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문제 정의
- 본 실험에서는 기상-해양 접합모델을 통해 단기간의 대기-해양 상호작용의 효과가 집중호우에 미치는 영향을 분석하였다. 그러나 본 연구의 한계점으로써 본 단일사례만으로는 대기-해양 상호작용이 고려된 CPL실험이 우수하다고 단정할 수 없다.
- 본 연구에서는 KIEPS의 기상-해양 접합 모델을 사용하여 강한 강수로 인해 이재민 및 재산상의 피해가 발생한 2018년 8월 28일 중부지방 집중호우사례에 대해 수치실험을 수행하였으며, 수치모델 결과를 분석하여 대기-해양 상호작용 효과가 강수에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
제안 방법
- 850 hPa에서 상당온위 또한 높게 나타났으며 해수면온도의 증가추세와 유사한 경향을 보였다. CPL실험의 해수면온도가 낮은 지역은 북쪽으로부터 찬 공기의 남하로 해수면온도의 냉각효과가 발생하였고, 냉각된 해수면온도는 다시 하층 대기를 냉각시켜 CTL실험과 비교하여 대기가 더욱 안정하도록 작용하였다. CPL실험의 해수면온도가 높은 지역은 온난한 공기가 북상하여 해수면온도를 지속적으로 가열하였고, 가열된 해수면온도는 다시 하층대기를 가열하여 불안정하도록 작용하였다.
- CPL실험의 해수면온도가 낮은 지역은 북쪽으로부터 찬 공기의 남하로 해수면온도의 냉각효과가 발생하였고, 냉각된 해수면온도는 다시 하층 대기를 냉각시켜 CTL실험과 비교하여 대기가 더욱 안정하도록 작용하였다. CPL실험의 해수면온도가 높은 지역은 온난한 공기가 북상하여 해수면온도를 지속적으로 가열하였고, 가열된 해수면온도는 다시 하층대기를 가열하여 불안정하도록 작용하였다. 결과적으로 대기-해양 상호작용의 효과가 고려되는 CPL실험에서 기상과 해양의 되먹임 작용을 통해 하층의 상승구역을 변화시켰고, 그 결과 CPL실험에서 모의된 강수가 관측자료와 유사하게 나타났다.
- 또한, 하층 수렴장을 통해 각 실험 별로 불안정한 지역에 하층 수렴대가 발생하였으며 그 차이는 CPL과 CTL실험간의 강수 공간분포차이와 유사하게 나타났다. 두 지역간의 발생되는 수렴대와 안정도 차이의 원인 분석하기 위해 해수면온도와 850 hPa에서 상당온위 시계열의 차이를 분석하였다. CTL실험에 대해 CPL실험이 안정한 대기를 나타내는 지역은 해수면온도가 냉각된 상태였으며, 850 hPa에서 상당온위 차이도 음의 값을 나타냈다.
- 따라서 다양한 지구시스템 모델간의 데이터 교환을 자유로이 할 수 있도록 통합 기상-해양예보 프레임워크(KFMS: Kesti Flexible Modeling System)를 (주)환경과학기술에서 개발하였다. KFMS는 파일기반의 오프라인 교환방식이 아닌 메모리를 통한 온라인 교환방식으로 데이터 교환속도가 파일기반 교환방식에 비해 빠르며, 정의된 KFMS개발표준에 의해 일반 수치모델 사용자도 쉽게 결합할 수 있도록 개발되었다.
- 그 결과 지역B에서는 CPL실험에서 모의된 하층대기의 상당온위가 CTL실험과 비교하여 높게 나타나고, 해수면온도와 상당온위가 증가하는 추세를 보인다. 따라서, CPL실험에서 고려되는 대기-해양 상호작용의 효과를 통해 지역A와 B에서 대기와 해양간 되먹임 작용이 해수면온도와 하층대기의 기온에 냉각과 가열 작용을 하였으며, 변화된 기온과 해수면온도는 하층대기의 열적 불안정도와 운동량을 변화시키는 작용을 하였다.
- 또한, 연직대기의 열적 불안정도를 판단하기 위해 CPL과 CTL실험의 상당온위를 위도 38°N-40°N (지역A)과 35oN-38oN (지역 B)을 경도 123°E-128°E지역까지 지역평균을 한 후 연직적으로 차이를 나타내었다(Fig. 1와 Fig. 9).
- 기상-해양 접합모델을 이용하여 대기-해양 상호작용의 영향을 분석하기 위해 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 중부지방에 발생했던 집중호우 사례를 모의하였다. 모델 실험은 총 2가지로, 단일 WRF만을 이용하여 초기 해수면온도만을 처방한 실험(이하 CTL), WRF와 ROMS를 접합한 실험(이하 CPL)으로 구성된다. 모델의 적분기간은 2018년 8월 27일 12UTC부터 2018년 8월 31일 12UTC까지 총 96시간이며, 모델의 Spin-up시간을 고려하여 앞선 12시간은 분석에 제외하였다.
- 본 연구에서는 2018년 8월 28~30일 서울·경기도에 많은 양의 강수가 내린 사례를 통해 대기-해양 접합모델을 사용하여 단기간 집중호우에 대한 대기-해양 상호작용 영향을 분석하였다.
- 사례기간에 발생한 전선형태의 강수를 분석하기 위해 기온과 수증기량을 동시에 포함하고 있는 상당온위를 분석에 이용하였다. 사례기간의 ERA재분석 자료와 CPL 및 CTL실험에서 925 hPa와 850 hPa 상당온위와 바람벡터를 보면, 만주지방의 저온의 건조한 공기가 서해 중부와 한반도로 유입되며, 고온의 습한 공기는 남서풍계열의 하층제트를 따라 한반도로 유입되었다(Fig.
- 상당온위는 기온과 수증기 변화 및 공기의 불안정도를 잘 나타내는 기상 요소로서 이러한 상당온위의 분석을 통해 CTL과 CPL 실험의 기온과 수증기 변화, 그리고 그에 따른 강수 영역에 대한 공기 안정도 차이를 파악하였다. Fig.
- 사례기간 동안 CTL실험에서 모의된 강수는 지상관측 및 TMPA강수자료보다 고위도로 치우친 형태로 모의되었고, CPL실험에서는 CTL실험과 비교하여 강수대가 남하한 형태로써 상대적으로 관측에 유사하게 모의되었다. 실험간 강수대의 차이가 발생하는 원인을 파악하기 위해 하층수렴 및 상당온위를 이용한 분석을 하였다. ERA재분석자료와 비교하면, 위도 38°N보다 높은 지역은 CPL및 CTL실험에서 하층대기의 상당온위가 온난하게 모의되었다.
- 8과 같이 CPL실험의 경우 CTL실험과 비교하여 강수가 많은 영역에서는 하층대기에서 상당온위가 높고 상대적으로 불안정한 상태이며, 강수가 적은 영역에서는 하층대기의 상당온위가 낮고 상대적으로 안정한 상태로 나타났다. 이와 같은 상당온위 차이의 발생 원인을 파악하기 위해 CPL과 CTL실험에서의 지역A와 지역B에 대한 해수면온도, 850 hPa 상당온위의 시계열 자료를 비교분석 하였다. CTL실험과 비교하여, CPL실험에서 모의된 해수면온도는 지역 A에서 낮게 모의되었고, 지역 B에서는 높게 모의되었다(Figs.
- 결과적으로 대기-해양 상호작용의 효과가 고려되는 CPL실험에서 기상과 해양의 되먹임 작용을 통해 하층의 상승구역을 변화시켰고, 그 결과 CPL실험에서 모의된 강수가 관측자료와 유사하게 나타났다. 즉, CPL실험에서 단기간의 대기-해양 상호작용이 전선형 강수대를 CTL실험과 비교하여 더 관측에 가깝게 모의 하였다.
- 이 이유에 대해서는 바닥의 에너지가 하층대기까지 올라오는데 걸리는 지연시간 외 다양한 이유가 있을 것으로 판단된다. 즉, CPL실험에서 저기압이 만주지방을 지남에 따라 남하하는 한랭 건조한 공기가 지역A의 기온과 해수면온도를 냉각시켰다. 냉각된 해수면온도는 되먹임 작용을 통해 기온을 더 낮추고, 수증기량을 감소시키는 작용을 하였다.
- 11c와 11d). 추가적으로 CPL 과 CTL실험에 사용된 HYCOM 및 ERA 초기 바닥경계자료 차이에 유도된 결과인지 확인하기 위해 안정화 기간동안의 해수면온도와 상당온위를 앞서 동일한 방법으로 시계열 자료를 비교하였다. 분석결과 지역 A와 지역 B에 초기시각의 HYCOM자료와 ERA간 차이는 유의미 할 정도로 크지 않았으며, 오히려 안정화 기간 동안 지역 A에서 CPL실험의 해수면온도가 높게 나타났으며, 지역 B에서 해수면온도가 낮게 나타났다.
대상 데이터
- 2018년 08월 28일 12UTC와 29일 012UTC 기상청에서 제공하는 지상일기도에서 한반도 북쪽에 있는 저기압이 만주지방을 지나 이동함에 따라 산동과 옹진반도의 풍향이 남풍계열에서 북풍계열로 변화하였다(Figs. 3a와 3b). 그 결과, 고위도의 차가운 공기가 황해를 지나 한반도로 불어오고 있으며, 한반도 남쪽에서는 북서태평양고기압의 영향을 받아 남풍계열의 바람이 불어옴에 따라 고온의 공기가 한반도로 유입되어 서로 다른 밀도성질의 공기가 부딪치면서 우리나라에 강한 강수를 만들어 내었다.
- , 2008) 와 지역 해양순환모델 Regional Ocean Modeling System(ROMS, Shchepetkin and McWilliams, 2005)를 접합구성으로 한 모델을 이용하였다. 기상-해양 접합모델을 이용하여 대기-해양 상호작용의 영향을 분석하기 위해 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 중부지방에 발생했던 집중호우 사례를 모의하였다. 모델 실험은 총 2가지로, 단일 WRF만을 이용하여 초기 해수면온도만을 처방한 실험(이하 CTL), WRF와 ROMS를 접합한 실험(이하 CPL)으로 구성된다.
- 또한, 해수면온도의 공간분포에 대한 검증 및 분석을 위해 JPL (Jet Propulsion Laboratory Multi-scale Ultra-high Resolution MEaSUREs Project, 2010)의 0.01° 공간해상도를 갖는 Group for High Resolution Sea Surface Temperature (GHRSST)자료가 사용되었다.
- 레이더 영상에서는 산동반도부터 한반도 중부까지 긴 전선형태의 수가 형성되었으며(Figs. 3c와 3d), 지상관측자료를 통해 2018년08월 28일 00UTC부터 30일 00UTC까지 우리나라 서울·경기 지방에 200 mm 이상의 많은 강수가 내린 것을 확인 할 수 있다(Fig. 4a).
- 모델의 검증 및 분석자료로 기상변수 검증을 위해 기상청 지상관측자료가 사용되었고, 강수의 공간분포검증 및 분석을 위해 0.25°의 공간해상도를 갖는 3시간 누적강수자료인 TRMM Multi-satellite Precipitation Analysis (TMPA, Huffman et al., 2007)자료가 사용되었다.
- , 2011) 자료가 사용되었다. 바닥경계자료는 CPL 실험의 경우 ROMS모델 최상층의 해수면온도를 150초마다 입력 받도록 설정되었고, CTL실험은 ERA의 일정한 초기 해수면온도 자료가 사용되었다. 두 실험 모두 미세물리과정은 WRF Double-Moment 6-class(WDM6, Hong et al.
- 모델의 적분기간은 2018년 8월 27일 12UTC부터 2018년 8월 31일 12UTC까지 총 96시간이며, 모델의 Spin-up시간을 고려하여 앞선 12시간은 분석에 제외하였다. 분석에 사용된 기간은 8월 28일 00UTC부터 30일 00UTC까지이다. Fig.
- 적분간격(Time step)은 50초이며, 초기 및 경계자료는 HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model+Navy Coupled Ocean Data Assimilation, Bleck, 2002) Global 1/12° Analysis 자료가 사용되었다.
- 수평해상도는 6 km로 CPL과 CTL 실험 모두 동일하게 설정되었다. 적분간격(Time step)은 CPL 및 CTL 실험 모두 30초로 설정되었고, 기상 초기 및 경계자료는 ECMWF Re-Analysis Interim (ERA, Dee et al., 2011) 자료가 사용되었다. 바닥경계자료는 CPL 실험의 경우 ROMS모델 최상층의 해수면온도를 150초마다 입력 받도록 설정되었고, CTL실험은 ERA의 일정한 초기 해수면온도 자료가 사용되었다.
- 또한 서울 및 경기지역 등 인구 밀집도가 높은 지역은 집중호우로 인한 재산피해뿐만 아니라 인명피해로 발전할 가능성이 있다. 지난 2018년 8월 28일부터 30일까지 서울 및 경기도에 발생한 집중호우로 인해 3명의 사상자가 발생하였으며 이재민은 71명으로 집계되었고, 50여명은 인근 대피장소로 이동하였다. 또한 많은 비로 인해 지반이 약해지며 곳곳에 싱크홀이 발생하였다.
이론/모형
- 관측자료와 각 실험간의 상관성 및 오차에 대한 검증을 위해 사용된 지표는 CORR (correlation), RMSE(Root Mean Error), MBE (Mean Bias Error), MAE(Mean Absolute Error), IOA(Index of Agreement)이며, 사용된 지표의 계산식은 다음과 같다.
- 바닥경계자료는 CPL 실험의 경우 ROMS모델 최상층의 해수면온도를 150초마다 입력 받도록 설정되었고, CTL실험은 ERA의 일정한 초기 해수면온도 자료가 사용되었다. 두 실험 모두 미세물리과정은 WRF Double-Moment 6-class(WDM6, Hong et al., 2010)을 적용되었다. 적운 모수화 방안으로는 Kain-Fritsch (Kain, 2004)가 사용되었으며, 방아쇠작용(Triggering)은 대류가용 잠재에너지(CAPE)가 아닌 습윤이류(Moisture-Advection)이 적용되었다(Table 1).
- 본 연구에서는 통합환경예측시스템(KIEPS)내에 지역 대기모델 Weather Research and Forecasting Model (WRF, Skamarock. et al., 2008) 와 지역 해양순환모델 Regional Ocean Modeling System(ROMS, Shchepetkin and McWilliams, 2005)를 접합구성으로 한 모델을 이용하였다. 기상-해양 접합모델을 이용하여 대기-해양 상호작용의 영향을 분석하기 위해 2018년 8월 28일부터 30일까지 한반도 중부지방에 발생했던 집중호우 사례를 모의하였다.
- KFMS는 파일기반의 오프라인 교환방식이 아닌 메모리를 통한 온라인 교환방식으로 데이터 교환속도가 파일기반 교환방식에 비해 빠르며, 정의된 KFMS개발표준에 의해 일반 수치모델 사용자도 쉽게 결합할 수 있도록 개발되었다. 이 KFMS를 이용하여 고해상도 지역기상모델 WRF(Weather Research and Forecasting), 지역해양모델 ROMS (Regional Oceanic Modeling System) 및 파랑모델 WW3 (Wave Watch 3)를 접합한 통합지구환경예측시스템(KESTI Integrated Earth environment Prediction System, KIEPS)을 구축하였다(Koo et al., Korea Patent No. 10-1977570, 2019).
- , 2010)을 적용되었다. 적운 모수화 방안으로는 Kain-Fritsch (Kain, 2004)가 사용되었으며, 방아쇠작용(Triggering)은 대류가용 잠재에너지(CAPE)가 아닌 습윤이류(Moisture-Advection)이 적용되었다(Table 1).
성능/효과
- 46을 갖는다. CPL 실험과 CTL실험간의 통계값 차이가 크지 않지만, 강수 공간분포에 대해서 CPL실험이 CTL실험보다 더 높은 상관성을 나타내고 비교에서도 시간당 강수와 2m에서 기온 및 습도의 오차가 CTL실험에 비해 CPL실험에서 RMSE, MBE, MAE가 0에 가까운 수치를 보였고 IOA는 1에 가까운 수치를 보였다(Table 4). 즉, CTL실험에서 모의된 강수보다 대기-해양 상호작용의 효과가 고려된 CPL실험의 강수가 TMPA강수자료와 지상관측자료에 대해 더 높은 공간적 상관성을 갖고 낮은 오차율을 나타냈다.
- CPL실험에서 모의된 해수면온도는 GHRSST와 비교하여 황해영역에 대한 공간상관계수가 0.84로 높은 상관성을 나타내고, RMSE는 0.96, MBE는 −0.62, MAE는 0.80의 통계값을 갖는다.
- 이와 같은 상당온위 차이의 발생 원인을 파악하기 위해 CPL과 CTL실험에서의 지역A와 지역B에 대한 해수면온도, 850 hPa 상당온위의 시계열 자료를 비교분석 하였다. CTL실험과 비교하여, CPL실험에서 모의된 해수면온도는 지역 A에서 낮게 모의되었고, 지역 B에서는 높게 모의되었다(Figs. 11a와 11b). 두 실험 간 상당온위 차이도 CTL실험에 비해 CPL실험이 지역A에서 한랭한 상태를 나타내고, 지역B에서 온난한 상태를 보였다(Fig.
- 두 지역간의 발생되는 수렴대와 안정도 차이의 원인 분석하기 위해 해수면온도와 850 hPa에서 상당온위 시계열의 차이를 분석하였다. CTL실험에 대해 CPL실험이 안정한 대기를 나타내는 지역은 해수면온도가 냉각된 상태였으며, 850 hPa에서 상당온위 차이도 음의 값을 나타냈다. 반대로 CPL실험이 CTL실험보다 불안정한 대기를 나타내는 지역은 해수면온도가 높게 나타났고, 증가하는 추세를 보였다.
-
00UTC-30.00UTC ((a) CPL-TMPA, (b) CTL-TMPA, (c) CPL-TMPA).
TMPA강수자료와 CPL 및 CTL 실험간의 누적강수의 공간분포 검증결과를 보면, TMPA자료와 비교하여 강수에 대한 공간 상관계수는 CPL실험이 0.60, CTL실험이 0.52를 나타낸다
. RMSE는 CPL실험이 37. - 80의 통계값을 갖는다. 결과적으로 CPL실험에서 모의된 황해의 해수면온도는 GHRSST자료에 비교하여 공간 편차가 작게 나타났고, 공간 상관계수가 높은 값을 나타내므로 GHRSST자료에 유사하게 모의되었다고 판단된다(Table 5).
- 따라서, CPL과 CTL실험에서 모의된 연직운동의 차이로 인하여 실험 간 강수대 위치의 차이가 발생하였다. 결과적으로 대기-해양 상호작용을 통한 지역적 되먹임 작용이 하층대기의 열적 불안정도와 운동량의 변화를 유도하였으며, 이는 연직운동 차이를 유발하여 강수전선 형성에 영향을 주었다. 그 결과 CPL실험에서 모의된 전선형 강수대가 CTL실험보다 남하한 형태로 TMPA 및 지상관측자료의 강수영역과 근접하게 모의되었다.
- CPL실험의 해수면온도가 높은 지역은 온난한 공기가 북상하여 해수면온도를 지속적으로 가열하였고, 가열된 해수면온도는 다시 하층대기를 가열하여 불안정하도록 작용하였다. 결과적으로 대기-해양 상호작용의 효과가 고려되는 CPL실험에서 기상과 해양의 되먹임 작용을 통해 하층의 상승구역을 변화시켰고, 그 결과 CPL실험에서 모의된 강수가 관측자료와 유사하게 나타났다. 즉, CPL실험에서 단기간의 대기-해양 상호작용이 전선형 강수대를 CTL실험과 비교하여 더 관측에 가깝게 모의 하였다.
- 결과적으로 대기-해양 상호작용을 통한 지역적 되먹임 작용이 하층대기의 열적 불안정도와 운동량의 변화를 유도하였으며, 이는 연직운동 차이를 유발하여 강수전선 형성에 영향을 주었다. 그 결과 CPL실험에서 모의된 전선형 강수대가 CTL실험보다 남하한 형태로 TMPA 및 지상관측자료의 강수영역과 근접하게 모의되었다.
- 냉각된 해수면온도는 되먹임 작용을 통해 기온을 더 낮추고, 수증기량을 감소시키는 작용을 하였다. 그 결과 CPL실험에서 지역A의 하층대기 상당온위가 CTL실험과 비교하여 한랭한 상태를 유지한다. 반대로 저위도의 고온 다습한 공기는 지역B의 기온과 해수면온도를 높이고, 증가된 해수면온도는 다시 기온을 높이고, 수증기량을 증가시키는 작용을 하였다.
- 반대로 저위도의 고온 다습한 공기는 지역B의 기온과 해수면온도를 높이고, 증가된 해수면온도는 다시 기온을 높이고, 수증기량을 증가시키는 작용을 하였다. 그 결과 지역B에서는 CPL실험에서 모의된 하층대기의 상당온위가 CTL실험과 비교하여 높게 나타나고, 해수면온도와 상당온위가 증가하는 추세를 보인다. 따라서, CPL실험에서 고려되는 대기-해양 상호작용의 효과를 통해 지역A와 B에서 대기와 해양간 되먹임 작용이 해수면온도와 하층대기의 기온에 냉각과 가열 작용을 하였으며, 변화된 기온과 해수면온도는 하층대기의 열적 불안정도와 운동량을 변화시키는 작용을 하였다.
- 3a와 3b). 그 결과, 고위도의 차가운 공기가 황해를 지나 한반도로 불어오고 있으며, 한반도 남쪽에서는 북서태평양고기압의 영향을 받아 남풍계열의 바람이 불어옴에 따라 고온의 공기가 한반도로 유입되어 서로 다른 밀도성질의 공기가 부딪치면서 우리나라에 강한 강수를 만들어 내었다. 레이더 영상에서는 산동반도부터 한반도 중부까지 긴 전선형태의 수가 형성되었으며(Figs.
- 11a와 11b). 두 실험 간 상당온위 차이도 CTL실험에 비해 CPL실험이 지역A에서 한랭한 상태를 나타내고, 지역B에서 온난한 상태를 보였다(Fig. 11c와 11d). 추가적으로 CPL 과 CTL실험에 사용된 HYCOM 및 ERA 초기 바닥경계자료 차이에 유도된 결과인지 확인하기 위해 안정화 기간동안의 해수면온도와 상당온위를 앞서 동일한 방법으로 시계열 자료를 비교하였다.
- 서로 다른 편차가 발생하는 지역에 대해 상당온위를 영역 평균하여 연직분석을 한 결과, CPL실험의 상당온위가 CTL실험에 비해 낮은 지역은 고도가 증가함에 따라 온위의 차이값이 증가하면서 대기가 상대적으로 안정하였고, 상당온위가 높은 지역은 고도가 증가함에 따라 온위 차이 값이 감소하여 불안정한 상태를 나타냈다. 또한, 하층 수렴장을 통해 각 실험 별로 불안정한 지역에 하층 수렴대가 발생하였으며 그 차이는 CPL과 CTL실험간의 강수 공간분포차이와 유사하게 나타났다. 두 지역간의 발생되는 수렴대와 안정도 차이의 원인 분석하기 위해 해수면온도와 850 hPa에서 상당온위 시계열의 차이를 분석하였다.
- CTL실험에 대해 CPL실험이 안정한 대기를 나타내는 지역은 해수면온도가 냉각된 상태였으며, 850 hPa에서 상당온위 차이도 음의 값을 나타냈다. 반대로 CPL실험이 CTL실험보다 불안정한 대기를 나타내는 지역은 해수면온도가 높게 나타났고, 증가하는 추세를 보였다. 850 hPa에서 상당온위 또한 높게 나타났으며 해수면온도의 증가추세와 유사한 경향을 보였다.
- 추가적으로 CPL 과 CTL실험에 사용된 HYCOM 및 ERA 초기 바닥경계자료 차이에 유도된 결과인지 확인하기 위해 안정화 기간동안의 해수면온도와 상당온위를 앞서 동일한 방법으로 시계열 자료를 비교하였다. 분석결과 지역 A와 지역 B에 초기시각의 HYCOM자료와 ERA간 차이는 유의미 할 정도로 크지 않았으며, 오히려 안정화 기간 동안 지역 A에서 CPL실험의 해수면온도가 높게 나타났으며, 지역 B에서 해수면온도가 낮게 나타났다. 상당온위는 안정화 기간 동안 두 실험간 차이가 발생하지 않았다.
- 본 연구에서는 2018년 8월 28~30일 서울·경기도에 많은 양의 강수가 내린 사례를 통해 대기-해양 접합모델을 사용하여 단기간 집중호우에 대한 대기-해양 상호작용 영향을 분석하였다. 사례기간 동안 CTL실험에서 모의된 강수는 지상관측 및 TMPA강수자료보다 고위도로 치우친 형태로 모의되었고, CPL실험에서는 CTL실험과 비교하여 강수대가 남하한 형태로써 상대적으로 관측에 유사하게 모의되었다. 실험간 강수대의 차이가 발생하는 원인을 파악하기 위해 하층수렴 및 상당온위를 이용한 분석을 하였다.
- 사례기간에 발생한 전선형태의 강수를 분석하기 위해 기온과 수증기량을 동시에 포함하고 있는 상당온위를 분석에 이용하였다. 사례기간의 ERA재분석 자료와 CPL 및 CTL실험에서 925 hPa와 850 hPa 상당온위와 바람벡터를 보면, 만주지방의 저온의 건조한 공기가 서해 중부와 한반도로 유입되며, 고온의 습한 공기는 남서풍계열의 하층제트를 따라 한반도로 유입되었다(Fig. 7). 여기서 높은 기온과 많은 수증기량은 강수를 형성하기 위해 필수적인 요소로 작용된다.
- 반대로, 위도 38°N보다 낮은 지역은 CPL실험의 상당온위 편차가 증가하여 나타났다. 서로 다른 편차가 발생하는 지역에 대해 상당온위를 영역 평균하여 연직분석을 한 결과, CPL실험의 상당온위가 CTL실험에 비해 낮은 지역은 고도가 증가함에 따라 온위의 차이값이 증가하면서 대기가 상대적으로 안정하였고, 상당온위가 높은 지역은 고도가 증가함에 따라 온위 차이 값이 감소하여 불안정한 상태를 나타냈다. 또한, 하층 수렴장을 통해 각 실험 별로 불안정한 지역에 하층 수렴대가 발생하였으며 그 차이는 CPL과 CTL실험간의 강수 공간분포차이와 유사하게 나타났다.
- CPL 실험과 CTL실험간의 통계값 차이가 크지 않지만, 강수 공간분포에 대해서 CPL실험이 CTL실험보다 더 높은 상관성을 나타내고 비교에서도 시간당 강수와 2m에서 기온 및 습도의 오차가 CTL실험에 비해 CPL실험에서 RMSE, MBE, MAE가 0에 가까운 수치를 보였고 IOA는 1에 가까운 수치를 보였다(Table 4). 즉, CTL실험에서 모의된 강수보다 대기-해양 상호작용의 효과가 고려된 CPL실험의 강수가 TMPA강수자료와 지상관측자료에 대해 더 높은 공간적 상관성을 갖고 낮은 오차율을 나타냈다.
후속연구
- 본 실험에서는 기상-해양 접합모델을 통해 단기간의 대기-해양 상호작용의 효과가 집중호우에 미치는 영향을 분석하였다. 그러나 본 연구의 한계점으로써 본 단일사례만으로는 대기-해양 상호작용이 고려된 CPL실험이 우수하다고 단정할 수 없다. 복잡한 관계에 있는 대기-해양 상호작용의 효과를 명확히 파악하기 위해서는 다양한 사례연구부터 계절 및 장기적인 수치모의를 통해 더 면밀하게 분석할 필요가 있다.
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