Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.43 No.3 pp.386-404
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2022.43.3.386

A Case Study of the Heavy Asian Dust Observed in May 2011

Bo-Yeong Ahn*, Byunghwan Lim
High Impact Weather Research Laboratory, Forecast Research Department, National Institute of Meteorological Sciences, Gangneung 25457, Korea
*Corresponding author: ballplayer@korea.kr Tel: +82-33-913-1064
May 25, 2022 June 27, 2022 June 27, 2022

Abstract


From April 29 to 30, 2011, under the influence of Asian dust originated from Mongolia, a high concentration of Asian dust was observed nationwide for 4 days in Korea. This study investigated the causes and characteristics of and weather conditions associated with Asian dust at high concentrations at its source in Mongolia. For analysis, Asian dust weather data, Asian dust monitoring tower data, satellite data, backward trajectory data, observation data (PM10 and OPC data), and ECMWF reanalysis data were used. In the synoptic analysis, it was observed that the intervals of isobars were densely distributed in the central region of Mongolia and the pressure gradient force was strong. It could be inferenced that Asian dust occurred due to strong winds. The temperature was relatively high, above 10°C, just before the occurrence of Asian dust, and it decreased sharply at the onset of the dust. The relative humidity had a low value of less than approximately 40%. After the occurrence of Asian dust, it increased sharply to over 50% and then showed a tendency to decrease. In the aerosol index shown by the COMS satellite, a high concentration value of over 25 was detected in Inner Mongolia, and it was consistent with the observations made with naked eyes. In the 72-hour backward trajectory, the northwest airflow streamed into Korea, and on May 2, Heuksando showed the highest PM10 concentration of 1,025 μgm−3 (times the average). Especially, in kinematic vertical analysis, it was observed that low pressure on the ground was strengthened by cyclonic relative vorticity developed in the upper layer. Also, the vertical velocity development is considered to have played a major role in the occurrence of high concentration Asian dust.



2011년 5월 관측된 고농도 황사 사례 연구

안 보영*, 임 병환
국립기상과학원 예보연구부 재해기상연구소, 25457, 강원도 강릉시 죽헌길 7

초록


2011년 4월 29일부터 30일까지 몽골에서 발원한 황사의 영향으로 우리나라는 4일간 전국적으로 고농도의 황사 가 관측되었다. 본 연구는 몽골의 황사발원지에서 황사 발생 시 기상 조건과 고농도 황사 사례의 원인 및 특성을 알아 보기 위한 것으로, 황사 일기도 자료, 황사감시기상탑 자료, 위성 자료, 후방공기궤적 자료, 관측자료(PM10 및 광학입자 계수기 자료), ECMWF 재분석 자료를 이용하였다. 분석 결과, 종관 분석에서는 몽골 중부지역에 등압선의 간격이 조밀 하게 분포하고 기압경도력이 강해지면서 강풍에 의해 황사가 발원하였다. 황사 발원과 기상 조건의 관계에서 황사 발원 직전에는 10°C 이상으로 비교적 높은 기온을 나타내다 황사 발원과 동시에 급감하였으며, 상대습도는 약 40% 이하의 낮은 값을 지속적으로 나타내다 황사 발원 후에는 50% 이상으로 급격히 높아지며 황사의 발생이 줄어드는 경향을 보 였다. COMS에서 관측된 황사지수는 황사발원지에서는 25 이상을 나타내면서 고농도의 황사가 탐지되었고, 실황에서 목측으로 관측된 지점과 일치하였다. 72시간 후방공기궤적에서는 모두 북서 기류가 한반도로 유입되었고, 5월 2일 흑산 도에서는 PM10의 시간평균농도가 1,025 μg m−3으로 최고 농도를 보였다. 특히 운동학적 연직 분석에서, 상층에서 발달 한 기압골과 저기압성 소용돌이도에 의해 지상 저기압이 강화되고 동시에 상승 기류의 발달이 고농도의 황사 발생에 큰 역할을 한 것으로 판단된다.



    서 론

    황사는 중국 북부 지역과 몽골의 건조 지역에서 발생 하는 먼지 현상이다. 황사는 매년 봄철에 가장 빈번하게 발생하며(In and Park, 2002;Park and In, 2003;Park and Lee, 2004;Park et al., 2010;Park et al., 2010b), 발원지와 풍하측 지역 주변의 인간 활 동에 큰 피해를 야기시킨다(Hagen and Woodruff, 1973;Buritt and Hyers, 1981;Goudie, 1977;Gao et al., 1992;Park et al., 2010). Chun (1997)은 황사발 원지의 토양은 중국 토양도와 몽골 수문기상국의 토 양정보를 이용하여 종류별로 고비(gobi), 모래(sand), 황토(loess)로 구분하였고, In and Park (2002)은 여 기에 혼합(mixed)을 추가하여 총 네 종류의 토양으로 구분되어 있다. 이들 지역에서는 한랭전선 후면에서 강한 바람에 의해 먼지가 발생하며(Chung and Park, 1995), 상승 기류에 의해 상층으로 날아서 흩어지다 가 침적되고, 상층 약 3-6 km 고도까지 이르기도 한 다(Iwasaka, 1987). 우리나라는 편서풍 지대에 위치하 여 몽골이나 중국의 발원지에서 발생한 황사의 영향 을 쉽게 받기 때문에(Chung and Park, 1995) 봄철 황사로 인해 대기 중 먼지의 농도가 급격히 증가한 다. 동아시아에서 발생하는 황사는 3월에 황하 및 타 클라마칸 사막에서 주로 발생하며, 4월에는 몽골, 5 월에는 몽골과 중국 북부지역에서 주로 발생한다 (Kenji et al., 1998).

    황사발원지의 사막화 현상과 경작지의 증가 및 강 수량의 부족으로 황사현상의 빈도는 증가하고 있다 (Park and Lee, 2004). 특히 우리나라는 2009년도에 1965년 이후 44년 만에 9월에 황사가 관측되었으며, 2010년에는 11월에 두 차례, 12월에 세 차례의 황사 가 관측되어 가을과 겨울철에도 황사가 관측되었다. 최근 10년(2011-2020)간 월별 발생 빈도를 보면 봄철 에 44회(3월 13회, 4월 19회, 5월 12회)로 가장 높게 나타났으며, 가을철 14회(10월 5회, 11월 9회), 겨울 철에도 15회(12월 3회, 1월 6회, 2월 6회)가 관측되 어, 가을과 겨울철에도 황사가 자주 관측됨을 알 수 있다(Fig. 2).

    황사 발생과 종관 기상장의 관련성에 대한 국·내외 연구들을 보면 Lee (1993)는 황사의 수송과 확산은 황사 발생과 연관된 저기압의 뒤를 따르는 고기압의 위치, 발달 정도, 그리고 이동속도에 따른 기류의 방 향과 풍속에 영향을 받는다고 했다. 특히 한반도에서 는 황사가 관측되기 2-3일 전의 황사발원지에서의 종 관 기상장이 중요하며(Chung and Park, 1995), 700 hPa 혹은 500 hPa 등압면에 강한 풍속대에 동반된 바람 시어(wind shear)가 황사 입자 부유에 영향을 주거나, 지상 및 상층저기압이 동해상으로 빠르게 이 동하면서 급격하게 발달한 큰 기압골이 형성되고, 그 후면으로 북서 기류가 우리나라로 황사를 유입시키는 데 중요한 역할을 한다(Chun et al., 2000). 그리고 700 hPa 및 850 hPa 등압면에서 우리나라 북부지역에 기압골이 위치할 경우 우리나라에서는 황사가 관측되 지만 특히, 850 hPa 등압면에서 우리나라 근처 기류 의 방향이 남풍 및 북풍일 경우 중국에서 발생한 황 사는 우리나라로 이동하기 어렵다고 했다(Jhun et al., 1999). 황사는 자연적으로 발생 되는 현상으로서 한 번 발생 되면 수백, 수천 킬로미터의 중·장거리를 이 동하여 시정 등 풍하측의 대기 환경에 큰 영향을 주 기도 한다(Chung, 1986). 봄철에 발생하는 황사의 지 역적 차이는 강풍의 발생 빈도와 관련이 높고, 대부 분 고기압이 주변에 발달할 때 황사가 발원하며 특 히 몽골 남쪽과 만주 평야 남쪽 지역에서는 강풍의 빈도는 낮고 황사의 발생 횟수는 많았으며, 고기압 및 강한 풍속 사이에서 황사가 발생한다(Yoshino et al., 2007). 또한 지상 저기압 중심이 한반도에 위치 하고 서해상에서 상층 제트 기류가 유입되어 지상 저기압의 기류가 강화될 때 황사발원지에서 발원된 황사는 한반도에서는 관측되지 않고 일본에서 관측되 기도 한다(Ahn and Chun, 2011). 황사의 발생과 특 성에 대한 정량적 연구를 위해 모델 자료를 활용한 연구도 이루어지고 있다. Cho et al. (2007)은 황사농 도 단기예측모델(ADAM)의 PM10 (Particle Matter 10 μm) 농도와 실측 PM10 농도의 비교 분석을 통해 예 측 정확도를 정량화하였고, Lee et al. (2012)은 사계 절적으로 운용할 수 있는 UM-ADAM2의 황사 발생 량과 국내 및 중국에 위치한 관측소에서 관측한 PM10 농도와의 비교 분석을 통해 모델의 예측 정확 성의 경향을 분석하였다. 국·내외 선행 연구에서와 같이 황사에 관련된 연구들은 중국에서 발원하는 황 사에 대한 종관 기상장 분석이나 수치 모델을 이용 한 황사 발생량의 모델 개선 및 검증에 대한 연구가 대부분이고 상대적으로 몽골 내륙에서 발생하는 황사 에 관한 연구는 관측 장비의 부재로 정량적인 분석 연구가 미흡한 상황이다.

    한편, 기상청 국립기상과학원은 몽골의 황사발원지 의 특성을 파악하고, 황사가 발생할 수 있는 기상 조 건을 규명하며, 지표면 조건에 대한 조사를 위해 몽 골의 황사발원지 중 황사 발생 빈도가 높은 Erdene (몽골 남동쪽)과 Nomgon (몽골 남쪽) 지역에 2009년 부터 황사감시기상탑을 설치하여 운영하고 있다 (National Institute of Meteorological Research, 2011). 특히 2011년 4월 29일과 30일 양일간 몽골 발생한 황사는 약 3,000 μgm−3 (시간평균) 이상의 고농도의 먼지가 발생하였고, 우리나라는 5월 1일부터 4일(4일 간)까지 전국적으로 황사의 영향을 받았다. 이 사례 는 최근 10년간의 우리나라에서 관측된 황사 중 지 속시간이 약 82시간으로 가장 길었으며, 특히 1,025 μgm−3 (시간평균, 흑산도)의 높은 PM10 관측값을 보 였다(Table 1). 따라서 본 연구에서는 2011년 5월 1 일부터 4일까지 관측된 고농도 황사 사례에 대하여 몽골(Erdene, Nomgon)에 설치된 황사감시기상탑의 관측자료를 근거하여 발원지에서 황사 발원과 관련한 기상 조건의 특징을 조사하였다. 황사 발원과 종관 기상장 분석을 위해 황사 일기도 자료, ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) 의 재분석 자료 등을 이용하여 대기의 연직 구조 및 운동학적 특성을 조사하였고, 통신해양기상위성 (COMS: Communication, Ocean and Meteorological Satellite, 이하 천리안 위성)의 황사 지수(AI: Aerosol Index) 자료를 이용하여 황사의 강도를 조사함으로써 몽골에서 발원하는 황사의 특징을 알아보고자 하였다.

    자료 및 분석방법

    종관 및 수치 자료

    2011년 5월 1일부터 4일까지 황사 발원에 중요한 지상 저기압의 위치와 종관 분석을 위해 기상청에서 3시간 단위로 제공되는 황사 일기도를 이용하였다. 황사 일기도는 몽골과 중국, 일본의 기상관측소에서 전지구통신체계(GTS, Global Telecommunication System) 를 이용하여 황사가 관측되는 지점을 황색으로 표시 하여 종관 분석과 함께 황사의 이동을 한눈에 알 수 있다. 황사의 발원과 종관 기상장의 관계에서 850 hPa 등압면에서 우리나라 북부에 기압골이 위치할 경우 한반도의 황사 관측과 관련성이 있다(Chun et al., 2003). 황사의 발원과 대기의 운동학적 상태의 특징을 조사하기 위해 ECMWF에서 제공되는 ERA5 재분석 자료를 이용하였다. 이 자료는 월 자료와 일 자료를 제공하며 일 자료의 경우 1시간 간격의 해상 도를 가지며, 0.25°×0.25° (위도×경도)의 수평 해상도 를 가지는 전구 자료이다. 상층 자료 중 등압면 자료 는 1000-1 hPa까지 37개의 연직층과 같은 공간 해상 도로 구성되어 있다(https://www.ecmwf.int/en/newsletter/ 159/meteorology/global-reanalysis-goodbye-era-interimhello- era5, last access: 9 March 2019). 본 연구에서 는 등압면 자료 중 지위고도(gpm), 바람의 동서 성분 (u) 및 남북 성분(v), 기온(°C), 상대 소용돌이도, 연직 속도의 변수를 이용하였다.

    몽골에서 발원한 황사가 우리나라에서 목측으로 가 장 많이 관측되었던 2011년 5월 2일 03 KST에 기상 청의 28개소 PM10 관측소 위치의 500, 1,500, 2,000 m 고도에 있는 공기괴의 72시간 동안 이동한 경로를 분석하였다. 이용된 자료는 미국 해양기상청(NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration) 산하 ARL (Air Resource Laboratory)에서 제공하는 HYSPLIT (Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory)모델이다. 이 자료는 실제 이동 경로를 계 산하여 갈 수 있는 물질면인 등온위면을 따라서 원 하는 시각에 원하는 지점의 공기가 지나온 경로와 시간을 거슬러 가면서 역추적하는 방식을 이용하여 분석한다(Yoon and Park, 1991). 본 연구에서는 ARL에서 제공되는 수평 풍속 성분(U, V), 온도(T), 고도(Z), 압력(P)과 지표면 압력(P0) 등의 필수 성분 이 포함된 FNL 기상 자료를 사용하였다.

    위성 자료

    위성은 관측 채널의 특징을 이용하여 대기의 역학 적인 변화 및 이동을 파악하고 추정할 수 있다(Adler and Fenn, 1981). 황사의 이동과 발달에 대한 분포를 시·공간적으로 얻을 수 있는 방법 중의 하나는 위성 자료를 이용하는 것이다. 천리안 위성은 지구 적도 상공 36,000 km 고도, 동경 128.2°에 위치하여 한반 도 및 동아시아 영역을 24시간 연속적으로 기상 관 측이 가능한 정지궤도 위성이다. 특히 천리안 위성 자료 중 황사 관측에 이용되는 황사 지수 산출물은 대기의 창 영역에 해당되는 11 μm 채널과 12 μm 채 널 파장대의 밝기온도 차이를 의미하는 배경 적외차 (구름인 경우 양(+)의 값을 나타내며, 황사인 경우 음 (−)의 값)의 방법을 이용하여 황사가 탐지되며, 황사 의 발생량이 많을수록 큰 음수 값을 가진다(National Meteorological Satellite Center, 2012). 최근에 천리안 위성 2A에서는 가시 채널과 적외 채널을 사용하여 에어로졸 입자 들 중 황사만을 탐지하는 황사 광학 두께(DAOD, Dust Aerosol Optical Depth) 기법이 개발되었으며 주·야간으로 실시간 산출되고 있다 (National Meteorological Satellite Center, 2019). 본 연구에서는 천리안 위성의 황사 지수 자료를 사용하 여 황사발원지(몽골)에서 발원한 황사의 강도를 추정 하고 발원한 황사의 지역 규모와 이동에 있어 주간 및 야간의 시·공간적인 강도 변화를 알아보았다.

    황사 관측 자료

    몽골의 황사발원지에서 황사 발원과 관련한 기상 조건의 특징들을 알아보기 위해 Erdene과 Nomgon 지역의 황사감시기상탑(Fig. 1) 자료를 이용하였다. 관측 장비의 높이는 20 m이며, 10분 간격으로 관측 된다. 황사 발원량의 정량적인 관측을 위해 3 m 높이 에서 PM10 농도가 관측되고, 2, 4, 8, 16 m 높이에서 기온과 상대습도가 관측되며, 2, 4, 16, 20 m 높이에 서는 풍속이, 20 m 높이에서는 풍향도 함께 관측된 다. 지중에는 3개의 층(5, 20, 50 cm 깊이)으로 분류 하여 지중온도와 토양 수분이 관측된다. 본 연구에서 는 황사감시기상탑의 PM10 미세먼지 자료와 상대습 도(16 m) 자료, 토양온도(5 cm)의 자료를 이용하였으 며, 동서바람과 남북바람 자료를 사용하여 마찰속도 를 계산하여 분석하였다.

    우리나라에서 관측된 황사의 강도와 미세먼지 입자 크기별 분석을 위해 지상 PM10 자료와 광학입자계수 기(OPC, Optical Particle Counter)의 질량농도와 부 피농도의 자료를 사용하였다. PM10은 베타선 흡수법 (BAM: β-ray Attenuation Method, Model: FH62C14, Thermo electron Co.)으로 실시간 관측되며, 베타선을 투과시켜 감쇄되는 차이를 이용하여 입자의 중량농도 를 측정한다. 입자상 물질의 분포 특성이 가능한 광 학입자계수기는 단일입자 광산란 측정법을 이용하여 PM10, PM2.5 PM1.0의 질량농도가 계산되며, 부피농도 (dv/dlogDp)는 0.25 μm와 32 μm 사이의 31개 채널 입자의 수농도(dN/dlogDp)를 부피농도로 환산하여 계 산된다(Hobbs, 2000). 기상청에서는 2007년부터 황사 와 대기오염(연무)을 구분하기 위하여 광학입자계수 기를 운영 중에 있으며, 총 8개소(서울, 백령도, 파주, 군산, 철원, 흑산도, 대구, 광주)에서 미세먼지가 관측 되고 있다(NIMR, 2012). 본 연구에서는 장시간 동안 관측된 황사의 강도 변화를 알아보기 위해 전국 28 개소에서 관측된 PM10 관측자료를 이용하였으며, 최 고 농도값이 관측된 흑산도 지점의 광학입자계수기의 질량농도와 부피농도의 특성을 분석하여 황사와 비황 사 구간을 구분하고, 변화 경향성을 알아보았다.

    결 과

    2011년 황사 특성

    2011년 봄철 몽골에서 발원한 황사 강도의 먼지지 수(DSI, Dust Strom Index)는 몽골 남쪽 고비사막 부 근인 위도 40°-47°N, 경도 100°-110°E 지역에서 DSI 가 40 이상으로 나타나 황사 발원과 함께 강도가 심 했다(Fig. 3). 황사 이동에 영향을 미치는 기후인자 (풍속, 기압, 상대습도)는 주기적 변동에 따라 황사의 발생도 주기적으로 변한다(Son and Kim, 2009). 2011년 우리나라에서 관측된 황사의 지역적 관측일수 분포는 강원도와 경상북도지역에서는 10일 이상, 수 도권과 경기도 지역에서는 8일-9일, 제주도와 울릉도 는 6일의 관측일수를 보였다(Fig. 4(a)). 총 일곱사례 의 황사가 관측된 2011년은 모두 봄철(3-5월)에만 관 측되었으며(Fig. 4(b)), 발원지는 몽골 및 내몽골인 사 례가 다섯 사례로 전체의 약 70% 이상을 차지했고, 나머지 두 사례는 만주에서 발원되었다. 또한 3월과 5월에는 황사주의보 사례가 각각 한 사례씩 관측되었 고, 5월에는 황사 경보 사례도 한 차례 관측되었다. 특히 2011년 우리나라 13개소 황사 관측망에서 관측 한 봄철(3-5월) 전국 평균황사일수는 3월 2.5일, 4월 0.3일, 5월 5.7일로 총 8.5일이 관측되었다. 최근 10 년(2011-2022)간 봄철 평균황사일수는 3월 1.2일, 4 월 0.8일, 5월 1.6일이며 총 3.6일의 황사 일수를 보 여 2011년은 최근 10년보다 4.9일 많았다(Fig. 4(c)).

    종관 분석

    2011년 4월 29일부터 5월 4일까지 황사의 이동 경 로는 Fig. 5와 같다. 지도에서 “S” 표시된 곳은 황사 가 관측된 관측소의 위치이다. 4월 29일 09 KST 황 사 일기도에서는 몽골 중부지역에 저기압이 위치하면 서 그 후면으로 등압선이 조밀하고 기압경도력이 강 해지면서 강한 바람으로 인하여 몽골 서쪽 지역에 황사가 발원하였다. 발원한 황사는 저기압 후면에 위 치한 대륙고기압이 확장됨에 따라 몽골 중부와 남부, 중국 북부지역인 고비사막으로 이동하였다(Fig. 6(a)). 몽골 내륙에 저기압이 북동진하여 그 중심이 몽골 동쪽 및 북동 지역(만주)에 위치하고 고기압의 중심 은 몽골 내륙(서쪽)에 위치하였다. 이 고기압은 몽골 남부지역과 중국 북부지역에 넓게 확장되었으며 발원 한 황사는 중국 북부와 중부지역 및 북동 지역(만주) 에서 관측되었다(Fig. 6(b)). 5월 1일 09 KST에 북서 기류에 의해 우리나라는 백령도를 시작으로 북한 일 부 지역 및 우리나라에 전국적으로 황사가 관측되었 다(Fig. 6(c)). 5월 2일 09 KST 우리나라 주변은 안정 한 대기 상태에서 정체되어 고기압의 침강역에 위치 하면서 국지적으로 황사가 관측되었고, 특히, 일본 규슈와 시코쿠, 혼슈 지역까지 황사가 관측되었다 (Fig. 6(d)). 5월 3일 09 KST에 우리나라 주변 기압계 의 흐름이 점차 빨라지면서 전국적으로 관측되던 황 사는 중부 및 남부지역에서 관측되었으며, 5월 4일 09 KST 우리나라 남해안에위치한 저기압이 점차 북 상하여 그 중심이 우리나라 중부지역에 위치하면서 황사의 영향권에서 벗어났다(Fig. 6(e), Fig. 6(f)). 이 러한 분석 결과는 Yoo et al. (2021)이 최근 20년 (2000-2019)간 황사 사례에 대한 종관 기상장 분석 연구 결과(우리나라를 중심으로 북동쪽에 고기압, 북 서쪽에 저기압 중심이 위치할 경우, 강한 북서풍에 의해 황사가 한반도에 영향을 준다)와 일치한다.

    해발고도가 1,000 m 이상의 고원지대인 황사발원 지는 해발고도 약 3-4 km까지 분포할 수 있다(Chung and Park, 1995).

    황사발원지에서 기압골의 발달 및 그 후면에 위치 하는 대륙고기압의 이동에 대한 기압계의 특성을 알 아보기 위해 850 hPa와 500 hPa의 지오포텐셜 고도 와 온도의 합성장을 분석하였다. 850 hPa 고도면의 공간분포에서는 4월 29일 09 KST에 몽골 서쪽 지역 에서 기압경도와 온도경도가 교차하면서 경압 불안정 이 증가하여 강풍대가 형성되었다(Fig. 7(a)). 4월 30 일 09 KST에 저기압이 동진함에 따라 그 후면에 위 치한 고기압이 발달하여 몽골 내륙과 중국 중부지역 으로 확장되었고, 발원한 황사는 고기압의 기류에 의 해 중국 중부지역으로 이동되었을 것으로 판단된다 (Fig. 7(b)). 5월 1일 09 KST에 저기압 중심이 연해주 지역에 위치하고 그 후면으로 고기압이 계속 남동진 하여 우리나라는 북서 기류가 유입되었다. 발원한 황 사는 중국 중부지역으로 이동되어 발달하는 고기압에 의해 우리나라로 이동되었을 것이다(Fig. 7(c)). 이후, 고기압의 침강역에 의해 대기의 흐름이 정체되었다가 점차 고기압이 동진하였고, 우리나라도 황사의 영향 권에서 벗어난 것으로 판단 된다.

    500 hPa 고도면에서는 4월 29일 09 KST에 몽골 내륙에서 상층기압골이 발달하면서 기압골 동쪽 지역 에 양의 소용돌이도의 이류가 강해지고, 상승류가 유 발되어 지상의 기압이 급격히 하강한 것으로 판단되 며, 하층의 저기압 발달과 강풍대가 형성되면서 황사 가 발원하기 좋은 조건을 보였다(Fig. 7(d)). 4월 30 일 09 KST에 몽골 내륙에 상층기압골이 점차 남동진 하여 몽골 남동쪽 지역에 위치하였고, 그 후면으로 상층 기압능이 발달하였다(Fig. 7(e)). 5월 1일 09 KST 에 상층기압골은 북한지역에 위치하였고, 우리나라는 발달하는 기압골(절리 저기압)의 영향으로 등고선 간 격이 조밀하고 기압경도가 강해져 강한 북서풍이 유 입되었으며, Fig. 6(c)에서와 같이 지상 저기압을 더 욱 발달시켜 황사가 유입되기 좋은 기상 조건을 나 타냈다(Fig. 7(f)). 이와 관련하여 동아시아 지역의 기 압골의 강화와 500 hPa 등압면의 순환 지수가 음의 값을 보일 때 중국 지역에서 공기의 아노말리 값이 더 따듯한 지수를 보였으며 이런 경우 황사의 발생 빈도가 높다(Yoshino, 2002)

    황사발원지의 먼지 발생과 기상 조건 관련성 분석

    황사현상을 이해하는 데 있어 발원지의 발생 조건 을 조사하는 것은 매우 중요하다(Lee et al., 2003). Fig. 8은 2011년 4월 28일에서 30일까지 Erdene의 황사감시기상탑에서 관측된 PM10 농도, 풍속(16 m)과 마찰속도(16 m), 풍향(16 m), 해면기압, 기온(16 m)과 상대습도(16 m), 토양온도(5 cm)의 기상변수를 나타낸 것이다. PM10 농도의 시간 변화를 살펴보면 29일 08 KST부터 PM10 농도가 증가하였으며, 19 KST에 4,992 μgm−3의 최고농도 값을 나타내었고, 이후 감소 하다가 29일 22 KST에 1,361 μgm−3의 농도 값을 보 이며 증가한 후 점차 감소하였다(Fig. 8(a)). Fig. 6(a) 에서는 Erdene 주변으로 강한 저기압과 함께 황색으 로 황사가 표시되어 있다.

    풍속과 마찰속도의 시간 변화에서는 29일 15 KST 에 21 ms−1의 최대풍속 값을 나타내었으며, 30일 11 KST에 다시 증가하여 두 번째 최고 풍속값을 나 타내었다. 같은 시각 마찰속도는 모두 1.0 ms−1의 최 대값을 나타내어(Fig. 8(b)) 마찰속도는 풍속의 변화 경향성과 비슷하게 나타나는 것을 알 수 있다. 이러 한 결과는 Park and Park (2010)의 연구 결과와 거 의 일치하며, 황사 발원에 직접적인 관련이 있다고 했다.

    해면기압은 황사가 발원하기 전 29일 03 KST의 기압(945 hPa) 보다 약 15 hPa 이하로 낮아지는 형태 를 나타내었으며, 특히 Fig. 8(a), (b)와 같이 PM10 농도가 급격하게 증가하고, 마찰속도와 풍속이 강해 질 때는 급격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이 때 풍향은 황사 발원 전 주로 북동풍 계열의 바람이 불다가 황사 발원 후부터 서풍 계열의 바람을 나타 내었다(Fig. 8(c)). 기온과 상대습도의 시간 변화를 살 펴보면 기온과 상대습도의 변화 양상이 상반되어 나 타난다. 기온은 황사가 발원하기 전 28일 09 KST부 터 10°C의 기온을 나타내다 황사가 발원한 후부터 10°C 이하의 기온으로 점차 감소하였고, 반면 상대습 도는 황사가 발원하기 전 28일부터 40% 이하의 값 을 보여 대기가 매우 건조한 상태를 나타내다 PM10 농도가 급격하게 증가하는 29일 오후부터 다시 증가 하여 30일 00 KST에는 95% 이상의 상대습도를 나타 내었다.

    5 cm의 토양 온도는 황사 발원 전 28일 16 KST 23°C의 최고 온도를 나타내고, 그 후 점차 낮아졌으 며, 16 m에서 관측된 기온의 변화 경향과 비슷함을 보였다(Fig. 8(d)).

    Fig. 9는 같은 기간 Nomgon의 황사감시기상탑에서 관측된 기상변수를 나타낸 것이다. PM10 농도의 변화 를 살펴보면 29일 03 KST에 3,917 μgm−3의 최고 농 도 값을 보였다. 이 후 다시 감소하다가 06 KST에 다시 증가하여 3,142 μgm−3의 두 번째 최고값을 나 타내었으며, 29일 22 KST에는 1,421 μgm−3의 세 번 째 최고값을 나타냈다. 이후 PM10 농도는 감소하여 비황사 시의 수준으로 낮아졌다(Fig. 9(a)).

    풍속과 마찰속도의 시간 변화에서는 29일 10 KST 에는 20 ms−1의 최대 풍속값을 나타내었으며, 같은 시각 마찰속도는 1.0 ms−1의 최대 마찰속도를 나타내 어 풍속이 강할수록 마찰속도는 증가하는 것을 알 수 있었다.

    해면기압은 점차 하강하여 황사 발원과 함께 급격 하게 낮아져 28일 18 KST에 약 832hPa를 나타냈다.

    풍향은 황사 발원 전 북동풍 계열의 바람이 불다 가 황사 발원 후부터 서풍 계열의 바람을 나타내어 에르덴의 풍계와 일치하였다(Fig. 9(c)).

    기온과 상대습도의 변화를 살펴보면 황사 발원 전 28일 18 KST에 24°C의 최고 기온을 나타내었고, 황 사 발원과 함께 급격히 떨어져 30일 06 KST에 −0.2 °C의 낮은 기온을 나타내었으며, 황사 발원이 끝난 후 다시 증가하였다. 상대습도는 황사 발원 전 28일 40% 이하의 값을 지속적으로 나타냈으며, 이 이상에 서는 황사의 발원이 줄어들었다.

    토양온도는 28일 17 KST에 13°C의 최고 온도를 나타냈고, 그 후 감소하는 경향을 나타냈으며, 기온 의 변화 경향과 유사하게 나타났다(Fig. 9(d)).

    이상의 분석 결과를 종합해 보면 황사 기간 Erdene과 Nomgon에서 관측된 기상변수들의 변화 경 향성은 유사하고, 특히 황사가 발원할 때(PM10 농도 값의 급격한 증가) 풍속은 강하게 나타나고, 기압은 급격하게 하강하였다. 동시에 기온의 급격한 감소와 함께 상대습도가 지속적으로 낮아져 건조한 대기 상 태가 유지되는 것을 확인 알 수 있었다.

    대기의 운동학적 특성 분석

    황사의 발생과 이동에 대한 종관 구조의 운동학적 특성을 분석하기 위해 Fig. 8(a)와 같이 Erdene (44.27°N, 111.05°E) 지점의 연직 상승속도, 상대 소 용돌이도, 남북 및 동서 바람장의 상호관계를 분석하 였다. Fig. 10(a)는 연직 상승 속도에 대한 고도별 시 계열을 나타낸 것이다. 실선과 점선은 각각 상승 기 류(음의 값)와 하강기류(양의 값)를 나타낸 것으로 1×10−3 h Pas−1의 간격이다. 2011년 4월 29일 09 KST 부터 4월 30일 21 KST까지 Erdene에서는 900 hPa 고도에서 약 700 hPa 고도면 까지 −1×10−3 h Pas−1 이상의 상승 운동이 뚜렷하게 나타났다. 특히 4월 30 일 04 KST에는 약 850 hPa 고도 부근에 약 −2×10−3 hPas−1 이상의 연직 상승속도의 핵이 위치하고, 12 KST 이후부터 상승역은 850 hPa 고도 이하로 낮아지며 점차 약화 되었다. Fig. 6(a)와 Fig. 6(b)의 황사 일기 도와 비교해 보면 Erdene 지역은 지상의 저기압이 위치하면서 연직으로 상승 운동이 지배적이며, 특히 황사는 상승 기류에 의해 6 km까지 상승이 이루어 진다(Iwasaka, 1983).

    Fig. 10(b)는 상대 소용돌이도의 연직 분포를 나타 낸 것이다. 그림에서 실선은 양의 값으로 저기압성 소용돌이도(1×10−5 s−1)를 나타낸 것이며, 점선은 음 의 값으로 고기압성 소용돌이도(1×10−5 s−1)를 의미한 다. 2011년 4월 29일 09 KST에서 22 KST까지 900 hPa 고도에서 약 850 hPa 고도면 까지 0- −1×10−5 s−1 이상의 고기압성 소용돌이도가 나타나고, 850 hPa 고 도면 이상에서는 저기압성 소용돌이도가 고도 100 hPa까지 분포하였다. 4월 29일 23 KST 이후부터 전 층에 걸쳐 저기압성 소용돌이도가 발달하였고, 4월 30일 03 KST에는 약 400 hPa 고도 부근에 약 32×10−5 s−1 이상의 최대 저기압성 소용돌이도가 위치하고 있 다. 4월 30일 09 KST 이후 약 700 hPa에서 250 hPa 고도면 사이에 고기압성 소용돌이도가 분포하였고, 18 KST에는 약 350 hPa 고도 부근에 5×10−5 s−1의 최 대 고기압성 소용돌이도가 위치하였다. 같은 시각 약 600 hPa 이하의 중·하층 대기에서는 4×10−5 s−1 이상의 저기압성 소용돌이가 분포하였다.

    Fig. 10(c)는 남·북 바람장에 대한 고도별 시계열을 나타낸 것이다. 빨간색 점선은 음의 값으로 북풍, 검 은색 실선은 양의 값(ms−1)으로 남풍을 의미한다. 2011년 4월 29일 09 KST부터 Fig. 5(a)와 같이 Erdene 지역은 지상 저기압의 전면부 지역에 위치하면서 700 hPa 고도면 이상에서는 남풍 계열의 바람이 분포 하고 있다. 4월 29일 12 KST에 250 hPa 고도 부근에 서는 약 18 ms−1 이상의 최대풍을 나타냈고, 4월 30 일 03 KST에는 Fig. 5(b)와 같이 지상 저기압이 북동 진함에 따라 저기압의 중심이 경도 120°E 부근에 위 치하면서 남풍에서 북풍으로 풍향이 바뀌었다. 이 바 람은 4월 30일 21 KST까지 전층에 걸쳐 분포하였으 며, 30일 09 KST에 약 400 hPa 고도면에서는 약 –33 ms−1 이상의 최대풍이 나타났다.

    Fig. 10(d)는 동·서 바람장에 대한 고도별 시계열을 나타낸 것이다. 검은색실선은 양의 값으로 서풍, 빨 간색 점선은 음의 값(ms−1)으로 동풍을 의미한다. 2011년 4월 29일 09 KST부터 30일 04 KST까지 서 풍 계열의 바람이 지상(900 hPa)에서 상층(100 hPa) 고도면 까지 분포하고, 4월 29일 15 KST에 약 400 hPa 고도 부근에서는 약 50 ms−1 이상의 최대풍을 보였다. Fig. 6(a)와 같이 저기압 중심이 몽골 동부지 역에 위치함에 따라 저기압 후면으로 서풍 기류가 유입되는 것을 알 수 있다. 4월 30일 09 KST부터 700-300 hPa 고도면에서는 동풍 계열의 바람이 분포 하고 있다. 같은 시각 Fig. 7(b)7(e)를 보면 몽골 동쪽으로 하층(850 hPa)과 중층(500 hPa)에 발달된 기 압골과 절리 저기압이 위치하고, 그 후면으로 고기압 이 발달함에 따라 바람은 서풍 계열에서 동풍 계열 로 바뀜을 알 수 있으며, 4월 30일 08 KST에 약 400 hPa 고도면에서는 −10ms−1 이상의 최대풍을 보였 다. Erdene 지역의 연직속도, 상대 소용돌이도, 남 북 및 동서 바람장의 연직 시계열 분석을 종합해 보면, 상층에서 발달한 기압골에 의한 저기압성(+) 소용돌이도가 강해지면서 지상에서는 저기압이 강화 되고, 동시에 상승 기류가 발달하면서 건조한 지표 면 부근에서의 강한 일사에 의한 대류 활동에 의해 황사가 발원되기 좋은 기상 조건이 형성되는 것을 확인하였다.

    위성 영상 분석

    황사 사례 기간 발원한 황사의 위치와 이동 방향 및 강도의 공간분포를 분석하기 위해 천리안 위성의 황사 지수 자료를 이용하였다. 2011년 4월 29일 몽 골 중부지역에서 형성된 강풍대가 점차 남동진함에 따라(Fig. 6(a)) 황사가 발원하였다. 몽골 남부지역 및 중국 북부지역으로 황사의 강도가 25 이상을 나타내 면서 황사가 탐지되었다(Fig. 11(a)). 4월 30일 저기 압이 점차 남동진하면서 저기압 중심역을 따라 중국 북부, 중부 및 북동 지역으로 황사가 탐지되었고, Fig. 6(b)의 목측으로 황사가 관측된 지점과 일치하는 것을 알 수 있다. 에어로졸 지수는 북동 지역의 주변 으로 약 40 이상의 높은 값을 나타내어 황사 강도가 뚜렷하게 강한 것을 탐지하였다(Fig. 11(b)). Fig. 6(c) 와 같이 고기압이 남동진함에 따라 우리나라는 북서 기류의 영향으로 황사가 유입되었으며, 전국적으로 약 5-15의 에어로졸 값이 탐지되었다(Fig. 11(c)). 우 리나라 내륙은 구름에 의한 차폐 현상으로 황사가 탐지되지 않았으나(Fig 11(d)), Fig. 7(f)와 같이 상층 기압골의 발달로 호남 지역은 5월 3일과 4일 황사 영역이 뚜렷하며(Fig. 11(e), 11(f)), 연해주 지역에 저 기압 중심이 점차 동진하면서 황사는 빠르게 동해로 이동하여 일본 혼슈 지역에 황사가 탐지되었다. 5월 1일 우리나라 전역에 유입된 황사는 저기압 후면에 발달하는 고기압의 영향으로 안정한 대기 상태를 보 이며, 약 82시간 동안 황사가 지속되었다(Table 3).

    미세먼지농도 분포 및 후방공기궤적 분석

    기상청에서는 PM10 농도를 기준으로 황사를 구분 하여 황사 예보를 한다. 몽골에서 발원한 황사가 5월 1부터 4일까지 우리나라에 유입됨에 따라 전국 28개 소의 PM10 관측소에서 관측된 PM10 농도를 분석하여 황사의 강도와 변화 경향성을 알아보았다. Fig. 12(a) 는 사례 기간 우리나라에서 관측된 PM10 농도(시간 평균) 값이다. 5월 1일부터 28개소의 PM10 농도는 점차 증가하는 경향을 나타내었으며, 08 KST에 격렬 비열도에서는 405 μgm−3의 농도를 보였다. 특히 5월 2일 흑산도에서는 PM10 농도가 급격하게 증가하여 19 KST에 1,019 μgm−3의 최고 농도를 나타내었으며, 지속시간도 18시간으로 매우 길어 고농도의 황사가 관측되었다. 3일 백령도, 관악산, 서울, 안면도, 군산, 전주, 고산, 강화, 격렬비열도에서는 400 μgm−3 이상 의 농도가 6시간 이상 관측되다 4일 점차 낮아지면 서 우리나라는 황사의 영향권에서 벗어났다.

    황사의 입자 크기는 2-6 μm 범위에 집중되어 나타 나며, 대기오염물질은 주로 2 μm 이하의 초미세입자 로 존재한다(Chun et al., 1999). Fig. 12(b)와 Fig. 12(c)는 5월 1일부터 4일까지 우리나라에서 황사 농 도가 가장 높았던 흑산도에서 관측된 광학입자계수기 의 질량농도와 부피농도를 나타낸 것이다. PM10 질 량농도에서는 5월 1일 07 KST에 115 μgm−3의 농도 를 보이다가 16 KST에 급격히 증가하여 2일 20 KST 에 360 μgm−3의 최고 농도를 나타냈고, 이후 점차 감소했다. PM2.5 질량농도는 PM10 질량 변화의 추세 와 유사하게 나타났고, 2일 21 KST에 180 μgm−3의 최고 농도를 나타냈다. 반면 PM1.0의 질량농도는 50 μgm−3 이하의 값을 유지하며 상대적으로 낮은 값을 나타내었다(Fig. 12(b)). 부피농도에서는 1일 밤부터 2-8 μm 전후의 조대입자(PM10-PM1.0)의 부피농도가 증가하여 3일 오전까지 지속되었는데 이는 PM10 질 량농도가 높았던 시간과 일치하였으며, 실황에서 황 사를 목측으로 관측한 시간과도 일치하였다(Fig. 12(c)).

    Fig. 13은 우리나라 28개 황사관측소에서 목측으로 황사가 가장 많이 관측된 2011년 5월 2일 03 KST의 500, 1,000, 1,500 m 고도에 대해 72시간 동안 이동 해 온 공기의 이동 경로를 나타낸 것이다. 500, 1,000 m 고도에서는 황사발원지인 몽골에서 중국 북동(만 주)으로 이동되어 북한을 통과하여 우리나라로 이동 하였고, 1,500 m 고도에서는 만주에서 요동 반도를 거쳐 우리나라로 이동하였다. 세 개의 고도에서 모두 북서 기류가 우리나라로 유입되었음을 확인할 수 있 으며, 실황에서 황사 일기도(Fig. 6)의 종관 구조에 따른 기류 방향과 일치하였다.

    요약 및 결론

    2011년 우리나라에 영향을 준 황사 사례는 총 일 곱 사례이며, 모두 봄철(3-5월)에 관측되었다. 특히 2011년 5월 1-4일의 황사 사례는 PM10의 시간평균농 도가 1,025 μgm−3 (흑산도)로 최고 농도를 나타냈으 며, 지속시간이 약 80시간 이상으로 가장 길었다. 고 농도 황사현상은 4월 29일과 30일 양일간 몽골에서 발원하였으며, 발원지의 기상 조건과 장기간 우리나 라에서 관측된 황사의 특징을 알아보기 위해 종관자 료, 관측자료, ECMWF 재분석 자료, 위성자료 등을 이용하여 고농도 황사의 원인 및 특성을 조사하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

    • (1) 2011년 4월 29일 00 KST 황사 일기도에서는 몽골 중부지역에 등압선의 간격이 조밀하게 분포하고 기압경도력이 강해지면서 강풍에 의해 황사가 발원하 였다. 이때 850 hPa면의 지오포텐셜 고도와 온도장의 공간분포는 몽골 서쪽 지역에서 기압경도와 온도경도 가 교차하면서 경압 불안정이 증가하여 강풍대가 형 성되었고, 500 hPa에서는 상층기압골이 발달하면서 기압골 동쪽 지역에 양의 소용돌이도의 이류가 강해 지고, 상승류가 유발되어 하층(지상)의 저기압 발달과 강풍대를 강화시켜 황사가 발원하기 좋은 기상 조건 을 형성하였다.

    • (2) 황사감시기상탑에서 관측된 기상변수를 통해 황사 발원(먼지 발생)과 기상 조건의 관련성을 알아 본 결과 황사가 발원할 때의 각 기상 변수들은 특징 적인 양상을 가지고 있었다. 황사 발원 시 PM10의 농도는 급격한 증가와 함께 고농도의 값이 관측되었 고, 황사가 발원한 시각은 강한 풍속(13 ms−1)과 함 께 마찰속도가 급격하게 증가하는 시각과 일치하였으 며, 황사 발원 직전에는 비교적 높은 기온(10°C 이상) 을 나타내었고, 황사 발원과 동시에 급격히 낮아졌다. 또한 황사 발원 시 상대습도는 약 40% 이하의 값을 지속적으로 나타내다 이 이상에서는 황사의 발원이 줄어드는 것을 알 수 있었다.

    • (3) 대기의 운동학적 특성 분석에서 연직 상승속도 는 지표면에서 4월 30일 03 KST에 약 700 hPa 고도 면 까지 −1×10−3 h Pas−1 이상의 상승 운동이 뚜렷하 게 나타나고, 같은 시각 상대 소용돌이도는 400 hPa 고도 부근에 약 32×10−5 s−1 이상의 최대 저기압성 소 용돌이도가 위치하였으며, 이러한 특징은 지상의 PM10 농도가 급격하게 증가하는 시각과 일치하였다. 특히 중·하층에서 발달하는 기압골에 의해 남북 성분 (v)의 바람은 4월 30일 03 KST에 남풍에서 북풍으로 바뀌고, 동서 성분(u)의 바람은 서풍 계열의 바람이 지배적인 것을 알 수 있었다.

    • (4) 천리안 위성에서 관측된 황사 지수는 2011년 4 월 29일 황사 발원 지역으로 25 이상을 나타내면서 황사가 탐지되었고, 황사 일기도에서 목측으로 관측 된 지상 지점과 일치하는 것을 알 수 있었다. 특히 에어로졸 지수는 중국 북동지역 주변으로 약 40 이 상으로 높은 값을 나타내어 실황에서 황사가 관측된 지점과 일치하였다.

    • (5) 국내에서 관측된 황사는 5월 2일 흑산도에서 최고 농도값을 보였다. 특히 질량농도와 부피농도는 황사가 유입된 후 급격히 증가하였고, 질량농도가 증 가할 때 부피농도는 조대입자가 증가하는 경향을 보 여 자연 발생적인 1차성 입자상 물질(황사)들이 우리 나라에 유입되었으며, 72시간 동안의 후방공기궤적에 서 황사발원지인 몽골에서 북서 기류가 우리나라로 유입되었음을 확인하였다.

    몽골의 황사발원지는 사막화와 강수 부족으로 인해 지표면이 변화하고 있으며 황사 빈도가 강해지고 있 어 황사현상을 이해하는데 발생 조건을 규명하는 것 은 매우 중요하다. 특히 황사의 정확한 예보를 위해 서는 황사발원지의 특성을 파악하고 황사가 발생할 수 있는 기상 조건을 정확하게 규명하여야 한다. 따 라서 본 연구의 결과를 통해 봄철 몽골에서 발원하 는 황사현상에 대해 황사감시기상탑의 기상 자료를 활용한 먼지 발생과 기상 조건의 정량적인 분석, 종 관적, 운동학적 특성, 우리나라에서 관측된 황사의 정량적인 분석을 고려한다면 몽골에서 발원하는 황사 예보에 도움이 될 것으로 판단되므로 본 연구 사례 와 관련된 추가적이며 지속적인 연구가 필요하다.

    감사의 글

    본 연구는 기상청 국립기상과학원 “재해기상 목표 관측·분석·활용기술 개발(KMA2018-00123)” 과제의 일환으로 수행되었습니다.

    Figure

    JKESS-43-3-396_F1.gif

    Schematic view of instrumentation at the Erdene and Nomgon towers.

    JKESS-43-3-396_F2.gif

    Asian dust frequency in korea during the period from 2011 to 2020.

    JKESS-43-3-396_F3.gif

    Blowing sand occurrence at Asian dust source in spring (March-May) 2011.

    JKESS-43-3-396_F4.gif

    (a) Distribution of observation of Asian dust and (b) Asian dust frequency in springtime (March to May) in 2011. (c) Observation days of Asian dust in 2011 and the recent (2011-2020).

    JKESS-43-3-396_F5.gif

    Spatial distribution of floating dust occurrence from 29 April 2011 to 4 May 2011. Symbol “S” represents generally floating dust, and “S” on a map means the station observed floating dust phenomena.

    JKESS-43-3-396_F6.gif

    Surface weather charts at (a) 09 KST 29, (b) 09 KST 30, April, (c) 09 KST 1, (d) 09 KST 2, (e) 09 KST 3 and (f) 09 KST 4 May, 2011 respectively.

    JKESS-43-3-396_F7.gif

    Composite distributions of geopotential height (m) (blue solid line), temperature (°C) (red dotted line) and wind vector (m s−1) (black) for 850 hPa (left panel) and 500 hPa (right panel) at (a), (d) 09 KST 29, (b), (e) 09 KST 30 April and (c), (f) 09 KST 1 May 2011, respectively.

    JKESS-43-3-396_F8.gif

    Temporal variations of (a) PM10 concentration (, μg m−3), (b) wind speed (16m) (, ms−1) and friction velocity (, ms−1), (C) wind direction (, °) and pressure (, hPa), (d) relative humidity (16m) (, %), air temperature (16m) (, °C) and soil temperature (2 m) (, °C) at Erdene in Mongolia 28 to 30 April 2011.

    JKESS-43-3-396_F9.gif

    The same as Fig. 8 except for Nomgon in Mongolia 28 to 30 April 2011.

    JKESS-43-3-396_F10.gif

    Vertical cross section of (a) vertical velocity (1×10−3 h Pas−1), (b) relative vorticity (1×10−5 s−1), (c) meridional wind (m s−1) and (d) zonal wind (m s−1) from 09 KST 28 to 21 KST 30 April 2011 at Erdene (44.27°N, 111.05°E), respectively.

    JKESS-43-3-396_F11.gif

    Distribution of Aerosol Index from COMS satellite at (a) 1800 KST 29, (b) 0900 KST 30, April, (c) 1845 KST 1, (d) 0100 KST 2, (e) 2345 KST 3 and (f) 0100 KST 4 May, 2011 respectively.

    JKESS-43-3-396_F12.gif

    Time series of (a) PM10 concentrations from KMA 28 Asian dust observation stations, (b) OPC PM10 (red), PM2.5 (blue), PM1.0 (green) concentrations and (c) OPC volume concentrations from Heuksando on 1-4 May 2011, respectively.

    JKESS-43-3-396_F13.gif

    72-hour backward trajectories originating from a KMA PM10 station on 03 KST 2 May 2011 at 500 m height (), 1,000 m height (), 1,500 m height ().

    Table

    Maximum PM10 concentration Asian dust event in Korea during the period from 2011 to 2010

    Location of the Asian dust monitoring sites

    Asian dust event examined in this study

    Reference

    1. Adler, R.F. , and Fenn, D.D. ,1981, Satellite-observed cloudtop height changes in tornadic thunderstorms. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 20, 1369-1375.
    2. Ahn, B.Y. , and Chun, Y. ,2011, The characteristics of Asian Dust observed in Japan deflecting the Korean Peninsula(2010. 5. 22.-5. 25). Journal of the Korean Earth Science Society, 32, 388-401. (in Korean)
    3. Buritt, B. , and Hyers, A. ,1981, Evaluation of Arizona's highway dust warning system. Geological Society of America Special Paper, 186, 282-292.
    4. Cho, C. , Chun, Y. , Ku, B. , Park, S.U. , Lee, S.S. , and Chung, Y.A. ,2007, Comparison of ADAM's (Asian Dust Aerosol Model) results with observed PM10 data. Atmosphere, 17(1), 87-99. (in Korean)
    5. Chun, Y. ,1997, Long range transport of Yellow Sand with special emphasis on the dust rise conditions in the source regions, Unpublished Ph.D. dissertation, Seoul National University, Seoul, Korea, 1-129 p (in Korean)
    6. Chun, Y. , Cho, K.S. , Kim, Y.H. , and Lee, J.K. ,2003, The features of Asian dust events originated in Keoeolchin sandy land. Journal of korean Meteorological Society, 39(2), 251-263. (in Korean)
    7. Chun, Y. , Kim, J. , Boo, K.O. , and Kim, N.O. ,2000, The features associated with the Yellow Sand phenomenon observed in Korea in Winter time. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 16(5), 487-497. (in Korean)
    8. Chun, Y. , Kim, J. , Choi, J.C. , and Shin, D.S. ,1999, The characteristics of the aerosol number concentration observed in Seoul and Anmyondo during at Yellow Sand phenomenon. Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, 15, 575-586. (in Korean)
    9. Chung, K.Y. , and Park, S.U. ,1995, Characteristic synoptic features associated with the transport of Yellow Sand to Korea. Journal of korean Meteorological Society, 31(1), 45-63. (in Korean)
    10. Chung, Y.S. ,1986, Air pollution detection by satellite. The transport and deposition of air pollutants over oceans. Atmospheric Environment, 20, 617-630.
    11. ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), IFS documentation. ECMWF, reading, United Kingdom. https://www.ecmwf.int/en/newsletter/159/meteorology/global-reanalysis-goodbye-era-interimhello-era5 (last access: 9 March 2019).
    12. Gao, Y. , Arimoto, R. , Zhou, M.Y. , Merrill, J.T. , and Duce, R.A. ,1992, Relationships between the dust concentrations over Eastern Asia and the remote North Pacific. Journal of Geophysical Research, 97, 9867-9872.
    13. Goudie, A. ,1977, Sodium sulphate weathering and the disintegration of Mohenjo Daro. Pakistan, Earth Surface Process, 2, 75-86.
    14. Hagen, L. , and Woodruff, O.N. ,1973, Air pollution in the Great Plains. Atmospheric Environment, 7, 323-332.
    15. Hobbs, P.V. ,2000, Introduction to atmospheric chemistry. Cambridge University press. 1-234.
    16. In, H.J. , and Park, S.U. ,2002, A simulation of long-range transport of Yellow Sand observed in April 1998 in Korea Atmospheric Environment. 36, 4173-4187. (in Korean)
    17. Iwasaka, Y. ,1987, Chemical physical processes of KOSA particle surface during long-range transport. Tenki, 34, 179-182.
    18. Iwasaka, Y. ,1983, The transport and spacial scale of Asian dust-storm clouds: a case study of the dust-storm event of April 1979. Tellus, 35B, 189-196.
    19. Jhun, J.G. , Yeh, S.W. , Kwon, M.H. , and Chung, Y.S. ,1999, Classification of atmospheric circulation patterns associated with long-range transport of Yellow Sands. Journal of korean Meteorological Society, 35(4), 575-586. (in Korean)
    20. Kenji, K. , Xiao-Ning, X. , and Atsushi, K. ,1998, Geographical distribution and long-range transport of dust-storm in the East Asia. Journal of Arid land Studies, 8, 173-176. (in Japanese)
    21. Lee, E.H. , In, H.J. , and Park, S.U. ,2003, The relationship between the Asian dust occurrence of spring 2002 and meteorological condition of the source region. Atmosphere, 13(1), 246-247. (in Korean)
    22. Lee, E.H. , Kim, S. , Ha, J.C. , and Chun, Y. ,2012, Performance analysis of simulation of Asian Dust observed in 2010 by the all-season dust forecasting model, UM-ADAM2. Atmosphere, 22(2), 245-257. (in Korean)
    23. Lee, J.G. ,1993, Synoptic analysis of the Asian dust event observed over the Korean Peninsula during 22-24, April 1993. Journal of Korean Environmental Sciences Society, 2(3), 161-178. (in Korean)
    24. National Institute of Meteorological Research(NIMR),2011, Development and application of the Asian Dust monitoring and prediction techniques (III). 1-210 p. (in Korean)
    25. National Institute of Meteorological Research(NIMR),2012, Asian dust report in 2011. 1-183 p. (in Korean)
    26. National Meteorological Satellite Center(NMSC),2012, COMS MI aerosol index algorithm theoretical basis document. 1-18 p. (in Korean)
    27. National Meteorological Satellite Center (NMSC),2019, GK-2A AMI dust aerosol optical depth algorithm theoretical basis document. 1-15 p. (in Korean)
    28. Park, S.U. , Choe, A. , Lee, E.H. , Park, M.S. , and Song, X. ,2010a, The Asian Dust Aerosol Model 2 (ADAM2) with the use of Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) obtained from the spot4/vegetation data. Theoretical and applied climatology, 101, 191-208.
    29. Park, S.U. , Choe, A. , and Park, M.S. ,2010b, Estimates of Asian dust deposition over the Asian region by using ADAM2 in 2007. Science of the Total Environment, 408, 2347-2356.
    30. Park, S.U. , and In, H.J. ,2003, Parameterization of dust emission for the simulation of the Yellow Sand (Asian dust) observed in March 2002 in Korea. Journal of Geophysical Research, 108(D19), 4618.
    31. Park, S.U. , and Lee, E.H. ,2004, Parameterization of Asian dust (Hwangsa) partical-size distributions for use in dust emission models. Atmospheric Environment, 38, 2155- 2162.
    32. Park, S.U. , Park, M.S. , and Chun, Y. ,2010, Asian dust events observed by a 20-m monitoring tower in Mongolia during 2009. Atmospheric Environment, 44, 4964-4972.
    33. Son, H.Y. , and Kim, C.H. ,2009, The spectral characteristics of climatological variables over the Asian Dust source regions and its association with particle concentrations in Busan. Journal of the Korean Earth Science Society, 30, 734-743. (in Korean)
    34. Yoo, J.E. , Kim, J.M. , Kim, K.Y. , Choi, J.B. , Cho, Y.H. , Park, S.J. , and Lee, Y.G. ,2021, An analysis of the characteristics of Asian dust occurrence and movement according to the type of synoptic meteorological conditions in Northeast Asia. Proceedings of the Autumn Meeting of Korea Meteorological Society, 362. (in Korean)
    35. Yoon, S.C. , and Park, K.S. ,1991, Isentropic analysis for the long range trajectories of Yellow Sands. Journal of Korea Air Pollution Research Association, 7, 89-95. (in Korean)
    36. Yoshion, M. ,2002, Kosa (Asian Dust) related to Asian monsoon system. Korean Journal of Atmospheric Sciences, 5(s), 93-100.
    37. Yoshino, M. , Yamamoto, T. , and Suzuki, J. ,2007, The relationship between occurrence of Dust events and synoptic climatological condition in East Asia, 1999- 2003. Journal of the Meteorological Society of Japan, 85, 81-99.