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문제 정의
- 하지만 대기의 안정도의 중요성과 관련된 기존의 다양한 연구에도 불구하고 대설기간 중 하층 대기의 열역학적인 구조에 대한 관측적인 분석은 아직 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 영동지역의 특정 대설 사례 일을 선정하여, 속초 고층기상관측자료와 Regional Data Assimilation and Prediction System(RDAPS) 자료 등을 활용하여 대설기간 및 전후의 하층 대기의 안정도 특징과 대설현상과의 연관성을 분석하였다.
제안 방법
- 2000년 이후부터 50 cm이상의 대설이 관측된 4가지 사례를 선택하여 속초의 고층기상자료와 RDAPS 자료를 이용하여 대기의 열역학적인 안정도와 대설현상과의 연관성을 분석하였다. 4가지 사례 모두 상대적으로 따뜻하고 습윤한 동해상에 시베리아 고기압이 확장하여 차고 건조한 공기가 남하하는 조건에서 이동성저기압이 우리나라 남해상을 통과하면서 동풍이 유발되는 유사한 종관적인 특징을 나타냈다.
- 고층기상관측자료가 없는 동해영역 (East Sea)은 위성영상을 고려하여 구름의 위치를 판별한 후 (Fig. 1의 회색 박스 영역) RDAPS 30 km자료를 이용하여 해당 영역에 대한 온위 (θ ; potential temperature)와 상당온위 (θe ; equivalent potential temperature)의 연직분포를 분석하였다.
- 4)에서 제시된 바와 같이 눈구름은 동해상에서 생성되기 때문에 동해상의 연직 열역학적 구조 분석이 필요하다. 그래서 고층관측자료가 없는 동해안은 RDAPS 자료를 이용하여 눈구름이 발달하는 것으로 판단되는 동해영역(Fig. 1의 파란영역)을 Fig. 6~7과 유사하게 온위와 상당온위의 연직구조를 분석하였다.
- 5°의 해상도를 갖는 NOAA OI SST (National Ocean and Atmosphere Administration Optimum Interpolation Sea Surface Temperature) 일평균 자료를 이용하였으며, EXP1, EXP2, EXP3에 대해 분석하였다. 또한, NCEP/NCAR 재분석 자료의 각 고도의 바람자료를 이용하여 대설 분석기간 동안 동해상의 각 고도의 평균 바람장을 구하였다.
- 먼저 속초 (북위 38.25°, 동경 128.57°) 관측소의 고층기상관측자료를 이용하여 온위와 상당온위 위주로 분석하였으며, 4개의 사례 중 EXP2 (2010년 2월 10~13일) 와 EXP4 (2011년 2월 10~12일)는 대설기간동안 각각 2회와 5회의 추가관측을 수행하여 이를 분석에 사용하였다.
- 본 연구처럼 넓은 영역 (총 17개 지점)을 평균하게 되면 소규모의 특징적인 현상이 약화될 수 있으나, 동해영역의 분석 지점을 비교한 결과, 남·북간의 온도 차이는 존재하나 연직적인 온위나 상당온위의 구조는 유사하여 대상영역을 면적 평균하여 제시하였다.
- 영동지역 대설현상과 동해안의 대기 상하층간의 상당온위 차이와 해기차 (해수면과 대기 하층의 기온차이)와의 연관성에 대한 정량적인 분석을 위하여 RDAPS의 대기 하층의 기온 자료와 0.5° × 0.5°의 해상도를 갖는 NOAA OI SST (National Ocean and Atmosphere Administration Optimum Interpolation Sea Surface Temperature) 일평균 자료를 이용하였으며, EXP1, EXP2, EXP3에 대해 분석하였다.
대상 데이터
- 2. Temporal variations of snowfall amount of Sokcho (SC), Gangneung (GN), Doghae (DH), Daegwalleung (DG), and Chuncheon (CC) for four chosen episodes. Orange line indicates average snowfall amount of SC, GN, and DH.
- 본 연구에서는 늦겨울 (2~3월)의 강릉지역 신적설량자료를 이용하여 2000년 이후 한 사례 당 50 cm이상 관측된 2005년 3월 4~5일 (EXP1), 2010년 2월 10~13일 (EXP2), 2010년 3월 6~10일 (EXP3), 2011년 2월 10~12일 (EXP4)의 4개 사례를 선정하였고, 각 사례별 대설 기간과 대설 전후의 안정도 특징을 분석하였다. 한 사례의 기준은 이동성 저기압의 출현 여부를 기준으로 강설 시작 시각부터 종료 시각까지로 정의하였으며, 2010년 3월 6~10일 사례는 저기압이 두번 출현하였으나 처음 저기압의 강설 종료 시각과 두번째 저기압의 강설 시작시각의 구분이 뚜렷하지 않아 한 사례로 정의하였다.
- 4에 제시하였다. 위성영상은 2005년 3월 말부터 제공된 MTSAT (Multifunctional Transport SATellite) 위성영상을 사용하였으며, EXP1(Fig. 4(a)) 사례의 경우만 NOAA 위성영상을 사용하였다.
성능/효과
- EXP3 (Fig. 6(c))는 EXP1과 EXP2와 유사하게 강설전보다 강설기간에 온위 연직구조가 안정에서 약한 안정구조로 바뀌고 있으며, 상당온위도 마찬가지로 강설기간에 습윤단열적으로 중립인 구조가 잘 나타나고 있다. 마지막 EXP4(Fig.
- 2000년 이후부터 50 cm이상의 대설이 관측된 4가지 사례를 선택하여 속초의 고층기상자료와 RDAPS 자료를 이용하여 대기의 열역학적인 안정도와 대설현상과의 연관성을 분석하였다. 4가지 사례 모두 상대적으로 따뜻하고 습윤한 동해상에 시베리아 고기압이 확장하여 차고 건조한 공기가 남하하는 조건에서 이동성저기압이 우리나라 남해상을 통과하면서 동풍이 유발되는 유사한 종관적인 특징을 나타냈다. 속초와 동해안영역의 연직기상자료를 분석한 결과, 영동지역은 강설 전에 습윤 단열적으로 안정하던 대기가 강설기간동안 중립화되었지만, 동해상에서는 상대적으로 따뜻한 해수면위로 차고 건조한 공기의 유입되면서 해수면으로부터 1~2 km이내까지 습윤단열적으로 불안정층 (상당온위의 연직감소)이 발달함을 알 수 있 었다.
- 상대습도 (RH)가 약 90% 이상인 습윤한 층을 구름층이라 가정할 경우, 강설기간 동안 주로 2~3 km까지 하층운이 존재하면서, 최대 강설량이 관측되는 시간대 (투명한 흰색 선)에는 상층 4~5 km까지 구름이 연직으로 발달하는 것을 확인할 수 있다. 4가지 에피소드 중에서는 EXP2의 경우가 강설기간동안 구름층이 거의 5 km 고도까지 높게 발달하는 것으로 나타났고, 특히 EXP3과 EXP4의 경우는 약 2 km고도에서 습도가 급격하게 감소하며 풍향 역시 동풍 (약 2 km 이하)에서 서풍 (약 2 km 이상)계열로 바뀌고 있다.
- 또한 해기차 (SST - T850 hPa)가 약 10 K가 이상인 조건에서부터 영동지역에 강설이 시작되었다. EXP3도 EXP2와 유사하게 두 종류의 해기차 모두 대설 전부터 증가하기 시작하여 강설이 종료된 후 급격히 감소하는 패턴을 확인할 수 있다.
- 각 사례별 강릉 (GN), 속초 (SC), 동해 (DH), 대관령 (DG), 춘천 (CC)에서 관측된 신적설량 (cm 3hr−1)의 시간변화 (Fig. 2)와 각 사례기간동안 총 관측된 신적설량(Table 2)에 의하면, 4가지 대설사례 모두 춘천에 비해 영동지역 (주황색 선; 강릉, 속초, 동해 평균)과 대관령에 강설이 집중된 것으로 나타났다.
- 그리고 4가지 사례 모두 흥미로운 점은 대설 기간 중에는 대부분 5 m s−1 이하의 약한 풍속을 나타냈다.
- 한편, 해기차 (SST-T850 hPa)는 대설기간동안 대략 10oC 이상의 차이를 보였고, 대설기간 전부터 점차 증가하는 경향을 보였다가 강설종료 후 급격히 감소하였다. 대설기간동안 해상 (2 m)과 850 hPa의 상당온위 차이는 대설기간동안 거의 양의 값을 나타내 대류불안정이 유지되는 것으로 나타났다.
- 4가지 사례 모두 상대적으로 따뜻하고 습윤한 동해상에 시베리아 고기압이 확장하여 차고 건조한 공기가 남하하는 조건에서 이동성저기압이 우리나라 남해상을 통과하면서 동풍이 유발되는 유사한 종관적인 특징을 나타냈다. 속초와 동해안영역의 연직기상자료를 분석한 결과, 영동지역은 강설 전에 습윤 단열적으로 안정하던 대기가 강설기간동안 중립화되었지만, 동해상에서는 상대적으로 따뜻한 해수면위로 차고 건조한 공기의 유입되면서 해수면으로부터 1~2 km이내까지 습윤단열적으로 불안정층 (상당온위의 연직감소)이 발달함을 알 수 있 었다. 한편, 해기차 (SST-T850 hPa)는 대설기간동안 대략 10oC 이상의 차이를 보였고, 대설기간 전부터 점차 증가하는 경향을 보였다가 강설종료 후 급격히 감소하였다.
- 이상의 결과들은 상대적으로 따뜻한 동해상으로 한기가 유입되어 하층 불안정을 생성하게 되고, 해수면으로부터 수증기와 열의 공급에 의해 눈구름이 발달되고, 종관 특성상 유발된 동풍에 의해 눈구름이 내륙으로 진입하면서 영동지역에 대설을 일으킨 것으로 생각된다. 이러한 점을 고려할 때, 영동지역에 관측되는 대설의 정량적인 예측을 위해서는 하층 불안정에 의해 동해에서 대기로의 에너지 수송에 대한 분석이 필요할 것으로 생각된다.
후속연구
- 따라서 대설기간 중 동해상의 현열·잠열속에 대한 정량적인 분석과 대설의 원인 (source)역할을 하는 동해상의 관측이 필요하며, 모델링 연구를 통해 동해상 하층의 안정도 변화가 영동지역 대설에 미치는 영향에 관한 연구 등이 추가적으로 요구된다.
- 본 연구처럼 넓은 영역 (총 17개 지점)을 평균하게 되면 소규모의 특징적인 현상이 약화될 수 있으나, 동해영역의 분석 지점을 비교한 결과, 남·북간의 온도 차이는 존재하나 연직적인 온위나 상당온위의 구조는 유사하여 대상영역을 면적 평균하여 제시하였다. 또한 4개의 사례 중에서 2011년 사례 (EXP4)는 2절에 언급했듯이 RDAPS 자료가 없기 때문에 본 연구에서는 제시하지 못하였다. 구체적으로 살펴보면, EXP1의 온위는 Fig.
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