와도가 상승기류의 세기에 미치는 영향

(BWER: Bounded Weak Echo Region)은 상승기류의 크기를 추정하 는 데 사용된다. 넓은 상승기류는 또한 낮은 스펙트럼 폭(Spectrum Width)을 가지는 지역으로 나타날 수 있다.

- 기 발달한 뇌우 주위에서 발생되는 이차적인 상승기류는 모델이나 라디 오존데 관측이 나타내는 것보다 습윤한 중층 환경에서 성장할 수 있다.

- 중규모 상승(예, 유출경계면)이 일어나는 지역에서 성장하는 넓은 지역 의 높은 적운은 주변 환경이 분석 자료보다 실제 더 습윤함을 나타낸다.

1.4.2.1 상층 반사도 코어와 상승기류의 세기 1.4.2 상승기류의 위치와 강도

상승기류의 위치를 추정하는 가장 일반적인 방법은 뇌우의 생애 주기 중 최대고도에 도달할 때 상층 반사도 코어의 위치를 분석하는 것이다. 수상 체의 성장은 가장 강한 상승기류가 -12~-20℃인 층을 지나갈 때 최대가 된다. 따라서 이 층의 바로 위 반사도 코어가 위치하는 지역에서 최대의 상 승기류가 나타난다.

그림 1.105는 반사도의 연직 단면을 나타내며 -12~-15℃ 고도에서는 주 위 라디오존데 관측에서 획득하였다. 50dBZ(보라색)이상의 반사도 코어가 -12~-15℃ 고도에서 나타나는 전형적인 사례이다.

상층기류가 강해질 수록 상층 코어의 강도와 고도는 증가한다(Burgess and Lemon, 1990). 더 강한 상승기류에서는 반사도 45, 50, 55 dBZ의 고 도가 더 높은 곳에서 나타난다. 주어진 동일한 주위환경에서 상승기류의 강도가 증가할수록, 강한 하강기류와 큰 우박의 가능성 또한 증가한다. 연 구에 따르면 높은 반사도 값의 고도가 높을수록 뇌우의 악성 잠재성이 증 가하였다.

Cerniglia와 Snyder(2002)에 따르면 55dBZ 고도가 더 높은 고도에 도달 할수록 악기상(바람, 우박)에 대한 오경보율이 감소하였다. 또한 융해층 고 도 위에서 65dBZ의 반사도가 나타나는 64개 뇌우의 96%가 악성뇌우(우 박크기>0.5 inch 또는 임계치 이상의 돌풍)로 나타났다(Gerard, 1998).

[그림 1.105] 단세포 뇌우를 통과하는 횡단면에서 반사도 값.

-12~-15℃가 나타나는 고도(파란색)에서 가장 강한 반사도 코어가 나타남.

-12~-15℃

1.4.2.2 연직적분액체수함량(Vertically Integrated Liquid Water Content)과 상승기류

반사도의 고도만을 사용하여 상승기류의 위치를 추정하는 경우 거리가 증 가함에 따른 빔폭, 빔채워짐, 스캔전략, 굴절률 등의 레이더 샘플링 한계로 인하여 정확도가 급격히 떨어진다. 이를 해결하기 위하여 빙결고도에서 뇌 우의 꼭대기까지 반사도를 적분하거나 반사도를 액체수함량(Liquid Water Content)으로 전환하여 적분한 VIL(Vertically Intergrated Liquid Water Content: VIL)을 사용한다. 액체수함량은 반사도에 4/7승을 취하여 연직 으로 적분하여 구한다.

또한 VIL을 뇌우꼭대기 높이로 나누면 VIL밀도를 구할 수 있다. 이러한 적 분량인 VIL 또는 VIL밀도는 연속하는 볼륨스캔에서 샘플링의 한계에 의한 변화가 작다. 이러한 특징이 그림 1.106에 잘 나타난다. 반사도는 1901UTC와 1918UTC에 급격히 감소하지만 VIL은 이러한 급격한 감소없 이 지속적으로 증가한다. 이러한 최대반사도가 나타나는 고도의 변화경향 은 샘플링에 의한 한계이며 물리적인 변동에 의한 것은 아니다. 따라서 상 층반사도 코어의 고도 변화보다는 VIL이 레이더 스캔의 한계를 극복할 수 층반사도 코어의 고도 변화보다는 VIL이 레이더 스캔의 한계를 극복할 수 있다.

그림 1.107의 경우 뇌우의 중심과 주위에서 반사도 프로파일을 나타낸다.

뇌우 중심에서 반사도 프로파일은 최대값이 상층에 나타나지만 중심에서 벗어난 지역에서 반사도 프로파일은 빙결고도 이상의 고도에서 고도가 증 가함에 따라 반사도가 감소하는 것을 보여준다.

[그림 1.107] 2003년 7월 10일 0109 UTC에 뇌우 중심(좌)과 주위에서 반사도 프로파일.

0℃와 –20℃를 나타내는 고도는 수치모델 자료임

이처럼 서로 다른 반사도 프로파일을 나타내지만 유사한 VIL 및 VIL 밀도 이처럼 서로 다른 반사도 프로파일을 나타내지만 유사한 VIL 및 VIL 밀도 를 가진다. 따라서 이 두 변수값에 의하면 두 경우 모두 유사한 악성을 가 진다. 그러나 실제 최대반사도 코어가 상층에 존재하는 경우가 더 악성이 큼을 알 수 있다. 따라서 이 경우 두변수로 악성을 판단하는 것은 적절하지 않음을 알 수 있다. 따라서 악성 판단을 위한 변수로는 전층에 대하여 적분 한 VIL 또는 VIL 밀도 보다는 융해층에서 에코 꼭대기까지 적분한 변수가 더 적절함을 알 수 있다.

요약하면 반사도의 단일 고도 문턱값에만 의존하여 경보 결정을 하기에는 레이더 빔 고도의 불확실성이 너무 크다(예, 55dBZ 에코의 고도). 따라서 이러한 고도 결정보다는 뇌우가 강해지면서 융해층 고도 이상으로 확장할 때 반사도 프로파일의 모양과 강도를 결정하여야 한다. 최상층에서 강한 반사도 프로파일을 가지는 뇌우는 최하층에서 강한 반사도 프로파일을 가 지는 뇌우보다 더 악성일 가능성이 높다. 또한, 최상층에서 강한 반사도 프 로파일을 가지는 뇌우는 지상으로 코어가 하강하기 전에 상층에서 큰 우박 을 동반하는 코어의 생성을 나타낸다.

1.4.2.3 속도신호를 이용한 상승기류 강도 추정

모든 대류성 뇌우는 공기를 상승기류로 유입시키는 하층 수렴과 평형 고도 근처에서 상승기류를 소산시키는 상층 발산의 구조를 가진다. 악성뇌우의 경우, 상승기류의 강도 뿐만 아니라 수렴과 발산 신호의 강도도 크다. 이러 한 수렴 및 발산의 신호패턴을 도플러 시선속도로 감지하여 상승기류의 강 도를 추정할 수 있다.

레이더 속도자료 또는 뇌우의 상대적 속도자료는 뇌우가 평형 고도에 도달 하여 모루구름(Anvil)을 형성할 때 뇌우의 꼭대기에서 발산흐름을 보인다.

발산의 중심은 상승기류 최상층의 위치를 나타낸다. 발산의 강도는 상승기 류의 강도와 양의 상관관계를 가진다(Witt and Nelson, 1990). 최대 유입 및 유출 흐름은 상당히 강해질 수 있는데, 강한 뇌우 안에서는 양 방향으로 50노트를 초과한다.

그림 1.108은 거대세포 꼭대기를 관측한 것이다. 발산축(Divergence Axis)과 반사도 코어가 거의 같은 곳에 존재한다. 시선속도로 계산한 뇌우 의 최상층 발산(V)은 약 90kt이다. 경우에 따라 에코의 상층부와 발산의 중 심이 다르게 위치할 수 있는데 이는 뇌우의 운동 때문이다.

이러한 상층부 발산의 관측은 레이더 스캔에 영향을 받는다. 스캔고도각이 저층에 집중된 경우 이러한 발산의 관측이 불가능하며 고도각 사이에 이 발산층이 존재할 수 있어 주의를 요한다. 이러한 상층발산은 상승기류와 연관되어 있고 따라서 최대 우박크기와 밀접한 관계를 나타낸다(Witt and