2021년 예보관 과정 훈련보고서

지역 특성을 고려한 예보기술 연구

- 서해중부해상(경기만)의 안개 특성 연구 -

2021. 9. 30.

소속: 기 상 청

성명: 이 미 희

- 목   차(재정리 필요) -

Ⅰ. 서론	4

1. 연구과제 개요	4

2. 국내외 연구기술 현황	6

2.1. 국내 연구동향	6

2.2. 국외 연구동향	8

2.3. 기존 연구의 한계	8

2.4. 기존 연구와 차별성	10

3. 사전 조사	12

3.1. 지형적 특성	12

3.2. 해양학적 특성	15

3.3. 이론적 특성	16

Ⅱ. 본론	19

1. 연구자료 및 방법	19

1.1. 연구 자료	19

1.2. 연구 방법	23

2. 통계 분석	25

2.1. 해수면 온도	25

2.2. 종관적 특성	27

2.3. 월별 안개 발생일수	32

2.4. 안개 발생시간 및 횟수	33

3. 대기-해양 기상특성 및 안개 영향 요소	34

3.1. 해수면 온도와 해기차	36

3.2. 바람	38

3.3. 상당온위	42

3.4. 이슬점 온도	44

3.5. 잠재와도	45

3.6. 조석과 조위	47

3.7. 해무 내륙 유입	49

Ⅲ. 결론	53

Ⅳ. 참고문헌	57

서해중부해상(경기만)의 안개 특성 연구

Ⅰ. 서론

1. 연구과제 개요

세계기상기구(WMO)에서 안개는 「A suspension of very small, usually microscopic water droplets in the air, reducing visibility at the Earth's surface」, 공기 중에 떠있는 매우 작은, 일반적으로 미세한 물방울로 인해 지표면의 가시거리가 감소되는 것으로 정의한다. 기상학적으로 안개란 비, 눈, 우박, 이슬, 서리 등과 같이 대기 중의 수증기가 모여 발생하는 현상으로 수평시정이 1km 미만일 때를 일컫는다.(김광식, 1992)

우리나라는 삼면이 바다로 이루어져 대기에서 발생하는 안개, 바람 등 모든 기상현상 등에 대해서는 바다의 영향을 무시할 수 없다. 그 중에서도 가장 광활한 해역을 담당하고 있는 수도권기상청은 육상으로는 서울․인천․경기도 및 서해5도 36개 시군을 관할하고 해상은 서해북부해상과 서해중부해상의 예보를 생산하고 있다. 서해중부해상은 최북단 백령도부터(북위 38°N) 충청남도 서천시와 전라북도 군산시 경계(북위 36°N)까지 해역으로 남북거리는 약 220km, 동서거리는 약 370km 이상의 해역이며 인천경기남부앞바다는 강화군 하단부터 인천시, 시흥시, 안산시, 화성시, 평택시까지 직선거리로 70km가 넘는 해역이다. 인천에서 서해중부해상의 주요 섬(백령도, 연평도, 덕적도, 이작도, 풍도 등)을 운항하는 항로는 총 12개이며, 18척의 선박이 140여만명의 여객(여행객 102만명, 도서민 38만명)을 수송한다. 또한, 월미도, 팔미도 등을 운항하는 관광유람선을 비롯해 어선 3233척(인천 1436척, 경기 1797척/’2018년 해양수산부 등록어선통계자료)등 다양한 해상활동이 서해중부해상에서 이루어지고 있어 지역민들의 안전과 경제적 지원을 위한 신속하고 정확한 기상정보를 요구하고 있다.

매년 크고 작은 해상사고가 발생하는데 주요 원인은 강한 바람, 높은 파고와 안개 등으로 인명피해로 직결된다. 안개는 자동차, 선박 및 항공기 등 각종 교통 수단의 운항에 많은 영향을 주고 있다. 2006년 10월 서해안 고속도로 상의 서해대교에서 안개로 인한 29중 추돌 사고로 12명이 사망하고 40억원의 재산 피해가 발생했으며, 2007년 5월에는 골든로즈호와 진성호 사건 등 해무로 유조선이 침몰 되었고, 목포 공항은 잦은 안개에 따른 결항과 안전 문제로 2007년 폐쇄되었다. 해상 인근이나 해상에서 주로 발생하는 해무는 육상안개에 비해 안개층이 두껍고 야간뿐 아니라 주간에도 발생하여 주야를 가리지 않고 사고가 발생한다. 해양수산부 중앙해양안전심판원의 사고통계 연보에 의하면 월별 해양사고 현황은 평균 1,169건에서 1,542건으로 5월부터 9월까지 해양사고가 가장 많이 발생하여 종관시스템에서 지향류에 의한 시정 장애 현상과 국지성 안개로 인하여 해안가를 중심으로 가시거리가 짧은 상태에서 해상교통에 위험을 초래한다. 또한, 2016년 국립해양조사원(2017)에서 설문조사한 결과, 항만업 및 해운업 종사자에게 가장 필요한 정보는 바다안개 정보로 나타났고 중앙안전해양심판원의 최근 10년간 재결서에서도 전체 해양사고 1,540건 가운데 해무에 의한 사고가 131건으로 8.5%를 차지하는 것으로 조사되었다.

안개에 대한 상세정보가 필요한 정보이며 각종 교통수단에 인명 및 경제적 피해를 주는 기상요소이나, 그 중요성에 비해서 연구가 그리 많지 않고 발생기작을 규명하기가 쉽지 않다. 우리나라 지역별 안개 특성을 분석하여 지역적 특성이 매우 두드러지며 해안 지방과 내륙 지방에서 안개 발생 양상이 다르고, 같은 내륙이라 하더라도 지형적 영향으로 안개 발생에 큰 차이가 있음을 확인하였다(전종갑 등, 1998). 우리나라의 안개 지역을 내륙, 산악, 서해안, 동·남해안 등 4개 지역으로 구분하여 내륙 안개는 주로 복사안개이며, 서해안의 경우 복사안개와 이류안개가 함께 발생하나 동·남해안의 안개는 대부분 이류안개라고 분석했다(허인혜, 1998). 동해와 주변 4개국의 관측 자료로 동해 해무의 특성을 분석했는데, 이 지역의 해무는 여름철 남서풍에 동반된 온난 습윤한 공기가 한랭한 해수면 위로 유입되어 생긴다고 보았다(변희룡 등, 1997). 전국 인구의 50%가 밀집되어 있고 교통․문화․산업 등 인프라의 50%이상 집중된 수도권 지역과 인접하여 서해안의 안개 특성에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔으나 여전히 안개 예보 생산 시, 활용하기에는 어려움이 있는 것도 사실이다.

서해안 지역의 안개 발생을 예측하기 위해서는 우선적으로 한반도 주변의 지형적 특성과 기압계 양상, 종관규모의 기상요소 분석을 이해함으로써 안개 발생의 요소와 원인을 판단할 수 있다. 또한 바다안개는 서해중부해상부터 서울·인천·경기도 내륙 전역까지 영향을 주기도 하지만, 경기만 부근에서 발생하여 내륙으로 들어오기도 하고 해륙풍의 영향에 따라서는 물때에 따라서 이류하여 이동하므로 대기와 해양과의 상호작용으로 발생하는 것이므로 해저지형과 조류와 조석 변화의 영향 관계까지도 이해해야 한다.

따라서 본 연구에서는 고기압 가장자리를 따라 체계적으로 고온다습한 공기가 지향류를 따라서 이류되는 안개와 경기만 부근에서 발생해서 내륙으로 유입되는 안개를 구분하고 발생 조건을 해저지형 분석, 조석과 조류 변화, 해수면 온도 등 대기-해양 관점에서 연구하고자 한다.

서해안 지역은 항공, 항만 교통이 발달되어 있어 경기만 부근에서 발생하는 안개 발생 기작을 이해하는 것이 경제적인 관점에서도 매우 중요한 의미를 가지며, 해양 관점에서 분석하는 새로운 시도가 될 것이다.

본 연구의 결과는 안개 발생을 결정하는 중요 대기-해양학적 요인에 대한 이해를 향상시키고, 안개로 인한 빈번한 사고가 발생하는 서해중부해상~인천경기서해안~서울·인천·경기도 지역의 안개 예측을 개선하기 위한 가이드라인으로 제시할 수 있으리라 기대된다.

2. 국내외 연구기술 현황

2.1. 국내 연구동향

안개의 종류는 생성 원인에 따라 세 가지로 구분된다. 직접 또는 간접 냉각에 의해 생성되는 안개를 냉각무라 하며, 외부로부터의 수증기 공급으로 인한 포화 과정을 통해 생성되는 안개를 증발무라고 한다. 또한 불포화이고 온도가 다른 두 공기가 혼합했을 때 발생할 수 있는 안개를 혼합무라 한다. 증발무에는 증기무와 전선무가 있으며 냉각무로는 이류무, 복사무, 활승무가 있다. 증발무는 한랭한 공기괴가 온난한 수면으로 이류할 때 발생하며, 기온과 수온의 차가 커야하며 수면에서 그리 높지 않은 곳에 역전층이 존재해야 한다. 전선무에는 온난전선무, 한랭전선무, 전선통과무 등이 있다. 이류무는 공기덩이의 강제 냉각이나 이류에 의한 지표면의 증발에 의하여 수증기가 포화되어 응결하면서 발생하는 안개로 온난 습윤한 공기가 찬 해면을 지날 때 공기덩이 자체의 냉각에 의해 발생하거나, 한랭 건조한 공기가 따뜻한 지표면을 지날 때 지표면으로부터의 증발에 의하여 수증기가 공급되어 발생하는 안개이다. 이때 이류공기의 냉각 속도는 지면과의 온도차, 이류하는 공기의 속도에 비례한다. 우리나라 해상에서 빈번히 발생하는 해무는 이류무 중의 한 종류이다. 복사무는 육상안개로 야간에 지표면이 강하게 복사냉각 되고 지표면이 습하며 노점온도가 복사냉각에 의한 최저 기온보다 높을 때 잘 발생한다. 활승무는 습한 공기가 산 경사면을 강제 상승하면서 단열팽창에 의하여 기온이 하강하여 포화에 도달할 때 발생하는 안개이다. 활승무는 강제상승이 요인이기 때문에 강한 바람에도 발생하는 특징이 있다(1998, 김문옥).

2002년 1월부터 2006년 8월까지 인천공항에서 관측된 해무를 지역과 해기차 기준으로 coastal fog, cold sea fog(기온>수온), warm sea fog(기온<수온)로 각각 분류하여 발생빈도와 시기를 연구한 Kim and Yum(2010)이 있다.

기존의 서해안 해역에 대한 안개 연구를 통해 Lim(2011)은 기온, 해수면 온도, 상대습도, 풍향, 풍속 등 기상요소와 해무 발생과 밀접한 관계를 가지고 한 가지 요소에만 영향을 받지 않고 여러 가지 기상요소에 의해 복합적으로 영향을 받아 발생하기 때문에 해양-대기 간 연구에도 중요성이 커짐을 보여준다.

저수온대 형성, 안개 형성과 관련성, 조석현상에 대한 연구를 통해 연안지역에서의 조석효과는 기상조건의 특징적인 변화를 초래할 수 있음을 확인할 수 있다. Jung(2016)은 조석효과를 고려한 대기-해양 결합 모델링을 통해 해수온의 변동 특성을 분석한 결과, 조석효과 반영 유무에 따라 수온변동으로 인한 잠열이 최대 20 Wm-2의 차이를 보여 안개강도변화에 영향을 주는 것을 확인하였다.

1.2. 국외 연구동향

우리나라의 안개는 육상과 한반도 주변의 해상 인근에서 주로 발생하는데, 해상에서는 일반적으로 냉해무, 온해무, 연안무 등으로 동해안과 서해안, 남해안의 해저지형의 특성, 조류와 조석 등 해양기상학적인 특성과 지형적인 영향을 받고 있다.

해양-대기 중요성에 대한 연구로는 오호츠크 해에서 조석에 의한 혼합효과로 형성된 표층 냉수가 해무 발생에 미치는 영향에 대한 연구로서 차가운 해수는 표층 바람을 약화시키고 수직 혼합을 야기 시킨다. 이로 인해 0.5km까지 역전층이 생겨 해무 형성에 좋은 환경이 만들어진다. WRF결과 냉수가 없다면 해무 발생이 20% 감소될 수 있음을 보여 준다(Tokinaga and Xie, 2009). 또한 북서태평양에서 해양의 수온전선이 구름 형성에 미치는 영향에 대한 연구를 선박과 위성 관측 결과를 분석하여 연구한 것으로 해양 전선의 영향은 marine atmospheric boundary(MABL) 이상까지 미침을 보여 준다(Tokinaga et al., 2009).

Lewis et al. (2004)에 의하면 샌프란시스코의 해수온도는 비교적 낮아 찬 해수면이 나타나고 샌디에이고의 해수온도는 비교적 높아 따뜻한 해수면을 보인다. 따라서 두 지역에서의 해무는 다른 원인에 의해 발생하기도 하고 또는 찬 해수면위에서 생성된 해무가 따뜻한 해수면 위로 이동하면서 더욱 발달하는 경향을 보인다. Koracin et al. (2005)는 중규모 수치실험을 통해 이러한 경향을 밝혀낸 바 있다.

1.3. 기존 연구의 한계

최근 2019 재해연보(자연재난)(행정안전부, 2020)에 따르면, 집중호우, 태풍, 대설 등 자연적인 피해로 2019년도 피해액은 2,160억원이고, 자연재해 중 호우 발생 횟수가 66%를 차지하고 있다.

그림 1. 최근 20년간 자연재해 피해액 및 발생횟수

서울·인천·경기도는 우리나라의 50% 이상의 인구가 살고 있으며, 모든 사회·경제·문화 시설의 인프라가 집중되어 있어 지정학적으로 중요한 위치이기 때문에 자연재해가 발생하면 엄청난 피해가 발생한다. 특히 최근 3년간 도로교통 안전백서(경찰청)에 의하면 기상상태별 교통사고와 치사율은 안개로 인하여 100건당 10.6명으로 가장 높았다.

표 1. 기상상태별 교통사고와 치사율

(단위: 명/100건)

구 분	맑음	흐림	비	안개	눈	기타
2011~2014년	2.2	3.7	2.9	10.6	2.5	2.2

집중호우와 대설에 대한 방재기상대책은 사전대비가 철저한 반면, 안개와 같이 상대적으로 재산피해액이 적은 기상현상에 대해서는 연구와 분석이 부족한 편이다.

안개는 강수와는 달리 대기 경계층내에서 발생하는 대표적 기상현상으로 기압계 유형별 종관풍, 국지풍, 해류 흐름 등 종관규모의 영향을 받기도 하고 하층 대기에 대해서는 지표 또는 해수면의 영향을 받기도 한다. 서해안 경기만 지역에서의 안개 발생을 이해하기 위하여 안개를 해무로만 구분하지 않고 해상 및 내륙 등 발생하는 위치에 따라서 발생 기작이 다르고 대기와 해양 상호작용도 서로 상이하고 다양하기 때문에 해상, 해안 및 내륙 등 영향을 받는 범위에 따라서 나누고 체계적으로 연구하고자 한다. 안개는 ① 서해중부먼바다에서 발생 ② 인천경기서해안(강화, 인천, 시흥, 안산, 화성, 평택) 유입 ③ 서울, 수원 등 내륙까지 유입되는 경우 등 서해중부해상에서 발달하는 안개, 인천경기서해안 안개, 내륙 안개로 구분하여 늦은 봄에서 여름까지 찬 해수면을 통과하면서 하층 대기가 냉각되어 발생하고 서해안 안개는 역전층과 지표냉각이 중요하다. 이 연구에서는 안개가 유입되는 지점에 따라서 해상, 해안, 내륙으로 구분하고 대기와 해상에서 발생하는 기작의 원인, 해상에서부터 내륙으로 유입될 때 기상조건 등을 파악하여 조금이나마 안개로 인한 예측 정확도를 높이고 사고 가능성을 줄이고자 노력하였다.

기존 연구는 이용할 수 있는 관측자료가 다양하지 않았고 설치된 지점이 많지 않아서 종관 기상자료와 일기도를 중심으로 안개 발생 요인을 조사하였기 때문에 관측자료의 부족, 해상 상황을 완전히 이해하고 파악하는데 한계가 있었다. 기상청에서는 2015년 안개특보 시범운영을 경험삼아 해양기상관측 장비가 추가로 설치되고, CCTV를 통한 가시거리 자료 확보 및 GK2A 위성자료를 이용하여 기존 종관 관측지점의 자료를 이용하는데 한계를 극복하였다. 그러나, 국지적 안개, 좁은 지역에 대해서 일시적으로 가시거리가 나빠질 가능성, 무리한 운행이나 어업활동으로 인한 사고 가능성에 대한 우려, 해상에서 직접적으로 활동하는 자와 기상예보를 담당하는 예보관과의 간극에서 발생하는 불만 등은 여전히 남아 있는 상황이다.

1.4. 기존 연구와 차별성

첫 번째는 수도권기상청에서는 서해안과 경기만 지역의 안개 발생일이 많음에도 불구하고 원인과 발생기작 분석이 쉽지 않아 국지적인 안개 특성 분석은 기상청에서 생산한 안개 가이던스에 의존하고 피해가 발생할 때, 분석에 대한 요구가 있을 때마다 자체 분석에 그치기 때문에 예보관들이 활용할 수 있는 안개 가이던스를 제시할 필요성이 있다.

두 번째는 국내외 연구동향에서 살펴본 바와 같이 대다수의 안개 관련 논문 및 연구들은 기상학적 특성 중심으로 분석이 되어 조석, 해류 등 대기-해양 관련 연구는 많지 않다. 따라서, 안개 발생에 관한 기본적인 통계적인 분석과 안개 발생과 대기-해양간 상호작용도 포함하여 조사하였다.

앞서 언급한대로 해무는 우리나라 남쪽에 고기압 가장자리를 따라서 남서풍이 불면서 고온다습한 공기가 이류되어 늦봄과 여름철 사이에는 해수면 온도보다도 더 따뜻한 공기가 다가오기 때문에 이미 서해중부 먼바다에서 안개가 생겨서 하층에 지향류를 따라서 경기만으로 유입되는 안개는 비교적 예측이 쉬운 편이다. 반면에, 연안 또는 앞바다에서 생겨서 들어오는 안개의 경우는 저수온역과 관련이 있는데 덕적도, 홍도 등 해저 지형이 높아서 서해안에 밀물, 썰물과 조류가 흐르면 썰물 때 물이 빠지는 대신 서해안은 평균 수심이 50m이므로 심층수 물이 올라오는데 이 해수는 수온의 변화가 없다. 다만, 대기의 기온이 해수면 온도보다 높은지, 낮은지에 따라서 저수온역을 두드러지게 만들기도 하는데, 대기의 기온이 높고 해수면 온도가 낮은 여름철에는 냉수대(cold pool) 역할을 하는 것이다. 따라서, 여름철 해상의 이류안개는 해수와 그 위를 지나는 공기와의 상호작용으로 발생하기 때문에 대기의 운동과 상태를 이해하는 것도 중요하지만 해수의 운동과 상태를 이해하는 것 또한 중요하다.

세 번째는 대부분 서해중부해상먼바다~인천경기남부앞바다~경기만~인천경기서해안~수도권 내륙순으로 안개가 유입되는데, 난류 리차드슨 수를 이용하여 해상, 해안 또는 내륙으로 안개가 유입되는지에 대한 분석을 포함하였다. 해상에서의 안개는 보통 해상에서 안개가 만들어져서 내륙으로 들어오는데 유입되는 경계를 결정하는데 있어서 기계적인 난류와 열적인 난류, 두 난류간 혼합 등 해수면 온도가 높은 지역으로 난류가 활발해지면서 경계층을 높이는 중요한 역할을 한다.

마지막으로 백령도 현지 주민들의 의견에 따르면 여름철 안개는 만조 때 강해지고, 간조 때는 약해지는 경향이 있으며, 조차가 큰 사리 때 뚜렷하다는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 안개와 조석주기에 따른 표층 수온의 변화, 그리고 조류의 흐름과의 상관관계를 분석하여, 안개의 유무에 조석주기가 어떠한 영향을 미칠 수 있는지를 분석하고자 한다.

3. 사전 조사

3.1. 지형적 특성

우리나라는 아시아 대륙의 동쪽 중위도(33°∼ 43°N, 124°∼ 132°E)에 위치하여 서쪽으로는 황해와 중국대륙, 동쪽으로는 동해와 일본열도, 남쪽으로는 남해해상이 동지나해와 태평양으로 연결되는 삼면이 바다로 둘러싸인 반도이다. 한반도는 국토면적에 비해서 남북으로 길고 굴곡이 심한 해안선을 가지고 있으며 연근해에 산재하고 있는 도서의 총수는 3,911개의 섬이 있다.

경기만은 황해남도 옹진반도부터 시작하여 충청남도 태안반도에 이르기까지 해안선의 길이는 528㎞, 폭은 약 100㎞에 달하여 조수 간만의 차가 크고 해안선의 드나듦이 심해서 갯벌이 넓게 발달되어 있다. 해상 예보구역으로는 인천경기남부앞바다와 인천경기북부앞바다를 포함한 서해중부앞바다와 서해중부먼바다 일부의 광활한 구역을 경기도 서쪽에 넓게 형성되어 있어 ‘경기만’이라고 지칭하여 불리워졌다. 따라서, 경기만은 해안선의 드나듦이 복잡하여 만, 반도, 곶, 섬 등이 많고, 해저지형 경사가 완만하고 중국의 황하와 양쯔강, 금강과 한강 등에서 펄의 유입 및 유출과 함께 큰 조석간만의 차에 따라 갯벌이 형성된다. 지구-달-태양의 만유인력과 원심력이 동시에 작용하여 하루에 두 번씩 밀물과 썰물을 만들고 이런 조석현상에 의한 대기와 해수가 작용함으로써 지표 특성과 물리적인 특성을 변화시켜 서해안지역에 발생하는 안개와 같은 기상현상에 발생과 소멸에 영향을 초래한다.

그림 2. 서해안(좌)과 동해안(우)의 해저 지형 및 우리나라 주변의 조류

(출처: 한겨레 과학의 향기 블로그, ’10.1.)	(출처: 국립해양조사원, ’05.4.)

대부분의 연구들이 해상에서 발생하는 안개를 규명하기에는 무리가 있고 내륙에서 발생되어 해양으로 퍼져나가는 안개를 놓치고 있어 궁극적으로 안개 예측의 정확도를 높이고자 지형에 대한 상세한 분석이 필요하다.

지점별 관측환경을 간단하게 살펴보면, 연구과제의 핵심 지점인 덕적도(AWS)는 인천시 옹진군의 덕적도 남서쪽에 위치한 덕적면사무소에 설치(20m)되어 있으며, 남~남동쪽을 제외한 전체 방향이 200~300m 높이의 산으로 둘러싸인 지형이다. 연중 북서풍(20.6%)>북북서풍(16.3%)>서북서풍(10.2%) 순으로 바람이 불며, 8.0㎧ 이하의 바람이 99.9%를 차지하고 있어 서해중부먼바다에 위치한 관측지점 중 바람이 가장 약하다.

인천부이는 동남동쪽으로 49km 떨어진 울도가 가장 가까운 섬으로 서해중부먼바다의 부이 중 육지에서 가장 멀리 위치해 있으며 북서~서~남쪽으로 넓게 트여있는 환경으로 수심은 40m이다. 연중 북풍(12.9%) > 북북서풍(11.5%) > 북북동풍(7.8%) 순으로 바람이 불며, 10.0~13.9㎧의 바람은 서북서~북북동풍 계열에서 6% 빈도를 보인다. 특히 14.0㎧ 이상의 매우 강한 바람은 북서풍 계열에서 0.5% 관측되어 위험기상 시 서해중부먼바다의 특보 판단 지점 중 한 곳이다.

덕적도부이는 동쪽 6.3km 부근에 덕적도, 남남서쪽 4.5km 부근에 굴업도, 북서쪽 68km 부근에 황해도가 있으며 서해중부먼바다의 부이 중 육지에서 가장 가까이 위치해 있으며 수심은 30m이다. 연중 북풍과 북북서풍(10.6%)>남풍(7.9%)>서북서풍(7.4%) 순으로 바람이 불며, 10.0~13.9㎧의 바람은 서북서~북풍 계열에서 3.8% 빈도를 보인다. 특히 14.0㎧ 이상의 매우 강한 바람은 북서풍계열에서 0.2% 관측되어 서해중부먼바다에 설치된 해양기상부이 중 상대적으로 풍속이 약한 편이다.

자월도AWS는 인천시 옹진군 자월도 중심 부근에 설치(10m)되어 있으며, 남서를 제외한 전체 방향이 100m 내외의 낮은 산으로 둘러싸여있다. 연중 정온(30.4%)>북동풍(10.5%)>남서풍(9%)>북북동풍(8.1%) 순으로 바람이 불며 3.3㎧ 이하의 바람이 97%가 나타나는 지점으로 인천경기남부앞바다에 위치한 관측지점 중 바람이 가장 약하게 분다.

그림 3. 서해안(좌)과 동해안(우)의 해저 지형 및 우리나라 주변의 조류

	(출처: 경기문화재단, ’18.3.)

그림 4. 수도권기상청 예특보구역도(상) 및  해상특보구역도(하)

3.2. 해양학적 특성

삼면이 동해, 서해, 남해로 둘러싸인 한반도는 대기와 해양과 상호작용이 기상특성과 밀접하게 상호영향과 중요성을 알기위해서 동해안과 서해안의 지형을 비교해 보았다. 동해안은 태백산맥과 함경산맥의 급한 사면이 동해의 해저지형으로 직접 연결되어 남서해안과 다르게 단조로운 해안선을 이루고 있으며 조석간만의 차이도 0.2~0.3m에 불과하여 해안선의 위치는 거의 변하지 않는다. 반면에 서해안은 태백산맥과 낭림산맥으로부터 분기하여 서해로 향하는 산맥과 서해로 유입되는 주요하천으로 구성되어 있다. 압록강에서 해남까지 직선 거리는 650km이나, 실제 거리는 7배가 넘는 4,719km나 되는 리아스식 침강 해안으로 해안선이 복잡하고 수심이 얕다. 서해 전체가 하나의 큰 만을 이루고 있기 때문에 조수의 차가 세계적이며 인천의 평균조차는 8.1m, 군산이 4.4m, 목포는 약 2.5m로 심한 조차 때문에 간석지(갯벌)가 넓게 발달되어 있다. 수심은 100m 이하, 평균 수심인 55m로 만, 섬, 곶 등이 많다. 일반적으로 바다가 육지쪽으로 들어와 있는 형태의 지형을 ‘만’이라고 하고 바다쪽으로 육지가 돌출한 ‘곶’과는 반대되는 개념이다. 한 해안선에서 곶과 만이 교차되어 나타날 때, 곶은 파랑의 힘이 집중되어 침식작용이 활발하고, 만에서는 파랑의 힘이 분산되어 퇴적작용이 활발하게 나타난다. 따라서 만에서는 모래들이 퇴적되어 생기는 사빈(沙濱)이 발달하고, 시간이 오래 지나면서 곶은 파랑의 침식작용으로 깎이어 점차 육지쪽으로 후퇴하게 되고, 반대로 만은 계속 퇴적되어 바다쪽으로 전진하므로 해안선은 점점 단조롭게 변화되는데, 세월이 지나면서 사라지기도 한다. 대표적인 지명으로는 장산곶, 경기만, 아산만, 강화만, 인천만, 남양만 등이 있다.

지형 경사가 동해에 비해 완만하고 조석현상에 따른 밀물과 썰물 조건에 의해 하루에 두 번씩 대기와 해수에 반복적으로 접하게 됨으로써 서해안지역에 인접해 있는 수도권지역의 안개강도, 풍랑세기 등 기상변화에 영향을 준다.

3.3. 이론적 특성

해수면온도는 부이나 선박 등을 이용한 직접 관측과 인공위성을 통한 원격관측을 통해 수집된 자료를 수치모델 자료동화 또는 자료합성 방법을 통해 시공간적으로 공백이 없고 실시간 이용이 가능한 형태로 생성된다. 우리나라 연안에서 해수면온도의 오차를 유발하는 가장 큰 요인은 조석에 의한 수직혼합 및 이류에 의한 시공간적인 수온변동성의 증가이다. 특히, 황해는 삼면이 육지로 둘러싸여 있는 만의 형태로 조석에너지가 집중되며 지역의 고유진동주기와 조석주기가 비슷하여 조석현상이 다른 해역보다 증폭되어 나타난다(Moon et al. 2003). 특히, 수심이 낮고 조류가 강한역에서 여름철 성층이 강하게 발달된 시기에 강한 조석에 의한 수직혼합으로 해수가 전층에서 혼합되어 해수면온도의 시공간적인 변동성이 매우 커진다.

3.3.1. 수온약층

대기권에서 기온에 따라서 대류권, 성층권, 중간권, 열권으로 나뉘듯이 해양에서도 수온이 깊이에 따라 표층, 수온약층, 심층으로 구분된다. 표층은 태양에너지를 받게 되면 수온이 올라가고 밀도가 낮아진 반면, 심층에는 밀도가 높고 수온이 감소하는데 중간에 아래로 내려갈수록 수온이 급격하게 낮아지는 층이 있는데, 이를 수온약층이라고 한다.

수온약층의 깊이는 위도, 계절에 따라서 깊이가 달라진다. 보통 바람이 강한 봄철에는 깊게 나타나고 여름철에는 태양에너지가 깊이 침투되고 열이 아래로 혼합되면서 불안정해지면서 수온약층의 깊이가 얕아진다. 겨울철로 갈수록 강한 바람에 의해서 잘 섞이면서 수온약층의 깊이가 점점 여름에 비해서 5배 정도 아래로 내려간다. 2월까지는 수온약층은 점점 사라지면서 7~8월은 다시 혼합층의 깊이가 20m 정도가 된다.

그림 5. 위도별, 계절별 수온약층 변화

3.3.2. 조석 및 해류

조석, 조위, 조류가 있는데, 조위는 수직적인 수위를 말한다면, 조류는 주로 수평적으로 흐르기 때문에 수평적인 해수의 흐름, 해류 중에서도 조석 주기로 바뀌는 그런 흐름을 말한다. 지구와 태양과 달 사이에 상대적인 움직임에 따라서 조석을 일으키는 힘, 기조력이 계속해서 바뀌기 때문에 그 힘에 반응하는 해수의 움직임이 바로 조석이라는 형태로 나타난다. 우리나라도 남해안과 서해안의 조차가 워낙 크기 때문에 이런 모습을 많이 볼 수 있는데, 물이 많이 들어와 있을 때, 즉 밀물 혹은 만조 시기의 상황이고, 물이 싹 빠졌을 때 썰물 혹은 간조 시기의 상황입니다. 하루에 두 번씩 만조가 됐다가 간조가 됐다가 또는 조위가 변화하며 고조가 됐다가 저조가 됐다가 이런 변화를 끊임없이 겪고 있다. 조석은 규칙적인 리듬을 가지고 있는데 조석 이론에서 조석파로 설명하는데, 조석파는 천해파이고 Forcing, 외력이 계속 주어지는 경우인 강제파에 해당이 되고, 다시 말해서 천해파면서 강제파인 이런 조석파에 의해서 주기적으로 수평적인 해수운동이 일어나고 또 그로 인해서 수위 혹은 조위, 즉 해수면이 수직적으로 오르락내리락 운동을 한다. 고조와 저조가 규칙적으로 번갈아서 나타나는데 그 나타나는 주기가 하루에 한 번이면 일주조(Diurnal tide), 두 번이면 반일주조(Semidiurnal tide), 보통은 일주조나 반일주조가 아주 뚜렷하지 않고 적절히 섞여 있는 혼합조(Mix tide)로 구분한다. 일조부등(Diurnal inequality), 하루 중에 두 번의 고조 두 번의 저조가 나타나는데 하루 중에 나타나는 고조가 똑같은 조위가 아니라 조위가 서로 다르게 나타나서 하나는 조금 더 높은 고조이고 하나는 조금 낮은 고조이어서 각각 고고조와 저고조로 구분한다. 하루 중 나타나는 두 번의 고조가 서로 다른 조위를 갖는 것을 일조부등 현상이라고 한다. 하루 중에 나타나는 고조 두 개가 서로 다른 이러한 현상 또는 하루 중에 나타나는 저조 두 번이 조위가 다른, 저조 중에서도 높은 저조는 고저조, 낮은 저조는 저저조, 고저조와 저저조 조위차가 있다. 마찬가지로 고고조와 저고조 조위차가 있다. 고조하고 저조 사이에 수직적인 조위 차이를 우리가 조차라고 합니다. 조차(Tidal range)가 일정한 게 아니라 조차가 커지는 시기가 있고 조차가 작아지는 시기가 있어서 조차가 큰 시기를 대조기, 조차가 작은 시기를 소조기라고 한다. 대조기 또는 사리(Spring tide)에는 조차가 크고, 소조기, 조금(Neap tide)에는 조차가 작아집니다. 보통 대조기 일주일 정도 후에 소조기가 오고 다시 일주일 정도 후에 대조기가 나타난다.

Ⅱ. 본론

1. 연구자료 및 방법

1.1. 연구자료

자료 분석을 위하여 2017년부터 2021년까지 최근 5년간 3월부터 9월까지 서울·인천·경기도 내륙지방까지 안개가 들어오는지를 확인하기 위하여 서울, 인천, 강화, 수원의 시간별 종관기상관측자료와 서해중부먼바다(서해170), 서해중부앞바다(덕적도, 자월도, 이작도)의 해양기상관측자료 및 동위도상, 동경도상 수온의 값을 비교하기 위하여 안산, 영흥도, 대부도의 방재기상관측자료를 사용하였다.

해상관측자료는 기상청 종합기상정보시스템(COMIS-4)에서 해상 안개․연무 관측의 시정 자료를 이용하였으나, 해상의 시정자료는 2021년부터 사용가능하여 그 이전의 자료는 해양 부이의 풍향, 풍속, 기압, 습도, 기온, 수온, 시정 자료와 국립조사원 검조소의 풍향, 풍속, 기온, 수온, 시정, 조위 등을 이용하였다. 또한, 육상의 시정 목측자료와 해상의 해무 판별을 하기 위하여 우리나라 주변 해역을 50km 격자간격으로 나눈 1,331개의 해구 지점을 활용하여 서해중부먼바다부터 경기만을 거쳐 서울․인천․경기 내륙까지 습도가 85% 이상인 안개일수 중 강수, 강설 현상으로 인해 시정장애가 있는 날은 모두 제거하였다.

그림 6. 위경도별 전체 해구지점 및 서해중부해상의 해구지점

안개 발생 사례일을 선정하기 위하여 1차적으로 종관기상, 해양기상 및 방재기상관측자료를 시간별로 자료 수집 후 습도가 85% 이상인 날짜를 추출한 후 강수로 인한 안개 사례는 제외하였다. 시정관측값과 다시 비교하여 1,000m 이하인 날을 1차적으로 추출한 날과 비교하여 사례를 2차적으로 선정하였다. 다음은 사례 날짜별로 위성영상을 시간대별로 돌려보면서 서해중부먼바다부터 내륙까지 유입되는 안개, 덕적도 부근 해역에서 발생하여 내륙으로 들어오는 안개, 내륙에서 발생하는 안개와 내륙으로부터 다시 해안을 걸쳐 서해중부해상으로 이동하는 안개 사례일을 선정하였고, 방법은 [표 2]와 같다. 마지막으로 1차부터 3차까지의 선정방법을 확인 후 인천, 서울, 강화, 수원 등 일기상통계표의 기사란과 관측값을 가지고 비교하여 최종 사례일을 선정하였다.

또한, 안개 사례일을 선정에 사용된 기상요소는 시간별, 반일 또는 일별로 구분하여 기상요소가 사용되었다. 시간별 자료로는 기온, 수온, 습도, 풍향, 풍속, 기압, 시정, 강수량 자료이고, 안개는 오전 또는 오후에 발생할 수도 있으므로 반일 또는 일 단위로 시작시각, 종료시각 및 지속시간으로 구분하여 [표 3]와 같이 기상자료를 활용하였다.

종합기상정보시스템에서 활용할 수 있는 해양기상부이 및 파고부이의 수온 자료를 사용하였고, 기온, 습도 등 방재기상요소는 자동기상관측장비(AWS)에서 제공하는 기상자료를 이용하였다. 해양기상모니터링 시스템에서는 해구별 자료, 시정, 해수면 기온분포도 등 기상청에서 제공하고 있는 자료를 최대한 이용하여 파악하였다.

[표 2] 안개 사례일 선정방법

[1차 사례 선정]

[2차 시정관측자료 비교]

[3차 위성영상 분석]

날짜	시간	안개	비고
2017-03-01	00~06시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-03-28	03~06시	○
2017-04-05	14시~ 4.7. 09시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-04-06	21시~ 4.7. 06시	○
2017-04-08	05시~08시	○
2017-04-16	06시~07시	○
2017-04-18	02시~18시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-04-22	05시~06시	○
2017-05-01	03시~04시	○
2017-05-09	17시~5.10. 08시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-05-13	04~06시
2017-05-23	20시~5.24. 06시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-06-06	20시~6.7. 14시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-06-08	04시~07시	○
2017-06-10	04시~05시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-06-14	02시~06시	○
2017-06-15	05시~06시	○
2017-06-18	23시~6.19.08시	○
2017-07-01	01시~10시	○
2017-07-02	17시~7.3. 09시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-07-03	19시~7.4. 07시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-07-05	02~04시	○
2017-07-06	21시~7.7.01시	○
2017-07-07	19시~7.8.12시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-07-08	13시~24시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-07-09	03시~09시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-07-13	02~06시	○
2017-07-18	23시~7.19. 07시	○
2017-07-21	03~09시	○
2017-07-21	18~7.22. 06시	○
2017-08-07	02~06시	○
2017-08-08	03~08시	○
2017-08-17	23시~8.18. 07시	○
2017-08-19	01~03시	○
2017-08-20	01시~8.21. 08시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-08-22	00시~07시	○
2017-08-28	18시~23시	×	강수로 인한 안개로 제외
2017-08-30	23시~8.31. 08시	○
2017-09-09	01시~08시	○
2017-09-19	01시~23시	○
2017-09-24	01시~08시	○

날짜	인천	수원	서울
2017-03-01
2017-03-28	○	○	○
2017-04-05
2017-04-06	○	○	○
2017-04-08	○	○	○
2017-04-16	○	○	○
2017-04-18
2017-04-22	○	○	○
2017-05-01	○	○	○
2017-05-09
2017-05-13		○
2017-05-23
2017-06-06
2017-06-08	○	○	○
2017-06-10
2017-06-14	○	○
2017-06-15	○	○	○
2017-06-18
2017-07-01	○	○	○
2017-07-02
2017-07-03
2017-07-05	○	○	○
2017-07-06	○	○	○
2017-07-07
2017-07-08
2017-07-09
2017-07-13	○	○	○
2017-07-18	○	○	○
2017-07-21	○	○	○
2017-07-21	○	○	○
2017-08-07	○	○	○
2017-08-08	○	○	○
2017-08-17
2017-08-19	○	○	○
2017-08-20
2017-08-22
2017-08-28
2017-08-30
2017-09-09	○	○	○
2017-09-19	○	○	○
2017-09-24	○	○	○

2020～2021년

위성정보시스템-기본영상-RGB 주야간 합성

2020～2021년

위성정보시스템-기본영상-RGB 주야간 안개

1997～1999년

위성정보시스템-기본영상-적외영상

[표 3] 안개 사례일 선정에 사용된 기상요소

구분	지점	정시 기온	정시 수온	정시 습도	정시 풍향	정시 풍속	정시 기압	시정	강수	안개 발생 (일)	안개 시작시각 (오전)	안개 시작시각 (오후)	안개 종료시각 (오전)	안개 종료시각 (오후)	안개 지속시간 (일/반일)
종관	인천 (112)	○	-	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
종관	서울 (108)	○	-	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
종관	수원 (119)	○	-	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
종관	강화 (201)	○	-	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○	○
방재	안산 (545)	○	-	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
방재	영흥도 (664)	○	-	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
방재	대부도 (514)	○	-	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
해양 기상 부이 및 방재	덕적도 (22101)	○	○	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
	서해170 (22191)	○	○	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
파고 부이 및 방재	자월도 (22472)	○	○	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
	이작도 (22461)	○	○	○	○	○	○	-	○	-	-	-	-	-	-
(정시) 기온, 수온, 습도, 풍향, 풍속, 기압, 시정, 강수 (반일) 안개 시작시각, 안개 종료시각, 안개 지속시간 (일) 안개 발생일, 안개 지속시간

1.2. 연구 방법

서해중부해상에서부터 경기만을 거쳐 수도권 내륙 및 인천경기서해안 지역에 영향을 주는 안개를 경로별로 6가지로 구분하여 발생 비율을 조사하였는데, 안개 발생 경로는 다음과 같다.

① 서해중부먼바다~수도권 내륙

② 서해중부먼바다~인천경기서해안

③ 인천경기앞바다~수도권 내륙

④ 인천경기앞바다~인천경기서해안

⑤ 경기만~수도권 내륙

⑥ 경기만~인천경기서해안

조사 방법은 서해170, 덕적도, 인천, 서울, 수원 등 관측지점의 시간대별 기온, 수온, 습도, 풍속, 풍향 및 기압 자료를 사용하여 습도가 85%이상인 날 중에서 시정분포도와 천리안 위성 자료를 활용하여 강수 발생일을 제외하여 사례일을 선정하고 해상, 해안 및 육상에서 발생하는 안개를 경로별로 분류하였다. 육상에서 발생하는 안개의 경우, 매시각 기온, 습도, 풍향, 풍속, 현지기압, 해면기압, 시정, 강수량의 자료를 가지고 기사란을 검색, 안개 발생일, 오전과 오후로 구분하여 안개 발생시각을 정리하고 안개 지속시간도 산출하여 안개 발생시각과 종료시각을 파악하였다. 따라서, 크게 해상에서 발생하는 안개, 해안에서 발생, 내륙에서 발생하여 해안 및 해상으로 확산되는 안개 등으로 구분하여 발생 경로에 따라서 분류하고 비율을 산출하였다.

안개 발생은 서해안의 해저지형과 관련한 해기차와 밀접한 상관성이 있어 덕적도 부이의 매시간별 수온과 인천, 수원, 서울 지역의 대기 기온과 차이를 구하여 월별로 비교하여 그래프와 표로 제시하였다.

안개가 자주 발생하는 기압계 유형을 파악하기 위해서 2017년부터 2021년까지 안개 발생일의 지상일기도(00, 12UTC) 자료를 이용하고 자료를 정리하여 고기압 중심 위치와 원인을 간략하게 서술하였다. 종관적인 특성을 통계적인 분석을 통해서 정리하였는데, 안개가 주로 많이 발생하는 시각인 7~9시 사이의 오산에서 관측한 고층 자료 중 925hPa, 850hPa의 기온, 풍향, 풍속의 자료를 가지고 각 고도별 풍향과 풍속과 안개와 어떤 관련성이 있는지, 안개가 발생하는 시간과 횟수를 조사하였다. 안개 지속시간은 뚜렷한 특징을 알아보기 위하여 1~2시간 미만으로 나타나는 경우를 제외하고 3시간 이상 안개가 지속될 때 3시간별로 안개가 많이 발생하는 시간대와 지속시간을 계산하였다.

대기와 해양의 기상특성은 조석과 안개와의 관계를 알아보기 위하여

서해안 해무 발생 일수와 각각 해기차, 상당온위 등 어떤 선형적인 관계를 가지는지 계절별로 상관분석(Correlation Analysis)을 하였다. 보편적으로 이용되는 피어슨 상관계수(Pearson correlation coefficient)를 계산하였다. 대기와 해양의 상관 관계를 알아보기 위하여 국립해양조사원의 조석과 조위, 기온 하강 효과를 살펴보기 위하여 월별 조위와 조석 자료를 이용하여 사리와 조금 시기에 수온과 관련성을 살펴보았다. 간만조 발생 유무와 안개 발생과 상관성 분석을 위하여 통계분석 독립성 검정(카이제곱)을 통하여 귀무가설을 설정하고 유의 확률을 산출하여 상관관계를 확인하였다.

해무가 내륙으로 유입되기 위해서는 해기차, 하층 수증기 유입, 높은 노점온도를 가진 공기의 유입, 포화 등 사례별로 중요한 요건들을 분석하여 안개 발생 메커니즘을 분석하였다. 난류와 관련하여 기계적 난류와 열적 난류가 작용하여 해무가 내륙으로 유입되는 경우, 원인을 밝히기 위하여 기온과 해수면 온도와의 차이 등을 통계적으로 분석하였다. 또한, 리차드슨 수와 관련한 기계적 난류, 열적 난류와의 관계성을 통해 안개가 해안으로, 내륙으로 유입되는지를 규명을 시도하였다.

2. 통계 분석

2.1. 해수면 온도

서해중부해상에서 발달하는 안개는 해상으로부터 유입된 해무와 연안 지역에서 발생하는 연안무로 나누고, 해무는 다시 덕적도에서 관측된 해기차를 이용하여 냉해무와 온해무로 구분된다. 서해안의 수온 연교차는 18℃로 매우 크고 뚜렷한 조석 현상으로 동서방향의 급격한 수온변화를 보인다. 서해 연안지역의 해수면 온도는 내해에 비해서 2~5℃ 가량 낮게 나타나고 특히 경기만과 태안반도 부근으로 5℃ 정도의 강한 수온의 기울기를 갖는다. 겨울철에는 덕적도 부이의 해수면 온도가 높고 대기의 온도가 낮은 반면, 여름철에는 해수면 온도가 낮고 대기의 온도가 높아서 냉해무의 형태를 띄게 된다.

그림 7. 우리나라 전역의 해수면 온도 분포 및 서해상 해수면 온도 분포(8월)

서해중부해상의 해수면 온도를 분석하기 위하여 인천과 덕적도 부이자료를 이용하여 연구기간동안 월별 수온을 비교해 보았다. 덕적도 부이는 인천시 서남서쪽 65km(37°14′33″N, 126°01′20″E)에 위치하여 인천 부이와는 80km 떨어진 지점으로 인천보다는 덕적도 지점의 수온이 2~5℃ 차이가 발생한다.

그림 8. 인천과 덕적도 수온 비교

상세하게 해수면 온도의 차이를 보기 위하여, 위경도상 유사한 위치 지점과 3월부터 9월까지 해수면 온도를 비교해 보면, 덕적도의 해수면 온도는 신진도와 비교하여 0.3~1.3℃가 낮고, 동일 위도상에 위치한 자월도와 덕적도를 비교해보면 0.0~0.6℃가 낮음을 알 수 있다.

그림 9. 동일 위경도상 해수면 온도 비교

이는 서해안 해저지형, 수온약층과 연관이 있는데, [그림 2]에서 한반도와 중국동부내륙의 가운데는 깊은 해저골짜기 형태를 보이다가 연안으로 갈수록 얕아지는데, 서해안 연안의 수심은 50m 내외로 낮게 형성되어 있고 여름철에는 수온약층의 깊이가 20m로 얕아져 조석에 의한 썰물이 빠질 때 심층수와 혼합이 된다. 서해중부해상의 먼바다에서는 경기만보다 1~3℃가량 해수면 온도가 높아서 안개가 생기기 않다가 서풍이 불어들면 해수면 온도가 낮은 곳에서 포화가 일어나면서 안개가 더 잘 발생하게 된다.

2.3. 종관적 기상특성 분석

서해중부해상에서 발생하는 안개는 발생 경로에 따라서 서해중부먼바다~인천경기남부앞바다~경기만을 거쳐 내륙으로 유입되는 형태를 해상형, 인천경기남부앞바다에서부터 내륙으로 유입되는 형태를 도서형, 그리고 내륙에서 발생하여 해상 또는 해안으로 확장하는 형태를 내륙형이라고 구분하였다. 연구기간에 발생한 안개일수를 기준으로 서해중부먼바다에서부터 인천경기서해안까지 유입되는 안개가 66%로 가장 많았고 서해중부먼바다에서부터 수도권 내륙지역으로 들어오는 안개가 15%, 인천경기앞바다와 경기만에서 발생하는 안개 7%, 경기만에서 인천경기서해안까지는 6%, 인천경기앞바다에서 발생하여 내륙으로 영향을 주는 안개는 5%순으로 분류할 수 있다.

그림 10. 안개 발생 경로에 따른 분류

안개가 자주 발생하는 종관일기도의 유형은 주로 남고북저 또는 동고서저의 형태로 등압선이 남서에서 북동으로 뻗은 형태와 전선 전면 또는 저기압 통과할 때에도 많이 발생하는 것으로 나타났다. 안개가 발생할 때 고기압의 중심 위치 영역과 925hPa의 기류 흐름을 보면 위도 25~35°N, 경도 125~155°E 영역에서 고기압의 중심이 위치하고, 925hPa의 기류 흐름을 보면 남쪽에 고기압을 두고 남서기류가 유입되는 좋은 조건을 가진 것으로 보인다.

그림 11. (좌) 안개 발생 시 고기압 중심 위치 영역, (우) 925hPa 기류 흐름

월별 기압계유형별 발생빈도를 보면 3~4월은 동고서저형, 5월은 남고북저형, 6월은 동고서저형이 전체적으로 발생 빈도가 높았다. 이는 시기적으로 시베리아 기단이 서서히 약화되기 시작하면서 이동성 고기압으로 변질되어 중국 남쪽에 자리를 잡을 때 가장 많이 발생하며 이후에는 오호츠크해 고기압의 영향을 받는 것으로 분석되었다. 7월은 전선 전면 또는 저기압 통과시 발생하는 유형도 있고, 남고북저형의 유형에서도 안개가 발생하는데 이는 온난 습윤한 북태평양 고기압의 영향을 받는 경우라고 생각된다. 주로 7~8월은 장마전선과 저기압이 통과할 때 많이 발생하며, 티벳고기압이 장출하면서 해무 발생 빈도가 감소하기 시작하고 동고서저형 기압배치가 형성되면서 안개 빈도가 서서히 높아지게 된다. 동쪽으로는 고기압, 서쪽으로는 저기압이 위치하면서 남서풍 계열이 들어가기 좋은 조건에서 안개가 발생하였다. 9월로 접어들면서 동고서저형의 기압배치가 뚜렷해지면서 북태평양 고기압이 서서히 물러나고 해양성 저온 기단의 영향을 받는 것으로 보인다. 또한 태풍 또는 저기압의 전면에서 난기 이류가 유입되거나 북태평양 고기압 가장자리에서 약한 서풍이 들어오면서 자주 안개가 발생한다.

그림 12. 안개가 발생하는 기압계 유형

3월	4월
5월	6월
7월	8월

풍향과 풍속에 대해서도 발생빈도를 조사한 결과, 남서풍 계열이 36%를 차지하고 북서풍 계열도 17%의 비율을 보여 비교적 취주거리가 긴 북서~남서풍 계열일 때 안개가 가장 많이 발생하는 것으로 나타냈다. 풍속은 0.3~3.3㎧일 때 75%, 8.0~13.8㎧ 17%, 3.4~7.9㎧ 8%의 비율로 나타나 가장 바람이 약할 때 안개가 높은 비율로 발생하였다.

그림 13. 안개 발생과 풍향 및 풍속

해상과 내륙을 비교해보면, 덕적도의 경우 풍랑 특보 수준인 강한 바람이 불 때도 안개가 발생하였지만, 내륙의 경우는 인천은 강풍 특보 수준에서도 안개가 발생할 확률이 18%를 보였고, 서울과 수원은 6~7%로 강하게 바람이 불 때는 안개 발생 비율이 상대적으로 낮아 해상과 해안, 내륙순으로 바람의 세기 정도가 약할 때 [그림 14]와 같이 안개가 많이 발생한 것으로 조사되었다.

그림 14. 925hPa 및 850hPa 풍향 및 풍속 관계

안개 발생과 925hPa 풍향과 풍속 관계를 보면, 200~320°, 풍속은 1.5~6㎧일 때 안개가 가장 많이 발생했고, 850hPa에서는 230~320°, 4~17㎧일 때 안개가 가장 많이 발생하였다. 850hPa 고도에서는 바람이 강하게 불어야 내륙으로 들어올 수 있다.

그림 15. 안개 발생일의 해상, 해안 및 내륙 지역의 풍향과 풍속

2.3. 월별 안개 발생일수

2017년부터 2021년까지 3월부터 9월까지 월별로 안개 발생일수를 보면, 5~7월이 전체의 54%를 차지할만큼 가장 많고, 3월이 24%, 4월 12%, 8월 5%, 9월이 3% 순으로 가장 적었다.

그림 16. 월별 안개발생일수 및 기온-수온 관계

월평균 기온과 수온의 차이를 보면, 기온은 연구기간동안 3월에 최소를 나타낸 후 급격히 상승하여 8월에 최대값을 가지며, 수온은 보통 기온보다는 1개월가량 늦은 3월에 최소를 보이고 역시 8월에 최대값을 나타낸다. 3월과 9월의 월평균 기온과 수온의 차이가 거의 없으나 3월은 기온이 높고 9월은 수온이 더 높은 시기이고, 4월부터 8월은 기온이 수온보다 3도가량 높은 것과 관련이 있는 것으로 보인다. 이는 해수와 대기의 비열차로 인해 대기온도가 빨리 상승하기 때문이다. 겨울철에는 여름철과는 반대로 수온이 기온보다 높은 양상을 보이게 된다.

2.4. 안개 발생시간 및 횟수

안개 발생 사례 중 보다 확실한 특징을 보기 위하여 3시간 이상 안개가 지속될 때 사례를 선정하여 3시간마다 안개가 발생하여 얼마나  지속되는지를 확인한 결과, 0~9시 사이에 안개가 발생하여 계속 유지되었다가 일출 후 안개가 소산되는 것으로 확인되었다.

그림 17. 안개 발생~지속 시간

또한, 안개가 내륙으로 유입이 되는 시간대는 3~6시 사이가 가장 높았고 6~9시 사이에도 가장 많이 유입되어 발생하는 것으로 나타났는데, 이중에서도 인천, 서울, 수원 중 가장 동쪽에 위치한 서울 지역은 6~9시 사이에서 가장 많이 안개가 유입되는 것으로 나타났다.

그림 18. 시간대별 안개 내륙 유입

3. 대기-해양 기상특성 및 안개 영향 요소

수도권 예보구역은 왼쪽으로는 서해중부해상, 오른쪽으로는 산지 지형이 높은 강원도 사이에 위치하여 대기와 해양의 상호작용 과정에서 발생하는 눈, 비, 안개, 구름, 뇌전 등 다양한 기상현상을 경험하며 해수면 표층을 통한 에너지 공급과 해양의 순환을 이해하여야 한다.

앞선 2019년 해양기상특성집의 내용 중 덕적도 인근 인천과 외연도 부이 자료를 이용하여 [그림 19]와 같이 수온과 해기차를 보면, 3~8월은 해수면 온도가 기온보다 낮고 특히 5~7월은 기온이 수온보다 2~3℃ 내외로 높을 때 발생 가능성이 높고 해무가 발생하기에 유리한 조건을 가지게 된다.

그림 19. 덕적도, 인천, 외연도 부이 수온 및 해기차(2019 해양기상특성집 발췌)

해무 발생 기작은 메커니즘은 차가운 수면 위로 따뜻한 공기가 이류되고 차가운 해수면 온도로 하층 대기의 기온이 내려가면 기온이 노점온도까지 하강하여 포화되면서 안개가 발생한다.

그림 20. 바다 안개 발생 메커니즘

경기만을 통과하는 안개는 세 가지 유형으로 나타나는데, 첫 번째는 먼해상의 2~5℃ 기온이 높은 공기덩어리가 덕적도 부근의 저수온역을 통과하면서 충분히 해기차가 확보된 상태에서 동쪽으로 이류되어 발생하는 안개가 유입된다. 두 번째는 앞바다와 먼바다의 경계에 위치한 덕적도 부근에서 안개가 발생한다. 마지막으로 내륙에서 발생한 안개가 동풍이 강할 때, 해륙풍 또는 국지풍인 동풍류가 종관풍보다 강할 때 내륙에서 해안~해상으로 유입되는 안개로 첫 번째 유형보다는 두 번째, 세 번째 안개가 예측이 힘들기 때문에 이에 대한 연구가 필요하였다. 따라서, 주요하게 영향을 미치는 기상 및 해양학적 요인들에 대한 특성을 정리해 보았다.

그림 21. 안개 발생 유형

2021. 6. 5. 03:40	2021. 6. 3. 07:40	2021. 3. 10. 09:30

3.1. 해수면 온도와 해기차

수온과 기온은 덕적도 부이에서 제공되는 안개가 가장 많이 발생하는 시간대인 6시~9시 중에서 연구에 사용되는 고층 자료, 일기도 생산 시각 등을 고려하여 9시 기온과 수온자료를 사용하였다.

조사기간 동안 대기-해양 온도차의 월별 분포를 [그림 16], [표 4]에서 나타냈는데, 5월부터 8월까지의 기간은 온도차이가 양의 값으로 기온이 해양의 온도보다 0~8℃가량 높아서 대기의 최하층이 안정한 상태를 나타낸다. 그러나, 3~4월, 9월은 기온이 해수면 온도보다 약 0~6℃ 가량 낮아서 대기 최하층과 해양 표층은 불안정한 상태를 보인다. 해상의 안개는 해양과 대기의 온도차가 해상에서의 안개 발생에 영향을 주는 것으로 판단된다.

그림 22. 기온과 수온의 월별 분포

[표 4] 덕적도 부이의 월평균 수온과 인천, 서울, 수원 지역의 해기차 비교

기간 요소(℃)	2017년 3월 ～ 2021년 9월(10, 11, 12, 1, 2월 제외)
	3월	4월	5월	6월	7월	8월	9월
덕적도 부이 수온	5.2	7.7	11.5	15.8	19.8	23.4	23.4
기온-해수면온도(덕적도)	-0.4	5.5	6.4	6.8	7.2	4.9	-1.6
기온-해수면온도(인천)	0.3	5.0	5.7	5.8	6.5	4.6	-1.1
기온-해수면온도(서울)	0.4	6.0	7.1	7.4	7.5	5.1	-1.1

서해중부해상 중 덕적도 부이의 수온은 8월과 9월이 23.4℃로 가장 높았고, 2017년부터 2021년까지 10월부터 2월까지를 제외하고 3~9월의 기온과 수온의 차이를 비교해보면 7월의 해기차가 크다. 이는 4월부터 덕적도 부근의 냉수대를 보이기 시작하여 8월부터 서서히 해소되기 때문으로 분석된다. 수도권 지역 중 가장 왼쪽과 오른쪽에 위치한 지점의 해기차를 계산해보면, 서울이 7.5℃, 인천은 6.5℃로 1℃ 차이가 발생하는데 안개가 가장 많이 발생하는 시간대인 3~9시 사이의 기온변화율을 보면, 인천은 서해안과 근접하여 내륙에 위치한 서울보다 평균적으로 대략 1℃ 적었다.

그림 23. 월별 해수면 온도 분포도(5월~8월)

5월(12℃)	6월(17℃)	7월(21℃)	8월(27℃)

해기차는 월별 평균 해수면 온도가 다르고 925hPa과 850hPa 고도별 기온이 다르기 때문에 안개가 발생하였을 때 월별로 평균값을 구하여 각각 925hPa 해기차는 -3℃, 850hPa 해기차는 -5℃ 보다 클 때 안개가 발생하는 것으로 [표 5] 통계값으로 산출하였다.

[표 5] 덕적도 부이의 월평균 수온 및 안개 발생 시 고도별 해기차(5월~8월)

월 요소(℃)	5월	6월	7월	8월
덕적도 부이 수온	11.5	15.8	19.8	23.4
925hPa 기온 - 수온	-1.1	-3.0	-0.7	-2.3
850hPa 기온 - 수온	-0.8	-4.5	-3.9	-4.8

3.2. 바람

대부분의 안개는 서해중부해상에서 서풍을 타고 서에서 동으로 이동을 하게 되는데, [그림 24]의 오른쪽 사례처럼 내륙에서 먼저 발생한 후 썰물일 때 물이 빠져나가는 시각에 동풍을 타고 해상으로 밀려나간 사례를 선정하여 비교하였다.

그림 24. 안개 사례 (2020. 6. 3. 00:50 (좌) / 2021. 3. 10. 09:30 (우))

안개가 발생한 사례일의 종관장을 살펴보면, 두 사례 모두 우리나라에 고기압이 위치한 상태에서 해수면 온도는 각각 16℃, 5℃로 925hPa 고도에서의 해기차는 0.7~1℃로 가시거리가 100m~700m 미만인 짙은 안개가 발생하였다.

6월 3일 사례의 경우, 서해중부해상 먼바다에서는 해수면 온도가 덕적도 부근 수온보다 높아서 안개가 생기지 않다가 덕적도 부근으로 들어오면서 안개가 발생하는데, 저수온역보다 따뜻한 고온의 공기가 동쪽으로 이동해야 하고 이동 속도는 안개가 생길만큼 천천히 이동해야 하고 새벽 시간에 육풍이 불지 않는 상태에서 점점 영역이 넓어지면서 안개가 발생한다. 3월 10일 해당일은 서울, 파주, 인천 등 925hPa 고도까지 형성된 역전층의 구조를 가지면서 복사안개가 발생, 육풍과 간조가 겹치면서 해상으로 전형적인 안개와는 다른 형태를 보였다.

그림 25. 안개 사례일 종관장 (2020. 6.3.(좌) / 2021. 3.10.(우))

지상일기도 00UTC(2020.6.3.)	지상일기도 00UTC(2021.3.10.)
수온(6.3.03:30)	수온 (3.10.03:30)
시정분포도(6.3.00:55)	시정분포도(3.10.07:55)

덕적도 부근에서 복사무 형태로 발생하는 안개의 경우는 풍속이 3.3m/s 이하의 바람이 유리하지만, 먼바다 또는 충남 태안반도에서 발생하여 서풍 또는 남풍을 타고 유입을 할 때는 풍향과 풍속 조건은 [표 6], [표 7]에서 확인한 바와 같이 서풍 계열의 바람과 아예 바람이 불지 않으면 이류되지 않으므로 3~7m/s 정도의 바람이 불어주어야 안개가 유지되면서 이동을 하지만, 8m/s 이상의 바람이 불게 되면 오히려 안개 형성에 방해가 된다. 안개가 형성되어 해안 또는 내륙에 영향을 주기 위해서는 이동속도가 중요한데, 이동속도가 빠르면 짧은 시간에 영향을 주거나 소산되므로 시간당 15km 미만의 속도로 이동하여야 한다.

안개 발생은 지형특성, 해수면 온도 분포 등에 의해 하층의 풍향 조건에 상당히 민감하다는 것은 2장에서 확인하였다. 따라서 풍향과 풍속 조건을 함께 고려하여 특징을 살펴 보았다. 예를 들어 2017~2018년을 살펴보면, 풍향이 남서류인 경우 약한 풍속에서 500m 이하의 안개가 생성될 수 있고 925hPa 풍향이 남서류인 사례에서는 3~9kts 내외 풍속에서도 200m까지 안개가 발생했고, 북서류인 경우는 남서류보다 바람이 5~18kts까지 나타나도 안개가 발생하였다. 850hPa의 경우 대부분 2~28kts까지 풍속 범위가 큰 데 북서풍에서는 바람에 세더라도 100m 이하의 안개가 발생하는 경우가 있음을 확인하였다.

[표 6] 2017년 5~8월 안개 발생시 하층 바람과 가시거리

날짜	5.1.	5.17.	6.23.	6.30.	7.5.	7.11.	7.20.
925hPa (°, kts)	115 14	335 9	160 5	325 5	230 5	270 13	250 7
850hPa (°, kts)	340 13	350 10	25 5	215 3	5 2	280 14	285 13
가시거리(m)	200	500	1000	500	500	200	500

[표 7] 2018년 5~8월 안개 발생시 하층 바람과 가시거리

날짜	5.1.	5.11.	5.13.	5.14.	5.18.	5.23.	6.20.	6.23.
925hPa (°, kts)	135 6	280 8	315 2	245 6	255 16	355 18	310 10	235 8
850hPa (°, kts)	190 18	235 7	330 24	305 13	265 23	330 28	325 15	245 11
가시거리(m)	500	500	100	100	100	100	1000	1000 이상

날짜	6.24.	6.25.	6.27.	6.29.	6.30.	7.16.	7.18.	7.27.
925hPa (°, kts)	315 16	345 6	240 9	208 13	205 7	320 3	260 7	70 2
850hPa (°, kts)	320 24	340 6	315 24	225 7	225 7	245 14	255 10	275 8
가시거리(m)	200	500	100	100	100	100	100	1000

또한, 최하층 바람이 남풍인 경우 안개 유입에 있어서 제한적이다. 2020년 4월 29일 경기만 수온은 10~12℃, 925hPa 기온은 15~20℃로 해기차는 5~8℃, 이류안개 발생 조건을 충족하였다. 지상은 정남풍으로 해안으로 유입되기 어렵고, 925hPa은 남서풍으로 해안과 내륙은 층운 형태로 떠서 유입했던 사례였다.

그림 26. 남풍, 해상에만 안개 발달

3.3. 상당온위

850hPa 기온과 해기차는 동일하지만 그림 00 왼쪽은 이류안개 발생하였고, 오른쪽은 안개가 발생하지 않아서 해기차가 같더라도 안개 발생 유무는 달라질 수 있음을 설명한다. 해기차를 판단함에 있어서 습한 정도를 같이 고려할 수 있는 상당온위, 습구온도, 노점온도, 상당온도, 습구온위 등을 활용하여야 한다. 따라서 종합기상정보시스템에서 손쉽게 사용할 수 있는 상당온위 자료를 사용하였다.

그림 27. 해기차는 동일하나 건습 차이에 따른 안개관측 유무 예시

안개 예측, 안개 관측	안개 예측, 안개 미관측

상당온위는 주어진 공기를 상승응결고도까지 상승시켜 포화에 이르게 하고 혼합비가 0이 되는 고도까지 위단열과정으로 상승시킨 후 다시 건조단열과정으로 1000hPa 고도까지 하강시켰을 때의 온도를 의미하는데, 온위와 혼합비에 비례하는 것을 볼 수 있다. 925hPa, 850hPa 상당온위와 수온 관측자료를 피어슨 상관분석을 하면 전자의 경우 0.9, 후자는 0.69로 상관성은 925hPa 상당온위와 관련성이 높다는 것을 알 수 있다. 또한 위의 식에서 보면 높은 노점온도를 가진 공기가 유입되어야 안개가 잘 발생할 수 있음을 알 수 있다.

그림 28. 925hPa, 850hPa과 해수면 온도와 관계

따라서, 925hPa 상당온위와 회귀관계식을 구해보면, x 수온, y 기온 또는 상당온위라고 하면 [eqn: y`=`267.82`exp(0.0098x)]로 수온 값을 알 때 안개가 발생되는 기준값 온도 또는 상당온위를 구할 수 있다.

3.4. 이슬점 온도

이슬점 온도는 수증기량의 함수로 그 값이 높으면 대기 중에 물이 많다는 의미이고, 낮으면 물이 적다는 것이다. 수증기가 포함된 공기를 냉각시켜 포화 상태가 되어 응결이 발생하여 현재 수증기압이 포화수증기압이 되는 기온으로 수증기 응결 과정을 통해 안개가 발생하는 것이므로 공기덩어리가 이동을 하면서 고온습윤한 공기가 공급되어 이슬점온도가 해수면 온도와 차이가 안개 발생에 영향을 준다. 따라서 공기궤적을 추적하여 이슬점 온도의 변화를 살펴보았다.

황사 모델 중 후방추적모델을 이용하여 48시간 동안 공기의 이동경로를 추적하면 10m 고도 궤적의 이동경로를 파악할 수 있는데, 이동하는 공기의 노점온도와 서해상 해수면 온도와의 차는 적을수록, 취주거리가 길어질수록 해수면 위 대기가 해수면온도까지 냉각되어 포화되면서 안개 발생가능성을 높이는 것을 [그림 29]에서 확인하였다.

그림 29. 이슬점온도 변화와 당시 해수면 온도

Td 6℃(4.14.03시) → Td 8℃(4.15.03시)	해수면 온도 8도

이슬점 온도의 변화를 시간대별로 살펴보면 2017년 4월 14일 3시 6℃ → 4월 15일 3시 8℃ → 4월 16일 3시 8℃로 해수면 온도와의 차이가 1℃ 미만으로 200m 이하의 짙은 안개가 발생하였다. 따라서, 안개 이동경로상 이슬점 온도와 해수면 온도와의 차이를 살펴보는 것도 중요하였다.

3.5. 잠재와도

온위는 단열과정에서 보존되는 값으로 응결에 동반된 잠열방출로 인한 온위가 상승되면 높은 잠재와도(PVU) 값을 가지게 된다.

그림 30. 285K 등온위면과 인천 단열선도

2017. 4. 15. 21시	2017. 4. 16. 03시	2017. 4. 16. 09시

그림 00에서 보듯이 해상에서부터 이슬점온도가 높아지면서 수증기가 공급되고 찬 해수면 위로 하층 대기가 냉각되면서 지면 근처에서 포화로 안개가 발생한 사례이다. 단열선도에서 보면, 850hPa 고도까지 뚜렷한 온난이류로 침강역전층 형성되어 혼합이 일어나지 않고 안개는 지속되었다. 285K의 잠재와도값의 변화를 보면 2.5PVU에서 3.0PVU로 점차 높아지면서 안개의 농도와 강도가 강해졌다. 이번에는 잠재와도 산출식으로부터 상당온위 감률을 이용하여 안개 예보에 활용해 보면, [그림 ]에서와 같이 시간이 지나면서 잠재와도는 증가하는 추세, 4월 16일 3시에는 1000hPa 303.5K, 850hPa 303.7K로 역전층이 잘 나타났고 감률은 -1.9K~1.3K의 변화 추이를 보여주고 있다.

그림 31. 상당온위 감률 변화

상당온위 감률
구분	2017. 4. 15. 21시	2017. 4. 16. 03시	2017. 4. 16. 09시
1000hPa	300.6K	303.5K	304.9K
850hPa	299.3K	303.7K	304K

[표 8]에서 보는 바와 같이 2019~2020년 안개 발생했을 때의 상당온위 감률은 대부분 양의 값을 보여 대기가 안정한 상태에서 안개가 발생하였음을 보여준다.

[표 8] 2019~2020년 5~8월 안개 발생시 상당온위 감률

날짜	2019년				2020년
	7.2.	7.14.	7.15.	7.22.	5.1.	5.25.	6.1.	6.3.
1000hPa	325.3	331	335.2	343.8	315.3	310.6	315.5	323.3
850hPa	324.7	328.4	329.6	334	322.9	310.5	307.2	314.9
1000-850hPa(K)	0.6	2.6	5.6	9.8	-7.6	0.1	8.3	8.4
가시거리(m)	500	500	500	100	500	200	1000	100

3.6. 조석과 조위

대기와 해양의 상호작용 중에서 조류, 조석 및 조위는 안개 생성에 중요한 역할을 한다. 서해중부해상에는 [그림 3]에서 서한연안류(한류)가 여름에는 북상하고 겨울에는 남하하고, 황해난류가 황해 중앙부 깊은 골의 서쪽 사면을 따라 북상하는 난류가 흐르는데 주로 난류와 한류가 만나는 곳에서는 습도가 높은 난류의 대기가 한류의 영향으로 안개를 발생시킨다. 만조는 해안과 접한 내륙에 많은 수증기를 공급하고 간조 시점에는 심층수와 상하층 혼합이 일어나면서 수온을 하강시키는 등 안개 발생에 유리 또는 불리한 조건을 만들기도 한다. 따라서, 이런 조석으로 인한 조위가 가장 높아지는 시기에 수온이 28℃에서 26.2℃까지 1.8℃가량 기온 하강(쿨링) 효과도 일으킨다. [그림 32] 해무의 내륙 유입이 만조시각 2시간 전·후에 빈번한 것만 보아도 만조시간과 해무의 내륙 유입과의 상관관계는 높은 것으로 추정된다.

그림 32. 만조와 안개 시작 시간 변화 및 대조시 인천 조위 변화에 따른 쿨링 효과

[그림 32]는 안개가 발생했을 때 간조와 만조 시 관련성을 찾아보기 위하여 사례일의 안개 발생시각과 조위를 같이 그래프로 나타내어 비교하였다. 왼쪽 사례는 안개 발생시각이 아침 00:07~05:32 사이에 발생한 사례로 해상에서 해안을 거쳐 내륙까지 유입된 사례이고, 오른쪽 사례는 새벽 00:40~13:15 사이에 내륙에서 발생하여 해안~해상으로 확산된 안개이다.

그림 33. 조석과 안개 발생(2020. 6.3.(좌) / 2021. 3.10.(우))

만조 시 안개	간조~만조 시 안개

안개 발생 당시, [그림 33]의 위의 사례는 만조시각(6.3. 02:23, 782m) 전후로 각각 습도는 95%, 아래 사례는 간조 시간(3.10. 08:49, 174m) 전후로 습도는 90%에서 70%로 낮아졌고, 일출 후 내륙 기온의 상승으로 점차 감소한 것으로 보인다. 간만조와 유사한 시각에 바람 방향(풍속)은 각각 서남서풍(2~3.5m/s), 동남동풍(1~2m/s)으로 풍향과 일치하여 밀물과 썰물이 유입되고 있음을 확인하였다.

그림 34. 인천 지역의 시계열 자료 및 바람벡터

3.7. 해무 내륙 유입

연구대상 지역 중 인천경기서해안 지역 중 하나인 인천은 해안선과 가장 가까운 지역이고, 서울과 수원은 내륙 지역으로 보면 [그림 18]에서 보는 바와 같이 인천 지역은 3~6시에 최대 유입빈도를 보이고, 15시에 최소 유입빈도를 보였으며, 내륙인 서울과 수원은 12시 이후 18시 이전까지의 낮 시간에는 안개 유입이 거의 없었다. 아래 그림에서 보듯이 낮 시간동안에는 안개 발생이 적었고 저녁이나 새벽 시간에 안개가 내륙으로 유입되었다. 이는 일출과 함께 강한 햇볕에 의해 지표가 가열되면서 온도가 상승하여 역전층이 해소되고 안개가 소강상태를 보인다. 또한, 온도가 상승함에 따라 기계적 난류 외에 열적인 난류가 형성되어 해풍에 의한 안개의 내륙유입을 저지하기 때문으로 판단된다.

난류확산의 형태에는 두 가지가 있다. 즉 기계적(역학적) 난류에 의한 확산과 열적 난류에 의한 확산이다.

그림 35. 기계적 난류와 열적 난류

기계적 난류	기계적 난류 + 열적 난류

기계적(역학적) 난류는 바람의 연직 시어가 클수록 활발하며, 대기가 안정될수록 억제되고 열적 난류는 지면이 대기보다 온도가 높을수록 활발하다. 통상 두 가지 요인이 함께 작용한다. 기계적 난류는 거친 지표면을 바람이 불어갈 때 발생하고 열적 난류는 지면이 태양에너지에 의해 가열할 때 생기는 대류 현상에 의해서 발생한다. 전자는 주로 상하층 바람시어에 의해서 회전이 발생하고 평균 운동에너지가 곧 난류 운동에너지가 되고, 후자는 일사에 의한 지표 가열로 부력에 의한 위치에너지가 난류 운동에너지로 전환되는 것이다.

역학적 대류(강제대류)와 열적 대류(자유대류)의 상대적 크기를 비교하여 바람의 수직분포, 난류의 성질, 대기의 안정도 등을 나타내는 한 방법으로서 리차드슨의 수(Ri)라는 것이 있다.

여기서 [eqn: {TRIANGLE theta } over {TRIANGLE z}]는 수직방향의 온위경도로서 자유대류의 크기를 나타내고  [eqn: {TRIANGLE V} over {TRIANGLE z}] 는 수직방향의 풍속경도로서 강제대류의 크기를 나타내고 있다.

경계층난류가 대류적불안정 또는 시어불안정에 의해 생성된다고 하고 난류에너지의 기계적 생성은 평균속도의 연직경도에 반비례한다. 경계층이 정적으로 불안정하면 리차드슨 수는 0보다 작은 음의 값을 갖는다.

다시 한번 정리하자면, 대류난류를 기계적인 난류로 전환시키는 비율을 측정한 것으로 무차원 수이고, 대기의 동적인 안정도를 나타내며 지구경계층에서의 기류 안정도를 나타내는 척도는 리차드슨 수이다.

○ Ri < -0.04 : 대류에 의한 혼합이 기계적 혼합을 지배

(Ri가 큰 음의 값이면 대류가 지배적, 바람이 약해 강한 수직운동 발생)

○ -0.03 < Ri < 0 : 기계적 난류와 대류가 존재하나 기계적 난류가 주로 혼합

○ 0 < Ri < 0.25 : 성층에 의해 약화된 기계적 난류가 존재

○ Ri > 0.25 : 수직혼합은 없고 수평상의 소용돌이만 존재

이용희, 원덕진 등(2000)에 의하면 해무발생시 난류의 특성을 습윤공기를 고려한 리차드슨수(Rim)와 건조공기에 의한 리차드슨수(Rid)의 분석을 통하여 알아본 결과, Rim은 해무 이동 전면에서 음의 값을 가지는 강한 난류의 특성이 나타남을 밝혔다. 실제로 수치모델에서 해무발생지역의 Rim은 1~4 범위내의 값으로 나타나 안정한 대기의 특성을 보였으나 해무이동 전면부에서 강한 대기난류를 나타내는 음의 값을 보였으며, 안정한 대기 중에서 발생한 해무는 강한 난류지역을 넘어 확장하지는 못하였다. 이런 관계에서 내륙기온과 해수온도의 불연속면대에서 발생하는 난류(온도차이)의 크기로 해무의 내륙유입여부를 설명하는 개념모형을 [그림 36]에서 제안하였다.(p654)

그림 36. 해수온도와 기온의 차에 따른 포텐셜 언덕

	Ta 대기 온도 Ts 해수면 온도
		바다안개 유입 가능 라인
	[eqn: TRIANGLE B`:`Ta-Ts`=`D+C] [eqn: D= TRIANGLE B-C<0] : 내륙 유입 가능 조건 [eqn: D`=` TRIANGLE B-C>0] : 내륙 유입되지 않는 조건

정병옥(1997)의 연구결과에 따르면 “Ta - Ts ≤ 4℃ 요건일 때 해무가 내륙까지 유입된다”고 하였다. 즉, 내륙기온과 해수면 온도와 차이가 없을 때 온도장벽 없이 그대로 내륙으로 들어오는 호조건을 가지게 된다. 반면에, 4℃보다 높은 경우, 난류가 장벽을 형성하게 되면서 해무 유입의 가능성은 적어진다. 실제로 내륙의 기온이 높은 8월의 경우 바다안개가 유입을 저지하는 역할을 하므로 기온은 해무의 내륙유입여부를 판단하고 해무유입 시 해무를 유지시키는 환경을 결정하는 중요요소라고 하였다.(p39)

실제 안개가 발생하였을 때 내륙으로 유입되는 경우와 그렇지 않은 경우로 나누어 지상 기온과 수온의 관계를 살펴보았다. 해상에서 발생한 안개가 해안을 거쳐서 내륙까지 유입된 사례일의 경우를 그래프로 표시하면 -5~3.8℃로 52개 사례일 중에서 2개를 제외하고는 4℃ 기준값과 일치하여 온도장벽이 없을 때는 내륙으로 유입될 가능성이 크다고 하겠다. 해상에서 발생한 안개가 해안으로 들어오는 경우에는 약 60% 정도만 통계 분석을 통해 얻은 값인 4℃에 부합하고 나머지는 일치하지 않았다.

그림 37. 해상~해안~내륙, 해상~해안까지 유입된 안개의 경우 해기차 분포

Ⅲ. 결론

서해중부해상(경기만)에서 나타나는 안개의 특성을 알아내기 위해서 최근 5년간 지상, 해양, 고층 등 관측자료를 사용하였으며, 대기-해양 관점에서 바다안개 발생 기작과 주요한 기상학적 요인들에 대해 분석한 결과는 다음과 같다.

1. 경기만을 품고 있는 서해중부해상은 해저지형과 수심이 얕아 덕적도 부근에서 저수온역이 발생하여 봄과 여름철에 안개가 자주 발생하고, 5~7월에 최대를 갖고 8월에는 감소하는데 비열이 큰 해양보다 대기가 먼저 가열되어 고온다습한 기단이 상대적으로 차가운 해면을 통과하면서 포화, 응결되어 안개가 발생하고 8월부터는 기온이 상승하면서 증발되어서 안개가 소산된다.

2. 안개 지속시간은 6~9시를 전후로 최대, 15시 이후 최소의 발생빈도를 보이는데, 일출 이후 복사가열에 의한 온도상승이 안개발생을 어렵게 하지만, 해풍 또는 강수 및 강설 등으로 안개가 오후~밤에 발생하기도 한다.

3. 늦봄부터 여름철에는 시베리아 고기압에서 분리된 이동성고기압의 영향으로 고기압 중심이 우리나라 남해안과 일본 남부 내륙사이 위치, mT 가장자리를 타고 고온다습한 공기가 유입되면서 남고북저형, 동고서저형 기압배치에서 자주 발생한다.

4. 해무가 발생할 때 풍향은 남동~남서, 서~북서풍이 주풍이다. 남서~서풍일 때 안개가 자주, 더 강한 강도로 생성되고 풍속이 925hPa 고도에서 10kts 이하로 불어도 발생하지만, 북서풍 계열일 때는 바람이 20kts 정도로 불어야 하고 해무발생 빈도가 낮은 편이다.

5. 해수면 온도는 5~8월까지는 기온과 해수면온도와 차이가 양의 값으로 기온이 해양의 온도보다 0~8℃가량 높아서 대기의 최하층이 안정한 상태이고, 그 밖의 달은 기온이 해수면 온도보다 약 0~6℃ 가량 낮아서 대기 최하층과 해양 표층은 불안정한 상태를 보여 해기차가 안개 발생에 영향을 주는 요소로 판단된다.

6. 종관풍, 해륙풍, 국지풍은 안개 발생에 지대한 영향을 미치는데, 종관풍이 강하지 않을 때는 해륙풍, 해륙풍이 약할 때는 국지풍이 영향을 주면서 안개가 발생한다. 풍향은 이미 남서풍 계열일 때 가장 많이 발생하고 풍속이 약할 때 발생하지만, 남풍인 경우는 내륙에 유입에는 제한적이다.

7. 해기차가 동일하더라도 건습의 정도에 따라 안개가 발생 또는 미발생하므로 이를 반영한 상당온위를 활용하여 상관성을 분석한 결과, 925hPa 상당온위가 0.9, 850hPa 상당온위가 0.69로 보다 높은 상관성을 보였다.

8. 이슬점 온도는 수증기량의 함수로 공기덩어리가 이동함에 따라 해수면 온도와 차이가 적을수록, 취주거리가 길어질수록 해수면 온도까지 냉각되어 포화되면서 안개 발생가능성을 높일 수 있다.

9. 잠재와도는 응결에 동반된 잠열방출로 온위가 상승되면 높은 잠재와도값을 가지게 되므로 변화 추이를 안개예측에 활용하여야 한다.

10. 경기만 주변으로 난류와 한류가 흐르고 저수온역을 형성하면서 해기차외에 만조 시간대와 맞물리면서 안개 발달을 돕고, 조석으로 해수면 온도가 2~3도 가량 낮아지므로 대기와 해양의 상호작용에 대해서도 잘 이해하여야 한다.

11. 해상에서 형성된 안개가 해안을 거쳐 내륙으로 유입되고 유입되지 않을 때는 대기온도과 해수면 온도차로 인한 난류가 온도 장벽을 이루면서 유입하지 못하도록 한다.

12. 이상의 결과를 다시 한번 정리하여 안개 발생 가능성에 대한 흐름도를 작성해보면, 바다안개가 가능한 기압계 패턴에서 해기차, 상당온위, 풍향 및 풍속, 조위와 조석, 내륙 유입 정도를 파악하여 현업에 활용하고자 한다.

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