The Statistical Analysis of Lightning Observed by LINET and the Characteristics of Polarimetric Radar Variables in Thunder Clouds

Abstract

본 연구에서는 기상청에서 운영 중인 LINET(Lingtning detection NETwork) 낙뢰관측 장비를 이용하여 한반도에 발생한 낙뢰의 통계적 특성 분석 및 S밴드 편파레이더 변수를 활용하여 낙뢰를 발생하는 뇌우의 특성을 분석하였다. 전류 세기에 따른 탐지영역을 나타내는 LINET의 유효탐지 가능 영역을 조사하기 위해 낙뢰관측 자료의 민감도 평가를 수행하였다. 관측영역은 위도 31°~40〬 /경도 121°~132〬 으로, 2015년 4월부터 2021년 12월까지 6년간의 낙뢰 관측 자료를 이용하여 낙뢰의 양극성(정/부극성)에 따른 낙뢰 발생빈도, 강도의 변동특성을 분석하였으며, 한반도 내륙에 발생한 낙뢰의 공간적 분포 및 계절별 시간별 변동특성을 살펴보았다. 낙뢰 극성 발생빈도는 부극성이 약 72~76% 이상 정극성이 24~28% 이상으로 나타났다. 연도별 대지방전의 낙뢰 발생분포를 보면 남서해안을 따라 내륙에 주로 발생하였으며, 2017년은 총 발생 횟수 1,096,627로 낙뢰 발생이 가장 많았으나, 2019년에는 한반도 전역에 낙뢰 총 발생 횟수 296,695로 가장 적게 분포하였다. 2018년은 서울 경기 지역에 400회 이상의 낙뢰 발생을 보였다. 계절별 낙뢰 빈도분포의 경우 여름철인 6, 7 ,8월에 주로 집중되어 나타났으며, 겨울철은 남해안을 따라 일부 낙뢰가 발생하였다. 강도에 따른 유효영역 내 낙뢰강도는 여름철에 약하고 겨울철에 강하게 나타났다. 월별 공간분포 결과, 특히, 7월과 8월에 낙뢰가 집중되어 발생하였고, 12월은 한반도 내륙지역에서는 거의 발생하지 않았다. 낙뢰의 양극성 특성 분석을 통해 겨울철인 12월부터 1월은 정극성이, 여름철인 7, 8월은 부극성 낙뢰 발생빈도가 많았다. 낙뢰 형태에 따라서는 대지방전의 경우 04시에서 06시와 16시에서 18시 두 시간대에서 가장 많았고, 구름방전의 경우 16시에서 18시에 집중되어 가장 많이 발생하였다. 이는 낮 동안 열적 대류에 의해 발생한 뇌운의 영향으로 보인다.. 구름방전의 고도별 분포특성에서는 주로 6km 고도에서 빈도분포가 강하게 나타났으나, 겨울철은 약 3-4km로 낮은 고도에서 강하게 분포하였다. 낙뢰 발생 강수계의 미세물리 특성분석을 위해 편파레이더에서 산출된 Z,, ZDR, KDP 편파변수를 활용하였다. 낙뢰가 가장 강하게 발생한 2017년 여름철을 사례로 선정하고, 낙뢰가 발생한 지역의 인근에 위치한 라디오존데 관측자료의 온도자료를 이용하여 온도층에 따른 고도별 레이더 편파변수의 자료를 추출하였다. 낙뢰 발생/비발생 영역에서 일정 온도층에서 반사도와 비차등위상, 반사도와 차등위상차의 값을 비교 분석하여 낙뢰발생 시 편파변수 값의 특성을 파악하고, 낙뢰 발생 시의 낙뢰강도 및 정/부극성과 편파변수(반사도, 차등반사도, 비차등위상)와의 관련성을 분석하였다. 그 결과, 낙뢰발생 시 반사도가 45 dBZ이상, 차등반사도는 약 1dB, 비차등위상은 0.5 deg/km로 나타났다. 낙뢰의 선행시간 확보를 위해 낙뢰발생 전후 대류셀을 온도별 고도에 따른 각 편파변수 값과 비교 분석하였다. 낙뢰발생 10분 전 반사도(약 23 dBZ ∼ 45 dBZ)와 비차등위상(0.18 deg/km)은 큰 값을 가진 반면, 차등반사도(ZDR) 값(2dB∼1dB)은 감소하는 특징을 보여주었다. LINET 자료를 이용한 통계 분석으로 한반도 낙뢰발생의 계절별, 지역별, 시간별 차이와 특성을 알 수 있었으며, 낙뢰가 강하게 발생한 두 사례의 편파레이더 변수 값을 통해 낙뢰의 미세물리학적 특성과 뇌우 발달의 환경 조건을 이해함으로써 뇌우 시스템에 대한 메커니즘을 규명하고 낙뢰예측을 위한 연구에 크게 기여할 수 있을 것으로 사료된다.