Study on the Prediction of Turning Point of Typhoon Tracks using COMS Water Vapor Images

천리안 수증기 영상을 이용한 태풍진로의 전향위치 예측 연구

김종석¹·윤일희^2,*

1경북대학교 천문대기과학과, 702-701, 대구광역시 북구 대학로 80

2경북대학교 지구과학교육전공, 702-701, 대구광역시 북구 대학로 80

Study on the Prediction of Turning Point of Typhoon Tracks using COMS Water Vapor Images

Jong-Seok Kim¹ and Ill-Hee Yoon^2,*

1Department of Astronomy and Atmospheric Science, Kyungpook Nation University, Daegu 702-701, Korea

2Department of Earth Science Education, Kyungpook Nation University, Daegu 702-701, Korea

Abstract: The purpose of this study focuses on the prediction time and location of turning-point of typhoon tracks using the water vapor images of Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) which has a very short observation interval. It targets a more accurate prediction of turning-point of typhoon tracks through the relationship between dry slot and northern/southern oscillations of jet stream. Jet stream moves by the position of jet streak and the υ -component velocity of geostrophic wind. If the υ -component of geostrophic wind gets stronger toward south, jet stream develops into a circular jet. In that condition, dry slot in satellite water vapor imagery extends toward south, and typhoon track turns as the distance of curved moisture band (CMB) gets narrowed down. If the interval of CMB is below 15^o of latitude, the typhoon track is turning toward north or northeast within 24 hours. As a result, typhoon track showed that when dry slot position was located less than 32^oN, typhoon turned its track at 20-23^oN (1^th Kong-Rey 2007 and 17^th Jelawt at 2012), and when in 35^oN above, it turned at 27^oN (4^th Man-yi 2007).

Keywords: water vapor images, dry slot, jet streak, circular jet, CMB

요 약: 이 연구의 목적은 관측주기가 짧은 천리안 위성의 수증기 영상자료를 활용하여 태풍의 전향위치와 시간까지 예 측이 가능하도록 하는데 있다. 즉 수증기의 위성영상의 건조슬롯과 제트류의 남북진동의 관계를 이용하여 태풍진로의 전향위치를 보다 정확히 예측하는 것이다. 제트류는 제트스트리크의 위치와 지균풍 υ 성분의 크기에 따라 움직이는데, 지균풍 υ 성분이 남쪽방향으로 강화되면 제트류는 원형 제트로 발달하게 된다. 이때 수증기 영상에서는 건조슬롯이 남 쪽으로 확대되고, 굴곡수분밴드(CMB) 거리가 좁혀지기 때문에 태풍이 전향하게 된다. 굴곡수분밴드가 위도 15^o이하이 면 24시간 내에 태풍이 북 또는 북동으로 전향하게 된다. 결과적으로 태풍진로는 건조슬롯의 위치가 32^oN 이하이면 20-23^oN 이하에서 전향(2007년 1호 태풍 콩레이와 2012년 17호 태풍 즐라왓)하고, 건조슬롯이 35^oN 이상 일 땐 27^oN 에서 전향(2007년 4호 태풍 마니)하는 것으로 분석되었다.

주요어: 수증기 영상, 건조슬롯, 제트스트리크, 원형제트, 굴곡수분밴드

서 론

2013년 11월 8일 필리핀의 중부인 레이테 주를 태 풍 하이옌(Haiyan)이 강타했다. 관측사상 최대의 크 기이며, 379 km h⁻¹로 거칠게 휘몰아친 이 태풍은 1 만 2천명의 사상자와 420만 명 이상의 이재민들이 발생했다. 이처럼 태풍은 인간의 생명을 위협할 뿐만

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으로 온난 해수 층의 깊이가 충분히 존재해야 한다.

또한 고도에 따른 연직 쉬어가 10 m s⁻¹이하로 대류에 의한 구름의 발달에 방해가 되지 않은 적당한 시어가 요구되고 있다. 특히 대류권하층의 요란이 필요한데 이들은 여름철 계절풍기압골(Monsoon Trough)나 열대 상부대류권기압골(Tropical Upper Tropospheric Trough, TUTT) 및 매던-줄리안 진동(Madden-Julian Oscillation, MJO)의 영향들로 연구되고 있다. 뿐만 아니라 태풍 의 진로 역시 태풍의 발생을 연구하는 만큼 중요한 일이다. 이는 예보자가 태풍의 진로를 신속/정확하게 예측하여 전달함으로써 국민의 생명과 재산을 보호하 는데 중요한 역할을 담당하기 때문이다. 그러나 태풍 의 진로나 이동속도를 신속하게 예측하는 것은 간단 한 작업이 아니며 그 예측의 정확성도 높지가 않다.

현재 사용되고 있는 태풍 진로의 예측방법에는 일 본과 한국기상청이 사용하고 있는 PC (Persistency and Climatology)법, 즉 태풍중심부의 과거 48시간부 터 현재까지의 12시간 간격의 위·경도, 중심기압, 속 도, 가속도 및 월일을 인자로 다중회귀식을 구성하여 태풍진로를 예상하는 것과, 태풍의 지난 12시간과 24 시간에 있어서의 평균이동을 이용하여 회귀분석방법 으로 태풍진로를 예측하는 CLIPER (Persistency and Climatology)법, 그리고 지배방정식을 이용한 역학적 대기모형인 수치모델을 이용하는 방법 등이 있다 (Korea Meteorological Administration, 2011). 수치예 보는 태풍진로 예측에 대해 가장 중요한 정보를 제 공하고 있지만 모델링 방법과 해양에서의 관측자료 부족으로 정확성에 제한이 있다. 따라서 이를 보완하 기 위해 위성자료를 이용하여 태풍진로를 예보하는 방법이 병행하여 연구되고 있다. Chan (1978)은 태풍 곡률을 서쪽 기압골과 관련된 구름대와 연관시켜, 태 풍의 크기에 영향을 주는 구름대의 각과 폭이 태풍의 곡률형성에 관련된 요소라 제기했고, Dvorak (1984) 은 위성에서 제공되는 수증기 영상을 이용하여 태풍 의 진로를 분석했다. 특히 Dvorak and Smigielski (1993)는 수증기 영상의 암역을 이용한 태풍예보 기 법을 발표하였다.

Choi and Kim (2011)은 한반도에 영향을 주는 태풍 의 접근 진단지수를 개발하여 진로를 예측하였다. 이 외에도 Cha et al. (2008)은 태풍이 온대저기압으로 바뀌는 과정에 대한 판단과정을 고찰하였고, Choi et al. (2008)은 한반도에 영향을 미치는 열대 저기압과 기후변동성에 대한 관련성을 연구하였다.

선행연구에서 태풍의 진로예보는 통계 방법 및 종 관적 방법 등으로 연구되었고. 위성자료를 이용한 진 로는 아직 현업에 널리 사용되고 있지 않은 실정이 다. 특히 Kim et al. (2000)은 GMS-5호 위성자료의 1시간 간격의 수증기 영상의 암역 변화를 사용하여 태풍진로의 전향위치를 예보하였지만 2011년 이후 관측주기가 15분으로 짧아진 천리안 위성(COMS)의 수증기 영상자료를 통한 연구가 미흡한 실정이다. 따 라서 이 연구는 Dvorak and Smigielski (1993)이 언 급하지 않은 암역의 남북이동이 제트류의 발달에 따 른 변화임을 종관자료를 통해 분석하고, 제트류의 발 달을 통해 암역 변화를 사전에 예측하여 천리안 위 성자료에 적용함으로서 태풍의 진로의 전향위치와 시 각을 정확하게 예측할 수 있도록 태풍예보기법을 개 선하는데 그 목적이 있다.

자료 및 분석

이 연구에서는 2007년 발생한 1호 태풍 콩레이 (Kong-rey)와 4호 태풍 마니(Man-yi) 그리고 2012년 태풍 17호 즐라왓(Jelawat)의 자료를 선정하였고, 사 용된 태풍정보는 기상청에서 발표하는 자료이다. 특 히 수치자료는 미국 국립환경예측센터(National Center for Environmental Prediction, NCEP)의 재분석 자료 를 사용하여 500 hPa의 예보장과 분석장의 유선도 및 강풍대를 분석하여 해양 관측 자료의 부족에 의 한 수치모델의 오차를 체계적 접근방법(systematic approach, SA) 방법으로 태풍진로의 전향점을 분석하 고, 또 위성관측시간 간격에 따른 전향시간 오차를 판단하기 위해 2007년 태풍 1호 콩레이, 태풍 4호 마니 는 일본기상위성인 MTSAT (Meteorological Satellite)의

수증기 영상 자료로 분석하였고, 그 결과를 COMS의 수증기 영상을 통해 2012년 17호 태풍 즐라왓의 진 로와 비교 분석했다. 또 수증기 영상에서의 암역과 제트류와의 관계 및 제트류의 발달에 따른 종관분석 을 통해 수증기 영상의 암역의 이동과 태풍진로 전 향점을 검정하고 결과를 도출했다.

태풍진로의 전향 위치 분석

체계적 접근 분석

태풍 경로는 평균적으로 북태평양고기압 주변의 공 기의 흐름에 따르며, 고기압의 동서축을 경계로 북서 방향에서 북동방향으로 방향을 바꾸는 경향이 있고, 그 지점을 전향점이라고 한다. Fig. 1a는 기상청 (Korea Meteorological Administration, 1996)에서 발 표한 우리나라 월별 태풍진로이다. 6월 및 10월말에 서 11월은 태평양 고기압의 축이 북위 20^o 부근에 있으며, 시베리아 고기압의 영향이 아직 남아 있거나 남쪽으로 뻗어나가고 있기 때문에, 저위도에서 전향 되지 못하고 그대로 서진을 계속하는 태풍이 많다.

그러나 7·8월에는 태풍이 발생하는 위도도 북상하고, 태평양고기압의 축도 북위 30^o 정도까지 북상하기 때 문에 일본이나 우리나라 부근에 내습하는 것이 많아 진다. 태풍 개개의 경로는 사행하거나 원을 그리는 둥 복잡한 경로를 취하고, 또는 정체하는 경우도 많 다. Fig. 1b은 지역특별기상센터(Regional Specialized Meteorological Centre, RSMC)에서 발표한 2007년도 최적경로(best track) 중 1호 태풍 콩레이의 진로이다.

Carr III et al. (1997)은 태풍의 경로와 이에 관련 된 주변 종관장과의 관계를 분석하여 많은 태풍의 경로에 대한 메커니즘을 체계적으로 접근하였다. 여 기에는 크게 3가지의 인자가 있다. 첫째 태풍의 진행 을 주관하는 종관패턴, 둘째 종관패턴에서 태풍이 위 치하는 장소에 따른 구역, 마지막으로 한 지역에서 다른 지역으로 태풍의 진로를 변화시키는 전이과정으 로 태풍의 진행을 이해하였다. 이런 방식을 이용하여 북서태평양상 태풍의 이동역학에 대한 이해에 크게 기여한 바 있다. 그 결과 대서양의 허리케인에 대해, 또한 남서 태평양의 사이클론에 대해 같은 방식의 접근이 이루어지고 있다(Bannister et al., 1999). SA 방식은 태풍의 진로와 예보에 연관된 제반 사항을 보다 객관적이고 체계적으로 다루는 것이므로 예보자 들이 태풍진로 예보에 대한 최종 결정을 내릴 때 의 사결정 과정에서 도움을 줄 수 있는 기상학적 지식 베이스를 제공할 수 있다(Peak et al., 1999).

Fig. 2은 북서태평양에서 종관패턴 및 구역에서 태 풍의 이동진로를 도식으로 나타낸 것으로 태풍이 동 서로 길게 늘어선 고압대 주변에 놓여 있는 상황이 다. 태평양고기압이 우세할 경우(dominant ridge, DR)에는 고압대 남쪽에 위치한 태풍은 편동풍 영향 으로 서쪽으로 진행할 것이고, 고기압축이 약해질 땐 (weakened ridge, WR) 고압대의 중간부분이 약해지 면서 기압골 상에 위치했을 때 태풍의 진로는 매우 유동적이며, 고압대 세력이 강화되면 다시 서쪽으로 진행할 것이다. 태풍전면에 양의 소용돌이도(positive vorticity advection, PVA)에 의해 기압골이 발달하면 Fig. 1. (a) Each monthly typical Typhoon tracks (Korea Meteorological Administration, 2011). (b) Best track of Typhoon Kong- Rey (Japan Meteorological Agency, 2007).

태풍은 기압골을 따라 북진하여, 고압대의 북쪽에 태풍 이 놓여 있을 때 중위도 편서풍대(midlatitude westerly, MW) 의 영향을 받아 빠른 속도로 동진한다. 전이단 계에 접어들 경우 태풍은 진로의 방향을 바꾸면서 이동속도가 느려지는 경향을 보인다. 중위도 지역을 지나 고위도 지역에서 북동쪽으로 전향한 후에는 북 태평양고기압의 북서쪽에 강한 지향류와 상층골 영향 으로 이동속도가 매우 빠른 경향을 보인다. 북서태평 양 전체의 영역에 대해 조사해본 결과 Fig. 2과 같은 패턴이 53%로 가장 많이 발견되는 패턴이었고, 구역 별 빈도 출현의 백분율을 살펴보면 DR이 42%로 가 장 많았던 것으로 나타났으며 Fig. 2과 같은 패턴에 연관된 MW 구역이 21%를 차지했다. Fig. 2에서 DR 구역은 전이과정을 통해 남북으로 형성된 고기압 대의 영향으로 북, 북동진하는 변화가 탁월하였으며, WR에서는 MW 구역으로의 변화가 일어나는 경우가 많았다. 일단 MW 구역에 들어선 태풍은 거의 변화 없이 소멸 시까지 MW구역에 머물러 있었다. 이 같 은 패턴/구역/전이과정 개념의 SA는 태풍의 진로예보 에 적절히 활용될 수 있다(Kwon and Won, 2001).

태풍이 현재 상기의 패턴/구역 중 어떠한 상황에 속 해있는가에 따라 앞으로의 이동의 특성이 결정되며 차후의 이동이 정상 경로를 따르든지 이상 경로를 진행하는지 모두 이 SA 지식베이스에 속하기 때문에 예보자의입장에서 보자면 미리 가능한 시나리오를 생 각할 여지를 줄 수 있을 것이다.

수증기 영상의 암역에 의한 분석

암역(dry slot)

수증기 영상의 음영으로 부터 대기의 수증기의 분 포를 추정할 수 있다. 공기온도가 역전층 없이 위로

감소하는 경우에 수증기층은 고도에 따라 감소하므로 관측된 휘도온도는 감소하고 음영은 밝아진다. 그러 므로 이와 같은 개념을 사용하면 수증기 영상은 다음 과 같이 생각할 수 있다. 즉 중·상층에서 수증기가 적은 건조한 부분은 하층으로부터의 복사량이 많이 기여하기 때문에 온도가 높아 영상에서는 어둡게 보 이며 대기의 중·상층운에 수증기가 많으면 수증기와 구름으로부터의 복사량이 많이 기여하기 때문에 온도 가 낮아 영상에서는 밝게 보인다. 수증기 영상 6.7 µm 에서 가장 밝은 음영(명역)은 고층의 차가운 구름 정 상부에서 생기고 가장 어두운 음영(암역)은 공기가 대기 내 깊은 층을 거쳐 매우 건조할 때 관찰된다.

암역은 활발한 침강 장에 대응하고 기압골의 강화 또 는 고기압의 강화를 나타낸다. 발달한 저기압 중심으 로 한기 측으로 부터 파고드는 지역을 건조슬롯(dry slot)이라고 하는데 수증기 영상에서는 암역으로 나타 나고, 가시영상에서는 구름이 없거나 하층운이 산재 한 영역으로 나타난다. 수증기 영상에서는 흰색은 구 름역, 회색은 수증기역, 검은색은 건조역으로 분석하 여, 구름이 없어도 수증기 이동을 추적하여 중·상층 의 대기의 흐름을 알 수 있고, 중·상층의 기압골, 소 용돌이 제트류 등을 추적할 수 있다. 대부분 제트류 는 건조 구역을 따라 위치하는데 그 경계로 극 방향 기단은 적도 방향 기단보다 차갑고 건조하며, 남쪽기 단은 따뜻하고 습하여 전선에 대응한 구름역이 존재 하여 밝은 영역을 형성한다(Weldon and Holmes, 1991). 따라서 이들 사이에서 경계가 형성된다. 제트 류 부근의 전선대 상공의 극 쪽에서는 침강이 강화되 고 건조역이 권계면에서 아래쪽으로 확장한다.

Fig. 3에서 나타난 제트류(붉은 선)는 수증기 영상 암역의 경계 위치와 거의 일치하지만 편서풍대에서 Fig. 3. Relationship between dry area and Jet axis at water vapor image at 2245 UTC 23 September 2013.

Fig. 2. Synoptic pattern of typhoon track. (WR: weakened Ridge, MW: Midlatitude Westerly, DR: Dominant Ridge) (Carr III et al., 1997)

제트류의 서쪽 가장자리는 변형 장에 해당하는 경우 가 많으며 동쪽은 제트 축의 진행방향인 업 스트림 에 해당하여 많은 구름이 형성되어 약간 불명료하거 나 제트류와 일치하지 않는 경우가 있다(Browning, 1995).

수증기 영상에서의 전향위치 분석

Dvorak (1984)은 위성에서 제공되는 수증기 영상 을 이용하여 태풍의 진로를 분석했다. 특히 대서양과 태평양에서 1982년, 1983년, 1984년에 발생한 30개 의 태풍을 사용하여 북서쪽으로 진행 중인 태풍은 수증기 영상에서 다음 두 가지 현상을 보일 때 북쪽 또는 북동쪽으로 전향함을 밝혔다. 즉 태풍의 북서쪽 약 10^o 떨어진 위도에 관찰된 굴곡수분밴드(curved moisture band, CMB)가 저기압성으로 향해 있는 경 우와 태풍의 습기 및 구름패턴이 북쪽 또는 북동쪽 방향으로 증가하는 경우이다. 여기서 CMB란 저기압 성으로 굴곡 된 만곡선으로써 수증기 영상의 어두운 영역(암역)을 의미한다. 결과적으로 Dvorak and Smigielski (1993)은 CMB와 태풍 사이의 거리와 태 풍의 습기 패턴의 변화를 이용하여 태풍의 전향 시 간을 예보하였다. 그가 연구한 대부분의 태풍은 CMB가 태풍의 15^o 위도 내에 접근한 24시간 후에 북쪽 또는 북동쪽으로 전향했다.

사례 분석

제트류의 발달

제트류는 기온의 남북 경도가 가장 심한 곳, 즉 경 압성이 가장 뚜렷하게 나타나는 곳으로 편서풍에서 풍속이 25 m s⁻¹ 이상으로 나타나는 바람이다. 보통 상층 7,500 gpm에서부터 12,000 gpm까지 나타나며 길이는 수천 km, 폭은 수백 km, 두께는 수 km이고 연직바람 시어가 강하게 나타난다. 일반적으로 제트 류가 잘 나타나는 지역은 극동지방, 북미대륙 등이다.

중간권에서의 겨울철 극야 제트, 국지적인 전선에 관 계된 하층제트 등도 있다. 제트류의 바람이 가장 강 한 곳을 제트스트리크라고 하는데, 대류권 제트류의 경우 겨울철에는 북위 30^o 정도에 위치하나, 경도에 따라서 위도가 달라진다. Fig. 4는 2010년 4월 2400 UTC 300 hPa 일기도에 나타난 원형 제트이다. 원형 제트류는 저기압 중심에서 위·경도까지 거리비가 0.7 이상이 되는 곡률을 가진 제트류로 정의되며, 이는

Shapiro (1983)의 설명처럼 t=t0+48 h 때 제트류 기압 골 북서쪽에 한기이류와 제트스트리크가 북쪽에서 남 쪽으로 하강하고 있다. 이처럼 제트류의 곡률 발달여 부는 지균풍의 u 성분이 크면 직선의 제트류이나, υ 성분이 강하게 되면 Fig. 4처럼 제트류가 저위도로 내려오며 곡률이 커져 원형 제트로 발달하게 된다.

이때부터 절리 고·저 기압이 발생되어 지상 기압계 의 이동이 늦어지게 되고 강한 한기 이류로 인해 온 도경도가 증가하고 제트류의 중심 풍속은 증가되고 골이 강화되어 기울기가 커져 결국 제트류가 남서쪽 으로 이동한다. 따라서 제트스트리크 위치와 남북 풍 속을 분석하면 제트류가 24시간에 원형 제트로 변화 한다는 것을 예측하게 된다.

제트류와 수증기 영상의 변화

Fig. 5은 2010년 4월 26일 1200 UTC부터 4월 27 일 1200 UTC까지 수증기 영상의 암역 변화에 따라 제트류가 변화되는 사례다. Fig. 5a는 2010년 4월 26 일 1200 UTC에서 한만국경선에 걸친 제트류 경계를 중심으로 수증기 영상에서 신의주 지역으로 암역 지 역 A가 형성되어 있다. 특히 삿포로 지역으로 오메 가형 저지(blocking)가 형성되어 대륙한대기단의 흐름 이 즉 지균풍 υ 의 성분이 강하게 형성되어 제트류 도 남쪽으로 향하고 있으며 제트스트리크도 기압골 후면에 형성되어 24시간 내 저기압성와도는 더욱 깊 어지며, 남쪽의 해양열대기단과 북쪽 발달된 저기압 에 의한 합류로 인해 50 m s⁻¹의 강한 제트류가 형성 되어 있다. 한편 Shapiro (1983)의 개념 모델처럼 북 서쪽으로부터 −50^oC의 한랭이류와 동반된 50 m s⁻¹의 제트류가 기압골의 북서쪽으로부터 아래쪽 방향으로 이동하고 있었으며 이를 근거로 기압골이 더 깊어질 것으로 예상되었다. 24시간 후인 4월 27일 1200 UTC (Fig. 5c)에서 기압골 동쪽으로부터 −55^oC의 한랭이 Fig. 4. Circular Jet in 300 hPa at 0000 UTC 24 April 2010.

A represents a latitudinal radius and B longitudinal diameter.

류가 나타났고 이를 근거로 기압골의 기울기가 급해 지고 저기압은 더 강해져 원형 제트가 형성되었다.

Fig. 5b에서 수증기 영상에서의 암역 A지역도 발달한 제트류가 남쪽으로 이동함에 따라 Fig. 5d 수증기 영 상의 암역이 B지역까지 확대되었다. 따라서 제트류의 남북 변화에 따라 암역이 움직임을 알 수 있고 역으 로 수증기 영상의 암역의 움직임을 판단하면 제트류 의 움직임을 예측할 수 있다. 이때의 실제 기상현상 은 산악지방을 중심으로 강풍과 함께 대청봉에 4 cm 의 눈이 오는 등 상층의 저기압성 회전에 의한 주기 적인 기압골 통과로 강수를 동반한 흐린 날과 강풍 을 동반한 불안정한 날씨를 반복적으로 나타났다. 전 국적으로 낮은 기온을 기록한 가운데 특히 서울기준 낮 최고기온은 가장 낮았던 1907년 10.1^oC보다 낮은 7.8^oC를 기록하였다. 날씨 회복은 제트류의 순환이 풀릴 때인 4월 29일 1200 UTC까지 지속되었다.

태풍 적용 사례

태풍 1호 콩레이 분석

Fig. 6a는 2007년 1호 태풍 콩레이의 최적경로이다.

콩레이는 3월 30일 1800 UTC에 열대저압부(Tropical depression)로 발생, 4월 2일까지 열대폭풍(Tropical storm)으로, 4월 3일부터 태풍(typhoon)로 발달하면서 북서진하다 4월 6일 온대 저기압으로 약화 되어 소 멸된다. 이 과정에서 Fig. 6a에서처럼 전향지점은 4 일 0000 UTC에 20^oN에서 북쪽으로 이동하여 4월 4 일 0600 UTC에서 북동으로 전향했다. Fig. 6b는 태

풍이 전향하기 하루 전인 4월 3일 0000 UTC의 300 hPa의 일기도이다. 여기에서 제트류(붉은 실선)는 4 월 2일 0000 UTC (붉은 점선)보다 더 남쪽으로 내려 왔고, 제트류의 곡률도 훨씬 커졌다. 또 제트스트리 크(등풍속선: 녹색점선)가 골의 북서쪽에 위치하여 제 트류의 골이 더 깊어질 것으로 예상되며, 4월 2일 0000 UTC에 중국내륙으로 걸쳐 있던 기압골(검은 점 선)은 4월 3일 0000 UTC 현재 우리나라 상공에 같 은 속도로 이동시 4월 4일 0000 UTC에는 일본 본토 를 지날 것으로 예상되므로 태풍의 전향은 4월 4일 0000 UTC 이전에 예상이 가능하다. 24시간 내에 태 풍이 북쪽 또는 북동쪽으로 전향하기 위해서는 CMB 거리가 15^o 이하 여야 한다. 따라서 수증기 영상(Fig.

6c)의 암역은 Fig. 6b의 제트류 위치와 같은 곳에 나 타나고 4월 3일 0000 UTC의 CMB 거리가 태풍의 중심에서 17^o이다. 이는 제트류의 풍하측인 침강 건 조지역으로 암역이 움직이고 있음을 알 수 있다. 300 hPa의 제트류가 깊어져 4월 3일 0600 UTC에 CMB 가 15^o로 좁혀졌고, 4월 4일 0000 UTC에 태풍 이동 이 북쪽으로 6 m s⁻¹로 움직이고 있음을 관측되고 있 다. 이는 제트스트리크의 위치가 더욱 깊어진 Fig.

6d에서도 알 수 있듯이 4월 4일 0000 UTC 수증기 영상의 CMB 거리는 9^o로 좁혀져 북서진 하던 태풍 콩레이는 4월 4일 0000 UTC부터 전향하여 북쪽으로 진행하다 4월 4일 1200 UTC부터 북동쪽으로 전향 후에는 빠른 속도로 이동하여 4월 6일에 온대성 저 기압으로 일생을 마감하였다. Fig. 6c의 A는 태풍의 습기 및 구름패턴이 북쪽 또는 북동쪽 방향으로 증 Fig. 5. This is variation of dry slot and northern/southern oscillations of Jet stream. The (a), (c) is 300 hPa chart. The (b), (d) is a water vapor satellite. At (a) and (c), arrow is Jet stream, at (b) and (d), A is dry slot area in satellite respectively at 1200 UTC 26 and 27 April 2010.

가하는 경우이다. 이는 수증기 영상에서 경압잎새구 름(baroclinic leaf cloud)가 형성된 것으로 지균풍의 풍상측 지역에 PVA와 제트 코어가 형성되는 지역에 발생하는 구름이다. 뿐만 아니라 암역의 이동은 제트 류의 변화와 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 제 트류 이동의 예측은 곧 암역을 예측하게 되고 이는 태풍의 CMB의 거리(Fig. 6d)를 판단하여 태풍의 전 향시간과 위치를 판단할 수 있다. 또 태풍이 북동쪽 으로 전향하여 빠르게 진행한 것은 SA 분석에서 태 풍이 MW에 위치하여 제트류의 강풍 구역으로 이동 했기 때문으로 분석된다.

태풍 4호 마니 분석

Fig. 7a는 2007년 4호 태풍 마니의 최적경로이다.

제4호 태풍은 7월 13일 0000 UTC에 진행방향이 북

위 27^o에서 13^o 방향으로 전향했음을 알 수 있다.

Fig. 7b는 태풍이 전향하기 하루 전인 7월 12일 0000 UTC의 300 hPa 일기도이다. 제트류는 11일 0000 UTC 보다 약해지고 있다. 제트스트리크(등풍속선: 녹 색점선)는 일본 본토와 중국내륙에 50 m s⁻¹의 등풍속 선이 나타나 우리나라 쪽으로 다시 접근하고 있어 기압골이 강화되고 있음을 알 수 있다. Fig. 7c의 수 증기 영상에서 한반도 주변으로 암역이 광범위하게 나타나고, CMB와의 위도차가 15^o로 좁혀졌다. Fig.

7d에서 CMB가 위도 10^o까지 좁혀지면서 13일 0000 UTC에는 태풍의 진행방향이 북동으로 전향되고 있 음을 볼 수 있다. Fig. 7d에서의 암역지역이 Fig. 7c 의 암역에 비해 북상하고 있어 태풍 1호의 CMB 위 치와 차이가 있음을 알 수 있다. 이는 Fig. 12b에서 제트류가 약해지면서 Fig. 7d의 암역 위치가 한반도 Fig. 6. (a) Best track of typhoon Kong-Rey, (b) at 300 hPa chart (0000 UTC) red solid line is jet stream, red dash line is jet stream (0200 UTC), green dot and dash line is isotachs. black dotted line and sloid appeared motion of trough, (c) distance of CMB from typhoon eye to dry slot boundary (0300 UTC), and (d) distance of CMB from typhoon eye to dry slot boundary (0400 UTC).

중부지방으로 북상하였고, 이로 인해 태풍도 위도 27^o에서 전향했다. Fig. 8a은 태풍의 진행 방향의 북 쪽 또는 북동쪽으로 습기 및 구름이 증가하는 경우

로 태풍의 전향 예측의 두 번째 방법으로 진행방향 에 경압잎새구름가 형성된다는 것은 태풍전면에 제트 류에 관련된 강한 상승작용이 있고 기압이 하강하는 Fig. 7. (a) Best track of typhoon Man-yi, (b) 300 hPa chart at 1200 UTC July 2007, red solid line is jet stream and green dash line is isotachs. (c) CMB (from center of typhoon eye to dry slot boundary) is 15^oC at 1200 UTC, and (d) CMB is 10^oC, mov- ing 013 degree at 1300 UTC.

Fig. 8. (a) Turning point and CMB distance of typhoon Man-yi and (b) analysis of upper level wind field. Yellow arrow is 251-350 hPa level. Green arrow represents 351-500 hPa and blue arrow is 100-250 hPa level at 1323 UTC July 2007.

지역이 발생되고 있음을 알 수 있다. Fig. 8b의 중고 도 300 hPa (노란색)과 250 hPa (청색)의 바람장 분 석에서 일본열도에 강한 PVA 지역이 형성되면서 강 풍과 구름이 발달 했다. 따라서 13일 0000 UTC에 태풍이 MW 지역인 일본 큐슈 지역에 위치함으로써 북동에서 동으로 빠르게 전향하고 있다. 이는 강한 암역이 존재하지 않고서도 태풍이 전향되는 것은 Fig 8b처럼 태풍 전면에 상층의 강한 편서풍을 따라 이 동하고 있기 때문이다. 결과적으로 태풍 4호 마니는 CMB에 의한 전향보다는 일본 큐슈지역에 발달된 경 압성잎새구름에 의한 전향으로 분석된다.

COMS 위성을 통한 태풍 17호 즐라왓 분석 Fig. 9a는 2012년 제 17호 태풍 즐라왓의 최적경로 이다. 2007년 1호 태풍 콩레이, 4호 태풍 마니처럼 9 월 28일 0000 UTC에 북위 22.4^o에서 전향하여 일본 열도를 따라 진행하다 온대저기압화로 소멸되었다.

제17호 태풍은 슈퍼 태풍(5등급 허리케인 70 m s⁻¹ 이상, 252 km h⁻¹이상)으로 중심풍속이 73 m s⁻¹로 반

경 140 km의 초특급 태풍이며, 2012년에 발생한 태 풍의 강도 중 가장 강한 태풍으로 분류된다. 9월 24 일 1800 UTC에 발표된 태풍 즐라왓의 진로는 9월 29일 1900 UTC 북위 24.1^o에서 전향할 것으로 예상 되었지만 실제 태풍은 9월 28일 0000 UTC 북위 22.4^o에서 전향하게 된다(Fig. 9b). 이렇게 조기 전향 하게 되는 가장 큰 원인은 제트류가 빠르게 남동진 한 것으로 판단된다. 이는 2007년 1호 태풍 콩레이 처럼 제트류가 강하게 발달하여 CMB 거리가 빠르게 좁혀지는 경우로, 태풍의 전향위치가 제트류와 암역 의 변화는 서로 상관관계가 있음을 2007년 태풍 사 례에서 알 수가 있었다. Fig. 9c는 COMS의 15분 간 격의 자료이며, Fig. 9d는 1시간 간격의 자료이다. 이 수증기 영상에서 암역 변화가 매우 빠르게 변화되고 있음을 볼 수 있다. 특히 Fig. 9c에서 15분 간격으로 분석한 결과 27일 2245 UTC에서 2315 UTC까지 CMB의 거리는 10^o로 변화가 없으나 제트스트리트의 중심과 골이 계속 동쪽으로 이동(청색에서 녹색으로) 하고 있음을 알 수 있다. 이는 12시간 간격으로 분석 Fig. 9. (a) Best track of typhoon Jelawat (Japan Meteorological Agency, 2012). (b) forecast data and time date of typhoon Jela- wat at 0000 UTC 26 September from KMA (c) as 15 min interval observation data, blue line is 2245 UTC, red line is 2300 UTC, yellow is 2315 UTC, green line is 2345 UTC 27 September, respectively, and (d) red line is 1100 UTC 27 Septem- ber, green line is 0000 UTC 28 September, yellow line is 0100 UTC 28 September, respectively.

하는 종관일기도의 제트류보다 더 짧은 시간에 관측 되는 위성영상을 통해 파악될 수 있는 장점이기도 하다. Fig. 9d에서 암역은 27일 1100 UTC에 CMB의 거리(붉은 실선)는 17^o로써 24시간 내 전향하기 위해 서는 15^o로 좁혀져야 된다. Fig. 9d의 녹색실선과 노 란실선은 1시간 간격의 수증기 영상으로 각각 9월 27일 2300 UTC와 28일 0000 UTC 자료이며 CMB 거리는 10^o다. 또 붉은 실선과 비교했을 때 12시간 동안에 7^o만큼 좁혀져 암역이 북위 32^o까지 남하 하 였다. 따라서 9월 26일 0100 UTC에 발표한 태풍 예 상 진로에서 28일 0000 UTC엔 계속 북서쪽으로 진 행할 것으로 예상했으나 9월 28일 0000 UTC 실제 위치는 북위 22.4^o에서 북북동으로 전향하고 있다 (Fig. 9b). 이는 9월 26일 발표한 자료와 많은 오차를 보이는 있는데 이것은 제트류가 빠르게 남하하여 CMB와의 거리가 좁혀졌기 때문이다. 특히 천리안 위성의 15분과 한 시간 간격으로 암역의 변화를 관 찰한 결과 태풍의 전향시기를 보다 정확하게 판단할 수 있었다.

암역과 SA의 비교 분석

태풍진로 예측오차가 크게 난 사례를 2001-2002년 동안 13개의 태풍을 선정하여 분석하였다. Fig. 10은 SA 분석에서 위의 그림은 예보장, 아래 그림은 분석 장이다. 특히 녹색은 풍속을 나타낸 것으로 검은 녹 색은 35 m s⁻¹ 이상의 등풍속을 나타낸다. 예보장의 강풍대는 시간(12-48 h)이 지날수록 우리나라와 일본

큐슈 상공에서 점차 일본 본토와 일본 남쪽으로 지 나고 있으나, 상층 기압골을 강하게 표현되지 않아 태풍의 진로가 서쪽으로 진행(예보장 12 h와 48 h 비 교: 검은 실선)하고 있다. 실제 같은 시간대(12-48 h) 의 분석장에는 북태평양 고기압 사이로 기압골이 강 하게 형성되었고 지균풍의 풍상측 지역 즉 PVA가 강한 지역에 35 m s⁻¹ 이상의 풍속 증가와 상층발산 지역이 형성되고 지상기압이 하강한다. 따라서 분석 장에서 태풍이 Fig. 3의 WR에 위치하고 기압이 하 강지역 쪽으로 즉 MW 지역으로 전향되어 태풍은 동쪽으로 전향하여 이동하고 있다(분석장 12 h와 48 h 비교: 검은 실선). 수치모델에서 제트류 분석과 기압 골이 분석이 일치하지 않을 경우에는 태풍의 진로가 다른 방향으로 진행하고 있음을 알 수 있다. 따라서 수치모델에서의 제트류 분석은 위성자료의 수증기 영 상의 암역 예측이 가능하며, 또 CMB의 거리와 SA 분석에서 MW나 WR 지역에 위치하면 태풍이 전향 함을 태풍의 사례에서 밝혀졌다. 따라서 암역의 변화 와 SA에 의한 태풍의 전향을 위치를 보완한다면 보 다 정확한 전향 위치를 예측하게 될 것이다. 예를 들 어 모델 여러 개가 거의 같은 예상 경로를 제시하였 을 때는 별문제 없이 수치예보를 따르면 된다. 하지 만 제 각기 다른 예상 경로를 제시하였을 때, SA 방 식은 예보자가 최종예보를 결정하는 의사결정에 큰 도움이 될 수 있다. 예보자가 SA 방식에 입각한 시 나리오를 나름대로 갖고 있다면 이중에 가장 합당한 모델 결과를 취할 수 있을 것이다.

Fig. 10. Compare forecast (above) with analysis (below) field at 500 hPa streamline. At forecast field blue dot is typhoon cen- ter, at analysis (below) field red dot is also typhoon center, red solid is Jet stream. Dark green is strong wind area (>35 m s⁻¹).

결 론

태풍의 진로예보는 수치예보의 모델에 의한 것과 종관분석인 지향류와 500 hPa의 5820 gpm의 등고선 및 PC법 등이 있다. Dvorak (1984)이 수증기 영상을 이용하여 태풍의 전향위치를 연구하여 수증기 영상에 서 CMB가 태풍의 15^o 위도 내에 접근한 24시간 후 에 북쪽 또는 북동쪽으로 전향했다고 밝혔다. 이 연 구에서도 태풍의 전향지점과 시기를 예보하기 위해 2007년 2개의 태풍을 이용하여 Dvorak (1984)이 분 석한 방법으로 검증했다. 그 결과 태풍 제4호 마니의 CMB는 15^o로 24시간 후에 북동쪽으로 전향하였다.

이는 태풍의 북쪽이나 북동쪽에 태풍의 수증기나 구 름이 발달한 경우이며, 태풍 제1호 콩레이의 CMB는 17^o로 24시간에 전향하지 못할 것으로 예상됐지만 빠 르게 남하하는 암역의 변화로 24시간에 전향한 경우 이다. 이는 제트류가 깊어지는 정도에 의해 전향하는 시기가 더욱 빨라진다는 것을 알 수 있다. 특히 태풍 제1호의 제트류는 32^oN까지 확장됨에 따라 태풍은 20^oN에서 전향하였으며, 태풍 제4호 마니의 암역은 우리나라 중부지방에 위치하고 제트류가 약해짐으로 인해 27^oN에서 전향했음을 알 수 있다. 이는 암역의 위치에 따라 전향지점이 다름을 알 수 있어 암역의 위치를 예상하면 태풍의 전향시기와 위치를 정확히 판단할 수 있다. 이를 2012년 17호 태풍 즐라왓에 적용한 결과 CMB거리가 17^o임에도 불구하고 2007 년 1호 태풍 콩레이처럼 24시간 후인 9월 28일 0000 UTC에 전향했다. 천리안 위성의 15분과 1시간 간격의 암역과 제트류을 분석한 결과 암역의 범위가 북위 32^o까지 남하하여 전향의 위치가 북위 22.4^o에 서 전향했다. 따라서 암역의 위치가 32^oN 이하 이면 20-23^oN 이하에서 전향(태풍 콩레이와 태풍 즐라왓) 하고, 암역의 위치가 35^oN 이상이면 27^oN 이상에서 전향(태풍 마니)하는 것으로 분석되었다.

결과적으로 태풍의 암역 및 CMB 거리를 보다 빨 리 추적할 수 있다면 예보관들은 정확한 전향위치를 예측하리라 판단된다. 뿐만 아니라 암역의 움직임은 제트류의 변화에 따라 이동하고 있음을 알 수 있었 고, 제트류의 변화는 Shapiro (1993)의 연구처럼 제 트스트리크와 한랭 핵의 위치에 따라 움직임을 알 수 있다. 또 기압골의 풍상측 지역인 PVA 지역에서 경압잎새구름이 나타나고 컴마형의 구름으로 발달하 고 있을 때 태풍 4호처럼 제트류가 약해져도 지향류

를 활용한 SA 분석으로 전향위치를 예측할 수 있다.

따라서 태풍 진로의 전향 예보는 수치모델의 예보장 에서 제트류의 위치파악과, 매 시간 수증기 영상의 암역과 CMB 거리 비교로 전향위치 및 시간을 예측 할 수 있다. 또 수치모델과 비교하여 종관분석장에서 제트스트리크 위치와 기압골의 발달과 소멸의 경향이 다를 때는 종관적 접근이 수치모델 결과보다 오차가 작음을 알 수 있었다. 향후 보다 쉽게 태풍의 전향위 치와 시간을 예측할 수 있는 예보기술을 개선하기 위해서는 수치모델 결과의 태풍 전향위치와 수증기 영상의 CMB 거리 및 제트류의 움직임에 대해 자동 적으로 중첩할 수 있는 기술을 연구해야 할 것이다.

감사의 글

두 분 심사위원의 지적에 감사드립니다. 이 연구는 2012년 경북대학교 연구비(Kyungpook National University Research Fund, 2012) 지원으로 수행되었 습니다.

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Manuscript received: April 30, 2014 Revised manuscript received: May 27, 2014 Manuscript accepted: June 4, 2014