본 연구에서는 조선시대 측우기(1777~1907년)와 현대적 기상장비(1908~2015년)로 측정한 강우량 자료를 종합 분석하여 서울의 장마철 강수량과 극한강수현상에 나타난 장기간 변화 양상을 밝히고자 하였다. 또한 이와 관련된 동아시아 영역의 종관 기후장에 나타난 변화 특징을 밝히고자 하였다. 약 239년 동안의 서울의 강수자료 시계열을 분석한 결과, 20세기 후반으로 올수록 장마철(6월 하순~9월 초순) 강수량이 증가하고, 경년변동성도 더 커짐을 알 수 있다. 특히 1990년대 초반부터는 장마철 중에서도 여름장마기(6월 하순~7월 중순)와 장마 휴지기(7월 하순~8월 초순)에 극한강수현상 중심의 강수량이 뚜렷하게 증가하면서 장마기의 구분이 모호해지고 있음을 알 수 있다. 이와 관련하여 변화가 뚜렷한 1990년 전후의 상층 종관기후장을 비교해 보면, 최근에는 북서태평양 주변의 해수면 온도가 상승하고 북태평양 아열대 고기압 강도가 강화되어 해양성 기단이 한반도 방향으로 더 확장하고, 유라시아 대륙 내부 몽골 지역을 중심으로 강한 고기압 편차핵이 형성되면서 고위도로부터 기류가 더 활발하게 유입되고 있음을 알 수 있다. 즉, 서로 다른 성질의 기류들이 강해지면서 이들 기류들이 만나는 북서태평양 연안 지역에 상승 기류 흐름이 활발해지면서 최근에는 서울의 장마철 강수평균 및 극한강수현상이 증가하였다고 할 수 있다.
본 연구에서는 조선시대 측우기(1777~1907년)와 현대적 기상장비(1908~2015년)로 측정한 강우량 자료를 종합 분석하여 서울의 장마철 강수량과 극한강수현상에 나타난 장기간 변화 양상을 밝히고자 하였다. 또한 이와 관련된 동아시아 영역의 종관 기후장에 나타난 변화 특징을 밝히고자 하였다. 약 239년 동안의 서울의 강수자료 시계열을 분석한 결과, 20세기 후반으로 올수록 장마철(6월 하순~9월 초순) 강수량이 증가하고, 경년변동성도 더 커짐을 알 수 있다. 특히 1990년대 초반부터는 장마철 중에서도 여름장마기(6월 하순~7월 중순)와 장마 휴지기(7월 하순~8월 초순)에 극한강수현상 중심의 강수량이 뚜렷하게 증가하면서 장마기의 구분이 모호해지고 있음을 알 수 있다. 이와 관련하여 변화가 뚜렷한 1990년 전후의 상층 종관기후장을 비교해 보면, 최근에는 북서태평양 주변의 해수면 온도가 상승하고 북태평양 아열대 고기압 강도가 강화되어 해양성 기단이 한반도 방향으로 더 확장하고, 유라시아 대륙 내부 몽골 지역을 중심으로 강한 고기압 편차핵이 형성되면서 고위도로부터 기류가 더 활발하게 유입되고 있음을 알 수 있다. 즉, 서로 다른 성질의 기류들이 강해지면서 이들 기류들이 만나는 북서태평양 연안 지역에 상승 기류 흐름이 활발해지면서 최근에는 서울의 장마철 강수평균 및 극한강수현상이 증가하였다고 할 수 있다.
In this study, long-term changes in means and extreme events of precipitation during summer rainy period called Changma (late June~early September) are examined based on rainfall data observed by Chukwooki during Joseon Dynasty (1777~1907) and by modern rain-gauge onward (1908~2015) in Seoul, Korea....
In this study, long-term changes in means and extreme events of precipitation during summer rainy period called Changma (late June~early September) are examined based on rainfall data observed by Chukwooki during Joseon Dynasty (1777~1907) and by modern rain-gauge onward (1908~2015) in Seoul, Korea. Also, characterizations of the relevant changes in synoptic climate fields in East Asia are made by the examination of the NCEP-NCAR reanalysis I data. Analyses of 239-year time series of precipitation data demonstrate that the total precipitation as well as their inter-annual variability during the entire Changma period (late June~early September) has increased in the late 20th century and onward. Notably, since the early 1990s the means and extreme events during the summer Changma period (late June~mid-July) and Changma break period (late July~early August) has significantly increased, resulting in less clear demarcations of sub-Changma periods. In this regard, comparisons of synoptic climate fields before and after the early 1990s reveal that in recent decades the subtropical high pressure has expanded in the warmer Pacific as the advection of high-latitude air masses toward East Asia was enhanced due to more active northerly wind vector around the high pressure departure core over Mongolia. Consequently, it is suggested that the enhancement of rising motions due to more active confluence of the two different air masses along the northwestern borders of the Pacific might lead to the increases of the means and extreme events of Changma precipitation in Seoul in recent decades.
In this study, long-term changes in means and extreme events of precipitation during summer rainy period called Changma (late June~early September) are examined based on rainfall data observed by Chukwooki during Joseon Dynasty (1777~1907) and by modern rain-gauge onward (1908~2015) in Seoul, Korea. Also, characterizations of the relevant changes in synoptic climate fields in East Asia are made by the examination of the NCEP-NCAR reanalysis I data. Analyses of 239-year time series of precipitation data demonstrate that the total precipitation as well as their inter-annual variability during the entire Changma period (late June~early September) has increased in the late 20th century and onward. Notably, since the early 1990s the means and extreme events during the summer Changma period (late June~mid-July) and Changma break period (late July~early August) has significantly increased, resulting in less clear demarcations of sub-Changma periods. In this regard, comparisons of synoptic climate fields before and after the early 1990s reveal that in recent decades the subtropical high pressure has expanded in the warmer Pacific as the advection of high-latitude air masses toward East Asia was enhanced due to more active northerly wind vector around the high pressure departure core over Mongolia. Consequently, it is suggested that the enhancement of rising motions due to more active confluence of the two different air masses along the northwestern borders of the Pacific might lead to the increases of the means and extreme events of Changma precipitation in Seoul in recent decades.
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문제 정의
본 연구의 목적은 지난 239년 간(1777~2015) 서울의 조선시대 측우기 및 20세기 초반 이후 현대적 기상관측기기에서 측정한 일강수량 자료를 종합적으로 분석하여 장기간 관점에서 조선 중기 이후 우리나라 중부지방의 여름철 계절 내(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기, 장마기간 전체) 강수량 및 호우사상의 변화 특징을 밝히는 것이다. 또한, 본 연구에서는 이러한 장기간 시계열에 나타난 변화 시점 전후의 상층 종관기후장에 나타난 변화 특징을 밝히고자 하였다.
본 연구에서는 지난 239년(1777~2015년) 동안의 측우기 자료와 현대 강수량 관측기기 일강수량 자료를 분석하여 서울의 장마철 전체 및 세부 시기별(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기)의 강수량 및 극한 강수현상의 변동 및 변화 특징을 분석하였다. 또한, NCEP-NCAR reanalysis I 자료를 바탕으로 20세기 후반에 나타난 이례적인 장마철 강수 변화와 관련하여 변화시점 전후 종관장의 변화 특성을 밝혔다.
본 연구의 목적은 지난 239년 간(1777~2015) 서울의 조선시대 측우기 및 20세기 초반 이후 현대적 기상관측기기에서 측정한 일강수량 자료를 종합적으로 분석하여 장기간 관점에서 조선 중기 이후 우리나라 중부지방의 여름철 계절 내(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기, 장마기간 전체) 강수량 및 호우사상의 변화 특징을 밝히는 것이다. 또한, 본 연구에서는 이러한 장기간 시계열에 나타난 변화 시점 전후의 상층 종관기후장에 나타난 변화 특징을 밝히고자 하였다.
이러한 연구결과들은 전 세계적으로 드문 측우기 기반 장기간 강우량 자료와 현대 관측 자료를 종합적으로 분석하여 최근 서울을 포함한 우리나라 장마철 강수량의 변화가 이례적임을 밝힌 것으로 현재 동아시아 몬순지역에서 여름철 강수현상에 나타나고 있는 기후변화에 대비하기 위해 개선된 수자원 관리 대책 마련에 기초 근거로서 활용이 가능할 것으로 사료된다. 특히 본 연구에서는 상층 종관 분석에서 북태평양 고기압의 확장과 고위도 지역의 찬 기류의 이동 강화 패턴이 서울을 포함한 우리나라 지역의 장마철 강수를 증가시키는데 영향을 미치고 있음이 새롭게 제시되었다. 향후 연구에서는 이와 관련하여 고위도찬 기류의 이류 관련 유라시아 대륙 내부에 형성되는 기압장 변화에 영향을 미칠 것으로 예상되는 요인들(예.
제안 방법
, 2007). 따라서 본 연구에서는 이러한 극한강수집중 효과의 영향을 배제하기 위해 다중일 누적강수량을 바탕으로 95퍼센타일을 산정한 후 누적강수량을 산출한 후 다시 일단위로 보정하기 위해 전체 누적일 수로 나눈 값을 사용하였다. 상대적 임계치 산정치 표준 연도는 겨울철 일자료까지 불확실성이 거의 없는 현대적 관측기기에 의해 관측한 최근 100년(1911~2010년) 자료로 하였다.
또한 변화시점 전후의 강수현상의 강약에 영향을 주는 열역학적 상하층 간 연직 흐름의 변화를 살펴보기 위해 500hPa 오메가(omega, ω) 값을 분석하였다.
본 연구에서는 지난 239년(1777~2015년) 동안의 측우기 자료와 현대 강수량 관측기기 일강수량 자료를 분석하여 서울의 장마철 전체 및 세부 시기별(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기)의 강수량 및 극한 강수현상의 변동 및 변화 특징을 분석하였다. 또한, NCEP-NCAR reanalysis I 자료를 바탕으로 20세기 후반에 나타난 이례적인 장마철 강수 변화와 관련하여 변화시점 전후 종관장의 변화 특성을 밝혔다. 주요 연구 결과를 요약하면 다음과 같다.
오메가(ω)값이 양(+)일 때에는 반대 경향이 나타나면서 하강기류에 의해 강수현상이 둔화되는 경향을 보인다. 마지막으로 장마철 평균대류권 상층의 제트 기류의 위치 변화를 살펴보기 위해 Frauenfeld and Davis(2003)의 연구 결과를 바탕으로 300hPa장의 9360m 지오포텐셜 고도의 위도 상 위치를 비교하였다. 부가적으로 대기 중 수증기 공급에 영향을 미치는 해양의 역할을 살펴보기 위해 NOAA OISST V2 자료를 바탕으로 서태평양의 해수면 온도(sea surface temperature, SST) 변화를 살펴보았다.
본 연구에서는 장마철 기간(6월 하순~9월 초순)을 크게 여름장마기(6월 하순~7월 중순), 장마휴지기(7월 하순~8월 중순), 늦장마기(8월 하순~9월 초순)로 구분하여 지난 239년 간(1777~2015년)의 강수량과 극한강수현상의 시계열 자료를 구축하였다. 장마철 세부 기간은 연구기간 전체 자료를 일별로 평균한 후 이 일별 시계열에서 강수변화가 뚜렷한 시점을 찾아 6월 22일~7월 18일을 여름장마기, 7월 19일~8월 10일을 장마휴지기, 8월 11일~9월 14일은 늦장마기로 구분하였다.
마지막으로 장마철 평균대류권 상층의 제트 기류의 위치 변화를 살펴보기 위해 Frauenfeld and Davis(2003)의 연구 결과를 바탕으로 300hPa장의 9360m 지오포텐셜 고도의 위도 상 위치를 비교하였다. 부가적으로 대기 중 수증기 공급에 영향을 미치는 해양의 역할을 살펴보기 위해 NOAA OISST V2 자료를 바탕으로 서태평양의 해수면 온도(sea surface temperature, SST) 변화를 살펴보았다.
, 1996)를 사용하였는데, 이 자료는 1948년부터 자료가 가용하나 상층 관측의 수가 적은 1957년 이전 자료는 다소 불확실성이 크다고 판단되어 1958년 이후의 자료만 분석에 포함시켰다. 우선 강수현상의 강화와 관련하여 대류권 하층 수증기 이류(advection) 현상에 나타난 변화 양상을 살펴보기 위해 변화시점 전후의 장마철 세부 시기별 장기간 평균적인 850hPa 바람의 동서성분(u-wind)과 남북성분(v-wind)의 편차를 합성한 바람벡터(wind vector) 그리고 비습(specific humidity)과 가강수량(precipitable water)의 편차 분포를 살펴보았다. 이후 대류권 평균적인 대기 상태의 변화를 변화시점 전후의 장기간 평균적인 장마철 세부 시기별 500hPa의 기온 및 지오포텐셜 고도를 분석하였다.
주척의 측정 단위인 척(尺), 치(寸), 푼(分)은 오늘날의 단위로 환산하면 각각 약 200㎜, 20㎜, 2㎜에 해당한다. 이와 더불어 일제강점기 이후부터 오늘날(1908~2015년) 서울특별시 종로구 송월동에서 현대적 관측기기로 관측한 24시간(0~24시) 일별 누적 강수량 자료를 분석하였다. 시계열 자료 구축 시 측우기 기반 강우량 최소 관측 단위는 1푼(약 2㎜)이므로 0.
우선 강수현상의 강화와 관련하여 대류권 하층 수증기 이류(advection) 현상에 나타난 변화 양상을 살펴보기 위해 변화시점 전후의 장마철 세부 시기별 장기간 평균적인 850hPa 바람의 동서성분(u-wind)과 남북성분(v-wind)의 편차를 합성한 바람벡터(wind vector) 그리고 비습(specific humidity)과 가강수량(precipitable water)의 편차 분포를 살펴보았다. 이후 대류권 평균적인 대기 상태의 변화를 변화시점 전후의 장기간 평균적인 장마철 세부 시기별 500hPa의 기온 및 지오포텐셜 고도를 분석하였다. 또한 변화시점 전후의 강수현상의 강약에 영향을 주는 열역학적 상하층 간 연직 흐름의 변화를 살펴보기 위해 500hPa 오메가(omega, ω) 값을 분석하였다.
이후 이와 같이 결정된 변화시점을 중심으로 장마철 전체 및 세부 시기별(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기)의 동아시아 영역(80~180°E, 20~70° N)의 상층 종관장 자료를 분석하였다.
본 연구에서는 장마철 기간(6월 하순~9월 초순)을 크게 여름장마기(6월 하순~7월 중순), 장마휴지기(7월 하순~8월 중순), 늦장마기(8월 하순~9월 초순)로 구분하여 지난 239년 간(1777~2015년)의 강수량과 극한강수현상의 시계열 자료를 구축하였다. 장마철 세부 기간은 연구기간 전체 자료를 일별로 평균한 후 이 일별 시계열에서 강수변화가 뚜렷한 시점을 찾아 6월 22일~7월 18일을 여름장마기, 7월 19일~8월 10일을 장마휴지기, 8월 11일~9월 14일은 늦장마기로 구분하였다. 이러한 구분은 대체로 기존 연구들 (예.
측우기 자료에는 초봄과 늦가을의 강설 기록은 누락되어 있으므로(정현숙·임규호, 1994), 본 연구에서는 이러한 영향이 거의 없는 6~9월의 강수량만을 분석하였다.
한편, 전체 연구기간(1777~2015년) 중 서울 장마철(6월 하순~9월 초순) 강수량 평균과 극한강수현상이 모두 높게 나타난 시점을 찾아서 전후 장기간 평균 종관장을 비교 분석하였다. 장마철 강수량과 극한 강수현상이 장기간 평년에 비해 많으면서 증가 규모가 가장 큰 20세기 후반의 변화시점을 정하기 위해 1970년대 이후의 매년 기준 장마철 전체 및 세부 시기별 강수량을 두 개의 그룹으로 나눈 뒤 기존 연구들에서 널리 사용되었던 Mann Whitney U 검정을 실시하여 통계적 유의성의 평균값이 가장 높은 연도를 추출하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 과거 239년간(1777~2015년) 서울에서 6~9월 동안 관측된 조선시대 영조이후 측우기 기반 관측망 자료(1777~1907년)와 현대적인 기상관측망 강수량 자료(1908~2015년)를 종합적으로 분석하였다. 영조 시대 이후부터 일제강점기 이전까지 강우량 자료는 왕이 주로 머물던 창덕궁과 일부 경희궁에 설치된 높이 1척 5촌(약 30㎝), 지름 7촌(약 14㎝) 철제 원통으로 된 측우기에서 관측한 강우량 자료이다(Figure 1a).
분석에 사용한 측우기 자료는 서울대학교 대기과학전공에서 영조 이후 기록을 디지털화한 일별 강우량 자료이다. 측우기 자료에는 초봄과 늦가을의 강설 기록은 누락되어 있으므로(정현숙·임규호, 1994), 본 연구에서는 이러한 영향이 거의 없는 6~9월의 강수량만을 분석하였다.
따라서 본 연구에서는 이러한 극한강수집중 효과의 영향을 배제하기 위해 다중일 누적강수량을 바탕으로 95퍼센타일을 산정한 후 누적강수량을 산출한 후 다시 일단위로 보정하기 위해 전체 누적일 수로 나눈 값을 사용하였다. 상대적 임계치 산정치 표준 연도는 겨울철 일자료까지 불확실성이 거의 없는 현대적 관측기기에 의해 관측한 최근 100년(1911~2010년) 자료로 하였다. 장마철 강수량과 극한강수현상의 변화율을 정량화하기 위해 시계열 자료에 나타난 일차추세선의 기울기 값을‘㎜/10년’ 또는 ‘일/10년’ 단위로 환산하였다.
본 연구에서는 과거 239년간(1777~2015년) 서울에서 6~9월 동안 관측된 조선시대 영조이후 측우기 기반 관측망 자료(1777~1907년)와 현대적인 기상관측망 강수량 자료(1908~2015년)를 종합적으로 분석하였다. 영조 시대 이후부터 일제강점기 이전까지 강우량 자료는 왕이 주로 머물던 창덕궁과 일부 경희궁에 설치된 높이 1척 5촌(약 30㎝), 지름 7촌(약 14㎝) 철제 원통으로 된 측우기에서 관측한 강우량 자료이다(Figure 1a). 승정원일기에서 발견되는 영조시대 첫 관측기록에서도 볼 수 있듯이(Figure 1b), 측우기 자료는 연속된 각각의 강우현상에 관하여 주척(周尺)으로 측정한 누적 강수량과 강수의 시작 및 종료 시각을 기록하고 있다.
이후 19세기 후반까지 20여개로 관측지점이 늘었는데, 이 중 관측의 누락이 거의 없이 오늘날 확인할 수 있는 측우기 관측 기록은 에 남아 있는 18세기 후반 영조 이후 왕이 머물던 왕궁에서 관측한 서울 지점 자료이다.
이후 이와 같이 결정된 변화시점을 중심으로 장마철 전체 및 세부 시기별(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기)의 동아시아 영역(80~180°E, 20~70° N)의 상층 종관장 자료를 분석하였다. 종관분석에는 NCEP-NCAR reanalysis I 자료(Kalnay et al., 1996)를 사용하였는데, 이 자료는 1948년부터 자료가 가용하나 상층 관측의 수가 적은 1957년 이전 자료는 다소 불확실성이 크다고 판단되어 1958년 이후의 자료만 분석에 포함시켰다. 우선 강수현상의 강화와 관련하여 대류권 하층 수증기 이류(advection) 현상에 나타난 변화 양상을 살펴보기 위해 변화시점 전후의 장마철 세부 시기별 장기간 평균적인 850hPa 바람의 동서성분(u-wind)과 남북성분(v-wind)의 편차를 합성한 바람벡터(wind vector) 그리고 비습(specific humidity)과 가강수량(precipitable water)의 편차 분포를 살펴보았다.
데이터처리
이때 이러한 일차 추세선 기울기 값에 대하여 비모수검정법인 Kendall’s tau 검정을 하여, p-value가 0.05 이하인 경우(95% 이상의 통계적 유의성) 해당 변화추세가 통계적으로 유의미한 것으로 간주하였다.
한편, 전체 연구기간(1777~2015년) 중 서울 장마철(6월 하순~9월 초순) 강수량 평균과 극한강수현상이 모두 높게 나타난 시점을 찾아서 전후 장기간 평균 종관장을 비교 분석하였다. 장마철 강수량과 극한 강수현상이 장기간 평년에 비해 많으면서 증가 규모가 가장 큰 20세기 후반의 변화시점을 정하기 위해 1970년대 이후의 매년 기준 장마철 전체 및 세부 시기별 강수량을 두 개의 그룹으로 나눈 뒤 기존 연구들에서 널리 사용되었던 Mann Whitney U 검정을 실시하여 통계적 유의성의 평균값이 가장 높은 연도를 추출하였다. 이후 이와 같이 결정된 변화시점을 중심으로 장마철 전체 및 세부 시기별(여름장마기, 장마휴지기, 늦장마기)의 동아시아 영역(80~180°E, 20~70° N)의 상층 종관장 자료를 분석하였다.
성능/효과
이와 관련하여 1990년 전후 동아시아 영역의 상층 종관장을 비교 분석해 보면 최근 장마철에는 몽골지역에 고기압 편차핵이 강하게 형성되면서 제트기류가 북상하여 북태평양 아열대 기단이 동아시아 영역으로 확장 발달하고, 고위도에서 동아시아 지역으로 유입하는 찬 기류의 흐름이 강화되었음을 알 수 있다. 그 결과 고온다습한 북태평양 아열대 기단과 고위도의 찬 기류가 최근에 더 강하게 만나 상승 기류가 활발해지는 대기 불안정 구역이 중국남부에서 우리나라에 걸쳐 형성되면서 서울의 장마철 강수량도 증가하였음을 알 수 있다.
반면, 장마휴지기 강수량은 1920년대 이후로 증가폭이 점차 증가하다가 1990년대 중반부터 2000년대 중반에 가장 큰 값을 보인다. 그 결과 장마휴지기 강수량 최곳값(1003.9㎜)은 영향 태풍이 없었지만 집중호우에 의해 1998년에 기록되었고, 장기간 평균 대비 +4.0 표준편차 이상의 5년 이동 평균 장마휴지기 강수량 최곳값(577.1㎜)도 1998~2002년 기간에 나타났다. 늦장마기 강수량의 경우에는 강수량 극값이 대체로 2000년대 초반과 2010년대에 나타났는데, 그 규모는 여름장마기와 장마휴지기에 비해 상대적으로 작음을 알 수 있다.
그러나 장마철 세부 기간별로 강수강도의 변화를 살펴보면 시기별로 경년변동의 폭과 극값의 발생시기는 모두 상이함을 알 수 있다(Figures 4b-d). 대체로 늦장마기에 비해 여름장마기와 장마휴지기의 강수강도는 경년변동의 폭이 상대적으로 커서 특정연도의 강수강도는 장기간 평균에 비해 이례적으로 높게 나타났다. 여름장마기 5년 이동 평균 강수강도 시계열을 살펴보면 장기간 평균값(25.
둘째, 연구기간 동안 서울의 장마철 강수일 발생빈도에는 큰 변화가 없었으나, 20세기 동안이 강수량이 뚜렷하게 증가함에 따라 강수강도도 증가하였음을 알 수 있다. 특히, 장마철 강수량과 유사하게 95퍼센타일 이상 누적 강수량이 증가하였는데 이는 20세기 후반의 서울의 강수 증가는 주로 극한강수현상에 의해 나타난 것임을 가리킨다.
1㎜로 장기간 평균의 2배에 달하였다. 또한, 19세기 후반 이후 약 30여년 동안의 늦장마기의 강수량은 여름장마기 또는 장마휴지기의 강수량 감소폭과 비교하여 더 뚜렷하게 감소하였다. 이는 19세기 후반 장마철에 소우기가 나타난 것은 장마철 세부 시기 중 주로 늦장마기의 강수가 감소한 것과 밀접한 관련성이 있음을 가리킨다.
셋째, 장마철 강수가 증가한 20세기 후반의 변화시점을 분석한 결과 1990년을 기점으로 여름장마기와 장휴지마기를 중심으로 한 서울의 장마철 강수량 증가현상이 가장 뚜렷하게 발생하였음을 알 수 있다. 이와 관련하여 1990년 전후 동아시아 영역의 상층 종관장을 비교 분석해 보면 최근 장마철에는 몽골지역에 고기압 편차핵이 강하게 형성되면서 제트기류가 북상하여 북태평양 아열대 기단이 동아시아 영역으로 확장 발달하고, 고위도에서 동아시아 지역으로 유입하는 찬 기류의 흐름이 강화되었음을 알 수 있다.
이와 같이 뚜렷한 장기간 증감 패턴을 보이지 않던 장마철 세부 시기별 강수량은 모두 20세기에는 후반으로 올수록 점차 경년변동성이 커지면서 강수량도 통계적으로 유의미하게 증가하는 경향이 관찰된다 (Figures 2b-d). 시기별로 비교해보면, 늦장마기 보다는 여름장마기와 장마휴지기를 중심으로 20세기 후반의 강수 증가 경향이 더 뚜렷하게 나타났다. 그러나 각 장마철에 강수량이 가장 많이 증가한 시점은 세부 시기별로 다르게 나타났다.
7㎜ 순으로 나타났고, 5년 이동평균 최곳 값은 1986~1990년 기간에 기록되었다. 이러한 결과들은 전체 239년 연구기간 중 대체로 1980년대 중반 이후에 서울의 장마철 극한강수현상의 규모가 뚜렷하게 증가하였음을 가리킨다.
장마철 850hPa 가강수량(precipitable water)도 1990년대 이후에 북서태평양 연안을 따라 양(+)의 편차를 보였다(미제시). 이러한 결과들을 종합하면, 1990년대 이후 서로 다른 성질의 기류들이 북서태평양 연안을 따라 유입됨으로써 우리나라를 포함한 동아시아 지역의 대기 불안정도가 상승하면서 서울의 장마철 강수가 증가하게 되었음을 알 수 있다.
즉 다른 시기에 비해 여름장마기에 고위도의 찬 기류와 중위도의 상대적으로 고온다습한 기단이 더욱 강하게 만나 북서태평양안 연안 지역을 따라 대기가 불안정해지면서 상승기류의 흐름도 더 강하게 나타났음을 알 수 있다. 이러한 종관 패턴은 장마휴지기에도 나타났으나 상층 제트 기류의 북상정도가 여름장마기에 비해서 덜하고, 여름장마기에 베링 해 남부에 자리 잡았던 고기압 편차핵이 북극의 뷰포트 해로 북상함에 따라 몽골지역에 발달한 고기압 편차핵의 중심값도 상대적으로 작아 고위도에서 저위도로 이동하는 찬 기류의 강도도 상대적으로 약화되었다. 이에 따라 동아시아에서 오메가가 음(-)의 값을 보여 상승 흐름이 나타나는 범위도 한반도, 황해, 일본 남쪽 해상 정도로 다소 축소되었음을 알 수 있다.
9㎜/일)에 비하여 1925년 전후, 1970년 전후, 2000년 전후에 높게 나타났는데, 20세기 후반으로 갈수록 점차 더 높게 나타났다. 이와 같이 여름철 개별 시기별로는 강수강도의 극값을 나타내는 시기와 변화 추세가 상이하지만, 이를 종합한 장마철 전체의 강수강도는 20세기 초반에서 21세기 초로 갈수록 더 증가하는 추세를 보였다. 특히 1995~2004년 동안의 서울의 장마철 평균 강수강도는 36.
장마철 세부 시기별로 나누어 종관장을 살펴보면, 장마철 강수발생에 유리한 종관상태는 장마 세부 시기 중에서 여름장마기에 가장 뚜렷하게 나타났고, 장마휴지기와 늦장마기로 갈수록 다소 약해지는 차이를 보였다(Figures 7b-d). 장마철 세부기간 중 여름장마기에서는 1990년대 이전과 비교하여 그 이후에는 500hPa 기압면 몽골 지역에 자리 잡은 고기압 편차핵을 중심으로 최대 지오포텐셜 고도가 50m 이상 높게 나타나면서 극동지역에서 동아시아 지역으로 이동하는 찬 기류도 강하게 나타났다.
장마철 세부 시기별로 나누어 종관장을 살펴보면, 장마철 강수발생에 유리한 종관상태는 장마 세부 시기 중에서 여름장마기에 가장 뚜렷하게 나타났고, 장마휴지기와 늦장마기로 갈수록 다소 약해지는 차이를 보였다(Figures 7b-d). 장마철 세부기간 중 여름장마기에서는 1990년대 이전과 비교하여 그 이후에는 500hPa 기압면 몽골 지역에 자리 잡은 고기압 편차핵을 중심으로 최대 지오포텐셜 고도가 50m 이상 높게 나타나면서 극동지역에서 동아시아 지역으로 이동하는 찬 기류도 강하게 나타났다. 또한, 몽골 지역에 나타난 고기압의 편차핵 북쪽에 위치한 장마철 제트기류도 동아시아 영역에 해당하는 경도 80~140°E 지역을 중심으로 다른 장마철 시기에 비하여 더 북상하였다.
그러나 20세기에 접어들면서 장마철 강수일 발생빈도에는 그 이전과 비교하여 큰 변화가 없었으나 최근으로 올수록 강수량은 증가하여 강수강도도 증가하는 패턴을 보였다. 전체 연구기간 동안(1777~2015년) 평균적으로 장마철 강수강도는 25.0㎜/일 정도이지만 5년 이동 평균 시계열 자료에 따르면 1920년, 1970년, 2000년 전후의 강수강도는 이러한 장기간 평균값에 비해 뚜렷하게 높게 나타났다. 그러나 장마철 세부 기간별로 강수강도의 변화를 살펴보면 시기별로 경년변동의 폭과 극값의 발생시기는 모두 상이함을 알 수 있다(Figures 4b-d).
전체 연구기간 중 20세기 후반 서울의 장마철 강수현상이 뚜렷하게 증가한 정확한 시점을 찾기 위해 1970년대 이후 매해를 기준으로 전후 시기로 나눈 자료들을 대상으로 Mann Whitney U 검정을 수행한 결과 각 시기별로 통계적 유의성이 높은 시기는 상이하게 나타났다(Figure 6). 장마철 강수량은 1970년부터 2002년까지 모두 매해 기준 전후 시기의 강수량의 변화에 관한 Mann Whitney U 검정의 p-value는 0.
한편, 대기 연직 흐름을 나타내는 오메가(ω)도 한반도와 중국 양쯔강 이남 지역을 따라 다른 시기에 비해 절대값이 더 큰 음(-)의 상태를 나타냈다. 즉 다른 시기에 비해 여름장마기에 고위도의 찬 기류와 중위도의 상대적으로 고온다습한 기단이 더욱 강하게 만나 북서태평양안 연안 지역을 따라 대기가 불안정해지면서 상승기류의 흐름도 더 강하게 나타났음을 알 수 있다. 이러한 종관 패턴은 장마휴지기에도 나타났으나 상층 제트 기류의 북상정도가 여름장마기에 비해서 덜하고, 여름장마기에 베링 해 남부에 자리 잡았던 고기압 편차핵이 북극의 뷰포트 해로 북상함에 따라 몽골지역에 발달한 고기압 편차핵의 중심값도 상대적으로 작아 고위도에서 저위도로 이동하는 찬 기류의 강도도 상대적으로 약화되었다.
첫째, 서울의 장마철 강수량은 18세기 중엽에서 19세기 중반까지는 십년변동에 의해 가뭄과 호우가 발생한 시기가 반복적으로 나타나다가 19세기 후반에는 늦장마기의 강수 감소현상에 의해서 소우기가 나타났다. 그러나 20세기에 접어들면서 십년변동폭이 점차 증가하면서 20세기 후반 이후에 강수량이 뚜렷하게 증가한 기간이 나타나 전체적으로는 서울의 장마철 강수가 증가하는 추세를 보였다.
후속연구
특히, 장마철 강수량과 유사하게 95퍼센타일 이상 누적 강수량이 증가하였는데 이는 20세기 후반의 서울의 강수 증가는 주로 극한강수현상에 의해 나타난 것임을 가리킨다. 이러한 결과는 기후변화에 따라 점점 더 강해지고 있는 극한강수 중심의 호우피해에 대비하기 위해서는 상향 조정된 호우 기준을 바탕으로 한 장마철 방재 대책 마련이 필요함을 가리킨다.
이러한 연구결과들은 전 세계적으로 드문 측우기 기반 장기간 강우량 자료와 현대 관측 자료를 종합적으로 분석하여 최근 서울을 포함한 우리나라 장마철 강수량의 변화가 이례적임을 밝힌 것으로 현재 동아시아 몬순지역에서 여름철 강수현상에 나타나고 있는 기후변화에 대비하기 위해 개선된 수자원 관리 대책 마련에 기초 근거로서 활용이 가능할 것으로 사료된다. 특히 본 연구에서는 상층 종관 분석에서 북태평양 고기압의 확장과 고위도 지역의 찬 기류의 이동 강화 패턴이 서울을 포함한 우리나라 지역의 장마철 강수를 증가시키는데 영향을 미치고 있음이 새롭게 제시되었다.
특히 본 연구에서는 상층 종관 분석에서 북태평양 고기압의 확장과 고위도 지역의 찬 기류의 이동 강화 패턴이 서울을 포함한 우리나라 지역의 장마철 강수를 증가시키는데 영향을 미치고 있음이 새롭게 제시되었다. 향후 연구에서는 이와 관련하여 고위도찬 기류의 이류 관련 유라시아 대륙 내부에 형성되는 기압장 변화에 영향을 미칠 것으로 예상되는 요인들(예. 봄철 눈피복의 감소, 북극해빙의 감소 등)과 북태평양 고기압의 경년변동성에 영향을 미치는 요인 들(예. ENSO, 인도양 warm pool 현상 등)을 종합적으로 고려하여 장기간의 기후변화 전망뿐만 아니라 단기 계절 강수 변동성 예측력도 향상할 수 있는 지수를 개발할 필요성이 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 연강수량은 언제 집중되어 있는가?
우리나라 연강수량의 대부분은 여름에 집중되어 나타나고 특히 장마철 장마전선이 한반도에 수일 간격으로 불규칙하게 정체할 때 집중호우 형태로 큰 피해를 가져온다(이병설, 1983). 이러한 장마철 집중호우 현상은 장기간 역사적으로도 매해 여름철에 반복적으로 나타나는 전형적인 계절기후현상이다.
우리나라 실제 강수량에 관한 정보를 알 수 있게 된 것은 언제부터인가?
우리나라에서 실제 강수량에 관한 정보를 알 수 있게 된 것은 조선시대 세종 23년(1441년) 호조(戶曹)를 중심으로 측우기를 고안하면서 부터이다. <세종실록(世宗實錄)>에 따르면 조선의 측우기 기반 우량 측정 제도는 1442년 5월에 확립되었고, 전국 팔도와 군현을 중심으로 14개 지점에 강우 관측망이 구축되었다.
고대와 중세 시대에도 장마철 집중호우 현상이 있었다는 기록은 어디에서 알 수 있는가?
이러한 장마철 집중호우 현상은 장기간 역사적으로도 매해 여름철에 반복적으로 나타나는 전형적인 계절기후현상이다. 한반도 고대와 중세 시대의 역사를 기록한 <삼국사기(三國史記)>와 <고려사(高麗史)> 오행지 등에서도 장마철에 나타난 홍수(大水)와 가뭄(大旱) 등의 극한강수 기록을 다수 찾아볼 수 있다(기상청, 2014). 삼국시대(김연옥, 1983; 1992; 박창용·이혜은, 2007; 윤순옥·황상일, 2009)와 고려시대(김연옥, 1984a; 1992;윤순옥·황상일, 2010)의 강수를 분석한 연구결과들에 따르면, 각 왕조말로 갈수록 가뭄과 홍수 등의 극한강수현상이 많이 발생하였음을 짐작할 수 있다.
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