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2 0 1 2 년 월8
2012년 8월 석사학위 논문
석사 학위 논문
최근 10년간 한반도에서 관측된 봄철 황사의 특성 분석
최근 1 년0 간 한 반도 에서
관측 된 봄철
황사 의 특성 분석
조선대학교 대학원
대 기 과 학 과
강
미
강 미 선
최근 10년간 한반도에서 관측된 봄철 황사의 특성 분석
Anal ysi soft heChar act er i st i csofAsi an DustObser ved i n Spr i ng Ti mef ort heRecent10Year s( 2002-2011)
i n Kor eaPeni nsul a
2012년 8월 24일
조선대학교 대학원
대 기 과 학 과
강 미 선
최근 10년간 한반도에서 관측된 봄철 황사의 특성 분석
지 도 교 수 류 찬 수
이 논문을 이학석사 학위신청 논문으로 제출함
2012년 4월
조선대학교 대학원
대 기 과 학 과
강 미 선
강미선의 석사학위논문을 인준함
위원장 조 선 대 학 교 전문경력
객원교수 정 효 상 (인)
위 원 기상기술개발
관 리 단 단 장 정 연 앙 (인) 위 원 조 선 대 학 교 교 수 류 찬 수 (인)
2012년 5월
조 선 대 학 교 대 학 원
목 차
ABSTRACT· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·ⅶ
제1장 서 론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1
제2장 자료 및 방법 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4
제3장 황사 사례 관측 현황 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6
제1절 황사 사례 관측 현황 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 6
제2절 황사 사례 발원지 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 9
제3절 봄철 장· 단기 황사 사례 선정 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 11
제4절 봄철 장· 단기 황사 사례 관측 현황 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13
제5절 장· 단기 황사 사례 발원지 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 22
제4장 봄철 장·단기 황사 사례의 특성 분석 · · · · ·25
제1절 지상 미세먼지( PM10)농도 분석 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·25
1.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)···25
2.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)···27
제2절 종관 분석 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 29
1.황사 일기도 분석 ···29
가.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)···29
나.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)···32
2.상층 일기도 분석 ···34
가.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)···34
나.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)···43
3.850hPa면의 기류 분석 ···48
가.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)···48
나.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)···48
제3절 위성영상으로 본 황사 수평분포 분석 · · · · · · · · · · · · · · · · ·51
1.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)···51
2.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)···53
제5장 결론 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·54
참고문헌 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 58
Li stofTabl es
Table 1.Totalnumberofdays ofAsian dustobserved in spring time in the Koreanpeninsulaforthelast10years(2002-2011).···7 Table 2.Occurrences ofAsian dust events observed in spring time in the Korean peninsulaforthelast10years(2002-2011).Thenumberinthe parenthesesindicatesthefrequencyofAsiandusteventsobserved.···8 Table 3.DatesofAsian dusteventsobserved overlong and shortperiodsin springtimeforthelast10years(2002-2011).···12 Table 4.The maximum PM10 concentrations and dates ofAsian dustevents observed overlong and shortperiods in spring time forthe last10 years(2002-2011).The numberin the parentheses indicates the mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo, Gwanaksan, Anmyeondo, Heuksando,GwangjuandGosan.···21 Table 5. Originsand moving pathsofAsian dusteventsobserved overlong periodinthepeninsula.···23 Table 6.SameasTable4exceptforshortperiod.···24
Li stofFi gur es
Fig.1.ThenumberofdaysofAsian dusteventsobserved in spring timefor therecent10years(2002-2011)intheKoreanpeninsula.···6 Fig.2.Originsandmoving pathsofAsiandusteventsobservedinspring time fortherecent10years(2002-2011)intheKoreanpeninsula.···10 Fig.3.SameasFig.2,exceptforspringtime.···10 Fig.4.Thefrequency ofoccurrenceofAsian dusteventsby itsduration(day) inspringtimefortherecent10years(2002-2011).···11 Fig.5.The yearly numberofdays ofAsian dustevents observed in spring time forthe recent10 years.The numberin the parentheses indicates theyearlyfrequencyofoccurrence.···14 Fig.6.SameasFig.5,exceptforthemonthly numberofdaysofAsian dust events.The numberin the parentheses indicates the monthly frequency ofoccurrence.···15 Fig. 7. The Daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo, Gwanaksan, Anmyeondo, Heuksando, Gwangju and Gosanon(a)April7-9,2005and(b)March31-April2,2007.···18 Fig.8.SameasFig.7,exceptfor(a)April4,2007and(b)April23,2004.··19 Fig.9.TheMaximum PM10 Concentrations for(a)long period and (b)short period.···20 Fig. 10. Origins of Asian dust events observed for the recent 10 years(2002-2011)in the Korean peninsulaover(a)long period and (b) shortperiod.···22 Fig.11.Origins and moving paths ofAsian dustobserved forthe recent10 years(2002-2011)in the Korean peninsulaover(a)long period and (b) shortperiod. ···23 Fig.12.The daily variation ofhourly mean PM10 concentrations atJurihe,
WulatezhonggiandDongshenginChinaonApril28-30,2011.···26
Fig. 13. The daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo,Seoul,Anmyeondo,Heuksando,Gwangju and Gosan on May1-4,2011.···26 Fig.14.The daily variation ofhourly mean PM10 concentrations atJurihe,
WulatezhonggiandDongshenginChinaonMarch11-12,2009.···28 Fig. 15. The daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo,Seoul,Anmyeondo,Heuksando,Gwangju and Gosan on March14,2009.···28 Fig.16.Thesurfaceweatherchartsfor(a)09KST April29,2011,(b)09KST
May1,2011,(c)09KST May2,2011and(d)09KST May4,2011.···30 Fig.17.SameasFig.16,exceptfor(a)09KST March13,2009,and(b)09KST
March14,2009.···33 Fig.18.The500hPa(top)and850hPa(bottom)weatherchartsfor(a)09KST
April29,2011,(b)09KST May 1,2011,(c)09KST May 2,2011and(d) 09KST May4,2011.···36 Fig.19.The300hPaweatherchartsfor(a)09KST April29,2011,(b)09KST
May1,2011,(c)09KST May2,2011and(d)09KST May4,2011.···41 Fig.20.The 500 hPa (top) and 850 hPa (bottom) weather charts for (a)
09KST March13,2009 and (b) 09KST March14,2009.···44 Fig.21.The300hPaweatherchartsatsurfacefor(a) 09KST March 13, 2009
and (b) 09KST March14, 2009. ···47 Fig.22.The850hPastreamlineandwindspeed(knots)at(a)09KST April29,
2011,(b)09KST April30,2011,(c)09KST May1,2011,(d)09KST May 2,2011,(e)09KST May3,2011and(f) 09KST May4,2011.···49 Fig.23.Same as Fig.21,exceptfor(a)21KST March 13,2009,(b)03KST
March14,2009,(c)09KST March14,2009,(d)15KST March14,2009 and(e)21KST March14,2009.···50 Fig.24.The images of MTSAT at (a) 09:33KST April30,2011 and (b) 09:33KST May1,2011.···52
Fig.25.Theimages ofMODIS RGB at(a)14:27KST April30,2011 and (b) 13:32KST May1,2011.···52 Fig.26.The images ofMTSAT at(a) 20:33KST March 13, 2009 and (b)
02:33KST March 14, 2009.···53 Fig.27.TheimagesofMODIS RGB at(a) 12:12KST March 13 , 2009 and
(b) 11:17KST March 14, 2009.···53
ABSTRACT
Anal ysi soft heChar act er i st i csofAsi an DustObser ved i n Spr i ng Ti mef ort heRecent10Year s( 2002-2011)
i n Kor eaPeni nsul a
Kang,Mi-Sun
Advisor:Prof.Ryu,Chan-SuPh.D.
DepartmentofAtmosphereScience, GraduateSchoolofChosunUniversity
The Asian dust that stays over the Korea peninsula for a long time shows a high density in ist concentration. As the Asian dust duration time increases, its negative effects increase on the living environment.
Therefore, it is important to analyze the relationship between the synoptic condition and the Asian dust duration time in Korea and to review with previous studies on the Asian dust duration time. In this study, for the Asian dust cases for the recent 10 years (2002-2011), the relationship between the synoptic system and duration time in the Asian dust was analyzed via the analysis of the average hourly particulate matter (PM10) density and surface/upper air charts (850, 500 and 300 hPa) and satellite images, classifying the Asian dust cases into a long-period and a short-period case and verifing previous studies on the duration time.
Asian dust was observed 67 times and for 129 days in spring for the recent 10 years in Korea. Their average duration was approximately two days (1.9 days). Asian dust was observed 28 times in March, 25 times in
April and 14 times in May. Unlike in the period from 1981 to 2010, in which the average Asian dust days in April showed highest as 2.4 days (47%), the average number of Asian dust days of the recent 10 years (2002~2011) was greatest in March (2 days; 35%). result of recently 10 years average dates showed that Asian dust days has recently increased.
The Asian dust affected the Korea peninsula originated 16 times from Manchuria, and 51 times from the Gobi Desert and inner Mongolia. No Asian dust from Manchuria affected Korea peninsula for the past 10 years (1983 – 1993), but its occurrence from Manchuria has recently increased.
The duration of three days or more (>48 h) was defined as a long-period case (12 times), and the duration of less than one day was defined as a short-period case (26 times). In the long-period cases, Asian dust appeared in March, April and May for 6, 3 and 3 times with 23, 11 and 10 Asian dust days, respectively. In the short-period cases, Asian dust appeared 11, 10 and 5 times with 11, 10 and 5 Asian dust days, respectively. The total average particulate matter (PM10) values for the long and short-period cases were 145 ㎍m-3and 84㎍m-3, respectively. In the long-period cases, all of the 12 cases (100%) rose from the Gobi Desert and inner Mongolia. In the short-period cases, 13 cases (50%) rose from Manchuria, There were no Asian dust events from Manshuria and Loess Pasteau that affected Korea peninsula in the long-period cases. and 13 cases (50%), from the Gobi Desert and inner Mongolia. When the Asian dust rises from the Gobi Desert and inner Mongolia and comes to Korea via the Gulf of Balhae, it can affect Korea for over three days (>48 h). Because Manchuria and Korean Peninsula are relatively close to each other, the Asian dust originating from Manchuria can affect Korea in one day (<24 h). These must be considered in forecasting Asian dust.
In the 12 long-period cases, the numbers of pressure troughs that passed
over the Korean Peninsula were one, two and three in three, six and three cases, respectively. In the short-period cases, only one pressure trough passed through in all of the 26 times. On average, two pressure troughs passed in 3.67 days in the long-period cases, while one pressure trough passed in a day in the short-period cases. This indicated that the pressure trough moved faster in the short-period cases than in the long-period cases.
The study results of both the long- and short-period cases coincided with those of Chun et al. (2001a) in that the crossing of the pressure gradient and temperature gradient causes the baroclinic instability and thus the Asian dust, and with those of Yun (1990) and Jeon (1991) in that the west․northwest wind on the 850 hPa plane with a velocity of 15-25ms-1 delivers the Asian dust to Korea. In the long-period cases, the study results coincided with those of Jeon(1999) in that the southward movement of the cold core in the upper layer is clearly seen in the delivery of Asian dust.
제1장 서 론
중국 북부의 황토 지대에서 바람에 의하여 하늘 높이 불어 올라간 미세한 모래 먼지가 대기 중에 퍼져서 하늘을 덮었다가 서서히 강하하는 현상 또는 강하하는 모래흙을 황사(黃砂,Asiandustoryellow sand)라 한다.이와 같은 먼지현상은 사 막이나 건조한 곳에서 잘 나타나며,아시아 대륙에서 생기는 것을 ‘아시아 먼지 (Asian dust)',아프리카 대륙 북부의 사하라 사막에서 생기는 것을 ‘사하라 먼지 (Sahanrandust)'라 부른다(국립기상연구소,2008).
우리나라에서 관측되는 황사는 주로 봄에 나타나며,황사의 발원지는 연 강수량 이 200mm 이하의 건조지역인 내몽골 고원,중국과 몽고의 국경 부근의 고비사막, 타클라마칸 사막,중국 북부의 황토고원 등으로 잘 알려져 있다.타클라마칸 사막 은 산맥으로 둘러싸인 분지이고,고비사막과 황토고원은 해발 1,000m 이상의 고원 지대이다(정관영 등,1995).고비사막은 황토입자보다 큰 입자로 구성되어 있는 자 갈사막이고 황하 유역의 황토입자는 매우 침식되기 쉬운 느슨한 지점토로 이루어 져 있다(Zhao,1986).또한 황토고원은 토양의 수분 함유량이 적어 식물체의 서식 이 매우 힘들 뿐 만 아니라 강한 바람이 불 때는 토양이 침식되어 먼지보라가 종 종 발생하는 것으로 보고되고 있다(Yang etal.,1991).이러한 황사 발원지의 하층 대기는 평년보다 높은 기온으로 건조한 대기를 가지며 황사 발생 전 수개월동안 평년보다 적은 강수량으로 인해 지표면의 상태가 입자들이 부유하기에 좋은 조건 을 갖는다(전종갑 등,2000).
2002년부터 2011년까지 최근 10년 간 우리나라에 영향을 끼쳤던 황사에 대해 발 원지에서의 황사 발원 및 이동을 분석한 결과 고비사막과 내몽골 지역에서 약 80%의 황사가 발원 하여 황사 발원지의 주 발원지로 나타났으며,만주지방이 19%, 황토고원이 1%로 나타났다(기상청 보도자료,2012).이러한 황사는 저기압에 동반 된 한랭전선 후면 한기역에서 강한 바람이 불 때(윤용황,1990;정용승과 김태군, 1991)와 한랭한 고기압 전면에서 강한 기압경도력에 의해 지상에 강풍대가 형성 될 때(정관영과 박순웅,1995),2차 한랭전선 면에서 상승류와(Merilletal.,1989)온난 전선면의 상승류에 의해 발원된다(Hayasaka etal.,1990).또한 중국의 북동쪽에 위치한 만주에 서고동저의 기압배치로 형성되는 강풍대가 자리 잡을 때 황사가 발 원되기도 한다(전영신 등,2003).
중국의 발원지에서 황사의 발생빈도는 우리나라에서 관측된 황사빈도와 큰 차이 를 나타내고 있는데,이는 발원지에서 한반도까지의 상․하층 대기 순환이 황사의 수송과정과 밀접 연관이 있기 때문이다(전종갑,1991;전종갑 등,1999).황사의 수 송과 관련된 종관 기상학적 분석으로,전종갑 등(1999)은 한반도에서 관측되는 황 사유무와 관련하여 850hPa면을 포함하는 하층의 기류 패턴이 발원지에서 황사의 수송에 직접적인 영향을 주고,850hPa면에 서풍계열의 바람이 뚜렷할 때 한반도 에 황사가 관측된다고 연구한 바 있다.윤용황 (1990)과 전종갑 (1991)은 만주지역 에 중심을 둔 지상 저기압이 한랭전선과 함께 한반도를 통과하고,상층에서 15-25 ms-1의 서풍과 북서풍이 불며,500hPa에서 한랭핵의 남하가 있을 때 한반도에 황 사현상이 나타난다고 하였으며,이동규와 김영아 (1997)는 한반도 봄철 황사 현상 과 일기 유형과의 관계를 1000hPa과 500hPa의 합성도를 통해 대륙의 고기압과 일본 동태평양상의 고기압 사이에서 발달된 기압골이 만주지방에 중심을 두고 위 치할 때 한반도 전역에 황사 영향이 있음을 제시하였다.송상근 등 (2005)은 한반 도의 상층에 강한 제트류와 함께 기압골의 영향이 중요하다고 하였고,점차 발달된 기압골의 좌측부분으로 한랭이류에 의한 하강기류가 발생하며,지표 부근에서는 한 반도 동쪽의 저기압 세력을 따라 대륙성 고기압이 한반도를 향해 확장되는 서고동 저형의 뚜렷한 기압패턴을 나타낸다고 하였다.또한 발원지에서의 연속적인 한랭전 선 통과와 상층 편서풍의 영향도 황사의 수송과정에 중요하다(Ing,1972).반면 강 한 남북방향 기압경도로 인한 동서 방향의 기류와 아열대 고기압의 발달에 의한 순압구조는 수송과정 중 수평과 연직 방향으로의 황사 입자 분산을 막아 수송을 방해하기도 한다(전종갑 등,2000).
이러한 수송과정에 의해 발원지에서 발원한 황사는 중위도 편서풍의 풍하측인 한국과 일본에 영향을 미치며,심지어 열대 북태평양과 북미까지 수송되어 영향을 미치기도 한다(Duceetal.,1980;Merrilletal.,1989;Gaoetal.,1992;Ginoux et al.,2001;Hackeretal.,2001;husaretal.,2001;Unoetal.,2001).
특히 한반도는 매년 봄철과 겨울철 황사의 영향을 많이 받고 있으며(윤용황, 1990),그에 따른 피해정도가 커지고 있다.그 예로 지난 2010년 3월 20일의 경우 2010년 서울의 시간최대 미세먼지(PM10)농도의 평균치인 55 ㎍m-3 의 49배인 2712㎍m-3를 나타냈다.이러한 미세먼지는 기관지염,감기,천식 등의 호흡기질환 과 심혈관 질환을 유발하거나 악화 시킨다.황사 시 숨을 쉴 때 몸 속으로 들어온 미세먼지는 폐에 염증을 일으키고 피 속으로 흘러 들어가 혈전을 유발해 심폐기능
에 장애를 일으키는 등 기존의 질환을 악화시킨다.또한 대기의 혼탁도 증대,태양 에너지의 감쇠,강수 빙정핵의 역할 이 외에도 정밀 기계의 손상,호흡기질환,안질 환 등의 영향 범위가 광대하며(윤용황,1990),황사는 중국에서 발생한 오염물질의 유입 기능성 때문에 환경 분쟁의 소지가 될 수 있다.
한반도에 도달하는 황사는 발원지에서의 배출량과 황사를 포함한 기류의 이동속 도에 따라 그 지속시간이 달라 질 수 있다(전종갑 등,1999).황사의 지속기간이 길 수록 황사의 부정적인 영향은 더 클 수밖에 없다. Merrilletal.(1989)은 발원지 에서 충분한 양의 모래먼지가 배출되어 수송된다면 그 지속시간에 따라 황사의 영 양 정도가 다름을 제시하였다.윤용황(1990)은 20년 동안의 통계자료를 통해 발원 지에 따른 한반도 내 황사의 지속시간 차이를 제시하였고,전종갑 (1991)과 전종갑 등 (1999)은 500hPa고도의 저기압 이동속도와 연직 구조의 형태에 따라 한반도 내 황사 지속시간이 결정된다고 하였으며 상층 기압골의 위치 및 지속시간이 황사 계속일수를 결정하는 중요 요인이라 하였다.이재규 (1993)는 이러한 황사의 지속 시간이 상층 기압골의 뒤를 따라 유입되는 고기압의 위치,발달정도,이동속도 그 리고 고기압의 확장에 따른 기류의 방향과 풍속에 의존하며,고기압이 동반하고 있 는 기단의 안정도와도 관련됨을 나타내었다.
지구온난화에 의한 중국 북부지방의 연평균 기온상승과 강수량 감소에 따른 자 연적 요인과 가축의 방목 등 인위적 요인에 의한 사막화에 의하여(삼성경제연구소, 2003),황사의 빈도가 빈번해지고 강도가 심해짐에 따라 그 피해 또한 점점 심해지 고 있다.또한 황사사례에 따라 한반도에 영향을 미치는 지속시간이 다양하게 나타 난다.지속시간이 긴 대부분의 황사는 높은 농도 분포를 보였으며,황사의 지속시 간이 길수록 황사의 부정적인 영향은 생활환경에 더 크게 미치게 된다.
따라서 한반도 내 황사 발생 시 종관 기상학적 특성과 그 지속시간과의 관계에 대한 보다 세부적인 분석이 요구되며,그때의 한반도 내 황사 분포에 관한 분석 연 구 또한 중요한 것으로 사료된다.
본 연구에서는 최근 10년간(2002∼2011)의 봄철(3-5월)황사사례를 분석하고 황 사 사례를 지속시간에 따라 장․단기사례로 분류하여 각각의 사례 분석을 통해 황 사 시 종관기상학적 특성 분석 및 한반도에서의 황사 발생 시 종관 기상장과 지속 시간과의 관계를 분석 하고자 한다.또한 이러한 분석을 통해 지속시간에 관한 선 행연구와 비교 하고,더 나아가 황사 발생 시 종관 기상장 분석을 통해 한반도 내 황사의 지속시간 정도를 추정하는데 기여하고자 한다.
제2장 자료 및 분석방법
한반도에서 최근 10년(2002∼2011)동안 관측된 봄철 황사 중 지속시간에 따라 장기사례와 단기사례로 분류하고 각각의 사례에 대한 종관적 특징과 황사의 수평 분포를 아래와 같은 방법으로 분석하였다.대상영역은 동북아시아 지역으로 주요 황사 발원지인 중국과 몽골대륙 그리고 한반도,한반도 동쪽에 위치한 일본을 포함 하여 연구하였다.
첫째로,2002년부터 2011년까지 발생한 황사사례의 현황자료를 이용하여 최근 10년간 봄철 황사사례의 지속시간 평균을 구하고,황사사례를 장기사례와 단기사례 로 분류하였다.그리고 황사사례일별로 중국과 우리나라의 지상 미세먼지(PM10)관 측 자료를 이용하여 시간에 따른 미세먼지(PM10)농도의 변화를 분석 하였다.
참고로 PM10(ParticulateMatter10㎛)은 지상에서 10㎛ 이하의 에어로졸을 실 시간으로 관측하는 장비로,기상청에서 운영하고 있는 PM10은 2002년 안면도의 기 후변화감시센터에 처음 설치되었으며 2003년에 6개소(백령도,관악산,군산,흑산도, 고산,강화),2004년에는 5개소(천안,광덕산,추풍령,광주,북격렬비도),2005년에는 4개소(대관령,울릉도,영덕,구덕산),2006년에는 3개소(춘천,속초,청원(황사위탁 관측소)),2007년에는 4개소(영월,안동,대구,진주)에 각각 1대씩 설치되었다.그리 고 2008년에는 5개소(서울,수원,전주,진도,울산)에 설치되어 국내에는 총 28대의 PM10이 운영되고 있다(기상청,2011).
두 번째로,황사 사례일의 종관기상장을 분석하기 위하여 지상(surface)및 황사 일기도와,상층(850,500,300hPa)일기도를 이용,분석 하였다.
황사일기도는 3시간마다 보고되는 GTS 전문 중 먼지현상을 일기도에 나타낸 것으로,황사일기도를 이용하면 지상기압계 분석이 되어 있어 전시간 일기도와 비 교하여 실황에 의한 황사의 이동과 발생,그리고 소멸 등을 파악하여 상층의 흐름 에 따라 앞으로의 황사 이동 상태를 예측할 수 있다.전종갑 등(1995)은 850hPa면 을 포함하는 하층의 기류 패턴이 발원지에서 황사의 수송에 직접적인 영향을 주는 매우 중요한 요소임을 밝혔고,강동근 등(1993)은 1500m는 약 850hPa고도의 높 이로 하층 제트기류 흐르고 있으며,지표면의 국지적 영향을 받지 않는 최저의 높 이로 오염물질의 장거리 수송 및 분석을 위한 대표적인 고도라고 하였다.전종갑 (1991)은 한반도 황사 시 만주지방에 중심을 둔 500hPa면의 한랭기압골이 나타나
며,우리나라에서는 편서풍이 현저하다는 것을 연구하였고 전종갑 등(1995)은 발원 지에서의 모래폭풍의 발생은 500hPa일기도에 나타난 상층 기류의 패턴을 통해 확 인할 수 있다고 하였다.그리고 정병옥 등(2006)은 지상저기압과 상승기류는 황사 와 밀접한 관련이 있음을 보인 바 있다.
세 번째로,황사의 발원과 한반도로의 유입과정의 수평분포를 분석하기 위하여 MTSAT 황사지수영상과 MODIS-RGB 위성영상을 분석하여 300hPa일기도를 이 용하여 동북아시아 지역을 분석하였다.
MTSAT(Multi-functionalTransportSATellite)황사지수영상은 정지 기상위성 을 이용한 분석영상으로 정기기상위성 관측 자료를 활용하기 때문에 약 30분 간격 의 연속적인 분석자료 생산이 가능하다.황사 분석영상은 황사 가능역을 4단계의 휘도온도차 구간으로 나누어 표시한다. 즉, 빨강색(-2.0°K 이하), 초록색 (-2.0~-1.7°K 온도차),주황색(-1.7~-1.4°K 온도차),하늘색(-1.4~-1.1°K 온도차)으로 나누어 표시한다.MTSAT-1R 황사분석영상은 육·해상,주·야간의 다른 복사 특성 에 의해 야간 및 해상에서 약하게 분석되는 경향이 많고,구름이 존재할 때는 분석 이 불가능하다.
NASA (NationalAeronauticsandSpaceadministration)의 Terra와 Aqua위성 에 탑재된 MODIS의 RGB 합성 영상은 RGB 합성영상에 사용되는 채널의 수평해 상도가 500m 정도로서 다른 위성자료에 비해 해상도가 높고,가시파장역 자료를 사용하기 때문에 황사 가능역이 사람이 눈으로 보는 것처럼 황갈색 계열로 나타난 다.MODIS 센서는 대기․해양․육상의 종합적인 지구환경분석용 고해상도 센서 로,MODIS 센서의 관측자료를 이용한 칼라합성영상은 가시파장 3개 채널,CH1 (0.62-0.67㎛ (Red)),CH4(0.545-0.565㎛ (Green),CH3(0.495-0.479㎛ (Blue))을 이 용하여 산출한다.다만 주간에만 활용이 가능하며 관측 시간대가 제한적인 단점을 가 지고 있다.
제3장 황사 사례 관측 현황
제1절 황사 사례 관측 현황
한반도에서는 최근 10년간(2002∼2011)총 93회의 황사사례가 관측되었으며,봄 철에 관측된 황사사례는 총 67회이고,봄철 황사관측일수는 129일 이었다.관측된 황사사례는 3월에 28회,4월에 25회,5월에 14회로 3월,4월의 황사사례수가 비슷하 나 봄철 중 3월에 가장 많은 황사사례가 관측되었다.(Fig.1).
Fig.1.ThenumberofdaysofAsian dusteventsobserved in spring time fortherecent10years(2002-2011)intheKoreanpeninsula.
3월의 황사관측일수는 56일,4월의 황사관측일수는 45일,5월의 황사관측일수는 27일로 3월의 황사관측일수가 가장 많다.평년값(1981-2010년의 평균)은 봄철에 5.1 일로 3월에 1.7일,4월에 2.4일,5월에 1일 이었으며 4월에 가장 많은 황사관측일수 를 보이지만,최근 10년(2002-2011년)평균값은 봄철에 5.7일로 3월에 2일,4월에 1.8일,5월에 1.9일 이었으며 3월에 가장 많은 황사관측일수를 보인다.최근 10년 평균값의 결과는,최근 들어 황사관측일수가 증가하는 특징을 잘 보여주었다.
3월의 황사관측일수는 2002년에는 10일로 가장 길었으나 2003년에는 1일로 가장
짧았고,4월의 황사관측일수는 2005년에는 12일로 가장 길었으나 2004년과 2009년 에 1일로 가장 짧았다.마지막으로 5월의 황사관측일수는 2011년에 7일로 가장 길 었으나 2002년과 2003년,2006년은 황사가 관측되지 않았다.봄철의 황사관측일수 는 2002년에 19일로 가장 길었으며,2003년에 3일로 가장 짧았다(Table1).
Year Month
SeasonalTotal March April May
2002 10 9 0 19
2003 1 2 0 3
2004 6 1 3 10
2005 2 12 1 15
2006 7 9 0 16
2007 6 2 6 14
2008 5 2 5 12
2009 5 1 1 7
2010 9 4 4 17
2011 5 3 7 15
Total 56 45 27 128
Table1.TotalnumberofdaysofAsiandustobservedin springtimeintheKoreanpeninsulaforthelast10 years(2002-2011).
봄철 한반도에서 최근 10년 동안 관측된 황사 사례일과 황사 사례 수를 Table2 에 나타내었다.2002년에는 6회의 황사 사례지만 19일의 황사관측일수를 보여 가장 많은 황사관측일수를 보이고 있다.2003년에는 2회의 황사 사례와 3일의 황사관측 일수를 보여 가장 낮은 황사 사례와 황사관측일수를 보이고 있으며,2004년에는 5 회의 황사 사례와 10일의 황사관측일수를 보이고 있다.2005년과 2010년에는 10회 의 가장 많은 황사 사례를 보이지만,각각 15일,17일의 다른 황사관측일수를 보이 고 있다.2006년에는 8회의 황사 사례와 16일의 황사관측일수를 보이고 있으며, 2007년에는 9회의 황사 사례와 14일의 황사관측일수를 보이고 있다.2008년도에는 6회의 황사 사례와 12회의 황사관측일수를 보이고 있으며,2009년도에는 4회의 황 사 사례와 7일의 황사관측일수를 보이고 있다.2011년에는 7회의 황사 사례와 15일 의 황사관측일수를 보이고 있다.
Year Month Day
Number of days (cases) 2002 March 16-20, 21-23, 30-31
19(6) April 7-11, 12-13, 16-17
2003 March 27 April 12-13 3(2)
2004
March 10-13, 30-31
10(5) April 23
May 4-5, 6
2005
March 18, 29
15(10) April 7-9, 10-11, 14, 15, 20-21,
22, 28-29 May 1
2006 March 10-11, 13-14, 25, 27-28
17(8) April 7-9, 17-18, 23-25, 30-1
2007
March 6, 25, 27, 31-2
14(9) April 4, 21
May 7, 8-9, 25-27 2008
March 2-3, 16, 19-20
12(6) April 3-4
May 21-22, 29-31 2009
March 14, 15-17
6(4) April 25
May 13
2010
March 12-13, 14, 15-16, 20-21,
23-24 16(10)
April 1, 2-3, 27 May 8-9, 10-11 2011
March 14, 19-22
15(7) April 1, 15-16
May 1-4, 12-13, 14
Table2.OccurrencesofAsiandustobservedinspringtimeinthe Koreanpeninsulaforthelast10years(2002-2011).Thenumber intheparenthesesindicatesthefrequencyofAsiandustevents observed.
제2절 황사 사례 발원지
황사의 발원지는 연 강수량이 200mm 이하의 건조지역인 내몽골 고원,중국과 몽고의 국경 부근의 고비사막,타클라마칸 사막,중국 북부의 황토고원 등으로 잘 알려져 있다.
Fig.2는 2002년부터 2011년까지 우리나라에서 관측한 황사 93건에 대한 각 사 례들의 발원 및 이동경로를 나타낸 것이다.대부분의 황사(약 80%)는 고비사막과 내몽골에서 발원하였으며 중국 북동지역인 만주에서 발원(19%)한 황사는 황사농도 관측 공백지역인 북한을 거쳐 우리나라에 영향을 주었다.
A는 고비사막 및 내몽골에서 황사가 발원하여 발해만(요동반도)을 거쳐 한반도 로 유입된 경우이고,B는 고비사막 및 내몽골에서 황사가 발원하여 만주와 요동반 도를 거쳐 한반도로 유입된 경우이다.C는 고비사막 및 내몽골에서 황사가 발원하 여 황토고원을 거쳐 한반도로 유입되는 경우이고,D는 만주에서 황사가 발원하여 요동반도를 거쳐 한반도로 유입되는 경우이다.E는 황토고원에서 황사가 발원하여 산둥반도를 거쳐 한반도로 유입되는 경우이다(기상청,2012).
Fig.3은 2002년부터 2011년까지 우리나라에서 관측한 봄철 황사 사례 67건에 대한 각 사례들의 발원 및 이동경로를 나타낸 것이다.
봄철 황사 사례의 대부분은 고비사막 및 내몽골에서 발원한 황사가 51회로 약 76%이다.고비사막 및 내몽골에서 발원하여 발해만(요동반도)을 거쳐 한반도로 유 입된 사례가 31회로 46%,만주지방과 요동반도를 거쳐 유입된 사례가 12회로 18%, 황토고원을 거쳐 유입된 사례가 8회로 12% 나타났다.만주에서 황사가 발원하여 요동반도를 거쳐 한반도로 유입된 사례는 16회로 24%를 차지하며,황사가 황토고 원에서 발원한 사례는 한 사례로 1%를 차지한다.
1970년부터 1989년까지 20년 동안 26회의 황사사례 중 황하상류 및 A-lashan 사막에서 가장 많은 황사 사례(10회)가 발원(윤용황,1990)하였지만 최근 10년간 봄 철 대부분의 황사는 고비사막 및 내몽골에서 발원하여 우리나라에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.그리고 1983년부터 1993년까지 20회의 황사사례 중 만주에서 발 원한 황사는 단 한 사례(정관영고 박순웅,1995)로 과거에 만주에서 황사가 발원 하는 것은 미미하였지만 최근들어 만주에서 발원하는 황사사례수가 증가하고 있다.
2000년대 이 후,만주에서 황사 발원회수가 증가한 이유는 만주의 적설량 및 여름
철 강수량의 감소와 관계가 있다(김수민 등,2010).윤용황(1990)은 발원지가 멀수 록 한반도에서의 지속시간이 길게 나타난다고 하였으나,A,B,C,D,E에서 발원한 황사는 각각 평균 2.5일,1.5일,2.5일,1.2일,2일로 발원지에서의 한반도까지의 거 리와 한반도에서의 지속시간과의 상관관계가 나타나지 않았다.
(a)
Fig.2.OriginsandmovingpathsofAsiandusteventsobservedinspring timefortherecent10years(2002-2011)intheKoreanpeninsula.
(a)
Fig.3.SameasFig.2,exceptforspringtime.
제3절 봄철 장· 단기 황사 사례 선정
최근 10년간(2002년-2011년)총 67회의 봄철 황사사례를 지속시간에 따라 장기 와 단기사례로 분류하였다.Fig.4 는 본 연구기간 내 발생한 황사의 지속시간에 따른 발생 빈도를 나타낸 것으로 지속시간이 1일인 경우가 26회,2일인 경우가 29 회,3일인 경우가 6회,4일인 경우가 4회 그리고 5일인 경우가 2회의 분포를 보였 으며,평균 지속시간은 약 2일(1.9일)로 나타났다.따라서 평균 지속시간인 2일을 제외하고 지속시간이 1일(<24h)인 경우를 단기사례로,지속시간이 3일(>48h)이상 의 경우를 장기사례로 분류 하였다.1일(24h)중 1시간이라도 황사가 관측되었다면 지속시간을 1일로 하였다.마찬가지로 황사관측시간이 3일(72시간)을 채우지 않더 라도 48시간을 초과하면 지속시간을 3일 이상으로 하였다.
Fig. 4. The frequency of occurrence of Asian dust events by its duration(day)inspringtimefortherecent10years(2002-2011).
이와 같은 기준에 따라 분류된 장․단기 사례와 사례 일에 따른 지속시간은 Table3와 같다.Table3을 보면 최근 10년간 봄철에 관측된 황사 사례 중 장기 사례 수는 12회,단기 사례 수는 26회로 나타났으며 단기 사례 수가 장기 사례 수 에 비하여 2배 이상 많은 것을 알 수 있다.
Longperiods Shortperiods Date Duration
(day) Date Duration (day) March16-20,2002 5 March27,2003 1 March21-23,2002 3 April23,2004 1 April7-11,2002 5 May6,2004 1 March10-13,2004 4 March18,2005 1 April7-9,2005 3 March29,2005 1 April23-25,2006 3 April14,2005 1 March31-April2,2007 3 April15,2005 1 May25-27,2007 3 April22,2005 1 May29-31,2008 3 May1,2005 1 March15-18,2009 4 March25,2006 1 March19-22,2011 4 March6,2007 1 May1-4,2011 4 March25,2007 1 March27,2007 1 April4,2007 1 April21,2007 1
May7,2007 1
March16,2008 1 March14,2009 1 April25,2009 1 May13,2009 1 March13,2010 1 April1,2010 1 April27,2010 1 March14,2011 1 April1,2011 1 May14,2011 1 Table3.DatesofAsian dusteventsobserved overlong and shortperiods
inspringtimeforthelast10years(2002-2011).
제4절 봄철 장 ·단기 황사 사례 관측 현황
한반도내에서 황사 발생 시 지속시간과 관련하여 황사 관측 특성을 살펴보기 위 하여 본 연구기간 동안 분류된 장․단기 사례의 관측 현황을 연도별,월별,일별로 세분화하여 분석하였다.
1.연변화
최근 10년간 연도별 장기와 단기 사례의 사례수와 관측일수를 Fig.5에 나타내 었다.괄호 안의 값은 황사 사례수를 나타낸 것이다.장기사례의 경우 2002년에 13 일의 황사관측일수와 3회(3월 16-20일,3월 21-23일,4월 7-11일)의 황사사례를 나 타내어 장기사례 중 가장 많은 황사관측일수와 황사사례수를 보인다.그 중,3월 16-20일과 3월 7-11일의 황사사례는 황사관측일수가 5일로 황사사례 중 가장 긴 황사관측일수를 나타낸다.2011년에는 2회(3월19-22일,5월 1-4일)의 황사사례지만 8일의 황사관측일수로 장기사례 중 두 번째로 긴 황사관측일수를 보인다.2004년(3 월 10-13일)과 2009년(3월 15-18일)은 각각 4일의 황사관측일수와 1회의 황사 사례 를 보이며 또한 2005년(4월 7-9일)과 2006년(4월 23-25일),2008년(5월 29-31일)에 는 각각 3일의 황사관측일수와 1회의 황사 사례수를 보인다.단기사례의 경우 2005 년(3월 18일,29일,4월 14일,15일,22일,5월 1일)과 2007년(4월 4일,21일,5월 7 일)에 6일의 황사관측일수와 6회의 황사사례수로 단기사례 중 가장 많은 황사관측 일수와 황사 사례수를 보인다.2009년(3월 14일,4월 25일,5월 13일)과 2010년(3월 13일,4월 1일,27일),2011년(3월 14일,4월 1일,5월 14일)은 3일의 황사관측일수와 3회의 황사 사례수를 보이며,2004년(4월 23일,5월 6일)은 2일의 황사관측일수와 2 회의 황사 사례수를 2003년(3월 27일)과 2006년(3월 25일),2008년(3월 16일)은 각 각 1일의 황사관측일수와 1회의 황사 사례수를 보인다.2002년을 제외하면,2003년 부터 2011년까지 장기사례와 단기사례 모두 황사관측일수가 증가하는 추세임을 알 수 있다.
Fig.5.The yearly number ofdays ofAsian dustevents observed in spring time for the recent 10 years. The number in the parenthesesindicatestheyearlyfrequencyofoccurrence.
2.월변화
Fig.6은 장기와 단기 사례의 사례수와 황사관측일수를 월별로 나타낸 것으로 괄호안의 값은 황사사례수를 나타낸 것이다.
장기 사례의 경우,3월에는 23일의 황사관측일수와 6회(2002년 3월 16-20일, 2002년 3월 21-23일,2004년 3월 10-13일,2007년 3월 31일-4월 2일,2009년 3월 15-18일,2011년 3월 19-22일)의 황사 사례수로 가장 많은 황사관측일수와 사례수 를 보이고 있으며,4월에는 11일의 황사관측일수와 3회(2002년 4월 7-11일,2005년 4월 7-9일,2006년 4월 23-25일)의 황사 사례수를 5월에는 10일의 황사관측일수와 3회(2007년 5월 25-27일,2008년 5월 29-31일,2011,5월 1-4일)의 황사 사례수를 보인다.단기 사례의 경우,3월에는 11일의 황사관측일수와 11회(2002년 3월 27일, 2005년 3월 18일,29일,2006년 3월 25일,2007년 3월 6일,25일,27일,2008년 3월 16일,2010년 3월 13일,2011년 3월 14일)의 황사 사례수를 4월에는 10일의 황사관 측일수와 10회(2004년 4월 23일,2005년 4월 14일,15일,22일,2007년 4월 4일,21 일,2009년 4월 25일,2010년 4월 1일,27일,2011년 4월 1일)의 황사 사례수를 5월
에는 5일의 황사관측일수와 5회(204년 5월 6일,2005년 5월 1일,2007년 5월 7일, 2009년 5월 13일,2011년 4월 1일)의 황사사례수를 보이고 있다.
장․단기 사례 모두 3월에 가장 많은 관측일수와 황사사례를 보였고 그 다음으 로 4월,5월 순으로 나타났다.
Fig.6.SameasFig.5,exceptforthemonthly numberofdaysofAsian dustevents.Thenumberintheparenthesesindicatesthemonthly frequencyofoccurrence.
3.일변화
장기 및 단기 사례의 일별 변화 모습을 비교하기 위하여 관측소별 미세먼지 (PM10,㎍m-3)시간 평균 농도를 이용하여 시간에 따른 농도변화를 분석하였다.
Fig.7과 Fig.8은 장기 및 단기 사례 중에서 일별 변화 특성을 잘 나타내는 날 을 선정한 것이다.2004-2011년은 한반도 28개 지상관측소 중 주요 6개의 관측소 (백령도,관악산,안면도,흑산도,광주,고산)에 대한 미세먼지(PM10)농도의 시간 평균값을 분석하였으며,2002-2003년은 환경부(인천,서울,대전,광주,제주)자료를 사용하였다.윤용황(1990)은 황사현상은 국지적이 아니며 대규모적인 현상으로 선 택된 6지점의 관측기록을 전국의 값으로 보아도 무방하다고 하였다.
장․단기 사례의 전체 평균값은 각각 326㎍m-3,208㎍m-3로,장기사례의 평 균값이 단기사례의 평균값보다 100 ㎍m-3이상 높다.여기서 장․단기 사례 모두 사례 당 최고농도 값이 전체 평균값보다 낮은 사례를 서서히 증가 및 감소,전체 평균값보다 높은 사례를 급격한 증가 및 감소로 정하였다.
장기사례의 경우는 농도가 서서히 증가 및 감소하는 경우(Fig.8(a))가 1회(2005 년 4월 7-9),농도가 급격히 증가 및 감소하는 경우(Fig.8(b))가 11회 나타났다.전 반적으로 장기사례의 전체 평균값과 최고농도가 큰 차이를 보여 농도의 증감이 급 격하다는 것을 알 수 있으며 대부분의 장기사례의 농도가 높다는 것을 알 수 있다.
가장 급격하게 변화한 2007년 3월 31일-4월 2일 사례의 미세먼지(PM10)시간평 균 최고농도는 2019㎍m-3로 장기사례 전체 평균농도보다 1693㎍m-3높으며,이 사례일 동안의 평균 농도는 약 541㎍m-3로 나타났다.
단기사례의 경우는 농도가 서서히 증가 및 감소하는 경우가 21회,농도가 급격 히 증가 및 감소하는 경우가 9회 나타났다.대부분의 단기사례의 농도변화는 급격 하지 않고 서서히 증가 및 감소하며 농도변화가 심하지 않다는 것을 알 수 있다.
이는 시․공간적으로 적은 양의 황사 유입에 의한 농도변동 특성으로 보여 진다.
그러나 농도 증감의 폭이 큰 단기 사례는 장기사례와 비교해 볼 대 보다 단시간 내 빠른 농도 변동을 나타내었다.단기사례 중 가장 급격한 농도변화를 보인 2004 년 4월 23일 사례의 미세먼지(PM10)시간평균 최고 농도는 683㎍m-3이고,이 사 례일 동안의 평균 농도는 약 346㎍m-3로 나타났다.
장기사례의 경우 미세먼지(PM10)시간 평균 최고농도가 2000㎍m-3이상인 사 례는 1회로 2007년 3월 31일-4월 2일 사례로 황사특보제를 시행하는 이래로 세 번 째로 높은 값을 보였다.이 사례의 1시간 평균 미세먼지(PM10)최고농도 및 평균 농도는 각각 2019㎍m-3,541㎍m-3이다.최고농도가 1000㎍m-3이상 2000㎍m-3 미만인 사례는 4회로 2002년 4월 7-11일,2002년 3월 21-23일,2008년 5월 29-31 일,2011년 5월 1-4일 사례이며,이 사례들의 최고 농도는 각각 1767㎍m-3,1610
㎍m-3,1059㎍m-3,1025㎍m-3이다.또한 최고농도가 800㎍m-3이상 1000㎍m-3 이하인 사례는 2회로 2011년 3월 19-22일,2002년 3월 16-20일 사례이며,이 사례 들의 최고농도는 각각 122㎍m-3,178㎍m-3이다.장기사례의 경우 경보1)급 황사 사례가 7회,주의보2)급 황사사례는 4회이다(Fig.9 a,Table5).참고로 장기사례 1) 황사경보: 황사로 인해 1시간 평균 미세먼지(PM10) 농도가 800 ㎍m-3이상이 2시간 이상 지속될 것으
로 예상 될 때.
중 2002년 3월 21-23일 사례의 1시간 평균 미세먼지(PM10)최고 농도는 대전에서 1610㎍m-3였는데,이는 최근 10년 동안의 3월 농도 값 중 두 번째로 높은 값을 나타낸다.그리고 2007년 3월 31-4월 2일 사례와 2002년 3월 7일-11일 사례의 최고 농도(2019㎍m-3,1767㎍m-3)는 최근 10년 동안의 4월 농도 값 중 각각 두 번째, 세 번째로 높은 값이다.또한 2008년 5월 29일-31일 사례의 최고농도는 1059㎍m-3 로서 최근 10년 동안의 5월 농도 값 중 제일 높은 값을 나타낸다(Fig.9a).
단기사례의 경우 최고농도가 400㎍m-3이상의 황사사례는 6회로 2004년 4월 23 일,2005년 4월 14일,2005년 3월 18일,2005년 5월 1일,2005년 3월 29일,2005년 4 월 15일 사례이다.이 사례들의 최고농도는 각각 683㎍m-3,627㎍m-3,474㎍m-3, 458㎍m-3,449㎍m-3,449㎍m-3이다.이는 모두 주의보 급 황사사례로 경보급 황 사사례는 단 한 사례도 없었다(Fig.9b).단기사례의 경우,기압계의 이동이 빠르기 때문에 발원지에서의 황사 공급이 지속적으로 일어나지 않아 농도가 장기사례만큼 높지 않은 것으로 판단된다.
2) 황사주의보: 황사로 인해 1시간 평균 미세먼지(PM10) 농도가 400 ㎍m-3이상이 2시간 이상 지속될 것 으로 예상 될 때.
(a)
(b)
Fig.7. The Daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo, Gwanaksan, Anmyeondo, Heuksando, Gwangju and Gosan on (a)April7-9,2005 and (b)March 31 - April2, 2007.
(a)
(b)
Fig.8. Sameas Fig.7,exceptfor(a)April4,2007 and (b)April23, 2004.
(a)
(b)
Fig.9.TheMaximum PM10 Concentrations for(a)long period and (b) shortperiod.
CaseofLongDuration CaseofShortDuration Date Concentration
(㎍m-3) Date Concentration (㎍m-3) March31-April2,2007 2019(290) April23,2004 683(203) April7-11,2002 1767(588) April14,2005 627(80) March21-23,2002 1610(340) March18,2005 474(108) May29-31,2008 1059(129) May1,2005 458(60) May1-4,2011 1025(257) March29,2005 449(128) March19-22,2011 876(122) April15,2005 449(138) March16-20,2002 845(178) March27,2007 384(96) March10-13,2004 765(175) March6,2007 376(76) March15-18,2009 539(104) March16,2008 323(107) April23-25,2006 529(141) May6,2004 314(141) May25-27,2007 493(178) May14,2011 313(93) April7-9,2005 295(91) April25,2009 307(24) April1,2011 281(74) March25,2007 264(97) March25,2006 258(75) March13,2010 253(102) March27,2003 232(88) April1,2010 197(38) March14,2011 190(59) April4,2007 187(68) May7,2007 185(92) April22,2005 178(85) May13,2009 174(72) March14,2009 169(60) April27,2010 164(42) April21,2007 134(29) Table4.Themaximum PM10concentrationsanddatesofAsiandustevents
observedoverlong andshortperiodsinspring timeforthelast10 years(2002-2011). The number in the parentheses indicates the mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo, Gwanaksan, Anmyeondo,Heuksando,GwangjuandGosan.
제5절 봄철 장· 단기 황사 사례의 발원지
Fig.10은 장기사례 및 단기사례의 발원지를 나타낸 것이다.장기사례의 경우에 는 12사례 모두 고비사막 및 내몽골에서 황사가 발원 하였으며(Fig.10a),단기사 례의 경우에는 만주에서 13사례(50%),고비사막 및 내몽골에서 13사례(50%)발원 하였다(Fig.10b).
Fig.11은 장기사례 및 단기사례의 이동경로를 나타낸 것이다.대부분의 장기사 례는 발해만을 거쳐 한반도로 유입 되었으며 그 사례 수는 10회로 83%를 차지하 며 나머지 2회는 황토고원을 거쳐 유입되었다.황토고원을 거쳐 유입된 황사 사례 는 2009년 3월 15-18일 사례와 2011년 5월 1-4일 사례이다(Table.5).장기사례의 경우 만주와 황토고원에서 발원한 황사는 한 사례도 없었다(Fig.11a).따라서 고 비사막 및 내몽골에서 발원하여 발해만을 거쳐 오는 경우는 3일(>48h)이상 한반 도에 황사가 머물 수 있기 때문에 황사 예보 시 유의해야 한다고 생각된다.단기사 례는 고비사막 및 내몽골에서 발원된 황사사례중 발해만(요동반도)를 거쳐 한반도 로 유입된 사례는 5회로 19%이고,만주와 요동반도를 거쳐 한반도로 유입된 사례 는 6회로 26%를 차지한다.황토고원을 거쳐 한반도로 유입된 사례는 2회로 8%를 차지한다.만주에서 발원한 황사가 장기 사례의 경우에는 한 사례도 없었으나 단기 사례의 경우에는 전체 26회중 50%나 만주에서 발원하여 한반도에 영향을 미쳤다 (Fig.11b).만주에서 한반도까지의 거리는 비교적 짧기 때문에 만주에서 발원한 황사는 1일(<24h)이내에 한반도에 영향을 미치므로 황사 예보 시 유의해야 한다.
(a) (b)
Fig. 10.Origins of Asian dust events observed for the recent 10 years(2002-2011)in theKorean peninsulaover(a)long period and (b)shortperiod.
(a) (b)
Fig.11.OriginsandmovingpathsofAsiandustobservedfortherecent10 years(2002-2011)in theKorean peninsulaover(a)long period and (b)shortperiod.
Date SoureregionsandRoutes
2002.3.16-20 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2002.3.21-23 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2002.4.7-11 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2004.3.10-13 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2005.4.7-9 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2006.4.23-25 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2007.3.31-4.2 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2007.5.25-27 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2008.5.29-31 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2009.3.15-18 GobiDes.AndinnerMongolia→ LoessPlateau→ Korea 2011.3.19-22 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2011.5.1-4 GobiDes.AndinnerMongolia→ LoessPlateau→ Korea Table 5. Originsand moving pathsofAsian dusteventsobserved overlong
periodinthepeninsula.
Date SoureregionsandRoutes 2003.3.27 Manchu→ Korea
2004.4.23 Manchu→ Korea 2004.5.6 Manchu→ Korea
2005.3.18 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2005.3.29 Manchu→ Korea
2005.4.14 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2005.4.15 Manchu→ Korea
2005.4.22 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2005.5.1 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2006.3.25 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2007.36 Manchu→ Korea
2007.3.25 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2007.3.27 GobiDes.AndinnerMongolia→ BohaiBay→ Korea 2007.4.4 Manchu→ Korea
2007.4.21 Manchu→ Korea
2007.5.7 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2008.3.16 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2009.3.14 Manchu→ Korea
2009.4.25 GobiDes.AndinnerMongolia→ LoessPlateau→ Korea 2009.5.13 Manchu→ Korea
2010.3.13 Manchu→ Korea
2010.4.1 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2010.4.27 GobiDes.AndinnerMongolia→ LoessPlateau→ Korea 2011.3.14 GobiDes.AndinnerMongolia→ Manchu→ Korea 2011.4.1 Manchu→ Korea
2011.5.14 Manchu→ Korea
Table 6. SameasTable4exceptforshortperiod.
제4장 봄철 장· 단기 황사 사례의 특성 분석
제1절 지상 미세먼지( PM10)농도 분석
1.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)
Fig.12은 사례기간 전인 4월 28일부터 30일까지 3일간 중국 내륙에서 발생된 미세먼지(PM10)농도를 시간평균값으로 나타낸 것으로 중국 내 황사 관측망 중 쥬 리허,우라터중치,둥성의 시간평균 미세먼지(PM10)농도를 나타내었다.쥬리허는 2005년에 설치된 한중공동 황사 관측망이고,우라터중치,둥성은 중국 자체 관측망 이다.29일부터 쥬리허,우라터중치,둥성의 미세먼지(PM10)농도가 증가하기 시작 하였는데 우라터중치의 미세먼지(PM10)농도는 29일에 5,168㎍m-3까지 증가 후 하강 하였다가 30일에 8,096㎍m-3까지 다시 증가 후 하강하였다.쥬리허 또한 미 세먼지(PM10)농도가 29일에 3,088㎍m-3까지 증가 후 하강 하였다가 30일에 5,063
㎍m-3까지 다시 증가하였다.둥성은 29일에 3,869㎍m-3까지 증가한 후 하강하였다.
중국에서 4월 29일부터 30일까지 2일간 약 5,000㎍m-3까지 발원한 황사는 한반도로 유입되어 한반도의 미세먼지(PM10)농도에 큰 영향을 주었다.
Fig.13은 사례기간 동안의 우리나라에서 관측된 미세먼지(PM10)농도를 시간평 균값으로 나타낸 것이다.관측소는 한반도 28개 지상관측소 중 6개의 관측소(백령 도,서울,안면도,흑산도,광주,고산)에 대한 미세먼지(PM10)농도의 시간평균값 을 분석하였다.윤용황(1990)은 황사현상은 국지적이 아니며 대규모적인 현상으로 선택된 몇몇 지점의 관측기록을 전국의 값으로 보아도 무방하다고 하였다.중국에 서 유입된 황사는 1일부터 한반도에 영향을 미치기 시작하여 4일까지 지속되었다.
백령도에서 미세먼지(PM10)농도가 증가하기 시작하여 5월 2일 17시에 흑산도에서 최고농도(1,025㎍m-3)의 황사가 관측 되었고,이 사례기간동안의 평균 농도는 257
㎍m-3이다.
1일에 증가하기 시작한 미세먼지(PM10)농도는 1일 낮에 하강하기 시작하여 1 일 밤에 다시 증가하기 시작하였다.이것으로 보아 발원한 황사가 1일 아침에 남부 지방으로 1차 유입되었고,1일 오후에 2차 유입이 된 것으로 사료된다.
Fig.12.The daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Jurihe,Wulatezhonggiand Dongsheng in China on April28-30, 2011.
Fig.13.The daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo,Seoul,Anmyeondo,Heuksando,Gwangju and GosanonMay1-4,2011.
2.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)
Fig.14은 사례기간 전인 3월 11일과 12일에 중국 내륙(쥬리허,우라터중치,둥 성)에서 관측된 미세먼지(PM10)농도를 시간평균값으로 나타낸 것이다.11일 6시 에서 14시경 까지 쥬리허,우라터중치,둥성의 미세먼지(PM10)농도가 증가하다가 감소하였다.그 후 우라터중치는 21시 경에 다시 증가하였고,나머지 두 지역은 11 일 자정이 다 되어서 다시 증가하기 시작하였다.우라터중치의 미세먼지(PM10)농 도는 11일 23시에 2684㎍m-3로 정점을 찍고 다시 하강하기 시작하였고 쥬리허, 둥성은 각각 12일 2시에 836㎍m-3,12일 6시에 1175㎍m-3의 값을 보인 뒤 다시 하강하기 시작하였다.참고로 미세먼지(PM10)농도를 보면 이 사례는 내몽골 고원 에서 황사가 발원한 것으로 보이지만 이 때 발원한 황사는 대부분 화중으로 남하 하거나 저기압중심을 따라 북향하여 우리나라에 큰 영향을 주지 않았다.
Fig.15는 사례기간 전,후와 사례일의 우리나라에서 관측된 미세먼지(PM10)농 도를 시간평균값으로 나타낸 것이다.관측소는 한반도 28개 지상관측소 중 6개의 관측소(백령도,서울,안면도,흑산도,광주,고산)에 대한 미세먼지(PM10)농도의 시간평균값을 분석하였다.
중국에서 유입된 황사는 14일에 한반도에 영향을 미쳤으며 서울에서 미세먼지 (PM10)농도 값은 169㎍m-3를 보였으며 이 사례 기간 동안의 평균 농도는 60㎍
m-3이다.반면,안면도,흑산도,광주,고산 지역에는 미세먼지(PM10)농도가 150
㎍m-3이상 증가하지 않은 것으로 보아 중부지방 이하로는 황사의 영향을 받지 않 은 것으로 사료된다.
Fig.14. The daily variation ofhourly mean PM10 concentrations at Jurihe,WulatezhonggiandDongsheng in ChinaonMarch11-12, 2009.
Fig.15.The daily variation of hourly mean PM10 concentrations at Baengnyeongdo, Seoul, Anmyeondo, Heuksando, Gwangju and GosanonMarch14,2009.
제2절 종관 분석
1.황사 일기도 분석
가.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)
Fig.16는 사례기간 전과 사례기간동안의 황사 일기도를 나타낸 것이다.황사일 기도는 3시간마다 보고되는 GTS 전문 중 먼지현상을 일기도에 나타낸 것으로,황 사일기도를 이용하면 황사의 이동과 관측,그리고 소멸 등을 파악할 수 있다.
29일 09KST (Fig.16a)의 황사일기도에서는 위도 35-50°N,경도 100-110°E 부 근에 위치한 고비사막과 내몽골 지방의 등압선 간격이 상당히 조밀한 것을 볼 수 있다.이는 저기압이 988hPa까지 발달되면서 저기압후면과 고기압전면에 기압경 도력이 강화됨에 따라 위도 35-50°N,경도 100-110°E 부근인 고비사막 및 내몽골 일대,황토고원에서 강한 강풍대가 형성되어 황사가 발원한 것으로 사료된다.정관 영과 박순웅(1995)이 한랭한 고기압 전면에서 강한 기압경도력에 의해 지상에 강풍 대가 형성 될 때 황사가 발원한다고 한 것과 일치한다.
강한 황사 영향을 초래하였던 1일 09KST (Fig.16b)의 황사일기도에는 고비사 막 및 내몽골에 자리 잡고 있던 한랭전선을 동반한 저기압이 서서히 동진하여 만 주 및 연해주에 위치하고 있으며,저기압 후면의 대륙고기압이 점차 확장 하여 고 비사막과 내몽골로 이동하였다.발원한 황사는 저기압 후면을 따라 한반도 전역에 유입되었다.지상에서 한랭전선을 동반한 저기압이 통과할 때 황사가 한반도에 수 송(윤용황,1990)되고,이 한랭전선을 동반한 경우에는 특히 황사가 심해진다.
매우 강한 황사 영향을 초래하였던 2일 09KST (Fig.16c)의 황사일기도를 보 면 저기압이 일본 동해상으로 서서히 동진하여 일본 동해에 위치하고 우리나라는 한반도로 확장하는 이동성 고기압의 영향을 받아 한반도에 계속적으로 황사가 유 입되고 일본까지 영향을 미쳤다.이 때 한반도에 가장 높은 값의 미세먼지(PM10) 농도(1,025㎍m-3)를 보였다.
황사 사례 기간 중 황사 현상이 약화된 4일 09KST(Fig.16d)에는 계속적으로 저기압이 점차 동진함으로써 시간이 지남에 따라 한반도와 일본 모두 점차적으로 황사의 영향권에서 벗어남을 알 수 있다.
(a)
(b)
Fig.16.The surface weathercharts for(a)09KST April29,2011,(b) 09KST May1,2011,(c)09KST May2,2011and(d)09KST May 4,2011.
(c)
(d)
Fig.16.(continued.)
나.단기사례 분석 (2009년 3월 14일)
Fig.17은 사례 기간 전과 사례기간동안의 황사일기도를 나타낸 것으로 한반도 에 영향을 준 황사는 13일에 위도 40-45°N,경도 125-130°E 부근의 만주지방에서 발원한 것으로 보인다.
13일 09KST (Fig.17a)의 황사일기도에서는 만주지방 약간 우측 및 한반도에 저기압이 자리하고 화중지방 및 내몽골 고원에 중심을 두고 있는 고기압이 중국 내륙에서 한반도 쪽으로 확장하면서 만주에 서고동저형의 기압배치가 이루어져 있 다.그리고 이러한 기압배치에 의한 강한 기압경도력에 의해 강풍대가 남북으로 형 성 되고,강풍으로 인해 만주지방에서 황사가 발원한 것으로 사료된다.전영신 등 (2003)은 만주에서 서고동저 기압배치로 형성되는 강풍대가 자리 잡을 때 황사가 발원하여 북풍계열의 바람에 의해 우리나라로 수송됨을 보였다.
Fig.17(b)는 14일 09KST의 황사일기도를 보면,만주지방과 한반도에 위치했 던 지상의 저기압은 동진하여 연해주 우측에 중심을 두고 자리하고 있으며 저기압 의 기압이 986hPa로 낮아지고 저기압 주변의 등압선이 13일에 비하여 훨씬 조밀 해 진 것으로 보아 저기압 주위의 풍속이 빠른 것을 알 수 있고,그로 인해 저기압 의 빠른 이동이 야기된 것으로 보인다.저기압 후면의 고기압도 한반도 남해상까지 동진하여 우리나라는 이동성 고기압의 영향 하에 있으며 우리나라를 중심으로 서 고동저형의 기압배치가 이루어져 있다.대륙성 고기압의 세력에 의해 한반도는 하 강기류 영향 하에 있어 황사가 유입 되었다.
(a)
(b)
Fig.17.SameasFig.16,exceptfor(a)09KST March 13,2009and (b) 09KST March14,2009.
2.상층 일기도 분석
가.장기사례 분석 (2011년 5월 1일 - 4일)
Fig.18는 사례기간 전과 사례기간동안의 850hPa면의 일기도와 500hPa의 일 기도를 나타낸 것이다.저기압의 중심위치와 기압골의 중심위치를 쉽게 비교할 수 있도록 위쪽에는 500hPa면의 일기도를 아래쪽에는 850hPa면의 일기도를 위치 시켰다.
29일 09 KST (Fig.18a)의 850 hPa의 일기도에서는 위도 35-50°N, 경도 100-110°E 부근에 위치한 고비사막 및 내몽골 일대,황토고원에서의 기압경도와 온 도경도의 교차를 볼 수 있는데,이는 경압 불안정을 유발하며 발원지에서 황사가 공중으로 부유할 수 있는 좋은 조건을 제공한다(Chunetal,2001a).500hPa면의 일기도에서도 위도 35-50°N,경도 100-110°E 부근에 위치한 고비사막과 내몽골 지 방에 기압골이 놓여있고,기압골 아래 부분의 등고도선의 간격이 조밀한 것으로 보 아 강한 풍속이 나타나며 이대의 풍속은 약 30ms-1정도 된다.우리나라는 기압골 과 기압능 사이에 위치하고 있고,한랭핵을 동반한 저기압이 한반도 북쪽에 중심을 두고 서서히 동진하고 있는데,이와 같은 종관구조는 몇몇 연구자들이 지적한 것과 같이 중국의 황사가 우리나라로 수송되기에 좋은 조건이다.
강한 황사 영향을 초래하였던 1일 09KST (Fig.18b)의 850hPa의 일기도에서 는 고비사막 및 내몽골에 자리 잡고 있던 저기압이 동진하여 만주 및 연해주에 위 치하였고,저기압 후면의 고기압이 점차 확장 하여 고비사막과 내몽골 및 화남지방 에 위치하였다.이로 인해 한반도에는 북서기류와 함께 황사가 유입되기 시작하였 다.이러한 기압배치는 즉,동진하고 있는 저기압 중심이 우리나라 북부 만주지방 에서 정체현상을 보일 때 한반도에서의 황사현상이 오래 지속된다는 선행연구 결 과(전종갑,1991;전종갑 등,1999)와 일치한다.그리고 정체된 저기압 후면에서는 북서쪽에서 남동쪽으로 풍향과 함께 경압대기에 의해 하강하는 대기 운동을 보이 게 된다(Hayasakaetal.,1990).500hPa면의 일기도를 보면 한반도는 발원지에서 이동한 기압골 아래에 위치하고 있으며,상층의 등고선이 전날보다 더욱 조밀해진 것을 볼 수 있다.가장 조밀한 부분의 풍속은 약 55ms-1의 강한 풍속을 보이고 있 으며,상층 기압골의 중심은 한반도 북부 및 만주지방의 약간 오른쪽에 중심을 두
고 있다.그리고 상층 기압골의 중심과 하층 저기압의 중심이 거의 일치하고 있는 데 이는 저기압 발달의 최성기를 나타내는 것으로,이러한 기압골과 지상 저기압은 서서히 정체되는 경향을 보이게 된다.그리고 이때에 정체된 기압골 후면의 하강기 류를 통해 한반도 중심 상공에 지속적으로 황사가 유입된다.
매우 강한 황사 영향을 초래하였던 2일 09KST (Fig.18c)의 850hPa면의 일 기도를 보면 저기압이 일본 동해상으로 서서히 동진하고 저기압 후면의 고기압이 한반도로 확장하면서 한반도 뿐만 아니라 일본에도 황사가 유입되었고,이때 한반 도에는 가장 높은 미세먼지(PM10)농도 값을 보였다.이때 저기압 중심의 위치는 일본 훗카이도에 위치하고 있다.500hPa면의 일기도에서는 한반도 인근에 정체 되어 있던 기압골 중심이 동쪽으로 이동하여 기압골 중심이 일본의 훗카이도에 위 차하고 있다.이는 1일과 마찬가지로 상층 기압골의 중심과 하층 저기압의 중심이 거의 일치하는데 이러한 기압골과 지상저기압은 서서히 정체되는 경향을 보이게 되며 정체된 기압골 후면의 하강기류를 통해 한반도에 지속적으로 황사가 유입된 다. 또한 몽골 및 화북지방에는 몽골 북쪽 상층에서 한랭공기의 이류와 함께 발달 된 기압골이 점차적인 발달과 함께 남동진 하여 위치하고 있다.이와 같이 정체되 었던 저기압이 서서히 동진하여 또다시 정체되면서 지속적으로 황사가 공급된 것 으로 보이며 또한 몽골 북쪽 상층에서 발달된 기압골이 점차적으로 남동진하여 한 반도 상공을 통과하고 나면 또 다른 기압골이 한반도에 영향을 미치게 되는데,이 로 인하여 황사가 한반도로 계속 공급됨을 알 수 있다.
황사 사례 기간 중 황사 현상이 약화된 4일 09KST(Fig.13d)에는 계속적으로 저기압이 점차 동진함으로써 시간이 지남에 따라 한반도와 일본 모두 점차적으로 황사의 영향권에서 벗어남을 알 수 있다. 500 hPa 면의 일기도에서의 한반도는 기압골의 영향에서 벗어나고 있으며 한반도에서의 풍속은 약 15ms-1로 약한 풍속 을 나타낸다.
위와 같은 종관적인 특징은 전종갑(1999)등이 한랭핵과 연관되어 각 층에서의 강한 경압성이 형성되고 이와 수반되는 강한 바람장이 한랭전선 후면에서 발생하 여 황사 발원지에서 모래 입자들을 쉽게 상승시키고,또한 상층에서의 강한 서풍 내지 북서풍 계열의 바람이 오래 지속됨으로써 중국으로부터 우리나라로 황사가 계속 유입된다는 선행연구와 일치한다.
(a)
Fig.18.The500hPa(top)and 850hPa(bottom)weatherchartsfor(a) 09KST April29,2011,(b)09KST May1,2011,(c)09KST May2, 2011and(d)09KST May4,2011.
(b)
Fig.18.(continued.)
