기초이론

만 상승기류에 의하여 대기중에 부유한다. 구름 가장자리를 따라 큰 경도 의 굴절률에 의하여 -10~0dBZ정도의 반사도가 S-밴드 레이더에 관측된 다. 상승기류가 융해층 고도 이상으로 상승하게 되면 10~20dBZ의 첫 강 수에코가 생성되고 상승기류가 -10~-20°C 층을 통과할 때 강한 강수에코 코어(Core)가 발달한다.

○ 성숙단계(Mature Stage)

초기세포의 발달 후 약 15~20분 이후 반사도 에코 코어의 강도는 약 45~50dBZ정도에 도달하고 강수입자의 낙하속도가 상승기류보다 더 커져 하강기류가 발생한다. 하강기류의 시작은 주위 건조한 공기의 유입을 야기 한다. 주위 건조한 공기와 구름내 공기의 혼합은 강수입자의 증발을 유발 하고 이로 인하여 하강기류가 더 가속화 된다.

일반적으로 하강하는 레이더 에코코어의 하부영역과 하강기류가 존재하는 영역이 일치한다. 코어가 지상에 도달하면 사방으로 퍼지게 되어 찬공기영 역(Cold Pool)을 형성하고 찬공기영역의 전면에 강한 바람시어가 존재하 는 돌풍전선(Gust Front)을 형성한다. 이때 지상에서 강우가 가장 강하게 나타나면 상승기류는 하강하는 코어의 한쪽 편에 위치한다. 지상에서 찬공 기영역이 주위공기를 안정화시키고 이에 따라 상승기류는 점차 약해지게 된다.

○ 소멸기(Dissipating Stage)

상승기류가 약해지면 습하고 불안정한 공기의 유입이 약화된다. 이러한 습 윤공기유입의 약화는 응결잠열의 방출을 제한하고 궁극적으로 상승류를 사라지게 한다. 하강류만 존재하는 구름은 점차 소멸하게 된다.

이처럼 시어가 약한 환경에서 발달하는 단세포 뇌우의 이동을 예측하는 것 은 쉽지 않다. 그러나 일반적으로 0~6km층에서 평균바람 또는 각 층에서 공기의 밀도를 곱하여 평균한 밀도가중 평균바람(Density-weighted Mean Winds)을 사용한다. 만약 단세포 뇌우의 높이가 높지 않을 경우 평 균하는 고도를 낮추어야 보다 실질적인 단세포뇌우의 이동을 예측할 수 있 다.

그림 1.103은 단세포뇌우의 일생에 따른 레이더 반사도 분포를 나타낸다.

성숙기 초기(가장 위 그림에서 2)까지 반사도 코어가 상층에 위치하고 0.5km 하층에서는 반사도 값이 나타나지 않거나 약한 값이 나타난다. 성숙 기(3)에 접어들면서 코어가 하층으로 점차 이동하고 지상에서는 강수가 강 해지기 시작한다. 코어가 지상에 도달하면(4) 가장 강한 강수가 발생하고 이때에는 하층 반사도가 상층 반사도보다 높은 값을 가진다. 따라서 반사 도 코어의 하강을 예측함으로써 강수량 및 강한 하강류를 예측할 수 있다.

소멸기(6)에는 상, 하층 모두 반사도값이 작아지고 지상이 상층보다 높은 값을 가진다.

[그림 1.103] 단세포 뇌우의 일생에 따른 레이더 반사도 연직분포(가장 위 그림), 고도 6km에서 반사도의 수평분포(가운데 그림) 및 고도 0.5km에서 반

사도 및 돌풍전선(가장 아래 그림). 돌풍전선은 푸른색 실선과 바깥으로 돌출 된 세모로 나타냄. 붉은색은 높은 반사도, 푸른색은 낮은 반사도를 나타냄

1.4.1.2 단세포 뇌우 통과시 기상변화

단세포와 연계된 기상현상으로는 강한 하강류, 돌풍전선 등이 있다. 레이 더 반사도 코어가 45~50dBZ에 도달하면 강수입자의 낙하속도가 상승기 류를 극복하여 하강하게 되고 이로 인하여 하강류가 발생한다. 또한 주위 건조공기의 유입은 증발을 야기하고 이로 인하여 밀도차가 발생하여 하강 류를 강화하게 된다. 보다 상세한 내용은 1.5장 다운버스트에서 다룬다. 이 러한 하강류는 지상에서 주위로 퍼지게 되고 이로 인한 유출흐름이 생성되 고 이러한 유출 흐름의 전면에 돌풍전선(Gust Front) 또는 유출경계 (Outflow Boundary)가 발생한다. 그림 1.104는 단세포 뇌우가 통과했을 때 지상에서 기상변수의 변화를 나타낸다.

뇌우와 관련하여 기온이 점차 상승하고 기압이 하강하다 뇌우가 접근하여 직접적인 영향권에 들면서 온도가 급격히 낮아지고 기압이 증가하면서 변 동이 심하게 나타난다. 또한 시간당 약 70마일의 강한 돌풍이 불고 강수량 이 급격히 증가한다. 이처럼 뇌우와 연계하여 급격한 기상의 변화가 존재 하므로 이의 효과적인 감시를 위해서는 레이더를 통한 기상현상의 감시 및 구조에 대한 해석이 필수적이다.

구조에 대한 해석이 필수적이다.

상승기류의 위치와 세기를 판별하는 것은 뇌우세포의 잠재적인 위험도를 측정하기 위하여 매우 중요하다. 그러나, 단일도플러레이더를 이용한 상승 기류의 측정을 불가능하다. 이는 저층관측에서 얻어지는 레이더 시선속도 값이 일반적으로 수평성분을 가지기 때문이다. 이중편파레이더 자료는 상 승기류의 세기를 추정하는데 더 나은 정보를 제공할 수 있다. 본 절에서는 뇌우 발생시 단일도플러레이더를 이용하여 상승기류에 대한 정보를 획득 하는 방법 또는 지표를 알아본다. 이들 지표로는 다음이 있다.

- 대기 반사도 코어의 고도와 강도 - 대기 하층과 상층의 수렴과 발산 - 보편적인 상승기류의 모양

주 어 진 대 류가 용위 치에 너 지(CAPE: Convective Available Potential Energy)의 대표값에서 이론적인 최대상승속도( )를 다음의 식으로 도출 할 수 있다.

_{  }

1.4.1.3 뇌우와 연계된 상승기류 발달

이 방법은 강수부하(Precipitation loading)와 건조 공기의 유입을 고려하 지 않았다. 그러므로 대부분의 단세포 뇌우의 상승기류는 의 50% 정 도이다.

예를 들어 두께가 18km 이상, CAPE=3000 J kg^-1인 뇌우는 같은 세기를 가지는 두께가 12km인 뇌우보다 약한 상승가속도를 가진다. 상대적으로 약한 상승가속도는 강수부하과정에 의하여 상승기류가 이론적인 높은 속 도에 도달하기 전에 그 세기가 감소하게 한다. 더 강한 상승가속도는 구름 응결핵을 위로 빠르게 이류 시키므로 큰 강수입자의 성장이 일어나지 않게 된다. 따라서 CAPE 값뿐만 아니라 대류층에서 CAPE의 분포를 파악하는 것이 중요하다. CAPE 밀도(또는 정규화된 CAPE)는 이러한 분포를 추정 할 수 있는 변수이다.