2021년 예보관 과정 훈련보고서

지역특성을 고려한 예보 기술 연구

- 발해만 기압골에 의한 온난이류형 대설 연구 -

소속: 기상청

교번: 12번

성명: 송광명

2021. 9.

< 목 차 >

1. 서론	2
1.1 배경	2
1.2 선행연구	4
2. 분석방법	8
3. 사례분석	9
3.1 2018년 1월 30일	9
3.2 2017년 12월 18일	16
3.3 2021년 1월 12일	22
3.4 2016년 2월 16일	29
3.5 2018년 12월 13일	34
3.6 강설시각과 적설의 관계	40
4. 추가로 필요한 연구	42
4.1 기후적인 접근	42
4.2 미기상학적 접근	43
4.3 서해상 구름분포와 고기압의 관계	44
5. 결론	45
참고문헌	50

1. 서론

1.1. 배경

겨울철 서울.경기도의 대설은 발해만 기압골이 이동하면서 주로 발생한다. 발해만은 한반도의 북서쪽 요동반도와 산둥반도 사이에 위치하며, 겨울은 보통 시베리아 대륙고기압의 영향을 받는데, 상층에서 기압골이 발해만을 통과하여 지상에서 기압골이 발달한다. 지난 5년간 겨울철 서울에 적설이 1cm 이상 기록된 사례들은 25개이며, 북쪽 기압골에 의한 사례는 11개, 남쪽 기압골에 의한 것은 4개, 난기이류에 의한 것은 7개이며, 다른 3개의 사례들은 북쪽기압골과 난기이류가 혼합되었다.

그림  서울 적설 1cm 이상 기압계 분류

북쪽 기압골에 의한 대설은 다른 패턴에 비해 강수의 지속시간이 짧았으며, 수증기영상에서 단파골에 의한 건조역을 관측할 수 있어 서해상에서 발달하는 구름대를 추적하여 내륙으로 유입여부를 분석할 수 있다. 하층으로 기압골의 전면에서 남서류가 강해 수증기의 공급이 상대적으로 크고, 상층의 한기로 인해 많은 적설이 기록된 사례가 많았다.

남쪽 기압골에 의한 대설은 저기압의 중심이 남부지방이나 남해상을 지나면서 수도권은 구름대의 북쪽 부근에 위치하고, 지속시간이 길었으며, 수도권의 지상기온이 높아 눈비구분의 여부를 판단해야 한다.

온난이류형의 강설은 다른 기압계 패턴에 비해 수증기영상에서 상층에서 침강류가 지배적이기 때문에 단파골에 의한 건조역의 경계를 확인하기 어렵고, 강수의 지속시간이 비교적 짧고 기온의 예측에 따라 적설의 강도가 달라져 예보에 어려움이 있어 이번 연구에서 다뤄보고자 한다.

온난이류형 강설은 보통 저기압 통과 후 찬 대륙고기압이 확장하면서 상대적으로 따뜻한 서해상을 지나면서 눈구름이 발달하고, 이때 서풍계열이 우세하게 되면 많은 눈이 내리게 된다. 특히, 발해만에 기압골이 발달하여 수도권으로 유입되면 풍계가 서풍에서 서남서풍 계열이 더 강해지면서 대설이 나타난다. 남풍계열이 더 강할수록 다른 풍향에 비해 서해상에서 수증기가 더욱 공급되기 때문에 저기압에 의한 풍향은 대설을 예측하는데 중요한 요소이다. 겨울철 해수면온도는 낮아지는데 상대적으로 해수면온도가 높은 12월에서 1월 사이 상층 기압골이 지나가면서 발해만에 기압골이 형성될 가능성이 높다.

그림  발해만 기압골에 의한 온난이류형 대설 모식도

대설이 발생할 수 있는 기압계는 다음과 같다. 오호츠크해나 캄차카반도 부근에 위치한 절리저기압의 후면으로 상층에서 지속적으로 한기가 우리나라로 남하하고, 시베리아 대륙고기압이 서해상까지 확장하게 되면 상해부근에서 변질이 되며, 변질된 고기압의 가장자리로 하층에서 서풍이 불고 이는 서해상으로부터 열과 수증기를 공급을 받아 상층에서 기압골을 만나 구름이 발달하게 된다.

서울.경기도는 높은 인구밀도와 시설물이 밀집되어 기상예보에 대한 민감도가 매우 높은 지역이다. 특히 출퇴근시 교통 대란을 일으킬 수 있는 눈은 약간 쌓이기만 해도 미치는 영향이 크기 때문에 서울의 눈 예보 시 의사결정에 어려움이 많다.

상층 기압골은 GTS 자료를 통해 지위고도가 낮거나, 풍향이 바뀌는 곳을 추적하며, 특히, 한기의 이류가 강한 곳이 중요하다. 또한, 위성영상에서 건조역 분석을 통해 상층 저기압성 소용돌이나 건조역의 경계가 중국내륙 어느 지점에서 다가오는 지에 대한 분석이 필요하다. 겨울철 북반구 상층 기압계는 남북의 기온차에 의해 제트류가 Zonal하게 흐르거나 남북으로 사행하게 되며 이에 따라 상층기압골의 한반도로의 유입여부가 다양하기 때문에 이에 대한 추적이 중요하다.

겨울이 되면서 내륙은 빠르게 냉각되는 반면, 바다는 내륙에 비해 비열이 크기 때문에 해수면온도는 상대적으로 느리게 낮아진다. 따라서, 상대적으로 따뜻한 해수면에 의한 하층의 온난한 기단이 차가운 상층의 기압골에 의해 발달하면서 겨울의 초반 수도권에 대설이 발생할 가능성이 높아진다. 하지만, 겨울의 초반은 하층의 기온에 따라 눈비 형태가 결정되기 때문에 기온 예측 결과에 따라 대설의 유무가 나타나기 때문에 예보를 생산하기 어려운 실정이다.

1.2. 선행연구

Why? How! 겨울예보편에서 온난이류에 의한 강수의 이해와 예보 활용에서 온난이류형의 강수를 결정하는 요소로 해수면 온도, 하층의 온도경도, 하층의 바람조건, 중상층 대기의 하강류 존재여부, 지형에 의한 강제상승 효과, Cold Pool의 강도를 제시하고 있다. 중국에서 한반도 방향으로 대륙고기압이 확장하면 차고 건조한 기단의 영향으로 한반도 지상의 기온은 급격히 냉각된다. 이는 지상의 Cold Pool을 말한다.

여기에 상대적으로 따뜻한 서해상의 난기이류는 해수면온도를 확인하며 서해상의 난기가 지상의 차가운 기단과 부딪치며 눈구름이 발달하게 된다. 서해상의 난기는 남서풍과 서풍 순으로 강하며, 하층의 풍향과 함께 풍속이 강할수록 하층의 난기이류도 더욱 강해지게 된다. 하지만, 하층의 풍향과 풍속은 라디오존데에 의한 고층관측의 주기가 길어 실시간으로 파악하기 어렵기 때문에, 수치모델에서 제공하는 상세바람장을 이용하고 있으며, 수치모델에서 바람을 모의하는 정확도에 따라 강설예보가 변경될 수 있다.

그림  해안에서의 온난이류형 강수 모식도(출처: 겨울예보 Why? How!)

이러한 수치모델의 한계를 위성영상과 레이더영상 등 원격탐사자료를 통해서 보완할 수 있다. 초단기예보에서 눈구름대의 이동과 발달경향을 감시할 수 있으므로 실황이 예상한 것과 다르게 전개될 경우 예보를 변경할 수 있는 근거 중의 하나로 사용할 수 있어 과거 사례에 대한 사후분석이 필요하다. 먼저, 겨울철 한반도는 차고 건조한 밀도가 높은 시베리아 고기압 기단의 영향을 받으므로 눈구름대의 키가 낮아 위성산출물 중 운정고도, 운정온도 등의 차이가 크지 않기 때문에, 분석이 어렵다. 다만, 수증기영상에서 기압골에 의한 건조역의 이동을 추적할 수 있기 때문에 이에 대한 분석으로 구름 발달을 가늠할 수 있을 것으로 생각됐다. 특히, 과거사례에서 건조역이 어느 위도에서 내려왔는지, 저기압성 회전이 얼마나 강한지 등 시작시점과 이동패턴에 따라 분석해 보고자 한다. 또한, 한반도를 중심으로 동서로 흐르는 제트류에 의해 이렇게 남하하는 기압골의 이동에 미치는 영향도 살펴보고자 한다.

또한, 기상현상에 대한 원격탐사 중의 하나인 레이더영상 분석은 초단기예보에서 서해상에서 형성된 구름대의 내륙으로의 유입을 감시할 수 있고, 분석할 수 있는 방법이다. 한반도 내륙에 차가운 고기압이 자리잡으면, 눈구름대가 서해안으로 이동하면서 전면이 소산되는 경우가 있다. 이보다는 영향이 약하지만, 낮과 밤이 바뀌면서 형성되는 해륙풍도 고려해서 눈예보를 해야 한다. 수치모델에서는 작은 규모의 예측에서는 오차가 상대적으로 크기 때문에, 이 모델의 오차를 레이더영상 등의 자료를 통해 예보를 보완할 수 있다.

그림 4 발해만 기압골에 의한 온난이류의 강수 사례 3시간 간격 레이더영상

2019.12.19.18시	2019.12.19.21시	2019.12.19.24시

과거 2013년에서 2017년 겨울철 서울에서 0.1cm 이상 적설을 기록한 사례중 온난이류에 의한 강설이 나타난 29개의 사례에서 상층기압골이 지원해 발해만 저기압이 형성된 형태는 13개, 순수하게 온난이류에 의해서만 적설이 내렸던 16개의 사례를 분석한 것을 살펴보면 난기이류에 의한 850hPa 260~290도 풍속은 8.5~20m/s 였고, 925hPa는 한 개의 사례를 제외하고 풍향은 235~305도, 풍속은 4.5~15m/s의 분포를 보였다. 기압골이 지원한 경우 보통의 온난이류에 의한 강설보다 850hPa과 925hPa 모두 서남서풍이 더 많이 나타났다.

그림 5 적설 0.1cm 이상 사례의 850hPa과 925hPa 바람 분포

850hPa 풍향과 풍속(녹색선은 발해만 저기압시)	925hPa 풍향과 풍속(파란선은 발해만 저기압시)

온난이류에 의한 강설은 내륙의 한기와 서해상의 난기가 만나는 지역에서 불안정이 강화되어 형성되는 것으로 내륙의 냉각정도를 확인해보면, 강설 6시간 지상기온은 4개의 사례를 제외하고 대부분 영하권의 기온을 보였으며, -7도에서 –2도의 분포가 가장 많았다.

그림 6 강설 6시간 전 적설 0.1cm 이상 사례의 서울 지상기온 분포

한편, 서해상의 난기를 확인하기 위해 덕적도 해상부이의 수온은 4도에서 10도 미만 사이가 20회였다. 4도 미만에서는 대부분 난기이류에 의한 강설이었다. 수온이 낮은 2월에는 수증기 증발이 적고 내륙과의 기온차이가 적기 때문에 난기이류에 의한 강설이 상대적으로 적다고 해석된다.

과거 연구에서 고층관측자료를 통한 온난이류의 강설을 임계값을 찾고자 하였으나 겨울철 강설은 어떤 하나의 요인에 의해서만 나타나는 것이 아니고, 상층 기압골 등 다른 요인들과 혼합된 사례들이 많았기 때문에 특정 바람값이 임계값이 될 수 없는 것으로 판단했다. 그리고, 오산 관측자료는 6시간 간격으로 풍속이 강해 시스템이 빠르게 진행되었다면, 강설 시각과 관측 시각의 차이가 다양해서 표준화 하기가 어려웠다. 온난이류에 의한 강설은 해상과 내륙에서 만들어지는 서로 다른 기단들이 충돌하면서 발달할 수도 있지만, 이미 해상에서 발달되어 들어오는 부분이 있으므로, 본 연구에서는 적설 1cm 이상의 사례들을 분석하여 영향을 미칠 수 있었던 대표 대설 사례 5개를 선정하여 사례별 분석을 하였다.

2. 분석방법

2.1. 자료선정

1. 사례기간 : 2016~2021년

2. 지점: 서울 ASOS

3. 자료기준: 서울 최심신적설 1cm 이상 기록

4. 분석자료

(1) 지상 및 고층 일기도, 수치모델자료(UM)

(2) 고층관측자료(단열선도(오산), 연직바람관측장비)

(3) 위성영상, 레이더영상, 인천해양기상부이

5. 분석방법

(1) 사례분석

1) 2017년 12월 18일, 2018년 1월 30일, 2016년 2월 16일, 2021년 1월 12일, 2018년 12월 13일

2) 강설이 발생하기 12시간 전부터 수증기영상의 건조역과 대기운동벡터(적외영상) 분석

3) 레이더영상 분석을 통해 강설영역 이동경향 분석

3. 사례분석

3.1. 온난이류에 의한 대설 사례분석(2018.1.30.)

3.1.1. 기압계 분석

그림 7 500hPa 일기도(2018.1.30. 09, 21시)

2018.1.30.09시	2018.1.30.21시

먼저, 상층기압골이 약한 온난이류에 의한 서울에 강설이 발생한 사례인 2018년 1월 30일 기압계를 분석해 보았다. 500hPa 일기도에서 연해주에 상층절리저기압이 역회전하면서 정체한 가운데, 그 후면으로 중국북동지방에서 한반도는 한기가 남하하고 있으며, 남부지방은 영하 30도의 등온선이 위치해있다. 등고도선이 대체로 동서로 조날한 모습을 보인다.

그림 8 850hPa 일기도(2018.1.30. 09, 21시)

2018.1.30.09시	2018.1.30.21시

850hPa 일기도에서 풍계는 서북서풍으로 우리나라 서쪽에서의 고기압이 확장하면서 09시 중부지방에 영하 15도선이 위치하고 12시간 이후 영하 12도선으로 기온이 상승한 것을 확인할 수 있다. 즉, 대륙고기압이 서해상으로 확장하면서 변질됨으로서 서풍으로 인한 난기이류가 우리나라로 유입되었다. 강설이 있기전 서해상에 온도골이 위치하고 온도경도가 강한 온도조밀역이 경기만에서 나타났다가, 강설이 약해져가는 21시는 등고선과 등온선이 평행하면서 온도경도가 약해졌다.

그림 9 지상일기도(2018.1.30. 09, 21시)

2018.1.30.09시	2018.1.30.21시

지상일기도에서는 서해상에서 우리나라로의 고기압 확장을 좀더 뚜렷하게 보여주고 있다. 난기이류에 의한 강설은 서해안형이나 동해안형 등 다른 대설 시스템에 비해 상대적으로 강설의 지속시간이 짧은 편이다.

3.1.2. 위성영상 분석

그림 10 수증기영상(2018.1.30. 09, 21시)

겨울철은 우리나라는 대륙고기압의 영향을 받기 때문에 상층의 공기는 차고 건조한 공기가 자리잡고 있어, 눈구름대가 높게 발달하기가 어렵다. 또한, 수증기영상에서 겨울철은 여름철에 비해 명암차가 적어 건조역의 경계를 확인하기 어려운 점이 있다. 하지만, 미세하더라도 작은 단파골이 하층의 불안정을 강화시킬 수 있다. 09시 중국중부지방에 위치한 건조역(1번)은 21시에 중부지방으로 이동하였다. 이날, 난기이류의 강설은 강원영서는 다음날 새벽까지 지속되었다. 지속시간이 길었던 이유로 첫째, 건조역이 발달한 눈구름대의 불안정을 강화시켰고, 둘째 우리나라로 조날하게 흐르는 제트류에 의해 변질된 고기압의 확장이 유지된 것으로 분석된다.

그림 11 대기운동벡터 적외영상(2018.1.30.00~24시)

2018.1.30.00시	2018.1.30.12시	2018.1.30.24시

2018.1.30.09시	2018.1.30.21시

난기이류에 의한 강설은 전날 대륙고기압이 확장을 하기 때문에 먼저 해상의 발달한 구름대의 이동은 북서풍의 영향을 받아 이동한다. 이는 눈구름대가 발달하기 이전인 00시 대기운동벡터영상에서 확인할 수 있다. 이후 시간이 지남에 따라 서해상의 구름대는 서풍으로 풍계가 변경되었다. 중국북동지방으로도 한기가 남하하면서 발달한 구름대의 이동벡터와 동해상의 구름대도 서풍임을 확인할 수 있다. 서해안으로 유입되는 부분은 서해상의 대기운동벡터를 확인하면 되지만, 이 강수의 지속시간은 한반도 주변 대기운동벡터의 분석이 도움이 되는 것으로 보인다.

그림 12 850hPa 등온선, 바람, 습수, 500hPa 와도이류(2018.1.30.15시)

2018년 1월 30일 09시 수치모델에서 모의한 15시 하층의 자료를 살펴보면, 발해만에서 경기만으로 강한 풍속을 모의하고 있고, 바람이 풍속을 가로질러 불면서 난기이류가 강하게 유입되고 있다. 그래서 경기만 부근으로 저습수역을 예측하고 있다. 겨울철 대륙고기압이 확장할때는 북서풍이 불면서 수도권은 북한 황해도에 위치한 지형에 의한 영향으로 해수면을 이동하는 대기의 취주거리가 짧으나, 서풍계열이 불게되면 취주거리가 길게 되어 서해상에서 대기가 포화된다.

그림 13 연직바람자료 파주(좌), 원주(우)(2018.1.30. 09, 21시)

3.1.3. 레이더영상 분석

서해상에서 눈구름대가 발달하여 내륙으로 이동하더라도 하층 풍향에 의해 영향을 받는 지역은 달라진다. 경기만에 형성된 구름대는 서풍계열이 강할수록 수도권으로 유입될 가능성이 커지고, 여기에 풍속까지 강하다면 강원영서까지 영향을 받을 수 있다. 한편, 풍계가 서북서풍이라면 경기남부와 충남으로 강설이 발생하다. 이처럼 풍향은 강설 영역을 결정하는 중요한 역할을 하기 때문에 수치모델에서 모의한 풍향과 실황자료의 비교가 필요하다. 그림9의 파주의 연직바람자료에서 오전에는 1.5km 고도에서 풍향이 북서풍이 우세하였는데 오후부터는 서풍이 강해졌고, 500m 고도에서는 남서풍이 강해지고 있다. 이때, 그림 10의 레이더영상을 살펴보면 백령도에서 경기만까지 에코가 발달하였다. 원주의 연직바람자료에서도 15시 이후 서풍계열로 바뀌면서 15시 수도권을 중심으로 위치한 레이더에코가 밤에는 강원영서에도 영향을 줄 수 있음을 의미한다.

그림 14 레이더영상

2018.1.30.12시	2018.1.30.15시

파주 2018.1.30.	원주 2018.1.30.

그림 15 오산단열선도(2018.1.30.15시)

서울에 눈이 내리기 2시간 전인 2018년 1월 30일 15시 오산 단열선도를 살펴보면 지상에서 850hPa까지 풍향이 서풍으로 바뀌었고, 하층의 풍향이 Veering(순전)하면서 난기가 이류되면서 850hPa 부근에서 포화층이 형성되었음을 확인할 수 있다. 중상층 대기의 하강류에 의한 침강역전층은 약 2km 부근에 위치해 구름대의 발달이 제한되었다.

3.1.4. 부이자료를 통한 하층의 풍향 파악

6시간 전인 09시는 하층의 풍향은 대륙고기압이 확장하고 있었기 때문에 북서풍이었다. 이 풍계가 서풍으로 바뀐 것은 6시간 이내에 이뤄졌고, 난기이류에 의한 강설의 지속시간은 보통 3시간에서 길게는 9시까지 나타난다. 하지만, 고층의 연직바람자료는 12시간 간격으로 관측되기 때문에 실황에서 하층의 바람을 수치모델이 예상한 값과 비교하기 어려운 점이 있다. 실시간으로 지상의 바람은 AWS 자료 등을 위해 수집하고 있으나, 지상은 마찰에 의해 하층의 풍계와 차이가 나타난다. 초단기예보 관점에서 하층의 풍향은 대설여부를 판단할 수 있는 중요한 지표이므로, 이를 파악하기 위해 위성영상과 레이더영상, 연직바람자료 등을 통해 파악하고 있다.

이에 더해 경기만에 위치한 인천해양기상부이의 풍향을 감시할 수 있다. 해상은 내륙과 비교하여 상대적으로 마찰에 의한 영향을 덜 받기 때문에 먼해상의 부이 풍향은 하층의 풍향과 유사할 수 있다고 생각된다. 이 부이는 위도 125.43, 경도 37.09에 위치하며, 서해중부해상의 기상조건을 관측하는 데 쓰이고 있다. 서울에 강설이 시작한 시간인 17시로부터 7시간 전인 10시부터 인천 해양기상부이는 남풍에서 남서풍으로 바뀌기 시작했다. 북풍계열에서 서풍계열로 바뀌는 시점에서는 풍속은 감소하였으며, 남서풍에서 점차 서풍으로 바뀌면서 풍속

이 5m/s 이상으로 강해지며 서풍이 유지되었다.

그림 16 인천해양기상부이의 풍속변화 그래프

3.2. 온난이류에 의한 대설 사례분석(2017.12.18.)

3.2.1. 기압계 분석

그림 17 500hPa 일기도(2017.12.18. 09, 21시)

2017.12.18.09시	2017.12.18.21시

이번 사례는 지속시간이 길어서 적설이 많이 기록된 사례이다. 500hPa 일기도에서 다른 사례들에 비해 상층이 조날하고 동쪽에도 기압능도 약하다. 상층 기압골은 몽골 동부에서 중국북동지방으로 남동진하였으며, 영하 25도의 등온선이 남부지방에 위치해 있다. 21시에 영하 30도선이 남하하면서 한기가 이류되면서 하층의 불안정을 강화시키고 있다.

그림 18 850hPa 일기도(2017.12.18. 09, 21시)

2017.12.18.09시	2017.12.18.21시

하층에서는 산둥반도 부근으로 온도능이 위치한 가운데 서해상으로 서풍이 불면서 난기가 이류되고 있다. 850hPa 일기도에서 영하 9도선이 경기만 부근에 위치한다. 여기에서도 12시간 1500gpm 고도가 거의 변화가 없을 정도로 남쪽의 고기압이 버텨주면서 중부지방으로 좁은 지역에 길게 적설이 나타날 수 있는 조건을 갖추었다. 이후 12시간 후인 밤에는 발해만 부근으로 온도조밀역이 나타나고 하층 기압골이 발달하는 것을 확인할 수 있다.

그림 19 지상 일기도(2017.12.18. 09, 21시)

2017.12.18.09시	2017.12.18.21시

지상일기도에서 고기압의 중심은 상해부근에 위치하며 남해상으로 일본까지 넓게 자리잡고 있다. 이 부분은 12시간 이후에도 유지되었다. 대륙고기압이 해상으로 확장하면서 변질되며 약화되는데 평소와 다르게 길게 유지되었던 것에 대해서는 캄차카반도에서의 절리저기압과 그 동쪽에 위치한 기압능 그리고, 대만 부근으로 기압경도가 강한 것으로 보아 남중국해에서 평년과 다른 시스템에 대한 것으로 생각되며, 이에 관한 추가적인 연구가 필요하다.

3.2.2. 위성영상 분석

그림 20 수증기영상(2017.12.18. 09, 21시)

2017.12.18.09시	2017.12.18.21시

중국중부지방에서 남해안으로 상층제트에 의한 건조역의 경계가 나타나며, 대만에서 일본 남해상으로도 또 하나의 제트류가 흐르고 있다. 우리나라의 동쪽에 있는 기압능이 캄차카반도 동쪽으로 멀리 있기 때문에 한반도 부근의 상층흐름은 수증기영상에서 확인할 수 있듯 조날하다. 한편, 그림에서는 나타나지 않았지만, 겨울철 초반이어서 필리핀 부근으로 대류에 의해 발달한 구름으로 인한 명역이 폭넓게 나타나 있다. 이러한 부분도 기후적인 접근에서 동아시아 기압계에 미치는 영향이 있을 것으로 유추된다.

그림 21 대기운동벡터 적외영상(2017.12.18.00~24시)

2017.12.18.00시	2017.12.18.12시	2017.12.18.24시

산둥반도 남쪽에 상층제트에 의한 상층운은 24시간 후 밤에는 상해부근으로 남하하였다. 또한, 00시에는 상대적으로 발달한 구름대(초록색 700hPa)는 서풍 또는 서북서풍에 의해 이동하였다. 12시간 후에는 고도는 다소 약해지긴 했지만(빨간색 850hPa), 풍속은 더 강해졌다. 그리고 서해남부해상과 동해상의 구름대도 서풍에 의해 이동하였다. 24시간 후인 자정에는 서북서풍으로 바뀌었으며, 서한만과 한중국경에는 하층기압골에 의한 구름대 이동이 탐지되었다.

그림 22 연직바람자료 파주(좌), 원주(우)(2017.12.18)

파주 2017.12.18	원주 2017.12.18

파주 연직바람자료에서 강설이 시작하는 2시 이전부터 연직으로 난기이류가 크고, 최하층에서도 남서풍이 유지되었다. 발달한 구름대는 3km 이상도 나타나 난기이류에 의한 강설 중에는 강한 사례였다. 원주 연직바람자료에서도 유사하게 분포하였으며, 서해안과 달리 내륙에서는 좀 더 서풍성분이 우세하고, 하층에선 고기압의 영향으로 풍계가 약하였다.

3.2.3. 레이더영상 분석

2017.12.18.00시	2017.12.18.06시

그림 23 레이더영상(2017.12.18.00~18시)

2017.12.18.12시	2017.12.18.18시

강설에코의 축은 백령도에서 경기서해안으로 이어졌으며, 이후 중부내륙으로 확대되었다. 남쪽의 고기압이 버티고 있으면서 강설에코의 폭이 좁았다. 한편, 낮이 되면서 내륙에 자리 잡던 한기가 약해지면서 에코도 약해졌으며, 서한만 부근은 북쪽골이 다가오면서 점차 발달하는 경향을 보인다. 이후 18시에는 북쪽골에 의한 약한 에코가 남북한 경계에 나타났다. 좁은 폭에서 긴 시간동안 강설이 나타났기 때문에 적설이 특정 지역에는 많이 기록될 수 있었다.

그림 24 오산단열선도(2017.12.18.15시)

700hPa 아래에서 침강역전층 고도가 형성되어 구름발달을 억제하기는 하지만, 서풍이 유지되고 있어서 이 층의 건조도가 낮다.

700~500hPa의 강한 서풍은 겨울철 상층의 침강류를 약하게 할 수 있는 변수일 수도 있다고 판단된다. 09시(파란색)에는 지상에서부터 포화층이 깊게 형성된 반면, 오후 15시(빨간색)에는 지상기온이 높아지면서, 하층이 건조하면서 내리는 강설이 증발하게 되면서 약화되었다.

3.3. 온난이류에 의한 대설 사례분석(2021.1.12.)

3.3.1. 기압계 분석

그림 25 500hPa 일기도(2021.1.12. 09, 21시)

2021.1.12.09시	2021.1.12.21시

중국북동지방에 중심을 둔 기압골은 지난 12시간 동진하는 경향을 보였으며, 남부지방에 영하 30도의 등온선이 위치하였다. 상층의 흐름은 대체로 조날한 가운데, 기압골에 의한 상층의 한기가 발해만에서 동해상으로 이동하였다.

그림 26 850hPa 일기도(2021.1.12. 09, 21시)

2021.1.12.09시	2021.1.12.21시

하층의 기압골은 중국중부지방에서 12시간 이후 서한만으로 이동하였으며, 등고도선과 등온선의 경도가 강해졌다. 한반도에 온도골이 위치한 반면, 발해만으로 온도능이 위치해 서풍이 불면서 난기가 이류되고 있다.

그림 27 지상 일기도(2021.1.12. 09, 21시)

2021.1.12.09시	2021.1.12.21시

중국남부내륙에 중심을 둔 지상고기압의 중심이 서해상으로 이동하였으며, 고기압이 확장하면서 중부지방으로 서풍이 강화되고 있다. 중국북동지방에 저기압이 위치하여 남고북저 기압계에서 서풍이 부는 영역이 서해상으로 넓게 분포하였다.

3.3.2. 위성영상 분석

그림 28 수증기영상(2021.1.12. 09, 21시)

2021.1.12.09시	2021.1.12.21시

중국남부지방의 건조역이 12시간 사이 강화되면서 침강류에 의한 지상고기압이 발달하는 것을 확인할 수 있다. 상층제트는 몽골에서 발해만 부근으로 부는 가운데, 중국북동지방에서는 기압골에 의한 구름대가 발달하면서 빠르게 동진하고 있다. 수증기영상에서 기압골에 의한 건조역은 뚜렷하지 않지만, 저기압에 의해 발달한 구름의 수증기역을 통해 저기압을 추적하여 한반도의 풍계를 대략 파악할 수는 있다.

그림 29 대기운동벡터 적외영상(2021.1.12.00~24시)

서울에 강설이 시작되기 12시간 전에는 시베리아 고기압이 확장하면서  한기에 의한 해기차의 구름이 서해안을 중심으로 유입되고 있었다. 한편, 발해만 부근으로 서풍에 의한 구름이 발달하고 있다. 강설이 시작되기 3시간 전에는 중부지방으로 유입되는 구름대는 서남서풍에 의한 움직임을 보이며 중국북동지방에서는 상층기압골에 의한 시어가 관측된다. 이 시어의 축도 중부지방의 강설 피크와 유사했기 때문에 예보판단의 지표로 활용하면 좋을 것 같다. 중국북동지방에 위치한 기압골의 축이 한반도와 남북으로 위치해 있을 경우 한반도에서 서풍이 가장 강할 확률이 높기 때문이다. 강설 이후 자정에는 형성된 구름대의 이동이 일부 중부지방에서만 탐지되었다.

그림 30 연직바람자료 파주(좌), 원주(우)(2021.1.12)

파주 2021.1.12.	원주 2021.1.12.

2021.1.12.00시	2021.1.12.12시	2021.1.12.24시

파주 연직바람자료에서는 09시부터 1.5km 고도에서 10m/s 이상의 서풍이 불기 시작하였고, 강설이 시작했던 16시에는 서남서풍이 강하게 불었다. 원주는 이날 새벽에는 북서풍이 불면서 한기가 이류되며 내륙에 한기가 축적되었고, 13시 이후 서풍이 불면서 난기가 이류되기 시작했다. 이번 사례는 전날 한기축적이 비교적 적은 사례였던 것으로 분석된다. 오히려 상층의 약한 골이 해상의 풍계를 서남서풍으로 유지하여 난기에 의한 수증기 유입이 좀 더 강했던 것으로 보인다.

3.3.3. 레이더영상 분석

그림 31 레이더영상(2021.1.12.12시, 15시)

2021.1.12.12시	2021.1.12.15시

12시 서해상에서 약한 에코가 분포해 있으며, 경기만에 좀더 가깝게 유입되었다. 3시간 후 서해안을 중심으로 강한 반사도의 에코가 분포해 있다. 내륙으로 진입하면서 해양과 내륙의 차이에 따른 수렴의 영향과 수도권은 상층의 기압골에 의해 더욱 발달하였던 것으로 분석된다.

그림 32 운정온도(2021.1.12.12~15시)

2021.1.12.12시	2021.1.12.15시

겨울철 상층 차고 건조한 침강류로 인한 역전층이 위치해 있기 때문에 포화로 인한 구름대의 고도는 대체로 3km이다. 따라서, 위성산출물에서 운정고도와 운정온도는 다른 시스템으로 인한 상층운이 간섭하지 않는 한, 눈구름대의 발달을 가늠하는 중요한 지표 중의 하나이다. 운정고도에 비해 운정온도의 스펙트럼이 더욱 자세하기 때문에 미세한 차이를 구별하고자 한다면, 운정온도의 비교가 효과적이다. 또한, 겨울철 수증기영상이나 적외영상 등 기본채널에서 명역과 암역만을 가지고 상층기압골을 구분하기가 어려운 사례들도 있는데, 이럴 때는 운정온도를 통해 발달한 상층운을 추적하여, 즉 구름대의 시어역을 분석하여 기압골을 판단할 수도 있다.

강설이 시작하기 전 눈구름대가 경기만에 위치해 있을 때 운정온도는 영하 15도 내외(초록색)를 보였으며, 일부 발달한 구름은 영하 20도 이하(하늘색)가 탐지되는 곳도 있었다. 이때 상층 기압골에 의한 상층운은 서한만에서 빠르게 이동하였다. 이후 서울에 눈이 내리기 시작한 때는 경기서부 부근으로 운정온도 영하 20도 이하의 영역이 증가하기 시작했다. 하지만, 이 온도는 상층운과 혼합이 되어 있는 값이기 때문에 하층운에서 발달한 자체의 운정온도의 값으로 해석하기는 어렵고, 다만, 전시간에 비해 발달하는 경향 정도로 파악하면 될 것 같다.

그림 33 빨간색 실선: 925hPa 기온, 검은색 바람깃: 850hpa, 녹색 유선: 700hPa, 파란색 실선: 해면기압

2021년 1월 12일 09시에 발표한 15시 예상자료를 토대로 중첩한 통합기상분석 자료이다. 850hPa 고도에서 서해상으로 서풍이 폭넓게 유지되고 있으며, 특히 서해북부해상은 서남서풍이 나타나기도 하다. 중국북동지방과 동해북부먼해상에 위치한 저기압은 중부지방의 서풍을 지속시키는데 지원을 해주는 것으로 보이며, 특히 중국북동지방은 700hPa 에서도 저기압의 중심이 나타나 하층의 기압골이 강함을 알 수 있다. 산둥반도 서쪽으로 내륙이나 발해만의 풍계도 서풍이 유지되고 있어, 한반도에서 서풍이 오랜시간 지속될 수 있음을 시사한다.

그림 34 산둥반도에서 중부지방까지 연직습수와 기온분포

저습수역은 경기서해안으로 폭이 좁고, 내륙으로 들어와서는 850hPa로 다소 떠서 분포한다. 기온은 내륙으로 들어갈수록 낮아지고 있다. 서해상에서 유입되는 구름대는 중하층으로 넓은 건조역의 영향으로 발달이 제한되어 있다가 서해안으로 가까이 다가오면서 서로 다른 기단이 부딪치면서 포화가 이뤄지고 있다. 또한, 서해안에서 내륙으로 들어갈수록 저습수역은 차가운 기단을 타고 상승하며 풍속도 약해진다. 경기서해안에서는 925hPa에서 저습수역이, 내륙에서는 850hPa에서 저습수역이 나타난다. 연직단면을 통해 포화층이 형성된 925hPa와 850hPa의 고도의 풍향이 중요함을 확인할 수 있었다. 수치모델에서는 난기이류에 의한 강설을 과소모의하는 경향이 있으므로, 연직단면을 통해 저습수역이 얼마나 지상과 가까이 접해 있는지 여부도 비교분석하면 도움이 될 것으로 보인다.

3.4. 온난이류에 의한 대설 사례분석(2016.2.16.)

3.4.1. 기압계 분석

그림 35 500hPa 일기도(2016.2.16. 09, 21시)

2016.2.16.09시	2016.2.16.21시

사할린을 향해 이동하는 절리저기압의 후면으로 중국북동지방에서 우리나라로 침강류가 흐르고 있으며, 09시 500hPa 영하 30도의 등온선이 남해안에 위치해 있다가 12시간 후에는 남부지방으로 북상하여 상층에서 한기는 전 시간보다 상대적으로 약해지는 경향이었다. 중국북동지방의 기압경도력이 강해져 북서계열의 강풍이 나타나고 이는 중국남부지방에서 우리나라로 고기압의 확장을 저해하는 요소 중의 하나로 생각된다.

그림 36 850hPa 일기도(2016.2.16. 09, 21시)

2016.2.16.09시	2016.2.16.21시

대륙고기압의 확장에 따른 한기이류로 우리나라에 온도골이 형성되어 있고, 발해만에서 산둥반도 부근으로 온도능이 위치해 있다. 산둥반도와 서해중부해상으로는 대체로 서북서풍이 불기 때문에 난기이류가 적고, 경기만 부근으로 좁은 지역에서 서풍이 있기 때문에 내륙으로 들어오는 난기이류가 적은 편이다.

그림 37 지상일기도(2016.2.16. 09, 21시)

2016.2.16.09시	2016.2.16.21시

지상일기도에서는 중국남부지방에 중심을 둔 고기압이 서해상으로 확장하지 못하고, 중국남부내륙에 정체하였다. 따라서, 한반도에서의 고기압가장자리로의 서풍은 비교적 짧게 유지되었다.

3.4.2. 위성영상 분석

그림 38 수증기영상(2016.2.16. 09, 21시)

2016.2.16.09시	2016.2.16.21시

중국북동지방에서 발해만으로 침강하는 기류에 의해 상층제트에 의해 형성된 서해남부해상에 위치한 건조역의 경계도 12시간 남하하는 경향을 보였으며, 이는 지상의 중국남부지방의 고기압의 확장을 남쪽으로 향하게 하는 역할을 한 것으로 보인다. 한편, 중국북동지방에 절리저기압의 후면으로 약한 단파골에 의해 발달한 구름대로 인한 명역이 탐지되었다.

그림 39 대기운동벡터 적외영상(2016.2.16.00~24시)

2016.2.16.00시	2016.2.16.12시	2016.2.16.24시

강설이 시작되기 전에 바람벡터는 서북서풍에서 서풍으로 바뀌었으며, 양쯔강 부근에 상층제트에 의한 상층운의 바람벡터가 탐지된다. 이 상층제트를 따라 고기압도 제주도남쪽먼바다로 확장하면서 고기압의 중심이 우리나라에서 먼곳에 위치해 있기 때문에 기압계가 기울어져 있어 중부지방의 풍계는 강설이 시작되고 12시간 후에는 북서풍으로 바뀌었다. 모든 사례에서 상층제트에 의한 상층운이 관측되지는 않겠지만, 상층제트가 나타난다면, 그 위치에 따라 고기압 중심의 확장방향을 가늠하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

또한, 중국북동지방에는 상층 단파골에 의해 낮동안 발달하였다가 상층 단파골이 빠르게 통과하고, 또 지상에서 일사에 의한 기온상승이 점차 약화되면서 구름은 소멸되었다.

그림 40 연직바람자료 철원(좌), 원주(우)(2016.2.16)

철원 2016.2.16.	원주 2016.2.16.

서울에 강설이 나타나기 4시간 전 철원 연직바람자료를 보면, 1.5km 고도에서 서풍이 10m/s 기록되었다. 적설이 많이 기록된 사례와 비교하면 최하층(1km 미만)에서 남서풍이 비교적 적으며, 바람이 기록되는 제일 높은 고도가 2.5km로 상대적으로 낮은 편이었다. 서풍은 난기이류가 충분하도록 유지되었지만, 상층침강류로 인한 침강역전고도가 낮아 구름대 발달에 한계가 있었던 것으로 분석된다.

한편, 연직바람자료에서 서풍이 나타난 시각을 통해 강설을 시작시각을 예측하기에는 규칙적인 패턴을 찾기가 어려웠다. 사례별로 기압골 지원 등 다른 기상조건이 더해진 것도 있고, 난기이류에 의한 적설이 많이 기록된 사례들이 적기 때문이기도 했다.

3.3.3. 레이더영상 분석

그림 41 레이더영상(2016.2.16.09시~12시)

2016.2.16.09시	2016.2.16.12시

찬 대륙고기압이 확장하면서 형성된 에코가 서해남부해상에 나타나다가 고기압이 변질되면서 서해중부해상부터 서풍에 의해 발달한 에코가 경기만으로 유입되었다. 전면에 경기서해안에 위치한 에코는 내륙으로 들어오면서 조금 약화된 경향을 보였으며, 풍속이 다소 강했기 때문에 경기만에 위치한 발달한 에코가 12시 이후 서울에 영향을 주었다. 에코는 발달하였지만, 풍속이 강하였기 때문에 한 지점에 영향을 주는 시간이 적었고, 따라서 서울에 적설도 약했다.

그림 42 오산단열선도(2016.02.16.15시)

침강역전층 고도가 2.5km 정도이고, 하층이 건조하며 700~850hPa까지 강한 서풍이 불었다. 4km 고도까지 강풍이 불면서 상층의 침강류는 구름의 발달을 저해하였다.

3.5. 온난이류에 의한 대설 사례분석(2018.12.13.)

3.5.1. 기압계 분석

그림 43 500hPa 일기도(2018.12.12. 21시~ 12.13.09시)

2018.12.12.21시	2018.12.13.09시

500hPa 일기도에서 영하 25도선은 강설이 진행되는 동안 변함이 없었고, 중국북동지방에 위치한 한기핵은 연해주를 향해 다소 북편해 지나갔다. 한반도 부근의 상층 기압계는 조날하였으며, 일본 부근의 기압능도 약했다. 중국북동지방의 기압골의 축이 한반도에 가까이 다가왔을 때 상층의 기온경도는 커지면서 한반도 부근의 상층바람의 풍속이 커지는 경향이었다.

그림 44 850hPa 일기도(2018.12.12. 21시~ 12.13.09시)

2018.12.12.21시	2018.12.13.09시

850hPa에서 온도능은 중국동부에 위치하고 서해상에 온도골이 위치하며 고기압가장자리를 따라 서해중부해상에서 서풍이 불면서 서해상에 습윤역이 분포해있다. 12시간 후에는 하층기압골이 다가오면서 발해만 부근으로 온도조밀역이 위치해있다. 온도골이 서해상에만 위치해 대륙고기압의 확장에 때한 한반도 내륙의 한기축적이 다른 사례에 비하면 다소 약하다. 또한, 한중국경에 위치한 약한 기압능은 점차 약화되지만, 우리나라 서쪽에 위치한 고기압의 확장을 다소 약화시키는 것으로 생각된다.

그림 45 지상일기도(2018.12.12. 21시~ 12.13.09시)

2018.12.12.21시	2018.12.13.09시

지상일기도에서 중국남부지방에 중심을 둔 고기압이 서해상으로 확장이 약한 모습니다. 일본 동쪽해상에 위치한 저기압과 사이에서 서풍보다는 북서풍 계열의 바람이 불 수 있는 상황이다. 기압경도력이 강하지 않아 풍속은 약했다.

3.5.2. 위성영상 분석

그림 46 수증기영상(2018.12.12. 21시~ 12.13.09시)

2018.12.12.21시	2018.12.13.09시

양쯔강에서 제주도남쪽먼바다로 상층제트에 의한 건조역 경계가 나나타며, 다소 북상하는 경향이었다. 산둥반도에서 중부지방에 걸쳐 위치한 건조역의 경계는 예보시간 조금씩 남하하였다. 중국북동지방에 위치한 기압골이 이동하면서 한기를 계속해서 끌어내린 것으로 분석된다.

그림 47 대기운동벡터 적외영상(2018.12.12.12~2018.12.13.12시)

2018.12.12.12시	2018.12.13.00시	2018.12.13.12시

강설이 있기전 12일 12시에는 구름대가 북풍계열이 위주였으며, 취주거리가 길면서 서해남부해상과 남해상에는 다소 발달한 구름대(녹색)가 위치한다. 중국북동지방에 위치한 기압골의 끝단에서 발해만부터 점차 서풍으로 바뀌고 있다. 12시간 후에는 서해상으로 폭넓게 서풍에 의한 구름대가 이동하며 내륙으로 유입되기 시작한다. 한중국경에는 기압골에 의한 구름대가 나타나며, 한반도와 같은 축에 있다. 24시간 후에는 풍계가 북서풍으로 바뀌면서 내륙의 구름대는 약화됐다.

그림 48 연직바람자료 파주(좌), 원주(우)(2018.12.13)

13일 00시부터 1km~3km 까지 서풍이 불기 시작하였으며, 500m 부근 최하층고도에서는 남서풍이 그리고 3km까지 발달한 구름이 관측되면 다소 많은 양의 적설을 기대할 수 있는데, 서울에 1.7cm를 기록하였다. 적설이 관측되기 전 새벽에는 단속적으로 눈이 내리기만 하였고, 쌓이지 않았다. 야간 한반도 내륙의 고기압이 강하면서 서해안에서만 수렴되었던 것으로 보이며, 이는 해상부이의 바람자료와 해면기압을 통해서 확인되었다. 적설의 강도는 단순히 연직바람자료 뿐만 아니라, 고기압의 강도 등 다른 요소 등 복합적으로 분석할 필요가 있다.

그림 49 해상바람(좌)과 해면기압(우)(2018.12.13.06시)

해상:바람 2018.12.13.06시	해면기압 2018.12.13.06시

파주 2018.12.13	원주 2018.12.13

3.5.3. 레이더영상 분석

그림 50 레이더영상(2018.12.12.00시~06시)

그림 51 레이더 눈비영역(2018.12.12.00시~06시)

2018.12.12.00시	2018.12.12.06시

2018.12.12.00시	2018.12.12.06시

강설이 내리기 전에는 온난이류에 의해 형성된 에코가 경기만에 나타나기 시작하며 폭이 좁고 동진하였다. 에코가 합쳐 있지 않고, 구름영역에 비해 레이더에코 영역은 적게 분포해 있으며 대부분 눈으로 탐지되었다.

6시간후 레이더영상을 보면, 에코 강도에 비해 내륙에 쌓이는 적설은 적은 편이었으며, 내륙으로 유입되는 에코는 온난이류에 의한 것이고, 바로 뒤이어 백령도 부근에는 기압골에 의해 발달한 에코가 형성되었다. 서로 다른 메커니즘에 의해 형성된 강설이 내렸다.

그림 52 오산단열선도(2018.12.13.09시)

오산 단열선도에서 약 2km 부근까지 포화층이 형성되어 있으나, 야간 내륙이 냉각되면서 925hPa 아래 고도에는 역전층이 자리잡아 강설이 지면으로 떨어지면서 건조한 기단에 의해 증발하면서 약해지는 조건을 갖추고 있다. 850hPa 부근의 서풍은 6시간동안 다소 빠르게 풍향이 바뀌었다. 즉, 포화층이 다소 두터워 강설을 동반한 구름대는 유입되었으나, 최하층이 건조하고 또 빠르게 지나가면서 적설이 다소 적게 쌓인 것으로 해석된다.

3.5. 강설시각과 적설의 관계

3.5.1 낮과 밤에 발생하는 강설의 차이

그림 53 서울 ASOS 시계열(2018.12.13.(좌), 2018.1.30.(우))

2018.12.13	2018.1.30

적설의 차이는 어느 한 요소에 따라 좌우되지 않고 복합적으로 이뤄지기 때문에 난기이류에 의한 강설에 영향을 미치는 기상요소를 찾기는 쉽지 않다. 난기이류에 의한 메커니즘 중 내륙에 쌓이는 한기는 대륙고기압의 확장으로 인한 한기이류도 있지만, 낮과 밤 일사의 차이에 의한 기온도 영향을 미칠 것으로 생각되었기 때문에 낮과 밤의 서울 ASOS의 기상자료를 비교해보았다.

야간형의 대표사례로 2018년 12월 13일, 주간형의 대표사례로 2018년 1월 30일을 선정하였다. 일단 야간형은 새벽에 기온이 하강하고 지표가 안정되면서 바람이 약하고, 강수전 3~4시간 동풍이 불었다. 반면, 주간형은 2~4m/s의 남서풍이 관측되었으며, 일사에 의해 기온이 상승하는 부분도 있었다. 적설 1cm 이상 기록했던 사례 중 주간형은 4개, 야간형은 5개였는데, 상층기압골 지원 여부에 따라 일부 다르게 나타난 부분은 있었지만, 주간형은 야간형보다 상대적으로 적설이 많이 기록된 경향을 보였고 강설시간도 약간 길었다. 야간형은 내륙 기온이 더 낮기 때문에 고기압의 강도가 더욱 커 강설이 발생해도 일정 시간은 지상으로 떨어지면서 건조한 기단에 의해 증발해져 약해지는 부분이 있기 때문이라고 분석된다.

또한, 인천 해양기상부이의 바람은 주간형은 6~8시간 전부터 서풍이 불기 시작했다면, 야간형은 3~4시간 전부터 시작하였다. 주간형은 서풍이 부는 시간이 빠르고 지속시간이 더욱 길었다. 야간형은 서풍으로 바뀌고 짧은 시간에 서울에 강설이 시작하였다. 이러한 차이는 낮과 밤의 일사에 의한 난류의 차이도 영향을 미치는 것으로 생각이 되는데, 좀 더 자세한 분석이 필요하겠다.

3.5. 온난이류 대설 사례별 관측자료

고층자료의 주기가 12시간 간격으로 긴 만큼 지상보다 마찰이나 난

류의 영향이 적은 925hPa과 850hPa의 바람자료는 관측자료의 분석이 어렵다. 따라서, 수치모델의 자료를 참고하거나, 연직바람자료를 통해 감시를 하고 있다. 여기서, 분석하는 사례들의 바람자료는 강설이 시작하기 전 최대 11시간 전부터 강설 직전까지의 자료임을 감안해주길 바란다.

온난이류에 의한 적설 1cm 이상 기록됐던 사례들의 오산 925hPa 풍향은 265도에서 325도의 분포에 있었으며, 풍속은 5~7m/s를 나타냈다. 일부, 북쪽골의 영향까지 추가된 사례는 235도, 10m/s로 기압골의 영향으로 남서풍이 강했다.

표 1 온난이류 대설 사례별 관측자료

날짜	최신신적설	해수면온도(시작시각)	풍향	풍속
2021.02.16	1.1	3.5	320	7.2
2021.01.12	5	4.5	265	5.1
2018.12.13	1.7	10.1	300	4.6
2018.02.23	3.7	1.2	235	10.3
2018.01.30	3.5	2.6	325	6.7
2017.12.18	5.1	7.2	325	6.7
2017.01.13	1.5	6.9	265	7.7
2016.12.29	1	8.3	305	6.7
2016.02.16	1.2	3.6	275	7.2

강설의 지속시간은 대체로 2~4시간 정도였으며, 3시간인 사례들이 많았다. 강설의 지속시간이 1시간 이내로 짧은 사례들은 적설 1cm 내외를 기록했다. 통계적으로 온난이류의 강설을 예상했을 때, 경기서해안으로 눈과 관련된 구름대의 유입 시 수도권내 영향 시간을 대체로 3시간 전후로 고려하면 될 것으로 보인다.

4. 추가로 필요한 연구

4.1 기후적인 접근

그림 54 북반구 500hPa 고도(좌)와 북극진동(우)

2021.1.12. 북반구 500hPa 고도	2021.1.12.북극진동(AO) 연직분포

온난이류에 의한 대설 사례를 연구하면서 추후 연구해 볼 만한 것들에 관해서 얘기해보고자 한다. 일단, 난기이류에 의한 대설은 크게 겨울 전반과 후반으로 나뉠 수 있다. 이 둘의 차이는 대기에 비해 느리게 낮아지는 해수면 온도에 의한 것이라 할 수 있다. 겨울 전반은 상대적으로 따뜻한 해수면 온도는 수증기를 많이 공급할 수 있는 요소가 된다. 따라서, 상층에 기압골이 지나갈 때 발해만 저기압이 형성되기 쉽고 이는 서해상의 서풍을 강화할 수 있는 부스터 샷으로 작용할 수 있다. 하지만, 겨울로 계절이 바뀌는 시점에는 지상온도 예측의 미묘한 차이가 눈과 비를 결정할 수 있기 때문에 쉽게 대설을 예보하기가 어려운 실정이다.

따라서, 종관적인 기압계의 분석도 중요하겠지만, 이에 더해서 기후적인 접근도 중요하다고 생각된다. 평년과 다르게 상층 기압계가 형성된다면, 중부지방으로의 대설이 예년보다 빠르게 나타날 수 있기 때문이다. 북극진동이나 엘리뇨, 라니냐 등 겨울철 전반에 미칠 수 있는 부분을 과거 사례들에 대한 축적이 필요하다.

4.2 미기상학적 접근

과거의 유사사례를 비교하여 비슷한 기압계에 더 많은 적설을 기록한 사례들에 대한 예측과 빗나간 사례들을 생각해보면, 기존에 고려하지 않았던 다른 이유가 있는 것으로 보인다. 과거보다 현재에 달라진 것들은 관측장비나 지점들이 많아져서 관측이 좀 더 촘촘해졌다는 것. 이는 예전에는 놓쳤던 관측을 포함하기 때문에, 현재는 과거보다 관측이 정확해졌다는 점이 있다.

그리고, 지구온난화로 인한 해수면 온도의 상승 그리고 온난화로 인한 상층제트류의 변화 등 고려해야 하는 변수들이 늘어난 점도 있다.

마지막으로, 수도권이라는 곳은 그동안 경제발전으로 도시화가 이뤄지면서 많은 인구가 밀집해져 있고, 아파트, 공단 등 시설들이 증가하면서 미기상학적으로 봤을 때 빙정핵의 역할을 하는 에어로졸의 증가 및 도시건물로 인한 마찰의 영향으로 기온에 영향을 미치는 점 등이 강설에 영향을 줄 수도 있다. 단순하게 과거와 비교하기에는 외부적인 요건들이 그동안 변해서 이러한 점들도 추후 연구가 필요하다고 생각된다.

4.3 서해상 구름분포와 고기압의 관계

그림 55 적외영상(2021.1.12.)

온난이류에 의한 강설시 주로 내륙으로 유입되는 구름의 이동을 추적하는데, 한편으로는 강수와 연관은 없지만, 주변의 구름을 살펴보는 것도 중요하다. 찬 대륙고기압이 확장할 때는 해기차와 강한 풍속에 의해 운열들이 길게 관측된다. 이후 고기압이 약화되며 수렴에 의해 구름이 뭉치고, 고기압이 변질되면서 구름이 남동진이 아닌 점차 느리게 동진한다. 이러한 과정들에서 대륙고기압이 서해남부해상으로 확장할 때 건조한 영역을 추적하고, 또 서해남부해상의 구름분포에 따라 수도권의 적설이 어떤 영향을 미치는지 추후 살펴보았으면 한다. 대륙고기압의 이동 경향을 실시간으로 추적하면 좋은데 이를 관측하기 위해서는 서해상에 관측장비가 부족하기 때문에, 위성영상을 통해서 적설량에 따른 서해상의 구름분포 비율, 아니면 패턴을 분류하게 되면 예보의 하나의 열쇠로 작용할 것으로 보인다.

5. 결론

온난이류에 의한 강설은 중부지방에 영향을 줄 수 있는 대설 패턴 중의 하나로 찬 내륙에 상대적으로 따뜻한 서해상의 기단이 만나면서 나타나는 현상이었다. 고층관측 주기보다 지속시간이 짧아서 실황을 세밀하게 파악할 수 없기 때문에, 수치모델 자료를 분석하는 데 더 비중을 둘 수 밖에 없었다. 따라서, 본 연구에서 위성 등 원격탐사 자료와 연직바람자료, 해상부이 등의 자료를 활용하여 온난이류에 의해 대설이 나타난 사례를 분석하여 특성을 파악하고자 하였다.

그림 56 적외영상(2018.01.29.~30)

먼저, 온난이류에 의한 강설은 최근 5년간을 확인하면, 0.1~1cm이상 사례가 1cm 이상 사례보다 5배는 많았다. 서해상의 난기가 약하고, 내륙의 한기가 강해서 고기압이 너무 강하면 경기만에서 들어오는 강설을 동반한 구름대가 약해지기 쉬웠다. 그리고 많은 사례들이 풍계가 서풍이 유지되지 못하고 빠르게 북서풍으로 바뀌면서 적은 강설을 기록할 수 밖에 없었다. 온난이류에 의한 강설이 적게 나타나기 때문에 대설예보 결정을 쉽게 할 수 없어서 과거 대설사례의 분석은 이러한 의사결정을 하는데 중요하다고 생각된다.

또한, 925hPa 풍향이 280도 미만일 때 적설이 기록되고, 풍속은 925hPa 에서 5m/s 이상, 850hPa 에서 10m/s 이상일 때 강수가 발생할 수 있다는 일반적인 예보칙이 대다수 사례에는 적용되지만, 모든 사례에 적용할 수 없다는 점이 있다. 그 이유는 순수한 온난이류에 의해서만 강설이 형성되는 것이 아니라, 상층 기압골 지원 등 다양한 다른 요소들이 간섭하기 때문에 비례적으로 정할 수 없다고 판단된다.

따라서, 단기예보 관점에서는 다양한 수치모델의 경향을 판단하여 예보를 생산하고, 강설이 일어나기 직전인 초단기예보에서는 방재를 위해 대설특보의 유무를 판단할 수 있는 예보 가이던스에 대해서 적절한 요소를 본 연구에서 찾아보았고, 결과는 다음과 같다.

그림 57 대기운동벡터와 수증기영상

첫째, 산둥반도 부근으로 부는 상층제트이다. 상층제트는 기압계의 이동을 가늠할 수 있는 요소 중의 하나로, 대륙고기압이 서해남부해상을 중심으로 확장해야 그 고기압가장자리로 서풍이 불며 난기이류가 강할 수 있는데, 이 상층제트가 고기압을 동쪽으로 이동을 지원할 수 있는 열쇠라고 생각된다. 적은 사례이긴 하지만, 산둥반도 부근으로 부는 제트에서 대설이 나타났으며, 제트축이 양쯔강 부근으로 좀더 남하해서 흐를 때 1cm 내외의 상대적으로 적은 적설을 기록하였다.

둘째, 위성영상의 대기운동벡터와 연직바람자료를 통한 하층 풍향의 감시이다. 과거 대기운동벡터를 통해 서해상에서 유입되는 구름의 이동방향과 고도를 파악하여 난기이류의 강도 및 지속시간을 모니터링 할 수 있었다. 또한, 중국북동지방이나 동해북부해상의 기압골에 의한 시어역은 한반도의 서풍 또는 서남서풍을 강하게 할 수 있는 요인이므로 이는 적설량을 증가할 수 있는 근거중의 하나로 판단된다.

그리고 연직바람자료에서는 서풍이 시작되는 시각과 강설시각의 관계에 대해서는 규칙적인 값을 찾을 수 없었지만, 500m 내외의 최하층고도의 남서풍과 3km 부근의 고도에서 서풍이 나타날 때 대설이 나타남을 확인할 수 있었다. 원주와 같이 내륙 깊은 곳은 이미 한기가 축적되어 고기압에 의한 최하층 풍향이 미미한 만큼 파주나 철원 등 서쪽지역의 연직바람자료를 확인하는 것이 더욱 효과적이었다.

셋째, 인천해양기상부이 풍속의 변곡점이다. 해상은 내륙보다 지형에 의한 마찰이 적으므로 지상의 풍향과 낮은 고도의 풍향은 유사하다고 생각되어서, 긴 주기의 고층자료 관측을 해상기상부이의 자료로 보완하고자 하였다. 인천 해양기상부이에서 관측되는 서풍의 시작시각과 서울에서 적설이 관측되는 시각의 관계에 대해서는 낮과 밤의 차이가 있는 것으로 생각되었다. 낮에는 일사에 의해 지상기온이 상승하면서 약한 난류에 의해 내륙에 위치한 고기압에 변화가 있는 것으로 생각된다. 따라서, 밤보다 낮에는 서풍이 상대적으로 좀 더 긴 시간 불어야 하는 것으로 나타났다. 야간에 발생하는 난기이류에 의한 강설이 해상의 난기와 내륙의 한기의 차이가 좀 더 크기 때문에 쉽고 빠르게 적설이 나타나는 것으로 보인다.

그림 58 해수면온도 분포 2월과 12월 비교

그림 59 상당온위와 바람 연직단면도 3차원기상분석

온난이류에 의한 강설은 수치모델의 발달로 점점 예측성이 높아지고 있으나, 평년과 다른 위험기상 시 수치모델의 예상을 뛰어넘는 적설을 기록할 때가 있다. 최근 5년간 대설 사례를 분석함으로써 강하게 눈이 내리는 유형을 살펴보았다. 기상청에서 발간한 Why? How! 겨울예보(2020)에서 온난이류 강설의 중요한 요소는 925hPa, 850hPa 하층의 풍향을 말하고 있다. 서해상 하층의 온도능과 한반도의 온도골 사이에서 부는 서풍으로 온도경도가 커지면서 구름이 발달하여 수도권으로 유입되고, 이번 연구에서 수치모델에서 예측하지 못하는 부분을 보완하고자 위성 등 원격탐사자료와 해상부이자료 등을 확인하였다.

과거 천리안위성에서 최근 GK-2A(천리안위성 2호)로 바뀌면서 높아진 해상도와 다양한 산출물은 좀 더 세밀한 분석을 할 수 있게 되었고, 다른 산출물을 통해서도 온난이류에 의한 강설 예보칙이 계속 연구되어야 한다고 생각된다. 과거 수증기영상과 대기운동벡터, 적외영상을 통해 구름의 이동경향을 파악한 후, 현재의 위성영상 산출물을 응용하면 좀 더 예보기술이 향상될 것으로 기대한다.

강설은 적은 강수량에도 많은 적설이 쌓일 수도 있고, 출퇴근시와 맞물리게 되면 교통혼잡, 제설에 대한 비용 등 생활과 밀접한 영향을 미칠 수 있다. 특히, 인구가 밀집되어 있는 수도권에서 대설예보는 국민들이 관심이 높을 수 밖에 없다. 체감적으로, 수치모델이 발달하면서 강설 예보정확도도 높아지지만, 평년과 다른 기압계에서 예상치 못하게 대설이 발생할 수 있으므로, 과거 5년간의 위험기상 사례들을 살펴보며, 이번 겨울 방재를 준비할 수 있었다. 순수한 온난이류에 의한 강설은 많은 적설을 기록하기는 어려웠고, 온난이류의 강도, 서풍의 지속시간 등 다른 요인들에 의해 강화됐을 때 대설이 나타났다. 대설 사례의 과거 위성영상을 살펴보면서 해상도가 지금보다 상대적으로 낮고, 산출물들이 많지 않았기 때문에 과거와 현재를 비교하며 함께 적용할 수 있는 기법들을 찾기 어려웠다. 추후 도시화, 기후적인 변화 등으로 평년과 달라진 수도권의 기상조건 들을 연구하여 대설에 대한 예보정확도를 높이고자 다짐하며 글을 마무리한다.

6. 참고문헌

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