Tropical-cyclone Steering-vector Analysis using WRF model with Bogus Vortex

Abstract

태풍 규모이상의 대규모 흐름을 포함하고 태풍 이동에 직접적인 영향을 주는 성분만을 고려한 객관적인 지향류를 추출하였다. 지향류 추출과 6시간 간격으로 제공되는 전지구 분석장의 시간 해상도 개선을 위해, 바람장은 1시간 간격의 WRF (Weather Research and Forecasting model) 72시간 태풍 예측자료를 사용하였다. 또한, 정밀한 태풍 내부 구조와 정확한 태풍 예측을 구현하기 위해, 전지구 분석장의 열대 저기압을 모조 소용돌이로 교체/삽입하는 보거싱(bogussing) 태풍 초기화 방법을 사용하였다. 모조 소용돌이는 3차원 이상적인 모조 소용돌이 SABV (Structure Adjustable Balanced Vortex)가 사용되었다. 태풍 시뮬레이션은 2007 ~ 2018년까지 총 14개의 태풍에 대해 적용되었으며, 후지와라 효과와 같은 두 태풍 상호작용 효과를 배제하기 위해 다른 태풍이 인접하지 않은 태풍들을 선정하였다. 또한, 태풍 이동방향에 따른 지향류 분석을 수행하기 위해, 북서진 또는 북동진하는 태풍들을 선정하였다. 더 나아가, WRF 태풍 예측 바람장에서 태풍 규모이상의 대규모 흐름만을 분리하기 위해, 구면상의 국지 고차 스펙트럴 필터가 사용되었다. 여기서 태풍 규모는 RSMC (Regional Specialized Meteorological Center) best track의 30-kts 반경과 최대 풍속 자료를 기반으로 한 경험적인 방법으로 산정되었다. 또한, 태풍 이동에 직접적인 영향을 주는 성분만을 고려하기 위해, 방위각 푸리에 변환/역변환을 이용하여 방위각 파수 1성분 바람장을 추출함으로서 대규모 흐름 중에서도 태풍 중심을 통과하는 흐름을 추출하였다. 마지막으로, 중심부 바람벡터를 각 격자점에 내적하여 태풍 이동에 직접적인 영향을 미치는 객관적인 대규모 지향류를 추출하였다. 추출된 지향류를 검증하기 위해, 시간 경향을 고려한 태풍 이동 벡터를 산출하고 이를 추출된 지향류와 비교하였다. 그 결과, 연직 700 ~ 500 hPa 고도에서 최소 오차가 나타났으며, 방향오차는 10 ~ 20°, 속력오차는 약 20 ~ 30% 정도로 나타났다. 이는 선행연구 Chan and Gray (1982)의 결과와 거의 일치하였다. 보다 심층적인 검증을 위해, 선행연구인 Chan and Gray (1982)와 Wu and Wang (2000)의 태풍 지향류와 비교하였다. 그 결과, 두 선행연구보다 방향오차와 속력오차 모두 약 10 ~ 50% 정도 향상된 결과를 보였다. 이로써 새로운 지향류의 타당성이 검증되었다. 마지막으로, 태풍 이동 방향에 따른 새로운 지향류 편차를 분석하였다. 그 결과, 북서진하는 태풍에 대해서는 지향류의 backing, 북동진하는 태풍에 대해서는 veering이 발생하였으며, 이는 온도풍 평형 방정식에 기초하여, 대규모 온도장에 의한 온도이류에 따라 결정된다. 또한, 북동진 태풍보다 북서진 태풍의 지향류 방향 오차가 크게 발생하였다. 동시에 태풍이 북동진할 때 상대적으로 지향류의 속력이 크게 나타났다. 즉, 지향류의 속력 증가에 따라 태풍 이동에 대한 지향류의 비중이 증가한다. 이는 지향류의 속력이 증가할수록 태풍 이동에 더 지배적인 역할을 할 수 있음을 암시하며, 태풍의 북동진 시 태풍 지향 이론이 더 타당함을 알 수 있다.