반사도 신호를 이용한 우박판별

가장 낮은 고도각에서 60dBZ의 반사도의 관측은 우박의 존재를 판단할 수 [그림 1.170] 우박 위험성을 진단하기 위한 단세포 뇌우의 반사도 핵 및 레이더 관측 고도각의 모식도. 왼쪽의 뇌우의 우박핵은 레이더 근거리에 위치하고 있어 고 고도각으

로 관측이 가능하며 좁은 빔폭으로 인하여 고분해능 반사도 값의 관측이 가능함

그러나 이와 같은 반사도는 높은 수농도의 작은 크기의 우박이나 적은 수 의 위험한 크기의 우박으로도 나타날 수 있다. 따라서 위험한 우박의 잠재 성을 판단하기 전에 뇌우 구조를 조사하여야 한다. 여러 연구에 따르면 강 한 상승기류의 중심에서 성장하는 우박은 WER/BWER의 위쪽에 위치한다.

WER/BWER이 존재함으로 인하여 우박이 성장하는 영역으로 다량의 구름 수액의 유입이 가능하다. 큰 WER/BWER이 존재함으로써 우박이 중심부 로 떨 어 지 기 전 에 넓 은 영 역 에 서 장 시 간 동 안 성 장 할 수 있 다 . WER/BWER는 상승기류와 관련되어 강한 반사도가 WER/BEWER의 위에 위치한다. 대다수의 거대한 우박 사례에서는 BWER이 존재한다. WER이 지속적으로 존재할 경우 우박 성장에 유리하다.

TBSS는 S-밴드(파장 10cm) 레이더로 상승기류에서 거대 우박을 직접 탐 지하는 방법이다. 이러한 신호의 관측 시 악성뇌우 경보를 발령할 수 있다.

TBSS는 레이더로부터 방사된 에너지가 우박에 반사된 후 지면에 부딪혔 다가 다시 우박으로 반사되어 레이더에 수신된 것으로 수신시간의 지연이 발생하여 멀리 떨어진 곳에서 되돌아온 신호로 오인하게 된다(그림 1.171).

그림 1.172는 높은 고도각에서의 전형적인 TBSS를 나타낸다. 강한 우박 중심이 나타나는 위치의 고도가 지표로부터 증가하면 스파이크의 길이가 증가한다. TBSS는 15-24dBZ의 낮은 반사도, 낮은 시선속도, 높은 스펙트 럼폭을 가진다. 경우에 따라 15-25dBZ 보다 낮은 반사도를 가지는데 이 경우는 TBSS를 악성우박과 연관시키는 것이 모호하다.

연직적분수액량(Vertically Integrated Liquid Water Content: VIL)은 비 슷한 환경의 인접한 뇌우에서 뇌우의 강도를 비교하는데 유용하다. 일반적 으로 강한 상승기류는 높은 VIL을 생성하고 뇌우 성숙단계에서 VIL의 최 대값이 나타난다. 그러나 VIL은 뇌우에서 악성 우박이나 특정 크기의 우박 의 존재에 대한 좋은 지표는 아니며 그 이유는 다음의 요소에 기인한다.

- 많은 알고리즘들이 VIL 계산시 56 dBZ의 최대 임계값 사용: VIL 알고 리즘에서는 원래 연직 누적 시 우박의 기여도를 제거하여 계산한다.

VIL 계산 시 56dBZ보다 큰 반사도는 56dBZ로 치환된다. 예를 들어 VIL 계산시 10,000~20,000ft 층에서 75dBZ 값을 가지는 뇌우는 같은 층에서 56dBZ를 가지는 뇌우와 동일한 기여도를 가진다. 따라서 이러 한 VIL 계산에서의 한계점을 개선하지 않은 경우에 VIL을 이용한 우박 의 진단은 타당하지 않다.

[그림 1.172] 고도각 2.4°에서 관측한 삼체산란 스파이크의 예시

-환경에 대한 의존성(Environmental Dependence) : VIL 변수는 주위환 경의 열역학적 프로파일에 상당히 의존적이다. 이것은 주어진 날에 대 하여 크게 변하고 하나의 레이더 관측영역 내에서도 변한다.

- 빠른 뇌우의 움직임 : 일반적으로 VIL 계산은 격자 단위로 계산한다. 따 라서 빠르게 이동하는 뇌우의 경우 레이더의 스캔 시간과 뇌우의 이동 으로 인하여 심하게 기울어지게 되고 이로 인하여 VIL이 과소 추정된다.

- 스톰 상부와 지면근처에서 내삽 효과 : 알고리즘에서 내삽은 특히 레이 더로부터 근거리 및 원거리에서 큰 오차를 야기한다.

VIL을 스톰 꼭대기 높이로 나누어 정규화 함으로써 VIL 밀도를 산출할 수 있다(Amburn and Wolf, 1996; Cerniglia and Snyder, 2002; Blaes et al., 1998). VIL 밀도는 [kgm^-3]의 단위이며 VIL을 [m] 단위의 에코 꼭대 기의 높이로 나누어서 구한다. 1000을 곱해서 처리하기 쉬운 단위인 [gm

-3]를 얻을 수 있다(VIL을 km단위의 에코꼭대기 높이로 나누어 [gm^-3] 밀 도를 산출할 수 있다). 이 변수는 빙결고도의 높이에 대한 대체 값으로 뇌 우의 깊이를 사용함으로써 강수계에 따라 VIL 임계치를 바꾸어야 하는 문 우의 깊이를 사용함으로써 강수계에 따라 VIL 임계치를 바꾸어야 하는 문 제를 해결할 수 있다. 키가 작고, 높은 반사도의 뇌우는 강한 상승기류가 존 재하고, 우박 형성 지역이 낮아 지표에 도달하기 전에 융해가 가능한 시간 이 짧다.

예시가 그림 1.173에 있다. 그림에서 뇌우는 상이하지만 같은 VIL 밀도값 을 가진다. 그러나 오른쪽의 심층 뇌우가 왼쪽의 뇌우보다 더 강한 상승기 류를 가진다는 것을 추정할 수 있다(높은 반사도가 더 높은 대기에 위치함).

펄스 뇌우에 대하여 악성 우박은 VIL 밀도가 3.28gm^-3을 초과할 가능성이 높다. 또 다른 연구에서는 대략의 큰 우박에 대한 임계치로 3.28~3.5gm^-3

[그림 1.173] 두 개의 다른 스톰에 대하여 VIL 밀도 계산 예시를 보여주는 도식도. VIL 밀도의 최종 단위는 [gm^-3]이며 두 뇌우에서 VIL 밀도는 5.22 [gm^-3]로 동일

반사도 기반의 신호에 더하여 악성 우박은 속도신호로부터도 잘 추정할 수 있다. 속도신호에는 1) 중규모저기압과 2) 뇌우 꼭대기 발산이 있다.

강한 중규모저기압 : 강한 중층 중규모저기압에서 동역학적 압력의 하강은 우박이 성장하는 지역에서 상승기류를 가속화 시킨다. 이는 상승기류 내의 성장하는 우박의 잔류시간을 증가시킴으로써 ‘정체 지점(Stagnation Point)’을 제공한다.

뇌우꼭대기에서 강한 발산 : 상층의 강한 발산은 큰 우박의 잠재성을 평가 하는데 고려할 수 있다. 뇌우의 꼭대기를 통과하는 고도각 단면에서 최대 로 불어 들어오는 흐름과 나가는 흐름의 속도를 검사한다. 뇌우 꼭대기에 서 강한 발산 흐름(|Vout|+|Vin| > 75kts)의 존재는 적어도 위험한 우박 을 생성할 수 있는 강한 상승기류를 나타낸다. 최대 속도차이와 우박 크기 에 대한 표가 아래에 있다. 뇌우 꼭대기에서의 발산은 좁은 연직층에서 나 타나기 때문에 레이더에 의해 쉽게 관측이 되지 않는다. 따라서 이 방법은