이 연구의 목적은 관측주기가 짧은 천리안 위성의 수증기 영상자료를 활용하여 태풍의 전향위치와 시간까지 예측이 가능하도록 하는데 있다. 즉 수증기의 위성영상의 건조슬롯과 제트류의 남북진동의 관계를 이용하여 태풍진로의 전향위치를 보다 정확히 예측하는 것이다. 제트류는 제트스트리크의 위치와 지균풍${\upsilon}$성분의 크기에 따라 움직이는데, 지균풍 ${\upsilon}$ 성분이 남쪽방향으로 강화되면 제트류는 원형 제트로 발달하게 된다. 이때 수증기 영상에서는 건조슬롯이 남쪽으로 확대되고, 굴곡수분밴드(CMB) 거리가 좁혀지기 때문에 태풍이 전향하게 된다. 굴곡수분밴드가 위도 $15^{\circ}$ 이하이면 24시간 내에 태풍이 북 또는 북동으로 전향하게 된다. 결과적으로 태풍진로는 건조슬롯의 위치가 $32^{\circ}N$ 이하이면 $20-23^{\circ}N$이하에서 전향(2007년 1호 태풍 콩레이와 2012년 17호 태풍 즐라왓)하고, 건조슬롯이 $35^{\circ}N$ 이상 일 땐 $27^{\circ}$N에서 전향(2007년 4호 태풍 마니)하는 것으로 분석되었다.
이 연구의 목적은 관측주기가 짧은 천리안 위성의 수증기 영상자료를 활용하여 태풍의 전향위치와 시간까지 예측이 가능하도록 하는데 있다. 즉 수증기의 위성영상의 건조슬롯과 제트류의 남북진동의 관계를 이용하여 태풍진로의 전향위치를 보다 정확히 예측하는 것이다. 제트류는 제트스트리크의 위치와 지균풍 ${\upsilon}$성분의 크기에 따라 움직이는데, 지균풍 ${\upsilon}$ 성분이 남쪽방향으로 강화되면 제트류는 원형 제트로 발달하게 된다. 이때 수증기 영상에서는 건조슬롯이 남쪽으로 확대되고, 굴곡수분밴드(CMB) 거리가 좁혀지기 때문에 태풍이 전향하게 된다. 굴곡수분밴드가 위도 $15^{\circ}$ 이하이면 24시간 내에 태풍이 북 또는 북동으로 전향하게 된다. 결과적으로 태풍진로는 건조슬롯의 위치가 $32^{\circ}N$ 이하이면 $20-23^{\circ}N$이하에서 전향(2007년 1호 태풍 콩레이와 2012년 17호 태풍 즐라왓)하고, 건조슬롯이 $35^{\circ}N$ 이상 일 땐 $27^{\circ}$N에서 전향(2007년 4호 태풍 마니)하는 것으로 분석되었다.
The purpose of this study focuses on the prediction time and location of turning-point of typhoon tracks using the water vapor images of Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) which has a very short observation interval. It targets a more accurate prediction of turning-point of typ...
The purpose of this study focuses on the prediction time and location of turning-point of typhoon tracks using the water vapor images of Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) which has a very short observation interval. It targets a more accurate prediction of turning-point of typhoon tracks through the relationship between dry slot and northern/southern oscillations of jet stream. Jet stream moves by the position of jet streak and the ${\upsilon}$-component velocity of geostrophic wind. If the ${\upsilon}$-component of geostrophic wind gets stronger toward south, jet stream develops into a circular jet. In that condition, dry slot in satellite water vapor imagery extends toward south, and typhoon track turns as the distance of curved moisture band (CMB) gets narrowed down. If the interval of CMB is below $15^{\circ}$ of latitude, the typhoon track is turning toward north or northeast within 24 hours. As a result, typhoon track showed that when dry slot position was located less than $32^{\circ}N$, typhoon turned its track at $20-23^{\circ}N$ ($1^{th}$ Kong-Rey 2007 and $17^{th}$ Jelawt at 2012), and when in $35^{\circ}N$ above, it turned at $27^{\circ}N$ ($4^{th}$ Man-yi 2007).
The purpose of this study focuses on the prediction time and location of turning-point of typhoon tracks using the water vapor images of Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) which has a very short observation interval. It targets a more accurate prediction of turning-point of typhoon tracks through the relationship between dry slot and northern/southern oscillations of jet stream. Jet stream moves by the position of jet streak and the ${\upsilon}$-component velocity of geostrophic wind. If the ${\upsilon}$-component of geostrophic wind gets stronger toward south, jet stream develops into a circular jet. In that condition, dry slot in satellite water vapor imagery extends toward south, and typhoon track turns as the distance of curved moisture band (CMB) gets narrowed down. If the interval of CMB is below $15^{\circ}$ of latitude, the typhoon track is turning toward north or northeast within 24 hours. As a result, typhoon track showed that when dry slot position was located less than $32^{\circ}N$, typhoon turned its track at $20-23^{\circ}N$ ($1^{th}$ Kong-Rey 2007 and $17^{th}$ Jelawt at 2012), and when in $35^{\circ}N$ above, it turned at $27^{\circ}N$ ($4^{th}$ Man-yi 2007).
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
(2000)은 GMS-5호 위성자료의 1시간 간격의 수증기 영상의 암역 변화를 사용하여 태풍진로의 전향위치를 예보하였지만 2011년 이후 관측주기가 15분으로 짧아진 천리안 위성(COMS)의 수증기 영상자료를 통한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 이 연구는 Dvorak and Smigielski (1993)이 언급하지 않은 암역의 남북이동이 제트류의 발달에 따른 변화임을 종관자료를 통해 분석하고, 제트류의 발달을 통해 암역 변화를 사전에 예측하여 천리안 위성자료에 적용함으로서 태풍의 진로의 전향위치와 시각을 정확하게 예측할 수 있도록 태풍예보기법을 개선하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
특히 수치자료는 미국 국립환경예측센터(National Center for Environmental Prediction, NCEP)의 재분석 자료를 사용하여 500 hPa의 예보장과 분석장의 유선도및 강풍대를 분석하여 해양 관측 자료의 부족에 의한 수치모델의 오차를 체계적 접근방법(systematic approach, SA) 방법으로 태풍진로의 전향점을 분석하고, 또 위성관측시간 간격에 따른 전향시간 오차를 판단하기 위해 2007년 태풍 1호 콩레이, 태풍 4호 마니는 일본기상위성인 MTSAT (Meteorological Satellite)의 수증기 영상 자료로 분석하였고, 그 결과를 COMS의 수증기 영상을 통해 2012년 17호 태풍 즐라왓의 진로와 비교 분석했다. 또 수증기 영상에서의 암역과 제트류와의 관계 및 제트류의 발달에 따른 종관분석을 통해 수증기 영상의 암역의 이동과 태풍진로 전향점을 검정하고 결과를 도출했다.
여기에는 크게 3가지의 인자가 있다. 첫째 태풍의 진행을 주관하는 종관패턴, 둘째 종관패턴에서 태풍이 위치하는 장소에 따른 구역, 마지막으로 한 지역에서 다른 지역으로 태풍의 진로를 변화시키는 전이과정으로 태풍의 진행을 이해하였다. 이런 방식을 이용하여 북서태평양상 태풍의 이동역학에 대한 이해에 크게 기여한 바 있다.
이 연구에서는 2007년 발생한 1호 태풍 콩레이(Kong-rey)와 4호 태풍 마니(Man-yi) 그리고 2012년 태풍 17호 즐라왓(Jelawat)의 자료를 선정하였고, 사용된 태풍정보는 기상청에서 발표하는 자료이다. 특히 수치자료는 미국 국립환경예측센터(National Center for Environmental Prediction, NCEP)의 재분석 자료를 사용하여 500 hPa의 예보장과 분석장의 유선도및 강풍대를 분석하여 해양 관측 자료의 부족에 의한 수치모델의 오차를 체계적 접근방법(systematic approach, SA) 방법으로 태풍진로의 전향점을 분석하고, 또 위성관측시간 간격에 따른 전향시간 오차를 판단하기 위해 2007년 태풍 1호 콩레이, 태풍 4호 마니는 일본기상위성인 MTSAT (Meteorological Satellite)의 수증기 영상 자료로 분석하였고, 그 결과를 COMS의 수증기 영상을 통해 2012년 17호 태풍 즐라왓의 진로와 비교 분석했다. 또 수증기 영상에서의 암역과 제트류와의 관계 및 제트류의 발달에 따른 종관분석을 통해 수증기 영상의 암역의 이동과 태풍진로 전향점을 검정하고 결과를 도출했다.
대상 데이터
2013년 11월 8일 필리핀의 중부인 레이테 주를 태풍 하이옌(Haiyan)이 강타했다. 관측사상 최대의 크기이며, 379 km h−1로 거칠게 휘몰아친 이 태풍은 1만 2천명의 사상자와 420만 명 이상의 이재민들이 발생했다.
이 연구에서는 2007년 발생한 1호 태풍 콩레이(Kong-rey)와 4호 태풍 마니(Man-yi) 그리고 2012년 태풍 17호 즐라왓(Jelawat)의 자료를 선정하였고, 사용된 태풍정보는 기상청에서 발표하는 자료이다. 특히 수치자료는 미국 국립환경예측센터(National Center for Environmental Prediction, NCEP)의 재분석 자료를 사용하여 500 hPa의 예보장과 분석장의 유선도및 강풍대를 분석하여 해양 관측 자료의 부족에 의한 수치모델의 오차를 체계적 접근방법(systematic approach, SA) 방법으로 태풍진로의 전향점을 분석하고, 또 위성관측시간 간격에 따른 전향시간 오차를 판단하기 위해 2007년 태풍 1호 콩레이, 태풍 4호 마니는 일본기상위성인 MTSAT (Meteorological Satellite)의 수증기 영상 자료로 분석하였고, 그 결과를 COMS의 수증기 영상을 통해 2012년 17호 태풍 즐라왓의 진로와 비교 분석했다.
태풍진로 예측오차가 크게 난 사례를 2001-2002년 동안 13개의 태풍을 선정하여 분석하였다. Fig.
이론/모형
Dvorak (1984)이 수증기 영상을 이용하여 태풍의 전향위치를 연구하여 수증기 영상에서 CMB가 태풍의 15° 위도 내에 접근한 24시간 후에 북쪽 또는 북동쪽으로 전향했다고 밝혔다. 이 연구에서도 태풍의 전향지점과 시기를 예보하기 위해 2007년 2개의 태풍을 이용하여 Dvorak (1984)이 분석한 방법으로 검증했다. 그 결과 태풍 제4호 마니의 CMB는 15°로 24시간 후에 북동쪽으로 전향하였다.
성능/효과
이는 강한 암역이 존재하지 않고서도 태풍이 전향되는 것은 Fig 8b처럼 태풍 전면에 상층의 강한 편서풍을 따라 이동하고 있기 때문이다. 결과적으로 태풍 4호 마니는 CMB에 의한 전향보다는 일본 큐슈지역에 발달된 경압성잎새구름에 의한 전향으로 분석된다.
그 결과 태풍 제4호 마니의 CMB는 15°로 24시간 후에 북동쪽으로 전향하였다.
수치모델에서 제트류 분석과 기압골이 분석이 일치하지 않을 경우에는 태풍의 진로가 다른 방향으로 진행하고 있음을 알 수 있다. 따라서 수치모델에서의 제트류 분석은 위성자료의 수증기 영상의 암역 예측이 가능하며, 또 CMB의 거리와 SA 분석에서 MW나 WR 지역에 위치하면 태풍이 전향함을 태풍의 사례에서 밝혀졌다. 따라서 암역의 변화와 SA에 의한 태풍의 전향을 위치를 보완한다면 보다 정확한 전향 위치를 예측하게 될 것이다.
따라서 암역의 위치가 32°N 이하 이면 20-23°N 이하에서 전향(태풍 콩레이와 태풍 즐라왓)하고, 암역의 위치가 35°N 이상이면 27°N 이상에서 전향(태풍 마니)하는 것으로 분석되었다.
따라서 태풍 진로의 전향 예보는 수치모델의 예보장에서 제트류의 위치파악과, 매 시간 수증기 영상의 암역과 CMB 거리 비교로 전향위치 및 시간을 예측할 수 있다. 또 수치모델과 비교하여 종관분석장에서 제트스트리크 위치와 기압골의 발달과 소멸의 경향이 다를 때는 종관적 접근이 수치모델 결과보다 오차가 작음을 알 수 있었다. 향후 보다 쉽게 태풍의 전향위치와 시간을 예측할 수 있는 예보기술을 개선하기 위해서는 수치모델 결과의 태풍 전향위치와 수증기 영상의 CMB 거리 및 제트류의 움직임에 대해 자동적으로 중첩할 수 있는 기술을 연구해야 할 것이다.
중위도 지역을 지나 고위도 지역에서 북동쪽으로 전향한 후에는 북태평양고기압의 북서쪽에 강한 지향류와 상층골 영향으로 이동속도가 매우 빠른 경향을 보인다. 북서태평양 전체의 영역에 대해 조사해본 결과 Fig. 2과 같은 패턴이 53%로 가장 많이 발견되는 패턴이었고, 구역별 빈도 출현의 백분율을 살펴보면 DR이 42%로 가장 많았던 것으로 나타났으며 Fig. 2과 같은 패턴에 연관된 MW 구역이 21%를 차지했다. Fig.
이는 9월 26일 발표한 자료와 많은 오차를 보이는 있는데 이것은 제트류가 빠르게 남하하여 CMB와의 거리가 좁혀졌기 때문이다. 특히 천리안위성의 15분과 한 시간 간격으로 암역의 변화를 관찰한 결과 태풍의 전향시기를 보다 정확하게 판단할 수 있었다.
후속연구
따라서 암역의 위치가 32°N 이하 이면 20-23°N 이하에서 전향(태풍 콩레이와 태풍 즐라왓)하고, 암역의 위치가 35°N 이상이면 27°N 이상에서 전향(태풍 마니)하는 것으로 분석되었다. 결과적으로 태풍의 암역 및 CMB 거리를 보다 빨리 추적할 수 있다면 예보관들은 정확한 전향위치를 예측하리라 판단된다. 뿐만 아니라 암역의 움직임은 제트류의 변화에 따라 이동하고 있음을 알 수 있었고, 제트류의 변화는 Shapiro (1993)의 연구처럼 제트스트리크와 한랭 핵의 위치에 따라 움직임을 알 수 있다.
따라서 수치모델에서의 제트류 분석은 위성자료의 수증기 영상의 암역 예측이 가능하며, 또 CMB의 거리와 SA 분석에서 MW나 WR 지역에 위치하면 태풍이 전향함을 태풍의 사례에서 밝혀졌다. 따라서 암역의 변화와 SA에 의한 태풍의 전향을 위치를 보완한다면 보다 정확한 전향 위치를 예측하게 될 것이다. 예를 들어 모델 여러 개가 거의 같은 예상 경로를 제시하였을 때는 별문제 없이 수치예보를 따르면 된다.
하지만 제 각기 다른 예상 경로를 제시하였을 때, SA 방식은 예보자가 최종예보를 결정하는 의사결정에 큰 도움이 될 수 있다. 예보자가 SA 방식에 입각한 시나리오를 나름대로 갖고 있다면 이중에 가장 합당한 모델 결과를 취할 수 있을 것이다.
이 같은 패턴/구역/전이과정 개념의 SA는 태풍의 진로예보에 적절히 활용될 수 있다(Kwon and Won, 2001). 태풍이 현재 상기의 패턴/구역 중 어떠한 상황에 속해있는가에 따라 앞으로의 이동의 특성이 결정되며 차후의 이동이 정상 경로를 따르든지 이상 경로를 진행하는지 모두 이 SA 지식베이스에 속하기 때문에 예보자의입장에서 보자면 미리 가능한 시나리오를 생각할 여지를 줄 수 있을 것이다.
또 수치모델과 비교하여 종관분석장에서 제트스트리크 위치와 기압골의 발달과 소멸의 경향이 다를 때는 종관적 접근이 수치모델 결과보다 오차가 작음을 알 수 있었다. 향후 보다 쉽게 태풍의 전향위치와 시간을 예측할 수 있는 예보기술을 개선하기 위해서는 수치모델 결과의 태풍 전향위치와 수증기 영상의 CMB 거리 및 제트류의 움직임에 대해 자동적으로 중첩할 수 있는 기술을 연구해야 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태풍 진로의 예측방법은 무엇이 있는가?
현재 사용되고 있는 태풍 진로의 예측방법에는 일본과 한국기상청이 사용하고 있는 PC (Persistency and Climatology)법, 즉 태풍중심부의 과거 48시간부터 현재까지의 12시간 간격의 위·경도, 중심기압, 속도, 가속도 및 월일을 인자로 다중회귀식을 구성하여 태풍진로를 예상하는 것과, 태풍의 지난 12시간과 24시간에 있어서의 평균이동을 이용하여 회귀분석방법으로 태풍진로를 예측하는 CLIPER (Persistency and Climatology)법, 그리고 지배방정식을 이용한 역학적 대기모형인 수치모델을 이용하는 방법 등이 있다 (Korea Meteorological Administration, 2011). 수치예보는 태풍진로 예측에 대해 가장 중요한 정보를 제공하고 있지만 모델링 방법과 해양에서의 관측자료 부족으로 정확성에 제한이 있다.
태풍의 발생조건과 소나기의 발생조건의 공통점은 무엇인가?
이처럼 태풍은 인간의 생명을 위협할 뿐만 아니라 특히 경제활동에 막대한 피해를 준다. 이러한 태풍의 발생조건은 여름철 대류가 발생하여 소나기가 내리듯 열대해양에서 대류운이 발생할 수 있는 조건이 만들어 져야 한다는 것은 태풍이나 소나기 발생의 이론적 배경이 동일하다. 따라서 해수면의 온도가 26℃ 이상 이여야 하고, 해양열용량이 60 KJ cm−2 이상으로 온난 해수 층의 깊이가 충분히 존재해야 한다.
태풍 하이옌의 특징 및 이는 어떤 피해를 입혔는가?
2013년 11월 8일 필리핀의 중부인 레이테 주를 태풍 하이옌(Haiyan)이 강타했다. 관측사상 최대의 크기이며, 379 km h−1로 거칠게 휘몰아친 이 태풍은 1만 2천명의 사상자와 420만 명 이상의 이재민들이 발생했다. 이처럼 태풍은 인간의 생명을 위협할 뿐만 아니라 특히 경제활동에 막대한 피해를 준다.
참고문헌 (19)
Bannister, A.J., Boothe, M.A., Carr III, L.E., and Elsberry, R.L., 1999, Systematic approach to tropical cyclone track forecasting-application in the Southern Hemisphere. Preprints. 23rd American Meteorological Society conference on hurricane and tropical meteorology, Dallas, Texas, USA, 743-746.
Browning, K., 1995, Images in weather forecasting. Cambridge university press, Cambridge, New York, USA, 96 p.
Carr III, L.E., Elsberry, R.L., and Boothe, M.A., 1997, A condensed and updated version of the systematic approach to tropical cyclone track forecasting in the western North Pacific. Technical Report NPS-MR-98-002, Naval Postgraduate School, Monterey, CA 93943-5114, 169 p.
Cha, E.J., Shim, J.K., and Kwon, H.J., 2008, A review on the decision-making process for Extratropical transition of Typhoon from an operational forecast point of view. Journal of the Korean Earth Science Society, 29, 567-578. (in Korean)
Chan, M.Y., 1978, Satellite photograph as an aid to forecast tropical cyclone recurvature. Royal Observatory, Hong Kong Forecasters', Note No. 4, 2-15.
Choi, K.S., Kim, B.J., and Byun, H.R., 2008, Relationship between Korean Peninsula landfalling tropical cyclones and interannual climate variabilities. Journal of the Korean Earth Science Society, 29, 376-385. (in Korean)
Choi, K.S. and Kim, T.R., 2011, Development of a diagnostic index on the approach of Typhoon affecting Korean peninsula. Journal of the Korean Earth Science Society, 32, 347-359. (in Korean)
Dvorak, V.F., 1984, Tropical cyclone intensity analysis using satellite data. NOAA Technical Report NESDIS, 11, 47 p.
Dvorak, V.F. and Smigielski, F., 1993, A workbook on tropical clouds and cloud systems observed in satellite imagery: NOAA/NESDIS/NWS, II, 510 p.
Japan Meteorological Agency, 2007, Annual report on the activities of the RSMC. Tokyo Typhoon center, Japan, 24 p.
Japan Meteorological Agency, 2012, Best track graphics of Typhoon Jelawat (1217): RSMC-Tokyo Typhoon center. http://www.data.jma.go.jp/fcd/yoho/data/typhoon/T1217.png
Kim, G.L., Kim, Y.H., Lee, H.K., and Park, S.H., 2000, Trend analysis of Typhoon using of water vapor of GMS-5 satellite. Abstract of Autumnal Conference of the Korean Meteorological Society, seoul, Korea, 224-226. (in Korean)
Korea Meteorological Administration, 2011, Typhoon White Book. National Typhoon center, seoul, Korea, 14 p.
Korea Meteorological Administration, 1996, Typhoon White Book. National Typhoon center, seoul, Korea, 9 p.
Kwon, H.J. and Won, S.H., 2001, Characterstics of the tropical cyclone motions of the Northwest Pacific based on the systematic approach. Journal of the Korean Meteorological Society, 37, 89-108. (in Korean)
Lee, M.S., Sohn, S.H., Kim, D.H., and Suh, A.S., 1996, Forecasting of Typhoon motion using water vapor images. Journal of the Korean Meteorological Society, 32, 485-494. (in Korean)
Peak, J.E., Carr III, L.E., and Elsberry, R.L., 1999, Systematic approach to tropical cyclone track forecasting-3: Development of a tropical cyclone track forecasting expert system. Preprints. 23rd American Meteorological Society conference on hurricane and tropical meteorology, Dallas, TX, USA, 1057-1060.
Shapiro, M.A., 1983, Mesoscale weather systems of the central United States. In Anthes, R.A. (eds.), The national storm program: Scientific and Technological bases and Major Objectives. University corporation for atmospheric research, Boulder, USA, 3.1-3.77.
Weldon, R.B. and Holmes, S.J., 1991, Water vapor imagery, interpretation and applications to weather analysis and forecasting. NOAA technical report, NESDIS 57, 213 p.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.