한반도 남동에서 발생한 준 정체 중규모 대류시스템의 발달 메커니즘에 관한 연구

Abstract

지구온난화의 가속화에 따라 전 지구적으로 태풍, 집중호우, 폭설, 가뭄 등의 이상기후 및 기상이변이 속출하고 있다. 대부분의 위험기상은 종관규모(수평규모 약 200 km) 이하에서 발생하여 사회,경제적으로 큰 피해를 유발한다. 여름철에 발생하는 장마전선은 종관규모 이상의 크기를 가지며, 전선에 동반된 중규모 대류시스템(Mesoscale Convective System, MCS)의 조직적, 반복적 발생,소멸로 인하여 집중호우를 발생시키고, 국지적인 피해를 유발한다. 이러한 피해를 최소화하기 위해서는 관측 자료를 이용한 중규모 대기 현상의 구조와 특성, 발생 기작 등에 대한 정확한 이해가 요구되며, 이를 바탕으로 집중호우를 예측하기 위한 중규모 수치모의에 대한 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 장마전선에서 발달한 중규모 대류시스템으로 인하여 국지적 집중호우를 유발한 사례를 선정하여 관측 자료를 이용한 집중호우의 원인을 분석하며, 고해상도 수치모의를 수행하여 모델의 악기상에 대한 예측 가능성을 시험하고, 관측 자료와 수치모의 자료를 다각적으로 분석하여 그 결과를 논의하고자 한다. 본 연구에서 선정된 사례는 2009년 7월 7일 부산지역으로 집중호우를 유발한 사례이며, 장마전선에 동반한 중규모 대류시스템에 의하여 일 강수량 310 mm을 기록하였고, 대부분의 강수량은 12시간 이내에 발생하여 시간당 최대 강우강도 73 mm/hr 를 유발하였다. 집중호우로 인하여 부산지역은 강 범람, 산사태, 교통 피해가 야기되었으며, 7월 7일에 기록한 일 강수량은 현재까지 부산에서 기록한 일 강수량 중 두 번째로 높은 극 값이다. 종관 및 중규모 특징은 한반도 남동쪽으로 북태평양 아열대 고기압 북서쪽 가장자리의 남서기류와 한반도 남서쪽의 저기압으로 인한 중국 동남쪽에서부터의 난기와 습기가 다량으로 한반도 지역으로 유입되어 강수시스템 발달에 유리한 종관 배경을 가지고 있다. 또한 레이더 분석에서 중규모 대류시스템은 meso-β규모의 대류셀내에 meso-α규모의 대류셀이 분포함으로써 다중규모의 강수시스템의 형태를 보였고, 후면의 강한 대류셀이 반복적으로 발달하여 병합함으로써 중규모 대류시스템은 부산지역으로 준 정체하는 형태를 나타내었다. 따라서 후면의 대류셀의 발달은 Blustein and Jain (1985)에서 언급한 back-building 형태와 유사하며, 계속적인 back-building 과정의 후면 대류셀 발달은 중규모 대류시스템의 이동속도를 저하시킴으로써, 부산지역으로 약 4시간 이상 정체하게 하였다. 이는 부산지역으로 집중호우를 유발하는 주요 메커니즘으로 작용하였으며, 후면 대류셀은 지상에서 형성되는 cold pool과 중규모 대류시스템의 outflow 경계에서 형성되어 난기와 한기 경계는 대류 발달의 주요 원인으로 작용하였다. 집중호우 사례에서 중규모 모델의 예측 가능성 및 발달 메커니즘에 대한 상세한 분석을 위하여, 본 연구에서는 나고야 대학에서 개발한 고해상도 구름모델(Cloud Resolving Storm Simulator, CReSS)을 이용하여 수평해상도 2 km로 모델을 수행하였다. 수치모의 검증을 위하여 관측 자료와 비교•분석한 결과, 한반도 남부지역의 강한 강수 띠의 형태를 매우 유사하게 모의 하였으며, 특히 부산지역으로 최대 300 mm 이상의 강수량이 분포함으로써 우량계에서 측정된 일 강수량과 유사하게 모의되었다. 수치모의 결과에서 해안선을 경계로 내륙으로 강한 하강기류에 의한 상대적으로 낮은 온위 분포와 해상으로 지속적인 불안정한 공기의 유입으로 높은 온위 분포를 나타내었다. 내륙의 낮은 온위 분포는 강수의 증발에 의한 수증기의 상 변화로 더욱 강화되는 형태를 보였으며, cold pool을 강화 시키는 주요 요인으로 작용하였다. Cold pool을 제거한 민감도 실험에서 중규모 대류시스템은 정체하지 못하고, 내륙으로 이동하는 형태를 보였으며 약 16%의 누적 강수량 감소를 보였다. 따라서 Cold pool의 형성과 강화는 부산지역에서 발생한 중규모 대류시스템의 이동속도를 저하시키고, 후면에서 지속적으로 발달하는 대류셀의 원인이 됨을 보였다.