대류성 스톰의 이동 방향과 전파
강수 강도 못지않게 한 지점의 총 강수량을 결정하는 요소가 전체 대류계의 이동 방향을 파악하는 것이다. Doswell et al. (1996)과 Parker and Johnson(2000)은 그림 9와 같이 동일한 형태의 스콜선이 관측 지점
(노란색 점)을 지나갈 때 스콜선의 진행방향에 따라 누적 강수량이 변화되는 것을 조사하였다. 스콜선의
강도가 비슷하다면 진행방향에 따라 관측지점의 강수량 분포는 4가지로 나눠진다. ①의 경우에는 강한
대류성 강수가 아주 짧은 시간 동안 관측소를 통과하기 때문에 전체 강수량은 상대적으로 작아 호우에 의한
피해가 발생하지 않는다. ②는 스톰이 관측소를 지나가는데 걸리는 시간이 ①에 비해서는 상대적으로 길지만
호우에 의한 피해가 크지 않은 유형이다. ③번의 경우는 전방에 발달한 대류성 스톰구역이 존재하고 그
후방에 층운형 강수구역이 위치하는 전형적인 스콜선에서의 강수구조를 보여준다. 강수량 분포를 보면 전체
강수 지속시간에 비해서 총 강수량이 많지는 않은 것을 알 수 있다. 가장 위험한 경우가 ④와 같이 스콜선의
이동방향이 관측지점과 나란해서 대류성 스톰들이 지속적으로 유입되는 경우로 집중호우로 인한 돌발 홍수
발생 가능성이 매우 높은 유형이다.
그림 10은 스콜선과 내부에 위치한 스톰의 전파 방향을 요약한 것이다. 위성 영상과 레이더 에코 영상을
통해 스콜선을 구성하는 각각의 대류성 셀들의 이동 벡터 방향(Cc)은 동쪽으로 항하고, 전체 시스템이 남쪽
으로 이동(Cs)하는 상황에서 두 백터 차이를 스톰 전파 벡터(Ps)라고 부른다. 스톰 전파 벡터의 방향은
중규모 스톰에 대한 상대적인 유입 기류의 방향과 새로운 스톰 셀이 발생하는 위치가 어느 방향인지에 관한
정보를 제공한다. 예보관은 몇 시간 동안의 각 벡터들의 이동 방향을 통해서 새로운 스톰들이 연속적으로
스콜선의 후방에서 발생할 수 있음을 인지해야 한다.
스콜선
MCSs에서 관측되는 가장 일반적인 현상은 강한 대류성 에코들이 선형으로 형성되고, 진행방향을 기준으로
그 후면에 층운형 에코가 따르는 스콜선(Squall Line)이다(그림 3a, 그림11 참조). 스콜선은 어떤 특정한 정의가
있는 것이 아니라 레이더 에코가 선형으로 길게 늘어선 현상이다. 이 선형 에코(Line Echo)의 길이는 수십
km의 규모일 수도 있고, 미국의 경우에는 1,000km에 달하는 대형 스콜선이 형성되기도 한다.
그림 12는 Bluestein and Jain(1985)이 미국 오클라호마 지역에서 발생하는 스콜선을 형태에 따라서 분류한 것이다. 깨진 선형(Broken Line)은 일렬로 늘어선 대류성 스톰들의 사이에 새로운 대류성 스톰들이 채워지면서 발달하는 스콜선의 초기 단계이다. 후방생성형(Back Building)은 선행하는 대류성 스톰의 후면에서 새로운 스톰이 발생해서 선형 에코를 형성하는 경우이며, 깨진 영역형(Broken Areal)은 일정한 영역에 여러 개로 흩어져 있던 독립적인 스톰들이 뭉쳐져서 비교적 넓은 선형 에코를 형성하는 경우를 말한다. 영역 내포형(Embedded Areal)은 넓은 층운형 에코가 분포한 상태에서 그 내부에서의 스톰 규모 순환에 의해 선형 에코가 발생하는 경우이다.
스콜선은 동반되는 악기상의 유무에 따라 격렬한(Severe) 스콜선과 격렬하지 않은(Non-severe) 스콜선으로 구분할 수 있는데 스콜선의 강도는 대류가용잠재에너지와 연직 바람시어의 영향이 중요하다. 대류가용잠재에너지가 얼마나 강한 대류성 스톰이 발생할 수 있는지에 대한 정보를 제공해 준다면, 연직 바람 시어는 주어진 대류가용잠재에너지에서 스콜선이 얼마나 강하고 오랫동안 유지될 것인 지를 결정한다.
스콜선의 생애는 하층의 연직 바람시어의 크기에 따라서 형태와 유지 시간이 다르다.
연직 바람시어가 작은 경우에는 1~2 시간 정도 좁고 강한 대류성 스톰들이 유지된 후 2~6시간 사이에 전방 대류선의 후면에서 층운형 에코 구역이 나타난 후에 점차 스콜선이 넓어지면서 소산된다. 반면 하층의 연직 바람시어가 큰 경우에는 대류선이 빠르게 형성되지 못하지만 전방에 활 모양의 에코로 연결된 대류선이 형성되면 그 대류선이 적어도 3~6시간 정도 강한 상태를 유지하고 후방에 층운형 에코가 발달하지 않는 특성을 가진다. 그리고 스콜선도 소산되는 단계까지 좁은 영역에 강한 강도를 보이면서 상대적으로 긴 생애를 가진다
MCSs의 발달사례
그림 13(a)의 레이더영상을 보면, 발달된 에코대가 경기북부와 강원도를 중심으로 좁은 남북의 폭을 가지고 동서의 띠 형태로 분포하고 있다. 위성영상에서도 경기북부에서 동해상으로 깔때기 형태의 모양의 대류성 구름대가 동서로 위치한 것이 보인다. 같은 시각 계산된 CAPE(그림 13(c)) 분석장에서 경기만과 경기북부 지방에 가장 높은 CAPE가 위치하며, 높은 값의 SRH도 CAPE와 비슷하게 동서로 분포하고 있다. 그러나 최대 CAPE 지역과 최대 SRH 지역은 차이가 있다. 가장 높은 SRH 지역은 CAPE와 달리 중북부지방과 동해상에 분포한다. 불안정한 대기에서 하층대기의 연직 바람시어가 대류성 구름대 발달과 유지에 중요한 역할을 담당한 것으로 해석할 수 있다.
그림 14는 강한 에코대의 남쪽에 위치한 오산에서 그림 13과 같은 시각에 관측된 단열선도이다. 오산은 그림 13(c)에서 높은 CAPE값을 보인 지역이다. 지표부근과 하층 대기에서 기온과 이슬점온도차이가 매우 작기 때문에 LCL(상승응결고도)과 LFC(자유대류고도)가 모두 지면부근에 위치해 있다. 500hPa 부근에서는 50kts의 강풍을 동반한 건조한 공기가 유입되면서 지상부터 중층대기까지 매우 불안정한 기온구조를 보여준다. 붉은색 빗금으로 표시한 진잠재 구역은 지표부근에 위치한 LFC 고도부터 300hPa부근의 EL(평형고도) 고도까지 넓게 분포하고 있다. 이 면적을 에너지로 환산한 CAPE가 888을 보이므로 만약, 지면부근이나 하층대기에서 약간의 기온상승이나 온난다습한 기류의 유입이 있다면 300hPa 부근까지 상승운동이 나타날 수 있다. 그렇지만 하층대기의 연직바람시어를 보여주는 그림 13(d)에서 높은 SRH 지역이 강원도와 경기북부에 위치하므로 오산에서는 강한 대류성 구름의 발달과 호우성 강수현상이 나타나지 않았다. CAPE는 대기의 불안정도를 나타내지만, 강한 대류성 구름대가 형성되고 지속적인 호우를 발생시키는 구름대를 유지시키기 위해서는 연직바람시어가 중요함을 보여주는 사례다.
