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문제 정의
- 이 연구에서는 우리나라 기상청에서 지난 10년 간(2002∼2011년) 운영하였던 약 340여개의 종관기상관측망(ASOS) 및 자동기상관측망(AWS)에서 수집한 일별 강수량 자료를 분석하여 한반도 태풍 내습 시 극한강수 발생의 시･공간적 패턴을 분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 종관기상관측자료만 사용한 경우(해발고도 500m 이상 2개)와 비교하여 더 많은 산악지역의 관측지점 자료를 분석함으로써 우리나라 지형효과에 따른 보다 상세한 산악지역의 극한 강수 발생 패턴을 파악할 수 있게 되었다.
- 이 연구에서는 종관기상관측망 뿐만 아니라 자동기상관측망의 약 340여개 관측지점의 자료를 분석하였기 때문에 약 60여개의 종관기상관측망 자료만을 분석한 기존연구들에 비하여 보다 상세한 태풍 내습 시 극한강수현상 발생의 시･공간적 패턴에 관한 향상된 정보를 제공한다. 그러나 우리나라 기상청 자동기상관측망에서 산악 지역(예.
- 본 연구에서는 최근 10년간(2002∼2011년) 우리나라 약 340여개의 종관기상관측망 및 자동기상 관측망에서 수집한 일 강수량 자료와 NCEP-DOE Reanalysis II 850hPa 바람, 기온, 상대 습도 자료에서 산출한 수증기 이류 자료를 바탕으로 태풍 내습 유형에 따른 일 강수량 80mm 이상 극한강수현상의 발생빈도, 강도, 분포 범위 및 태풍에 의한 수증기 수송량에 관하여 분석하였다.
제안 방법
- 둘째, 기후학적 극한 기후 발생빈도 분포도 작성 시 연구기간 동안 관측 지점의 이동에 의해 야기되는 자료의 비균질성을 최소화하기 위해 수평 이동의 경우 관측소 이동거리가 우리나라 자동기상관측망 평균거리인 10km 이상인 관측지점을 제외하였다. 관측소 수직 이동의 경우 전체 434개 관측지점 중 이동 기록이 없는 188개 지점의 해발 고도에 따른 강수패턴을 분석하여 증감에 따른 강수 구역을 구분하였다. 그 후 해당 지점의 수직이동 범위가 유사한 강수패턴을 보이는 구역을 넘는 경우에도 분석에서 제외하였다.
- 셋째, 이 388개 지점 중 본 연구에서 초점을 두는 태풍 계절(5~10월)의 일 강수량 기준 극한강수 현상 발생 시 자료가 결측된 경우가 연구기간 동안 1회라도 발생한 관측지점을 분석에서 제외하였다. 극한강수일 기록 결측 여부를 살펴보기 위해 우리나라 기상청에서 대표적인 집중호우일의 임계치로 활용하고 있는 일 강수량 80mm에서 인접 지점들 간 일 강수량 차의 극값 평균인 20mm를 뺀 일 강수량 60mm 이상의 값을 그 기준으로 정하였다. 가령, 특정 관측지점의 특정일에 일 강수량 자료가 결측되어 있을 경우 수평거리상 주변 1~3순위 인접 관측지점에서 60mm 이상의 일강수량이 발생 한 경우에는 해당 관측지점에도 80mm 이상의 극한강수 현상이 발생할 가능성이 있으므로, 그러한 기록이 연구기간 동안 1회라도 발생한 관측지점(44개)은 극한강수 자료에 결측이 발생한 것으로 간주하여 분석에서 제외하였다.
- 그 결과 연구기간 동안 21개 태풍은 황해 북상형 6개, 한반도 남부지역 상륙형 5개, 동해 북상형 10개로 세분되었다(표 1). 그 후 각 태풍 내습 유형별로 태풍 내습 시 평균적인 한반도 지상관측 극한강수현상 발생분포 패턴을 분석하였다.
- 본 연구에서는 극한강수 현상을 정의하기 위해 앞에서 언급한 기상청에서 일강수량 기준 집중호우 정의에 오랫동안 사용해 오고 있는 일 강수량 80mm 이상 고정 임계치를 사용하였다. 태풍 내습 기간 동안 각 태풍 이동경로에 따라 관측지점 마다 일 강수량 80mm 이상 발생일 수를 태풍의 수로 나누고 지도화하여 각 태풍 내습 시 평균적인 극한 강수현상의 발생 분포도를 작성하였다. 태풍 내습 시 태풍의 이동 경도별 한반도 수증기 유입 패턴을 파악하기 위하여 미국 국립환경예측센터와 에너지부(National Centers for Environmental Prediction-Department Of Energy) 재분석 자료(NCEP-DOE Reanalysis Ⅱ)를 분석하였다(http://www.
- 각 사례별 수증기 수종장을 살펴보기 위해 그림 2의 각 영역으로 태풍이 한반도에 내습 한 시점의 북서태평양과 동아시아 지역을 포괄하는 영역(20°N~50°N, 110°E~150°E)의 850hPa면 일평균 바람 벡터자료(u-wind + v-wind)에 기온 및 상대습도 자료에서 추출한 비습(q)을 곱해 수증기 이류벡터 값을 산출하였다.
- 각 사례별 수증기 수종장을 살펴보기 위해 그림 2의 각 영역으로 태풍이 한반도에 내습 한 시점의 북서태평양과 동아시아 지역을 포괄하는 영역(20°N~50°N, 110°E~150°E)의 850hPa면 일평균 바람 벡터자료(u-wind + v-wind)에 기온 및 상대습도 자료에서 추출한 비습(q)을 곱해 수증기 이류벡터 값을 산출하였다. 그 후 태풍 내습 이동경로가 동일한 유형으로 구분되는 사례들의 합성도를 작성하여 극한강수 평균 분포패턴과의 관련성을 분석하였다. 한반도 태풍 내습 유형별로 태풍의 접근성과 우리나라 각 지역별 강수량과의 관련성을 정량화 하기 위해 태풍 내습 시 태풍의 눈과 각 관측지점과의 거리를 독립변수로, 344개 지점의 일 강수량 평균값을 종속변수로 하는 비선형 경험회귀식을 개발하였다.
- 그 후 태풍 내습 이동경로가 동일한 유형으로 구분되는 사례들의 합성도를 작성하여 극한강수 평균 분포패턴과의 관련성을 분석하였다. 한반도 태풍 내습 유형별로 태풍의 접근성과 우리나라 각 지역별 강수량과의 관련성을 정량화 하기 위해 태풍 내습 시 태풍의 눈과 각 관측지점과의 거리를 독립변수로, 344개 지점의 일 강수량 평균값을 종속변수로 하는 비선형 경험회귀식을 개발하였다. 독립변수인 태풍 내습 시 관측지점과의 거리는 일 강수량 자료를 기준으로 3시간 또는 6시간별로 달라지는 태풍 눈으로부터의 거리를 일 별로 평균한 값이다.
- 0일에 걸쳐 우리나라에 영향을 미친다(표 1). 태풍의 내습 유형별로 최근 10년 동안 태풍 1회 내습 시 일 강수량 80mm 이상 극한강수현상 평균 발생빈도의 공간분포도와 850hPa 수증기 수송 합성장을 구체적으로 비교해 보면 다음과 같다.
- 본 연구에서는 Regional Specialized Meteorological Center(RSMC)-Tokyo의 최적경로(best track) 자료를 지리정보시스템(ArcGIS 10.1)을 활용하여 최근 10년간 한반도에 영향을 미치는 태풍의 이동 경로를 지도화하였다(http://www.data.jma.go.jp/fcd/yoho/typhoon/index.html).
- 본 연구에서는 태풍의 이동경로를 구분하기 위해 한반도에 영향을 미치는 전면지역(34~36°N)을 태풍의 평균 반경을 고려하여 동-서 방향으로 크게 황해(122.5~126°E), 한반도 남부지역(126~129.5°E), 동해(129.5~133°E)로 세분하였다(그림 2).
- 태풍 피해를 저감시키기 위한 경보 시스템 구축을 위하여 우리나라 기후학 및 기상학 분야에서는 태풍 내습 시 극한강수 발생에 대한 기초 연구를 수행해 왔다. 기상청의 지상관측 및 원격탐사 자료를 바탕으로 한반도 내습 태풍 빈도 예측(김주 홍 등, 2002; 박종길 등, 2006; Choi and Kim, 2007; Choi et al., 2009a; Choi et al., 2009b; Choi et al., 2010; 최기선 등, 2012; Choi and Moon, 2012)과 태풍 진로 유형에 따른 종관 기상학적 특징(정성호, 1977; 손건태 등, 1998; 황호성 등, 2008; 차은정 등, 2009) 등을 분석하였다. 이외에도 태풍 내습 시 강수 분포(양진관･오주덕, 2001; 김진석･유재훈, 2002; 장용환, 2002; 오태석･문영일, 2008; 황호성 등, 2010), 바람과 해일 특성(오임상 등, 1998; 윤용훈･김충기, 1999; Moon et al.
- 이 연구에서는 우리나라 기상청에서 지난 10년 간(2002∼2011년) 운영하였던 약 340여개의 종관기상관측망(ASOS) 및 자동기상관측망(AWS)에서 수집한 일별 강수량 자료를 분석하여 한반도 태풍 내습 시 극한강수 발생의 시･공간적 패턴을 분석하고자 한다. 이를 위해 지난 10년간 발생한 태풍의 이동경로별 하층대기의 수증기 수송 패턴을 분석하고, 각 내습 경로별 극한강수 발생빈도, 강도, 공간분포 등을 비교･분석하였다.
- 최근 10년간(2002~2011년) 우리나라에 극한강수 현상을 초래한 21개 태풍을 그 이동경로에 따라 황해 북상형(6개), 한반도 남부지역 상륙형(5개), 동해 북상형(10개)으로 나누고, 남한의 전체 344개의 관측지점 중 일 강수량 80mm 이상의 극한강수현상 발생지점 수가 차지하는 비율(%)을 살펴보았다(그림 6). 황해 북상형 태풍에 의해서는 평균적으로 전체 344개 중 20%의 관측지점, 남부지역 상륙형 태풍에서는 54%의 관측지점, 동해 북상형 태풍의 경우에는 23%의 관측지점에서 일 강수량 80mm 이상의 극한강수현상이 발생함을 알 수 있다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 최근 10년간(2002∼2011년) 기상청 산하 76개 종관기상관측망(ASOS)과 422개의 방재용 자동기상관측망(AWS)에서 수집한 총 498개 관측지점의 일 강수량 자료를 분석하였다.
- 선정된 자료는 기존 장기간 기후분석에 사용되었던 60여 개 관측지점들과 비교하였을 때 그 수가 약 6배에 달하여 수평적인 평균 해상도가 약 12km로 크게 향상되었다. 수직 해상도면에서도 해발고도 300~1,000m에 위치한 산악 관측지점 21개의 자료가 포함되었다.
- 최근 10년간(2002~2011년) 우리나라 기상청에서 28°N 북쪽, 128°E 서쪽에 진입하고 우리나라에 영향을 미친 열대폭풍우 이상(17m/s 이상)으로 정의한 27개의 태풍들 중(국가태풍센터, 2011), 한반도 중부지방까지 내습하여 일 강수량 80mm 이상 극한강수 현상이 나타난 21개 태풍 내습 사례들을 분석하였다.
- 본 연구에서는 극한강수 현상을 정의하기 위해 앞에서 언급한 기상청에서 일강수량 기준 집중호우 정의에 오랫동안 사용해 오고 있는 일 강수량 80mm 이상 고정 임계치를 사용하였다. 태풍 내습 기간 동안 각 태풍 이동경로에 따라 관측지점 마다 일 강수량 80mm 이상 발생일 수를 태풍의 수로 나누고 지도화하여 각 태풍 내습 시 평균적인 극한 강수현상의 발생 분포도를 작성하였다.
- 태풍 내습 기간 동안 각 태풍 이동경로에 따라 관측지점 마다 일 강수량 80mm 이상 발생일 수를 태풍의 수로 나누고 지도화하여 각 태풍 내습 시 평균적인 극한 강수현상의 발생 분포도를 작성하였다. 태풍 내습 시 태풍의 이동 경도별 한반도 수증기 유입 패턴을 파악하기 위하여 미국 국립환경예측센터와 에너지부(National Centers for Environmental Prediction-Department Of Energy) 재분석 자료(NCEP-DOE Reanalysis Ⅱ)를 분석하였다(http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/gridded/data.ncep. reanalysis2.html). 이 재분석 자료의 공간 해상도는 2.
- 이러한 과정들을 통해 선정된 344개 관측지점이 최종적으로 분석에 사용되었다(그림 1). 선정된 자료는 기존 장기간 기후분석에 사용되었던 60여 개 관측지점들과 비교하였을 때 그 수가 약 6배에 달하여 수평적인 평균 해상도가 약 12km로 크게 향상되었다.
성능/효과
- 첫째, 극한 강수 분포도 작성 시 산악 효과와는 거리가 멀고 자료 결측 시 비교 대상인 인접 관측 수가 부족한 부속 도서지역의 64개 관측지점을 제외하였다. 이 때 제주도의 경우에는 한라산에 의한 산악 효과를 고려하기 위해 분석에 포함시켰다.
- 둘째, 기후학적 극한 기후 발생빈도 분포도 작성 시 연구기간 동안 관측 지점의 이동에 의해 야기되는 자료의 비균질성을 최소화하기 위해 수평 이동의 경우 관측소 이동거리가 우리나라 자동기상관측망 평균거리인 10km 이상인 관측지점을 제외하였다. 관측소 수직 이동의 경우 전체 434개 관측지점 중 이동 기록이 없는 188개 지점의 해발 고도에 따른 강수패턴을 분석하여 증감에 따른 강수 구역을 구분하였다.
- 이러한 과정들을 통해 선정된 344개 관측지점이 최종적으로 분석에 사용되었다(그림 1). 선정된 자료는 기존 장기간 기후분석에 사용되었던 60여 개 관측지점들과 비교하였을 때 그 수가 약 6배에 달하여 수평적인 평균 해상도가 약 12km로 크게 향상되었다. 수직 해상도면에서도 해발고도 300~1,000m에 위치한 산악 관측지점 21개의 자료가 포함되었다.
- 제주도의 경우에는 태풍이 이 구역들을 통과할 때 공통적으로 영향을 받기 때문에 별도의 유형으로 구분하지 않았다. 그 결과 연구기간 동안 21개 태풍은 황해 북상형 6개, 한반도 남부지역 상륙형 5개, 동해 북상형 10개로 세분되었다(표 1). 그 후 각 태풍 내습 유형별로 태풍 내습 시 평균적인 한반도 지상관측 극한강수현상 발생분포 패턴을 분석하였다.
- 최근 10년 동안(2002~2011년) 연중 가장 이른 시기에 우리나라에 영향을 미친 태풍은 린파(LINFA: 2003년 5월 30일)이고, 가장 늦게 영향을 미친 태풍은 나리(NARI; 2007년 9월 14~16일)로, 이 기간은 중부지방 기준 기후학적 여름철(5월 하순~9월 중순; 최광용 외, 2006)에 속한다. 5~9월간 실제 태풍 내습 시 평균적인 우리나라 전체 344개 관측지점 중 극한강수 현상이 발생한 관측지점 비율은 대체로 약 20~40%에 이르며 늦여름인 8~9월로 진행될수록 감소하는 패턴을 보인다(그림 4). 태풍 내습 시 월별 강수량에서 차지하는 태풍일 강수량 비율을 살펴보면, 5~7월에는 10% 이하로 작지만, 8월에는 16%로 증가하고, 9월 초순에는 심지어 29%까지 증가한다.
- 태풍 내습 시 월별 강수량에서 차지하는 태풍일 강수량 비율을 살펴보면, 5~7월에는 10% 이하로 작지만, 8월에는 16%로 증가하고, 9월 초순에는 심지어 29%까지 증가한다. 즉, 늦여름으로 갈수록 태풍으로 인한 극한강수현상의 관측지점 수는 감소하지만, 총 강수량에서 태풍에 의한 강수 기여율은 모두 증가하는 것으로 나타난다. 이는 늦여름에 한반도 주변해역의 수온이 정점에 이르기 때문에 이 시기의 태풍의 강도가 강하게 유지되기 때문인 것으로 사료된다.
- 이러한 결과를 종합해 보면 한반도 주변 태풍의 이동경로는 주로 여름철 북태평양 고기압이 한반도 방향으로 장출하였다가 후퇴하는 계절성과 밀접한 관련성이 있음을 알 수 있다. 북태평양 고기압이 한반도 방향으로 덜 확장 된 초여름에는 태풍이 동해로 통과하는 사례가 자주 나지만, 성하기로 접어들면서 동아시아 여름몬순 전선대가 만주로 북상하면 한반도 대부분 지역이 북태평양 고기압 영향하에 속하게 되어 태풍의 이동경로도 황해로 통과하는 사례가 늘어난다.
- 또한 앞에서 언급한 전체 지점 중 각 태풍의 내습 유형에 따라 우리나라 극한강수현상 발생 지역의 범위도 달라짐을 알 수 있다. 초여름 5~6월에는 동해 북상형 또는 황해 북상형 태풍이 우세하고, 한여름 7월과 늦여름 8~9월에는 태풍이 한반도 남부지역 상륙형으로 내습 할 때 가장 많은 관측지점에서 극한 강수현상이 발생함을 알 수 있다.
- 첫째, 한반도에 태풍 내습 시 평균적으로 약 20∼40% 관측지점에서 일 강수량 80mm 이상의 극한강수현상이 발생한다.
- 둘째, 태풍 계절 동안(5∼9월) 우리나라 태풍의 내습 유형별 발생빈도를 살펴보면, 황해 북상형은 주로 7월에, 한반도 남부지역 상륙형 및 동해 북상형은 8월∼9월 초순에 많이 발생함을 알 수 있다.
- 셋째, 태풍 1회 통과 시 평균적인 누적 강수량 및 전체 월별 강수량에서 태풍에 의한 강수량이 차지하는 비율은 남부해안, 경상남도 내륙지역, 영동지역에서 상대적으로 높게 나타난다. 소백산맥과 태백산맥 기준으로 서쪽 지역에서는 그 값들이 상대적으로 낮게 나타나는데, 이는 태풍이 반시계 방향으로 회전하면서 우리나라에 내습 시 수백 km에 걸친 수증기의 이류 패턴이 우리나라 주요 산맥에 의해 강화 또는 약화됨을 가리킨다.
- 넷째, 태풍 내습 시 이동경로별로 극한강수현상 발생빈도 및 강수량 극값의 분포는 차이를 보인다. 황해 북상형의 경우 한라산 산간, 지리산 주변 지역 등 해발고도가 높은 산악지역이거나 울산-포항지역, 속초-강릉 지역 등 동풍 계열의 이류가 활발한 동해안 지역 이외에도 태풍이 황해를 따라 북상하면서 서울을 포함한 경기북부 지역에서도 극한강수현상의 발생빈도와 강수량 극값이 높게 나타난다.
- 다섯째, 태풍의 내습 경로별로 태풍 강도 및 관측지점과의 거리에 따른 극한강수현상 발생빈도를 추정할 수 있는 경험적 비선형 회귀식을 도출한 결과 한반도 남부지역 상륙형과 동해 북상형의 경우에는 태풍과 거리가 가까울수록 강수량이 증가하는 패턴이 뚜렷하게 나타난다. 이를 바탕으로 향후 태풍 내습 시 호우에 의한 피해 예측 모델을 개발하는 것이 가능할 것으로 사료된다.
후속연구
- 다섯째, 태풍의 내습 경로별로 태풍 강도 및 관측지점과의 거리에 따른 극한강수현상 발생빈도를 추정할 수 있는 경험적 비선형 회귀식을 도출한 결과 한반도 남부지역 상륙형과 동해 북상형의 경우에는 태풍과 거리가 가까울수록 강수량이 증가하는 패턴이 뚜렷하게 나타난다. 이를 바탕으로 향후 태풍 내습 시 호우에 의한 피해 예측 모델을 개발하는 것이 가능할 것으로 사료된다.
- 이 연구에서는 종관기상관측망 뿐만 아니라 자동기상관측망의 약 340여개 관측지점의 자료를 분석하였기 때문에 약 60여개의 종관기상관측망 자료만을 분석한 기존연구들에 비하여 보다 상세한 태풍 내습 시 극한강수현상 발생의 시･공간적 패턴에 관한 향상된 정보를 제공한다. 그러나 우리나라 기상청 자동기상관측망에서 산악 지역(예. 해발고도 1,000m 이상)의 관측지점은 해발고도가 낮은 지대에 비하여 그 수가 적을 뿐만 아니라, 일부 관측소에서도 천재지변에 의해 잦은 고장으로 자료의 결측이 존재하기 때문에 이 연구에서도 극한강수발생 패턴을 상세하게 밝히는데 한계가 있었다. 따라서 향후 산악지역에 관측지점의 수를 늘려가는 노력을 해 나가야할 필요성이 있다고 판단된다.
- 해발고도 1,000m 이상)의 관측지점은 해발고도가 낮은 지대에 비하여 그 수가 적을 뿐만 아니라, 일부 관측소에서도 천재지변에 의해 잦은 고장으로 자료의 결측이 존재하기 때문에 이 연구에서도 극한강수발생 패턴을 상세하게 밝히는데 한계가 있었다. 따라서 향후 산악지역에 관측지점의 수를 늘려가는 노력을 해 나가야할 필요성이 있다고 판단된다. 이외에도 이 연구에서는 일부 태풍의 접근거리에 따른 강수량의 변화를 추정할 수 있는 회귀모형을 제시하였으나, 초기분석 수준 정도이기 때문에 태풍의 강도별, 산맥을 기준으로 한 지역별 등 상세한 요소에 기반한 예측 모델 개발에 초점을 둔 후속연구가 필요하다.
- 따라서 향후 산악지역에 관측지점의 수를 늘려가는 노력을 해 나가야할 필요성이 있다고 판단된다. 이외에도 이 연구에서는 일부 태풍의 접근거리에 따른 강수량의 변화를 추정할 수 있는 회귀모형을 제시하였으나, 초기분석 수준 정도이기 때문에 태풍의 강도별, 산맥을 기준으로 한 지역별 등 상세한 요소에 기반한 예측 모델 개발에 초점을 둔 후속연구가 필요하다. 또한 최근 산악 레저활동이 증가하는 가운데 산악 지역의 극한강수현상에 대한 정보가 요구되므로 다른 관측망 자료(예.
- 이외에도 이 연구에서는 일부 태풍의 접근거리에 따른 강수량의 변화를 추정할 수 있는 회귀모형을 제시하였으나, 초기분석 수준 정도이기 때문에 태풍의 강도별, 산맥을 기준으로 한 지역별 등 상세한 요소에 기반한 예측 모델 개발에 초점을 둔 후속연구가 필요하다. 또한 최근 산악 레저활동이 증가하는 가운데 산악 지역의 극한강수현상에 대한 정보가 요구되므로 다른 관측망 자료(예. 레이더 영상)와 상호비교를 통하여 현재 자동기상관측망 자료가 포함하고 있는 불확실성을 보완하는 후속연구들도 필요하다고 판단된다.
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