- 4주차 강의 내용 -

중앙대학교 건설환경플랜트공학과 교수

김 진 홍

- 4주차 강의 내용 -

Chap. 3 강수

3.1 정의 및 분류

ㅇ정의 :

구름이 응축되어 지상으로 떨어지는 모든 형태의 수분을 총칭 ㅇ강수 형성의 4가지 조건

① 충분한 수분공급 : 대기 중에 충분한 수분이 있어야 함

② 충분한 냉각 : 수분을 포함한 공기군이 냉각되어야 함

③ 수분의 응결 : 응결(condensation)이 되어야 함.

④ 수분입자의 성장 : 지상에 낙하하기 위해 어느 정도의 크기로 성장되어야 함.

⇐앞의 세 가지 조건은 보통 형성이 잘 되지만, 네 번째 조건은 형성되기 어렵다.

* 응결핵 (nuclei, 공기중에서 수분을 응결시키는 역할을 하며 주로 먼지나 소금가루 등으로 구성)이 존재하면 응결이 빨라짐.

* 인공적인 응결핵으로서 dry ice와 요오드화은을 이용함.

Chap. 3 강수

인공강우 모식도 - 인공강우(artificially induced rainfall) ;

1946년 미국에서 최초로 구름 속에 드라이아이스 (dry ice)를 주입하여 인공적으로 강수 유발 성공

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3.2 강수의 종류

① 대류형 강수 convective precipitation

- 지상이 불균등하게 열을 받아 공기의 밀도가 낮아져 저기압을 형성하게 되며 밀도차에 의해 공기가 상승한 후 냉각에 의해 강수 형성

예) 소나기, 집중호우

② 전선형 강수 frontal precipitation

- 2개의 기단이 만날 때 이루어지는 냉각 과정에서 형성되는 강수로서 한 기단과 난기단의 교차에 의함. 한냉전선, 온난전선 및 정체전선의 3가지 있음.

* 한냉전선; 한기단이 난기단을 파고드는 경우 발생. 전선 교차지점은 급한 경사로 인해 따뜻한 공기군은 급격히 냉각, 상승되어 대류형 강수와 같은 집중호우가 동반된다. 교차 지점의 범위가 좁아 좁은 지역에 걸쳐 강도 큰 호우 발생.

* 온난전선; 정체된 한기단에 난기단이 타고 오르는 경우 발생. 교차지점의 범위가 한냉 전선에 비해 넓어, 비교적 넓은 지역에 걸쳐 낮은 강도의 강우 발생.

* 정체전선; 교차지점의 범위가 넓어, 넓은 지역에 걸쳐 공기군이 정체되어 오랜 기간에 걸쳐 강우가 형성.

예) 장마 ; 차고 습한 북동기류의 오오츠크해 기단과 따뜻하고 습한 남서기류의 북태평 양 기단의 충돌로 형성

- 시베리아 기단 ; 북서 계절풍, 겨울철 발생. 한랭 건조

Chap. 3 강수

① 대류형 강수 ② 전선형 강수

한냉전선 온난전선

③ 산악형 강수 oragraphic precipitation

- 공기군이 움직이는 진로에 산악지형이 있는 경우의 강수 예) 산악지방의 강수, windward ; 많은 강수 leeward ; 적은 강수

③ 산악형 강수 정체전선

④ 열대성 저기압(태풍)

- 북위 5~25˚사이의 해수면 기온이 섭씨 27℃ 이상인 해역에서 발생. 최대 풍속이 17m/s 이상인 열대성 저기압을 태풍이라고 한다.

- 바다로부터 수증기를 공급받은 뒤 지구 자전에 의한 코리올리의 힘의 작용으로 소 용돌이화 되며(북반구: 반시계 방향, 남반구: 시계 방향), 발생 지점에서 북쪽으로 이동.

- 풍향이 시계 반대방향으로 그 세기가 오른쪽이 강해서 서쪽으로 밀려, 북서쪽으로 움직인다. 이후 편서풍의 영향으로 다시 북동쪽으로 꺾임으로써 완만한 C자형을 그림.

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- 태풍은 해수면에서 충분한 수분을 공급받고 이동시 마찰이 적어 빠른 속 도와 강한 바람을 동반하지만, 육지에 도달되면서 마찰이 커지고 해수면보 다 상대적으로 수분공급이 적어 결국 태풍이 소멸되고 온대성 저기압으로 바뀜.

* 위험반원, 가항반원

• 태풍의 눈

• 태풍 명

• 지역 명칭

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3.3 강수 분석

우량주상도(rainfall hyetograph) ; 시간당 강우량을 표시한 막대 그래프

강우강도 ; 단위 시간당 내리는 강우량 (㎜/hr)

누가우량곡선 ; 시간당 강우량을 계속적으로 누가시켜 나타내는 곡선

강수량 장기변동 성향의 정성적 판단 ; 점진평균 방법을 이용하여 판단

← 연차적 변동폭이 큰 경우 일정기간의 이동 평균값을 산정하여 장기변동성향파악

* 시간 혹은 일단위 자료와 같이 시간적 상관이 작은 강수량의 단기변동성파악은 어려움

우량주상도와 누가우량곡선 점진평균방법에 의한 강우량 변동성향

Chap. 3 강수

 강우자료의 결측치 보완

- 강우자료의 결측된 값을 알기 위해서는 주변에 있는 3개의 다른 관측소 값을 이용해서 구할 수 있다

- 결측치 보완방법에는 산술평균법과 가중평균법이 있다

① 산술평균법

; 결측 관측소의 자료와 인근 관측소 자료의 차이가 10%이내일 때 사용 3

/ ) ( _{1 2 3}

4 P P P

P   

② 가중평균법

; 결측 관측소의 자료와 인근 관측소 자료의 차이가 10% 이상일 때 사용 )

3( 1

3 3 4 2 2 4 1 1 4

4 P

N P N N P N N

P  N  

P4 : 결측치의 강우자료 (여기서는 4 관측소) P¹, P², P³ : 1,2,3 관측소의 강우자료

N¹, N², N³, N⁴ : 관측소 1,2,3,4에서 장기간 측정한 자료

Chap. 3 강수

 강수 계측망의 밀도

- 강수자료를 사용할 목적의 종류에 의하여 결정

- 유역상에 내리는 강우의 지역적 분포를 대표할 수 있도록 계획

지 역 최소관측밀도(㎢ /관측소) 보통 우량계 자기 우량계 해안 지역

산지 내륙 평원

구릉지/파상 지역 작은 섬 지역 도시 지역

극 지역/ 건조 지역

900 250 575 575 25 - 10,000

9,000 2,500 5,750 5,750 250 10-20 100,000

세계기상기구에서 추천한 최소 강수 관측밀도 (WMO, 1994)

우리나라 우량관측소 현황

Chap. 3 강수

•관측자료는 기기의 교체, 설치장소의 이동, 관측절차의 변경 등으로 인해 자료의 일관성(consistency)을 잃는 경우가 있다

* 강우량의 오차

- 계기오차 ; 우량계 자체의 결함으로 발생

- 관측오차 ; 인위적인 원인에 의해 발생, 설치 위치가 중요 바람에 의한 오차가 가장 큼

(우량계 주변에 바람막이 설치)

•강우자료의 일관성은 이중누가곡선(double mass analysis)의 해석에 의해 찾을 수 있다

•이중누가곡선은 주변에 있는 여러 관측소의 연평균강우량의 누가치(평균 값)과 검증하고자 하는 관측소의 연평균강우량의 누가치를 비교한 것이다

•이중누가곡선이 직선이면 자료는 일관성이 있으나 2개 이상의 직선으로 구성되면 일관성이 없다. 이 경우 자료 수정은 다음 공식에 의한다.

o o a

a P

b

P b Pa ; 수정된 강우량, Po ; 관측강우량

ba ; 일관성있는 자료군의 경사, bo ; 수정되어야 할 자료군의 경사

 강우자료의 일관성 검토

Chap. 3 강수

이중누가곡선 이중누가곡선을 위한 자료

•아래 그림은 표를 도시한 것으로서, 윗 직선은 일직선이므로 일관성이 있으나 아래 직선은 2개의 직선으로 구성되어 있어 일관성이 없다. 1930 년 이후의 자료가 옳다면 1930년 이전의 자료는 다음 공식으로 수정한다.

o

a

P

P

1 * 예를 들어 1926년의 값 32.85는 44.08로 수정

감사합니다