초록 ▼

강수는 1차적으로 대기 역학과정에 지배적인 영향을 받지만 2차적으로는 도시화로 인한 토지이용도 변화, 열섬효과 및 에어로졸 배출 등의 변화를 받는 것으로 알려져 있다. 한반도 중부지역의 수도권은 꾸준한 인구집중으로 인해 도시화가 진행 중이며, 상당한 에어로졸이 지속적으로 배출되고 이와 함께 중국 풍하측에 위치함으로써 장거리 이동 연무와 황사 등에 영향을 상시 받고 있다. 도시화 효과라 부르는 지면 거칠기 길이의 증가와 인위적인 열원 배출은 대류를 유발하고 도시 및 풍하측의 구름과 강수변화에 영향을 미친다. 또한 에어로졸은 따뜻한 구

강수는 1차적으로 대기 역학과정에 지배적인 영향을 받지만 2차적으로는 도시화로 인한 토지이용도 변화, 열섬효과 및 에어로졸 배출 등의 변화를 받는 것으로 알려져 있다. 한반도 중부지역의 수도권은 꾸준한 인구집중으로 인해 도시화가 진행 중이며, 상당한 에어로졸이 지속적으로 배출되고 이와 함께 중국 풍하측에 위치함으로써 장거리 이동 연무와 황사 등에 영향을 상시 받고 있다. 도시화 효과라 부르는 지면 거칠기 길이의 증가와 인위적인 열원 배출은 대류를 유발하고 도시 및 풍하측의 구름과 강수변화에 영향을 미친다. 또한 에어로졸은 따뜻한 구름 내에서 구름방울 크기를 감소시키고 충돌·병합과정을 지체시켜 강수를 억제시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 두 강제력은 수도권 지역에 동시에 발생할 수 있으며, 구름 및 강수 생성과 발달 나아가 지역적인 기후변화를 초래할 수 있지만 이에 대한 이해는 여전히 부족한 실정이다.
본 연구에서는 한반도 중부지역에서 도시화와 에어로졸의 지역적인 구름 및 강수에 미치는 영향 분석을 위하여 한반도 중부지역에서 관측자료 이용하여 시정변화, 도시화 및 강수 등의 장기 경향성을 분석하였다. 도시화 진행의 지표인 인구변동을 살펴본 결과, 서울을 중심으로 수도권지역의 급격한 인구증가가 뚜렷하게 나타나고 있으며, 도시화가 꾸준히 진행 중임을 확인할 수 있었다. 도시지역과 주변 풍하측, 산악지역의 풍계를 고려한 장기간(1972-2007) 강수량과 강수빈도를 살펴본 결과, 오직 약한 강수 사례의 강수빈도에서 수도권지역과 산악지역이 각각 –0.46%와 –0.68%가량 감소하고 풍하측 지역에서 증가(+0.53%)함을 확인할 수 있었다. 이러한 도시풍하측지역의 약한 강수 증가는 수도권 지역의 도시화 진행에 따른 기류의 수렴으로 풍하측 지대에 상대적으로 약한 강수빈도 및 강수량을 증가시켰을 것으로 추정된다.
관측 자료 결과를 뒷받침하기 위하여 주풍향(서풍)을 고려한 최적의 사례를 선별한 후 WRF 수치모의 모델을 통해 도시화효과에 대하여 선행적으로 살펴보았다. 모의실험결과 지면거칠기에 비해 열섬효과의 영향이 도시풍하측 지역에 수렴이 강화시키면서 연직운동이 증가하고 구름물량을 증가시키는 것으로 나타났지만 도시와 그 주변의 구름물량은 오히려 감소하는 특징을 보였다. 이는 열원의 추가로 인한 대기 중 온도의 증가에서 비롯된 것으로 추론된다. 에어로졸 효과의 경우, WDM6를 이용하여 도시지역(수도권)에 한정하여 구름응결핵을 증가시키는 민감도 실험을 수행하였다. 구름응결핵이 증가할수록 구름의 미세물리과정은 뚜렷하게 변하는 데 반하여 강수량 변화가 다소 미미한 것을 확인할 수 있었다. 이는 현 연구에서 사용되는 모델이 에어로졸-구름-강수 과정을 단순한 매개변수화를 통해 구현하며, 본 사례가 1mm/day이하의 약한 강수를 대상으로 하기 때문에 극적인 변화가 미미한 것으로 추론된다. 더불어 보다 뚜렷한 에어로졸 효과를 검토하기 위하여 한반도 지역에 유입되는 중국의 장거리 이동성 연무(2013년 1월 12일) 사례를 선정하여 분석하였다. 본 사례는 중국 동북부지역 전역에 상당한 연무가 관측되었던 사례였으며, 국내에서도 높은 에어로졸 농도가 관측되었다. 분석결과 에어로졸이 증가할수록 중부지역 서쪽에 강수량이 변화한 것을 확인할 수 있었으며, 구름방울 개수농도와 구름물량의 변화도 두드러지는 것으로 나타났다. 반면 앞서 연구와 유사하게 에어로졸의 상당한 변화에도 불구하고 강수량의 변화가 미미한 것으로 드러났다. 하지만 그럼에도 불구하고 본 연구는 중부지역(특히 수도권)에서 발생할 수 있는 도시화 및 에어로졸을 함께 고려하여 이들이 기상에 미치는 영향을 분석한 기초 연구로써, 여러 가지 분석방법론의 한계 및 가능성을 확인하였고 향후 지역규모에서 일기예보의 향상과 더 나아가 기후변화 예측을 정확도를 높이는데 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼

Basically clouds and precipitation are strongly determined by dynamics but secondarily influenced by changes in land use, heat island effect, and increases in aerosols. Korea suffered from rapid urbanization and Korea tends to be influenced by various air masses with different pollutant levels since

Basically clouds and precipitation are strongly determined by dynamics but secondarily influenced by changes in land use, heat island effect, and increases in aerosols. Korea suffered from rapid urbanization and Korea tends to be influenced by various air masses with different pollutant levels since Korea is located downstream of China. Urbanization includes the increases in surface roughness length and anthropogenic heat emission, which in turn invigorate convection, and change precipitation pattern in the downstream of urban. Meanwhile the enhanced pollution aerosols have been also suggested to slow down cloud drop coalescence and accretion, and thus delay the conversion of cloud water to precipitation by increasing number concentrations of smaller cloud droplets.Therefore, severe haze transport in accompanied with any cloud systems could possibly modify the evolution of clouds and precipitation in terms of spatial and temporal scales in the mid-Korean peninsula. Very few studieshave been done to investigate aerosol influences on synoptic weather.
In the mid-Korean peninsula, long term (1972-2007) trend of precipitation frequency for the weak precipitation category showed –0.43%, +0.53%, and –0.68% per year, respectively, of the urban domain, and downstream domain, and mountainous domain which implies urbanization effects on the downstream precipitation through convergence helping to enhanced updraft. To investigate the possible urbanization and aerosol modifications of clouds and precipitation,we conducted numerical weather simulations using the Weather Research and Forecasting (WRF) model.Sensitive test for the urbanization effect demonstrated urban heat effect is much more critical than surface roughness in modifying the downstream convergence and updraft, and further precipitation. In addition, enhanced aerosols can change cloud microphysics remarkably such as increases in cloud droplet concentrations and lower effective radius as expected but few change in precipitation pattern.
Furthermore one golden day was carefully selected for the identification of distinctive aerosol impacts on January 12, 2013 when the severe haze was transported from China, which is thought to be a discernible forcing as an external forcing, since aerosol mass concentrations are an order magnitude greater than the average value. The other merit of an external forcing to the analysis domain is to reduce its dimming effect by feedback mechanisms of aerosol-cloud-precipitation interactions such as aerosol scavenging of cloud and precipitation. Interestingly longer duration of light precipitation not expected by weather forecast was accompanied with an increase in aerosol concentrations. Clearly it is expected that high concentrations of aerosol loadings could have an impact on low-level clouds and accordingly precipitation pattern. As in the previous test, sensitivity simulations showed clear modifications of cloud microphysics but few changes in precipitation.
We found aerosol-cloud-precipitation interactions are still around a mystery territory, since they have inherently so complicated feedback mechanisms such as changes in intertwined feedback, the instability-driven circulation and scavenging by precipitation. Therefore carefully designed and comprehensive observation platforms and scale-considering simulation studies are continuously needed for the enlightening of its mechanism.