한중규모강수셀이지속적인발달을예측하고있다. 하지만지역규모수치예보모델의예측결과 ( 그림 3.2.3) 와유사하게대부분의강수는서해상에서발생하고있으며내륙으로진입하지는못하는양상을보이고있다. 앞서설명하였듯이이는남부지방으로위치한중규모기압능에의한것으로분석된다 ( 그림 3.2.2). 하지만국지수치예보모델은높은유효해상도와명시적구름물리과정을통해대기불안정이큰지역에서중규모강수셀을모의하고있으며, 지역수치예보모델의강수예측결과에비해레이더관측에나타난강수셀의특징을더잘모의하고있다. 따라서적절한종관해석이바탕이된다면국지수치예보모델의결과를정량적강수예측에활용할수있을것이다. [ 그림 3.2.4] 국지수치예보모델 (LDAPS) 에의해모의된 (2011 년 8 월 9 일 ) 시간대별 (06-14KST) 강수량 (2010092021UTC 적분시작 ) 45
3. 예측자료분석 [ 그림 3.2.5] 2011 년 8 월 9 일호우사례의시간대별 (06-14KST) 레이더산출강수강도 46
4 사례발생원인 4.1. 종관및중규모기상환경 4.2. 대기불안정성 4.3. 호우시스템발달과정 4.4. 호우시스템발생원인
4. 사례발생원인 4.1. 종관및중규모기상환경 호우의개요 전라북도를중심으로강한강수가 15 시간지속되어전북지역에호우가발생하였으며, 전북 대부분지역에서 200mm 이상의일강수량이기록되었다. 강수계의유형 - 전남 북해상에서지속적으로발달하는중규모 -β 규모의대류계들이해안선으로들어가 면서클러스터형태로조직화되었고, 넓은지역에호우를초래하였다. - 클러스터형강수계가정체하면서전북지역에 15 시간호우가이어졌다. 종관기상조건 2011년 8월 9일 09KST에한반도는북쪽에위치한 TD와북태평양고기압사이에위치하여한반도상공에는지상부터 500hPa 고도까지강한남서풍대가나타나고있으며, 한반도북부의하층에서는대규모수렴도나타나고있다. 한편, 하층에서는호우지역을포함한한반도서쪽과황해상에중규모 -α 규모기압능이나타나고있어, 호우발달지역이되기에는불리한조건을보여주고있다. 동해에는기압골이존재하고있다. 그리고상층제트나종관규모강제의역할역시적어보인다. 종관기상조건은그림 4.1.1 에정리되어있다. [ 그림 4.1.1] 2011 년 8 월 9 일 09KST 의종관일기도 49
4. 사례발생원인 RDAPS 예측장에따르면 8월 9일 09KST에중규모기압능은한반도내륙에위치하며, 그풍상측 ( 그림 4.1.2의오른쪽그림에서적색화살표가지시하는지점 ) 으로약한중규모기압골이나타나고있어앞의지상일기도와는차이를보여주고있다 ( 그림 4.1.2 ( 우 )). 재분석장에서도남서해상에약한교란의모습이있긴하나예측장만큼뚜렷하지는않다 ( 그림 4.1.2 ( 좌 )). [ 그림 4.1.2] 2011 년 8 월 9 일 09KST 의재분석장과예측장 (+12h) 50
4. 사례발생원인 집중호우사례 2011 년 8 월 9 일 09KST 의 850hPa 와 200hPa 바람의수렴장과, 850hPa 상당온위, 700hPa 연 직 p 속도장을그림 4.1.3 에보였다. 이그림에의하면, 한반도남서해상은하층수렴과연직상 승운동그리고높은상당온위의조건을갖추어대류계발달의조건을갖추고있다. [ 그림 4.1.3] 2011 년 8 월 9 일 09KST 의재분석장 51
4. 사례발생원인 4.2. 대기불안정성 전라북도집중호우사례의경우지상에서대기상층부에해당되는 350hPa 고도까지약 8km의두께를가지는거의상대습도 100% 에가까운포화공기구역이유지되고있다. 대기하층에서대기중상층까지깊은온난습윤한공기층이존재한다는것은아주높은가강수량 (PW) 을가지고있고, 아울러어떠한방아쇠작용에의해서강제상승이시작되는공기덩어리에지속적으로연직운동에너지를공급해줄수있음을의미한다. 지상에서깊은습윤층 (Deep Moist Layer) 이끝나는고도까지전체적으로대류권내에서상하층의바람시어가거의존재하지않고특히상층에도바람이 30kts(15m/s) 를넘는곳이없다. 이러한단열선도형태는강한연직시어에의한상승운동에필요한충분한역학적에너지공급이제한되기때문에긴생애를가지는선형대류활동으로의발달은제한된다. 그렇지만풍부한수증기에의한잠열이충분히공급되기때문에일단중규모대류계가발생하면, 내부의스톰들의이동속도가아주느려져새로운스톰들이충분히발달하여병합할수있는시간적여유가제공된다. 따라서중규모대류계는무리형중규모대류계 (Cluster Type MCSs) 로발달할가능성이높으며, 무리형중규모대류계는긴시간동안좁은지역에집중호우를유도한다. 이와함께주목해야할점은높은가강수량값이다. 가강수량값이 40mm를넘으면집중호우를유도하는데충분한것으로알려져있는데, 전라북도지역집중호우의경우에는가강수량값이 65mm에서 70mm 분포를보여다른집중호우사례들에서는좀처럼찾아볼수없을만큼의높은값이나타났다. LI 값은 -2.8과 -1.8을 KI 값이 40과 39를기록하고있어한번응결되어상승하는공기는대류권상부까지충분한상승운동을가지고발달할수있는유리한조건을제공했다. 이번집중호우사례는종관규모강제력은약하지만, 대기하층의풍부한수증기공급, 대류불안정, 강한상승운동등집중호우를유도하는중규모대류계발달에충분한불안정한환경을가지고있었다. 52
4. 사례발생원인 집중호우사례 남서해상의대기불안정성본사례에서호우시스템의발달은남서해상에서의깊은대류계발달로부터시작된것으로판단된다. RDAPS 예측장에나타난이지역에서의대기불안정성을그림 4.3.1에보였다. 한반도남서해상에 1000J/kg 이상의 CAPE 값이나타나고있으며, LI 역시 3보다작은값이나타나고있다. 이같은조건은 9일 00KST 이후에나타난것으로, 국지적수분수렴이중요한역할을한것으로추정된다. 그리고이시간대들에서남서해상에하층수렴으로인해연직상승지역이나타나고있어 ( 그림 4.3.2), 대기불안정성과국지적순환등중규모환경또한이지역에서깊은대류계발달의조건을보여주고있다. 이와같이, RDAPS 예측장에따르면, 2011 년 8 월 9 일 03-09KST 에는한반도남서해상에깊은 대류계발달이가능한여건을갖추고있었던것으로추정된다 : 남서해상에높은상당온위 (high-θ E ) 공기가존재하고있다. 남서해상에대기불안정조건 (LI, KI 모두불안정, 큰 CAPE 값 ) 이나타나고있다. 남서해상에하층바람의수렴과연직상승운동이발달하였다. [ 그림 4.2.1] RDAPS 예측장 : CAPE( 상 ) 와 Lifted Index( 하 ) 53
4. 사례발생원인 [ 그림 4.2.2] RDAPS 예측장 : 700hPa 고도에서의연직 p 속도 54
4. 사례발생원인 집중호우사례 4.3. 호우시스템발달과정 03-04KST : 남서해상에서중-β 규모대류계들의발생과북동진 05KST : 전북해안에강수계가상륙하면서클러스터형강수계로발달 06-20KST : 전북해안과내륙에클러스터형강수계의유지및정체 20 KST ~ : 클러스터와강수약화, 21KST 이후거의쇠퇴 [ 그림 4.3.1] 2011 년 8 월 9 일의적외영상 55
4. 사례발생원인 남서해상에서중규모 β 규모의대류계들이발달 (03KST), 서해안부근과내륙에접근하면서조직화 (04-06KST) 클러스터형강수계로발달 (06KST) 클러스터정체및유지 (06-20KST) 21KST 이후소멸 [ 그림 4.3.2] 2011 년 8 월 9 일전북지역호우를가져온강수계의레이더영상 호우발달의핵심과정 남서해상에수분수렴및불안정조건형성 남서해상에서의대류계발생 남서해안에서의대류계조직화와클러스터형강수계발달 클러스터형강수계의유지및정체 56
4. 사례발생원인 집중호우사례 4.4. 호우시스템발생원인 서해상대류계발달의원인 남서해상의강한남서풍대내에서대기불안정에의해대류계발달 전북해안 / 내륙에서의클러스터발달원인 발달하는대류계와기압계의상호작용을통해중규모기압골발달 중규모기압골발달에따른수렴의조직화 ( 그림 4.4.1) - 그림 4.4.1에보듯이 9일 06KST 예측장에서중규모기압골의풍하측에상승장의중심이있다. 이는중규모기압골의풍하측에조직적수렴이있음을의미하고, 이지역은앞에서본바와같이큰값의 CAPE 값을보여주고있어깊은대류계들의조직화가가능할것으로판단되며, 결과적으로클러스터형강수계발달이가능할것으로생각된다. - 중규모기압골은그규모가작고강도가비교적약하기때문에재분석장에나타나기어려울수있으나, 8일 09KST와 21KST의두수치예보가모두예측한것이고, 다른모델에의해서도모사되는것으로보아서현실에서존재했을가능성이컸을것으로판단된다. 이같은추론이맞다면, 실제의중규모기압골의위치는예측지점보다는남동쪽에위치하여전북에호우를가져올수있었을것으로추론된다. [ 그림 4.4.1] RDAPS 예측장 (8 월 9 일 06KST) 57
4. 사례발생원인 중규모기압골과클러스터형강수계의유지및정체원인 내륙의중규모기압능발달과정체가서해안중규모기압골과클러스터형강수계의정체원 인일것으로추정된다. - RDAPS 해면기압예측장에따르면, 9일 12KST와 15KST 모두중규모기압골이서해안가까운해상그리고내륙에는중규모기압능이발달해있다. 그리고동해안선을따라다시중규모기압골이나타나며 ( 그림 4.4.2), 동시에서해상의기압골지역에서는강한강수가나타나고있다. 이와같은특징은수분수송과수렴이나타나는 925hPa 고도에서도마찬가지로나타나고있다 ( 그림 4.4.3). 강수분포를고려할때예측된중규모기압골은실제보다서쪽에모사된것으로판단된다. - 지속적호우의핵심원인으로추정되는중규모기압골의정체이유는아직그원인이확실하게규명된것은아니며추정단계로봐야할것이다. 경험축적과함께정체원인의규명이필요한것으로판단된다. [ 그림 4.4.2] RDAPS 예측장 : 해면기압과강수량 58
4. 사례발생원인 집중호우사례 [ 그림 4.4.3] RDAPS 예측장 : 925hPa 고도와바람장 59
5 사전예측을위한검토자료 5.1. 일기도 5.2. 위성 5.3. 레이더 5.4. 수치모델 5.5. 이번사례가다른사례와구별되는특성 5.6. 향후예보를위한점검사항
5. 사전예측을위한검토자료 5.1. 일기도 5.1.1. 집중호우를유도하는매개변수들 집중호우를유도하기위해서는강한중규모대류계가발생해서큰강수효율을가지고상대적으 로긴시간동안일정한장소에머물러있어야한다. 그러기위해서는먼저풍부한수증기의공급이중요한데풍부한수증기의공급을위해서는 (1) 850hPa 고도에서의높은수분속, (2) 지상에서 500hPa까지의높은상대습도, (3) 40mm 이상의가강수량, (4) 장시간동일지역으로수증기공급지속의조건이필요하다. 중규모대류계의발달과지속을위해서는강한대기불안정이필요한데가장많이사용되는불안정도지수가대류가용잠재에너지 (CAPE) 이다. 한반도집중호우에있어서 CAPE 는중위도전선이나태풍과같이매우강한종관규모강제력이 존재하는경우에는비교적낮게나타나며, 게릴라성집중호우가자주발생하는장마종료후에서 8 월말까지는대부분의경우 1,500J/kg 을넘고강한경우에는 4,000J/kg 에달하는경우도있다. 이번집중호우사례들의경우에는 CAPE의값이유의미한수준에도달하지못했는데이는집중호우를유도한중규모대류계가강한열적불안정이아닌종관규모환경에의한조건부대류불안정에의한것이었음을알수있다. CAPE의값이낮은경우주로사용되는것이 LI와 KI 인데, (1) 하층제트를동반한가운데 LI가음의값을보이거나, (2) KI 값이 30을넘는경우수증기가풍부하면충분히강하게연직운동을유도할수있다. 집중호우를유도하는중규모대류계가강하게발달하기위해서필요한대기의하층변수들을정리하면, (1) 하층제트의축이나출구에집중호우구역이위치해야하고, (2) 상당온위의값이높고수평경도가큰상당온위가좁은지역으로유입되며, (3) 수증기수송벡터의풍하측과수증기수렴구역에집중호우지역이일치해야하고, (4) 강한온난이류와등온위상승구역이존재해야한다. 대기중층변수들로는 (1) 500hPa 고도에서는약한상층기압골을동반하고기압능을따라중층 에남서에서서풍기류가형성될필요가있고, (2) 상층제트기류의입구와출구혹은최대상층 발산구역이나그남쪽에집중호우구역이위치해야한다. 62
5. 사전예측을위한검토자료 5.1.2. 매개변수분석 전라북도지역집중호우사례도 24시간전, 12시간전수치예보모델자료를통해발생지역과강도에대한정확한시그널들을탐지하는데실패하였다. 따라서여기에서는집중호우가발생하는단계에서모의된 2011년 8월 9일분석장을통해서매개변수의분석을통해향후예보에이들자료를어떻게활용할수있을것인지에서대해서알아보자. 그림 5.1.1에서보는바와같이 850hPa 고도에서열대저압부후방의남서기류를따라강한수분속대류활동이시작된남서해안에유입되고있으며습윤구역이중국동해안까지연장되어있어지속적인수증기공급이이루어지고있다. 또한 925hPa의남서기류를타고온난한공기가중규모대류계가발달하고있는지역으로공급되고있다. 집중호우를발생하는데필수적인요소인풍부한수증기 ( 습설 ) 와온난이류가더해지게되면대류잠재불안정이증가하여강한대류활동의발생을유도하고, 발생한중규모대류계가지속적으로그강도를유지하는데큰도움을주고있다. [ 그림 5.1.1] 850hPa 수분속과수렴 ( 좌 ), 925hPa 고도, 온도, 바람 ( 우 ) 63
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 그림 5.1.2 는집중호우발생에필수적인요소인풍부한수증기공급을좀더확인하기위해서가 강수량과지상기압배치그리고 500hPa 바람장을합성한그림이다. 앞에서여러차례언급했듯이가강수량이 40mm 이상이고, 지상에서대기중층까지상대습도가거의포화에가깝게분포하고있는상태가집중호우를예측하는데매우중요한매개변수가될수있는데그림에서볼수있듯이한반도남부지방으로 60mm 이상의가강수량구역이습설형태로중국남동해안으로부터한반도남부지방으로좁고길게연결되어유입되고있다. 이것은그림 5.1.1의수분속온난이류구역과잘일치한다. 따라서한반도남부지방에서발생한호우중아주높은강수효율로인해시간당강수량이매우많고지속적으로동일한지역으로강한수증기와온난이류가유지됨에따라집중호우를유도하는중규모대류계의발달에최적의조건이었음을알수있다. 수도권집중호우에서보였던집중호우매개변수들은전라북도집중호우사례에도그대로적용된다. 여기에서 2개의분석장을통해새로운매개변수를제시하고자한다. 850hPa 고도에서의하층제트는더이상강조할필요가없는집중호우의필수불가결한매개변수라고할수있다. 이하층제트가대기중 상층의온위경사나연직운동과연관되면더욱강한대류활동으로발전할수있다. 보통의경우집중호우구역은 1000-500 층후선이조밀했다가넓어지는구역내에서높은가강수량을함유한공기가하층제트와연결되어온난한남서쪽에서유입되고대기중층에강한연직운동이존재하는지역이된다. [ 그림 5.1.2] 가강수량, 해변기압, 500hPa 바람 64
5. 사전예측을위한검토자료 그림 5.1.3 의 850hPa 유선함수와층후및연직운동분포가한반도남부지방에서강한중규모대 류계에의한집중호우발생에최적의조건을제공한다. [ 그림 5.1.3] 850hPa 수분속과수렴 ( 좌 ), 925hPa 고도, 온도, 바람 ( 우 ) 65
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 그림 5.1.4에서 305K 등온위면에서붉은색파선으로표시된남서류는약 900hPa 등압선이제주남서해상부터 850hPa 등압선이놓인서해안까지나타난다. 이상승류는높은가강수량 (Precipitable Water : PW) 지역을통과하는데, 레이더영상에서강한강수대가위치한지역과상승기류가나타나는지역, 그리고높은가강수량지역이일치한다. 파란색파선내에위치한우리나라동쪽과동해상은남서류의바람이부는데도불구하고이동하 는기류는약 840hPa 부터 920hPa 로향하는하강기류다. 이지역은상대적으로적은가강수량을 보이며레이더영상에서도뚜렷한강수에코가없다. 등온위면분석을통해동일한남서류라할지라도상승과하강운동지역을구분할수있다. 와도와온위의변수로구성된잠재와도량 PVU(Potential Vorticity Unit) 는등온위면에서와도의변화에따라그값도변한다. 따라서, PVU가높다는것은저기압성와도가크다고할수있으며, ( 예보관훈련교재대기역학 10장 2절과 3절그림 10.2와그림 10.3 참조 ) 저기압성순환이나수렴에의한강수대는그림 5.1.1과같이 PVU 값이큰지역에위치한다. 따라서그림 5.1.1의 2011년 8월 9일에발생된전라북도호우의경우등온위면분석을통해상승운동, 높은가강수량, 상대적으로높은 PVU, 이세가지요소가모두일치하는지역을호우구역으로판단할수있다. [ 그림 5.1.4] 305K 등온위면 PV, 기압과바람 ( 좌 ), 기압, MSLP 과 500hPa 바람 ( 중 ), 레이더영상 ( 우 ) 66
5. 사전예측을위한검토자료 5.2. 위성 2011 년 8 월 9 일사례는간도지역에중심을둔열대저압부와북태평양고기압의강한기압경도 에의한남서풍하층제트의영향으로집중호우가발생한사례이며전라도해안에서후방생성 (Backbuilding) 의형태로지속적으로대류세포가생성되어많은비를내렸다. 그림 5.2.1은대류세포발생시까지아시아영역의적외, 수증기영상을나타낸것이다. 적외영상그림 5.2.1(a) 와 (c) 에서서해상에광범위하게하층운이존재하고있으며시간이지남에따라점차면적이넓어지며북동진한다. 수증기영상그림 5.2.1(b) 와 (d) 에서산둥반도로부터뻗어나온암역이한반도에위치하고있으며시간이지남에따라열대저압부의저기압성회전에영향을받아북동진한다. 이번사례에서도역시대류세포는대류권중하층에다량의수증기가존재하며서쪽에서암역이동진할때암역의경계또는암역내에서발생하였다. 따라서위사례와마찬가지로적외영상과가시영상을이용하여하층의수증기분포를파악하고수증기영상을활용하여암화와제트기류의위치와암역의위치를집중적으로파악하여야한다. (a.1) IR1-000KST (b.1) WV-0000KST (c.1) IR1-000KST (d.1) WV-0000KST (a.2) IR1-0100KST (b.2) WV-0100KST (c.2) IR1-0100KST (d.2) WV-0100KST 67
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 (a.3) IR1-0200KST (b.3) WV-0200KST (c.3) IR1-0200KST (d.3) WV-0200KST (a.4) IR1-0233KST (b.4) WV-0233KST (c.4) IR1-0233KST (d.4) WV-0233KST (a.5) IR1-0333KST (b.5) WV-0333KST (c.5) IR1-0333KST (d.5) WV-0333KST [ 그림 5.2.1] 대류세포발생시까지동아시아영역의 (a) 적외영상과 (b) 수증기영상과한반도영역의 (c) 적외영상, (d) 수증기영상 68
5. 사전예측을위한검토자료 그림 5.2.2 는대류세포의화소수와최소휘도온도의시간변화를, 그림 5.2.3 은대류세포화소수 와휘도온도 45 이하에위치한 AWS 평균강수량의시간변화를나타낸것이다. 대체적으로최소휘도온도가감소할수록평균강수량은증가한다. 특히첫번째병합후최소휘도온도는감소하여 -62.36 를보였고두번째병합후최소휘도온도는급격히감소하여 30분후가장낮은최소휘도온도 (-67.12 ) 를보였다. 하지만세번째병합후에대류세포는소멸기에접어들며최소휘도온도는증가하였다. 평균강수는첫번째와세번째병합후증가하였으나두번째병합에서는감소하였다. 이사례의대류세포는무리또는군집 (Cluster) 형으로대류세포내에또여러개의대류세포로구성되어있었다. 따라서강수강도와최소휘도온도사이의관계가뚜렷하지는않지만첫번째와세번째병합후에는평균강수가증가하였고두번째병합후에는감소하였다. 이사례에서도외삽을통해최소휘도온도의변화를예측할수있다면강수강도또한예측이가능할것으로판단되지만무리 (Cluster) 형의경우각각의대류세포를세부적으로분석할필요성이있다. [ 그림 5.2.2] 대류세포의화소수와최소휘도온도의시간변화 69
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 [ 그림 5.2.3] 대류세포화소수와휘도온도 45 이하에위치한 AWS 평균강수량의시간변화 70
5. 사전예측을위한검토자료 5.3. 레이더 강수시스템의이동은주풍과시스템의내부이동속도를고려하여결정해야한다. 그림 5.3.1은 2011년 8월 9일 1000KST에서 1100KST의강수시스템사례의움직임을통해산출한이동속도를나타내었다. 1000KST에검은색선의직교점이위치하고있는강수셀은 1010KST에북동쪽으로 5km 정도이동하였고, 같은방향으로 1030KST에 15km, 1100KST에는 35km 정도움직였다. 이를통해산출된강수시스템의이동속도는 35kmh -1 이고, 1시간뒤같은방향으로이동함을가정한다면그림 5.3.2의 1100KST에검은색원으로표시된강수셀은 1200KST에검은색파선으로표시된지점으로이동하여야한다. 그러나레이더에서관측된강수셀의실제이동위치는파란색실선의화살표지점으로 1100KST에예상한강수셀의이동위치와차이가있다. 실제강수셀이이동하여 1200KST에위치한지점은 1130KST에관측된시선속도에나타난북동동의주풍영향으로 1100KST에예상한위치보다좀더동쪽으로이동하였다. [ 그림 5.3.1] 2011 년 8 월 9 일 10 시, 10 시 10 분, 10 시 30 분, 11 시의반사도 CAPPI 영상과강수시스템의이동벡터 71
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 [ 그림 5.3.2] 2011 년 8 월 9 일 11 시, 11 시 10 분, 11 시 30 분, 12 시의반사도 CAPPI 영상과강수시스템의이동벡터 ( 좌 ), 2km 고도의시선속도 CAPPI 영상 ( 우 ) 72
5. 사전예측을위한검토자료 [ 그림 5.3.3] 2011 년 8 월 9 일 0900KST 에서 1100KST 까지 30 분간격의레이더합성장 ( 상 ) 과 0900KST 에실시된 30 분간격의 KONOS 예측장 ( 하 ) 그림 5.3.3은 0900KST에서 1100KST까지예보 2시간에대한레이더관측자료와 KONOS의예측강수시스템분포를나타낸것이다. 레이더관측자료에서 0900KST의강수시스템은시옷자모양으로전라남도에위치하고 1000KST 이후선형의강수밴드로발달하였으며선형의강수밴드위쪽으로층운형의강수셀이위치하였다. 1000KST 이후선형의강수밴드후면으로새로운셀이생성 발달하여앞쪽의강수밴드와병합함으로써전라남도에강한강수셀이정체하여많은강수를기록하였다. 그러나 KONOS의예측강수시스템은 1000KST에발달된선형의강수밴드와층운형강수를모의하지못하고시간이지남에따라북동쪽으로이동하였다. 73
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 [ 그림 5.3.4] 2011 년 8 월 9 일 1100KST 에서 1300KST 까지 30 분간격의레이더합성장 ( 상 ) 과 100KST 에실시된 30 분간격의 KONOS 예측장 ( 하 ) 1100KST 부터 1300KST 까지 KONOS 의예측강수시스템역시실제관측된강수시스템의발달 과소멸을모의하지못하였으며, 관측대비상대적으로넓은범위의강수분포가선형으로북동진 하는형태를보였다 ( 그림 5.3.4). 74
5. 사전예측을위한검토자료 [ 그림 5.3.5] 2011 년 8 월 9 일 1300KST 에서 1500KST 까지 30 분간격의레이더합성장 ( 상 ) 과 1300KST 에실시된 30 분간격의 KONOS 예측장 ( 하 ) 1300KST부터 1500KST의레이더관측에서대류셀은전라남도지역에정체하고위쪽에위치한층운형셀은시간이지남에따라북동동쪽으로이동한반면 KONOS에서모의한예측강우시스템은위쪽에존재하는층운형강수가제대로모의되지않았고, 관측대비전체강수시스템의이동이북쪽으로많이이동하였다 ( 그림 5.3.5). KONOS 모의자료는알고리즘특성상신규시스템의발달은예측되지않고, 존재하는시스템의발달과소멸만예측가능하기때문에 KONOS 모의자료를예측자료로이용할때많은주의가요구된다. 종합의견열대저압부 (TD) 와북태평양고기압사이에강한수렴이존재하고 TD의간접영향과고기압가장자리를따라고온다습한남서풍이유입되어전라북도지역에 10시간이상의집중적인강수가발생하였다. 두개의선형강수시스템이병합되어 Trailing Stratiform(TS) 의강수형태가나타나고, 이후후면에서계속적으로생성되는강한대류셀이기존의시스템과병합하여선형의강수밴드를형성하였으며, 그후 Parallel Stratiform(PS) 의강수형태로변형되었다. 이중바람장분석결과, 강수시스템내의다중규모강수셀사이에상하흐름이 Wave 형태로존재하였고, 하층수렴이상존하였다. 75
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 2011년 8월 9일호우사례의경우 ( 모식도를그림 5.3.6에나타낸바와같이 ), 강한남서풍이강수시스템의후면으로유입되어하층수렴이상존하고, 후면에서생성된강한대류운이기존의시스템과병합하여선형타입 (NE/SE) 의강수시스템으로발달한경우이다. 이때바람장분석으로, 강수시스템내의멀티셀사이에서상승과하강의연속적인상하흐름이 Wave형태로나타날때집중호우의증대가예상되므로, Wave형상승하강류의존재유무를점검하여초단시간예보에활용할필요가있다. [ 그림 5.3.6] 2011 년 8 월 9 일호우사례모식도 KONOS 의예측강수시스템은후면에서생성되는강우셀과기존시스템으로의병합이모의되지 않고, 시간이지남에따라북동쪽으로이동하여전라남도지역의집중호우강수시스템의형태적 변화를예측하지못하였다. 76
5. 사전예측을위한검토자료 5.4. 수치모델 전일 (D-1) 지역수치예보모델 (RDAPS) 예측결과에서고온다습한강한남서풍유입에의한대기불안정발생과불안정기층의내륙진입가능성을분석해보았다. 이경우 RDAPS 모델의강수는대부분적운모수화에의해형성되는특징이있으므로, 모의된강수영역및강수량은강한대기불안정이나타나는지역이나정도를의미한다. 이지역에서중규모대류계발달및내륙으로진입가능성에대한검토가필요하다. 지역수치예보모델과국지수치예보모델 (LDAPS) 에의한예측강수량분석을통해강한중규모강수계의발생여부를판단해야하며해양의강한대기불안정기층의내륙진입가능성검토를바탕으로내륙지역의호우가능성을예보해야한다 ( 그림 5.4.1). 대기불안정이강한기상상황하에서는지역수치예보모델 (RDAPS) 과국지수치예보모델 (LDAPS) 의예측성 / 일관성이낮아져, 중규모기상상황은물론이고종관규모 ( 정체전선과저기압의위치와발달정도 ) 의기상상황도모델의예측선행시간에따라강수예보 ( 강수량, 강수강도, 강수영역 ) 의큰차이가발생할수있다. 일기도분석을토대로지역수치예보모델에나타날수있는해양대기불안정영역의위치나가강수량의모의오차를보완하여예보판단하는것이필요하다 ( 그림 3.2.3). 집중호우발생이예측될경우에는국지수치예보모델에의해모의된강수량, 강수강도, 강수영역을예보에적극적으로반영하여예보. 사례의경우 ( 그림 5.4.1), 지역수치예보모델과국지수치예보모델의예측은해양에서호우가발생할것으로모의하고, 내륙 ( 주로충청지역 ) 지역에서는다소약한강수 ( 일 50mm 내외 ) 를예측하였다. 하지만불안정대기층이내륙으로진입하였다면두모델모두내륙지역에집중호우를예측하였을것이다. 하지만모의된강수량은관측에비해다소적은것으로예측하고있다. [ 그림 5.4.1] 2011 년 8 월 9 일전라북도호우사례에대한전일 (D-1) 국지수치예보모델 (LDAPS) 와지역수치예보모델 (RDAPS) 에의해모의된 24 시간 (00-24KST) 누적강수량비교 77
5. 사전예측을위한검토자료 집중호우사례 5.5. 이번사례가다른사례와구별되는특성 종관및중규모환경본호우사례에서는클러스터형의강수계가발생하여장시간유지될만한뚜렷한종관적특징이없는가운데전북전지역에서지속적호우가발생한사례였고, 오히려중규모-α 규모의기압능이남한을덮고있어호우발생예측이매우어려운경우로판단된다. 호우발생과정과발생원인약한중규모기압골이전북해안지역에서정체하면서강화되었고, 강화된기압골풍하측부분에서조직화된클러스트형호우시스템이정체하면서전북지역에지속적호우가발생한것으로보여진다. - 종관규모강제가약한종관규모환경에서약한기압골만으로는클러스가형성되기어려웠을가능성이크고, 만들어졌더라도빠르게북동진하여누적강수량이피해가클만한양은아니었을것으로판단된다. - 내륙의중규모기압능발달이호우시스템의발달과정체에기여한것으로추정되는매우특이한사례이다. 수치예보 본사례는재분석장에서필터되거나의미가적어보이는, 그리고수치예보에서도그의미가커 보이지않는약한중규모기압골에서호우시스템이발생할수있음을보여주는사례이다. 78
5. 사전예측을위한검토자료 5.6. 향후예보를위한점검사항 5.6.1. 호우관련현상의이해개선 본조사에서다룬두호우사례는모두독특한환경에서독특한환경과조건에서호우시스템이 발달한경우들이어서이들과같은호우의발생을적절히예보하기위해서는이들호우의발생과 정과역학에대한이해를갖추어야겠다. - 중규모기압골과클러스터형강수계발달의관계이해개선 - 전북호우사례에서중규모기압골을정체하게한원인에대한분명한파악이필요하다. 본조사에서핵심원인으로추정된중규모기압능의발달원인에관한규명이필요하고, 실제로기압능이정체의원인인지를확인할필요가있다. 5.6.2. 예보관련검토사항 수치예보본사례는재분석장에서필터되거나의미가적어보이는약한중규모기압골에서호우발달이시작된사례이다. 그리고내륙에발달하는중규모기압능이이기압골의정체에기여한것으로추정된다. 이러한것은일반경험으로는예측하기어려운것이라하겠다. 다행히수치예측은중규모기압골의정체와발달을어느정도예측하는것으로나와호우예측에서수치예보의중요성을보여준것으로평가된다. 따라서수치예측에서기압골이내륙으로조금더진입하지못한이유를확인하고, 그문제점을도출하여개선할필요가있다. 실황예보 12시간전예보에서놓치더라도해상에서의대류계발달과수치예측일기도등의비교를통해상황의변화를탐지하여선행시간을갖는실황예보방안을준비할필요가있다. 예를들어, 해상의대류계이동과조직화경향 ( 실황 ) 과중규모기압골의발달과정체 ( 수치예측 ) 가확인된다면본사례의경험에근거하여호우예보를발령할수있다. 향후예보를위한사례의추가적연구전북지역의지속적호우를가능케했던중규모기압골의정체원인이무엇인지, 그리고이정체원인과연관된것으로추정되는내륙의중규모기압능발달원인은무엇인지등에대한규명이필요하다. 79
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