북서태평양 몬순이 한국 영향태풍활동에 미치는 영향
최기선*·박기준·이경미·김정윤·김백조 국립기상연구소 정책연구과, 제주 서귀포시 서호북로 33
Possible Influence of Western North Pacific Monsoon on Tropical Cyclone Activity Around Korea
Choi Ki-Seon*, Ki-Jun Park, Kyungmi Lee, Jeoung-Yun Kim, and Baek-Jo Kim Policy Research Department. National Institute of Meteorological Research,
33 Seohobuk-ro, Seogwipo-si, Jeju, Korea
Abstract: In this study, the correlation between the frequency of summer tropical cyclones (TC) affecting areas around Korea over the last 37 years and the western North Pacific monsoon index (WNPMI) was analyzed. A clear positive correlation existed between the two variables, and this high positive correlation remained unchanged even when excluding El Niño-Southern Oscillation (ENSO) years. To investigate the causes of the positive correlation between these two variables, ENSO years were excluded, after which the 8 years with the highest WNPMI (positive WNPMI phase) and the 8 years with the lowest WNPMI (negative WNPMI phase) were selected, and the average difference between the two phases was analyzed. In the positive WNPMI phase, TCs usually occurred in the eastern waters of the tropical and subtropical western North Pacific, and tended to pass the East China Sea on their way north toward Korea and Japan. In the negative WNPMI phase, TCs usually occurred in the western waters of the tropical and subtropical western North Pacific, and tended to pass the South China Sea on their way west toward the southeastern Chinese coast and the Indochina peninsula. Therefore, TC intensity was higher in the positive WNPMI phase, during which TCs are able to gain sufficient energy from the sea while moving a long distance to areas nearby Korea. TCs also tended to occur more often in the positive WNPMI phase. In the difference between the two phases regarding 850 and 500 hPa streamline, anomalous cyclones were reinforced in the tropical and subtropical western North Pacific, while anomalous anticyclones were reinforced in mid-latitude East Asian areas. Due to these two anomalous pressure systems, anomalous southeasterlies developed in areas near Korea, with these anomalous southeasterlies playing the role of anomalous steering flows making the TCs head toward areas near Korea. Also, due to the anomalous cyclones developed in the tropical and subtropical western North Pacific, more TCs could occur in the positive WNPMI phase.
Keywords: tropical cyclones, western North Pacific monsoon, El Niño-Southern Oscillation
요 약: 이 연구는 최근 37년 동안 여름철 한국 부근 지역에 영향을 준 태풍빈도와 북서태평양 몬순(western North Pacific monsoon index, WNPMI)과의 상관을 분석하였다. 두 변수 사이에는 뚜렷한 양의 상관관계가 존재하였으며, 엘 니뇨-남방진동(El Niño-Southern Oscillation, ENSO) 해를 제외하여도 높은 양의 상관관계는 변하지 않았다. 이러한 두 변수 사이에 양의 상관관계의 원인을 알아보기 위해 ENSO해를 제외하고 가장 높은 북서태평양 몬순지수를 갖는 8해 (양의 북서태평양 몬순지수 해)와 가장 낮은 북서태평양 몬순지수를 갖는 8해(음의 북서태평양 몬순지수 해)를 선정하
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여 두 그룹 사이에 평균 차를 분석하였다. 양의 북서태평양 몬순지수 해에는 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양의 동쪽해역에 주로 발생하여 동중국해를 지나 한국 및 일본을 향해 북상하는 경향을 나타내었다. 음의 북서태평양 몬순지 수 해에는 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양의 서쪽해상에 주로 발생하여 남중국해를 지나 중국 남동부 해안 및 인 도 차이나 반도지역을 향해 서진하는 패턴을 보였다. 따라서 한국 부근 지역까지 먼 거리를 이동하면서 바다로부터 충 분한 에너지를 얻을 수 있는 양의 북서태평양 몬순지수 해에의 태풍강도가 더 강하였다. 또한 양의 북서태평양 몬순지 수 해에 태풍들이 더 많이 발생하는 특성을 보였다. 850 hPa과 500 hPa 유선에 대한 두 그룹 사이에 차에서는 열대 및 아열대 북서태평양에서 저기압성 아노말리가, 동아시아 중위도 지역에는 고기압성 아노말리가 강화되었다. 이 두 기압 계 아노말리로 인해 한국 부근 지역에서는 남동풍 아노말리가 발달하였으며, 이 남동풍 아노말리가 태풍들을 한국 부근 지역으로 향하게 하는 지향류 아노말리의 역할을 하였다. 또한 열대 및 아열대 북서태평양에서 발달한 저기압성 아노말 리로 인해 양의 북서태평양 몬순 지수해에 태풍들이 좀 더 많이 발생할 수 있었다.
주요어: 태풍, 북서태평양 몬순, 엘니뇨-남방진동
서 론
열대 및 아열대 북서태평양에서 발생한 태풍은 동 아시아 저위도에 있는 국가들에 뿐만 아니라 중위도 에 있는 국가에도 상당한 인명과 재산피해를 입히고 있다.
한국 영향 태풍에 대해서 Park and Moon (1995) 은 열대 및 아열대 북서태평양 서쪽해역에서 발생하 여 한국에 영향을 주는 태풍을 기후학적으로 해석하 고 태풍에 의한 강수를 진로나 운동에너지와 관련시 켜 그 특성을 조사였다. Lee et al. (1992)은 1960년 부터 1989년까지 30년 동안 동아시아 중위도 지역에 접근하면서 한국에 영향을 미친 모든 태풍들에 대하 여 중심기압과 중심 최대풍속을 통계적으로 분석하고 진로 특성에 따른 태풍을 분류하였으며, 각 유형의 대표사례에 대한 대기순환의 특성을 밝히고 있다.
Kim et al. (2002)은 1951년부터 2001년 동안의 자료 를 이용하여 태풍의 장기적인 변화를 분석하였는데, 태풍의 진로에 영향을 주는 가장 중요한 인자를 대 기순환 중에서도 북태평양 고기압의 위치와 강도로 보고 한국에 영향을 주는 태풍진로가 대기순환의 변 동에 따라 어떤 차이가 있는지에 대해 연구하였다.
이외에도 태풍을 피해와 연관시켜 연구한 것으로는 2000년 한국에 영향을 미친 태풍 ‘Saomai’와 ‘Prapiroon’
의 피해상황과 과거 유사한 경로를 가지는 태풍들과 비교해 본 Yoo and Jung (2000)의 연구가 있다. 또 한 Park et al. (2006)은 한국에 영향을 미친 태풍진 로를 7가지 유형으로 구분하였고, 이 중에서 중국을 거쳐 한국에 영향을 주는 경우와 일본을 거쳐 영향 을 주는 경우가 각각 24.6%와 22.9%를 차지하였음 을 보였다. 즉, 한국에 영향을 주는 태풍의 약 50%
는 주변 국가를 거치면서 한국에 접근하는 특징이 있음을 주장하였다.
동아시아 지역은 열대 및 아열대 북서태평양에서 발생하는 태풍들로 인해 매년 수많은 재산과 인명피 해를 입고 있다. 일본에서는 2004년 10개의 태풍들 이 상륙하였으며, 지금까지 그 높은 상륙빈도의 기록 은 깨어지지 않고 있다 (Kim et al., 2005; Choi et al., 2009; Choi and Kim, 2011a; Choi and Kim, 2011b). 한국에서는 2002년 태풍 ‘Rusa’가 상륙하여 지금까지의 최고 기록인 870.5 mm의 24시간 최다 누적 강수량이 강릉에서 기록되었다 (Park and Lee, 2007). 타이완에서는 2009년 태풍 ‘Morakot’이 상륙 하여 남부지역에 1년 누적 강수량에 해당하는 양이 단 하루만에 기록되었으며(Pan et al., 2010), 필리핀 에서는 동아시아에서 가장 높은 태풍의 매년 영향 빈도인 약 10개의 태풍으로부터 영향을 받고 있다 (Lyon and Camargo, 2009).
따라서 북서태평양의 각 지역에서 발생하는 이러한 비이상적인 태풍활동에 대한 원인을 기후인자로부터 찾고자 하는 노력이 활발히 이루어져왔다. 북서태평 양 태풍활동과의 상관분석이 가장 많이 이루어진 기 후인자들은 준 2년 진동(quasi-biennial oscillation, QBO)과 엘니뇨-남방진동(El Niño-southern oscillation, ENSO)이다 (Chan, 1985, 1995; Lander, 1994;
Saunders et al., 2000; Wang and Chan, 2002;
Camargo and Sobel, 2005; Ho et al., 2009). Lander (1994)는 열대 및 아열대 북서태평양에서의 태풍발생 빈도와 엘니뇨-남방진동 사이에는 통계적으로 유의한 상관을 보이지 않는 반면, 태풍 발생위치에서는 엘니 뇨-남방진동의 변화에 따라 뚜렷한 차이가 있음을 제 안하였다. 이후 Wang and Chan (2002)과 Camargo
and Sobel (2005)은 엘니뇨시 태풍들은 열대 및 아열 대 북서태평양의 남동해역에서 주로 발생하며, 보다 오래 지속되는 경향이 있음을 보였다.
Ho et al. (2005)은 북서태평양 태풍 활동의 변화 에 대한 원인을 남반구에서의 대기순환과 연관시키고 자 하였다. 그들은 남반구에서 양의 남극진동(positive Antarctic Oscillation, AAO)해 동안 동아시아 중위도 지역에서 발달한 고기압 아노말리로 인해 이 지역에 서의 태풍 이동빈도는 증가하나 남중국해 부근지역에 서는 감소함을 보였다. 또한, Wang and Fan (2007) 은 6-9월 동안 남극진동과 열대 및 아열대 북서태평 양에서의 태풍 발생빈도 사이에는 음의 상관관계가 있음을 발견하였다. 그들은 이 연구에서 양의 남극진 동 해에 열대 및 아열대 북서태평양에서는 연직 바 람 시어가 증가하고, 하층 고기압/상층 저기압의 연 직구조가 발달하며, 해수면 온도는 낮아져 태풍들이 발생하는데 불리한 환경이 조성됨을 보였다.
한편, Elsner and Kocher (2000)는 factor analysis model을 이용하여 세계 주요 태풍 발생 해역으로부 터 전구 규모의 태풍 활동 지수의 추출을 시도하였 으며, 추출된 지수는 엘니뇨-남방진동의 변동보다는 북대서양 진동(North Atlantic Oscillation, NAO)의 변동과 좀 더 깊은 관계가 있음을 제시하였다. 또한 Wang et al. (2007)은 6-9월 동안 북태평양 진동 (North Pacific Oscillation, NPO)과 열대 및 아열대 서태평양 및 열대 및 아열대 대서양에서의 태풍 및 허리케인 발생빈도와의 관계를 조사하였다. 결과로서, 그들은 전자와 후자 태풍발생 해역에서의 태풍 발생 빈도가 각각 북대서양 진동과 양의 상관 및 음의 상 관을 나타내며, 두 태풍 발생 해역 사이에 태풍 및 허리케인 발생빈도의 변동은 대기순환 패턴을 통해 이루어짐을 제안하였다. 가장 최근의 연구로서 Choi et al. (2010)은 태평양-일본 원격 패턴(Pacific-Japan teleconnection pattern)에 따른 북서태평양 태풍 활동 의 변화를 분석하였다. 이들은 양의 태평양-일본 원 격 패턴시에는 동아시아 저·중위도에 각각 저기압 아노말리와 고기압 아노말리가 발달함으로 인해 동아 시아 중위도에서 강화된 남풍 아노말리가 이 지역으 로 태풍들을 쉽게 이동시키는 지향류 아노말리의 역 할을 함을 보인바 있다.
북반구 겨울철에 가장 뚜렷하게 매년 발생하는 모 드중의 하나인 북극진동(Arctic Oscillation, AO)과 북서태평양 태풍활동과의 관계에 대한 연구도 눈에
띈다. Choi and Byun (2010)이 7-9월 동안 북극진동 위상에 따른 북서태평양 태풍 활동의 변화를 분석하 였다. 대서양에서의 허리케인 활동과 북극진동과의 관계에 대한 연구 역시 존재한다(Larson et al., 2005;
Xie et al., 2005). 이 연구들에서는 북극진동이 대서 양에서의 허리케인 발생빈도와 양의 상관관계에 있음 을 공통적으로 제시하고 있다.
하지만 북서태평양 몬순과 동아시아 중위도 지역, 특히 한국에 영향을 주는 태풍빈도와의 관계에 대한 연구는 찾기 힘들다. 태풍활동 역시 몬순 순환의 한 부분으로서 북서태평양 몬순은 열대 및 아열대 북서 태평양에서의 태풍활동에 영향을 줄 것이다. 따라서 이 연구는 한국에 영향을 주는 태풍 빈도와 북서태 평양 몬순과의 관계에 대해 조사한다.
이 연구는 2장에서 자료 및 분석방법이 소개되고 3장에서는 북서태평양 몬순을 정의한다. 4장에서는 한국 영향 태풍빈도와 북서태평양 몬순과의 상관관계 를 분석하고 5장에서는 이 관계에 대한 원인을 파악 하기 위해 종관 환경이 조사된다. 이 연구는 6장에서 요약된다.
자료 및 분석방법
자료
태풍자료는 지역특별기상센터-동경 태풍센터(Regional Specialized Meteorological Center (RSMC)-Tokyo Typhoon Center)에서 제공하는 태풍의 최적경로(best- track) 자료로부터 획득되었다. 이 자료는 1977-2013 년(37년)동안 매 6시간 간격으로 관측된 태풍 이름, 위경도 위치, 중심기압, 중심 최대풍속의 정보로 구 성된다. 태풍은 일반적으로 중심 최대풍속을 기준으 로 네 등급으로 나뉘어진다: 열대 저압부(Tropical Depression, 중심최대풍속<17 ms−1), 열대폭풍(Tropical Storm, 17 m s−1≤중심최대풍속≤24 m s−1), 격렬한 열 대폭풍(Severe Tropical Storm, 25 m s−1≤중심최대풍 속≤32 m s−1), 태풍(Typhoon, 중심최대풍속≥33 m s−1).
위의 네 등급에 더하여 이 연구에서는 태풍으로부터 변형된 온대저기압(extratropical cyclone)도 분석에 포함시켰다. 이는 이러한 온대 저기압도 동아시아 중 위도 지역에서 많은 재산과 인명피해를 입히기 때문 이다. 이 연구에서 태풍은 이 다섯 등급을 모두 포함 하는 것으로 정의된다.
한편 이 연구는 1977-2013년 동안의 미국 국립환
경예측센터-국립대기연구센터(National Centers for Environmental Prediction-National Center for Atmospheric Research, NCEP-NCAR) 재분석 자료의 지위고도 (gpm), 기온(oC), 상대습도(%), 동서 및 남북류(ms−1), 가강수량(kg m−2)의 변수를 사용하였다(Kalnay et al., 1996; Kistler et al., 2001), 이 재분석 자료는 위경도 2.5o×2.5o 및 17개의 연직층(상대습도는 16층, 가강수 량은 1층) 과 같은 공간해상도로 이루어져 있다.
또한 미국 국립대기해양청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) 월평균 해수면 온도(Sea Surface Temperature, SST) (Reynolds et al. 2002)자료가 사용되었다. 이 자료는 위경도 2.0o× 2.0o 수평 공간해상도로 구성되어 있고, 1854년부터 현재까지 이용 가능하다.
미국 NOAA 산하의 기후예측센터(Climate Prediction Center, CPC)에서 제공하는 월평균 강수량 자료를 사 용하였다(Xie and Arkin, 1997). 이 자료는 국립환경 예측센터-국립대기예측센터의 재분석 자료와 같은 수 평 공간해상도를 가지고 있으며, 1979년부터 현재까 지 이용 가능하다. 이 강수량 자료는 해양까지 커버 하는 전 지구자료로서 우량계 관측데이터, 위성자료 및 수치모델 자료를 이용하여 산출되었다.
분석방법
이 연구에서 태풍 이동빈도를 계산하기 위해서 각 태풍은 5o×5o 격자내에 위치시킨 후 계산되었으며, 태풍이 같은 격자내에 여러 번 이동하여도 한번 이 동한 것으로 간주하였다. 태풍의 발생빈도 역시 이와 같은 방법으로 계산되었다.
두 평균 사이의 유의성 비교는 독립표본 t-검정 (independent two-sample t-test)을 사용하였다. 두 독 립변수의 시계열이 t-분포를 따르고, 표본의 평균이 각각 , 로 정의될 경우, t-검정의 식은 다음과 같이 표현될 수 있다.
t=
여기서 S1, S2는 표준편차이고 n1, n2는 두 시계열 에서 총 개수이다. 만약 위의 식으로부터 t의 절대값 이 유의수준의 문턱값보다 크게 산출되면, 귀무가설 (null hypothesis)은 α (×100)%의 신뢰수준에서 기각 된다(Wilks, 1995).
또한 이 연구에서 종관환경의 상태를 진단하기 위 한 연직 바람 시어(vertical wind shear)는 다음의 식 과 같이 계산된다.
VWS=
여기서 u 와 v 는 동서 및 남북류를 각각 나타내며, 200과 850은 200 hPa과 850 hPa층을 각각 나타낸다 (Wingo and Cecil, 2010).
이 연구에서 여름은 6-8월 평균으로 정의되는데, 이는 북서태평양 몬순 강수량이 이 세 달에 집중되 기 때문이다(Wnag and Fan, 1999).
한국의 영역은 Fig. 1에서 보여지는 것처럼 30o- 45oN, 120o-130oE의 영역으로 정의된다.
북서태평양 몬순 지수의 정의
Figure 2는 북서태평양 몬순지수의 정의를 보여준 다. 북서태평양 몬순지수는 아래의 식과 같이 계산된 다(Wang and Fan, 1999).
WNPMI=UWND850 (1) (5-15N, 100-130E)
−UWND850 (2) (20-30N,110-140E)
만약, 이 식에서 UWND850 (1)이 양의 값을 나타내 고(즉, 서풍이 강화되고) UWND850 (2)가 음의 값을 나타낸다면(즉, 동풍이 강화된다면) 북서태평양 몬순지 수는 양의 값을 가지게 되어 아열대 북서태평양에 몬 순 기압골이 강화됨을 의미한다. 반대로 UWND850 (1) 이 음의 값을 나타내고(즉, 서풍이 약화되고) UWND850(2) 가 양의 값을 나타낸다면(즉, 동풍이 약화된다면) 북 서태평양 몬순지수는 음의 값을 가지게 되어 아열대 x1 x2
x1–x2
Sx1x2 1 n1
---- 1+n----2
---
u200 850–
( )2+(v200 850– )2
Fig. 1. Definition of area of Korean Peninsula that affected by TC in summer (June to August).
북서태평양에 몬순 기압골이 약화됨을 의미한다. 즉 북서태평양 몬순지수가 양(음)의 값을 가지게 되면 아열대 북서태평양에 저기압성(고기압성) 순환 아노 말리가 강화된다. 이 문제에 관하여 Wang and Fan (1999)은 강(약)한 북서태평양 몬순은 외향장파복사 분석을 통하여 아열대 북서태평양에서 좀 더 강(약) 한 대류로부터 초래됨을 보였다.
한국 영향태풍의 빈도와 북서태평양 몬순과의 상관관계
Figure 3는 최근 37년(1977-2013) 동안 여름에 한 국에 영향을 주는 태풍 빈도와 북서태평양 몬순지수 의 시계열을 보여준다. 두 시계열 모두 뚜렷한 연변 동 및 십년변동을 나타낸다. 특히 두 시계열 사이에 는 양의상관 관계가 뚜렷하여 두 변수 사이에는 99% 신뢰수준에서 0.65의 높은 양의 상관관계를 나 타낸다. 이는 열대 및 아열대 북서태평양 지역에 여 름몬순이 강(약)화되면 한국에 영향을 주는 태풍빈도 가 높(낮)아짐을 의미한다.
하지만 두 시계열에서 추세를 제거하게 되면 상관 관계가 달라질 수 있다. 따라서 두 시계열에서 추세 를 분석하였다. 그 결과 두 시계열에서의 추세는 약 하게 감소하는 경향을 나타낸다. 하지만 이러한 추세 변화는 통계적으로 유의하지 않다. 따라서 두 시계열 에서 추세를 제거하더라도 두 변수 사이의 상관계수 는 거의 변하지 않았다.
한편 엘니뇨-남방진동의 영향으로 인해 두 변수 사 이에 상관관계가 높아질 수도 있다. 따라서 이 연구 는 여름철 엘니뇨 해(1982, 1987, 1991, 1997, 2002,
2004, 2009)와 라니냐 해(1985, 1988, 1998-2000, 2010)를 제거하고 두 변수의 시계열을 분석하였다 (Fig. 4). 엘니뇨-남방진동 해를 제거하여도 두 변수 사이에 양의 상관관계는 뚜렷하게 유지되고 있음을 볼 수 있다. 따라서 두 변수 사이에 상관관계 역시 99% 신뢰수준에서 0.68의 양의 상관계수를 나타내었 다. 이 결과는 엘니뇨-남방진동의 영향이 두 변수 사 이의 관계에 큰 영향을 미치지 않음을 의미한다.
양의 북서태평양 몬순 해와 음의 북서태평양 몬순 해 사이의 차
위의 분석결과에서 살펴보았듯이 두 변수 사이에 존재하는 양의 상관관계의 원인을 알아보기 위해 엘 니뇨-남방진동 해를 제외하고 가장 높은 북서태평양 몬순지수를 가지는 8개 해(이후, 양의 북서태평양 몬 순지수 해라 함)와 가장 낮은 북서태평양 몬순지수를 가지는 8개 해(이후, 음의 북서태평양 몬순지수 해라 함)를 선정하였다(Table 1). 여기서 선정된 각 8개 해 Fig. 2. Definition of western North Pacific monsoon index
(WNPMI).
Fig. 3. Time series of the frequency of TC that affects Korean Peninsula (blue line with a closed circle) and west- ern North Pacific monsoon index (WNPMI) (red line with an open circle) and their trends.
Fig. 4. Time series of the frequency of TC that affects Korean Peninsula (blue line with a closed circle) and west- ern North Pacific monsoon index (WNPMI) (red line with an open circle) except for El Niño-Southern Oscillation (ENSO) years.
는 ±0.6 이상의 북서태평양 몬순지수를 갖는다. 양의 북서태평양 몬순지수 해에는 1986, 2001년을 제외하 고 3개 태풍 미만의 해가 없는 반면, 음의 북서태평 양 몬순지수 해에는 모든 해에서 3개 태풍 미만을 나타낸다. 따라서 양의 북서태평양 몬순지수 해에는 평균 3.8개의 태풍이 한국에 영향을 주었으며, 음의 북서태평양 몬순지수 해에는 평균 1.3개의 태풍이 영 향을 주어 두 그룹 사이에는 약 2.5개 태풍의 차가 난다. 이 차이는 95% 신뢰수준에서 유의하다. 따라 서 이후의 장에서는 양의 북서태평양 몬순지수 해의 평균과 음의 북서태평양 몬순지수 해 평균 사이의 차에 대해 분석된다.
태풍활동
이 연구는 먼저 두 그룹 사이에 태풍 발생빈도를 분석하였다(Fig. 5a). 전체적으로 양의 북서태평양 몬 순지수 해에의 태풍들은 열대 및 아열대 북서태평양 의 동쪽 해역에서, 음의 북서태평양 몬순지수 해에는 열대 및 아열대 북서태평양의 서쪽해역에서 발생하는 경향을 보인다. 이러한 경향은 각 그룹의 평균 태풍 발생위치를 분석해 봄으로서 알 수 있다. 양의 북서 태평양 몬순지수 해에는 15.6oN, 144.4oE인 반면, 음 의 북서태평양 몬순지수 해에는 15.3oN, 137.0oE로서 두 그룹 사이에 평균 태풍 발생위치에서 위도차는 거의 없지만, 경도차는 거의 7.4o차를 나타낸다. 이러 한 경도차는 99% 신뢰수준에서 유의하다 (위도차는 통계적으로 유의하지 않음).
한편 전체적으로 열대 및 아열대 북서태평양에서 음의 북서태평양 몬순지수 해에보다 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍 발생이 좀 더 많이 분포되어 있
다. 따라서 두 그룹의 각 8개 해에 대해 태풍 발생빈 도를 조사하였다(Table 2). 양의 북서태평양 몬순지수 해에는 11개 태풍 미만의 해가 없는 반면, 음의 북서 태평양 몬순지수 해에는 1996년을 제외한 모든 해에 서 11개 태풍 미만을 나타내고 있다. 따라서 양의 북 서태평양 몬순지수 해에의 평균 태풍 발생빈도는 약 13.6개 태풍인 반면, 음의 북서태평양 몬순지수 해에 의 평균 태풍 발생빈도는 약 9개 태풍으로서 약 4.6 개 태풍의 차를 나타낸다. 이 차는 95% 신뢰수준에 서 유의하다. 따라서 양의 북서태평양 몬순지수 해에 Fig. 5. Differences in the (a) mean TC genesis frequencies and (b) mean TC passage frequencies between the positive WNPMI phase and negative WNPMI phase for JJA within each 5o×5o latitude-longitude grid box. Red and blue lines denote 5,875-gpm contours for positive WNPMI phase and negative WNPMI phase, respectively. Small solid circles indicate that the differences are significant at the 95% confi- dence level.
Table 1. The frequency of TC that affects Korean Penin- sula in positive and negative WNPMI phases in summer (June to August)
Positive WNPMI phase Negative WNPMI phase Year TC frequency Year TC frequency
1978 3 1977 1
1981 3 1983 0
1984 5 1993 2
1986 2 1995 2
1990 4 1996 1
1994 6 2003 1
2001 2 2007 2
2012 5 2008 1
Average 3.8 Average 1.3
는 음의 북서태평양 몬순지수 해보다 태풍들이 많이 발생할 뿐만 아니라, 한국에 영향을 주는 빈도 또한 높았다.
또한 이 연구는 두 그룹 사이에 태풍 이동빈도에 대한 차를 분석하였다(Fig. 5b). 양의 북서태평양 몬 순지수 해에는 필리핀 남동쪽 먼 해상으로부터 동중 국해를 지나 전향한 뒤 한국 및 일본을 향하여 북상 하는 패턴을 보여준다. 반면, 음의 북서태평양 몬순 지수 해에는 필리핀 남동쪽해상으로부터 남중국해를 지나 중국 남동부 해안 및 인도차이나 반도 지역에 상륙하는 경향을 나타낸다. 앞서 양의 북서태평양 몬 순지수 해에의 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양 의 동쪽해역에서 주로 발생함을 분석하였다. Wang and Chan (2002)은 열대 및 아열대 북서태평양의 동 쪽해역에서 발생한 태풍들은 동아시아 중위도 지역으 로 북상하는 경향을 나타내며, 서쪽해역에서 발생한 태풍들은 중국 남동부지역 및 인도차이나 반도를 향 해 서진하는 경향이 강함을 보인바 있다. 이 연구에 서의 결과 역시 Wang and Chan (2002)의 결과와 일 치함을 알 수 있다. 결국 두 그룹 사이에 태풍 이동 빈도의 차에서 동아시아의 남동지역과 북동지역 사이 에 쌍극자 패턴이 나타남을 볼 수 있다.
한편 앞서 분석된 두 그룹 사이에 태풍 발생위치 와 태풍 진로에 대한 차는 두 그룹 사이에 태풍 강 도에 대한 차에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 이 연 구는 두 그룹 사이에 태풍 강도에 대한 차를 분석하 였다(Fig. 6). 이 연구에서 태풍 강도는 6시간 간격의 지역특별기상센터-동경 태풍센터에서 제공하는 태풍 최적경로자료를 사용하여 한국 부근 지역에서 관측된 태풍 중심기압과 태풍 중심최대풍속으로 정의된다.
전체적으로 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍 강
도가 음의 북서태평양 몬순지수 해에의 태풍 강도보 다 강하다. 태풍 중심기압에서는 양의 북서태평양 몬 순지수 해에의 태풍들이 음의 북서태평양 몬순지수 해에의 태풍들보다 약 4 hPa이 더 낮았으며(Fig. 6a), 태풍 중심 최대풍속에서는 양의 북서태평양 몬순지수 해가 음의 북서태평양 몬순지수 해보다 약 7 kts 더 높았다. 두 변수에 대한 두 그룹 사이에 차는 95%
신뢰수준에서 유의하다. 이렇게 양의 북서태평양 몬 순지수 해에 태풍 강도가 음의 북서태평양 몬순지수 해보다 더 강한 이유는 앞서 분석된 태풍 이동빈도 에서 찾아볼 수 있다. 양의 북서태평양 몬순지수 해 에는 필리핀 남동쪽 먼 해상에서 발생하여 한국으로 북상하는 동안 태풍 강도를 유지시킬 수 있도록 바 다로부터 에너지를 얻을 수 있는 충분한 시간이 있 다. 반면, 음의 북서태평양 몬순지수 해에는 필리핀 남동해역으로부터 중국 남동해안 및 인도 차이나 반 도 지역까지 짧은 거리를 이동하는 동안 바다로부터 에너지를 얻을 수 있는 시간이 적으며, 게다가 태풍 들이 중국 남동 해안 및 인도 차이나 반도지역에 상 륙하자마자 열대저압부로 약해지거나 소멸되었기 때 문에 태풍 강도가 약해질 수 밖에 없다. 이는 태풍들 이 열대 및 아열대 북서태평양의 남동해역에서 발생 할수록 태풍 강도가 더 강함을 보인 Wang and Chan (2002)의 결과와 일치한다. 또한 Wang et al. (2013) 은 지구온난화의 강화로 인해 북태평양 고기압의 강 화로 인해 동아시아 영향을 주는 태풍의 강도가 증 가함을 보인바 있다.
Fig. 6. TC (a) central pressure and (b) maximum sustained wind speed around Korean Peninsula. The boxes show the 25th and 75th percentiles, the lines in the boxes mark the median and the circles are values below (above) the 25th (75th) percentiles of distribution. The numbers to the right and left sides of the figure represent average values (cross marks) for the positive WNPMI and negative WNPMI phases, respectively.
Table 2. TC genesis frequency in positive and negative WNPMI phases in summer
Positive WNPMI phase Negative WNPMI phase Year TC frequency Year TC frequency
1978 15 1977 9
1981 15 1983 9
1984 12 1993 12
1986 11 1995 9
1990 13 1996 11
1994 18 2003 8
2001 13 2007 7
2012 12 2008 7
Average 13.6 Average 9.0
종관환경
앞서 분석되었듯이 북서태평양 몬순과 한국 부근지 역에서의 태풍 빈도 사이에 양의 상관관계의 원인을 알아보기 위해 두 그룹 사이에 종관환경에 대한 차 를 분석하였다.
먼저 두 그룹 사이에 가강수량에 대한 차를 살펴 보면 열대 및 아열대 서태평양지역에서는 양의 아노 말리를 보이는 반면, 중국 중부지역으로부터 동중국 해를 지나 일본 동쪽해역까지 음의 아노말리를 나타 낸다(Fig. 7a). 두 그룹 사이에 강수량에 대한 차 역 시 비슷한 공간분포를 나타낸다(Fig. 7b). 25oN 이남 의 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 양의 아노
말리를 나타내는 반면 동아시아 중위도 지역에서는 음의 아노말리를 나타낸다. 두 분석의 결과로부터 양 의 북서태평양 몬순지수 해에는 동아시아 여름몬순 (East Asian summer monsoon)이 약화되어 있는 반 면 북서태평양 몬순은 강화되어 있음을 알 수 있다.
두 그룹 사이에 500 hPa 유선에 대한 차에서 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 저기압성 순환 아노 말리가 강화되어 있는 반면, 분석영역의 중위도 지역 에서는 고기압성 순환 아노말리가 강화되어 있다 (Fig. 8a). 특히 저기압성 순환 아노말리의 중심은 필 리핀 북쪽해상에 위치해 있으며, 고기압성 순환 아노 말리의 중심은 일본 동쪽해상에 위치해 있다. 이러한 기압계의 아노말리 패턴은 양의 태평양-일본 원격패 Fig. 8. Differences in (a) 500 hPa and (b) 850 hPa stream- lines between positive WNPMI phase and negative WNPMI phase. Shaded areas are significant at the 95% confidence level.
Fig. 7. Differences in (a) precipitable water and (b) precipi- tation between positive WNPMI phase and negative WNPMI phase. Contour intervals are 1 kg m−2 for precipitable water and 1 mm day−1 for precipitation. Shaded areas are signifi- cant at the 95% confidence level.
턴과 유사하다(Nitta, 1986, 1987, 1989). Choi et al.
(2010)의 연구에서 양의 태평양-일본 원격패턴 해에 태풍들이 동아시아 중위도 지역으로 좀 더 많이 북 상하며, 태풍 강도도 더 강함을 보인바 있다. 동아시 아 지역에 이러한 두 기압계 아노말리 패턴으로 인 해 한국 부근지역은 남동풍 아노말리의 영향을 받고 있다. 양의 북서태평양 몬순지수 해에 이 남동풍 아 노말리는 열대 및 아열대 북서태평양지역에서 발생한 태풍들을 한국 부근 지역으로 향하게 하는 지향류 아노말리의 역할을 할 수 있다. 따라서 이 그룹에 한 국 부근 지역에 태풍 빈도가 높게 된다. 두 그룹 사 이에 850 hPa 유선에 대한 차의 분석결과 역시 500 hPa 유선의 분석결과와 유사한 공간분포를 나타낸다 (Fig. 8b). 30oN 이남의 열대 및 아열대 북서태평양지 역에서는 저기압성 순환 아노말리가 강화되어 있는 반면, 분석영역의 중위도 지역에서는 고기압성 순환 아노말리가 강화되어 있다. 특히 열대 및 아열대 북 서태평양지역에서의 저기압성 순환 아노말리의 강화 로 인해 앞서 살펴보았듯이 양의 북서태평양 몬순지 수 해에 태풍들이 더 많이 발생할 수 있었다.
한편 양의 북서태평양 몬순지수 해에 열대 및 아 열대 북서태평양지역에서의 저기압성 순환 아노말리 의 강화는 몬순 기압골의 강화와 연관될 수 있다. 따 라서 두 그룹에 대해 850 hPa 유선에 대해 분석하였 다(Fig. 9). 양의 북서태평양 몬순지수 해에는 몬순 기압골이 150oE까지 동쪽으로 발달해 있는 반면, 음 의 북서태평양 몬순지수 해에는 몬순 기압골이 거의 발달해 있지 않다. 일반적으로 태풍 발생빈도와 태풍 발생위치는 몬순 기압골의 발달 정도 및 발달 위치 와 연관된다(Gray 1975). 따라서 몬순 기압골이 동쪽 으로 더욱 확장되어 있는 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 더욱 많이 발생하며, 열대 및 아열대 북서태평양의 동쪽해역에서 주로 발생하게 된다.
두 그룹에 대한 몬순 기압골의 발달 정도는 북태 평양 고기압의 발달 정도와 연관된다. 따라서 이 연 구는 두 그룹에 대해 북태평양 고기압의 발달 정도 를 분석하였다(Fig. 5b). 이 연구에서 북태평양 고기 압은 5,875 gpm보다 큰 값을 갖는 영역으로 정의된 다. 몬순 기압골이 약했던 음의 북서태평양 몬순지수 해의 북태평양 고기압은 중국 남동부해안까지 서쪽으 로 확장해 있음을 볼 수 있다. 반면 몬순 기압골이 강했던 양의 북서태평양 몬순지수 해의 북태평양 고 기압은 동쪽으로 약화되어 있다. 일반적으로 태풍들
은 북태평양 고기압의 서쪽 연변을 따라 이동하는 경향이 있다(Wang and Chan, 2002). 따라서 각 그룹 의 태풍 진로는 북태평양 고기압의 서쪽 연변과 거 의 일치하며, 북태평양 고기압이 동쪽으로 수축되어 있는 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 한국 부근 지역으로 좀 더 많이 이동했음을 알 수 있다.
한편, 양의 북서태평양 몬순지수 해에 대류권 하층 에서 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 저기압성 순환 아노말리의 강화가, 중위도 지역에서는 고기압 성 순환 아노말리의 강화는 두 그룹 사이에 대류권 상하층에서의 수평 발산에 대한 차를 통하여 확인할 수 있다(Fig. 10). 먼저 850 hPa 수평발산에서 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 음의 아노말리가 강 화되어 있는 반면, 동아시아 중위도 지역에서는 양의 Fig. 9. 850 hPa streamline in composites of (a) positive WNPMI phase and (b) negative WNPMI phase.
아노말리가 강화되어 있다(Fig. 10a). 이는 양의 북서 태평양 몬순지수 해에 대류권 하층에서는 열대 및 아열대 북서태평양지역에서 수평 수렴이 강화되어 있 는 반면, 동아시아 중위도 지역에서는 수평 발산이 강화되어 있음을 의미한다. 200 hPa 수평 발산에서는 850 hPa 수평 발산의 결과와 반대의 공간분포를 나타 낸다(Fig. 10b). 열대 및 아열대 북서태평양지역에서 는 수평 발산이 강화되어 있는 반면, 동아시아 중위 도 지역에서는 수평 수렴이 강화되어 있다. 결국, 양 의 북서태평양 몬순지수 해에 열대 및 아열대 북서 태평양지역에서는 상승류의 아노말리가, 동아시아 중 위도 지역에서는 하강류의 아노말리가 형성되어 있음 을 알 수 있다.
실제로 양의 북서태평양 몬순지수 해에 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 상승류의 아노말리가, 동아시아 중위도 지역에서는 하강류의 아노말리가 형 성되어 있는지를 알아보기 위해 태풍들이 주로 발생 하는 경도대인 100o-180oE를 평균한 연직 남북 대기 순환에 대해 두 그룹 사이에 차를 살펴 보았다(Fig.
11a). 0o-25oE의 위도대에서는 상승류의 아노말리가, 25o-45oN에서는 하강류의 아노말리가 강화되어 있다.
즉, 이는 열대 및 아열대 북서태평양지역에서 상승한 기류가 동아시아 중위도 지역에서 하강하는 이차순환 의 아노말리가 형성되어 있음을 의미한다. 이러한 연 직 남북 대기순환에 의해 상대습도에서 0o-30oE의 위 도대에서는 양의 아노말리가 30o-40oN에서는 음의 아 Fig. 10. Same as in Fig. 8, but for (a) 850 hPa and (b) 200
hPa horizontal divergences. Contour interval is 3 s−1*107. Shaded areas are significant at the 95% confidence level.
Fig. 11. Composite differences of latitude-pressure cross section of (a) vertical velocity (contours) and meridional cir- culations (vectors) and (b) relative humidity averaged along 100°ý-180°ýE between positive and negative WNPMI phases for JJA. The values of vertical velocity are multiplied by − 100. Bold arrows and shaded areas are significant at the 95% confidence level. Contour intervals are 0.2-2 hPa s−1 for vertical velocity and 1% for relative humidity, respectively.
노말리가 형성되어 있다(Fig. 11b). 이는 동아시아 중 위도 지역에서는 고기압의 아노말리가, 열대 및 아열 대 북서태평양지역에서는 저기압 아노말리가 강화되 어 있음을 의미한다. 따라서 양의 북서태평양 몬순지 수 해에는 태풍 발생빈도뿐만 아니라 한국 부근 지 역으로 북상하는 태풍 빈도 또한 높게 된다.
850 hPa과 200 hPa 기온에 대한 두 그룹 사이에 차에서는 열대 및 아열대 북서태평양지역(일부 해역 제외)과 동아시아 중위도 지역에서는 온난 아노말리 를 나타낸다(Fig. 12). 이러한 환경은 양의 북서태평 양 몬순지수 해에 태풍들을 발생하게 쉽게 하며, 태 풍들이 한국 부근 지역까지 북상하더라도 강한 강도 를 유지할 수 있게 한다.
600 hPa 상대습도에 대한 두 그룹 사이에 차에서는 25oN 이남의 열대 및 아열대 북서태평양지역에서는 양의 아노말리가, 동아시아 중위도 지역에서는 음의 아노말리를 나타낸다(Fig. 13a). 따라서 양의 북서태 평양 몬순지수 해에 태풍들이 더 많이 발생할 수 있 는 좋은 환경이 된다. 특히, 양의 아노말리의 중심은 열대 및 아열대 북서태평양의 동쪽에 위치해 있어, 양의 북서태평양 몬순지수 해에 이 지역에서 태풍들 이 좀 더 많이 발생할 수 있게 된다.
200-850 hPa 연직 바람 시어에 대한 두 그룹 사이 에 차에서 열대 및 아열대 북서태평양의 서쪽해역을 Fig. 13. Same as in Fig. 8, but for (a) 600 hPa relative humidity and (b) vertical wind shear between 200-850 hPa.
Contour intervals are 2% for 600 hPa relative humidity and 1 ms−1 for vertical wind shear between 200-850 hPa. Shaded areas are significant at the 95% confidence level.
Fig. 12. Same as in Fig. 8, but for (a) 850 hPa and (b) 200 hPa air temperatures. Contour interval is 0.2oC. Shaded areas are significant at the 95% confidence level.
제외하고 모든 해역과 동아시아 중위도 지역까지 음 의 아노말리를 나타낸다(Fig. 13b). 200-850 hPa 연직 바람 시어의 값이 작을수록 대류권 상하층간의 풍향 차가 적어 태풍들이 발생하기 쉬우며, 태풍 강도가 강하게 유지된다. 따라서 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양에서 좀 더 많이 발생할 수 있으며, 태풍들이 한국 부근 지역까 지 북상하더라도 강한 강도를 유지할 수 있게 된다.
요약 및 결론
이 연구는 최근 37년 동안 여름철 한국 부근 지역 에 영향을 준 태풍 빈도와 북서태평양 몬순과의 상 관관계를 분석하였다. 두 변수 사이에는 뚜렷한 양의 상관관계가 존재하였으며, 엘니뇨-남방진동 해를 제 외하여도 높은 양의 상관관계는 변하지 않았다. 이러 한 두 변수 사이에 양의 상관관계의 원인을 알아보 기 위해 엘니뇨-남방진동 해를 제외하고 가장 높은 북서태평양 몬순지수를 갖는 8개 해(양의 북서태평양 몬순지수 해)와 가장 낮은 북서태평양 몬순지수를 갖 는 8개 해(음의 북서태평양 몬순지수 해)를 선정하여 두 그룹 사이에 평균 차를 분석하였다.
양의 북서태평양 몬순지수 해에는 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양의 동쪽해역에 주로 발생하여 동중국해를 지나 한국 부근 지역을 향해 북상하는 경향을 나타내었다. 음의 북서태평양 몬순지수 해에 는 태풍들이 열대 및 아열대 북서태평양의 서쪽해상 에 주로 발생하여 남중국해를 지나 중국 남동해안 및 인도 차이나 반도지역을 향해 서진하는 패턴을 보였다. 따라서 한국 부근 지역까지 먼 거리를 이동 하면서 바다로부터 충분한 에너지를 얻을 수 있는 양의 북서태평양 몬순지수 해에의 태풍 강도가 더 강하였다. 또한 음의 북서태평양 몬순지수 해보다 양 의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 더 많이 발 생하는 특성을 보였다.
850 hPa과 500 hPa 유선에 대한 두 그룹 사이에 차에서는 열대 및 아열대 북서태평양에 저기압 아노 말리가, 동아시아 중위도 지역에는 고기압 아노말리 가 강화되었다. 이 두 기압계 아노말리 패턴으로 인 해 한국 부근 지역에서는 남동풍 아노말리가 발달하 였으며, 이 남동풍 아노말리가 태풍들을 한국 부근 지역으로 향하게 하는 지향류 아노말리의 역할을 하 였다. 또한 열대 및 아열대 북서태평양에서 발달한
저기압 아노말리로 인해 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 좀 더 많이 발생할 수 있었다.
한편 양의 북서태평양 몬순지수 해에 대류권 하층 에서 동아시아 중위도 지역과 열대 및 아열대 북서 태평양에서 각각 발달한 고기압 아노말리와 저기압 아노말리는 수평 발산에 대한 두 그룹 사이에 차를 통해서 확인할 수 있었다. 대류권 하층에서 열대 및 아열대 북서태평양에는 수렴 아노말리가, 동아시아 중위도 지역에서는 발산 아노말리가 강화되었다. 대 류권 상층에서는 반대의 패턴이 강화됨으로써 열대 및 아열대 북서태평양에서는 상승류의 아노말리가, 동아시아 중위도 지역에서는 하강류의 아노말리가 형 성되었다.
양의 북서태평양 몬순지수 해에 이러한 연직 대기 순환의 아노말리가 강화되어 있는지를 알아보기 위하 여 태풍들이 주로 발생하는 100o-180oE를 평균하여 두 그룹 사이에 연직 남북 대기순환에 대한 차를 분 석하였다. 25oN 이남에서 상승한 기류는 25o-45oN에 서 하강하는 이차순환의 아노말리가 형성되어 있었다.
이렇게 양의 북서태평양 몬순지수 해에 강화된 연직 남북 대기순환 아노말리에 의해 30oN 이남에는 대류 권 전 층에서 양의 상대습도 아노말리가 30o-40oN에 서는 대류권 전 층에서 음의 상대습도 아노말리가 강화되었다. 이러한 연직 남북 대기순환 아노말리와 상대습도의 상태는 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍들이 좀 더 많이 발생하여 한국 부근 지역으로 좀 더 많이 영향을 주는 좋은 환경이 되었다.
대류권 상하층에서 모두 분석영역 대부분의 지역에 서 온난 아노말리를 나타내었으며, 대류권 중층 상대 습도에서는 열대 및 아열대 북서태평양에서 양의 아 노말리를 나타내어 양의 북서태평양 몬순지수 해에 태풍 강도가 더 강화될 수 있는 좋은 환경을 제공해 주었다. 게다가 200-850 hPa 연직 바람 시어에서는 열대 및 아열대 북서태평양지역뿐만 아니라 동아시아 중위도 지역까지 음의 아노말리를 나타내었다.
이 연구에서 양의 북서태평양 몬순지수 해에 한국 을 포함하여 동아시아 중위도지역에 영향을 주는 태 풍의 빈도는 높았다. 일반적으로 북서태평양 몬순과 한반도 강수량은 음의 상관이 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 양의 북서태평양 몬순지수 해에 한국에 서의 높은 태풍의 빈도가 한국의 여름강수량의 변동 에 영향을 주는지에 대해서는 좀 더 깊은 연구가 필 요하다.
감사의 글
본 연구는 국립기상연구소 주요사업 “예보기술지원 활용연구”의 지원으로 수행되었습니다.
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Manuscript received: January 16, 2015 Revised manuscript received: February 2, 2015 Manuscript accepted: February 22, 2015
