손에잡히는예 / 보 / 기 / 술 ( 제 13 호 - 2012 년 4 월 ) 보조일기도분석및적용 발행 : 예보국 문의 : 예보기술팀 ( 내선 1656/1657) 발행일 : 2012 년 4 월 24 일 ( 화 ) 보조일기도는기본일기도에서보여주지못하는기상요소들과 2 차변수들, 특정기상요소만을강조한자 료를예보관에게제공함으로써, 시스템의이해를돕고정확한분석과예측을할수있게보완해주는일기 도이다. 이번호에선기상청에서생산하는보조일기도의분석및적용방법에대해서알아본다. 1. 850hPa 수분속 a) 수분속 c) 위성영상 b) 레이더영상 그림 1. 2011. 7. 27. 00UTC 실황자료 850hPa 수분속 (moisture flux; 10-2 g -1 m -2 s -1 ) 은 850hPa 면에서단위면적을단위시간에통과하는수증기의양과이동방향을화살표로나타낸것으로, 그양 ( ) 은화살표의길이에비례한다. 호우예 보에수분속을이용할때는벡터의크기보다는어디에서수렴하는지혹은가강수량등다른보조자료를참 고하여수렴하는양을판단하는것이중요하다. 수증기의유입량은많고유출량이적은곳에서수증기가모 이게되고비구름이발달하기쉽기때문이다. 그림 1 은 2011 년 7 월 27 일 00UTC 에서울부근에나타난호 우사례로 850hPa 수분속의벡터가중국과동중국해에서경기만부근으로이동하면서수렴하는것을볼수 있다. 레이더와위성영상을참고하면, 수분속벡터의크기보다는수렴하는구역에서강한에코와대류성구 름이발달함을알수있다. 만약, 850hPa 수분속의벡터크기가크고수렴하는형태일때, 850hPa 수렴장 을참고한다면더정확한분석이가능하다. 수렴은대기하층의이슬점온도를증가시켜강수가있을때는 강한강수를유발시키고상당온위값도증가시킨다. 습윤한공기의이류는특정한지점에연속적으로습기 를이동시키기때문에실제강수량은가강수량 (Precipitable Water) 보다훨씬많을수있다. - 1 -
2. 850hPa 유선 유선은그림 2와같이 850hPa 면에서각지점의바람방향에평행하게연속적으로그은선으로서, 중위도에서대체로등고도선에평행하게불고, 그크기는등고도선의조밀도에비례한다. 관측된바람은크게지균성분과비지균성분으로분리할수있는데, 고도장에서는지균풍을, 유선을분석하면비지균풍을시각적으로짐작할수있다. 풍속은유선이조밀한곳에서강하게나타나며, 하층에서의바람이강한곳에서는하층제트와관련된뇌우가발생할수있다. 850hPa 유선장에서녹색으로채색된부분은하층제트 (>25kts) 구역이며, 남풍계열의바람이불때하층제트중심의북쪽에서호우가발생하기쉽다. 그림 2. 850hPa 유선 (2011. 7. 27. 00UTC), A,B 지점의북쪽에서호우가발생한사례 3. SSI 지수 a) 지상일기도 b) SSI 지수 c) 레이더영상 그림 3. 광주, 전남지방뇌우 ( 소나기 ) 사례 (2008. 8. 8. 12UTC) SSI(Showalter, 1947) 는 850hPa 면의공기가상승응결고도에서포화되어포화단열선을따라올라가 500hPa 면과만난점의온도를구하여 500hPa 의실제온도와의차이를구하며, 그값이 3 이하이면소나기의가능성이있고 -6 이하이면심한뇌우가발생할수있다. 여기서 850hPa 면이사용된이유는여름철에태양복사에의한지표근처의대류활동이왕성해져혼합층의고도가 850hPa 에이를것으로가정했기때문이다. 즉, 지상에서 850hPa 면에갇혀있는수증기를소나기구름의주에너지공급원으로본것이다. 한편, 500hPa 면의온도차를안정도의기준으로정한이유는대류권중층고도이며, 수증기량이이고도이하에대부분이분포하여뇌우가발달할수있는안정도를평가하기에적절하기때문이다. 그림 3은 2008 년 8월 8일광주와전남지방에발생한강한소나기사례이다. 광주는 1시간강수량이 86.5mm 로역대최다강수량을기록하였다. 우리나라는지상일기도에서보듯이고기압권의영향을받는가운데일사에의한가열로기온이상승하여오후부터산발적으로뇌우가발생하였다, SSI는남부지방에 0 이하의불안정한값을나타냈다. 한편, 겨울철에는계절적으로구름들의운 - 2 -
저가낮고비구름의키도작으므로 925hPa 면의상승응결고도와 700hPa 면의온도차를이용하여계산한자료를생산한다. 그러나겨울철은기류와기압계의이동이빨라 SSI 활용도는높지않다. SSI는공기의유 출입이크지않은안정한기단의영향을받을때 ( 주로여름철무더위기간 ) 사용하기적절한지수이기때문이며, 저기압에의한강수량분석, 기압계가빠르게이동하는경우에는사용하기에적절치않다 (2011 년손에잡히는예보기술 불안정지수 참고 ). 상층의한기가동반된뇌우진단은 CT(Cross Totals ), TT(Total-Totals Index ), S(S-Index), SWEAT(Severe Weather Threat Index) 가유용하며, 호우예측은 KI(K-Index ), TI(Thompson Index) 가많이활용된다. 4. 925hPa 기온 그림 4에는 925hpa 기온분포도로써겨울에는특히 925hPa 의 0 선분석이중요하다. 지역마다차이가있지만눈이내리기위해선 0 이상의층 (melting layer) 의두께가 600m 이하여야한다 (Weather forecasting handbook 2000, White et al. 2002, White et al. 2010). 따라서, 925hPa( 기준고도 810m) 기온이 0 보다높다면눈이내릴가능성은희박해진다. 925hPa 은지상과연계된전선분석에활용도가높은데, 기온의경도가크고바람이급변하는곳에서전선을찾아낼수있다. 이외에도 850hPa 기온분포도와마찬가지로아침최저기온과낮최고기온예측에도활용한다. 그림 4. 925hPa 기온분포 (2010. 1. 4 00UTC) 5. 층후와습수 겨울철사용하는 1000-700hPa 층후는눈과비를구분하는데사용하며, 그림 5와같이붉은색으로빗금친구역 ( 최소 2760m, 최대 2820m) 은눈과비가혼재되어나타날수있으며, 이영역을기준으로남쪽은비, 북쪽은눈으로판단한다. 습수 (T-Td) 는해당등압면에서기온과이슬점온도의차이를말한다. 습수분포도에서공기의포화정도를알수있는데, 700hPa 고도에습윤한대기가있다면강수가능성이높다고판단한다. 대게 700hPa 이하고도에서습수가 4 이하이거나 500hPa 에서 6 이하이면해당기층의공기가거의포화되어있다고볼수있다. 그림 5에서녹색으로채색된구역은 700hPa 고도의기온과이슬점온도의차이가 4 이하구역이다. 그림 5. 층후와습수 (2010. 1. 4 00UTC), 지상관측의현재일기 (2010. 1. 4 00UTC) 1000-500hPa 층후도는여름철호우분석시유용하게사용할수있으나, 겨울철눈과비의강수형태 - 3 -
판별에사용하나우리나라와같이하층대기에서주로구름이형성되는대기조건에서는활용도가높지 않다 (2011 년손에잡히는예보기술 층후분석 참고 ). 6. 500hPa 24 시간고도변화 500hPa 고도는대기의중간층으로서, 수렴과발산이거의없는비발산고도이며대류권중층의장파 / 단파를분석하고기압골과기압능의파악에유용하며중장기예보에도자주활용된다. 500hPa 고도및온도변화는대기중층에서기압계의발달이나쇠약과정을파악하는데유용하다. 채색된부분은 24시간고도하강구역으로서, 중층대기의기압계흐름중기압골추적에주로사용한다. 7. 850hPa 기온변화 그림 6. 500hPa 24 시간고도변화 (2010. 1. 2. 00UTC ~ 1. 5. 00UTC(24 시간간격 ) 850hPa 기온변화는전선대의발달과쇠약, 한랭역과온난역의이동경향을파악하는데유용하다. 24 시간동안해당기압면의온도변화가감소한구역은푸른색으로채색되어있다. 850hPa 의기온변화의중심은특히, 한랭전선을동반한저기압의이동방향과일치한다. 그림 7은 2일간 24시간 850hPa 기온변화이며, 붉은색화살표실선은 24시간기온하강중심의이동방향궤적을보여준다. 기압계이동과한랭전선이동분석외에황사이동경로및영향분석에도유용하게사용할수있다. (a) 2011. 4. 30. 00UTC (b) 2011. 5. 1. 00UTC 그림 7. 850hPa 24 시간기온변화붉은색선은온도하강중심역의이동방향을의미함 - 4 -
8. 700hPa 상승속도 700hPa 상승속도는 P 좌표계관점에서단위시간당기압이낮은상층으로상승하는정도 (hpa/hour) 를그림 8 과같이기압이감소 ( 상승기류 ) 하는구역을채색하여보여준다. 2010 년 9월 21일은서울을중심으로중부지방에호우가나타난사례이며, 700hPa 의상승류중심이중부지방에위치한것을볼수있다. 중심최대상승구역이시간당 44hPa 로나타났다. 44hPa 의기압변화만으로는연직으로급격히발달한뇌우와호우구름형성을설명하기어렵다. 일반적으로연직운동의크기규모는수평운동의 1/100 정도로서, 수평면에서대기의풍속이어떤지점에 25m/s 정도라면, 연직속도는수십 cm/s 에불과하다. 이는뇌우를발생시키는상승기류가시간당수백 km( 초당 그림 8. 700hPa 상승속도 (2010. 09. 21. 12UTC) 수십 ~ 수백m) 를넘는다는사실과비교하면미미한속도이다. 그렇지만, 뇌우의규모가그림 8과같이지역모델 (UM-RDAPS) 의격자간격보다작고, 하층제트에의해습도가매우높은공기가수렴하면서부력을얻어상승하고, 지형과만나또다시상승운동이강화되면시간당백 km이상의강한상승기류가충분히발생할수있다. 따라서, 700hPa 의연직상승속도는 850hPa 유선, 등폭속선, 수렴도등다양한보조자료들과함께분석하여호우예측에활용해야한다. 만일 700hPa 의습수구역에상승류가존재한다면, 강수지역으로판단할수있다. 9. 500hPa 와도 소용돌이도 ( 와도 : vorticity) 는바람의방향과속도의변화에따라발생하는회전운동을보여준다. 보통기압골에는반시계방향으로회전하는저기압성소용돌이도 ( 양의값 ) 가위치하며, 기압능에는시계방향으로의회전하는고기압성소용돌이도 ( 음의값 ) 가우세하다. 500hPa 소용돌이도 (vorticity; 10-5 s -1 ) 는그림 9와같이골과능에서각각회전에의한양과음의구역이나타난다. 우리나라상층은강한편서풍으로인해서에서동으로이동하는기류가우세하므로고도장이나유선에서회전성분이뚜렷이드러나지않지만, 소용돌이도장에서는회전성분에속도값 그림 9. 500hPa 소용돌이도 (2010.01.04.00UTC) 이크게작용하므로상층기압골을찾는데효과적이다. 소용돌이도방정식을사용하여소용돌이도이류를수렴과발산으로표현할수있다. 예를들면, PVA(Positive Vorticity Advection) 나 NVA(Negative Vorticity Advection) 는보통상층의발산이나수렴을나타내기때문에연직운동과 - 5 -
고 저기압시스템의발달 소멸, 기압골의이동방향을분석하는데사용한다. 이외에도 850hPa 수렴과등풍속, 300hPa 발산과제트 ( 등풍속 ) 분석등이있다. 많은보조일기도는각각의특징이있기때문에계절적특징, 시스템의특징등을이해하고분석에사용해야한다. 예를들면, 겨울철은대류권계면이 300hPa 부근이므로상층제트기류와발산구역분석은 300hPa 고도장으로, 여름철은대류권계면고도의상승에따라 200hPa 고도장을이용하는것이좋다. 지상부터상층까지잘조직화된저기압시스템의영향을받는다면, 와도분석이필요하나, 여름철집중호우분석에는와도분석보다하층수렴, 풍속등을참고하는것이좋다. 여름철소나기예보에는 SSI가적절하나저기압시스템에의한강수예측에는적절치않다. 끝 < 참고문헌 > - 6 -