A Study on Estimation of Maximum Precipitation in Korea using the WRF Model

Abstract

극한강수사상의 산정으로 위해서는 주로 가능최대강수량(Probable Maximum Precipitation, PMP)의 개념이 사용된다. 이는 대규모 수공구조물의 설계와 평가에 이용되어 왔으며, 최근 거대재난에 따른 대책 및 대피훈련 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 따라서 PMP의 산정은 사회적으로 광범위한 영향을 미치게 된다. 일반적으로 PMP는 통계적인 방법과 수문기상학적인 방법을 통해 산정되며, 지금까지도 세계적으로 널리 사용되고 있다. 하지만 기존의 방법론들은 관측자료를 기반으로 하기 때문에 자료의 유효성에 매우 민감하며, 극한강수의 대기 프로세스, 기상인자 및 지표인자와의 물리적 상호작용 등 기상 및 지표인자의 비선형 프로세스를 고려할 수 없다. 미래 기후변화 시나리오에 따르면 극한강수사상은 점차 강화될 것으로 예상되므로, 보다 과학적으로 PMP를 산정할 수 있는 방법론이 요구되고 있는 실정이다. 본 논문에서는 기존의 PMP 산정법이 가지고 있는 논리적 약점을 극복하기 위해 지역대기모형 중 하나인 WRF(Weather Research and Forecasting) 모델을 이용하여 우리나라 최대강수량(Maximum Precipitation, MP)을 물리기반으로 산정하는 방법론을 제안한다. 우선 우리나라에 큰 영향을 끼친 과거 태풍에 대한 조사가 이루어지고, 사례 사상으로 태풍 루사가 선택된다. 선택된 사상은 WRF를 통해 재현된다. 태풍 루사의 재현을 위해 물리옵션 26가지 조합을 분석한 결과, 미세물리, 적운모수화, 대기경계층의 최적 옵션으로 WSM6, BMJ와 MYJ가 선정되었으며 관측 강수량을 시간적, 공간적인 측면에서 잘 재현하였다. WRF를 통해 재현된 사상은 모형의 초기 및 경계조건 변경을 통해 최대화 및 전이가 수행된다. 최대화 방법은 기존의 PMP 산정법 중 하나인 수문기상학적 방법론의 수분최대화기법을 참고하여, 초기 및 경계조건의 기온, 수온 그리고 상대습도의 변화를 통해 이루어진다. 전이는 태풍경로 및 경계조건 변화를 통해 이루어진다. 최대화 과정을 거쳐 산정된 최대강수량은 강릉지점을 기준으로 수문기상학적 방법으로 산정된 PMP와 비교되며, 비교적 일치하는 결과를 나타내었다. 전이 과정을 거쳐 한강유역으로 전이된 최대강수량은 기존 PMP값에 비해 상대적으로 높은 값을 나타내었다. 제안된 방법론은 어떠한 선형적 관계를 가정하지 않고 객관적으로 최대 강수량을 산정할 수 있으며, 기존의 PMP 산정방법에서 제시하지 못하는 강우의 시간적, 공간적 분포를 제공할 수 있기 때문에 많은 분야에서 응용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 기존의 PMP 산정방법을 통해 도출된 산정치와의 상호보완적인 역할도 기대된다.