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문제 정의
- 본 연구는 다양한 착빙 지수들을 수치예보 모델인 KWRF 모델에 의해 예측하고, 이를 조종사기상 보고 자료 중 착빙 발생 현황과 비교한 것이다.
- 이에 본 연구에서는 한반도 지역에서 발생하는 착빙 현상에 대해서 기상청 차세대 지역예보모델인 KWRF(KMA Weather Research and Forecast Model) 결과를 기반으로 다양한 착빙지수들을 계산하고, 이를 조종사 기상 보고(pilot weather reports, PIREPs) 자료 중 항공기 착빙 발생 현황과 비교하여 우리나라에 적합한 효과적인 항공기 착빙 예보 지수의 개발과 활용 가능성을 분석하였다.
제안 방법
- PIREPs 자료 중 착빙을 보고했던 2008년 1월 22일과 4월 9일, 6월 3일 3일 간의 KWRF 모델예측 결과를 활용하여 10개의 착빙 지수식을 계산했다. 이를 조종사 기상 보고와 비교 시, 대부분의 지수에서 비슷한 공간적 분포를 보였으나, 수평 및 연직 분포 등을 고려하면, 특히 SCLW, RAP, AFGWC 지수가 한반도 착빙 예보에 가장 효과적인 것으로 분석되었다.
- 즉 수치예보 모델의 정확성은 착빙의 예보정확도와 직접적인 관계가 있음을 의미한다. 따라서 이 연구에서는 현재 기상청에서 현업 운용중인 수치 모델인 KWRF를 활용하여 앞 절에서 소개된 다양한 착빙 지수를 계산하였다.
- NAWAU(Nation Wether Advisory Unit) 법은 AIRMET를 운용 준비를 위한 지침서로, Schultz and Politovich[8]에 의하여 개발되었다. 이 방법은 착빙가능성을 판별하기 위하여 두 가지 범주를 포함하며, 기온과 습도 자료를 사용하며, PIREPs 자료를 이용하여, 임계값이 결정되었다(Table 4). 첫 번째 범주는 두 번째 범주보다 착빙의 가능성이 더 적다는 것을 염두에 둬야한다.
- 표면으로 승화하는 수증기의 양(SDEP)로 결정되며, 이 둘의 차이로부터 과냉각 수적의 양을 알 수 있다고 하여 아래와 같은 착빙 예보 식을 제안하였다.
대상 데이터
- 2007년 6월부터 2008년 10월까지 PIREPs 자료에서 착빙을 보고한 사례는 모두 3 사례로 각각 2008년 1월 22일 21UTC, 18,000ft 해남 인근 지역, 2008년 4월 9일 06UTC, 15,000ft 대구와 포항 인근 지역, 2008년 6월 3일 06UTC, 10,000ft 서해상공 지역이었다.
- 2007년 6월부터 2008년 10월까지 자료 수는 2,784개였으며 한반도 공역에서 10km×10km의 격자에 대해 빈도수를 조사한 결과는 Fig. 1과 같다.
- 두번째 사례는 2008년 4월 9일 06UTC에 대구, 포항 부근 상공 15,000ft에 2회의 PIREP 보고가 있었던 사례로, KWRF 모델 결과 자료를 사용하여 각 착빙 지수의 결과를 보인 것이 Fig. 5이다.
- 마지막 사례는 2008년 6월 3일 06UTC에 서해상공 10,000ft에 1회의 PIREP 보고가 있었던 사례로, KWRF 모델 결과 자료를 사용하여 각 착빙 지수의 결과를 보인 것이 Fig. 7이다.
- 현재 활용가능한 자료 중에서는 직접적인 방법으로 조종사기상 보고 자료가 있으며, 간접적인 방법으로는 와 radiosonde와 같은 고층 관측 자료, 위성영상 관측 자료가 있다. 착빙 지수 검증이라는 이 논문의 목적에 부합하는 자료로 조종사 기상 보고자료를 활용했다. 항공기상청에서 확보한 조종사의 보고 자료(PIREP)는 대부분 민항기 운항에서 수신된 자료를 이용하였다.
이론/모형
- 각 착빙 지수는 KWRF 모델 예측장 자료를 이용하여 예측 시간별로 계산하였고 사용한 지수는 앞에서 언급한 SCLW 착빙지수법(이하 SCLW), 착빙지수법 중 식 (1)을 이용한 방법(이하 ICI1), 착빙지수법 중 식 (2)를 이용한 방법(이하 ICI2), RAP 착빙지수법(이하 RAP), AFGWC RAOB 착빙법(이하 AFGWC), NAWAU 지수법(이하 NAWAU), SCEM 착빙지수법(이하 SCEM), Swedish 착빙지수법 중 식 (8)을 이용한 방법(이하 SID1), Swedish 착빙지수법 중 Table 5와 같이 연직속도가 고려된 방법(이하 SID2), Swedish 착빙지수법 중 Table 6과 같이 개선된 방법(이하 RSID)을 사용했다.
- 본 연구는 항공기상청의 “공역 항공로 실시간 악기상 예측시스템 개발에 관한 정보화용역”의 일환으로 수행되었다.
성능/효과
- 이를 조종사 기상 보고와 비교 시, 대부분의 지수에서 비슷한 공간적 분포를 보였으나, 수평 및 연직 분포 등을 고려하면, 특히 SCLW, RAP, AFGWC 지수가 한반도 착빙 예보에 가장 효과적인 것으로 분석되었다. IC2, NAWAU, RSID은 대체적으로 양호한 결과를 보였으며, ICI1과 SID1은 전 고도에서, SID2는 25,000ft 이상의 고도에서 착빙이 발생하는 문제를 보였다.
- SCLW, ICI2, RAP, AFGWC, NAWAU, SCEM, SID2가 상대적으로 좋은 결과를 보였으나, SCLW, NAWAU 지수의 경우는 다른 지수와 달리 후반부에 착빙이 강화되는 현상이 나타났다.
- 착빙의 고도는 대체적으로 10,000～25,000ft에서 나타나는 것을 볼 수 있었으며, 수평적인 분포에서 나타났던 것과 유사하게 ICI1과 SID1은 전 고도 대부분에서 착빙이 계산되었다. SCLW, RAP, AFGWC, NAWAU, SCEM, SID2가 상대적으로 좋은 결과를 보였으며, 수평 분포가 유사하게 나타났던 ICI2와 SID2 지수 법에서는 25,000ft 이상의 모든 고도에서 착빙이 나타났다.
- ICI1 지수의 경우는 다른 방법과 반대의 경향을 보였고 SCEM의 경우는 전혀 착빙을 진단하지 못하였다. SID1의 경우는 전 고도에 대해 착빙을 계산하였고, RSID 지수의 경우에는 20,000ft 이상 고도에서 계산 불능이 나타났다.
- 착빙의 고도는 대체적으로 10,000～25,000ft에서 나타나는 것을 볼 수 있었으며, 수평적인 분포에서 나타났던 것과 유사하게 ICI1과 SID1은 전 고도 대부분에서 착빙이 계산되었다. 그리고 수평 분포가 유사하게 나타났던 ICI2와 SID2 지수법에서는 25,000ft 이상의 모든 고도에서 착빙이 나타났다.
- 수치 예보 모델 결과 자료에 근거한 착빙 지수계산 및 PIREP 자료와의 비교를 통한 사례 실험을 통해, 항공기 운항에 필수적인 착빙의 수평·연직 분포와 특성을 분석할 수 있었다.
- PIREPs 자료 중 착빙을 보고했던 2008년 1월 22일과 4월 9일, 6월 3일 3일 간의 KWRF 모델예측 결과를 활용하여 10개의 착빙 지수식을 계산했다. 이를 조종사 기상 보고와 비교 시, 대부분의 지수에서 비슷한 공간적 분포를 보였으나, 수평 및 연직 분포 등을 고려하면, 특히 SCLW, RAP, AFGWC 지수가 한반도 착빙 예보에 가장 효과적인 것으로 분석되었다. IC2, NAWAU, RSID은 대체적으로 양호한 결과를 보였으며, ICI1과 SID1은 전 고도에서, SID2는 25,000ft 이상의 고도에서 착빙이 발생하는 문제를 보였다.
- 이상의 착빙 사례 분석에서 공간 또는 연직 분포 분석에서 PIREP 착빙 보고와 많은 일치를 보이는 SCLW, RAP, AFGWC 지수가 한반도 착빙예보에 유용할 것으로 분석된다. RAP과 AFGWC 지수는 현재 NCAR와 미 공군에서 현업 운영되고 있으며 착빙뿐 아니라 구름의 특성에 따라서 분석되는 지수이기 때문에 위성 자료를 이용한 착빙 예보에도 유용할 것으로 분석된다.
후속연구
- 이상의 착빙 사례 분석에서 공간 또는 연직 분포 분석에서 PIREP 착빙 보고와 많은 일치를 보이는 SCLW, RAP, AFGWC 지수가 한반도 착빙예보에 유용할 것으로 분석된다. RAP과 AFGWC 지수는 현재 NCAR와 미 공군에서 현업 운영되고 있으며 착빙뿐 아니라 구름의 특성에 따라서 분석되는 지수이기 때문에 위성 자료를 이용한 착빙 예보에도 유용할 것으로 분석된다. 또한 SCLW는 KWRF 모형의 결과를 충분히 적용할 수 있는 지수로 구름 변수와 미세물리과정에 의한 결과는 착빙 예보에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
- 그러나 검증을 위한 PIREP 등 관측 자료 부족과 수치 예보 모델 결과의 활용이라는 측면은, 앞으로 더욱 많은 연구가 이루어져야함을 보여주고 있다.
- RAP과 AFGWC 지수는 현재 NCAR와 미 공군에서 현업 운영되고 있으며 착빙뿐 아니라 구름의 특성에 따라서 분석되는 지수이기 때문에 위성 자료를 이용한 착빙 예보에도 유용할 것으로 분석된다. 또한 SCLW는 KWRF 모형의 결과를 충분히 적용할 수 있는 지수로 구름 변수와 미세물리과정에 의한 결과는 착빙 예보에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
- 수치 예보 모델 결과 자료에 근거한 착빙 지수계산 및 PIREP 자료와의 비교를 통한 사례 실험을 통해, 항공기 운항에 필수적인 착빙의 수평·연직 분포와 특성을 분석할 수 있었다. 이를 활용하면, 우리나라 착빙의 연구 및 개발에 많은 도움을 줄 것이라 기대된다.
- 특히 많은 착빙 예측 지수중에서 한반도 환경에 가장 적합한 착빙 지수를 설정할 수 있어, 항공기 운항에 많은 도움을 줄 것 이라 생각되며, 이를 바탕으로 한국형 착빙 예측 지수 개발에도 기여를 할 수 있을 것이다.
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