한반도를 돌아 일본에서 관측된 황사의 특징 (2010년 5월 22일-5월 25일)
안보영1,2,*· 전영신1
1기상청 국립기상연구소 황사연구과, 156-720, 서울시 동작구 기상청길 45
2조선대학교 대학원 대기과학과, 501-759, 광주광역시 동구 서석동 375
The Characteristics Asian Dust Observed in Japan Deflecting the Korean Peninsula
(2010. 5. 22.-5. 25.)
BoYoung Ahn1,2,* and Youngsin Chun1
1Asian Dust Research Laboratory, National Institute of Meteorological Research, Korea Meteorological Administration, Seoul 156-720, Korea
2Department of Atmospheric Sciences, Graduate School of Chosun University, Gwangju 501-759, Korea
Abstract: Asian dust was observed a total of 66 times in the springtime during the period from 2002 to 2010, with 26 cases in March, 23 cases in April and 17 cases in May. This study investigates a Asian dust episode that occurred during the period from 22 to 25 May 2010, based on synoptic weather patterns, wind vector at 850 hPa, relative humidity at 1000 hPa, Jet streams and wind vector at 300 hPa, PM10 concentration in Korea and satellite imagery. In this case, Asian dust originated on 22 May along the rear of a developing low pressure system in Mongolia. The Asian dust was then transported southeastward and bypassed the Korea peninsula from 23 to 24 May, before reaching Japan on 25 May.
Jet streams on 24 May bypassed the Korean peninsula and induced the development of a surface low pressure centered over the peninsula. The resulting air flow was critical to the trajectory of the Asian dust, which likewise bypassed the Korean peninsula. 72-hour backward trajectory data reveal that the Shandong Peninsula and the East China Sea were the points of origin for the air flows that swept through the Japanese sites where Asian dust was observable to the naked eay.
The Asian dust pathway is ascertained by horizontal distribution of the Asian dust of RGB imagery from MODIS satellites which captured the Asian dust moving over the Shandong Peninsula, the East China Sea, and northwest of the Kyushu region in Japan. Since the synoptic pattern and the transport way of the Asian dust case are far from typical ones, which Asian dust forecasting technique has long been based on, this study can be good example of exceptional Asian dust pattern and it will be used for more accurate Asian dust forecasting.
Keywords: Asian dust, Jet streams, MODIS, low pressure
요 약: 2002년부터 2010년까지 봄에 관측된 황사는 모두 66회였다. 월별로 보면, 3월에 26회, 4월에 23회, 5월에 17회 로 5월의 황사는 3, 4월에 비해 드문 현상이다. 2010년 5월 22일부터 25일까지 동아시아에 나타난 황사는 발원하여 이 동하면서 한반도를 비껴 일본으로 갔다. 이 황사는 22일 몽골 및 중국 북부지역에서 강한 저기압이 발달하면서 그 후 면을 따라 남동진 하였고, 3일 뒤인 25일 일본에서 황사가 관측되었다. 본 연구에서는 사례기간의 종관기상 분석, 기류 의 이동 방향, 위성을 이용한 황사의 수평 분포 등을 분석하였다. 그 결과 남중국해에서 발달한 저기압이 북상하면서 그 중심이 한반도 가장자리에 위치하였기 때문에 중국 내륙으로 내려온 황사는 저기압성 기류를 따라 한반도를 돌아 일본으로 이동한 것으로 분석되었다. 이러한 기류의 흐름은 850 hPa면의 바람벡터와 풍속장 분석 및 1000 hPa면의 상
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대습도 분포에서도 나타났다. 300 hPa 일기도상에서 제트기류는 몽골 서쪽 부근에서 남동진하여 몽골 내륙으로 사행하 였다. 이후 이 기류의 영향으로 지상에서 한반도에 저기압이 발달하였는데 이는 황사가 한반도를 돌아 일본으로 이동한 결정적인 흐름이었다. 72시간의 후방공기궤적 분석결과, 일본에서 맨눈으로 관측된 곳의 기류는 모두 중국 산동반도와 동중국해에서 유입된 것으로 나타났다. 황사의 수평분포 결과, MODIS 위성의 RGB 영상에서 5월 24일에는 중국 산둥 반도와 동중국해, 일본 규슈지역 남서쪽에서 황사가 탐지되었고, 5월 25일에는 동중국해와 일본 남해지역으로 황사가 이동되는 것을 확인할 수 있었다. 지금까지의 황사 연구는 우리나라에 영향을 미치는 황사의 발원지나 황사의 이동 경 로 또는 에어러솔의 특성에 대한 연구가 대부분이지만, 이후 본 연구에서 분석된 사례와 같은 황사가 발생했을 경우 황사예보에 효과적으로 활용될 수 있을 것이다.
주요어: 황사, 제트기류, MODIS, 저기압
서 론
매년 우리나라를 찾아오는 황사는 봄철인 3-5월에 잘 발생한다. 황사의 발원지는 몽골고원, 중국과 몽 골의 국경 부근의 고비사막, 중국 황토고원, 만주 등 으로 알려져 있다. 이들 지역에서는 한랭전선 후면 한기역에서 강한 바람에 의해 먼지 보라가 발생하며 (정관영과 박순웅, 1995), 지면의 미세한 토사가 상승 기류에 의해 다량 상층으로 비산(飛散)하다가 침적되 는데, 때로는 흙먼지가 상층 3-6 km에 까지 이르기도 한다(Iwasaka et al., 1987). 황사가 주로 봄에 발생하 는 원인은 식생대가 없는 지표와 수일간 맑은 날이 지속될 경우 지표 부근의 기온이 크게 상승할 때 찬 성질을 띤 기단이 통과하게 되면 대기가 열적으로 불안정하므로 쉽게 황사가 부유할 수 있는 조건이 된다(전영신 외, 2000). 황사 이동에 영향을 미치는 기후인자(풍속, 기압, 상대습도)는 주기적 변동에 따 라서 황사의 발생도 주기적으로 변한다(손혜영과 김 철회, 2009). 이렇듯 황사는 자연적으로 발생되는 현 상으로서 한번 발생되면 수백, 수천 킬로미터의 중·
장거리로 이동하여 시정 등 풍하측의 대기 환경에 큰 영향을 주기도 한다(Chung, 1986).
황사발생과 종관기상장의 관계에서 동아시아 지역 의 기압골이 강화되거나 500 hPa 등압면의 순환지수 가 음의 값을 보일 때, 중국과 몽골지역에서는 공기 의 아노말리 값이 더 따뜻한 지수를 보였고, 열대태 평양 지역에서는 더 차가운 지수를 나타냈으며 이럴 경우 황사의 발생빈도는 많다(Yoshino, 2002). 특히 한반도와 거리가 가장 가까운 발원지 인 만주의 경 우 황사가 발원될 때에는 고기압이 한반도 서쪽에 자리 잡고 동해에 저기압이 놓여 만주와 한반도 상 공에 강한 기압경도력이 형성되면서 지상에 강한 바 람이 불고, 이때 발원한 황사가 북풍 계열의 바람에
의해 우리나라로 수송된다(전영신 외, 2003). 그리고 700 hPa 등압면과 850 hPa 등압면에서 우리나라 북 부에 기압골이 위치 할 경우 한반도에 황사가 관측 되지만, 특히 850 hPa 등압면에서 한반도 근처 기류 의 방향이 남풍 및 북풍계열일 경우 중국에서 발생 한 황사는 한반도로 이동하기 어렵다(전종갑 외, 1999).
한편, 봄철 황사의 장거리 이동과 관련하여 동아시 아에서 발생하는 황사는 3월에 황하 및 타클라마칸 사막에서 주로 발생하며, 4월에는 강풍일수 증가로 인해 황사가 급격히 증가하고 특히 몽골에서 많은 황사가 나타나며, 5월에는 몽골과 중국 중동부, 황하 그리고 타클라마칸 사막에서 황사 발생이 많다(Kenji et al., 1998). 1999년부터 2003년간 중국 북부지방과 몽골지역에서 봄철 황사 발생의 지역적 차이 분석에 서 이 지역을 6개의 지역으로 나누고 분석한 결과 서쪽 타림분지, 동쪽 타림분지와 하서주랑, 황토고원 지역에서는 강풍의 발생 빈도는 높고 황사발생의 횟 수는 적었으며 대체로 고기압의 영향으로 황사가 발 생했다. 그리고 내몽골에서 몽골 남쪽까지, 만주 평 야 남쪽 부근에서는 강풍의 발생 빈도는 낮고 황사 발생 횟수는 많았으며 고기압 및 강한 회오리바람 사이에서 황사가 발생한다고 했다(Yoshino et al., 2007). 또한 발원지에서 발생한 모래폭풍이 중국의 대도시와 산업지대를 거치지 않고 한국으로 직접 이 동할 경우, 먼지침전에 따른 PM2.5 농도는 PM10 농 도의 20% 이하 였고, 모래폭풍이 중국 동부의 산업 지역을 거쳐 한국으로 이동할 경우 인위적 대기오염 물질이 함께 유입되어 PM2.5 농도가 증가하여 PM10 농도의 25% 이상을 나타내었다(김학성과 정용 승, 2009).
2010년 봄철 한반도에 영향을 준 총 10회의 황사 사례는 3, 4, 5월에 각각 5, 3, 2회의 황사가 관측되
었는데, 3월은 5회의 사례 중 4회, 4월은 3회의 사례 중 2회가 한반도를 거쳐 일본에 영향을 미쳤다. 그러 나 5월의 2회 사례는 한반도에만 황사가 관측되었고 일본에서는 황사의 관측이 없었다. 이와는 대조적으 로, 2010년 5월 22일에 몽골 및 중국 북부 지역에서 강한 저기압이 발달하면서 발생한 황사 사례가 있었 는데, 발달한 저기압 후면의 기류가 한반도로 유입되 기 쉬운 기류를 형성하여 발원된 황사가 한반도로 유입되기 좋은 사례였다. 그러나 이 황사는 한반도에 서 관측되지 않았으며 3일 뒤인 25일 일본에서 황사 가 관측되었다. 이 사례와 유사한 황사 사례로 1982 년 5월 6일 일본 나가사키 해양기상대에서 관측된 사례가 있는데, 당시 고비사막에서 발원한 황사가 저 기압 후면을 따라 중국 내륙으로 이동되는 패턴은 일치하였으나, 1982년 5월 6일 사례의 경우 저기압 기류에 의해 일본으로 이동하였고 이후 저기압이 동 진하면서 한반도에 관측된(Tanaka et al., 1989) 반면, 2010년 5월 22에 발생한 사례는 황사가 발원하여 중 국내륙으로 이동하기까지 Tanaka et al.(1989)의 연구 와 매우 비슷하였으나 한반도에서는 황사의 관측이 없었다. 따라서, 본 연구에서는 사례 기간의 이러한 이례적인 이동경로 및 종관기상의 특성을 분석하여 핵심적인 특징의 차이를 구분한 후 이와 유사한 황 사가 발생했을 경우 황사의 예보 정확도 향상에 도 움을 주고자 한다.
자료 및 분석방법
2010년 5월 22일부터 5월 25일까지 종관기상을 분
석하기 위해, 기상청에서 3시간 단위로 제공되는 황 사 일기도를 사용하였다. 이 일기도는 몽골과 중국, 일본의 기상관측소에서 관측한 전지구통신체계(GTS;
Global Telecommunication System) 기상전문 중 황 사일 경우 노란색으로 관측지점을 표시하였다. 또한, 본 사례에서 황사가 발원된 몽골 지역과 중국 북부 지역에서 관측된 미세먼지 농도의 강도를 알기위해 미세먼지(PM10) 농도 관측자료를 보였다. 더불어 우 리나라의 미세먼지 농도 관측자료도 보였다.
황사 발원의 기상조건과 기압계 이동과 발달에 대 한 분석을 위해 850, 500, 300 hPa 고도의 일 평균 자료(지오포텐샬 고도, 온도장, 상대습도, 바람장, 풍 속)를 분석하였고, 상대습도의 경우 1000 hPa 고도의 Fig. 1. Asian dust Frequency in Springtime during the
period from 2002 to 2010.
Fig. 2. Asian dust observations on (a) 19-21, March, 2010, (b) 5-9, April, 2006, (c) 26-31, May, 2008.
자료를 사용하였다. 여기에 사용된 자료는 2.5o×2.5o 격자 간격의 NCEP/NCAR(National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research) 재분석 자료이다. 황사발원지 의 저기압 발달과 관련 있는 Jet 기류의 분석을 위해 300 hPa 일기도를 이용하였다. 일본에서 관측된 황사 의 이동경로를 조사하기 위해 미국 해양기상청
(NOAA) Air Resources Laboratory의 HYSPLIT4 (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory4) 모델을 활용하였다.
Fig. 3. Asian dust observations from 22 to 25 May, 2010.
Table 1. Asian dust observed time in Mongolia in SYNOP reports
Date Time
(UTC) Stations Lat.
(oN) Lon.
(oE)
Visibility (km)
22 May
2010 06
Hovd 48.0 91.5 20
Hutag 49.3 102.6 20
Uliastai 47.7 96.8 10
Altai 46.4 96.2 10
Tsetserleg 47.4 101.4 10
Hujirt 46.9 102.7 20
Bayanhongor 46.1 100.6 10 Arvaiheer 46.2 102.7 10 Ulaanbaatar 47.9 106.8 10
Maanti 47.2 107.4 20
Choir 46.4 108.2 ≥50≥
Saikha-Ovoo 45.4 103.9 10 Tsogt-Ovoo 44.4 105.3 10 Zamyn-Uud 43.7 111.9 20 Dalanzadgad 43.5 104.4 20
Fig. 4. Synoptic weather chart at surface from 22 to 25 May, 2010.
또한 지상 관측소에서 제공하지 못하는 황사의 수 평분포를 파악하기 위해 NASA (National Aeronautics and Space Administration)의 Terra와 Aqua 위성에 탑재된 MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectro- radiometer)의 RGB 합성 영상을 통해 한반도 주변 지역을 살펴보았다. MODIS 센서의 관측자료를 이용 한 칼라합성영상은 가시파장 3개 채널, CH1 (0.62- 0.67µm (Red)), CH4 (0.545-0.565 µm (Green)), CH3 (0.459-0.479µm (Blue))을 이용하여 산출한다. RGB
합성영상에 사용되는 채널의 수평해상도가 500 m 정 도로서 다른 위성자료에 비해 해상도가 높고, 황사 가능역의 식별이 용이하다(기상청, 2007).
분석 및 결과
5월의 황사 관측 현황
한반도에 나타나는 황사는 주로 봄철(3-5월)이다.
최근 들어 가을철과 겨울철에도 빈번이 관측되고 있 으나 본 연구의 사례기간과 연관성을 알아보기 위해 봄철 황사의 현황을 알아보았다. 1904년 근대기상관 측이 시작된 이래, 한반도에서 봄에 처음으로 관측된 황사는 1950년 3월 13일 추풍령에서였다. 그리고 5 월에 관측된 최초의 황사는 1954년 5월 7일과 16일 에 각각 포항과 서울에서 관측되었다. 기상청에서 황 Fig. 5. Variation of PM10 concentration in China on 22-23 May, 2010.
Fig. 6. Variation of PM10 concentration in Korea on 23-24 May, 2010.
Table 2. Asian dust occurrence time in Japan in SYNOP reports
Date Time
(UTC) Stations Lat.
(oN) Lon.
(oE)
Visibility (km)
24 May 2010
06
Kagoshima 31.5 130.5 5
Miyazaki 31.9 131.4 8
Naze 28.3 129.5 8
09
Kumamoto 32.8 130.7 8
Kagoshima 31.5 130.5 5
Naze 28.3 129.5 8
12
Kumamoto 32.8 130.7 8
Kagoshima 31.5 130.5 5
Miyazaki 31.9 131.4 8
Naze 28.3 129.5 8
25 May 2010
18
Kagoshima 31.5 130.5 5
Miyazaki 31.9 131.4 6
Naze 28.3 129.5 9
21
Kagoshima 31.5 130.5 8
Miyazaki 31.9 131.4 7
Naze 28.3 129.5 9
00
Kyoto 35.0 135.7 8
Miyazaki 31.9 131.4 7
Matsuyama 33.8 132.7 8
Naze 28.3 129.5 9
03
Osaka 34.6 135.5 8
Miyazaki 31.9 131.4 7
Naze 28.3 129.5 9
06
Shizuoka 34.9 138.3 7
Kyoto 35.0 135.7 9
Hikone 35.2 136.2 8
Wakayama 34.2 135.1 8
Tokushima 34.0 134.5 6
Naze 28.3 129.5 7
Naha 26.2 127.6 9
09 Naze 28.3 129.5 9
Naha 26.2 127.6 9
12
Dokyo 35.6 139.7 5
Dokushima 34.0 134.5 8
Naha 26.2 127.6 8
사특보제가 시행된 2002년부터 2010년까지 봄철(3-5 월)에 관측된 황사는 모두 66회였으며, 3월에 관측된 황사는 26회, 4월에 관측된 황사는 23회, 5월에 관측 된 황사는 17회였다(Fig. 1). 지난 8년간 3월에 관측 된 최고 농도는 2010년 3월 20일부터 21일까지 흑산 도에서 관측된 2,712 µg/m3이다. 이 농도값은 2005년 기상청 계기관측 이후 최고농도를 나타냈으며 2007 년 4월 2일 이후 전국적으로 황사 경보가 발표된 이 례적 사례였다(Fig. 2a). 또한, 4월에 관측된 최고농 도는 2006년 4월 8일 백령도에서 관측된 2,371 µg/
m3이며(Fig. 2b), 5월에 관측된 최고농도는 2008년 5 월 29일 관악산에서 관측된 황사는 1,029 µg/m3였다 (Fig. 2c). 5월에 관측된 황사가 3월과 4월에 비해 빈 도와 농도가 상대적으로 낮은 이유는 봄철은 대륙성 기단이 해양성 기단으로 바뀌는 변환기의 성격을 보 이기 때문이다. 3월의 경우 대륙성 고기압과 캄차카 반도 근처의 저기압이 우리나라 근처에서 균형을 이 루고 4월은 대륙성 고기압의 세력은 상대적으로 약
해지며 북태평양 고기압이 일본 동쪽 해상까지 세력 을 확장하고 5월은 대륙성 고기압이 현저하게 약화 되고 북태평양 고기압의 세력이 강화된다(이동규와 김영아, 1997).
사례분석
종관기상장 분석: 2010년 5월 22일부터 5월 25일 동안의 황사가 이동한 경로의 추정은 Fig. 3에서 볼 수 있다. 지도에 표시한 붉은 점은 이 기간 동안 맨 눈으로 황사를 관측한 관측소의 위치이다. 몽골에서 발생한 황사는 고비사막과 황토고원으로 이동하였으 나 한반도는 황사의 관측이 없으며 일본남부 및 내 륙으로 이동하였다. 황사 지상일기도에서는 22일 15 KST에 몽골에서 기압경도가 강화됨에 따라 강풍으로 인해 황사가 발원하였다(Fig. 4a). 몽골지역에서 맨눈 으로 관측된 지점의 GTS 코드는 Table 1에 정리하였 다. 발원된 황사는 몽골 내륙에 위치한 저기압 후면 의 대륙고기압이 점차 확장됨에 따라 23일 09 KST Fig. 7. Analyses of 850 hPa composited geopotential height (m) (dash line) and temperature (k) (color line) at (a) 22, (b) 23, (c) 24, (d) 25 May, 2010.
에는 고비사막과 내몽골로 이동하였다(Fig. 4b). 황사 의 발원 강도를 22일과 23일 중국내륙에서 관측된 PM10 농도의 시간평균값으로 나타내었다(Fig. 5). 22 일 쥬리허, 우라터중치, 둥성, 통랴오의 PM10 농도는 500µg/m3를 넘지 않았으나 23일에 12 KST에 우라 터중치의 PM10 농도가 1,300 µg/m3까지 증가하였으 며 17 KST 에는 쥬리허에서 2,400 µg/m3 이상으로 농도가 증가하였다. 이 황사는 24일 18 KST에 일본 규슈(Kyushu)지역에서 처음 나타났고(Fig. 4c), 25일 15 KST 에는 일본 내륙지역까지 이동하였다(Fig.
4d). 24일부터 25일까지 일본에서 맨눈으로 관측된 황사 지역은 Table 2에 표시하였다. 황사가 관측되는 동안 시정은 5-9 km로 나타났다. 한반도의 지상 관 측소에서 관측되지 않은 23일과 24일 주요 6개 지점 (백령도, 서울, 흑산도, 진도, 격렬비도, 고산)에 대한 PM10 농도의 시간평균값을 알아보았다(Fig. 6). 23일 에는 백령도의 PM10 농도가 90 µg/m3였으나 점차 그 농도값은 떨어졌으며 12 KST 이후에는 6개 지점
모두 30 µg/m3 이하였다. 24일에는 12 KST 이전에 30µg/m3 이하였으나 이후 서울, 백령도, 고산, 흑산 도에서는 60 µg/m3 이상이었다.
해발고도가 1,000 m 이상의 고원지대인 황사의 발 원지에서 혼합층이 2-3 km 성장한다면 황사는 해발 고도 3.2-4.2 km까지 고루 분포할 수 있다(정관영과 박순응, 1995). 이와 관련하여 기압골의 이동과 발달, 그 후면의 강풍대의 이동, 대륙고기압의 이동에 중점 을 두고 살펴보기 위해 지오포텐샬 고도와 온도장의 합성도를 분석하였다. 황사가 발원한 22일 850 hPa 면에서 합성한 지오포텐샬 고도와 온도장의 공간분포 에서는 기압경도와 온도경도의 교차로 인한 경압성이 큰 지역이 경도 80oE-110oE 위도 40oN-55oN에 있었 고 이 지역에서의 경압불안정으로 황사가 발원하였을 것으로 사료된다(Fig. 7a). 황사 발원지의 1.5 km 상 공(대략 850 hPa 등압면)에서는 등압선과 등온선이 서로 교차하여 경압 불안정을 유발하며 이것은 황사 발원지에서 황사가 공중으로 부유할 수 있는 좋은 Fig. 8. Analyses of 850 hPa composited Wind Vector (arrow) and Wind speed (m/s) (color) at (a) 22, (b) 23, (c) 24, (d) 25 May, 2010.
조건을 제공한다고 했다(Chun et al., 2001). 또한 22 일에는 한반도 서해부근에 중심을 둔 강한 저기압이 발달하였다. 23일에는 바이칼호 부근에 중심을 둔 저 기압은 북동진하면서 점차 약해졌고, 그 후면에서는 찬 대륙고기압이 발달하였다. 그리고 남중국해의 저 기압은 북상하며 발달하여 그 중심이 한반도에 위치 하였다(Fig. 7b). 24일 몽골지역에서 발달한 찬 대륙 고기압이 점차 남동진하며 확장하였다. 이 때 황사는 발달된 대륙고기압의 기류에 의해 중국 북부지방과 황토고원까지 이동되었을 것으로 보인다(Fig. 7c). 그 러나 이 황사는 25일 한반도 주변에 위치한 저기압
에 의해 한반도를 돌아 동중국해와 일본남부지역(필 리핀해)으로 이동하였다(Fig. 7d).
850 hPa 면에서의 바람벡터와 풍속의 합성장에서는 22일 황사가 발원한 몽골 내륙지역에 6-8 m/s의 풍속 을 보였고 몽골 동쪽 지역에서는 16 m/s의 강한 풍속 을 나타내 었다. 이 강한 바람이 저기압 후면의 찬 공기역에 흙먼지를 공중으로 부유시켰을 것으로 보인 다. 이렇게 발원한 황사는 중국 화남지방지를 한반도 중부지역까지 형성된 남서기류를 따라 점차 이동하였 다(Fig. 8a). 23일에는 몽골 내륙의 바람은 8 m/s 이 하로 약해졌고 한반도 주변에는 저기압성 기류가 점 Fig. 9. Analyses of relative humidity (%) at (a) 1000 hPa, (b) 850 hPa, 22 May, 2010.
차 발달하였다(Fig. 8b). 중국 북부로 내려온 황사는 이러한 기류에 따라 북서풍을 타고 점차 남하하였을 것이다. 24일 한반도 주변에서 저기압성 기류가 점차 강화되면서 그 주변의 풍속은 14 m/s 이상을 나타내 었다(Fig. 8c). 이러한 기류는 25일까지 지속되어(Fig.
8d) 황사는 한반도를 돌아 일본으로 유입된 것으로 보인다.
황사의 발원지는 연 강수량이 200 mm 이하의 건조 지역에서 발원되기 때문에 발원지에 대한 건조한 상 태를 알아보았다. 1000 hPa 면의 상대습도 분포를 보 면 황사가 발원된 22일에 몽골 동쪽과 내몽골 지역에 서 10% 이하의 낮은 상대습도를 나타내어 건조한 지 면 상태를 확인할 수 있었다(Fig. 9a). 또한 황사는 수평뿐만이 아니라 연직으로 분포하여 이동하기 때문 에 850 hPa 면의 대기 상태를 알아보았다(Fig. 9b).
몽골 동쪽과 내몽골 지역에서 지표면과 같은 10% 이 하의 낮은 상대 습도를 나타내고 있어 발원지의 대기 가 지표면 뿐 아니라 연직으로도 상당히 건조하여 황 사가 발원되기 좋은 대기 상태를 나타내었다.
500 hPa 면의 지오포텐샬 고도와 온도장에서는 22 일 바이칼호 서쪽 지역과 몽골의 북쪽지역에 기압골 이 형성되었고 발해만 지역에 저기압이 위치하였다 (Fig. 10a). 기압골은 점차 바이칼 호에 중심이 위치 하게 되어 23일 찬 한랭기류가 확장함에 따라 남동 진하였고 발해만에 위치한 저기압은 점차 강화되었다 (Fig. 10b). 24일과 25일에는 한반도에 중심을 둔 저 기압이 발달하였다(Fig. 10c, 10d).
황사의 발원은 지상 저기압의 상승기류와 밀접한 관련이 있고 지상 저기압은 상층 Jet 기류와 불가분 의 관계가 있으며 특히, 한대 전선 상에서 발달하는 저기압의 상층에는 항상 Jet 기류가 지나고 있다(정 병옥 외, 2006). 300 hPa 일기도에서 22일 09 KST에 몽골 북쪽지역인 바이칼호에서 Jet 기류가 사행하고 있으며 몽골 서쪽 부근의 제트기류는 남동진하였다.
이 Jet 기류는 Fig. 4a에 황사발원지의 지상저기압을 강화하였다(Fig. 11a). 23일 09 KST에서 몽골 서쪽 부근의 제트기류는 몽골 내륙지역을 사행하여 바이칼 호 지역의 기압골을 타고 러시아 남부지역으로 이동 Fig. 10. The same as in Fig. 7 but for 500 hPa.
하였고 산둥반도 지역에서 상층 기압골이 발달하면서 화중지방에서 유입되는 Jet 기류는 한반도로 사행하 였다(Fig. 11b). 24일 09 KST에는 몽골내륙에서 사 행하던 Jet 기류가 발해만에서 발달한 상층저기압의 기류의 영향으로 중국 산둥반도 지역으로 유입되었 고, 화중지방에서 유입되던 Jet 기류는 대한 해협을 지나 한반도 동해상으로 유입되었다(Fig. 11c). 25일 09 KST에 발해만에서 발달한 상층 저기압이 점차 동진함에 따라 이 상층저기압의 기류에 의해 몽골내 륙에서 유입되던 Jet 기류는 한반도를 돌아 일본 남 부 및 우리나라 동해로 이동하였다(Fig. 11d). 상층 Jet 기류의 이동방향은 Fig. 7-10에서 보였던 종관분 석과 일치했다. Jet 기류가 중요한 이유는 기압계의 주 에너지원이기 때문이다. Jet 기류 입구의 오른쪽, Jet 기류의 출구의 왼쪽에 발산장이 형성되면서 직·
간접적으로 열이 순환되고, 연직운동이 강화된다. 이 러한 에너지 교환은 지상기압계를 발달시키고, 반대 로 지상기압계가 Jet 기류를 강화시키는 상호작용을 한다(홍성길, 1995). 저기압성 바람쉬어는 Jet 기류 북쪽에서 일어난다. 따라서 서해상으로 유입되던 Jet
기류의 영향으로 한반도 가장자리에 있던 지상 저기 압의 기류가 강화되어 몽골내륙에서 발원한 황사는 이 기류에 의해 한반도를 돌아 일본으로 유입된 것 으로 판단된다.
300 hPa 면의 종관일기도에서 나타난 Jet 기류의 방향과 풍속을 알아보기 위해 바람벡터와 풍속을 분 석하였다. 22일 몽골 내륙 서쪽지역에는 35 m/s의 강 한 풍속을 보였다. 이 강풍대는 몽골서쪽 및 만주지 방 일대에 상대적으로 약한 15 m/s 이하의 풍속대가 위치하고 있어 북동풍을 따라 중국 화중지방과 한반 도 및 일본 내륙지역으로 유입되었다(Fig. 12a). 23일 몽골 내륙지역에서의 풍속은 35 m/s 이상의 강한 풍 속을 유지했다. 중국 화북지방 및 만주지방 일대의 풍향은 저기압성 기류를 나타냈고 15 m/s 이하의 풍 속을 나타냈다. 한랭 건조한 기류가 점차 발달함에 따라 강풍대는 저기압성 기류를 타고 점차 남동진하 여 중국 화북 및 화중 지방으로 사행하며 남중국해 와 한반도를 거쳐 중국 동해안까지 이동하였다. 특히, 동중국해 및 한반도 남해안 지역과 일본 혼슈 동쪽 해상에서는 40 m/s의 강한 풍속대를 나타냈다(Fig.
Fig. 11. Synoptic weather chart at 300 hPa from 22 to 25 May, 2010.
12b). 24일 몽골 내륙지역의 강풍대는 다소 약화되어 35 m/s 이하의 풍속대를 나타내고 있으며 몽골 서쪽 지역과 접경인 중국 화북지방과 만주 일대의 저기압 성 기류가 점차 남동진함에 따라 몽골 내륙지역에서 부터 사행하며 이동하는 풍속은 한반도 서해안과 남 부내륙지역으로 이동하였다. 그리고 일본 규슈 (Kyushu), 시코쿠(Shikoku) 및 혼슈(Honshu) 남서부 내륙 지역에 50 m/s 이상의 강풍대가 나타났다(Fig.
12c). 25일 중국 화북지방과 만주 일대의 저기압성 기류는 점차 확장되며 동진하였으며 몽골 내륙지역의 기류는 점차 약화되어 25 m/s 이하로 나타났으며 한 반도 서해상에서 35 m/s 이상의 강풍대가 형성되었다.
또한 일본 혼슈 내륙과 동해안 지역에서는 45 m/s의 강한 강풍대를 나타냈다(Fig. 12d). 300 hPa면에서 나 타난 바람벡터와 풍속은 Fig. 10에서 나타난 Jet 기 류의 방향과 일치했다.
후방공기궤적 분석:황사가 일본에서 맨눈으로 가장 많이 관측되었던 2010년 5월 25일 15 KST(Table 2)
에 500, 1,000, 1,500 m 고도에 있는 공기궤의 72시 간 동안 이동해온 경로를 조사하였다. 이를 위해 미 국 해양기상청(NOAA) Air Resources Laboratory의 HYSPLIT4 모델을 활용하여 후방공기궤적선에 대한 분석은 Fig. 13에 제시하였다. 이 모델은 같은 공기 의 실제 이동경로를 계산하여 갈 수 있는 물질면인 등온위면을 따라서 원하는 시각에 원하는 지점의 공 기가 지나온 경로와 시간을 거슬러 가면서 역추적하 는 방식을 이용하여 분석한다(윤순창과 박경선, 1991). 25일 규슈(Kyushu)지방 남서쪽에 위치한 나제 (Naze)와 나하(Naha)에서 관측된 황사는 중국 산동반 도와 동중국해를 거쳐 북서기류가 유입되었음을 알 수 있다(Fig. 13a). 시즈오카(Shizuoka)와 교토(Kyoto) 에서 관측된 황사의 기류는 중국 화중지방을 지나 한반도를 돌아 유입된 것으로 나타났으며(Fig. 13b), 히코네(Hikone), 와카야마(Wakayama), 도쿠시마 (Tokushima)에서 관측된 공기의 기류(Fig. 13c)는 Fig. 13b에서와 비슷한 이동 경로를 보였다. Fig. 13 과 같이 일본에서 관측된 지점에서의 공기 기류에서 Fig. 12. The same as in Fig. 8 but for 300 hPa.
는 앞 절에 설명한 종관 기상장의 분석에서와 같은 공기의 이동 방향을 제시하였다.
위성영상 분석:일본에서 관측된 황사의 수평분포를 알아보기 위해 MODIS 위성의 RGB 영상을 살펴보 Fig. 13. Backward trajectories of air mass at 500 m, 1,000 m and 1,500 m of (a) Naze, Naha, (b) Shizuoka, Kyoto, (c) Hikone, Wakayama, Tokushima at 15 KST 25 May, 2010.
았다. 24일 1409 KST의 영상에서 한반도는 동해상 에 중심을 둔 저기압에 동반된 구름대가 저기압성회 전을 하며 서해상에서 내륙으로 유입되고 있다. 이 저기압성 회전의 기류에 의해 발원된 황사가 중국 산둥반도 부근과 동중국해 지역 그리고 일본 큐슈지 방 남서쪽에 황사(점선)가 유입되는 것을 식별할 수 있었다(Fig. 14a). 25일 1134 KST 영상에서 동해북 부해상에 중심을 둔 저기압이 위치하고 있고 이 저
기압에 동반한 중하층운이 한반도 전역에 영향을 주 고 있다. 따라서 저기압이 점차 동해 북부지역으로 이동함에 따라 저기압성 기류에 의해 발원된 황사(점 선)는 동중국해를 통과하여 일본 남부지역(필리핀해) 으로 이동되는 것을 확인할 수 있었다(Fig. 14b).
MODIS RGB 위성 영상의 분석을 통해 이번 사례의 황사 이동 경로는 850, 300 hPa에서 보인 공기 이동 방향 및 Jet 기류와 일치하였다.
결 론
기상청에서 황사특보제가 시작된 2002년부터 2010 년까지 황사는 3월에 26회, 4월에 23회, 5월에 17회 로 관측되었으며 5월 황사는 전체 기간 중 약 25%
로 그 빈도가 가장 낮았다. 이번 사례는 5월에 발원 된 황사가 한반도를 돌아 일본으로 유입된 경로로 종관기상, 기류의 이동 방향, 위성을 이용한 공간적 분포 등을 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다.
첫째, 황사 일기도에서 22일 몽골에서 한랭한 고기 압이 발달하면서 황사가 발원하였다. 이 황사는 고기 압이 확장함에 따라 중국내륙으로 이동하였으나 한반 도에는 황사가 관측되지 않았고 24일과 25일 일본 내륙에서 황사가 관측되었다. 또한 남중국해에서 발 달한 저기압이 북상하면서 그 중심이 한반도에 위치 하여 중국 내륙으로 내려온 황사는 저기압성 기류를 따라 한반도를 돌아 일본으로 이동하였다. 이러한 기 류의 흐름은 850 hPa 면의 바람벡터와 풍속장 분석 에서도 나타났다.
둘째, 1000 hPa 면의 상대습도 분포에서 황사가 발 원된 몽골 내륙지역에서는 10% 이하의 상대습도를 나타내어 건조한 상태를 확인할 수 있었다.
셋째, 300 hPa 일기도상에서 Jet 기류는 몽골 서쪽 부근에서 남동진하여 몽골 내륙으로 사행하였다. 이 후 이 기류의 영향으로 지상에서 한반도에 저기압이 발달하였는데 이는 황사가 한반도를 돌아 일본으로 이동한 결정적인 흐름이었다.
넷째, 중국 산동반도와 동중국해에서 유입된 기류 는 일본에서 맨눈으로 관측된 곳으로 유입된 것으로 72시간 후방공기궤적 분석결과에 나타났다.
다섯째, 황사의 수평분포 결과, MODIS 위성의 RGB 영상에서 5월 24일에는 중국 산둥반도와 동중 국해, 일본 규슈(Kyushu)지역 남서쪽에서 황사를 확 인할 수 있었고, 5월 25일 에는 동중국해와 일본 남 Fig. 14. MODIS RGB imagery at (a) 1409 KST 24 May
and (b) 1134 KST 25 May, 2010.
부지역(필리핀해)으로 황사가 이동되는 것을 확인할 수 있었다.
일반적인 황사의 이동은 발원지에서 강한 기압경도 력으로 인한 강풍으로 황사가 발원하여 대륙고기압이 확장함에 따라 강풍대가 이동하여 북풍계열의 기류에 의해 한반도에 황사가 유입된다. 5월 22일 몽골에서 발원한 황사는 일반적인 황사의 이동과 비슷하였다.
그러나 남중국해의 발달한 지상 저기압이 북상하며 그 중심이 한반도에 위치하였고, 이 때 Jet 기류는 지상 저기압의 기류와 같은 방향으로 사행하며 지상 저기압을 발달시켜 발원한 황사는 저기압성 기류에 의해 한반도에는 관측되지 않고 일본에서 관측될 수 있었던 사례였다. 지금까지의 황사 연구는 우리나라 에 영향을 미치는 황사의 발원지나 황사의 이동 경 로 또는 에어러솔의 특성에 대한 연구가 대부분이다.
따라서 이후 본 연구에서 분석된 사례와 같이 황사 가 발생했을 시 저기압 중심이 한반도에 위치하고 몽골에서 사행하는 상층 Jet 기류가 지상기압계를 발 달시켜 한반도지역에 저기압성 기류가 강화되는 종관 적인 특징을 나타낼 경우 본 연구의 결과를 바탕으 로 황사예보에 효과적으로 이용될 수 있을 것이다.
감사의 글
이 논문은 기상청 국립기상연구소 2011년 주요과 제인「황사감시 예측기술 지원 및 활용 연구(V)」 사 업에 의하여 수행되었습니다.
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2011년 6월 13일 접수 2011년 8월 5일 수정원고 접수 2011년 8월 19일 채택
