The Synoptic Characteristics of Heavy Rain in South Korea
Jeong Goan-Young*,**, Ryu Chan-Su**†
Abstract
Interrelationship between heavy rainfalls and related with low-level jets(LLJ) is analyzed by using fifty cases of heavy rainfall events occurred over the Korean peninsula from 1992 to 2001. Those cases are classified with four synoptical features. There are 32% chances that the low pressure exist in heavy rainfall over than 150 mm per day case by case.
Secondly Changma front and front zone account for 28% of all cases. The ratio of marine tropical boundary type and trough type record 22% and 18% respectively. The moist and warm south-westerly winds associated with low-level jets have been induced convective instability and baroclinic instability. Therefore, heavy rainfall due to the approach of a low pressure occurred at September and before Changma. During the period of Changma, this type has been happened heavy rainfall when low pressure and stationary front has vibrated south and north. Changma type has longer the duration time of precipitation than other types. Third type, located with marine Tropical boundary, have mainly rained in August and September. The last trough case locally downpoured in short time with developing cell. The occurrence low-level jets related to heavy rainfall has increased over 12.5 m/s wind speed. The result is that 43 heavy rainfalls out of 50 cases reach peak at the time of maximum precipitation intensity. Also, the variation of wet number and K-index corresponded with the variation of wind speed. It is found that the number of frequency of low-level jets with southwestward direction has been increased and these jets are mainly passed from the southwest toward to the northeast of the Korean peninsula in that time.
Key words : 집중호우
,
몬순,
장마,
중규모대류계,
종관규모1. 서 론
우리나라의강수는동아시아지역의몬순순환과관 련하여계절적으로는여름장마기간에매년반복적으 로집중되고있으며
,
몬순의영향도해마다불규칙적으 로나타나는특성을가지고있다.
이러한기후적환경과대륙동안에위치한지리적요인으로인해강수량 이시간적
,
공간적으로집중되는호우는경제적피해로인하여사회적인관심이큰기상현상의하나이다
.
호우는단시간에국지적으로발생하는중규모기상현 상
(mesoscale meteorological phenomenon)
으로서,
열대저기압이나중위도저기압
,
기단내의불안정과관련하 여발생하는중규모대류계(mesoscale convective system)
에의해서발생한다
.
중규모대류계는1 km
이내의작은독립된뇌우
(thunderstorm)
로부터종관규모(synoptic-
scale)
환경에서발달하는수백km
의중규모대류계까지있으며
1
시간에서6
시간정도지속된다.
이러한기상현상에대한예측은
1~3
일정도의현상의예측은가 능하나, 1
일이내의짧은현상이나3
일이상의긴현상의예측은어려운실정이다
.
따라서집중호우를유발 하는중규모대류계는발달과지속시간이짧기때문에 예측하기위하여준비하는시간이매우짧아야한다.
한반도지역에나타난집중호우의발생원인을밝히 고
,
이를예측하기위한연구는이미활발하게진행되어왔다
. Lee and Hong(1989),
홍(1992)
등이수치모델을이용하여집중호우를성공적으로모의하였고
, Park et al. (1986b),
홍과이(1996)
등은호우의성쇠(
盛*기상청(KMA)
**조선대학교대학원대기과학과(Dept. of Atmosphere Sci. Graduate school, Chosun Univ.)
†Corresponding author: csryu@chosun.ac.kr
(Received : August 14, 2008, Revised : August 28, 2008 Accepted : September 5, 2008)
衰
)
와관련된열수지와수분수지분석을통해남풍계 열에의한수증기수송이매우중요함을보였다.
한편Park et al .(1986a),
이(1991),
소(1995)
등은한반도에서발생한집중호우사례에대한종관적특성분석에 서티베트상층고기압과북서태평양하층고기압의 강도와위치가한반도강우와밀접한관련이있음을 밝혔다
.
또한황과박(2000)
은하층jet
에의해인도양 으로부터증가된수증기의공급과한반도북서쪽에형 성된상층기압골을따른한기유입이호우발생의주 요한요인라고하였다.
하층
jet
와호우와의관련성에관한연구는대부분사례연구를통해이루어져왔는데하층
jet
는미국에 서의중규모대류계나,
동아시아에서의장마전선의온난구역에주로수증기와열을수송하여호우를초래하
는 역할이 중요한 것으로 밝혀져 왔다
(Mean 1954;
Matsumoto et al 1971; Matsumoto 1972; Maddox
1983).
하층jet
에초점을맞춘호우사례분석은박순웅(1983)
등에의해처음으로수행되었고,
황과이(1993)
는
10
년(1980~1989
년)
동안한반도에서발생한호우를종관적배경에의해분류하고한반도지역의
30
개의
ECMWF
수평격자점자료를이용하여,
냉소용돌이형과장마형의 종관형태에서하층
jet
의출현률이높고
, 7
월말에서8
월중순 사이의돌발적인국지적호우를제외하고는호우발생시하층
jet
가존재함을 밝힌바있다.
또한Lee and Hong(1989. 1991)
은한반도에서발생한호우의수치실험을통하여집중강 수량과하층
jet
를성공적으로모의하여호우발생에있어하층
jet
의중요성을지적하고있다.
통계적접근의연구로서
Chen and Yu(1988)
는대만에서의메이유
(Mei-yu)
기간중호우출현시하층jet
가84%
존재하고
,
하층jet
가관측될때호우발생률이91%
에이른다는 통계 결과를 밝힌 바 있다
. Matsumoto
(1973)
는일본의 바이우(Baiu)
기간중에하층jet
의풍속과강수량과의관계를통계적조사한결과로풍 속이증가할수록강우강도가큰강수현상의빈도가 증가함을보였다
.
이러한사례의분석이나연구결과에의하면여름철의호우는하층
jet
의출현과매우밀접한관련이있다고알려져왔다
.
열거한바와같이호우의발생에있어서하층
jet
의역할은중요하다
.
본연구에서는최근10
년간(1992~2001)
한반도에서발생한호우에대하여태풍의직접적영향 에의하여발생한호우의경우를제외하고
,
종관적배경에의한호우의분류
,
호우와관련된하층jet
의출현 빈도및지역적분포,
호우발생시하층jet
와관련된강수의특징을조사하였다
.
2. 자료 및 분석방법
2.1. 자료
이조사에서는최근
10
년(1992
년~2001
년)
간한반도 에서발생한집중호우사례유형을종관적으로분류하 기위하여지상, 850, 700, 500 hPa
면의기상청인쇄일 기도를참조하였다.
이기간의일강수량과시간강수량,
기상현상은일기상통계표
(
기상청기후자료DB)
을참조하였으며
,
호우발생시하층jet
의출현과수증기량,
불안정지수등을산출하기위하여고층기상월보
(
기상청 기후자료DB)
의일2
회(00, 12UTC)
오산,
포항,
광주,
고산고층관측자료를참조하였다
.
장마유형은기상청에서발표한장마기간의기준을 참조하여분류하였다
.
2.2. 분석 방법
호우의기준은최근
10
년(1992~2001
년)
간한반도에서발생한일강수량
(0~24
시)
이150 mm
이상관측된호우사례로섬지방을제외한
64
개지점에서관측된85
개의자료중에서태풍의영향에의한호우
35
개자료를제외한
50
개자료를사례로지정하였다.
하층
jet
의기준은우리나라4
개(
오산,
포항,
광주,
제주
)
지점에서발생한12.5 m/s
이상의풍속으로정의하였으며
, 850 hPa
면의자료를사용한까닭은연직고도별수증기량과수증기량의북향수송이이고도부근에
집중되어있기때문이다
.
풍속이12.5 m/s
이상의기준은
Chen
과Yu(1988)
의기준을따랐으며,
하층jet
를정의함에있어서연직시어와수평시어의기준도고려 하여야하나자료의성격상시어값이실제의
jet
가가지는연직시어와수평시어보다작다고판단되어이를 적용하지않았다
.
호우사례의종관유형은기상일기도와
500 hPa
의패 턴을따라장마전선,
저기압,
기압골, mT
연변의4
개의종관유형으로분류하고
,
종관유형별하층jet
의발생빈도
,
호우기간중최대강우강도전후의하층jet
풍속변화
,
수증량의변화및불안정지수의변화등를조사하여호우발생과하층
jet
와의관련성,
수증기유입에따른불안정도의변화를조사하여호우사례와하층
jet
의관련성에관해분석하였다
.
또한호우발생과하층jet
와의관계를조사하기위하여강수량과종관일기도및고층일기도를관련시켰으며
,
최대일강수량을보인관측지점에서최대
1
시간강우강도를보이는시각에가까운관측시각을
00 h
로설정하고이보다12, 24
시간전을
-12h, -24h
이라고 하고, 12, 24
시간 후를각각+12, +24h
로표기하였다.
3. 집중호우의 일반적 개념
3.1. 집중호우란?
시간적집중성과공간적집중성이매우강한비를
의미하는것으로써
, 1958
년일본의아사히신문의보도에서유래되었다
(
이병설, 1986).
집중호우의명확한정의는없으나
,
−일반적으로
1
시간강우량이30 mm
이상, 24
시간강우량이
100 mm
이상−연강수량의
10%
에상당하는비가하루에내리는정도등이며
,
이러한 현상은 단시간에비교적 좁은지역
(
보통10~20 km)
정도에서집중적으로쏟아지거나,
지속시간이수십분에서수시간정도로매우짧은시간에천 둥·번개를동반하여집중적으로내리기도하며
,
태풍·장마전선·대구모저기압·수렴대등에동반되어
2~3
일간지속되기도하는특징을 가지고있다
(
기상청, 1996) .
3.2. 집중호우의 일반적 특징
태풍및대규모저기압에동반되는큰비는어느넓 은지역에일어나기쉬운것에비하여
,
요란성을가지 고단시간에소규모지역에집중적으로내리는집중호 우는특정지역에집중되기보다는오히려확률적으로 장소를불문하고발생할수있다는점이다.
우리나라의호우특성은
1
시간이내의강우량극값징이있다
.
호우발생빈도가높은지역은지리산부근의 산청지방과남해안,
강화를중심으로하는경기북부,
제주도와대관령부근의산간지방으로볼수있다
(
기상청
, 1996).
3.3. 집중호우의 발생 원인
한반도에서집중호우는주로장마전선상의요란
,
태 풍,
저기압및고기압가장자리의기단불안정에서비롯되며
,
이러한불안정의요인은여러개의적란운으로 구성된적란운군이발달하여좁은지역에강한집중호 우가발생하는것이다.
즉,
경압불안정이매우강한종관적배경하에중규모적인현상이복합되면서집중호 우가발달하게된다
.
한반도에서집중호우의원인은
1)
화남지방에습하고따뜻한공기가하층
jet
를타고한반도로유입, 2)
대류불안정
, 3)
상층jet
의남하에기인한경압성증가, 4)
호우지역에서2
차순환에의한강한상승류, 5)
단파곡의남하
, 6)
한기의장벽에의한수증기수렴등의종관적배경등
(
박순웅, 1986;
이동규, 1993;
손병주와 박순웅, 1985; Shapiro, 1981)
과,
이와더불어8)
대류 불안정과대칭불안정에기인한좁고강한band
형積亂雲群을발생시키는중규모적강제력
(
홍성유, 1992)
등이다
.
옅은음영은따뜻한공기
,
짙은영역은찬공기지역,
빗살무늬는집중호우
,
화살표는공기흐름의방향을나타내며
,
뇌우는왼쪽에서오른쪽으로진행한다.
집중 호우는뇌우구름,
즉대류계(convective systems)
에서일어난다
.
중위도지역에서발생하는심한대류계는한랭전선상이나전선전면에서형성한다
. Fig. 2
는대류계생성
,
발달,
소멸의과정을스케치한것이다.
Fig. 2
에서보는바와같이찬공기가따뜻한공기가있는지역으로빨리진행하면상대적으로밀도가작은 따뜻한공기는찬공기위로상승하게된다
.
이때만일상승하는공기가충분한수분을포함하고있으면
,
상승하는공기중의수증기가냉각하여응결한다
.
응결이일어날때수증기가물로바뀌는과정에서잠열
(latent
heat)
이방출된다.
이잠열은상승하는따뜻한습윤공기를더욱덥게하므로주변의공기보다밀도가더낮 아더욱상승하게된다
.
즉,
따뜻한공기는더상승하 Fig. 1.The sixty-four measuring stations of precipitation
in South Korea
고불안정해지며또다른따뜻하고습윤한공기를아 래로부터끌어들인다
.
이러한과정에서구름이연직으로높게그리고빨리발달하여대류계가성숙하게된 다
.
즉,
상승하는공기의가속도는부력에비례하는데 부력은대류계내의공기밀도와주변공기의밀도사 이의차에의하여결정되는것이며이두공기사이의 밀도차이가크면부력이커진다.
두공기사이의밀도차이를크게하는것은공기속의수증 기가응결하여방출하는잠열로서대류계속공기가 가열되기때문이다
.
따라서수증기가지속적으로공급되는메커니즘에서수증기가매우빨리응결하면응결 된물
(
빗방울)
이한꺼번에비로내리게되어집중호우 로발전하게되는것이다.
보통대기의연직속도(w)
는10
-2ms
-1(1 cms
-1)
정도이나잘발달된대류계내의연직속도는
20~30 ms
-1나된다.
이론적으로는이와같이간단히대류계또는집중
호우의설명이가능하나대류계가형성되는메커니즘
,
한지역에집중되는현상
,
대류계가발달하는과정,
수 분의공급과정등이해해야할문제가많이남아있다.
4. 한반도지방의 집중호우 유형별 분석
4.1. 집중호우 사례
호우는단시간에국지적으로발생하는중규모기상 현상으로열대저기압이나중위도저압계
,
기단내의불안정과관련하여발생하는중규모대류계에의해서발 생한다
.
집중호우를유발하는중규모대류계는발달과지속시간이
1
시간에서6
시간정도로짧기때문에예측하는데많은어려움이있다
.
최근
10
년간한반도에서발생한일강수량150 mm
이상인
64
개지점에서섬지방을제외하고한지점에서라도호우가있으면집중호우가발생한것으로정의 하였다
.
이와같은사례들은이기간동안총85
회로이중에서태풍의직접
,
간접적인영향(35
회)
을제외하면50
회가 발생하였다.
년도별로 보면 일강수량이100 mm
이상의호우발생은10
년간총120
회로엘니Fig. 2.
The developing mechanism and process of convective system
Fig. 3.
The frequency of monthly and annual daily
precipitation for heavy rain
계절별로살펴보면한반도에서집중호우는주로여 름철의장마전선상의요란
,
태풍,
저기압,
고기압가장자리의기단불안정등에서비롯되며
,
이러한기압계에의한불안정의요인이여러개의적란운으로구성된 적란운군이발달하여좁은지역에서강한집중호우를
월이
22
회(44%), 8
월이12
회(24%), 200 mm
이상은7
월이
6
회(33%), 8
월이5
회(28%)
로호우는주로7
월과8
월에많이나타났다
(Fig. 3).
지역별로보면
100 mm
이상의강우지역분포는남해가
36
회로가장많이나타났으며,
거제33
회,
대관령,
Fig. 4.
The distribution chart of daily precipitation over 100 mm(left) and 150 mm(right).
Fig. 5.
The distribution chart of daily precipitation over 200 mm(left) and 250 mm(right).
보령
22
회,
강화,
이천이각각20
회순으로나타났다. 150 mm
이상은거제14
회로가장많았고,
다음은수원,
남해가 각각
10
회,
서산이9
회 순으로 나타났다.
200 mm
이상의경우에는철원이5
회,
강릉,
강화,
거제가각각
4
회로다른지방에비하여집중호우가자주 발생하였다.
이는일강수량100 mm
이상의호우는소백산맥을경계로그서편인경기호남
,
충남지방과남해안이많았으며
,
지형적인영향으로대관령을중심으 로영동지방에서도많았다(Fig. 4
와5).
시간당
30 mm
이상의지역별일수를보면10
년간서울이
34
회로가장많고,
다음이거제32
회,
강화29
회순위로나타났고
,
시간당50 mm
이상의집중호우는서울이
11
회로가장많고,
다음으로강화,
보령이9
회를나타내시간당
50 mm
이상의집중호우가매년서울,
강화보령에서는한번씩발생할가능성이높다
(Fig. 6).
호우의지역적발생빈도는소백산맥을경계로그서편 인경기
,
호남,
충남지방과,
남해안이많고그동편인영남 지방은적은분포를보였다. 10
년간강수일수를보면대관령이
1453
일로 가장 많았으며,
광주,
전주가1187, 1184
일로다음으로많았다.
영천은817
일로강수일수가가장적었으며
,
의성과영덕이822
일로다음으로적었다.
대관령과영천의강수일수는
636
일이나차이가난다.
여기서강수일수는강수량이
0.1 mm
이상인경우를강수일수로하였다
(Fig. 6).
최근10
년간강수량분포를보면Fig. 6.
The distribution chart of hourly precipitation over 30 mm(left) and 50 mm(right).
Fig. 7.
The distribution chart of total number of precipitation days (left) and total a mount of precipitation during nearest
10 years (right).
대관령이
18,831.6 mm
로가장많이내렸고,
다음은거제
,
남해가18,606.0 mm, 18,393.4 mm
로순으로많이내렸다
.
의성은9,332.8 mm
로가정적게내렸으며,
다음으 로는대구,
안동이10,025.2 mm, 10,161.7 mm
로적었다.
대관령과의성지방의
10
년간내린강수량은9,499.8
의차이가났다
(Fig. 7).
다우지역인대관령과소우지역인의성을비교하면 대관령이월평균값과년평균값에서모두월등히많이 내렸으며
,
특히1
월과8
월에차이가많았는데이는지 형적인영향으로대관령이겨울철은눈과여름철은국 지적인집중호우가많이나타나차이가큰것으로판 단된다(Fig. 8).
4.2. 종관 유형별 집중호우 발생
집중호우는시·공간적으로집중성이강한중규모 기상현상으로써태풍이나열대저기압
,
중위도저기압및불안정과관련된중규모대류계에의해발생된다
.
중규모대류계는
1 km
이내의작은독립된뇌우로부터종관규모환경에서발달하는수백
km
의중규모대류계에의해서
1
시간에서6
시간정도지속된다.
이러한집 중호우의발생원인을밝히고,
이를예측하기위한연구는활발하게진행되어왔다
.
황과이(1993)
는한반도의집중호우를장마형의경우와냉소용돌이형의경우
로분류하여분석한바있으며
,
홍(2000)
은한반도에서발생한집중호우사례에대한분석에서호우예측을위 해서대류불안정과주변바람장
,
수증기이류및상상·하층
jet
기류분석으로호우가능성을판단할수있 다고하였다.
최근
10
년간한반도에서발생한일강수량150 mm
이상의호우
85
회중에서태풍의직접,
간접적인영향(35
회)
을제외한50
회의호우사례중에서발달한저기압의통과형
,
장마전선형, mT
연변형,
기압골형의호우로분류하여조사하고자한다
.
일강수량
150 mm
이상의호우를선택하게된동기는일반적으로호우에의한기상재해는연강수량의
10%
에해당하는비가하루에내리게되면발생하는것으로하였고
(
二宮洸三. 1986,
집중호우),
기상청특보기준인호우경보에해당하며지역적으로기상재해가
예상되기때문이다
.
일강수량150 mm
이상은전국기상청관측소에서관측한지점중에서섬지방을제외 한
64
개지점에서어느한지점에서라도150 mm
이상의강수가있었던날을선택하였다
.
선택한50
개의호우중에서종관유형별로집중호우발생빈도를보면
Fig. 9
처럼발달한저기압의통과에의한집중호우사례가
16
회(32%)
로가장많았고,
다음은장마전선또는전선대의호우가
14
회(28%), mT
연변11
회(22%),
기압골
9
회(18%)
순으로나타났다.
이러한사례중에서일강수량
200 mm
이상집중호우18
회를선택하여유형별로살펴보면저기압의영향
6
회(33%),
장마전선의영향5
회(28%), mT
연변에의한영향4
회(22%),
기압골에의 한 호우가3
회(17%)
순으로나타났다(Table. 1).
또한200 mm
이상의호우18
회중에서시간당50 mm
이상은6
회가나타났고, 3
시간에150 mm
이상의호우도5
회였으며
, 3
시간에200 mm
이상의집중호우도2
회가나타났다
(Table. 1).
이러한기압계의
4
개의유형별집중호우사례를살 펴보고자한다.
Fig. 8.
The comparison of monthly and annual precipi- tation at Daegwallyeong and Uisung.
Fig. 9.
The frequency of heavy rain by synoptic type.
4.2.1.
저기압 통과에 의한 집중호우이경우에는주로장마시작전시기와
9
월경에저기압이우리나라를통과하면서해상의습하고따뜻한공 기가하층
jet
를타고유입하면서집중호우가발생하였다
.
또한지역적으로국지가열에의한대류불안정과상층한기의남하와경압불안정이매우강한종관적배경 하에중규모목적인현상이부합되면서집중호우가발 생하였다
.
이동경로별로보면화북지방에서발생하여Table 1.List of the 18 heavy rainfall events (occurred 200 mm/d for at least one station)occurred in southern Korean Peninsula during the period 1992-2001.
Date Maximum
Precipitation station Rainfall
amount (mm/d) Type
(surface or 500 hPa) Low-level
jet
①Rainfall intensity
②August 21, 1993 Namhea 217.5 Cyclone LLJ ##
June 30, 1994 Yeongju 259.5 Cyclone LLJ
August 19, 1995 Suwan 227.3 Cyclone LLJ
June 17, 1996 Chupungnyeong 215.4 Cyclone LLJ
September 10, 1999 Buyeo 233.4 Cyclone LLJ ##
October 11. 1999 Masan 333.2 Cyclone
July 1. 1999 Wando 211.0 Changma front LLJ
July 22, 2000 Buyeo 206.5 Changma front LLJ ##
July 23, 2000 Sancheong 202.0 Changma front LLJ #
June 24, 2001 namhae 303.0 Changma front LLJ ##
July 15, 2001 Seoul 273.4 Changma front LLJ ###
August 27, 1992 Hongchen 232.0 mT boundary LLJ
July 26, 1996 Cheorwon 224.7 mT boundary LLJ
July 27, 1996 Cheorwon 268.1 mT boundary
June 26, 1998 Geoje 200.0 mT boundary LLJ
August 9, 1995 Cheonan 273.5 Trough LLJ ##
August 12, 1998 Boeun 407.5 Trough LLJ ###
September 9, 2001 Yeongdeok 277.5 Trough ##
①
LLJ means low level jet associated
②
Rainfall intensity : #<50 mm/1 h, ##<150 mm/3 h, ###<200 mm/3 h
Fig. 10
. The distribution chart of precipitation for 21 Aug. 1993 (left) and 10 Oct. 1999 (right).
한반도중·북부지방을통과하는경우
,
화중이남에서 중부지방으로,
남부지방으로또는남해상을통과하는형으로분류할수있으나화중이남에서중부지방으로 통과하는형태가호우가많았다
.
최근
10
년(1992~2001)
간일강수량150 mm
이상저기압에의한집중호우는
50
회중16
회(32%)
로가장많이나타났고
, 200 mm
이상도6
회로가장많았다(Table.
1).
이러한유형의사례를보면1993
년8
월21
일남해지방에서
3
시간 동안 무려187.5 mm(1
시간 최고114.5 mm)
와1999
년9
월10
일부여지방에는4
시간동안
210 mm(1
시간최고76 mm)
의기록적인집중호우가내렸다
.
한편저기압통과에의한집중호우는주로 새벽또는야간시간대에발생하였으며강수지속시간이다른유형보다짧았다
(Fig. 11).
지상일기도는일본남쪽에위치한북태평양고기압과 연해주부근고기압사이의기압골은우리나라를거쳐 산둥반도까지형성되었고
,
고압대의Blocking
으로점차발달하면서남쪽으로부터강한남서류가서해안지방 으로유입되면서강수가시작되었다
(Fig. 12). 500 hPa
일기도는발해만에서서해해상으로
trough
가형성되었고,
전면으로
jet(
광주50 kts)
가있으며,
온도골이서해남부해상에위치하였다
.
발해만−서해−우리나라부근으로습 윤역이넓게형성되었다(Fig. 13).
수치예보자료
Moisture flux
와Streamline
을보면발해만부근
trough
와일본부근의고기압사이에놓인우리나라는화중지방에서서해를거쳐서해안으로습윤 속이모이면서수렴하였고
,
유선도비슷한모양으로모여들고있다
. Thickness
는화북지방에서서해남부해안으로조밀하였고
, K-index
는한만국경-
화북지방남쪽으로
+25
이상의불안정역이광범위하게놓였다.
특히화중지방
-
서해안지방으로+35
이상이나타났다. Equivalent
Temperature
는한만국경−화북지방남쪽(
우리나라포함)
으로열대기단속에있으면서서해안으로
343 K
의Warm
이다가오고있고, T-Td
습윤역은우리나라서쪽지방과서해중·남부해상에위치하였다
(Fig. 14).
저기압통과에의한유형에는남서저기압
,
북서저기압
,
전선과함께통과형으로나눌수있다.
남서쪽저 기압의영향은북서쪽저기압의영향보다강수량이많 Fig. 11.The hourly precipitation at Namhae for 21 Aug. 1993 (left) and Buyeo for 10 Oct. 1999 (right).
Fig. 12.
The surface weather chart for 12UTC 9 Sep. 1999 (left) and 00UTC 10 Sep. 1999 (right).
았으며
,
하층jet
의강도와습설의유입에따라강수량의차이가많이났고
,
북서쪽저기압형은북쪽한기의 강도에따라강수량이좌우되며,
전선과함께통과하는동안저기압의중심이경기도지방을지나가고남서쪽 으로전선이발달되어있을때중부지방에집중호우가 내리는경우가많았다
.
4.2.2.
장마전선에 의한 집중호우우리나라장마기간인
6
월중순에서7
월중순경에장마전선상에발달한저기압과정체전선이남북으로상 하운동할때집중호우가발생하였다
.
주로장마전선의위치에따라강수량이좌우되었으며
,
장마전선이북상할때와북위
30
o부근에해수온도난역이형성되면장 마전선을따라저기압이이동하면서집중호우의확률이높았다
.
이때의강우분포는보통장마전선의북쪽에많이내렸으며
,
지속시간이길고넓은지역에분포 하였다.
또한상층jet
는북위40
o부근,
하층jet
는북위36
o부근에서하층jet
가남북방향으로형성되었을때호우가능성이높았다
.
장마전선에의한호우는
14
회(28%)
였으며,
이중에서200 mm
이상의집중호우도5
회(28%)
였다(Table. 1).
장 마전선에의한집중호우중에서두가지사례를보면2000
년7
월22~23
일일강수량이전국적으로61~392 mm
내외의호우가내린사례와
22
일에는수원이일강수량333.2 mm(1
시간최다강수량92.5)
의집중호우내린사례를들수있다
. 2001
년7
월15
일서울에는273.4
의집중호우가내렸다
.
장마전선에의한집중호우는국지 적인현상보다는비교적넓은지역에서많은비가내 Fig. 13.The 500 hPa weather chart for 12UTC 9 Sep. 1999 (left) and 00UTC 10 Sep. 1999 (right).
Fig. 14.
The numerical weather prediction data for 12UTC 9 Sep. 1999.
렸다
(Fig. 15
와16).
지상일기도는장마전선이
30N
부근에동서로길게형성되어고온다습한남서내지남동기류가유입되고 있으며
,
사할린부근에mP
가위치하여mP
의세력이 동해상으로확장하면서북동류가경북남부동해안지방으로유입되고있다
(Fig. 17).
500 hPa
일기도는한기를동반한기압골이동해상으로확장하고
,
제주도남쪽으로부터고온다습한남서류가유입되어경북동해안으로는한기와난기가만나면 서대기가불안정한상태를보이고있다
.
한반도부근상층
jet
의동향21
일00UTC
에는화중내륙에서산둥반도를지나제주도부근으로
jet
가형성되고jet
를따 라북서풍의강한강풍대가위치하였으나21
일12UTC
에는일본규슈부근까지
jet
가형성되었다(Fig. 18).
같은날의수치예보자료
Moisture flux
와Streamline
을보면
30
oN
의장마전선으로남동류가지속적으로유입되면서수증기공급이계속되고있다
. Thickness
는서해상과남해안으로조밀하였고
, K-index
도대부분지역이
+25
이상의불안정역이광범위하게놓였으며,
특히경북남부동해안은
+40
으로불안정역이강화되고있음 을알수있다. Equivalent Temperature
는338 K
로상승하고있고
,
경북남부동해안으로습윤역이강화되면서불안정역과일치하고
, T-Td
는습윤역이중국화남 지방에서서해해상,
남부지방으로위치하였다(Fig. 19).
4.2.3. mT
연변에 의한 집중호우mT
연변에서의집중호우는장마가끝나고mT
가발달하면서호우가발생하였는데강수의지속시간이비교
적길고
, mT
의수축시와확장시로구분할수있다.
mT
가수축할경우가확장할때보다집중호우의더많았으며
,
이는대기가가열되어있는상태이기때문에 수증기를많이포함할수있는조건을갖고있기때문 Fig. 15.The distribution chart of total number of precipitation from 22 to 23 Jul. 2000 (left) and 15 Jun. 2001 (right).
Fig. 16.
The hourly precipitation at Suwon for 22 Jul. 2000 (left) and Seoul 15 Jun. 2001 (right).
Fig. 17.
The surface weather chart for 00UTC 22 Jul. 2000 (left) and 12UTC 22 Jul. 2000 (right).
Fig. 18.
The 500 hPa weather chart for 00UTC 22 Jul. 2000 (left) and 12UTC 22 Jul. 2000 (right).
Fig. 19.
The numerical weather prediction data for 00UTC 22 Jul. 2000.
이다
.
상층jet
축이동서방향으로형성되어있고,
하층jet
축이남에서북쪽으로형성되어있을때집중호우의 가능이크게나타났다.
mT
연변에의한집중호우는11
회(22%)
로나타났고, 200 mm
이상의호우에서도4
회(22%)
로나타났다(Table.
1). mT
연변에의한집중호우는비교적시간당강수량의강도는다른종관유형에비해많이나타나지않았 다
(Fig. 20
과21).
이유형에서호우사례를보면
1992
년8
월27
일홍천이일강수량
232.0 mm(1
시간최다강수량29.0 mm),
1998
년6
월26
일200 mm(1
시간최다강수량29.5 mm)
의비가내렸으며
,
이유형에서의강수형태는강수의 지속시간이길게나타났다(Fig. 21).
지상일기도는일본동쪽해상에있는한랭·다습한 해양고기압과중국중부지방의대륙고기압사이에서 기층의불안정에의한
mT
연변에서집중호우가발생하였다
.
이때하층jet
에의해중국남부내륙에서우리나 라쪽으로온난다습한기류가유입되면서집중호우를 더유발시켜다. 500 hPa
일기도는일본남쪽해상에중심을둔고기압이동해해상을거쳐중국동·북부지방 까지기압능을형성하고있으며
,
중국중부내륙에는기압골영향으로우리나라중·남부지방까지따뜻한남
서기류가유입되고있다
(Fig. 22
와23).
수치예보자료
moisture flux
와streamline
을보면화남북부지방−남부지방−일본남부부근으로남동류가지 속적으로유입되면서수증기공급이계속되고있다
.
Thickness
는발해만에저기압이있고남쪽으로고압대가위치하였으며
,
남부지방에두층의차가크게나타났다
. K-index
는동해−우리나라−서해를포함한남쪽으로
+30
이상의불안정역이광범위하게놓였다. Equivalent
temperature
는동해−우리나라−서해까지열대기단이뻗치면서남부지방으로
warm
이존재하였다. T-Td
는습Fig. 20.
The distribution chart of precipitation for 27 Aug. 1992 (left) and 26 Jun. 1998 (right).
Fig. 21.
The hourly precipitation at Hongchun for 27 Aug. 1992 (left) and Geoje for 26 Jun. 1998 (right).
Fig. 22.
The surface weather chart for 12UTC 25 Jun. 1998 (left) and 00UTC 26 Jun. 1998 (right).
Fig. 23.
The 500 hPa weather chart for 12UTC 25 Jun. 1998 (left) and 00UTC 26 Jun. 1998 (right).
Fig. 24.
The numerical weather prediction data for 12UTC 26 Jun. 1998.
짧은시간에급격히호우세포로발달하면서국지적으 로집중호우를유발시킨다
.
이유형에서의집중호우는
9
회(18%)
로다른유형에비해적게나타났고
, 200 mm
이상의집중호우도3
회(17%)
가나타났다.
이유형에서호우를살펴보면1995
년
8
월9
일천안에일강수량273.5 mmm(1
시간최다강 수량67.5 mm)
와1998
년8
월12
일보은지방에일강수 량407.5 mm(1
시간최다강수량114.5 mm)
가내렸고,
3
시간동안에무려207 mm
의기록적인집중호우가내렸다
.
이유형에서의호우는짧은시간에많은양의비서쪽은남동진하여남서쪽으로대각선을이루고있다
.
500 hPa
일기도는만주지방에Cut off Low
가자리하면서발해만부근까지
trough
를형성하고5880 gpm
선은남해안에걸쳐있다
.
만주지방에동서로놓인기압골은 정체하고단파골이서해북부해상까지남하하고,
중부지방은
mT
연변에서SW 20~30 KTS
로지속적으로난기를유입시키고
,
점차SW 30~45 KTS
강해지면서중부지방에영향을주고있다
(Fig. 27
과28).
수치예보자료
moisture flux
와streamline
을보면충 청도를중심으로한반도전체에강하고 지속적인 남Fig. 25.
The distribution chart of precipitation for 9 Aug. 1995 (left) and 12 Aug. 1998 (right).
Fig. 26.
The hourly precipitation at Cheonan for 9 Aug. 1995 (left) and Boeun 12 Aug. 1998 (right).
Fig. 27.
The surface weather chart for 12UTC 11 Aug. 1998 (left) and 00UTC 12 Aug. 1998 (right).
Fig. 28.
The 500 hPa weather chart for 12UTC 11 Aug. 1998 (left) and 00UTC 12 Aug. 1998 (right).
Fig. 29
. The numerical weather prediction data for 12UTC 11 Aug. 1998.
4.3. 한반도 집중호우 발생 원인
한반도에호우가발생되기훨씬전에저위도해상에 서고온의수증기가통킹만과타이완남부해상으로부 터중국화남지방으로계속유입되면화남지방은고온 의수증기누적현상이발생되어포화에달하게된다
.
이수증기덩어리는점차양쯔강지역으로이동하게 되고경압성이비교적강한중국해안으로이동해오 면서저기압이발생되어동진하게된다
.
이때한반도를 통과하게되면호우가발생하게되며추가로mT
연변으로부터수증기의공급이가중되어호우의강도는더 욱커지게된다
.
한반도의통과예상은화북지방에동 서로형성된상층한·난기경계의위치에따라서저기 압의이동진로가결정되어지고동진의속도는저기압전면의
Ridge
의영향과관계가있다.
대체로대형호우는전면에
Ridge
의영향이크고상층한기의유입이북서쪽에서남동쪽으로쐐기처럼파고들때이다
(Fig. 30)
이번조사기간에발생한호우의종관유형에의한경 우다음과같이몇가지특징을요약할수있다
.
−기본적으로북고남저형기압
patten
에서많이나타났고
,
이때북쪽으로는고기압이남하하거나mP
세력이선
)
이36~38
oN
사이에위치하면서남북으로상·하운동시에호우가많았다
.
−호우기간에중·하층
(850 hPa)
및상층jet
축의특징과변화경향을보면호우발생초기에는상·하층
jet
가멀리떨어져있었으나
,
최성기에는강한하층jet
가호우역에위치하고있으며
,
상층jet
는호우역부근에 서분리되고jet
축입구의우측,
출구의좌측에위치하여 집중호우발생의선행연구결과와잘일치함을보였다.
−호우지역은상층
jet
의입구역우측과출구역의좌 측에위치하고하층의강한온난다습한기류의이류 로인한대기불안정이강한상승기류를유발하였다.
이번호우의특징은상층
jet
기류의분리, jet
입구역우측에서유도되는
2
차순환에의한상승운동, 2
개의단파골통과등이었으며
,
첫번째골의경우24
시간가량지속되어강수량이증가하였다
.
−하층의습윤장과불안정지수분석에의하면주변 대기는적운대류가발달할수있을정도로대류불안 정한상태에서상층의발산장과하층의수렴장이형성 되면서상승운동이활발하여종관규모에서의호우발생 조건을만족하고있었다
.
−하층대기가습윤하거나습기이류가많고
,
대기가불안정하거나이류에의한대류불안정과하층에강한 상승류와상층의발산장이형성되었을때호우발생한다
.
4.4. 한반도 여름철 집중호우
집중호우는특정장소에서하층대기에의한난·습 기류가유입되고
,
차고건조한공기덩어리가상층으로유입하는곳에서발생할가능성이크다
.
그러나예측만될뿐어느특정장소에몇시에비가올지는예상할수 없다
.
피해가발생할지여부는한곳에호우가지속적으로올것이라는예측이하나의기준이된다
.
지속성은 호우가그치지않고온다는게아니고,
강약을반복하 며한곳에내린다는의미이다.
즉강할때의호우는수십분이상길게오지않는경우가있고
,
이럴때에는 위성모니터에서활발한적란운이정체하며머무는것 이관측되기한다.
이것은점점새로운적란운이지속적으로발생하고있다는것을의미하며
,
집중호우가일 어나고있을때는하층jet
와습설이라고불리는현상이생긴다
.
Fig. 30.
The reason of heavy rain at Korean peninsula.
하층
jet
는대기하층의지상1~4 km
이내에서나타 나는강풍으로생성원인은아직정확히밝혀지지않 았다.
습설은대류권하부에서집중호우지역을향해습한공기가유입하는것으로호우조건으로서의따뜻 하고습한공기가제공되는것이며
,
이습설을통해수증기가계속보급된다
.
집중호우가일어나기위해서는난·습기류가대기하층에서수렴해야하나이수렴에 는복잡한지형의영향이더해진다
.
어느한방향에서 바람이불면지형의영향으로공기가수렴하는곳이 생기고,
또공기가산을오르면상승기류가생기는데 이런지형의영향은집중호우에서무시할수없는요 소인것이다.
Fig. 31
은북반구여름철200 hPa
과700 hPa
층의지위고도장의에디를나타낸것이다
. 200 hPa(left)
층에는고기압대가아시아대륙과유럽에걸쳐광범위하게나 타나고있고
,
북동태평양과북대서양상에저기압이형성되었다
. 700 hPa(right)
층에는아시아대륙에저기압대가형성되어있고
,
북동태평양과북대서양상에고기압이형성되어있다
.
이러한기압계패턴은아시아대 륙에서지구규모파의정체를야기하며,
이로인하여대기에너지순환이약화되고
,
오호츠크해고기압의발달과더불어시베리아지역에대기에너지가적체를가 져온다
.
아시아대륙에서의이러한기압계패턴은주로여름철기간동안지속되었으며
, 200 hPa
층45
oN
지역에서저기압대를중심으로남과북양극고기압형태가 형성되었다
.
이러한기압계패턴은아시아대륙에서지규규모파의정체를야기하며
,
이로인하여대기에너지 순환이약화되고,
오호츠크해고기압의발달과더불어 시베리아지역에대기에너지적체를가져온것으로본다.
Fig. 32
는여름철200 hPa
집중호우전시기(left)
와집중호우시기
(middle)
의5
일평균지위고도를5
일평균고도장에서집중호우전시기
5
일평균고도장을뺀것
(right)
으로상층200 hPa
층에서는티베트고기압이집중호우시기전보다집중호우시기에한반도지역에서 활성화를보이고있으며한반도북부시베리아상공에 는강한고기압이형성되어있다
.
Fig. 31
. The seasonal mean eddies of the 200 hPa (left) and 700 hPa (right) in the Northern Hemisphere. Contour intervals are 30 gpm for the 200 hPa and for the 700 hPa.
Fig. 32.
Pentad geopotential height at the 200 hPa for pre heavy rain phase (left), heavy rain phase (middle) and their
difference of heavy rain phase minus pre heavy (right). Units are in gpm.
Fig. 33
은여름철집중호우전시기(left)
와집중호우시기
(middle)
의5
일평균지위고도를5
일평균고도장에서집중호우전시기
5
일평균고도장을뺀것(right)
으로상층
500 hPa
층에서는집중호우시기에한반도와일본남부지역에강한국지적인고기압이형성되어있 으며
,
한반도의북서쪽에서는저기압이발달하였다.
한반도를중심으로한쌍극자
(dipole)
형의기압계형태는한반도남서쪽으로부터빠른수증기유입의좋은 조건을형성하여집중호우를유발시킨다
.
5. 호우와 하층 jet 관련성 분석
5.1. 하층 jet의 발생 원인
대기하층
(700~850 hPa)
부근에나타나는강풍대로서풍속이나위치의변동이크며
, 20 m/s
이상의풍속이관측되기도한다
.
하층jet
는수중기의수송및수평발산과상승역을만드는데중요한역할을한다
.
호우구역은보통하층
jet
의저기압성쉬어영역에서풍속이감소하는곳에나타난다
.
하층jet
는하층의안정도가급 격히악화되거나또는대류활동이왕성해질때발생하 기쉽다.
즉상층의한기가강하게내려온다는의미이 고,
이한기가아래로깊이내려오지못하고,
일부가중간에서돌아나가면아래층에서이소용돌이에의한
2nd
소용돌이가발생한다.
이러한2nd
소용돌이가하 층jet
이다.
이러한하층jet
가발생하면하층jet
의북쪽에강수혹은악기상이발생하고
,
남쪽에서는하강기류에의해악기상이나타날가능성이적다
.
5.2. 호우와 하층 jet의 기준 설정
호우의기준은최근
10
년간한반도에서발생한일강수량
(0~24
시)
이150 mm
이상관측된호우사례로섬지방을제외한
64
개지점에서관측된85
개의자료중에서태풍의영향에의한호우
35
개자료를제외한50
개자료를사례로지정하였다
.
하층
jet
의기준은우리나라4
개(
오산,
포항,
광주,
제주
)
지점에서발생한12.5 m/s
이상의풍속을정의하였으며
, 850 hPa
면의자료를사용한까닭은연직고도별수증기량과수증기량의북향수송이이고도부근에집
중되어있기때문이다
.
풍속이12.5 m/s
이상의기준은Chen and Yu(1988)
의기준을따랐으며,
하층jet
를정의함에있어서연직시어와수평시어의기준도고려하 여야하나자료의성격상시어값이실제의
jet
가가지는연직시어와수평시어보다작다고판단되어이를적 용하지않았다
.
또한호우발생과하층jet
와의관계를 조사하기위하여강수량과종관일기도및고층일기도 를관련시켰다.
최대일강수량을보인관측지점에서최대일강우강도를보이는시각과가까운관측시각을
00 h
로설정하고이보다12, 24
시간전을-12h, -24h
이라고하고
, 12, 24
시간후를각각+12, +24h
로표기하 였다.
5.3. 호우사례시 하층 jet 발생 빈도
하층
jet
와호우와의관련성에관한연구는대부분사례연구를통해이루어져왔는데하층
jet
는미국에서의중규모대류계나
,
동아시아에서의장마전선의온 난구역에서주로수증기와열을수송하여호우를초래하는역할이중요한것으로밝혀져왔다
(Mean 1954;
Matsumoto et al 1971; Matsumoto 1972; Maddox
1983).
하층jet
에초점을맞춘호우사례분석은박순웅(1983)
등에의해처음으로수행되었고,
황과박(2000)
은한반도여름철호우와관련된동아시아대기순환 특성분석에서하층
jet
에의해인도양으로부터증가된Fig. 33.
Pentad geopotential height at the 500 hPa for pre heavy rain phase (left), heavy rain phase (middle) and their
difference of heavy rain phase minus pre heavy (right). Units are in gpm.
수증기의공급과한반도북서쪽에형성된상층기압골 을따른한기유입이호우발생의주요한요인이라고 하였다
.
최근
10
년간한반도에서발생한일강수량(0~24
시)
이150 mm
이상관측된호우사례로섬지방을제외한64
개지점에서관측된자료중에서태풍의영향에의한 호우는제외하였다
.
하층
jet
의기준은우리나라4
개(
오산,
포항,
광주,
제 주)
관측지점에서나타난12.5 m/s
이상의풍속을어느한지점에서라도발생하였으면하층
jet
가존재하는것으로정의하였다
.
한반도에서발생한총50
회의호우 중에서하층jet
는43
회(86%), 100 mm
이상에서는120
회중
101
회(84%), 200 mm
이상에서는18
회중15
회(83%)
가나타나호우발생시하층강풍대가거의존재하였다
.
이는황과이(1993)
의호우발생시12.5 m/s
이상의풍속을가진하층
jet
가존재하는확률75.8%
보다출현빈도가높은것으로나타났다
.
통계적접근의연구로서
Chen and Yu(1988)
는 대만에서의메이유Table 2
. The maximum wind speed and points of the low level jet for heavy rain.
Date Station Low-level jet UTC 850 hPa
Wind directionWind speed(m/s) Dew-point depression
August 27, 1992 Gwangju LLJ 00 S 15 1.5
August 21, 1993 Jeju LLJ 12 SW 15 1.1
June 30, 1994 Pohang LLJ 00 SW 22 2.2
August 9, 1995 Pohang LLJ 00 SW 16 5.0
August 19, 1995 Pohang LLJ 12 SW 16 4.9
June 17, 1996 Pohang LLJ 12 SW 24 1.2
July 26, 1996 Osan LLJ 00 SW 13 2.1
July 27, 1996 Osan 12 W 12 1.1
July 26, 1998 Pohang LLJ 00 SW 28 1.9
August 12, 1998 Pohang LLJ 00 WNW 13 5.0
July 1. 1999 Jeju LLJ 00 S 22 1.0
September 10, 1999 Gwangju LLJ 00 SW 22 1.0
October 11. 1999 Gwangju 00 W 10 10.0
July 22, 2000 Pohang LLJ 00 W 23 4.1
July 23, 2000 Gwangju LLJ 00 SW 20 1.6
June 24, 2001 Jeju LLJ 12 SSW 20 0.6
0.6July 15, 2001 Osan LLJ 00 SW 19 3.7
September 9, 2001 Osan 00 ESE 7 0.5
Fig. 34.