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문제 정의
- 안개는 발생 메카니즘 자체가 매우 다양하고 발생 여부가 지형에 따라 매우 민감하며 기상학적 특성상 비선형 효과가 크게 작용하기 때문에 통계적 방법으로 예측하기에는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 춘천지방에서 발생하는 안개를 대상으로 안개의 기 상학적 특성과 발생조건을 살펴보고 Water Quality River Reservior System (WQRRS)을 이용한 상세한 수표면 수온자료를 MM5의 지표면 경계값으로 이용하여 안개발생에 대하여 수치모의함으로써 안개발생 예측 가능성에 대해 살펴보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 댐건설 후 다무발생지역으 로 알려진 춘천지방을 대상으로 댐 효과에 의한 안 개 발생 의 기 상학적특성 과 발생조건을 살펴 보고 WQRRS를 통한 상세 수표면 수온자료로 MM5를 이용하여 지역적인 안개예측의 가능성을 검토하고자 하였다.
- 춘천지방에서 2003년 10월 15일 새벽과 10월 16 일 새벽에 발생한 안개를 대상으로 수치모의하여 춘 천기상대 관측자료와 비교해 보았다. 수치모의 된 값은 춘천기상대 지점과 가까운 4지점의 격자값을 뽑 아서 평균하였다.
제안 방법
- 본 연구에서 사용된 관측 자료는 춘천기상대 (강원 도 춘천시 우두동 2구 406-1 위도: 37°53'59", 경도: 127° 44'16")의 기상자료와 춘천 기사란 그리고 소양 강댐 수문자료를 사용하였다. 먼저 2000년부터 2003년까지 4년간의 춘천기상대 기상자료에서 기온, 풍 향, 풍속, 노점온도 및 상대습도의 기상요소를 산출하고 춘천 기사란을 통해 정확한 안개의 시작시각 및 소산시각을 산출하여 강수 및 강설을 제외한 안개 자료에 대해 안개가 존재 할 때의 기상특성을 살펴 보았으며, WQRRS를 통해 소양호의 방류수온을 계 산한 후 방류수온과 안개발생일수를 통해 안개발생 의 조건을 살펴보았다.
- 그러므로 호수 면 근처와 춘천지역의 안개발생 예측을 위해서는 주 변 수표면 수온이 충분히 고려되어야 하나 실제 정 규관측은 월 1회 실시되어져 상세한 수표면 수온자료를 얻기가 힘든 실정이다. 따라서 본 연구에서는 수치모의를 함에 있어서 미육군 공병단의 HEC (Hydrologic Engineering Center, 1978)에서 호수면의 열수지, 유입수와 유출수에 의한 수위변동 및 열의 이류 등을 자세하게 고려하여 수온을 계산하고 이를 토대로 호수 생태계 모형으로 널리 이용되고 있는 WQRRS모형을 이용하여 인공호수 수표면 수온을 계산한 후 MM5 의 지표면 경계층값으로 이용하여 수치모의하였다. 수치모의 수행기간은 2003년 10월 14일 0600UTC 부터 2003년 10월 16일 0600 UTC 까 지 수행하였으며 그 중 15일 새벽에 발생한 안개와 16일 새벽에 발생한 안개를 대상으로.
- 수치모의 수행기간은 2003년 10월 14일 0600UTC 부터 2003년 10월 16일 0600 UTC 까 지 수행하였으며 그 중 15일 새벽에 발생한 안개와 16일 새벽에 발생한 안개를 대상으로.관측자료와 비교 분석하였으며 Fig. 2에 보여진 Domain 4에서의 공간장을 통해 춘천지역 근처에서의 안개발생 유무 를 살펴보았다. 수치모의 대상기간의 지상일기도는 Fig.
- 본 연구에서는 국지적인 규모의 기상현상인 안개 를 살펴보기 위해 중규모 모델인 MM5를 이용하여 수치모의하였다. Fig. 2 (a)에서와 같이 모델의 둥지격 자 도메 인을 각각 30, 10, 3.3, 1.1 km의 분해능으로 Lambert-conformal 격자투영법을 사용하여 춘천지 방의 기상장 및 안개의 현상을 살펴보았다. 둥지격자 모델의 외부경계조건을 생성하기 위해서 two-way interacting nested grid system방법을 사용하였다.
- 4번째 둥지격자 도메인의 모델링 영역은 본 연구의 대 상인 춘천지방으로 잡았다. 모델의 연직층으로 23개의 sigma좌표를 사용하였으며, 모델 수행을 위한 시 간간격은 90초로 하여 48시간 수행하였으며, 그 결과를 1시간 간격으로 출력하게 하였다. 경계층을 묘 사하는 물리식으로 Troen-Mahrt (1986)의 countergradient 항과 잘 혼합된 PBL (Planetary Boundary Layer)에서의 확산계수 K 프로파일에 근거를 둔 MRF (Medium Range Forecast) PBL을 사용하였고, explicit moisture scheme으로 상층의 과냉각수와 눈 이 서서히 녹는 효과 등이 첨가된 mixed-phase (Reisner, 1988)를 선택하였다.
- 예를 들어, 안개가 오전 5시 28분에 발생하여 오전 10시 38분에 소멸 되었을 경우 안개 발생시각은 5시, 그리고 안개 소산 시각은 11시로 정의하였다. 또한 같은 발생 일에 대해 안개가 소멸한 후 30분 이상 지난 후 다시 안개 가 발생한 것을 별개로 구분하여 그 발생시각 및 소 산시각 그리고 지속시간을 분석하였다. 춘천지방에서 발생한 안개는 전반적으로 봄과 가을철의 경우 6시 이전에 발생하며, 여름철의 경우 5시 이전, 그리고 겨 울철의 경우에는 7시 이전에 발생하는 경향을 보여 각 계절에 따른 일출시각 이전에 발생하는 모습이었 으며, 겨울철의 경우에는 야간에도 다소 발생하는 경향을 보였다.
- 춘천지방에서 안개가 존재할 경우의 풍 향과 풍속의 관계를 살펴보기 위해 풍향, 풍속별 차 트를 Table 3에 나타내었다. 풍향은 16방위로 표시하 였고 풍속의 경우。~0.2msT를 무풍으로 정의하고 0.3 ms-'씩 나누어 그 경향을 살펴보았다. 춘천지방 에서 안개가 존재할 경우에는 그 풍속이 2.
- 춘천지방 안개의 경우 주변의 인공호수에 의한 영 향으로 인해 일반적인 기상특성뿐만 아니라 주변의 소양강댐의 방류수가 그 지역만의 또 다른 안개발생 조건의 경우라 사료되어 소양강댐의 유입량, 방류량 과 안개발생일과 비교하여 살펴보았다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용된 관측 자료는 춘천기상대 (강원 도 춘천시 우두동 2구 406-1 위도: 37°53'59", 경도: 127° 44'16")의 기상자료와 춘천 기사란 그리고 소양 강댐 수문자료를 사용하였다. 먼저 2000년부터 2003년까지 4년간의 춘천기상대 기상자료에서 기온, 풍 향, 풍속, 노점온도 및 상대습도의 기상요소를 산출하고 춘천 기사란을 통해 정확한 안개의 시작시각 및 소산시각을 산출하여 강수 및 강설을 제외한 안개 자료에 대해 안개가 존재 할 때의 기상특성을 살펴 보았으며, WQRRS를 통해 소양호의 방류수온을 계 산한 후 방류수온과 안개발생일수를 통해 안개발생 의 조건을 살펴보았다.
- 따라서 본 연구에서는 수치모의를 함에 있어서 미육군 공병단의 HEC (Hydrologic Engineering Center, 1978)에서 호수면의 열수지, 유입수와 유출수에 의한 수위변동 및 열의 이류 등을 자세하게 고려하여 수온을 계산하고 이를 토대로 호수 생태계 모형으로 널리 이용되고 있는 WQRRS모형을 이용하여 인공호수 수표면 수온을 계산한 후 MM5 의 지표면 경계층값으로 이용하여 수치모의하였다. 수치모의 수행기간은 2003년 10월 14일 0600UTC 부터 2003년 10월 16일 0600 UTC 까 지 수행하였으며 그 중 15일 새벽에 발생한 안개와 16일 새벽에 발생한 안개를 대상으로.관측자료와 비교 분석하였으며 Fig.
- 둥지격자 모델의 외부경계조건을 생성하기 위해서 two-way interacting nested grid system방법을 사용하였다. 4번째 둥지격자 도메인의 모델링 영역은 본 연구의 대 상인 춘천지방으로 잡았다. 모델의 연직층으로 23개의 sigma좌표를 사용하였으며, 모델 수행을 위한 시 간간격은 90초로 하여 48시간 수행하였으며, 그 결과를 1시간 간격으로 출력하게 하였다.
데이터처리
- 춘천지방에서 2003년 10월 15일 새벽과 10월 16 일 새벽에 발생한 안개를 대상으로 수치모의하여 춘 천기상대 관측자료와 비교해 보았다. 수치모의 된 값은 춘천기상대 지점과 가까운 4지점의 격자값을 뽑 아서 평균하였다. 15일에 발생한 안개는 오전 4시에 발생하여 오전 9시에 소산되었으며, 16일에 발생한 안개는 오전 4시에 발생하여 오전 8시 30분에 소산 되었다.
이론/모형
- 본 연구에서는 국지적인 규모의 기상현상인 안개 를 살펴보기 위해 중규모 모델인 MM5를 이용하여 수치모의하였다. Fig.
- 1 km의 분해능으로 Lambert-conformal 격자투영법을 사용하여 춘천지 방의 기상장 및 안개의 현상을 살펴보았다. 둥지격자 모델의 외부경계조건을 생성하기 위해서 two-way interacting nested grid system방법을 사용하였다. 4번째 둥지격자 도메인의 모델링 영역은 본 연구의 대 상인 춘천지방으로 잡았다.
- 모델의 연직층으로 23개의 sigma좌표를 사용하였으며, 모델 수행을 위한 시 간간격은 90초로 하여 48시간 수행하였으며, 그 결과를 1시간 간격으로 출력하게 하였다. 경계층을 묘 사하는 물리식으로 Troen-Mahrt (1986)의 countergradient 항과 잘 혼합된 PBL (Planetary Boundary Layer)에서의 확산계수 K 프로파일에 근거를 둔 MRF (Medium Range Forecast) PBL을 사용하였고, explicit moisture scheme으로 상층의 과냉각수와 눈 이 서서히 녹는 효과 등이 첨가된 mixed-phase (Reisner, 1988)를 선택하였다. 이는 모델내의 효과적인 수증기 상호 교환이 가능하도록 하기 위한 것이 다 Cumulus parameterization에는 작은 격자(10~30km)에서 유용한 Grell scheme (Grell et al.
- 경계층을 묘 사하는 물리식으로 Troen-Mahrt (1986)의 countergradient 항과 잘 혼합된 PBL (Planetary Boundary Layer)에서의 확산계수 K 프로파일에 근거를 둔 MRF (Medium Range Forecast) PBL을 사용하였고, explicit moisture scheme으로 상층의 과냉각수와 눈 이 서서히 녹는 효과 등이 첨가된 mixed-phase (Reisner, 1988)를 선택하였다. 이는 모델내의 효과적인 수증기 상호 교환이 가능하도록 하기 위한 것이 다 Cumulus parameterization에는 작은 격자(10~30km)에서 유용한 Grell scheme (Grell et al., 1994)을 사용하였다. 이는 불안정도의 비에 근거를 둔 것으로 간단한 구름 scheme 이다.
- 이는 불안정도의 비에 근거를 둔 것으로 간단한 구름 scheme 이다. Radiation sche-me으로는 RRTM (Rapid Radiation Transfer Model) longwave scheme (Mlawer et al., 1997)을 사용하였고 Ground temperature scheme으로는 five-layer soil model을 사용하였다. 이 모델은 1, 2, 4, 8, 16cm 깊이에서 온도 값이 계산된다.
성능/효과
- 춘천지방에서 발생한 안개는 전반적으로 봄과 가을철의 경우 6시 이전에 발생하며, 여름철의 경우 5시 이전, 그리고 겨 울철의 경우에는 7시 이전에 발생하는 경향을 보여 각 계절에 따른 일출시각 이전에 발생하는 모습이었 으며, 겨울철의 경우에는 야간에도 다소 발생하는 경향을 보였다. 발생한 안개의 대부분이 일출 후 5시간 이내에 소멸되는 모습을 보이며 가을철과 겨울철의 경우에는 소멸 시각대가 비교적 넓게 분포하는 경향을 보였다.
- 5mV1^. 최대치를 나타내어 방류 량이 많은 해에 안개 발생일수가 많다는 것을 알 수 있었다. Fig.
- 7의 경우에는 월별 소양강댐에서의 방류 량과 안개일수와의 관계를 가로로는 월별, 막대그래 프는 방류량, 그리고 꺽은선 그래프는 안개일수를 나타내었다. 6, 7, 8월의 여름철 적은 방류량과 적은 안 개발생일수 그리고 9, 10, II월의 가을철 방류의 최 대값에 따라 안개 발생일수 또한 뚜렷이 증가한다는 것을 알 수 있다.
- 5ms-' 또는 그 이하로 감 소될 때 안개가 생성된다는 것에 입각하면 춘천지방 의 안개는 복사무의 성향을 띤다는 것을 알 수 있다. 또한 소양호에서 방류되는 수온과 대기온도는 봄과 여름철의 경우 대기의 기온이 방류수온보다 높지 만 가을과 겨울철의 경우에는 방류수온이 대기온도 보다 높은 모습을 보여 가을, 겨울철에는 증발무의 효과가 더하여 짐을 알 수 있었다.
- 10에는 풍속을 시계 열을 통해 나타내었다. 주변 인공호수의 수표면 수온자료를 지표면 경계값으로 이용하여 수 치모의한 결과 노점온도의 경우 극값이 나타나는 시각이 비교적 일찍 모사되었으나 전체적인 변화폭 과 극값은 비슷하게 나타났고, 기온의 경우 그 변화 폭과 극값이 비교적 잘 모사되어져 나타났다. 관측치 를 통하여 살펴본 15일 새벽과 16일 새벽에 나타난 안개의 경우 기온과 노점온도의 차가 1℃ 내외로 좁 혀져 시정 100~500m 정도의 짙은 안개가 발생하였 는데 수치모의를 통해 살펴보면 15일 새벽의 경우 기온과 노점온도의 편차는 약 4℃ 가량으로 관측값 와 비교해서 다소 차이가 있었으나 9시경 안개가 소 산되기 시작하는 시간대에서 기온과 노점온도의 차이가 커짐에 따라 안개가 소산되는 현상이 명확하게 나타났다.
- 주변 인공호수의 수표면 수온자료를 지표면 경계값으로 이용하여 수 치모의한 결과 노점온도의 경우 극값이 나타나는 시각이 비교적 일찍 모사되었으나 전체적인 변화폭 과 극값은 비슷하게 나타났고, 기온의 경우 그 변화 폭과 극값이 비교적 잘 모사되어져 나타났다. 관측치 를 통하여 살펴본 15일 새벽과 16일 새벽에 나타난 안개의 경우 기온과 노점온도의 차가 1℃ 내외로 좁 혀져 시정 100~500m 정도의 짙은 안개가 발생하였 는데 수치모의를 통해 살펴보면 15일 새벽의 경우 기온과 노점온도의 편차는 약 4℃ 가량으로 관측값 와 비교해서 다소 차이가 있었으나 9시경 안개가 소 산되기 시작하는 시간대에서 기온과 노점온도의 차이가 커짐에 따라 안개가 소산되는 현상이 명확하게 나타났다. 16일 새벽에 발생한 안개에 있어서는 기온 과 노점온도의 편차가 2℃ 이내의 좁은 모습을 보였 고 안개 소멸 시각대에 맞추어서 그 편차가 커짐에 따라 안개가 소산되는 현상 또한 잘 모사되어 나타났다.
- 풍속의 경우에 관측값에 비해 모델값이 다소 과대 모사하는 경향이 있었으나 그 변화폭은 비교적 일치 하는 모습이었고 안개가 발생한 15일 새벽과 16일 새벽에 있어서 0.5 m/s 이하의 풍속이 약한 상태에서 발생한 안개를 ImsT 이내의 약한 풍속으로 잘 모사 하였다. Fig.
- 2msT)의 상태에서 전체안개의 40% 이상으로 높은 빈도를 보였다. 발생한 안개의 기온과 노점온도의 편차를 통해 살펴본 결과 겨울철을 제외한 전 계절에서 노점편차 가 2℃ 이내에 국한되는 모습을 보이며 겨울철의 경우 그 편차가 4℃까지 분포하는 모습을 보였다. 방류 량과 안개발생일수를 통해 살펴본 결과 소양호에서 방류량이 많은 가을철과 겨울철에 안개발생일수가 많았으며 발생안개의 연 변화경향은 소양호에서 방 류되는 방류량과 방류수온으로 설명이 가능하였다.
- 발생한 안개의 기온과 노점온도의 편차를 통해 살펴본 결과 겨울철을 제외한 전 계절에서 노점편차 가 2℃ 이내에 국한되는 모습을 보이며 겨울철의 경우 그 편차가 4℃까지 분포하는 모습을 보였다. 방류 량과 안개발생일수를 통해 살펴본 결과 소양호에서 방류량이 많은 가을철과 겨울철에 안개발생일수가 많았으며 발생안개의 연 변화경향은 소양호에서 방 류되는 방류량과 방류수온으로 설명이 가능하였다. 이상의 결과를 통해 살펴본 춘천지방에서의 안개는 복사무의 성향을 띠는 가운데 방류수온이 대기의 기 온보다 높은 가을, 겨울철에는 증발무의 효과가 더하 여짐을 알 수 있었다.
- 방류 량과 안개발생일수를 통해 살펴본 결과 소양호에서 방류량이 많은 가을철과 겨울철에 안개발생일수가 많았으며 발생안개의 연 변화경향은 소양호에서 방 류되는 방류량과 방류수온으로 설명이 가능하였다. 이상의 결과를 통해 살펴본 춘천지방에서의 안개는 복사무의 성향을 띠는 가운데 방류수온이 대기의 기 온보다 높은 가을, 겨울철에는 증발무의 효과가 더하 여짐을 알 수 있었다.
- 이상의 결과로부터 안개발생과 관련된 기상특성과 수치모의를 통한 안개의 예측가능성이 검토되었다. 물론 보다 명확한 원인해석과 수치모의를 위해서는 많은 관측지점에서의 기상 관측자료와 수표면 수온 자료가 필요하며 차후, 최근에 이루어지고 있는 자료 동화기법을 통해 지역적인 모형의 최적화가 이루어 진다면 국지적인 안개현상의 수치모의가 보다 명확 하게 이루어질 것으로 기대된다.
- 3은 춘천지방에서의 월별 평균 안개 발생일과 발생한 안개의 월별 평균 지속시간을 각각 나타내었다. 춘천지방에서 발생한 안개 중 본 연구의 대상으로 잡은 비강수일에 발생한 안개의 평균 안개 발생 일은 가을, 겨울에 많이 발생하였으며 특히 가을철에 전체 안개의 50% 이상이 발생하여 가을철에 가장 많이 발생하였고 발생한 안개의 평균안개 지속시간의 경우 겨울철에 월평균 4시간 이상 지속하는 긴 지속시간을 보였고 여름철에는 월평균 2시간 내외의 비교적 짧은 지속시간을 보였다.
후속연구
- 이상의 결과로부터 안개발생과 관련된 기상특성과 수치모의를 통한 안개의 예측가능성이 검토되었다. 물론 보다 명확한 원인해석과 수치모의를 위해서는 많은 관측지점에서의 기상 관측자료와 수표면 수온 자료가 필요하며 차후, 최근에 이루어지고 있는 자료 동화기법을 통해 지역적인 모형의 최적화가 이루어 진다면 국지적인 안개현상의 수치모의가 보다 명확 하게 이루어질 것으로 기대된다. 또한 수치모의를 통해 안개를 예측하고자 하는 접근 방법은 대기질 모 델링과 연동되어 스모그의 발생을 예측하는데 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
- 물론 보다 명확한 원인해석과 수치모의를 위해서는 많은 관측지점에서의 기상 관측자료와 수표면 수온 자료가 필요하며 차후, 최근에 이루어지고 있는 자료 동화기법을 통해 지역적인 모형의 최적화가 이루어 진다면 국지적인 안개현상의 수치모의가 보다 명확 하게 이루어질 것으로 기대된다. 또한 수치모의를 통해 안개를 예측하고자 하는 접근 방법은 대기질 모 델링과 연동되어 스모그의 발생을 예측하는데 많은 도움이 될 것으로 사료된다.
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