MCSs에서 발생하는 스톰의 구조와 강수과정
대류성 스톰(Convective Storm)의 절대적인 높이가 비슷하더라도 전체적인 무게 중심이 하부에 있는지 상부에 있는지에 따라서 강수강도에 차이가 발생한다. 그림 6(a)의 스톰 단면도는 높은 대류가용잠재에너지와 큰 연직 바람시어에 따라 대류성 스톰이 연직으로 강하게 성장하면서 스톰의 최하층이 지상으로부터 일정한 높이에서 시작된 ‘상승 대류(Elevated Convection)’의 모습을 보여준다. 봄과 초여름에 발생하는 형태로서, 대류가용잠재에너지가 크고, 많은 수증기를 함유하고 있더라도 자유대류고도(LFC)가 높기 때문에 일정한 규모 이상의 강한 수렴이나 외부의 힘이 필요하다. 대류 구름대의 최저고도는 높고, 빙결고도는 낮기 때문에 구름내부의 입자가 대부분 얼음 알갱이로 구성되어 있다. 주변 대기로부터 건조한 공기가 유입되면 증발에 의해서 상층 구름내부의 강수입자(혹은 구름질량)가 감소한다. 이런 형태로 강하게 발달된 대류성 스톰은 순간적인 강우강도는 크더라도 지속 시간이 짧기 때문에 누적강수량과 강수 효율성이 크게 떨어지는 약점을 가지고 있다.
반면 그림 6(b)의 경우에는 지표면 가까운 곳에 대류구름대의 최하층이 위치하므로 스톰의 최하층과 빙결 고도 사이에 충분한 공간이 확보되어 있다. 이는 상대적으로 상승기류가 약하더라도 대기 하층의 수증기가 충분히 공급될 수 있는 장점을 가지고 있다. 따라서 구름 내부에는 다양한 크기의 강수 입자들이 높은 밀도를 가지고 존재한다. 또한, 일단 하강기류에 동반되어 강수가 시작된 이후에도 차갑고 밀도가 높은 공기 덩어리가 콜드 풀(Cold Pool)을 형성해서 스톰 방향으로 지속적으로 수증기를 공급할 수 있기 때문에 상대적으로 오랜 시간 동안 강수 현상이 유지될 수 있어 누적강수량과 강수의 효율성이 증가 하게 된다.
그림 7은 낮은 무게중심을 가지고 호우를 발생시키는 스톰의 연직단면도이다. 대부분의 강한 반사도를 가지는 구역이 빙결고도 이하인 -10℃ 고도보다 낮은 고도에 위치한 것을 볼 수 있다. 이렇게 연직으로 구름 내부의 온도가 영상인 따뜻한 구름 층이 3~4km 이상 분포하게 되면 구름 내부에는 구름 물량의 농도가 높게 나타나고 구름 입자의 크기 분포가 다양하기 때문에 강수 과정이 따뜻한 비(Warm Rain) 과정에서 충돌과 병합(Collision-coalescence)을 통해 강수입자가 충분한 크기로 성장할 수 있다.
우리나라 여름철 호우구조
손병주(2013)는 한반도에서 발생한 호우의 발생기구 연구에서, 미국의 호우시스템과 달리 우리나라는 그림 7과 같이 낮은 무게중심(저고도에 가장 강한 강도의 레이더 반사도)을 보이는 온난형 구조에서 호우가 주로 발생함을 제시했다. 온난형 호우구조는 500hPa 고도의 기온이 -10℃보다 높으며, 이 고도 이하에서 가장 강한 반사도(35dBZ 이상)를 가진 에코의 중심이 위치하는 경우로 간단히 구분할 수 있다. 온난형 호우는 대류 가용에너지(CAPE)가 큰 값(상층까지 양의 면적)을 가지지 않더라도 발생할 수 있는데, 그림 8에서 온난형 호우가 한랭형 호우보다 CAPE의 값이 작음을 알 수 있다. CAPE는 강수예측모델에서 대류성 강수량을 계산하는데 중요한 인자로 사용되므로, 온난형 호우구조는 강수량을 적게 모의할 수 있다.
850hPa에 남서풍의 제트기류에 의한 저위도의 많은 양의 수증기 유입은 중하층 대기를 습윤하게 만드는 주요 요소이며, PW (Precipitable Water; 가강수량)의 값은 한랭형 호우와 온난형 호우에서 차이가 발생하지 않음을 보였다. 따라서, 상층대기까지 강한 상승운동이 없더라도 지표부근과 중하층대기에 많은 양의 수증기만으로 호우가 발생할 수 있다.
온난형 호우셀은 영상층의 중하층대기에서 만들어지기 때문에 빙정이 거의 분포하지 않으므로 한랭형 호우셀보다 천둥번개의 발생빈도가 적다. 계절적으로 가장 기온이 높은 시기인 7월과 8월에 온난형 구조의 호우가 많이 발생한다. 반면, 한랭형 호우구조에서는 습윤한 영하층의 두께가 크기 때문에 많은 빙정이 수적과 같이 분포한다. CAPE의 값이 크고 천둥번개의 발생빈도가 온난형보다 많다.
