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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.36 No.4 pp.315-329
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2015.36.4.315

Characteristics of Meteorological Variables in the Leeward Side associated with the Downslope Windstorm over the Yeongdong Region

Young-Jun Cho1,2,Tae-Yong Kwon3*,Byoung-Cheol Choi4
1Forecast Research Division, National Institute of Meteorological Research, Seogwipo 697-845,The Republic of Korea
2Department of Atmospheric Sciences, Yonsei University, Seoul 120-749, The Republic of Korea
3Department of Atmospheric and Environmental Sciences, Gangneung-Wonju National University,Gangneung 210-702, The Republic of Korea
4High-impact Weather Research Center, Forecast Research Division, National Institute of Meteorological Research, Gangneung 210-702, The Republic of Korea
*Corresponding author: tykwon@gwnu.ac.kr,Tel: +82-33-645-2323, Fax: +82-33-645-2320
March 26, 2015 June 24, 2015 July 6, 2015

Abstract

We investigated the characteristics of meteorological conditions related to the strong downslope wind over the leeward side of the Taebaek Mountains during the period 2005~2010. The days showing the strong wind exceeding 14 m s−1 in Gangwon province were selected as study cases. A total of 15 days of strong wind were observed at Sokcho, Gangneung, Donghae, and Taebaek located over the Yeongdong region. Seven cases related to tropical cyclone (3 cases) and heavy snowfall (2 cases) and heavy rainfall (2 cases) over the Yeongdong region were excluded. To investigate the characteristics of the remaining 8 cases, we used synoptic weather chart, Sokcho radiosonde, Gangneung wind profiler and numerical model. The cases showed no precipitation (or ≤1 mm day−1). From the surface and upper level weather chart, we found the pressure distribution of southern high and northern low pattern over the Korean peninsula and warm ridge over the Yeongdong region. Inversion layer (or stable layer) and warm ridge with strong wind were located in about 1~3 km (925~700 hPa) over mountains. The Regional Data Assimilation and Prediction System (RDAPS) indicated that warm core and temperature ridge with horizontal temperature gradient were 0.10~0.23°C km−1 which were located on 850 hPa pressure level above mountaintop. These results were summarized as a forecasting guidance of downslope windstorm in the Yeongdong region.


영동지역 지형성 강풍과 관련된 풍하측 기상요소의 특징

조영준1,2,권태영3*,최병철4
1국립기상과학원 관측예보연구과, 697-845, 제주특별자치도 서귀포시 서호북로 33
2연세대학교 대기과학과, 120-749, 서울특별시 서대문구 연세로 50
3강릉원주대학교 대기환경과학과, 210-702, 강원도 강릉시 죽헌길 7
4국립기상과학원 관측예보연구과 재해기상연구센터, 201-702, 강원도 강릉시 죽헌길 7

초록

본 연구에서는 2005~2010년 기간 동안 영동지역의 지형성 강풍과 관련된 태백산맥 풍하측에서 관측된 기상요소들 을 분석하였다. 강풍 사례는 강원지역에서 풍속이 14 m s−1 이상인 조건을 이용하여 선정하였다. 강풍 사례는 총 15일로 나 타났고, 모두 영동지역에 위치한 속초, 강릉, 동해, 그리고 태백 지역에서 발생하였다. 사례 중 태풍(세 사례) 그리고 영동 지역의 대설(두 사례)과 호우(두 사례)와 관련된 7개 사례는 이 연구에서 제외하였다. 8개 강풍 사례를 분석하기 위하여 종 관 일기도, 속초 고층 관측, 강릉 수직측풍, 그리고 수치모델 자료를 사용하였다. 선정된 사례는 무강수 혹은 일강수량 1mm 이하의 강수를 보였다. 종관 일기도에서 나타난 지상과 상층의 특징은 기압분포가 한반도를 중심으로 남고북저형을 보였고, 영동지역으로 온도능(warm ridge)이 위치하였다. 역전층(혹은 안정층)과 온도능은 하층 강풍대와 함께 산 정상의 약 1~3 km (925~700 hPa) 고도에 위치하였다. 또한 지역예보시스템에서 분석된 온난핵과 온도능은 산 정상 상공의 850 hPa 등압면 고도에 위치하였고, 이 고도에서 수평 온도 경도는 0.10~0.23°C km−1로 분석되었다. 이러한 분석 결과는 영동 지역 강풍 예보 가이던스로 요약되었다.


    Korea Meteorological Administration
    NIMR-2012-B-7

    서 론

    영동지역의 강풍 현상은 한반도를 중심으로 기압이 남고북저로 배치되었을 때, 서풍류가 태백산맥을 넘 으면서 발생된다. 이 바람은 봄철에 영동지역의 양양 과 간성 사이에서 고온건조 한 강풍이 국지적으로 불어 예로부터 양간지풍(襄杆之風)으로 알려져 왔다. 고온건조 한 이 바람은 영동지역에 산불이 발생되었 을 때, 산불을 강화시켜 막대한 피해를 유발시키고 강풍 및 청천난류(clear air turbulence)로 인해 민간 항공기 운항과 항공 군사작전에 제약을 준다(Lee and Kim, 2002; Kim and Chung, 2006; Jang and Chun, 2008; Lee and In, 2009). Jang and Chun (2008)은 강릉에서 관측된 1976~2005년(30년) 기간 동안의 풍속 자료를 분석한 결과, 영동지역 강풍은 최근 10년 동안 다소 증가함을 보고하였다. 따라서 강풍으로 인한 피해가 증가될 수 있기 때문에 영동 지역 강풍 현상을 이해하는 것은 재해기상 예측 및 대응에 있어 필요한 부분이다.

    세계적으로 강풍 현상은 알프스, 로키, 그리고 안 데스 산맥 등 주로 높은 산맥의 풍하측(leeward side) 에서 발생한다. 이러한 강풍의 발생을 이해하기 위해 서 관측 자료 및 수치모형을 이용한 연구가 수행되 어져 왔다. 국외에서 연구된 강풍의 발생조건은 산맥 의 높이, 풍하측 산의 경사, 산 정상에서의 풍속, 그 리고 역전층의 존재 등으로 요약된다(Colson, 1954; Queney et al. 1960; Brinkmann, 1974; Lilly and Klemp, 1979; Durran, 1986; Miller and Durran, 1991). Queney et al. (1960)은 강풍이 발생하기 위해 서 바람이 산맥을 축으로 약 30 ° 이내로 수직에 가깝 게 불고, 풍속이 약 7~15 m s−1 (14~30 kts)를 초과해 야 한다고 하였다. Colson (1954)은 산맥의 고도가 높을수록 풍속이 강화된다고 보고하였고, Lilly and Klemp (1979)Miller and Durran (1991)은 풍하측 경사가 풍상측보다 더 가팔라야 한다고 하였다. Brinkmann (1974)은 콜로라도(Colorado) 주 볼더 (Boulder)에서 순간 최대풍속이 33 m s−1 이상인 12개 의 강풍 사례를 연구하였다. 이 연구에서는 관측 자 료를 통하여 강풍이 발생될 때에 산 정상의 상공에 서 역전층이 존재함을 확인하였고, 역전층 부근에 최 대 풍속이 위치하고 있음을 보고하였다.

    풍하측 강풍의 발달을 설명하기 위해 크게 세 가 지 메커니즘이 제시되었다. 첫 번째 메커니즘은 물뜀 (hydraulic jump) 이론을 근거로 한다(Long, 1953; Houghton and Kasahara, 1968). 이 이론에 따르면 준 임계 흐름(subcritical flow)이 산 정상에서 초임계 흐 름(supercritical flow)으로 전이될 때, 강풍이 풍하측 에서 발생된다고 설명하였다. 두 번째로 Klemp and Lilly (1975)에 의해 제안된 부분반사(partial reflection) 메커니즘이 있다. 이 메커니즘은 대기가 상향 그리고 하향으로 전파되는 파(wave)의 중첩을 유발시키는 구 조를 가지고 있을 때, 강풍이 나타날 수 있음을 설명 하였다. 마지막으로 임계고도 반사(critical-level reflection) 메커니즘은 리차드슨 수(Richardson number)를 이용 하여 수평바람의 방향이 역전되는 고도에서 상향으로 전파되는 파동의 반사가 일어나 풍하측 강풍이 유발 된다고 설명하였다(Clark and Peltier, 1984). Durran (1986)은 풍하측 강풍 발달에서 수치모형을 이용하여 볼더에서 발생한 1972년 1월 11일 강풍 사례를 연구 한 결과, 하층에 역전층이 발견되었고, 상당한 물뜀 현상을 발견하였다. 이 연구를 통해 산 정상에서 초 임계 흐름으로의 전이 그리고 역전층의 존재가 필수 적인 역할을 한다고 보고하였다.

    국내에서는 일부 부산지역 강풍 현상에 대한 연구도 수행되었지만 태백산맥 풍하측의 영동지역에서 발생되 는 강풍 연구가 주로 수행되어져 왔다. 대부분의 영동 지역 강풍 연구에서 강풍 현상이 봄철에 집중되어 있 다고 보고하였고, 태백산맥 풍하측에 강풍이 유발되기 위해서는 서풍류가 태백산맥을 넘기 위한 남고북저형 의 기압이 배치되어야 한다고 보고하였다. 또한 영동 지역 산불과 관련하여 산불이 발생되었을 때에 산불의 확산 및 피해가 확대될 수 있음을 제기하였다(Lee, 2003; Jung and Lee, 2003; Kim and Chung, 2006; Heo et al., 2008; Jang and Chun, 2008; Lee and In, 2009). Lee (2003)는 수치모형을 이용하여 1996년 3월 11일 영동지역에서 발생된 강풍을 물뜀 현상으로 설명 하였다. 연구 결과, 풍상측에서의 준임계 흐름이 산 정 상에서 초임계 흐름으로 바뀌고, 풍하측 경사면을 따 라 가속되면서 물뜀 현상을 겪어 풍하측에 강한 활강 풍이 발생한 것으로 설명하였다. Kim and Chung (2006)은 영동지역의 강풍 메커니즘과 강풍에 영향을 주는 지형효과를 이해하기 위해 2005년 4월 5일에 발 생한 강풍 사례(양양지역 산불)를 선정하여 수치모형 연구를 수행하였다. 이 연구를 통해 영동지역의 강풍 메커니즘은 풍하측 상공의 파쇄(wave breaking)와 함 께 풍하측에서 난류적 물뜀 현상으로 인해 발생되었다 고 보고하였다. 또한 강풍에 영향을 주는 지형효과로 산악이 높아짐에 따라 풍하측 상공의 파동 파쇄와 물 뜀 현상이 강화됨을 보여주었고, 영동지역 강풍의 강 도는 풍상측 약 2~4 km 고도에서 유입되는 기류의 풍 속이 중요한 인자라고 보고하였다.

    Jang and Chun (2008)은 외국에서 제시된 세 가지 강풍 메커니즘(물뜀, 부분반사, 그리고 임계고도 반사 메커니즘) 관점에서 접근하여 영동지역 풍하측 강풍 현상을 설명하였다. 이 연구에서는 강릉에서 관측된 바람 자료를 통해 지난 30년(1976~2005) 동안 봄철 (3~5월)에 18.7 m s−1 (순간 최대 풍속이 전체 평균보 다 두 배의 표준편차를 초과하는)를 초과하는 92개의 강풍 사례를 선정하였다. 풍상측에 위치한 오산의 고 층 관측 자료를 이용하여 프라우드 수(Froude number), 연직 파수 제곱의 프로파일, 그리고 리차드슨 수 (Richardson number)를 계산하여 물뜀, 부분반사, 그 리고 임계고도 반사 메커니즘으로 분류하였고, 이 사 례들에서 세 가지 메커니즘 중 부분반사 메커니즘이 가장 많이 발생한 것으로 보고하였다. 또한 2차원 Advanced Regional Prediction System (ARPS) 모형 을 이용하여 각 메커니즘 별 고유의 특성을 분석하 였고, 풍하측 강풍이 잘 모의되었음을 확인하였다. Lee and In (2009)은 산 정상의 역전층이 풍하측 강 풍에 미치는 영향을 이해하기 위해 ARPS 모형을 이 용하여 2006년 2월 12~13일에 발생한 영동지역 강 풍 사례를 분석하였다. 이 연구에서는 예보적인 관점 에서 대기 안정도, 역전층의 존재 유무와 높이의 변 화에 따라 풍하측 풍속의 변화를 조사하였다. 연구 결과, 대기의 안정도에 관계없이 역전층이 존재하면 풍하측 풍속이 증가하였다. 또한 표준 대기에 비해 대기가 안정할 경우, 산 정상에서 높은 고도의 역전 층보다 산 정상 부근에 역전층이 존재하였을 때 풍 하측 바람이 강하게 모의되었음을 확인하였다.

    영동지역의 강풍과 관련된 기존의 연구는 주로 수 치모형을 이용하거나 혹은 풍하측의 관측 부족으로 풍상측에 위치한 오산 지점의 고층 관측 자료를 이 용하여 수행되어져 왔다. 최근 2000년대부터 영동지 역 속초와 강릉(북강릉)에서 고층 관측과 수직측풍 관측이 시작되면서 강풍과 관련된 풍하측에서의 역학 적 그리고 열역학적 특성 분석이 가능하게 되었다. 그러나 이러한 관측 자료를 활용하여 풍하측에서 나 타나는 기상학적 특징을 분석한 연구는 현재까지 미 흡한 실정이다. 이 연구의 목적은 영동지역 강풍과 관련된 풍하측의 기상학적 특성을 조사하는 것이다. 또한 이 연구에서는 주된 특징을 중심으로 요약하고, 예보자들이 강풍 예보에 편리하게 사용할 수 있는 예보 가이던스로 정리하는 것이다. 순차적으로 연구 에 사용된 자료와 연구방법을 서술하였고, 강풍 주의 보 기준에서 풍속이 14 m s−1 이상인 영동지역 강풍 사례를 선정하였다. 또한 관측 자료를 통하여 예보 가이던스로 사용할 수 있는 기압배치, 산 정상에서의 역전층 유무, 강풍 고도, 그리고 풍상측과 풍하측에 서의 수평적 온도차이 등 기상요소들의 특징을 조사 하였다. 마지막으로 분석된 결과를 예보 가이던스로 요약하여 정리하였다. 이렇게 분석된 결과는 영동지 역에서 발생하는 강풍의 예보 가이던스 및 재해기상 사전대비 자료로 활용하고자 한다.

    연구 자료 및 방법

    이 연구에서는 영동지역 강풍 현상과 관련된 기상 요소들의 특징을 분석하고, 강풍예보를 위한 예보 가 이던스를 조사하고자 한다. 현재 기상청에서는 강풍 발생과 관련된 기상 조건들을 정리하여 강풍 예보 가이던스로 활용하고 있다. 이 강풍 예보 가이던스는 남고북저형과 서고동저형의 기압배치로 나누어 분류 되며, 총 44개의 분석 조건을 가지고 있다. 이러한 다양한 분석 조건들은 강풍예보에 있어 매우 중요한 지표이지만 강원지역에 적절한 강풍 예보 가이던스로 서 활용할 수 있는지에 대한 검증이 필요하다. 따라 서 빠르고 정확한 강풍예보를 위해서 강원지역에 대 한 종관 기상 자료, 풍하측 속초 고층 관측 및 강릉 수직측풍 관측 자료를 활용하여 최우선으로 고려되어 야 할 기상요소를 선정하고자 한다.

    강풍 사례를 선정하기 위해서 강원지역 10개 지점 (속초, 강릉, 동해, 철원, 춘천, 홍천, 원주, 영월, 태백, 인제)의 시간(10분 평균) 바람 자료를 수집하였다. 선 정된 사례에 대한 기압배치, 기압골, 온도능, 그리고 제트기류(jet stream) 등 종관적인 특성을 분석하기 위 해서 지상 일기도와 925, 850, 500, 그리고 300 hPa 등압면 고도의 일기도를 수집하였다. 또한 산 정상 혹은 풍하측에서 나타난 역전층의 고도 및 두께, 하 층 바람(하층 강풍대)을 분석하기 위해 속초의 고층 관측 자료를 수집하였다. 그리고 각 사례들의 강풍 고도 및 강도를 세부적으로 분석하기 위해 강릉 수직 측풍 자료를 수집하였다. 풍하측에 위치한 두 지점의 관측시작 시기는 고층 관측의 경우 속초에서 2001년 6월 1일부터 시작되었고, 수직측풍 관측은 비록 관측 위치의 이동(강릉→북강릉)은 있었으나 2004년 2월 20일부터 수행되어져 왔다. 태백산맥을 경계로 풍상 과 풍하측의 수평적 온도 경도를 분석하기 위해서 RDAPS의 10 km 분석장 자료를 수집하였다. 이러한 자료들은 기상청으로부터 수집되었다(Table 1).

    영동지역 강풍과 관련된 기상 조건을 선정하기 위 해 다음과 같은 기상요소를 조사하였다. 영동지역 강 풍 발생조건에서 주목할 부분은 지상 일기도의 기압 배치이다. 즉, 영동지역에서 강풍이 나타날 조건 가 운데 하나는 태백산맥을 경계로 동서간의 기압경도 (pressure gradient)가 커야한다. 이 연구에서 조사된 강풍 사례에서 대부분의 풍계가 서풍 혹은 남서풍이 기 때문에 태백산맥의 서쪽은 상대적으로 기압이 높 고 동쪽은 기압이 낮아야 한다. 따라서 강풍 발생 시 이러한 기압배치가 잘 나타나는지 확인할 필요가 있 다(Table 2; S). 또한 강풍이 저기압 발달과 연관된 것인지를 조사하기 위해서 상층 일기도에서의 기압분 포와 제트기류의 위치를 조사하였다(Table 2; U).

    영동지역에 나타나는 강풍의 원인 가운데 하나는 풍하파(Lee wave 혹은 산악파, mountain wave; 중력 파, gravity wave)이다. 풍하파는 산맥을 중심으로 산 맥의 위쪽에서 대기가 안정하고, 산맥의 아래쪽에서 불안정할 때 강화되는 경향이 있다. 따라서 이러한 조건을 조사하는 하나의 방법으로써 속초 고층 관측 자료에서 대기 하층 700 hPa 이하(태백산맥 고도를 약 1 km라 가정하면 1~3 km 고도) 등압면 고도에서 나타나는 역전층을 조사하였다(Table 2; C). 그리고 925와 850 hPa 온도장을 분석하였다. 925 hPa의 고도 는 태백산맥의 고도와 비슷하기 때문에 이 고도에서 의 기온은 태백산맥 정상의 기온으로 간주할 수 있 다. 따라서 중력에 의해서 풍하측 바람이 강해지기 위해서는 산 정상에서의 기온은 낮고 풍하측의 기온 은 높아야 한다. 이러한 조건을 조사하기 위해서 이 연구에서는 한반도 중북부 지역에 나타나는 강한 한 기이류 혹은 온도골의 존재를 조사하였다(Table 2; T1). 반대로 850 hPa에서는 동해상에 나타나는 강한 난기이류 혹은 온도능의 존재를 조사하였다(Table 2; T2). 이러한 특징은 RDAPS 10 km 연직 온도단면도 를 통하여 태백산맥을 경계로 풍상측과 풍하측의 온 도 차이를 자세히 분석하였다.

    한편 강풍이 지형효과에 기인하는 것인지 저기압 발달에 기인하는 것인지 조사하기 위해서 바람의 연 직 분포를 조사하였다. 속초에서 관측된 고층 관측의 바람 자료에서 하층 강풍대를 조사하였다(Table 2; C2). 여기서 하층 강풍대는 지상에서 상층으로 올라 갈수록 풍속이 강해지다가 약 700 hPa 이하 등압면 고도에서 다시 풍속이 약해지는 바람 변화로 정의하 였다. 또한 보다 정교한 분석을 위해서 강릉 수직측 풍 바람자료를 분석하였다(Table 2; C3). 수직측풍 바 람자료에서 대기 하층 고도 1~2 km에서 다른 고도의 풍속보다 강한 약 60 kts 이상의 바람이 나타나는지 조사하였다.

    사례 선정 및 종관·풍하측 기상요소 분석

    강풍 사례 선정

    강원지역에서 발생된 지형성 강풍 사례를 선정하기 위해서 풍하측에 위치한 고층 관측과 수직측풍 관측 시작 시기를 포함하는 2005년에서 2010년(6년간) 동 안의 기간을 설정하였다. 강릉 수직측풍 장비의 관측 시기인 2004년은 장비의 검정 및 시험운영으로 연구 기간에서 제외하였다. 이 기간 동안 강원지역 10개 지점(속초, 강릉, 동해, 철원, 춘천, 홍천, 원주, 영월, 태백, 인제)에서 관측된 시간(10분 평균 풍속) 바람 자료를 이용하여 강풍 사례를 조사하였다. 강풍 사례 를 선정하는 조건은 강풍 주의보 기준 가운데 풍속 이 14 m s−1 이상인 조건을 이용하였다. 이 분석에서 는 강풍 주의보 기준이 육상과 산지에 따라 다르기 때문에 산지에 해당되는 대관령 지점의 바람 자료는 연구에서 제외하였다(Table 3).

    강원지역의 10개 지점 가운데 위에서 제시된 강풍 조건을 만족하는 지점은 속초, 강릉, 동해, 태백으로 영동지역의 4개 지점에서 관측되었다. 강풍 일수는 속초, 강릉, 동해, 태백에서 각각 4, 8, 25, 1회로 관 측되었다. 대부분의 강풍 사례는 속초, 강릉, 동해에 서 관측되었고, 특히 동해에서 가장 많은 강풍 시간 수가 관측되었다. 위의 4개 지점 가운데 어느 한 지 점이라도 강풍이 관측된 일(사례) 수는 지난 6년 동 안(2005~2010년) 총 15 일(사례)로 나타났다. 이들 강풍 사례 가운데 태풍과 관련된 3일(2005년 9월 6 일, 2006년 7월 10일, 그리고 2006년 9월 18일), 영 동 대설과 관련된 2일(2005년 1월 16일과 2005년 3 월 4일), 그리고 영동 호우와 관련된 2일(2005년 10 월 21일과 2006년 10월 23일)은 이 연구에서 제외하 였다. 결과적으로 선정된 사례는 총 8일이다(Table 4).

    Table 4에서 총 8개 강풍 사례 가운데 6개 사례가 2월에서 3월 사이에 발생하였고, 2개 사례가 11월에 서 12월 사이에 발생하였다. 기존 연구에서는 영동지 역 강풍 현상이 봄철에 많이 나타난다고 보고하였으 나 이 연구에서는 가을과 겨울철에도 발생되는 것을 확인하였다. 이들 강풍 사례의 풍향 분포는 모든 사 례에서 230 ° ~270 ° 사이로 나타났다. 따라서 영동지역 강풍의 풍향은 주로 남서에서 서풍 계열의 특징을 보였다. 강풍 사례 기간 동안 영동지역의 강수분포는 8개 사례 가운데 5개 사례가 일 강수량이 1 mm 이 하로 약한 강수를 기록하였고, 3개 사례는 무강수로 관측되었다. 결론적으로 2005~2010년 동안 강원지역 에서 발생된 8개 강풍 사례는 영동지역에서 가을, 겨 울, 그리고 이른 봄철에 발생하였고, 풍향은 남서~서 풍 계열로 태백산맥을 축으로 수직에 가깝게 나타났 다. 이 때 영동지역의 강수는 1 mm 이하의 약한 강 수 혹은 무강수로 관측되었다. 선정된 강풍 사례에서 풍속의 일변화는 최대 풍속의 발생 시각이 고루 분 포하여 뚜렷한 특징이 나타나지 않았다.

    종관적 특징

    영동지역 강풍과 관련된 기압배치를 조사하기 위해 서 강풍 사례에 대해 일 최대 풍속이 나타난 시각에 서 가장 가까운 지상 일기도를 분석하였다. 분석 결 과, 8개 강풍 사례 모두에서 저기압 중심이 한반도 북동쪽에 위치하였고, 동한만과 영동지역 쪽으로 기 압골이 잘 발달된 형태를 보여주었다(Fig. 1). 이들 저기압의 위치를 자세히 분석하였을 때, 총 8개 사례 가운데 2007년 3월 27일 사례에서는 저기압의 중심 이 발해만(26일 12 UTC)에서 동해 중북부(27일 00 UTC)로 이동하여 영동지역에 가깝게 위치하였다. 반 면 나머지 7개 사례에서는 저기압 중심이 연해주 부 근에 위치하였다. 7개 사례 가운데 2007년 3월 10일, 2010년 3월 12일, 그리고 2010년 11월 27일 3개 사 례는 잘 발달된 전선이 나타났고, 2010년 12월 25일 사례는 저기압 중심이 사할린 부근에 위치하였다 (Table 5; Sa, Sb, Sc). 따라서 8개 사례 모두 한반도 를 중심으로 북동쪽에 저기압 그리고 남쪽으로 고기 압이 위치한 기압 배치를 보였다.

    강풍과 관련된 상층 일기도의 온도장에서 나타난 특징을 조사하기 위해서 925와 850 hPa 등압면 고도 일기도를 분석하였다(Fig. 2). 925 hPa 온도장 분석에 서 강풍 사례 8개 모두에서 한반도 중북부 지역에 온도골과 강한 한기이류가 나타났다. 850 hPa 온도장 분석에서는 8개 사례 가운데 2010년 11월 27일 그리 고 2010년 12월 25일 사례를 제외한 6개 사례에서 동해 지역에 온도능 혹은 난기이류가 나타났다(Table 5; T1, T2). 이러한 분석 결과는 풍상측의 기온이 낮 고 풍하측의 기온이 높은 조건을 만족하였고, 태백산 맥 정상의 상층대기는 안정하고, 하층 대기가 불안정 한 조건을 만족하였다. 즉 산악효과에 의한 강풍 조 건이 만족되고 있음을 보여준다.

    강풍이 산악효과뿐만 아니라 저기압의 발달과 관련 된 것인지를 파악하기 위해서 500 hPa 등압면 고도 일기도에서 나타난 닫힌 저기압(기압골), 한기핵 그리 고 온도골을 조사하였다. 8개 사례 가운데 2007년 3 월 10일, 2010년 3월 12일, 2010년 11월 27일, 그리 고 2010년 12월 25일 4개 사례는 한랭 저기압과 관 련이 있었고, 2개 사례는 500 hPa 저기압 혹은 기압 골과 관련되어 있었다(Table 5; U1a, U1b). 한랭 저 기압과 관련된 3개 사례에서는 위에서 분석된 지상 일기도에서 뚜렷한 전선이 나타났다. 이러한 분석 결 과는 이 연구에서 선정한 강풍 사례 중 다수의 사례 에서 산악효과와 더불어 저기압 발달과 관련되어 있 음을 보여준다.

    풍하측 기상요소의 특징

    기존 강풍 연구에서 Brinkmann (1974), Durran (1986), 그리고 Lee and In (2009)은 관측 자료와 수 치모형 실험을 통하여 산 정상 상공에서의 역전층이 강풍 발생에 주된 역할을 하였다고 보고하였다. 따라 서 본 연구에서는 풍하측의 고층 관측 자료를 이용 하여 역전층의 고도를 분석하였다. 또한 역전층 고도 와 함께 영동지역 강풍과 관련된 하층 강풍대를 분 석하였고, 풍하측에 위치한 강릉의 수직측풍 관측 자 료를 통하여 고도, 시간대 등 하층 강풍대의 세부적 인 특징을 분석하였다. 속초의 고층 관측 자료를 이 용하여 대기 안정도를 분석하였다(Fig. 3). 여기서 태 백산맥 정상 상공의 대기가 안정한가를 조사하기 위 해서 700과 925 hPa 등압면 고도 사이에서 역전층의 존재 유무를 조사하였다. 분석 결과, 8개 사례 중 2006년 3월 25일과 2007년 3월 27일 사례를 제외한 6개 사례에서 역전층이 관측되었다(Table 5 C1; Table 6). 속초 고층 관측에서 하층 강풍대는 약 1~3 km 고 도에서 확인되었다. 여기서 하층 강풍대는 풍속이 지 상에서 상층으로 올라갈수록 강해지다가 약 700 hPa 이하 등압면 고도에서 다시 약해지는 경향을 보이는 바람이다. 하층 강풍대는 8개 강풍 사례 가운데 2006 년 2월 13일, 2006년 3월 25일, 2007년 2월 3일, 그리 고 2007년 3월 27일로 4개 사례에서 관측되었다. 즉, 선정된 8개 강풍 사례에서 역전층이나 하층 강풍대 현상이 적어도 한 가지 이상은 나타났다(Table 5 C2; Table 6).

    풍하측에서 관측된 강릉(북강릉)의 수직측풍 바람 자료를 이용하여 하층 강풍대를 자세히 분석하였다 (Fig. 4). 일반적으로 대류권에서의 풍속은 최대 풍속 이 나타나는 고도까지 상층으로 올라갈수록 강해지는 경향을 보인다. 그러나 이 연구에서 선정된 8개 사례 가운데 2010년 3월 12일 그리고 2010년 12월 25일 사례를 제외한 6개 사례에서 약 60 kts 이상의 강한 풍속이 하층 약 0.5~2.25 km 고도에서 그 고도의 위 쪽과 아래쪽의 풍속보다 상대적으로 강하게 관측되었 다. 이 때 분석된 강풍대는 일 최대풍속이 나타난 시 각의 전후 2시간 이내에서 관측된 자료이다. 나머지 두 사례 중 2010년 12월 25일 사례의 경우 1~2 km 고도에서 약 20~50 kts로 관측되었고, 2010년 3월 12 일 사례는 상층 풍속이 거의 무풍으로 관측되었다. 따라서 2010년 3월 12일 사례는 수직측풍 장비가 상 층 바람을 제대로 관측하지 못한 사례로 판단된다. 일 최대풍속이 관측된 시각과 비교하였을 때, 수직측 풍 장비에서 60 kts 이상의 바람이 관측된 시간대는 2010년 3월 12일 사례의 경우 일 최대 풍속이 12일 14시 39분에 나타났지만, 수직 측풍에서는 5시간 뒤 인 12일 19~24시에 관측되었다. 2010년 12월 25일 사례는 일 최대 풍속이 25일 20시 02분에 관측되었 으나 수직측풍에서는 26일 17시에 관측되었다. 반면 나머지 6개 사례에서는 일 최대풍속을 기준으로 60 kts 이상의 수직측풍 바람이 ±1시간 이내에 관측되었 다(Table 5 C3; Table 6).

    RDAPS 10 km 자료의 연직 단면도를 이용하여 태 백산맥을 중심으로 풍상측과 풍하측의 온도 경도와 산 정상 상공의 역전층을 조사하였다(Fig. 5; 8번 사 례는 자료가 없음). 온도 경도는 태백산맥을 중심으 로 동서 방향으로 풍상측(위도 37.6 ° N, 경도 128.5 ° E)과 온난핵(warm core) 혹은 온도능(위도 37.7 ° N, 경도 128.9 ° E) 사이에서 계산되었다. 고도는 850 hPa 이고, 두 위치의 거리는 약 40 km이다. 분석 결과, 850 hPa 고도에서의 온도 경도는 0.10~0.23 ℃ km−1 로 계산되었다. 이러한 결과를 통해 850 hPa 등압면 고도의 종관일기도에서 분석된 온도능 혹은 난기이류 의 특징이 지역예보시스템인 RDAPS 10 km에서도 나타나는 것을 확인하였다. 산 정상 상공의 온난핵과 온도능을 조사하였다. 산 정상 상공의 역전층 고도(역 전층 혹은 안정층)를 조사한 결과, 선정된 사례 모두 에서 925~700 hPa 등압면 고도 사이에 역전층이 위 치하여 속초 고층 관측에서 분석된 결과와 일치하였 다. 이러한 결과는 강풍이 발생할 때 산 정상에 역전 층이 존재하는 기존의 연구결과와 일치한다(Brinkmann, 1974; Durran, 1986; Lee and In, 2009). 또한 수직측 풍에서 관측된 1 km 이하 고도에서의 상승류와 하강 류를 분석하였다. 2007년 3월 10일과 2007년 3월 27 일을 제외한 사례에서 하강류가 관측되었다. 하강류 가 관측된 사례에서는 온난핵과 온도능이 나타났고, 상승류가 관측된 4, 5번 사례에서는 온도능의 깊이가 다른 사례에 비해 상대적으로 약했다.

    강풍 예보 가이던스 및 결론

    이 연구에서는 영동지역의 지형성 강풍과 관련된 태백산맥 풍하측에서 관측된 기상요소들을 분석하였 다. 분석된 결과 중 주된 특징을 요약하여 강풍 예보 가이던스로 정리하였다. 이 연구에서는 예보 가이던 스로 사용할 수 있는 기압배치, 산 정상에서의 역전 층 유무, 강풍 고도, 그리고 온도 경도 등 종관일기 도, 속초 고층 관측, 강릉 수직측풍, 그리고 RDAPS 10 km의 기상요소들의 특징을 조사하였다. 강풍 사례 의 선정을 위하여 2005년에서 2010년 동안 강원지역 10개 지점에서 풍속이 14 m s−1 (강풍 주의보)이상인 날을 선정하였다. 강풍 사례는 총 15일로 나타났고, 강풍 현상은 속초, 강릉, 동해, 그리고 태백으로 영동 지역에서 발생하였다. 일부 강풍 사례는 태풍(3개), 영동 대설(2개), 영동 호우(2개)와 관련이 있었다. 최 종적으로 이 연구에서는 7개 사례를 제외한 총 8개 사례에 대해 분석을 수행하였다.

    선정된 8개 강풍 사례는 가을, 겨울, 그리고 이른 봄철에 발생하였다. 풍향은 남서에서 서풍으로 태백 산맥을 축으로 수직에 가깝게 나타났고, 무강수 혹은 약한 강수(일강수량 1 mm 이하)를 보였다. 지상 일 기도에서 나타난 기압분포는 한반도를 중심으로 남고 북저형을 보였고, 동한만과 영동지역 쪽으로 기압골 이 잘 발달된 형태를 보였다. 850 hPa 등압면 고도 일기도에서는 영동지역으로 온도능이 위치하였다. 풍 하측 속초 고층 관측에서 역전층 혹은 안정층의 고 도는 약 1~3 km (925~700 hPa) 사이에 위치하였다. 하층 강풍대 또한 태백 산맥의 고도와 유사한 약 1~3 km에서 나타났다. RDAPS 온도 연직 단면도에 서 수평 온도 경도는 0.10~0.23 ℃ km−1를 보였고, 산 정상에 온난핵 혹은 온도능이 위치하였다. 이 결과를 바탕으로 영동지역 지형성 강풍을 위한 예보 가이던 스를 Table 7에서 요약, 제시하였다. 이렇게 분석된 결과는 영동지역 강풍 예보 가이던스 및 재해기상 사전대비 자료로 활용될 것으로 기대된다. 그러나 풍 하측 수직측풍 관측의 시기(2004년 이후)를 고려하여 단지 8개 사례를 선정하여 분석하였기 때문에, 향후 일반화된 영동지역 지형성 강풍 예보 가이던스를 위 해서 더 많은 사례 연구가 필요하다.

    Figure

    JKESS-36-315_F1.gif

    Surface weather chart at maximum wind speed time of each case.

    JKESS-36-315_F2.gif

    Same as Fig. 1 except for the upper level weather chart on 850 hPa pressure level.

    JKESS-36-315_F3.gif

    Skew T-log P chart from Sokcho radiosonde.

    JKESS-36-315_F4.gif

    Time (KST)-height (km) cross section of wind direction and speed from Gangneung wind profiler at each case.

    JKESS-36-315_F5.gif

    Vertical cross section (west-east) from RDAPS 10 for temperature gradient and inversion layer analysis.

    Table

    Meterological dataset used in this study

    Meteorological variables in synoptic chart and leeward side observation (Obs) for forecasting guidance of the downslope windstorm over the Yeongdong region

    Special report of strong wind

    Downslope windstorm events over the Yeongdong region during the period from 2005 to 2010

    “*”symbol indicates that precipitation was observed in 4 mm day
    -1at Daegwallyeong weather station.

    Check list for forecasting guidance of the downslope windstorm over the Yeongdong region

    “*”symbol indicates that the center of low pressure was located near Sakhalin.

    Characteristics of inversion layer altitude, maximum wind speed altitude, warm core and temperature ridge

    Forecasting guidance from synoptic chart, leeward side observation (Obs; radiosonde and wind profiler), and numerical model (RDAPS 10 km) for the downslope windstorm over the Yeongdong region

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