[논문]보성 해안 지역에서의 해풍 특성

임희정; 이영희

doi:10.14191/atmos.2019.29.1.041

보성 해안 지역에서의 해풍 특성
Characteristics of Sea Breezes at Coastal Area in Boseong 원문보기

대기 = Atmosphere, v.29 no.1, 2019년, pp.41 - 51

임희정 (경북대학교 천문대기과학과) , 이영희 (경북대학교 천문대기과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The characteristics of the sea breeze were investigated using the wind and temperature data collected from 300-m tower at Boseong from May 2014 to April 2018. Sea breeze day was detected using following criteria: 1) the presence of a clear change in wind direction near sunrise (between 1 hour after sunrise and 5 hours before sunset) and sunset (from 1500 LST to midnight), 2) presence of thermal forcing of sea breeze and 3) no heavy precipitation (rain < $10mm\;d^{-1}$). Sea breeze days occurred on 569 days for 4 years. The monthly distribution of sea breeze day occurrence shows maxima in May and September and minimum in December. The average onset and cessation times of the sea breeze are 0942 LST and 1802 LST, respectively. Although the 10-m wind shows clockwise rotation with time in the afternoon, the observed hodograph does not show an ideal elliptical shape and has different characteristics depending on the upper synoptic wind direction. Vertical structure of sea breeze shows local maximum of wind speed and local minimum of virtual potential temperature at 40 m in the afternoon for most synoptic conditions except for southeasterly synoptic wind ($60^{\circ}{\sim}150^{\circ}$) which is in the same direction as onshore flow. The local minimum of temperature is due to cold advection by sea breeze. During daytime, the intensity of inversion layer above 40 m is strongest in westerly synoptic wind ($240^{\circ}{\sim}330^{\circ}$) which is in the opposite direction to onshore flow.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Location of observation site. BS (red star) indicates a location of Boseong general meteorological observation tower. The Landsat 8 OLI surface reflectance image (https://earthexplorer.usgs.gov) shown a region of 24 km × 24 km of BS.
표 Table 1. Location of observation stations used in this study.
그림 Fig. 2. Flow diagram of five filters employed in the automated sea breeze day selection method. WD and WS indicate 10 m wind direction and wind speed. The subscripts now and before represent current time, and previous time, respectively.
그림 Fig. 3. Sketch of the synoptic wind quadrant classification for a linear coast (dashed line) (adapted from Mestayer et al., 2018).
그림 Fig. 4. The mean diurnal variation of wind vector at 10 m and 300 m on the sea breeze days compared to the non-sea breeze days.
그림 Fig. 5. Histogram of (a) wind speed at 850 hPa and (b) ΔTday for sea breeze days (red) and non-sea breeze days (blue).
그림 Fig. 6. (a) Monthly frequency of occurrence of sea breeze days, (b) monthly mean ΔT_day, and (c) monthly mean ΔT_day.
그림 Fig. 7. Monthly mean wind speed of 925 hPa (dashed line) and 850 hPa (solid line) at Gwangju.
표 Table 2. Monthly average time of sea breeze onset (O_time) and cessation (C_time) during the 4 years (2014.5.1-2018.4.30) at study site.
그림 Fig. 8. Half-hourly hodographs averaged over all sea breeze days for a) Q1, b) Q2 c) Q3, and d) Q4. Blue numbers indicate time of day in LST.
표 Table 3. Number of sea breeze day (N) and mean wind speed at 850 hPa (WS₈₅₀) for synoptic wind quadrants.
그림 Fig. 9. Mean wind speed profile (a-c) and mean virtual potential temperature profile (d-f) for each synoptic condition. The profiles of the non-sea breeze days are shown by dashed lines, while the profiles of sea breeze days are shown by solid lines.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 보성 해안에서 발달하는 해풍의 기후학적 특징을 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 해당 지역의 바람장 수치 모의 해석뿐 아니라 한반도 연안 지역의 바람장 해석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 목적은 보성 종합기상관측탑에서 생산된 4년간 관측자료를 사용하여 보성 해안 지역에서의 해풍 발생 특징을 조사하고 상층 종관 풍향에 따른 해풍의 연직 구조의 특징을 분석하는 것이다.

제안 방법

해풍 강제력은 표면 온도 차이 보다 기온차와 더 관련이 있는데 부이 관측 자료를 분석한 결과 겨울철 해상 기온과 수온의 차이는 6~8℃로 다소 크게 나타났다. 보성 앞바다의 위성 기반 수온 자료를 사용하는 경우 실제 겨울철 해풍 강제력을 잘 표현하지 못할 것으로 판단되어 본 연구에서는 해풍 강제력을 계산할 때 거문도 부이의 해상 기온을 사용하였다.
2에서 제시된 방법에 따라 해풍일을 탐지한 결과 4년의 분석 기간 중 총 569일이 해풍일로 선정되었다. 본 연구에서 사용된 해풍일 선정 기준이 해풍일을 잘 탐지해내는지 확인하기 위하여 선정된 해풍일과 비해풍일의 바람의 평균 일변화 특성을 비교하였다. 비해풍일의 경우도 태풍이나 종관 저기압계의 이동에 따른 풍향의 변화를 배제하기 위해서 일 강수량이 10mm 이상인 경우는 평균 계산에서 제외하였다.
관측 장비 및 품질 검사에 관한 자세한 정보는 NIMR (2014)에 제시되어 있다. 본 연구에서는 1분 평균 관측자료 중 플래그가 없는 자료를 30분 평균하여 분석에 사용하였다. 또한 같은기간의 광주 고층 관측자료, 보성군 종관 기상 관측자료, 거문도 해상 기상 부이 자료를 분석에 이용하였다.
Figure 1에서 나타난 바와 같이 보성 앞 바다의 해안선은 리아스식 해안으로 단순하게 해안선의 방향을 정의하기 어렵다. 본 연구에서는 수평 100 km 규모의 평균 해안선 방향에 근거하여 북동(60^o)-남서(240^o) 축으로 보성 해안선의 방향을 정의하였다. 그러므로 풍향이 60^o부터 240^o사이일 때 해풍으로 나머지를 육풍으로 간주하였다.
분석에 사용된 기간이 평년과 유사한 지를 확인하기 위하여 분석 기간의 연평균 기온, 강수량 그리고 풍속을 평년값과 비교하였다. 보성군 종관 관측소는 관측 기간이 짧아 평년값이 없어서 보성군과 가장 가까운 종관 관측소인 고흥(34^o36' N, 127^o16' E)의 자료를 비교에 사용하였다.
Figures 9a, b, c는 상층 종관 풍향의 4분 면 분류에 따라 1000, 1200, 1400 LST에 해풍일의 수평 풍속의 평균 연직 구조를 나타낸 것이다. 비교를 위해 비 해풍일의 풍속의 연직 구조를 함께 제시하였다. 분석에는 해풍일의 발생 빈도가 높은 5월부터 9월까지 기간의 자료를 사용하였다.
자정 전 야간에 육풍 발생과 관련하여 일몰부터 2400 LST까지의 육지와 해상의 평균 온도차(ΔTnight)를 조사하였다.
바람의 연직 구조 분석과 마찬가지로 5월부터 9월까지 기간의 자료를 분석에 사용하였다. 지상 2m에서의 가온위는 보성군 종관 관측소 기온을 이용하여 계산하였다. 1000 LST를 보면 해풍일의 가온위 구조는 40 m 이상에서 안정한 층 구조를 보이는 반면 비 해풍일에는 잘 혼합된 구조를 띤다.
해풍이 잘 발달하는 5월부터 9월까지 기간의 해풍일의 풍속과 가온위의 연직 구조를 분석하였다. 상층종관 풍향이 동풍인 경우 해풍이 발달하더라도 최대 풍속은 상층에서 나타나 비 해풍일과 유사한 연직 구조를 보였으며 나머지 상층 종관 풍향 군집에서는 해풍이 발달하면서 최대 풍속은 하층에서 나타났다.
보성 해안의 해풍 발생의 특징을 알아보고자 보성 종합기상관측탑에서 4년간(2014년 5월부터 2018년 4월까지) 관측된 자료를 분석하였다. 해풍일 선별 기준을 통해 4년간 569일의 해풍일을 검출하였다. 선별된 해풍일과 비 해풍일의 특징을 살펴본 결과 해풍일은 뚜렷한 해륙풍 순환을 보이며 비 해풍일에 비하여 해풍의 열적 강제력이 높고 종관 풍속이 약하게 나타나 해풍일 선별에 사용한 기준이 적합함을 보였다.
해풍일의 발생 빈도는 11월에서 2월 사이에는 25% 미만으로 낮게 나타나지만 3월부터 발생 빈도가 급격히 증가하여 5월과 9월에 각각 57%와 59%의 높은 발생 빈도를 보인다. 해풍일의 월별 빈도 분포와 관련하여 해풍 발생에 영향을 미치는 요인들의 월 변화를 분석하였다. 해풍 발생에 영향을 미치는 요인으로는 해풍의 강제력에 해당하는 바다와 육지의 기온 차이인 ΔT_day와 상층 종관 풍향 그리고 상층 종관 풍속을 들 수 있다.

대상 데이터

2.2에서 제시된 방법에 따라 해풍일을 탐지한 결과 4년의 분석 기간 중 총 569일이 해풍일로 선정되었다. 본 연구에서 사용된 해풍일 선정 기준이 해풍일을 잘 탐지해내는지 확인하기 위하여 선정된 해풍일과 비해풍일의 바람의 평균 일변화 특성을 비교하였다.
본 연구에서는 1분 평균 관측자료 중 플래그가 없는 자료를 30분 평균하여 분석에 사용하였다. 또한 같은기간의 광주 고층 관측자료, 보성군 종관 기상 관측자료, 거문도 해상 기상 부이 자료를 분석에 이용하였다. 분석에 사용된 관측 값의 관측지 위치 정보와 바람과 온도 관측 고도를 Table 1에 제시하였다.
Figures 9d, e, f는 4가지의 상층 종관 풍향에 따른 가온위의 평균 연직 구조를 풍속과 같은 시간대에 나타낸 것이다. 바람의 연직 구조 분석과 마찬가지로 5월부터 9월까지 기간의 자료를 분석에 사용하였다. 지상 2m에서의 가온위는 보성군 종관 관측소 기온을 이용하여 계산하였다.
보성 해안의 해풍 발생의 특징을 알아보고자 보성 종합기상관측탑에서 4년간(2014년 5월부터 2018년 4월까지) 관측된 자료를 분석하였다. 해풍일 선별 기준을 통해 4년간 569일의 해풍일을 검출하였다.
보성군 종관 관측소는 관측 기간이 짧아 평년값이 없어서 보성군과 가장 가까운 종관 관측소인 고흥(34o36' N, 127o16' E)의 자료를 비교에 사용하였다.
국지 바람은 상층 종관 바람의 방향과 세기에 따라 달라지므로(Park and Yoon, 1991) 해풍의 특성 분석에 있어 상층 종관풍의 영향을 살펴보는 것이 필요하다. 보성에서는 고층 관측자료가 존재하지 않으므로 가장 가까운 고층 관측자료인 광주 고층 관측자료의 850 hPa 풍향, 풍속을 상층 종관풍으로 사용하였다. 해풍 풍향의 시간에 따른 변화, 해풍 발달, 그리고 낮시간 바람의 연직 구조의 특성에 있어 상층 종관 풍향의 영향을 조사하기 위하여 해안선을 기준으로 상층 종관 풍향을 4분 면으로 분류하였다(Adams, 1997; Miller et al.
본 연구에서 사용된 자료는 2014년 5월 1일부터 2018년 4월 30일까지 관측탑의 11개 층(10, 20, 40, 60, 80, 100, 140, 180, 220, 260, 그리고 300 m)에서 관측된 바람, 기온, 그리고 습도 자료이다. 관측탑 11개 층에는 온도계(5628 PRT, Fluke, USA), 습도계(HMP155, Vaisala, Finland) 그리고 2D 초음파 풍향풍속계(2D-UA, Thies, Germany)가 각 층의 정남 쪽(180^o)에 설치되어 있으며 1분 평균 관측자료가 생성된다.
비교를 위해 비 해풍일의 풍속의 연직 구조를 함께 제시하였다. 분석에는 해풍일의 발생 빈도가 높은 5월부터 9월까지 기간의 자료를 사용하였다. 4분 면 분류에 따른 수평 바람의 연직 구조에서 두드러지는 특징은 Q4와 나머지 종관 군집의 풍속의 연직 구조의 차이이다.
Figure 7은 850 hPa과 925 hPa의 평균 종관 풍속의 월 변화를 나타낸 것이다. 사용된 종관풍의 시각은 0900 LST이다. 종관 풍속의 월 변화는 해풍일 발생빈도의 월 변화와 밀접히 관련되어 있다.

이론/모형

2. Flow diagram of five filters employed in the automated sea breeze day selection method. WD and WS indicate 10 m wind direction and wind speed.

성능/효과

이는 풍향의 변화가 해양과 육지의 차등 가열에 의한 것이 아니라 전선 통과에 기인한 경우를 배제하기 위하여 선별 기준에 포함시켰다. 둘째, 일출 후 1시간 후부터 일몰이 있기 5시간 전 사이에 육풍에서 해풍으로 풍향의 변화가 그리고 1500 LST부터 2400 LST까지 해풍에서 육풍으로 풍향의 변화가 나타난다. 이때, 주간에 육풍에서 해풍으로 전환 시 풍향의 변화(WD_diff)는 30^o 이상을 만족해야하며 야간에 해풍에서 육풍으로 전환 시 풍향의 변화폭은 고려하지 않았다(Borne et al.
또한 0900 LST에 850 hPa 종관 풍속의 히스토그램(Fig.5a)에서도 상층 종관 풍속이 해풍일보다 비 해풍일에 더 높은 풍속을 가지는 것을 확인할 수 있다.
상층종관 풍향이 동풍인 경우 해풍이 발달하더라도 최대 풍속은 상층에서 나타나 비 해풍일과 유사한 연직 구조를 보였으며 나머지 상층 종관 풍향 군집에서는 해풍이 발달하면서 최대 풍속은 하층에서 나타났다. 또한 오전에 해풍의 발달과 함께 이류 되어오는 찬 공기에 의해 하층 기온이 감소하여 대기가 열적으로 안정화되는 현상이 확인되었으며 상층 종관 풍향이 서풍인 경우 안정화가 가장 강하게 나타났다.
분석기간동안 해풍의 평균 시작 시간과 종료 시간은 각각 0942 LST와 1802 LST이다. 상층 종관 풍향에 따라 10 m 바람의 호도그래프 분석한 결과 관측된 호도그래프는 이상적인 타원 형태를 띠지 않았으며 상층 종관 풍향에 따라서 다른 특징을 보였다. 해풍이 발달된 오후에는 일반적으로 전향력의 영향으로 풍향은 시계방향 순환을 보였다.
해풍일 선별 기준을 통해 4년간 569일의 해풍일을 검출하였다. 선별된 해풍일과 비 해풍일의 특징을 살펴본 결과 해풍일은 뚜렷한 해륙풍 순환을 보이며 비 해풍일에 비하여 해풍의 열적 강제력이 높고 종관 풍속이 약하게 나타나 해풍일 선별에 사용한 기준이 적합함을 보였다.
, 2002). 셋째, 해풍의 지속시간이 4시간 이상이어야 하며 육풍의 지속시간은 2시간 이상이어야 한다. 이는 해풍과 육풍이 아닌 풍향의 일시적 변화에 의해 해풍으로 탐지되는 것을 막기 위해서 선별 기준으로 추가하였다.
거문도 해상 기온은 관측 지점에서 가장 가까운 해상 기온 자료로 보성과 거문도 부이의 거리는 89 km이다. 위성에서 산출한 해수면 온도 자료(real time global sea surface temperature analysis data)를 이용하여 보성 앞바다의 수온과 거문도 바다 수온과 비교한 결과 하절기에는 유사하나 겨울철에는 약 3℃의 차이가 나타났다. 해풍 강제력은 표면 온도 차이 보다 기온차와 더 관련이 있는데 부이 관측 자료를 분석한 결과 겨울철 해상 기온과 수온의 차이는 6~8℃로 다소 크게 나타났다.
지금까지 해풍일의 특성 분석으로부터 본 연구에서 사용된 방법이 해풍일을 효과적으로 탐지하고 있음을 알 수 있다.
풍속을 24시간 스칼라 평균한 경우 10 m고도의 해풍일과 비 해풍일의 평균 풍속은 각각 2.3 ms−1과 3.8 m s−1로 비 해풍일이 해풍일에 비해 풍속이 강한 것으로 나타났다.
위성에서 산출한 해수면 온도 자료(real time global sea surface temperature analysis data)를 이용하여 보성 앞바다의 수온과 거문도 바다 수온과 비교한 결과 하절기에는 유사하나 겨울철에는 약 3℃의 차이가 나타났다. 해풍 강제력은 표면 온도 차이 보다 기온차와 더 관련이 있는데 부이 관측 자료를 분석한 결과 겨울철 해상 기온과 수온의 차이는 6~8℃로 다소 크게 나타났다. 보성 앞바다의 위성 기반 수온 자료를 사용하는 경우 실제 겨울철 해풍 강제력을 잘 표현하지 못할 것으로 판단되어 본 연구에서는 해풍 강제력을 계산할 때 거문도 부이의 해상 기온을 사용하였다.
분석 기간 동안 해풍일 발생 빈도는 5월과 9월에 높았으며 11월에 가장 낮았다. 해풍의 열적 강제력 뿐 아니라 상층 종관 풍속과 야간의 육지와 해상의 평균 온도차 또한 해풍일 발생 빈도에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 분석기간동안 해풍의 평균 시작 시간과 종료 시간은 각각 0942 LST와 1802 LST이다.

후속연구

(2006)이 제시한 층보다 높은 층에서 나타나는 것을 설명할 수 있다. 그러나 현재 연구에서는 상층 종관풍 방향과 해풍의 방향이 일치하는 Q3의 경우 낮은 층에서 풍속의 최댓값이 나타나는 것은 종관 풍향 외에 또 다른 요인이 풍속의 최댓값이 나타나는 층에 영향을 미치는 것을 의미하며 이는 추후 연구가 필요하다.
본 연구에서는 보성 해안에서 발달하는 해풍의 기후학적 특징을 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 해당 지역의 바람장 수치 모의 해석뿐 아니라 한반도 연안 지역의 바람장 해석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 상층 종관풍과 국지풍 간의 상호작용을 규명하기 위해 수치 모델을 이용한 연구를 진행할 예정이다.
본 연구의 결과는 향후 해당 지역의 바람장 수치 모의 해석뿐 아니라 한반도 연안 지역의 바람장 해석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 상층 종관풍과 국지풍 간의 상호작용을 규명하기 위해 수치 모델을 이용한 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해풍이란?	해안지역에서 발생하는 중규모 기상 현상인 해풍은 맑은 날 주간에 바다와 육지의 차등 가열로 형성된 수평 기압 경도력에 의해서 바다에서 육지로 부는 바람이다(e.g.
	보성 해안에서 발달하는 해풍의 기후학적 특징을 정성적으로 분석한 결과로 활용될 수 있는 것은?	본 연구에서는 보성 해안에서 발달하는 해풍의 기후학적 특징을 정성적으로 분석하였다. 본 연구의 결과는 향후 해당 지역의 바람장 수치 모의 해석뿐 아니라 한반도 연안 지역의 바람장 해석에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 추후 상층 종관풍과 국지풍 간 의 상호작용을 규명하기 위해 수치 모델을 이용한 연구를 진행할 예정이다.
	해륙풍 순환이 끼치는 영향?	같은 메커니즘으로 맑은 날 야간에 발생하는 육상에서 해양으로 부는 바람을 육풍이라 하며 해풍과 육풍의 반복적 발생을 해륙풍 순환이라 한다. 해륙풍 순환은 대기 경계층 하층의 열과 수증기의 구조를 변화시켜 국지 기상에 영향을 줄 뿐 아니라 장기적으로는 해안 지역의 기후와 해양의 생태계에도 영향을 주는 것으로 알려져 있다 (Azorin-Molina et al., 2011).

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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