Characteristics by the Cloud-to-Ground Lightning Polarity Occurred over South Korea

남한 지역에서 발생한 구름-지면 낙뢰의 극성별 특성

명지수·서명석*

공주대학교 대기과학과, 314-701, 충남 공주시 신관동 182

Characteristics by the Cloud-to-Ground Lightning Polarity Occurred over South Korea

Ji-Su Myoung and Myoung-Seok Suh*

Department of Atmospheric Science, Kongju National University, Kongju 314-701, Korea

Abstract: The statistical characteristics of Cloud-to-Ground (CG) lightning data, observed by the total lightning detection system (TLDS) of KMA during the recent seven years (2002-2008), have been analyzed. Lightning frequency shows a strong interannual, seasonal and diurnal variations without regard to the polarity. The 74% and 0.6% of the total lightning occurred during the summer and winter, respectively. And it has a bimodal diurnal variation with two peaks (dawn: 0500- 0700 LST, mid-afternoon: 1500-1600 LST). The ratio of positive flashes to negative ones also has a strong seasonal variation with the maximum and minimum during winter (62.5%) and summer (7.3%), respectively. Unlike the lightning frequency, the lightning intensity of negative flashes shows a weak interannual, seasonal and diurnal variations. However, the lightning intensity of positive flashes exhibits an inverse seasonal variation to that of lightning frequency, with the minimum and maximum during summer and winter, respectively. The lightning density is greatly higher in the western inland areas and the West/South Sea than in the eastern part and the East Sea. In general, the lightning intensity is stronger in the ocean, especially in the East Sea than in the inland area, regardless of the polarity.

Keywords: lightning, polarity, intensity, interannual variation, seasonal variation

요 약: 이 연구에서는 기상청에서 관측한 최근 7년(2002-2008)간의 낙뢰자료를 이용하여 남한지역에서 발생한 구름-지 면 낙뢰 현상의 극성별 시·공간적 특성을 분석하였다. 낙뢰빈도는 극성에 관계없이 강한 경년변동, 계절변동 및 일 변 동을 보이고 있다. 낙뢰빈도는 여름과 겨울에 각각 최대(74%) 및 최소(0.6%)를 보이고 있다. 또한 계절과 극성에 따라 다르지만 낙뢰는 평균적으로 새벽과 오후에 최대로 발생하는 일 변동을 보이고 있다. 정극성 비율(정극성/부극성)은 여 름에 7.3%로 낮으나 겨울에는 62.5%로 강한 계절 변동을 보이고 있다. 낙뢰강도는 경년 및 일 변동은 거의 보이지 않 고 있으며 낙뢰가 많이 발생하는 여름에 약하고 낙뢰가 적게 발생하는 겨울에 강한 계절 변동을 보이고 있다. 또한 정 극성 낙뢰강도는 강한 계절 변동을 보이는 반면 부극성은 상대적으로 약한 계절 변동을 보이고 있다. 낙뢰밀도는 영동 과 동해 지역보다 서부 내륙 및 서·남해상에서 높게 나타나고 있다. 낙뢰강도의 경우 극성에 관계없이 내륙에서보다 바다, 특히 동해상에서 강하게 나타나고 있다.

주요어: 낙뢰, 극성, 강도, 경년 변동, 계절 변동

서 론

낙뢰란 뇌운 속에서 분리 축전된 음(-)과 양(+) 전 하 사이 또는 뇌운 속의 전하와 지면에 유도되는 전

하 사이에서 발생하는 불꽃방전으로 낙뢰의 약 80%

는 구름 내부 또는 구름 대 구름 사이에서 발생하고 약 20%만이 구름과 지표면 사이에서 발생한다. 활동 적인 뇌운에서는 이 불꽃 방전을 반복하기에 충분한 전하의 분리가 계속 일어나고 있는데, 그 결과 양전 하(+)는 구름 상부에 넓게 분산되어 분포하고, 음전 하(-)는 주로 구름 하부에 분포한다. 이때, 구름속의 음전하가 대지로 방전되어 발생하는 낙뢰를 부극성(-)

(해 설)

*Corresponding author: [email protected]

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낙뢰, 양전하가 대지로 방전되어 발생하는 낙뢰를 정 극성(+)낙뢰라고 한다(Lutgens and Tarbuck, 2007).

낙뢰의 발생 유형 중에서 구름-지면 낙뢰(Cloud-to- Ground Lightning)가 가장 위험하고 그 피해가 크게 나타나는데, 특히 정극성 낙뢰는 구름-지면 낙뢰 중 현저히 적게 발생함에도 불구하고 낙뢰강도가 부극성 낙뢰보다 강하여 더 치명적인 피해를 준다. 이러한 낙뢰 발생으로 인한 피해로는 광범위한 지역 정전, 정보기반시설 가동중단으로 예상되는 교통 혼잡, 국 가 주요정보 손실, 공항 폐쇄 등이 있으며, 피해액은 경제적 가치로 환산할 수 없을 정도로 막대하다. 최 근 정부에서는 이러한 낙뢰피해를 최소화하기 위하여

“자연재해대책법(’09.7.1)”에 낙뢰를 자연재해의 범주 에 포함시켜 적극적으로 대응하고 있으며, 낙뢰 예측 의 필요성도 증대되고 있는 상황이다(기상청, 2010).

이러한 낙뢰 현상을 객관적이고 정량적으로 관측하 기 위하여 기상청은 1987년에 낙뢰 관측 시스템 (Lightning Location Protection, LLP)을 도입하여 낙 뢰의 위치 및 시간, 강도를 관측하였다. 그러나 장비 의 낮은 정확도와 노후화로 인하여 기상청에서는 2001년부터 최첨단 신 낙뢰관측 시스템(Total Lightning Detection System, TLDS)을 도입하여 운영하고 있으 며, 구 장비(LLP)에 비해 낙뢰 관측 효율과 위치 정 확도가 더 높은 것으로 알려져 있다(정은실 외, 2002).

관측 네트워크가 잘 갖추어진 미국에서는 이미 낙 뢰발생에 대한 다양한 통계적 연구가 수행되었다. 낙 뢰 발생이 빈번한 플로리다주를 중심으로 10년(1986- 1995)간 계절별 낙뢰발생 특성에 대해 분석한 결과 지역에 따른 낙뢰빈도의 차이는 다양한 종관적 배경 과 중규모 조건에 의해 결정됨이 밝혀졌다(Hodanish et al., 1997). 또한 Zajac and Rutledge(2001)은 1995- 1999년의 자료를 이용하여 하계 뇌우의 대부분은 부 극성(음전하가 대지로 방전되는) 뇌우임을 보였다.

국내의 경우 강수의 시·공간적인 특성을 이해하고 유사한 특성을 갖는 지역을 구분하는 연구는 꾸준히 이루어졌으나(허창회와 강인식, 1988; 이동규와 박정 균, 1999; 나득균 외, 2005; 홍기옥 외, 2006), 낙뢰 의 발생특성에 대한 연구는 이에 비해 저조하였다.

이종호와 류찬수(2001)가 1997년 1월-1998년 2월까 지 과거 기상청 LLP에서 관측된 자료를 분석하여 공 간적으로는 서해 중부 해상 및 해안을 비롯하여 경 기북부, 강원서부, 황해도 남부에 이르는 지역에 낙 뢰가 자주 발생하고 시간적으로는 새벽 1-2시와 오후

14-15시에 낙뢰 발생 빈도가 높음을 보였다. 우정욱 과 심응보(2003)와 Lim and Lee(2005)는 각각 1996- 2002년, 1996-2000년의 한전 낙뢰 자료를 이용하여 낙뢰 현상을 통계적으로 분석하였다. 이들의 연구에 의하면 낙뢰 현상은 계절적으로는 여름에, 지리적으 로는 한반도 서부지역에서 가장 빈번하게 발생하며 강수현상과는 상관성이 높지 않음을 제시하였다. 또 한 기상청 신 낙뢰관측 시스템에서 관측된 자료를 이용하여 2002년 이후의 최근 낙뢰발생 특성에 대한 분석이 이루어졌다(엄효식과 서명석, 2009).

국·내외에서 수행된 다양한 연구에도 불구하고 낙 뢰의 극성별 발생 특성에 대한 연구는 거의 이루어 진 바 없다. 따라서 본 연구에서는 낙뢰 탐지효율 및 공간분해능이 우수한 기상청 신 낙뢰관측 시스템의 관측 자료를 이용하여 최근 7년(2002-2008)동안 남한 지역에서 발생한 구름-지면 낙뢰 현상에 대하여 시·

공간적 변동 특성을 극성별로 분석하였다. 이러한 연 구는 최근 남한 지역의 낙뢰 발생 특성에 대한 정보 를 축적할 뿐만 아니라, 낙뢰 예측성 향상 및 재해 경감에도 활용될 수 있을 것이다.

자료 및 연구 방법

최근 낙뢰 현상의 극성별 변동특성 분석을 위해 사용된 자료는 기상청에서 2001년 도입 되어 운영 중인 신 낙뢰관측 시스템의 관측 자료이다. 신 낙뢰 관측 시스템은 구름-지면(Cloud-to-Ground; CG) 방전 을 주로 탐지하는 IMProved Accuracy from Combined Technology Electronic Stability Programme(IMPACT ESP)와 구름 내(Cloud-to-Cloud; CC) 방전을 관측하 는 Lightning Detection And Range II(LDAR II)의 두 가지 센서로 구성되어 있으며, 신 낙뢰관측 시스 템의 낙뢰 관측 방법으로는 Time-Of-Arrival(TOA) 방식과 Magnetic Direction Finding(MDF) 방식을 사 용하고 있다. TOA 방식은 낙뢰로부터 발생된 전기 적 신호가 각 센서에 도달하는 시간을 고려하여 위 치를 결정하는 방법으로 정확한 위치를 결정하기 위 해서는 최소 3개의 관측 센서가 필요하고, MDF 방 식은 낙뢰가 발생한 방향을 이용하여 거리를 결정하 는 방법으로 최소 2개의 센서가 필요하다. 구름-지면 방전을 감지하는 IMPACT ESP 센서는 TOA 방식과 MDF 방식을 결합하여 방전의 위치를 결정하고, LDAR II 센서는 TOA 방식으로 방전의 위치를 결정

한다.

자료 기간은 최근 7년(2002-2008)으로 관측센서의 분포와 분석 영역(위도 32-40^oN, 경도 123-131^oE)은 Fig. 1과 같다.

현재 기상청에서 운영 중인 낙뢰센서는 7개의 IMPACT ESP 센서와 17개의 LDAR II 센서로 전국 에 비교적 균일하게 분포하고 있다.

신 낙뢰관측 시스템에서 관측된 낙뢰 자료는 Fig.

2와 같은 형식의 아스키 방식으로 되어 있으며 관측 내용과 저장된 형식은 Table 1과 같다.

연구에 사용된 자료는 낙뢰 자료유형이 G로 표시 되는 구름-지면 낙뢰 자료 중에서 TOA 센서의 특성 상 낙뢰 현상이 관측된 센서의 수(NRS)가 3개 이상 인 자료만을 사용하였으며, 시간적으로는 500 ms 이 내, 공간적으로는 10 km 이내의 낙뢰는 동일 낙뢰로 간주하였다(Lim and Lee, 2005). Cummins et al.

(1998)에 따르면 구름-지면 방전에서 전류의 세기가 10 kA 이하인 정극성 낙뢰는 구름 내 방전일 가능성 이 높으므로 사용된 자료에서 10 kA 이하의 정극성 낙뢰는 제외하였다. 또한 낙뢰의 극성은 수신 자료에 표시된 (-)와 (+)를 이용하였다(Fig. 2). 분석 영역에 서 낙뢰 탐지 효율이 90%로 알려져 있기 때문에(정 은실 외, 2002) 실제 빈도수보다 1.11배의 차이가 나 타날 수 있는데 이는 미국 NLDN의 관측 효율이 70%로 알려져 있어 이를 보정하기 위해 1.4를 곱한 것과 같은 이유이다(Orville, 1991, 1994; Livingston et al., 1996; Hodanish et al., 1997; Orville and Silver, 1997; Huffines and Orville, 1999; Boccippio et al., 2001).

우리나라에서의 극성별 낙뢰발생 특성을 알아보기 위하여 낙뢰발생 빈도(밀도)와 강도의 시·공간 변동 특성을 극성별로 분석하였다. 이때 시·공간 변동 특 성은 주어진 기간과 공간에 대해 평균 또는 중앙값 을 사용하였다. 또한 시간 규모는 경년규모에서 일변 Fig. 1. Distributions of seven IMPACT ESP sensors and

seventeen LDAR II sensors currently operating in South Korea with topography. An inner dashed box is the analysis domain (32-40^oN, 123-131^oE) of this study.

Fig. 2. An example of collected lightning data.

Table 1. Summary of lightning data observed by TLDS.

No. Abbreviation Description Unit

1 Int Intensity with polarity kA (kiloampere)

2 M Maximum multiplicity

3 CE1 Length of the semi-major axis of the confidence ellipse km

4 CE2 Length of the semi-minor axis of the confidence ellipse km

5 CEE Eccentricity of the confidence ellipse

6 CEA Confidence ellipse angle of orientation in degrees from north degree

7 CHI Chi-square value of the stroke

8 NTS Number of reporting sensors

9 T Type of lightning “C” for cloud, “G” for cloud-to-ground

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동 규모까지 분석하였으며 일변동 분석에서는 단기변 동을 완화하기 위하여 5시간 이동평균을 적용하였다.

선행 연구(Huffines and Orville, 1999; Zajac and Rutledge, 2001; Orville et al., 2002)에서는 실제 종 관관측에서 천둥소리를 듣고 낙뢰를 관측할 수 있는 범위가 20 km(Reap and Orville, 1990) 이내임을 고 려하여 0.2^o 간격의 격자가 선택되었으나, 본 연구에 서는 25 km를 기준으로 하는 0.25^o×0.25^o 격자 간격 으로 총 625개(동서 방향 25개×남북 방향 25개)의 격자에 대하여 분석하였다. 낙뢰빈도는 매 격자에서 관측된 총 낙뢰수를 격자의 면적으로 나누어 연간 단위 면적당의 계절별 낙뢰밀도(km⁻² 3mon⁻¹)로 분석 을 하였으며, 낙뢰강도는 발생빈도가 정규분포를 보 이지 않아 평균대신 중앙값을 사용하였고 극성별 분 석을 포함하였다.

연구 결과

낙뢰 발생의 시간 변동

Fig. 3은 최근 7년 동안(2002-2008) 전체 분석영역 에서의 연도별 낙뢰빈도를 나타낸 것이다. 낙뢰빈도 (정극성, 부극성 모두)는 극성과 계절에 관계없이 경 년 변동이 크게 나타나고 있다. 전체적으로 부극성 낙뢰가 정극성 낙뢰보다 현저히 자주 발생하여 전체 낙뢰의 약 92%를 차지하는데 계절 및 연도에 따라 큰 차이를 보이고 있다. 전체 낙뢰 중 부극성 낙뢰의 비율은 과거 1997년 1월-1998년 2월의 데이터를 분 석한 이종호와 류찬수(2001)의 90%와 미국의 Orville et al.(2002)의 88-89%와 유사한 결과이다. 계절별 부 극성 낙뢰빈도는 여름>가을>봄>겨울 순으로 높게 나 타나고 있고, 정극성은 여름>봄>가을>겨울 순으로 Fig. 3. Interannual variations of seasonal frequencies (bar) with 7-year mean values (black dotted line & gray solid line) of neg- ative and positive flashes according to season. The black solid line represents the ratio of positive to negative flashes for the whole analysis domain from 2002 to 2008.

높게 나타나고 있다(Fig. 3).

낙뢰의 극성별 연평균 빈도 차는 여름(Fig. 3b)에 약 31만 번으로 가장 크고(부극성 낙뢰가 정극성 낙 뢰보다 약 14배 정도 많이 발생) 겨울(Fig. 3d)에 약 1040번으로 가장 작다. 부극성 낙뢰에 대한 정극성 낙뢰의 비율은 연도에 상관없이 겨울>봄>가을>여름 순으로 높게 나타나며, 겨울과 봄의 정극성 비율은 경년 변동이 비교적 크게 나타나는 반면 가을과 여 름에는 작게 나타나고 있다. 또한 낙뢰가 적게 발생 한 해에 정극성 낙뢰의 비율이 높게 나타나고 있다.

정극성 낙뢰빈도는 감소와 증가 현상이 계절과 년도 에 따라 다양하게 나타나고 있지만 부극성 낙뢰빈도 는 가을(Fig. 3c)에 감소하는 현상이 뚜렷하게 나타나 고 있다.

Fig. 4는 최근 7년 동안 전체 분석영역에서의 연도 별 낙뢰강도를 나타낸 것이다. 정극성 낙뢰강도의 경 년 변동은 봄, 가을, 겨울에서 크게 나타나고 있고

부극성에서는 정극성과 비교하여 전 계절 모두 작게 나타나고 있다. 연평균 계절별 낙뢰강도는 여름을 제 외하고 정극성이 부극성보다 약 2배 정도 강하게 나 타나고 있다.

정극성 낙뢰강도는 겨울(Fig. 4d)에 35 kA 내외로 가장 강하고 여름(Fig. 4b)에 20 kA 내외로 가장 약 하다. 또한 연평균 부극성 낙뢰강도는 약 18 kA로 약 하게 나타나고 있으며 계절적으로는 봄(Fig. 4a)에 약 15.7 kA로 더욱 약하게 나타나고 있다. 분석기간이 짧지만 해를 거듭할수록 정극성 낙뢰강도는 증가 경 향을 보이고 있으며 특히 겨울(Fig. 4d)에 가장 뚜렷 하게 나타나고 있다.

몬순기후의 영향으로 월별 낙뢰빈도는 계절 변동이 강하게 나타나고 있으며 7년 평균된 발생 빈도는 8 월에 약 16만 번, 2월에 약 4백 번이다(Fig. 5).

극성에 관계없이 여름(6-8월)에 전체의 약 74%(약 35만 번)로 가장 많은 낙뢰가 발생한 반면 겨울(12-2 Fig. 4. Interannual variation of lightning intensity (kA) (bar) using the median values according to the season and polarity.

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월)에는 약 0.6%(약 3천 번)로 가장 적게 발생하여 계절간의 극심한 차이를 보이고 있다. 이러한 결과는 우정욱과 심응보(2003), Lim and Lee(2005), 엄효식 과 서명석(2009)의 계절 및 월별 변동 패턴과 유사하 나, 과거에 비해 3월의 발생빈도가 상대적으로 증가 한 것을 알 수 있다. 월별 정극성 비율(정극성/부극 성)은 여름에 평균 7.3%로 낮게 나타나고 겨울에 평 균 62.5%로 높게 나타나는데 낙뢰가 가장 적게 발생

한 2월에는 98%로 최대값이 나타나고 있다.

낙뢰강도는 낙뢰빈도와 전혀 다른 계절 변동을 보 이고 있다(Fig. 6). 극성별 낙뢰강도의 계절 변동은 정극성 낙뢰에서 강하게 보이는 반면 부극성 낙뢰에 서는 상대적으로 약하게 보이고 있다. 특히 정극성 낙뢰강도는 낙뢰가 많이 발생하는 여름에 약하고 적 게 발생하는 겨울에 강한 반비례 관계를 보이고 있 다(Fig. 6).

Fig. 5. Monthly variations of the lightning frequency, monthly fraction by polarity and the ratio of positive to negative flashes averaged over the whole analysis domain and analysis period(2002-2008). See the figure for the detailed meaning of bar and line.

Fig. 6. Monthly variations of the median lightning intensity (kA) by polarity. The solid line represents the monthly variation of total lightning intensity. See the figure for the detailed meaning of bar and line.

부극성 낙뢰강도는 봄과 가을에 약하고 여름과 겨 울에 강하게 나타나는데 특히 4월, 10월 그리고 11월 에 약 15 kA 이하로 매우 약하게 나타나고 있다. 이 에 비해 정극성 낙뢰강도는 여름에 약하고 겨울에 매우 강하게 나타나는데 8월에 약 16.8 kA로 가장 약하고 12월에 약 39.8 kA로 가장 강하게 나타나고 있다. 이러한 여름의 정극성 낙뢰강도(19.7 kA)는 Kuk et al.(2010)의 18.2 kA 결과와 유사한 것을 알 수 있다. 극성별 낙뢰강도의 계절 변화가 상이하게 나타난 것은 하전 강도, 운저고도, 대기 중 수증기량 등에 복합적인 영향을 받는 것으로 추정된다.

Fig. 7은 낙뢰빈도의 일변동 패턴을 나타낸 것으로 짧은 주기의 불규칙한 변동을 완화하기 위하여 5시 간 이동평균을 취하였다. 낙뢰빈도의 극성별 일 변동

은 정극성 낙뢰(Fig. 7a)에서보다 부극성 낙뢰(Fig.

7b)에서 더 크게 나타난다.

정극성 낙뢰는 여름을 제외하고 낮(10-14시)에 가 장 적게 발생하고 야간(22-2시)에 가장 많이 발생하 는 일변동 패턴을 보이는 반면 여름에는 새벽(3-4시) 에 최대(약 5.3%)로 발생하고 저녁(19-21시)에 최소 (약 2.9%)로 발생한다. 이러한 여름의 일변동 결과는 정지현과 서명석(2005)의 집중호우 강도의 일 변동과 유사하며 강수강도가 강할 때 낙뢰빈도도 높음을 제 시한다. 부극성 낙뢰빈도의 일 변동은 겨울을 제외하 고 새벽과 오후에 최대가 발생하고, 오전과 밤 12시 전 후에 최소가 발생하는 이봉형의 패턴을 보이고 있다. 낙뢰 발생의 이봉형 일 변동은 과거 Lim and Lee(2005)의 결과와 비교했을 때 새벽 시간의 낙뢰 Fig. 7. Diurnal variations of 7-year averaged lightning frequencies according to the season and polarity.

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비율이 증가했으며, 과거 30년간(1973-2002)의 집중 호우 기간 중에 이봉형 일 강수의 양상과 일치함을 알 수 있다(정지현과 서명석, 2005). 각 계절 마다 이 봉형의 패턴에 차이가 나타나는데 가장 뚜렷한 일 변동을 보이는 여름에는 봄과 가을보다 짧은 주기를 보이며 낮 동안의 낙뢰발생 비율이 전 계절 중 가장 크게 나타나고 있다. 반면 겨울에는 야간에 최대가 나타나고 낮에 최소가 한 번 나타나는 일변동 패턴 을 보이고 있다. 겨울의 낙뢰발생 비율은 낮(12-14시) 에 1.6%로 가장 낮고 저녁에서 새벽사이에 6.67%로 가장 높게 나타나 전 계절 중 변동 폭이 가장 크게 (약 4배) 나타나고 있다.

Fig. 8은 낙뢰강도의 일 변동을 나타낸 것으로 Fig.

7에서와 같이 5시간 이동평균을 취하였다. 낙뢰강도

의 일 변동은 빈도와 다르게 극성 및 계절에 관계없 이 약하게 나타나고 있다.

정극성 낙뢰강도는 겨울>봄>가을>여름 순으로 여 름에 약 17-20 kA로 가장 약하고 겨울에는 약 32-40 kA로 가장 강하게 나타나고 있다. 부극성 낙뢰강도는 여름을 제외하고 계절 변동과 일변동 모두 약하게 나타나지만 여름에는 새벽에 최대가 발생하는 일 변 동을 보이고 있다. 겨울에 정극성 낙뢰강도는 약 40 kA로 오후(16시)에 가장 강하고 부극성은 약 20 kA 로 밤(22시)에 가장 강하게 나타나고 있다.

낙뢰 발생의 공간 분포

Fig. 9는 최근 7년(2002-2008)동안 발생한 계절별 낙뢰밀도를 나타낸 것이다. 낙뢰밀도는 내륙에서 작 Fig. 8. Same as Fig. 7 except for the median lightning intensity (kA).

Fig. 9. Spatial distributions of 7-year averaged lightning density (10⁻² km⁻² 3mon⁻¹) over South Korea according to the polarity and season.

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Fig. 10. Same as Fig. 9 except for the median lightning intensity (kA).

고 바다에서는 큰 공간분포를 보이며 계절적으로는 극성에 관계없이 여름에 크게 나타나고 겨울에 작게 나타나고 있다. 평균적으로 내륙에서는 한반도 서남 부 지역 그리고 충청 및 호남지역에서 크게 나타나 고, 바다에서는 서해와 남해에서 크고 동해에서 작게 나타나고 있다.

정극성 낙뢰밀도는 봄에 충청 호남 지역과 황해도 그리고 남해안에서 0.4-0.6×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹로 나타 나고 있다. 여름에는 서부 내륙 지역과 서해상의 넓 은 지역에 걸쳐서 1.4-3.6×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹로 가장 크 게 나타나는 반면 영동 및 동해안 지역은 0.5×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹ 이하로 매우 작게 나타나고 있다. 또한 겨울에는 남해상과 남서해안에서 0.2×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹ 로 밀도가 크게 나타나지만 봄, 여름, 가을에 비해 매우 작은 값이다. 부극성 낙뢰밀도는 여름에 내륙지 역과 서해 남해 지역에서 24×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹ 이상 으로 매우 크게 나타나는 반면 동해안 지역으로 갈 수록 감소하여 8×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹ 이하로 작게 나 타나고 있다. 봄과 가을의 부극성 낙뢰밀도는 여름과 전체적인 분포가 유사하지만 크기는 여름보다 작게 나타나고 있다. 봄에는 주로 충청 지역을 중심으로 강한 밴드 형태가 나타나고 있는 반면 가을에는 충 남지역 및 인접 서해안과 남해상에서 6-10×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹로 크게 나타나고 있다. 또한 겨울의 부극성 낙뢰밀도는 황해도 남쪽 해상에서 1×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹로 가장 크게 나타나고 남해상에서는 0.4×10⁻² km⁻² 3mon⁻¹로 정극성 밀도보다 크게 나타나고 있다.

Fig. 10은 극성에 따른 낙뢰강도를 중앙값을 사용 하여 나타낸 분포이다. 낙뢰강도는 육지보다 바다에 서 주로 강하게 나타나지만 극성별 차이를 보이고 있다.

정극성 낙뢰강도는 내륙에서 약 24 kA 이상으로 강하게 나타나는 반면 부극성에서는 약 16 kA 이하 로 약하게 나타나고 있다. 정극성 낙뢰는 여름을 제 외하고 내륙과 바다의 낙뢰강도 차이가 작은 반면 부극성은 전체적으로 내륙에서 약하고 동해 등 바다 에서 강하게 나타나고 있다. 정극성 낙뢰강도는 계절 에 관계없이 낙뢰밀도가 작은 동해에서 약 35 kA 이 상으로 강하게 나타나고 있으며 겨울에는 특히 남해 에서 약 40 kA로 강하게 나타나고 있다. 바다에서의 낙뢰강도가 상대적으로 강한 것은 해수면이 편평하기 때문에 구름과 해수면사이의 거리가 멀어 방전이 일 어나기 위해서는 전위차가 커야 하기 때문으로 추정

된다. 또한 내륙지역에서 낙뢰밀도는 높으나 강도가 약한 반비례 관계가 나타난 것은 우리나라의 높은 산맥들과 돌출된 지형 등에 의해 대전되기가 용이하 고 구름하부와 지형사이의 거리가 짧아져 상대적으로 약한 전위차에서도 구름-대지 방전이 발생하기 때문 으로 추정된다.

토의 및 결론

본 연구에서는 기상청에서 관측한 최근 7년(2002- 2008)간의 낙뢰자료를 이용하여 남한지역에서 발생한 구름-지면 낙뢰 현상의 극성별 특징을 시·공간적으로 분석하였다.

낙뢰의 극성별 발생 빈도는 부극성 낙뢰가 정극성 낙뢰보다 현저히 자주 발생하여 전체 낙뢰의 평균 92%를 차지하는데 계절 및 연도에 따라 큰 차이를 보이고 있다. 7년 평균된 월별 발생빈도는 8월에 약 16만 번으로 가장 많이 나타나고, 2월에 약 4백 번으 로 가장 적게 나타나고 있다. 계절적으로는 여름(6-8 월)에 약 74%(약 35만 번)로 많은 낙뢰가 발생한 반 면 겨울(12-2월)에는 약 0.6%(약 3천 번) 발생하여 계절 변동이 크게 나타남을 알 수 있다. 정극성 비율 (정극성/부극성)은 여름에 평균 7.3%로 낮게 나타나 며 겨울에는 평균 62.5%로 높게 나타나고 있는데 특 히 낙뢰가 가장 적게 발생한 2월에는 정극성의 비율 이 98%로 가장 높게 나타나고 있다.

낙뢰강도는 낙뢰빈도와 전혀 다른 계절 변동을 보 이고 있다. 극성별로는 정극성 낙뢰강도가 강한 계절 변동을 보이는 반면 부극성은 상대적으로 약한 계절 변동을 보이고 있다. 정극성 낙뢰강도는 12, 2월에 강하고 부극성은 8, 9월에 상대적으로 강하게 나타나 고 있다.

낙뢰빈도의 일 변동은 계절과 극성에 따라 다르지 만 평균적으로 새벽(3시, 5-7시)과 오후(15시)에 두 번의 최대를 보인다. 이러한 결과는 엄효식과 서명석 (2009)의 우기에 발생한 낙뢰의 이봉형의 일 변동과 유사한 결과이다. 낙뢰강도의 일 변동은 극성 및 계 절에 관계없이 약하게 나타나고 있다. 정극성과 부극 성 낙뢰강도는 각각 겨울 오후와 여름 오전에 상대 적으로 강하게 나타나고 있다.

낙뢰밀도는 특히 여름에 서해안에서 높게 나타나고 있고 영동 및 동해 지역에는 매우 낮게 나타나고 있 다. 이러한 결과는 엄효식과 서명석(2009)에 의한 결

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과와 일치하지만 여름에 충청 및 호남 일부 지역에 서 정극성 낙뢰가 높게 나타난 결과와는 일치하지 않는다. 이것은 구름 내 방전일 가능성이 있어 분석 자료에서 제외된 10 kA 이하의 정극성 낙뢰와 관련 된 것으로 추정된다.

낙뢰강도는 정극성에서 공간변동이 작게 나타나고 있다. 부극성 낙뢰강도는 충청 및 전북 지역을 중심 으로 내륙에서 16 kA 이하로 약하게 나타나고 있고 동해 등 바다에서는 강하게 나타나고 있다. 특히, 태 백산맥의 동쪽 해안 지역에서 정극성 낙뢰밀도는 낮 으나 강도가 강하게 나타나고 있다. 이것은 동쪽 해 안에서는 낙뢰가 발생하기는 어렵지만 한번 발생하게 되면 강도가 강한 낙뢰가 발생된다는 것으로, 동쪽 해안 지역은 강한 낙뢰의 발생으로 그 피해가 클 것 으로 예상된다.

본 연구에서는 과거 국내의 선행 연구들(이종호와 류찬수, 2001; 우정욱과 심응보, 2003; Lim and Lee, 2005)과 낙뢰빈도 및 계절·일 변동의 결과가 다소간 의 차이가 있었는데, 이는 상이한 데이터의 출처 및 관측 방식, 최근 증가된 관측센서, 기상현상의 경년 변동 및 기후변화 차이 등의 결과로 추정된다. 본 연 구는 최근 7년간의 데이터를 이용하여 남한 지역의 낙뢰 발생 특성 및 극성별 특성에 대해 분석하였으 나, 경년 변동이 크고 분석기간이 짧아 남한지역의 일반적인 낙뢰 특성을 제시하기 위해서는 보다 장기 간의 자료 분석이 필요하다.

사 사

이 연구는 기상청 기상지진기술개발사업(CATER 2009-3114)의 지원으로 수행되었습니다.

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num=216 (검색일: 2010. 5. 5.)

2010년 6월 4일 접수 2010년 7월 7일 수정원고 접수 2010년 7월 20일 채택