Characteristics of linear convective systems and their development mechanism using dual Doppler analysis

Abstract

2007년과 2009년 장마기간(6월∼7월) 동안 한반도 남서해안에 위치한 추자도와 일본 오키나와에서 레이더, 고층기상관측, 우량계 및 AWS를 이용한 집중 관측을 실시하여 장마전선에서 발달한 선형 강수시스템의 발달 특성을 연구하였다. 한반도 남서해 지역에서 발달한 선형강수시스템을 분석하기 위해 고산, 성산포 지점의 S-밴드 도플러 레이더의 10분 간격 볼륨 자료를 사용하였으며, 오키나와 지역에서 발달한 선형강수시스템 분석을 위해서는 X-밴드 도플러 레이더 6분 간격 볼륨자료를 사용하였다. Shimizu and Maesaka (2006)이 제안한 간략화된 변분법이 적용된 이중바람장 분석방법을 이용하여 3차원 바람장 성분을 유도하였다. 2009년 7월 15일에 정체전선에서 발달한 선형대류시스템(Linear convective system: LCS)이 추자도에서 관측되었고, 사례1로 선정하였다. 2007년 7월 10일 제주도 남쪽에 위치한 한랭전선에서 발달한 LCS를 사례 2로, 그리고 2007년 6월 12일 오키나와에서 관측된 LCS사례를 사례 3으로 선정하였다. 선정된 사례의 대기조건을 분석하기 위해 NCEP/NCAR 재분석자료 및 고층기상관측자료를 이용하였다. 선형대류시스템은 전선과 강수시스템의 위치, 형태, 이동속도 등을 고려하여 유형을 구분하였으며, 레이더 반사도 분포와 3차원 바람장 성분을 이용하여 선형강수시스템의 유형에 따라 운동학적 발달특성을 조사하였다. 대기조건 분석결과 집중관측기간 동안 관측된 3 사례 모두 전선의 남쪽에서 발달하였으며, 전선면에 형성된 수렴역에 남서풍이 고온다습한 수증기를 대류시스템으로 공급한 것으로 보인다. 또한 한반도 남쪽에서 관측된 사례 1과 사례 2는 대류가용위치에너지 (Convective Available Potential Energy : CAPE)는 대체적으로 낮게 나타났고, 하층뿐만 아니라 중층(700 ∼ 400 hPa)에서도 습한 환경이 특징적으로 나타났다. 또한 고도 2 km 이하에서 한랭이류와 함께 강한 온도 경도가 뚜렷하게 나타났다. 반면 사례 3은 높은 CAPE (3372 J/kg)가 관측되었으며, 중층에 상대적으로 건조한 층이 나타났다. 그리고 한랭이류는 고도 1.5 ∼ 2 km에서 위치하였다. 사례 1 레이더 이중바람장 분석결과, 북서풍과 남서풍의 수렴에 의해 형성된 수렴선을 따라 35 dBZ 이상의 강한 반사도 영역이 남서방향으로 확장하였으며, 기존의 대류셀의 upstream 지역에 back-building 형의 새로운 대류셀들이 잇달아 발달하면서 LCS가 형성되었다. 260분 이상의 오랜 시간동안 선형강수밴드가 관측되었다. 지상에서 중층까지 두터운 수렴층이 양의 와도와 함께 높게 형성되었다. 사례 2는 선형강수밴드의 후면에서 새롭게 발달한 대류셀들이 상대적으로 빠른 속도(19 m/s)로 이동하여 기존 대류셀에 병합되는 과정이 반복적으로 관측되었다. 사례 2의 경우 back-building 형 뿐만 아니라, 기존의 대류셀들 사이에서 새롭게 대류셀이 발달하는 broken line 형의 대류셀도 나타났다. 이와 같이 다양한 형태로 발달한 대류셀의 병합을 통해 LCS가 확장함으로써 150 km 이상의 길이를 가지게 되었으며, 선형강수밴드는 180 분 이상 지속되었다. 대류셀들이 병합되면서 지상에서 고도 5.5 km 사이에 두터운 수렴층이 형성되었으며, 중층(고도 4.5 ∼ 5.5 km)에서 양의 와도의 강화가 관측되었다. 오키나와 지역에서 관측된 사례 3은 back-building 형의 LCS로써 북동방향으로 약 10 m/s의 속도로 이동하였으며, 약 40분 동안 지속되었다. LCS내에서 대류셀들이 병합되면서 3 km 미만의 하층에서 수렴의 강화가 관측되었으며, 새로 발달한 대류셀의 outflow가 병합된 대류셀의 하층으로 유입되어 하층의 수렴은 재강화되었다. 선형대류시스템이 유지되는 동안, 양의 와도 영역은 고도 1.5 ∼ 3.25 km 에 형성되었으며, 그 외 영역에서는 음의 와도가 주로 관측되었다. 한반도 남쪽에서 발달한 사례1과 사례 2는 공통적으로 하층에서 중층까지 수렴이 높게 형성되었다. 두터운 수렴층은 중층의 습윤한 공기층과 함께 선형강수밴드를 오래 지속시키는 역할을 하였다. 반면 사례 3에서 중층은 상대적으로 건조한 영역이 나타났으며, 강한 부력과 하층수렴의 강화로 인해서 하층의 수증기가 상층까지 상승하여 높은 고도까지 강한 대류셀이 발달하였으나 상대적으로 짧은 수명을 가졌다. 따라서 한반도 남서지역에 발달한 LCS의 발달과 지속에는 바다위의 다량의 수증기 공급과 함께 중층의 습윤층이 존재하는 것이 중요한 변수로 밝혀졌으며, 또한 양의 와도(또는 양의 와도의 코어)의 수렴영역에서의 발달은 대류영역에서 상승류를 강화시켜 높은 구름의 발달을 유도하는 것으로 확인되었다. 본 연구는 장마전선에서 발달한 선형강수밴드의 유형과 그에 따른 발달특성을 종합적으로 이해함으로써 향후 장마철 선형강수밴드 발생시, 강수량 및 지속시간 예측에 대한 참고자료로 활용될 것으로 기대된다.