2021년 예보관 과정 훈련보고서

지형특성을 고려한 예보기술 연구

- 제주도 하층동풍 강수 메커니즘 연구-

소속: 기상청

교번: 11번

성명: 김현성

2021. 9.

- 목   차 -

Ⅰ. 서론	4

1. 배경 및 목적	4

1.1 제주도 지형 및 기후특성	4

2. 기압계별 강수유형	5

2.1 강수유형분류	5

2.1.1 저기압통과	5

2.1.2 동해상고기압	6

2.1.3 남쪽기압골	6

2.1.4 mt가장자리	7

2.1.5 북동수렴	8

2.1.6 태풍통과	8

2.1.7 종관저기압통과	9

3. 선행연구	10

4. 자료분석방법	10

4.1 자료	10

4.2 분석방법	11

Ⅱ. 본론	12

1. 태풍통과형	14

1.1 제주통과	15

1.2 중국상륙	16

1.3 일본상륙	18

2. 북동수렴형	19

2.1 사례1	21

2.2 사례2	24

3. mt가장자리형	26

4. 종관저기압통과형	34

4.1 저기압통과	34

4.1.1 중부지방 저기압통과	34

4.1.2 제주 저기압통과	36

4.2 남쪽기압골	38

5. 대륙고기압확장형	40

5.1 호수효과에 의한 강설매커니즘	40

5.2 사례	42

Ⅲ. 결론	45

Ⅳ. 참고문헌	47

<별첨1>(월별 강수일수)	48

<별첨2>(고도별 강수일수)	50

Ⅰ. 서론

1. 배경 및 목적

1.1 제주도 지형 및 기후특성

제주도는 사면이 바다로 둘러쌓여 있으며 한라산이 자리하고 있다. 그림에서 보다시피 한라산은 정상부근이 서쪽으로 치우쳐져 있으며 동쪽이 서쪽보다 완만하게 사면을 이루고 있으며 더 넓은 지역을 이루고 있으며, 해발고도 200m이하 지역은 제주도 전체면적의 55.3％로 해안지대이며, 고도 200∼500m의 중산간 지대는 전체 면적의 27.9％, 고도 500∼1000m지대는 12.3％, 고도 1000m 이상의 고산지대는 전체면적의 4.5%를 차지하고 있다.

또한, 하층 동풍에 의한 강수는 원추형으로 생긴 368개에 달하는 화산(대략 직경이 1km미만에, 표고200∼300m인 봉우리로 "오름, 악, 봉 "이라 불림)이 산 정상에서 해안까지 분포돼 있으며 특히, 해발 600m이하 고도에 약 80%가 골고루 산재하고 있어 하층바람에 영향을 주는 지형적 특색을 이루고 있어 이로 인해 강수예보에 어려움이 있다.

그림1. 제주도 지형

제주도는 계절변화가 뚜렷한 동안 기후의 특징이 나타나며 일기의 변화가 뚜렷하며, 겨울이 짧고 여름이 긴 편이다. 또한 겨울철은 북서, 여름철은 남서・남동 계절풍의 영향을 받으며, 섬의 중앙에 한라산이 있어서 지역별로 기후의 특성에 미치는 영향이 크다.

제주도의 연강수량은 1,000~1,800mm 정도로 우리나라의 최대 다우지역이며, 연평균 강수량은 1,456.9mm이다. 또한 계절적으로도 편차가 심하며 여름에 46.7%, 겨울에 11.9%의 강수분포를 보이고 있다.

제주도를 해안과 산지로 구분하여 보게되면 산지를 중심으로 많은 양의 강수를 기록하고 있으며 동서남북중 서쪽이 강수량이 적게 내리며 지역적으로 편차가 심하게 난다.

강수량의 분포를 보게되면 제주남부 서귀포 1850.8mm와 제주동부 성산포 1840.9mm로 연평균 강수량보다 많으며 제주서부 고산은 1,094.7mm로 연평균 강수량보다 적다.(출처 : http://jeju.go.kr )

2. 기압계별 강수유형

2.1 강수유형 분류

제주도의 강수특성중 동풍(북동~남동풍) 유입으로 인해 제주도에 나타나는 유형은 선행연구(동풍에 의한 지형성 강수 특성(2016년 이경호),제주 동부지역 국지호우 개념모델의 이해와 활용(2020년 Why? How! 지역특화예보)에서 크게  저기압 통과, 동해상 고기압, 제주도남쪽 기압골 통과(2016년), mt가장자리, 북동수렴형, 태풍통과, 종관저기압통과(2020)으로 분류되며, 동풍에 의한 강수예보에 대한 어려움이 많았었으며 점차 연구를 계속하면서 개선되고 있다.

본 연구에서는  2015년부터~2020년까지 제주하층동풍에 의한 강수매커니즘을 연구하여 선행연구에 대한 검증과 동풍에 의해 발생하는 제주도 동쪽지역에 나타나는 강수 매커니즘을 정리하고자 한다.

2.1.1 저기압 통과

저기압은 제주도 북쪽과 남쪽으로 통과하는 패턴이 있으며 주로 봄(3~5월)과 가을철(9~11월)에 나타나며, 북쪽으로 통과시 북서풍이 주를 이루며 동풍의 영향은 없으며 제주도를 통과한 후 일본 규슈지방으로 유입되는 경우에 동풍이 불어 영향을 준다. 또한, 제주남쪽으로 지나가거나 제주부근을 통과할 경우가 동풍에 의한 동쪽지역에 강수가 나타나며 지형적인 영향을 받는다.

또한, 저기압의 이동에 따라서 강수량이나 지속시간 등 강수와 관련된 모든 사항들이 예보결정에 많은 어려움이 있다.

그림2. 저기압 통과시 모식도

2.1.2 동해상 고기압

동해상에 위치한 고기압 영향은 5월~6월 초, 9~10월 사이에 오츠크해 고기압의 세력이 강할 때 동해상에 위치하게 되면 동풍이 지속적으로 불면서 제주도 동쪽으로 강한 바람과 함께 지형적인 영향을 받게 된다.

이러한 동풍은 고기압의 강도와 풍속등에 따라 강수의 지속시간, 강도등에 영향을 주며 위치에 따라서도 북동부, 북동부와 동부, 동쪽 전지역등 다양하게 나타난다.

그림3. 동해상 고기압 영향 모식도

2.1.3 남쪽 기압골 통과

1월과 11월에 주로 형성되는 제주도남쪽 기압골은 동풍이 불면서 영향을 주지만 그 위치에 따라 지역적인 차이를 보인는데 남동부, 남동부에서 동부, 동쪽전지역등 다양하게 나타난다. 제주도 남쪽으로 기압골이 나타나는 원인은 동해상과 중국, 즉 2방향으로 고기압이 장출하기 때문이다. 제주도는 그 사이에 끼어 저압부가 형성되고 있다.

그림4. 제주도 남쪽 기압골 영향 모식도

2.1.4 mt가장자리

mT 가장자리형(남서류형)은 낮 시간에 주로 발생한다. mT 가장자리형(남서류형)은 15시를 전후로 많이 나타났는데, 이는 3시간 누적강수량이므로 주 강수의 시작 시각은 12시 전후로, 주로 오전에 시작된다고 볼 수 있다. 이 유형은 해풍이 불면서 이슬점온도가 높은 공기가 제주 동부지역에서 수렴되어 응결고도를 낮추고 CAPE를 크게 형성하여 폭발적으로 발달한다. 지표가 가열되어 해풍이 강화되는 시간이 필요하기 때문에 10시 전후로 강수가 시작되어 해풍이 종료되는 시각에 강수도 종료된다.

그림4. mt 가장자리

2.1.5 북동수렴

북동류 수렴형(북동류형)은 야간에 강화된다. 북동류형은 아침 6시를 전후로 많이 나타났다. 3시간 누적강수량이므로 주 강수 시작 시각은 3시 전후로 주로 밤에 많다. 이 유형은 온난전선 형태에서 발생하는 중규모 대류계 형태이므로 기압계가 형성되면 시간과 관계없이 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고 야간에 강한 강수의 빈도가 높은 이유는 발생 메커니즘과 관련이 있다. 북동류형은 남서류형에 비해 열적인 조건이 풍부하지 않기 때문에, 구름이 발달해 단시간에 많은 강수가 내리기 위해서는 지표에서부터 대류가 발생하여 최대한 수증기를 짜내야 한다. 따라서 육풍이 형성되는 밤에 육지에서 해상으로 불어나가는 바람과 해상에서 강하게 유입되는 동풍류의 바람이 지표 부근에서 수렴해야 한다.

그림5. 북동수렴

2.1.6 태풍통과

태풍통과형은 태풍 중심이 동경 123~129°와 북위 30~33°를 지날 때 발생한다. 태풍이 제주도 주변으로 통과할 때 강한 바람이 불면 오랜 시간 많은 비가 내린다. 붉은색 상자(동경 123~129°, 북위 30~33°)는 제주지역에 3시간 강수가 90㎜ 이상에 도달했을 때 태풍 중심의 위치를 나타낸다. 태풍의 중심이 제주 남쪽해상을 지나면서 남동기류와 북동기류가 만날 때 동부지역에서 강한 강수가 나타난다.

그림6. 태풍통과

2.1.7 종관저기압통과

저기압 통과형은 저기압 중심이 제주 서쪽으로 지날 때만 나타나며 저기압 이동경로에 따라 호우가 발생하는 구역이 달라진다. 저기압 중심이 붉은색 원을 지나는 사례가 많았다. 이때 지상의 남서풍과 북동풍의 수렴역이 나타나는 제주도 동남쪽 지역에 집중호우가 내린다. 저기압 중심이 푸른색 원을 지날 때는 비교적 중심과 멀리 있지만 강한 비가 내린다. 이때에는 발달한 저기압이 통과하면서 850hPa에서 35kts 이상의 남서류가 유입되고 지형의 영향을 받는 제주도의 서쪽과 남쪽에 많은 강수가 내린다. 저기압 중심이 제주도 동쪽을 지날 때는 산간을 제외하고 제주도에서 3시간 동안 90㎜ 이상의 강수가 내린 사례는 없었다

그림7. 종관저기압통과

선행연구에서 나타난 메커니즘들을 분석하여 동풍에 의한 제주 북동부, 동부, 남동부, 산지 등 주로 동쪽지역에 지형적으로 나타나는 강수에 대한 매커니즘을 분석하여 특성을 알고자 한다.

3. 선행연구

동풍에 의한 강수는 강원도와 경상도 동해안을 중심으로 많이 발생하고 있고 이에 대한 연구도 활발하게 이어지도 있지만 제주도의 동풍은 한라산과 오름이라는 특수한 지형으로 인해 다르게 나타나고 있으며 공통된 매커니즘으로는 하층기류(동풍)에 의해 유입되는 수증기이다.

이영철 등(2012)은 봄철 고기압권에서 제주 남동부 지역 강수특성, 신선옥(2016)은 동풍류 유입시 제주도 국지강수 예측기술 개발, 이경호(2016)는 동풍에 의한 지형성 강수특성, 제주청예보과(2018)는 하층 동풍에 의한 강수특성 분석, <WHY? HOW!> 지역특화예보(2020) 등 제주지역 하층 동풍에 의한 강수 메커니즘, 지속시간과 종료시간, 강수량 등 강수예보에 관한 것들을 연구되었으며, 본 연구에서는 국지강수 예측기술 개발, 이경호(2016), <WHY? HOW!> 지역특화예보(2020)에 대한 강수유형을 검증하고자 한다.

4. 자료 및 분석방법

4.1 자료

조사기간은 2015년 1월부터 2020년 11월까지 최근 6년간 자료이며, 이 기간동안 하층 동풍에 의한 강수사례를 추출하여 지상바람(제주동쪽지역 및 산지AWS)과 700hPa이하(고층자료(고산, 태풍센터)) 하층바람자료가 북동~남동풍의 동풍계열에 의한 강수가 나타날 때이며 동시에 지상일기도에 동풍이 불어오는 경우이다.

또한, 동풍에 의한 국지성 강수에 대한 것이므로 강수유무의 지역적 시간차가 나는 사례들을 대상으로 분석하였다.

AWS지점(2015.1.1.~2020.11.26.)

- 산지: 성판악, 영실, 진달래밭, 윗세오름, 어리목, 삼각봉

- 동부: 성산, 송당, 월정, 구좌, 우도, 성산수산, 표선, 제주가시리

- 북동부: 대흘, 선흘

- 남동부: 제주남원, 태풍센터

고층 및 연직바람관측장비(2015.1.1.~2020.11.26.)

- 고층자료: 고산(2015.1~2016.5), 국가태풍센터(2016.6~현재까지)

4.2 분석방법

하층 동풍에 의한 사례들을 토대로 년도별, 월별로 구분하여 계절별로 나타나는 특징들과 강수별 매커니즘을 분석하여 제주도 동쪽지역에 나타나는 강수유형과 위험기상등을 분석·연구하고자 한다.

Ⅱ. 본 론

제주도에 동풍으로 인해 나타나는 강수일수는 6년간 총 970일 이였으며, 고도별로 본 결과 지상은 625일(64%)로 3분에 2이상이 지상에서 나타나는 것을 알 수 있었으며, 산간까지 지상으로 계산하였다.

표1. 제주동풍강수일수
	2015	2016	2017	2018	2019	2020
700hPa	10	14	4	17	11	14
850hPa	30	25	25	22	36	16
925hPa	18	24	16	25	24	26
지상	108	114	101	113	86	103
합계	167	177	146	177	157	146

또한, 2015년부터 2020년 11월까지 관측자료를 연구한 결과 동풍에 의해 나타나는 제주동쪽 강수 유형들의 메커니즘을 월별과 고도별로 분류하였다.

그림8. 월별 강수일수

그림9. 고도별 강수일수

표2와 같이 태풍통과, 북동수렴, mt가장자리, 종관저기압통과(저기압+기아골+정체전선), 대륙고기압 확장으로 5가지 강수 매커니즘을 분류하였다.

표2. 강수유형별일수
	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
2015	7	5	3	129	23
2016	6	6	19	132	13
2017	10	8	7	104	17
2018	21	7	10	122	17
2019	18	10	10	115	4
2020	17	6	17	102	4
합계	79	42	66	704	78

그림 10와 같이 종관저기압형이 동풍에 의한 강수일수가 가장 많이 나타났으며, 태풍과 대륙고기압확장,mt가장자리,북동수렴의 순서로 나타났다.

그림10. 매커니즘별 강수일수

1.태풍통과형

먼저 2020년 선행과제인 지역특화예보(Why?How!)에 나와있는 태풍통과형은 태풍 중심이 동경 123~129°와 북위 30~33°를 지날 때 발생하는 것으로 제주도 주변으로 통과할 때 강한 바람이 불면 오랜 시간 많은 비가 내린다.

그림 10의 붉은색 상자(동경 123~129°, 북위 30~33°)는 제주지역에 3시간 강수가 90㎜ 이상에 도달했을 때 태풍 중심의 위치를 나타내며, 태풍의 중심이 제주 남쪽해상을 지나면서 남동기류와 북동기류가 만날 때 동부지역에서 강한 강수가 나타난다.

그림10. 태풍이동경로

태풍통과형은 크게 3가지로 나눌 수 있다.

첫 번째 태풍제주통과, 두 번째 중국상륙, 세 번째 일본상륙으로 제주도에 각각 어떠한 영향이 있는지 아래와 같이 연구하였다.

1.1 제주통과

제주를 통과한 사례로 9월2일 24시간 누적강수량(그림11)을 보게되면 산지를 중심으로 1000mm이상의 강수, 그 밖의 지역에서도 200mm내외의 강수량을 기록한 것을 알 수 있다.

그림11.24시간 누적강수량 9월1일(좌) 9월2일(우)

그림12와 같이 제주 남서쪽에서 북북동진하면서 제주를 통과하여 동해상으로 빠져나간 사례이다.

그림12. 지상일기도(2020년 9월 1일~3일)

그림13에 AWS시계열자료를 보게되면 15시부터 강수가 강해지는 걸 알 수 있다. 또한 2일 고층자료를 보게되면 09시 동풍계열의 바람이 불다 21시에는 북풍계열로 바뀌는 것을 볼 수 있다.

그림13. 고층자료(아래) 및 AWS 시계열자료(위)

1.2 중국상륙

중국으로 상륙한 사례로 24시간 누적강수량(그림15)을 보게되면 산지와 서쪽지역을 중심으로 많은 강수를 기록하였다.

그림15.24시간 누적강수량 8월10일(좌) 8월11일(우)

그림14에 지상일기도에서 보게되면 제주남서쪽에 위치하면서  중국동부해안을 따라 북진하고 있다.

그림14. 지상일기도(2019년 8월 9일~11일)

아래 그림16에서 성산과 성판악 AWS시계열 자료를 보게되면 성산은 11일 12시 전후로 강수를 기록하고 12일에는 강수를 기록하지 않은반면 성판악에서는 12일 24시까지 강수를 기록한 것을 볼 수 있다.

그림16. 고층자료(아래) 및 AWS 시계열자료(위)

그림 16에 고층자료를 보게되면 10일 21시부터 11일 09시까지 남동풍이 부는 것을 확인할 수있으며 연직바람관측장비(태풍센터)를 보게되면 11일 20시부터 남풍으로 바뀌는 것을 알 수 있다.

1.3 일본상륙

일본으로 상륙한 사례로 24시간 누적강수량을 보게되면 23일 강수량이 제주전역으로 5~20mm내외의 약한 강수를 기록하였다.

그림17.24시간 누적강수량 9월22일(좌) 9월23일(우)

그림 18에서와 같이 제주남남동쪽에 태풍이 위치해 있으며 점차 북북동진하면서 일본으로 상륙하는 것을 알 수 있다.

그림18. 지상일기도(2020년 9월 22일~23일)

그림19에서와 같이 제주동부의 해안인 성산(우)에서는 동북동풍의 바람이 불면서 강수량이 매우 적은 것을 확인할 수 있으며, 산지인 성판악(좌)AWS는 북동풍이 불면서 20mm내외의 강수량이 기록한 것을 알 수 있다.

그림19. 고층자료(아래) 및 AWS 시계열자료(위)

그림 19 23일 09시 단열선도(좌)를 보게되면 700hPa까지 약하게 북동풍이 불고 있으며 연직관측장비에서도 1.5km까지 북동풍이 부는 것을 알 수있다. 일본쪽이 아니 제주쪽으로 더 서쪽에 있으면 직접적인 영향을 받겠으나 이 경우는 북동수렴형에 가까운 형태를 보인다.

2.북동수렴형

선행연구에서의 북동수렴형을 간단하게 정리하고 검증을 통해 이러한 매커니즘이 나타나는지와 새로운 유형이 나타나는지에 대해 관측자료를 토대로 연구한 결과 가장적게 나타나는 유형이다.

기본적으로 북동기류는 기온이 낮기 때문에 수증기를 많이 포함하지 않고, 하층으로 낮게 깔려 한기가 이류 되기 때문에 역전층이 발생해 대기가 불안정하지 않다.

지상에서는 한랭이류지만 그 위층으로는 온난이류가 강하게 일어난다. 하층에서 포화된 공기가 특정 고도까지 상승하면 상층으로 공기를 올려줄 수 있는 구조이다.

그림20. 제주 동부지역 야간에 발생하는 북동류수렴형 국지호우 모식도(좌) 북동류형 국지호우 판단가이던스(우)

고기압이 동해상이나 일본 동쪽 해상에 중심을 두고 북쪽 기압골 후면의 침강류가 고압부를 강화시키는 동시에 열대기단이 북상하는 8월에서 9월 밤에서 새벽 사이에 주로 발생한다. 북동류 수렴형은 제주도 동쪽 해상에서 북동류와 남동류가 수렴하면서 시작된다.

`

그림21. 해상풍자료(좌)수렴모식도(우)

해상에서 수렴한 기류가 중규모 저기압을 발달시켜 유입되므로 지상 바람보다는 거제도 부이와 서귀포 부이 등의 해상풍 자료를 활용해 지표 부근의 기류수렴을 예측한다.

2.1 사례1(20119.09.27)

북동수렴의 사례로 그림22와 같이 2019년 9월 27일을 분석하였으며 해양부이 거제도 북동,서귀포 동남동의 기류가 불고 있다.

그림22.2019년 9월 27일 지상일기도(좌) 해양부이(18시)(우)
그림23.2019년 9월 28일 지상일기도(좌) 해양부이(00시)(우)

그림23에 지상일기도에서 일본동쪽에 고기압이 위치해 있고 제주도남쪽으로 저기압이 태풍으로 발달하여 북상하고 있다.

또한 그림 24에서 중국중부지방으로 상층골이 ,850hPa 상당온위에서는 고상당온위가 제주도에 위치해 있다.

단열선도에서도 하층에서는 동풍이 불고 상층에서는 남서류가 유입되는걸 알 수 있다.

그림24. 500hPa 일기도,850 상당온위, 단열선도, 연직바람관측장비

레이더영싱(그림25)에서 아침 9시부터 계속해서 강수에코가 동쪽을 중심으로 발달하는 것을 알 수 있다.

그림25. 레이더영상(27일 09시~14시)

그림26. 위성수증기영상 27일 12시(좌) 27일 13시(우)

위성수증기영상(그림26)에서 암역이 제주도부근에 위치해있고 제주도 부근에서 대류운이 발달하는 것을 볼 수 있다.

그림27. AWS시계열 2일자료(성산, 선흘, 어리목, 표선)

그림28. 24시간 누적 강수량 27일(좌) 28일(우)

누적강수량도 동쪽과 산지를 중심으로 많은 양의 강수량을 기록하였고 단시간에 집중적으로 내린 것을 알 수 있다.

2.2 사례2(2019.04.19.)

이번 사례는 지상일기도(그림29)에 동해상에 고기압이 위치해 있고 해양부이에서도 거제도 북동, 서귀포 동남동이 불고 있다.

그림29.2019년 4월 19일 지상일기도(좌) 해양부이(12시)(우)

하지만 500hPa일기도(그림30)에서 보는바와 같이 상층기압골은 사할린부근에 위치해 있고 850hPa상당온위에서도 저상당온위가 제주도에 위치해 있다.

그림30. 500hPa 일기도, 850 상당온위, 단열선도, 24시간누적강수량

또한, 누적강수량도 5mm미만을 기록하고 있으며 레이더영상(그림31)에서는 제주남동쪽으로 약하게 강수에코가 나타나고 있다.

그림31. 레이더영상(19일 19시~19시20분)

위성수증기영상에서도 제주도는 암역에 위치해 있고 그 경계는 제주남쪽 먼해상에 위치할 것을 볼 수 있다.

그림32. 위성수증기영상 19일 19시

그림33. AWS시계열 24시간 성판악(좌), 태풍센터(우)

AWS시계열(그림33)에서 보듯이 산간과 제주남동지역에 빗방울이나 약한 강수가 나타나고 있다.

3. mt가장자리

이번 사례는 선행연구(지역특화예보 Why?How!,2020)에서 정확하고 자세한 연구로 따로 사례일을 분석하지않고 그 내용을 그대로 인용하고자 한다.

mT 가장자리(남서류형)의 기압배치에서 그림 34와 같이 기압경도력이 강하지 않을 때는 뚜렷한 강수 시스템의 발달이 어렵다. 하지만 그림35의 레이더 영상처럼 내륙에서 소낙성으로 대류운이 발달하면서 거의 이동하지 않고 시간당 90㎜(그림34) 가량의 강수량이 내려 누적강수량이 200㎜ 이상(난산 244㎜/일)을 기록하기도 한다.

그림34. 지상일기도(좌), 누적강수량(우)

그림35. 레이더영상

mT 가장자리에서 남서류가 불 때 제주 동부지역에 나타나는 국지호우의 유형은 그림36의 두 가지로 분류할 수 있다. 기본적으로 두 유형 모두 mT 가장자리에서 고온다습한 남서류를 동반한다. 뚜렷한 종관적인 시스템이 없어 하층제트가 나타나지 않지만 낮 동안 기온이 오르면서 해풍이 불어 제주도 동부지역으로 하층의 기류수렴이 발생한다. 다만 그림 36(좌)은 상층의 강제력이 하층의 수렴을 강화시켜 발달하는 상층지원형이고, 그림36(우)은 상층의 도움 없이 다량의 수증기가 하층에서 수렴하면서 상층까지 발달하는 하층연료형이다.

그림36. 상층지원형(좌), 하층연료형(우)

이슬점온도의 상승은 연료 공급과 같은 역할을 한다. 그림 37(좌)은 상층지원형 사례(2017년 7월 5일)로 7월 4일부터 5일까지 성산 지점의 기온(최고기온과 기록시간), 이슬점온도, 500hPa 기온과 시간강수량의 시계열 자료이다. 7월 4일과 5일에 아침 6시 이후로 기온이 오르면서 이슬점온도가 같이 오르는 것을 볼 수 있다. 일반적으로 내륙에서는 낮에기온이 오르면서 이슬점온도가 내려가거나 유지되는 반면 제주도는 해풍이 유입되어 기온이오르면서 이슬점온도도 함께 올라간 뒤 해풍이 약화되면 다시 떨어지는 형태를 보여준다. 7월 5일 강수가 있기 전, 아침 7시부터 이슬점온도가 기온과 함께 상승하기 시작했고 8시가되자 이슬점온도가 25℃ 이상 되면서 해풍이 불기 전보다 1℃ 이상 상승했다. 낮 동안 이슬점온도의 1℃ 상승은 앞의 그림 2-8과 같이 대류응결고도(CCL)를 낮추어 구름 발달을쉽게 만들고 운저고도를 낮추어 대류가용잠재에너지(CAPE)를 키우는 역할을 한다.

그림37.성산 지점의 기온(최고기온과 기록시간), 이슬점온도, 500hPa 기온과 시간강수량의 시계열(좌), 위성수증기영상(우)

상층의 지원이 하층의 불안정을 폭발시키는 시동을 걸어주는 역할을 한다. 4일 지상일기도의 조건은 5일과 유사하였다. 하지만 그림37(우)의 수증기영상에서 보면 5일은 건조라인(하늘색 선)이 발해만에서부터 제주 북서쪽으로 유입되면서 하층 습윤한 공기를 밀어 올리는 역할을 했고, 그림37(좌)의 그래프에서 5일 9시에 500hPa 기온이 4일 9시에 비해 –3.5℃에서 –6.7℃로 3.2℃가 떨어진 것으로 보아 열적인 불안정이 가속화되었음을 알 수 있다. 그림38은 7월 4일과 5일 9시 태풍센터(제주)에서의 단열선도이다. 5일 아침 상층기압골이 유입될 때 300hPa 이상 고도에서 50kts 이상의 남서풍이 불면서 상층발산과 연직시어에 의한 상승 운동으로 2차 순환이 강화되었다. 이슬점온도가 가장 높은 7월에 나타나는 남서류에 의한 강수가 아닐 때는 상층의 건조 공기 유입이나 기압골 지원이 동반되어야 한다. 하층의 기온 상승과 이슬점온도 상승이 제한적일 때에는 상층의 찬 공기가 유입되지 않으면 하층의 수증기를 모두 강수로 바꾸기는 어렵다.

그림38. 단열선도 7월4일(좌) 7월 5일(우)

하층의 기류 수렴은 가속 페달을 밟는 역할을 한다. 그림39의 2017년 7월 4일과 5일 같은 시각의 바람 벡터를 보면 4일은 지형효과를 받을 수 있는 내륙이 아닌 해안 쪽으로 수렴이 일어났지만, 5일은 100~300m 오름 지역이 위치한 제주 동부지역으로 이른 시간부터 기류의 수렴이 형성되어 상승 운동이 집중될 수 있었다. 4일은 열적으로는 불안정했지만 상층의 강제력이 없었을 뿐만 아니라, 하층의 수렴이 지형효과를 받아 상승할 수 있는 곳에서 이루어지지 않았기 때문에 오후에 소낙성 강수는 발생하지 않았다.

그림39. AWS바람벡터

역전층은 터보엔진 역할을 한다. 2017년 7월 5일 제주 동부지역에 소낙성 강수가 강했던 또 다른 원인으로 하층의 역전층을 들 수 있다. 그림 40에서 24시간 전 상해 지역에 있던 25℃ 이상의 난기가 제주지역으로 유입됨에 따라, 4일 9시 태풍센터 925hPa 기온이 22.4℃에서 5일 9시 24.4℃로 2℃ 증가하면서 역전층이 생겼다(그림38. 단열선도).

그림40. 2017년 7월 4일 09시 925hPa GTS 고층 바람(좌)과 925hPa 기온(우)

925hPa 난기가 유입되어 발생한 역전층은 세 가지 역할을 한다. 첫 번째는 풍하측 수렴(소용돌이)의 집중이다. 이순환과 박광순(2004)은 겨울철 10kts 이상의 북서풍이 불 때제주도 남부 해상에 나타나는 Karman 소용돌이에 의해 생성되는 구름은 한라산 중턱에 해당하는 900hPa 고도에 형성된 강한 역전층에 원인을 두고 있다고 했다. 고성경과 이은정(2014)은 종관 풍속이 16kts 미만일 때 한라산을 돌아 풍하측에 수렴역이 형성된다고 했다. 남서류가 너무 강하면 기류가 한라산을 넘어 풍하측으로는 하강류가 발생해 수렴을 방해한다(그림41좌). 반면 925hPa 고도에 역전층이 있고 남서류의 풍속이 10~20kts일 경우에는 풍하측 소용돌이가 생성되고 수렴이 잘 형성된다.

그림41. 남서류 풍속에 따른 풍하측 수렴역 형성의 모식도. 남서류가 산을 넘어 풍하측 하강류가 발생하는 경우(좌) 남서류가 한라산을 돌아 풍하측 내륙에 수렴이 발생하는 경우(우)

두 번째는 지표 부근에 기압경도력이 약한 상황에서 925hPa 역전층으로 인해 혼합층의 발달이 제한되면 대기는 역전층 아래로 갇히게 된다. 지표 부근에 바람이 강하지 않아 일사에 의한 지표 가열이 잘 형성되어 빠른 시간 내에 기온이 오를 수 있게 되면서 해풍의 유입 시간이 빨라진다. 그림37(좌)에서 7월 4일 해풍이 유입되면서 이슬점온도가 급격히 올라간 시각은 12시 이후지만 7월 5일 해풍이 불기 시작하면서 이슬점온도가 25℃를 넘는 시각은 7~8시이다. 따라서 7월 5일의 사례처럼 925hPa 역전층은 대류 억제 작용을 하면서 수증기를 빠른 시간 안에 제주 동부지역으로 모으는 역할을 한다.

마지막으로는 역전층 아래의 습윤한 공기를 가둬두고 역전층 위로는 CAPE가 큰 지역이 나타나 일명 “Loaded gun(장전된 총)”의 형태를 띄게 된다. 따라서 잠재적인 불안정을 유지한 상태에서 상층의 강제력, 하층의 기류수렴, 지형적인 상승이 더해질 때 압력밥솥의 김을 빼듯이 불안정이 폭발하게 되는 역할을 한다.

다만, 그림42의 2017년 7월 13일 21시 단열선도처럼 925hPa 부근 기온이 27℃를 넘어가면서 역전층이 너무 두꺼워 상층의 강제력이 없고 기류의 수렴이 형성되지 않는 경우는 대류운이 발달하지 않는다.

그림42.2017년 7월 13일 21시 국가태풍센터의 단열선도

(역전층(CIN)이 두꺼워 강수가 없었던 사례)

상층 강제력이 없어도 하층의 수증기량이 풍부하면 제주 동부지역에 3시간 90㎜ 이상의 강수가 발생할 수 있다. 그림43은 2017년 8월 25일 09시 사례(하층연료형)의 지상과 500hPa 일기도이다. mT가 제주도 남쪽에 위치하고 그 남쪽에 태풍이 위치하면서 고기압성 순환이 유지된다. 중국대륙에서는 고압부가 확장하면서 제주도는 안장부 지역에 위치하여 뚜렷한 기압계의 지배를 받지 않는 상태이다. 500hPa에서도 건조공기의 유입이나 뚜렷한 기압골의 통과 없이 제주도는 mT 가장자리에 있다. 상층 강제력이 없지만 지상 기온이 32℃ 이상으로 오르면서 해풍이 유입되고 이슬점 온도는 27℃ 이상으로 올라 기류가 제주 동부지역에서 수렴되었다. 하층의 강한 수렴과 다량의 수증기가 대류억제구역을 넘으면서 EL 고도가 15km까지 형성되고 대류가용잠재에너지 (CAPE)가 2,000을 넘으면서 3시간 동안 90㎜ 이상의 강수를 기록하였다.

그림43.2017년 8월 25일 2hPa 간격 지상일기도(좌)와 500hPa 수증기 중첩 일기도(우)

8월에는 평균적으로 7월에 비해 기온은 높고 이슬점온도가 낮다. 하지만 제주 남쪽에 열대저압부가 위치한 가운데 mT 가장자리로 지속적으로 수증기가 유입되면서 지상 이슬점온도가 27℃ 이상이 되고 850hPa 상당온위가 350K 이상으로 다량의 수증기를 포함하게 되면, 상층의 강제력이 없어도 하층수렴에 의한 방아쇠 작용만으로도 구름이 폭발적으로 발달할 수 있다.

그림44.제주동부지역 국지호우 판단 가이던스

4.종관저기압통과(저기압+기압골+정체전선)

종관저기압통과형은 선행연구의 저기압통과, 남쪽기압골(2016년), 종관저기압통과(2020년), 정체전선을 통합하여 한가지 유형으로 하고자 하며 제주도동풍강수의 60%이상이 나타나는 유형이다.

4.1 저기압통과

4.1.1 중부지방 저기압 통과

상층기압골에 동반된 저기압이 중부지방을 지나는 사례로 제주도는 26일 밤부터 남서가 불어오면서 강수가 시작하여 남서류가 강해지는 27일 새벽부터 산지와 남부를 중심으로 많은 강수를 기록하였다.

그림45. 24시간 누적강수량 2019년 5월 26일(좌) 5월 27일(우)

그림46. 지상일기도 5월 26일~27일

그림47. 500hPa일기도 5월 26일~27일

지상일기도(그림46)과 500hPa일기도(그림47)에서도 상층기압골에 동반되 저기압 중부지방을 지나는 것을 볼 수 있다.

그림48에 단열선도나 연직관측장비에서 26일부터남서류가 유입되기 시작하였고 남풍이나 남서류가 강해지는 시기는 27일 새벽이다.

그림48. 26일 단열선도, 27일 단열선도, 연직바람관측장비

그림49. 위성수증기영상 26일 09시, 21시, 27일 09시 21시

위성수기영상(그림49)에서도 26일밤부터 저기압이 서해상으로 진출하기 시작하여 27일 새벽에는 중부지방에 위치한 것을 알 수 있다.

제주도는 27일 새벽부터 산지와 남부를 중심으로 강한 강수가 이어지다 12시부터 점차 영향에서 벗어나기 시작하면서 강수가 약해지는 것을 볼 수 있으며 지형적인 영향을 받는 산지와 남동부가 강수가 많이오고 동부와 북동부는 상대적으로 적을 것을 알 수있다.

그림49. AWS시계열(성산, 성판악, 선흘, 태풍센터, 표선, 구좌)

4.1.2 제주저기압통과

남쪽기압골에 동반된 저기압이 상해에서 동진하면서 제주도를 통과한 사례로 제주남부를 중심으로 많은 강수가 왔다.

그림50. 24시간 누적강수량 2018년 5월 6일(좌) 5월 7일(우)

지상일기도(그림51)에서 나타나듯이 저기압의 이동경로는 상해부근에 있던 저기압이 6일부터 동진하면서 7일 오후에는 제주를 통과하여 일본으로 유입되고 있다.

또한, 500hPa일기도(그림52)에서 중국북동지역에 상층기압골이 위치하면서 느리게 동진하고 있으며 중국 중부지방으로 약한 남쪽골이 이동하는 걸 볼 수 있다.

그림51. 지상일기도 2018년 5월6일~7일

그림52. 500hPa일기도 2018년 5월6일~7일

6일 단열선도에서는 남서풍이 유입되면서 제주도를 통과한 후 7일 밤 21시 일본에 중심을 둔 저기압 후면으로 850hPa이하로 하층에서 북동풍이 들어오는 걸 알 수 있다.

그림53. 6일 단열선도, 7일 단열선도, 연직바람관측장비

6일 새벽부터 시작된 강수는 저기압이 제주를 통과하는 7일 오전까지 지속되었으며 잠시 소강상태를 보인 후 저기압 후면으로 북동풍이 불어오면서 동쪽지역을 중심으로 산지를 포함하여 약한 강수가 3시간 정도 지속되다가 종료되는걸 볼 수 있다.

이러한 강수형태는 2016년 선행연구에서 제시되었던 제주도저기압통과에 유형으로 500hPa 약한 기압골이 나타나고 있고 저기압이 일본으로 유입되면서 점점 종료되는 형태로 나타나고 있다.

그림54. AWS시계열(성산, 성판악, 선흘, 태풍센터, 표선, 구좌)

4.2 남쪽기압골

2019년 11월 25일~26일나타난 사례로 지상일기도(그림55)에서 고기압이 동해상과 중국중부지방으로 나뉘면서 제주도를 중심으로 약하게 저압부가 생기는 걸 알 수 있다.

그림55. 지상일기도 2019년 11월 25일(좌) 26일(우)

또한, 500hPa일기도(그림56)에서는 북쪽으로 기압골이 형성되면서 동진하고 있고 중국중부지방에서 남쪽골이 활성화되면서 제주남쪽으로 동남동진하는걸 볼 수 있다.

그림56. 500hPa일기도 2019년 11월 25일(좌) 26일 (우)

그림57에 고층자료를 보게되면 25일 09시 서풍계열의 바람이 21시에 하층에 동풍으로 바뀌면서 26일까지 계속해서 지속되는걸 알 수 있다.

또한, 연직바람관측장비에서도 25일지상에는 북풍 하층에선 북서풍이 불던 것이 밤부터 북동풍으로 바뀌는 것을 볼 수 있다.

그림57. 단열선도11월 25일(좌) 26일(우) 연직바람관측장비(아래)

25일 24시간 누적강수량은 산지에 약한 강수가 있고 26일 5~20mm의 강수량을 기록하였다.

그림58. 24시간 누적 강수량 11월 25일(좌) 26일(우)

그림59. AWS시계열(성산, 성판악, 선흘, 태풍센터, 표선, 구좌)

AWS시계열 자료를 보게되면 26일 새벽부터 동쪽지방을 중심으로 강수가 시작되는 걸 볼 수 있다.

5.대륙고기압(cp)확장

5.1  호수 효과에 의한 강설 메커니즘

겨울철 대륙의 차고 건조한 공기가 상대적으로 따뜻한 해수면을 지나가게 되면 열과 수증기를 공급받게 되는데, 해수면 위를 긴 시간 이동할수록 해수면 부근의 하층 대기는 더욱 온난 습윤해지고 불안정해진다. 하층에서 대류와 함께 혼합이 일어나고 점차 혼합층이 깊어지면서 대류운이 발생하게 되는데, 긴 거리를 이류하는 동안 계속되는 열과 수증기의 공급은 대류를 촉진시켜 구름을 높게 발달시킨다.

그림60.호수 효과(lake effect)에 의한 서해안 강설 발생 과정 모식도

그림60. 호수 효과(lake effect)에 의한 서해안 강설 발생 과정 모식도 차고 건조한 기단의 공기가 따뜻한 서해상을 지나면서 열과 수증기를 공급받아 하층 대기가 불안정해져 대류운이 발달하는 과정을 보여줌기류가 해수면을 지나 육지로 유입되는 지역에서는 마찰에 의한 수렴으로 상승기류를유발시키고 구름은 더욱 강하게 발달해 많은 눈을 내리게 한다. 한편 대류와 혼합으로 인해 발달한 구름은 상부로 갈수록 단열냉각이 되므로 상부의 기온이 낮아져 그 위로는‘capping inversion(착모역전)’이라는 모자 쓴 형태의 기온역전 현상이 나타나게 되며, 이는 대류에 의한 구름 발달을 하층으로 제한하게 된다.

따라서 서해의 수온이 높고 수면 위로 유입되는 공기가 차가워 그 차이가 클수록 하층대기로의 열 공급은 더욱 커질 것이며, 서해상을 길게 이동할수록 많은 수증기 공급이 일어날 것이다. 또한 강한 바람은 하층 대기를 혼합시켜 열과 수증기 공급을 더욱 활발하게 해 불안정한 대기를 형성한다. 결국 이러한 일련의 과정들이 복합적으로 어우러져대류운을 발달시켜 강설로 이어지게 되는 것이다.(출처 : 겨울예보 Why?How!(2020))

5.2 사례

이번 사례는 2019년 12월 2일 사례로 지상일기도(그림61)에서 저기압이 동해상에 위치해 있고 대륙고기압이 우리나라로 확장하면서 서해상에서 해기차에 의한 강수구름대가 발달하여 제주도에 영향을 주고 있다.

그림61. 500hPa일기도 2019년 12월 2일

500hPa 일기도(그림62) 중국북동지방에 위치한 상층기압골에서 한기가 지속적으로 우리나라에 유입되고 있다.

그림62. 500hPa일기도 2019년 12월 2일

단열선도(그림63) 에서도 12월2일 21시에 하층부터 북서풍이 유입되고 있으며, 연직바람관측장비에서도 12월 2일 자정을 기해 하층에서도 북서풍으로 바뀌는 것을 볼 수 있다.

그림63. 2019년 12월 2일 단열선도(좌) 연직바람관측장비(우)

위성영상(그림64)에서 서해안에서 해기차에 의해 만들어진 대류운들이 점차 남서진하면서 내려오고 있으며 수증기영상에서도 건조역이 제주도남쪽바다에 위치해 있는 것을 알 수 있다.

그림64. 2019년 12월 2일 위성합성영상(좌) 위성수증기영상(우)

누적강수량(그림65(좌))에서도 5~20mm내외의 강수량을 기록하고 있으며 바람벡터(그림65(우))북서풍이 불면서 풍하측에서 북에서 북동으로 불면서 제주도 남쪽에서 수렴되는걸을 볼 수 있다.

그림65. 2019년 12월 2일 24시간 누적강수량(좌) AWS바람벡터(우)

그림59. AWS시계열(성산, 성판악, 선흘, 태풍센터,)

기온이 높아 대부분 비로 내렸으며, 주로 북풍계열의 바람이 불면서 강수량을 기록하였다.

다만, 사례에서는 나타나지 않았으나 서북서풍이나 북풍계열로 북서쪽에서 유입될 때 풍하측인 동쪽지역이나 남동쪽에서는 수렴되는 지역이 따라 많은 강수량을 기록할 수 있으니 주의해서 할 것이다.

Ⅲ. 결 론

현재 제주도에 동풍에 의해 나타나는  여러 가지 유형들을 2015년부터 2020년까지 관측자료들을 분석하여 7개 유형을 강수 메커니즘별로 최종 5가지로 분류하였다.

첫 번째, 태풍통과형은 제주도를 통과하거나 동경 123~129°, 북위 30~33°안을 통과하였을 때 제주도전역에 많은 강수와 강한 바람 등 직접적인 영향을 준다.

또한, 중국내륙으로 완전 유입되었을 때는 위험기상이 나타나지 않았지만 중국동안지역을 따라 북상하게 되면 제주도에 영향을 주어 위험기상이 나타나며, 제주남쪽에서 북북동진하면서 일본으로 유입될 경우는 제주산지와 동쪽지방을 중심으로 위험기상이 나타났다.

두 번째, 북동수렴형은 동해안이나 일본에 고기압이 위치해 있고,

제주남쪽으로 저기압이나 태풍이 위치하면서 따뜻한 공기가 제주동쪽해상으로 유입되면서 북쪽의 찬공기와 많나 제주동쪽지역과 산지를 중심으로 아주 많은 강수를 기록하게 된다. 그 외에도 850hPa 상당온위나 상층기압골등 다양한 기상조건들이 필요하며 이조건을 만족하지 못하게 되면 아주 약한 강수가 제주산지와 동쪽지역에 나타났다.

세 번째, mt가장자리형은 상층의 강제력이 하층의 수렴을 강화시켜 발달하는 상층지원형과 상층의 도움 없이 다량의 수증기가 하층에서 수렴하면서 상층까지 발달하는 하층연료형의 두가지 형태로 나타났다.

네 번째, 종관저기압형은 제주도 동풍강수의 64%로 3분의 2이상 나타나는 유형으로 사계절 나타나며 저기압형, 기압골형,정체전선등 제주도를 중심으로 제주도를 통과하거나 북쪽, 남쪽을 지나면서 많은 양의 강수를 내리며 위험기상이 나타났다.

다섯 번째, 대륙고기압 확장형은 대륙고기압이 확장할 때 해기차에 의한 구름대를 발생시키며 겨울철 제주대설과 많은 연관이 있으며 북쪽이나 북서쪽에서 강한 바람이 불 때 한라산을 돌아 수렴하게되면서 동쪽지역에 많은 눈을 내려 위험기상이 나타났다.

위에 언급한 것과 같이 지형에 의한 하층동풍(700hPa이하) 강수 매커니즘을 연구하여 정리하였으며 앞으로도 많은 연구를 통해 우리나라에 맞는 예보판단 가이던스와 매커니즘을 연구하였으면 한다.

Ⅳ.  참고문헌

1. 제주지방기상청 누리집 (https://www.jeju.kma.go.kr)

2. 제주특별자치도 누리집 (https://www.jeju.go.kr)

3. Why? HoW? 지역특화예보 (기상청, 2020.12.)

4. Why? HoW? 겨울예보 (기상청, 2020.12.)

5. 동풍에 의한 지형성 강수 특성(2016, 이경호)

<별첨1> 월별 강수일수

2015년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월				4	7
2월		1		4	5
3월				11	3
4월				16	2
5월	1	1		11
6월				19
7월	4		2	6
8월	2	1	1	12
9월		2		10
10월				6
11월				18	2
12월				11	4

2016년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월				7	4
2월				7	7
3월				11
4월		1		13
5월				14
6월				22
7월	1	1	7	8
8월	1	1	12	3
9월	2	1		14
10월	2	1		14
11월		1		11
12월				9	2

2017년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월				7	5
2월				7	2
3월				7
4월				11
5월				8
6월			1	11
7월	2	3	5	8
8월	2	2	1	13
9월	5	1		9
10월	1	2		10
11월				10
12월				3	10

2018년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월				8	10
2월		1		6	4
3월				12
4월				11
5월		3		18
6월	2	2		11
7월	6		4	6
8월	9		6	7
9월	1	1		16
10월	3			7
11월				9
12월				11	3

2019년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월				8
2월				8
3월				11
4월		2		12
5월		2		8
6월				11
7월	3		9	9
8월	6	1	1	8
9월	6	5		11
10월	3			11
11월				10
12월				8	4

2020년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
1월		1		10	1
2월		1		9	3
3월				4
4월				7
5월		1		7
6월		2	1	21
7월			2	19
8월	6	2	12	1
9월	10			11
10월	1	1		5
11월				8

<별첨2> 고도별 강수일수

2015년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	4	2		4
850hPa		2		24	5
925hPa		1	1	16
지상	3		2	85	18

2016년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	4	1	5	4
850hPa	2	2	5	16
925hPa		2		22
지상		1	9	91	13

2017년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	2		1	1
850hPa	4	4	1	16
925hPa		3	1	12
지상	4	1	4	75	17

2018년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	13	2	2
850hPa	3	4		15
925hPa	1	1	1	22
지상	4		7	85	17

2019년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	5	1		5
850hPa	2	6	3	25
925hPa	1	1		22
지상	10	2	7	63	4

2020년	태풍	북동수렴	mt가장자리	종관저기압통과	대륙고기압
700hPa	10	2	2
850hPa	2			13
925hPa	2	3	1	19	1
지상	3	1	14	70	3