기상 기후 강의 노트

■ 기상학자 로스비가 1956년 TIME지 기사에서 강한 서풍계열의 상층 바람을 “jet stream”이라고 쓰기 시작함. ■ 상층제트의 중심최대풍속은 50~200kts정도며 250kts를 넘을 때도 있음. 겨울철이 여름철보다 남북간의 온도차가 커, 겨울철의 제트가 강함.

■ 겨울철 제트기류의 핵은 250 hPa 고도에 있으며, 강한 저기압이 있는 곳에서는 300hPa 고도에 도달함.

■ 상층제트의 파장은 평균적으로 경도 75°이고, 50°~130°로 다양하게 나타남.

■ 200, 300hPa 일기도에서는 상층 제트축을 풍속 50kts를 시작으로 최대풍을 지나 50kts의 끝까지 5~10㎜의 넓이가 일정한 적색띠로 표시하고 풍하측 끝에 화살표를 붙임(하층제트는 그림 1처럼 별도 분석).

그림 8. 200hPa일기도, 2010년 6월 29일 12UTC

■ 위성영상을 이용해서 제트축을 찾는 방법도 있음.

그림 9(a)처럼 제트축의 고기압성 시어 쪽으로 권운 구름대가 형성,

그림 9(b)처럼 경압 구역의 권운은 없으나, 제트축이 가로지르는 곳에서 A지점처럼 구름이 흐르는 것처럼 보이거나,

그림 9(c)처럼 상층운이 없고, 하층운 구름대의 경계나 상호작용영역에서 찾아볼 수 있음.

그림 9. 위성영상에서 제트 찾는 방법(출처:Satellite Interpretation)

그림 10. MTSAT-2 적외영상, 2011년 2월 6일 12UTC

1. 한대 제트(Polar jet)

한대 제트는 9~12㎞ 상공에 폭이 좁고 속도가 강한 편서풍으로 아래 그림 6(a)처럼 30°~50°사이의 중위도에서 하층의 남북온도 차이에 의해 형성된다. 남북의 온도차는 대기에 서로 다른 층후를 형성하고, 이로 인한 기압경도에 의해 상층 바람은 하층에 온도차이가 큰 곳의 위쪽으로 남에서 북으로 흐르며, 가속되면서 전향력에 의해 동쪽으로 편향되어 전지구를 서에서 동으로 움직이는 바람의 통로를 형성한다. 일반적으로 한대제트를 상층제트라고 부른다.

제트가 중요한 이유는 기압계의 주 에너지 원이기 때문이다.

아래 그림 4처럼 제트 입구의 오른쪽, 제트 출구의 왼쪽에 발산장이 형성되면서 직·간접적으로 열이 순환되고, 연직운동이 강화된다. 이러한 에너지 교환은 아래 그림 6(b)처럼 지상기압계를 발달시키고, 반대로 지상기압계가 제트를 강화시키는 상호작용을 한다.

그림 6. (a)대류권부근의 극전선 위의 제트(출처:Weather & Climate)과 (b)2010년 1월 4일 03KST 상하층 기압계 모식도(서울경기 대설사례)

2. 아열대제트(Subtropical jet; STJ)

아열대제트는 아열대 지역의 해들리셀과 페렐셀의 경계에서 약한 온도 차이에 의해 만들어진다. 적도수렴대에서 멀어질수록 각운동량 보존법칙에 의해 상층 바람의 서향 성분이 강화된다. 아열대제트는 따뜻하고 습한 공기를 북쪽으로 수송하며, 중위도 기압계를 강화시키는 역할을 한다.

3. 하층제트 (Low-Level Jet; LLJ)

하층제트는 850hPa이나 925hPa에 나타나며 하층대기에서 강화된 남서풍으로 10~12.5㎧(약 20~25kts) 풍속을 갖는다. 아래 그림 7처럼 저기압성 곡률을 갖는 한대제트 앞쪽에서 2차 순환에 의해서 강화된다.

우리나라 주변에서는 주로 여름철에 장마전선 상에서 발달한 저기압에 동반되어 하층제트가 나타난다. 하층제트는 다량의 수증기와 열을 포함한 따뜻하고 습한 공기를 북쪽으로 이류시키는데 중요한 역할을 하며 상·하층간의 대기불안정을 강화시킨다.

그림 7. (a)하층제트와 대류 불안정, (b)상층제트와 하층 제트의 커플링 모식도(출처:COMET)

출처: 손에 잡히는 예보기술

1. 한랭전선형 대설 사례(2011년 1월 23일)

한랭전선이 서울·경기 지방을 통과하면서 중부지방에 발생한 대설 사례이다 (그림 5)

그림 5. 2011년 1월 23일 (a) 9시, (b) 15시 지상일기도

아래 그림 6은 2011년 1월 23일 9시에 생산된 23일 15시 각 등온위면 예측장이다.

그림 6(a)의 275K 등온위면 에서 화살표가 나타내는 것은 보하이만 부근인 약 750hPa에서 서울 근처 850hPa로 진행하는 하강기류를 의미한다. 

그림 6(b)의 280K 등온위면에서 한반도는 하강기류가 나타나며, 산둥반도에서 경기만으로 약 700~ 650hPa 등압선을 따라 상승기류가 존재한다. 그림 6(c)의 290K 등온위면에서 500hPa 등압선이 오산 부근에 있으며, 오산 상공과 서해상에 상승기류가 존재한다. 따라서, 오산 부근을 기준으로 하층대기에서는 하강기류가, 중·상층대기에서는 상승기류가 동반되어 지상에서 상층으로 갈수록 서쪽으로 기울어진 한랭 전선 형태를 보인다. 또한 그림 6(c)의 290K 등온위면에서 1.5PVU 이상 지역이 오산 부근에 위치한다. 1.5PVU는 대류권계면을 의미하며, 그림처럼 비정상적으로 1.5PVU 이상 값이 남쪽으로 내려온 것은 성층권 공기의 침강이나 극공기의 남하로 발생되는 대류권계면 접힘 현상으로 알려져 있다(Bluestein 1993). 

그림 7은 이상의 분석을 요약한 모식도이다.

그림 8은 같은 시각(15시) 오산 단열선도와 레이더 영상이다. 그림 8(a)를 보면, 우리나라에 산발적인 강수 에코가 분포하며, 서울·경기 서해안에 발달한 에코가 보인다. 이 발달한 에코는 남동쪽으로 움직이면서 서울은 14시부터 16시까지 2.7cm, 수원은 15시부터 17시까지 5.1cm 적설을 기록했다. 오산 단열선도에서 15시에 관측된 붉은색의 온도선과 노점온도선의 분포를 살펴보면, 지상에서 500hPa 까지 포화된 것을 확인할 수 있다. 500hPa 고도에서는 온도선의 모습이 권계면 형태(고도상승에 따라 기온 역전)를 보여주는데, 이는 그림 6(c)의 290K 등온위면에서 1.5PVU값이 이 지역에 위치한 것과 일치한다.

2. 온난전선형 대설 사례(2010년 1월 4일)

지상저기압 중심이 아래 그림 9와 같이 충청지방을 통과하면서 저기압의 동쪽과 북쪽에 위치한 서울·경기 지역에 대설이 발생하였다. 

그림 9. 2010년 1월 4일 (a) 3시, (b) 9시의 지상일기도

아래 그림 10(a)의 280K 등온위면에서 등압선을 가로지르는 남풍의 기류는 제주 부근에 위치한 900hPa 등압선부터 북한에 위치한 700hPa 등압선까지 이동할 수 있다. 그림 10(b)의 오산 단열선도 약 925~ 800hPa 고도에서 난기 유입에 의한 지상과의 역전층이 보이는데, 상승하는 남서기류의 영향으로 많은 눈이 발생하였다. 온난전선 부근의 강수지역 특징처럼 지표부근은 비교적 한랭하고 상층에는 온난·다습한 공기가 유입되어 층운형 강수가 나타났다. 온난전선 북쪽과 동쪽은 폭넓은 강수대가 분포하고 있어 지속 시간이 길어 대설로 발생하기 쉬운 형태지만 따뜻한 대기에서 발생하므로 눈으로 내리기가 쉽지 않다. 그림 10(c)의 레이더 영상에서 강수 에코의 분포는 그림 10(a)의 상승기류 지역과 동일하게 나타난다. 온난전선형 대설은 지상저기압 중심의 북쪽과 동쪽에서 발생하나 대기의 기온이 충분히 낮아야 하며, 지표부근을 제외한 대기 전 층으로 난기가 유입되므로 지상의 기온은 반드시 영하이어야 한다(예보기술팀 2011). 

[ 참고문헌 ]

김광식, 1992: 기상학사전, 향문사, p387.

예보기술팀, 2011: 손에잡히는 예보기술 5호, 등온위면 분석 예보기술팀, 2011: 한눈에 보는 대설개념모델

홍성길, 2006: 기상분석과 일기예보, 교학연구사, p100-101.

Bluestein, H. R., 1992: Isentropic surfaces basic concepts energy equations dimensional analysis. Vol. I, 23 pp.

Bluestein, H. R., 1993: Synoptic-dynamic meteorology in midlatitudes. Vol. II: observations and theory of weather systems. Oxford University Press, 594 pp.

Ken Crawford 2010: The value of isentropic analysis in a modern forecast office. 지식, 경험, 노하우(지.경.노) 발표자료

Moore, J. T., 2003: Isentropic analysis workshop, millersville university Isentropic Workshop: 5 April 2003

출처: 손안에 잡히는 예보기술: 기상청

1. 등온위 정의

온위(Potential Temperature)는 건조한 공기덩이가 압력이 표준기압 1000hPa이 될 때 까지 단열적으로 압축 또는 팽창하였을 때의 온도를 말한다. 온위는 θ로 나타내며, 그 식은 다음과 같다.

여기서, 

모든 공기는 온위를 갖게 되며, 이 값은 건조단열 운동에서는 보존된다. 위의 식에서 볼 수 있듯이, 같은 온위(등온위)라면, 기압 P가 증가(감소)함에 따라 기온 T도 증가(감소)한다. 또한 종관규모 운동은 강수지역을 제외하고는 대체적으로 단열과정을 유지하므로, 온위는 종관규모 운동에서 보존량으로 볼 수 있다. 

아래 그림 1과 같이 A와 B지점 상공으로 312K 온위선(굵은 붉은 실선)이 300~700hPa 고도 사이에 위치한다면, 700hPa 고도를 기준으로 A지점 상공의 기온은 B지점 상공의 공기보다 차갑다고 할 수 있다. A지점 상공 700hPa은 약 285K, B지점 상공은 약 308K이다.

또한, 312K 등온위선은 A와 B지점 사이에 약 300hPa (대기상층)과 700hPa (대기중층) 고도차이만큼 기온차이가 나타난다. 만약, A에서 B로 312K 등온위선을 따라 기류가 이동한다면, 하강기류와 함께 수평적으로는 한랭이류가 나타나고, B에서 A로 이동한다면 상승기류와 함께 온난이류가 나타난다. 여기에 수증기량을 이용하면, 기압면에서 해석하기 힘든 구름의 생성 및 강수 현상 등 대기운동을 이해하는데 도움이 된다.

아래 그림 2는 특정 온위면(300K)의 3차원 구조를 묘사한 모식도이다.

기압이 낮은 지역(고도가 높은 지역)은 차가운 공기이고, 반대로 기압이 높은 지역은 따뜻한 공기다.

2. 등온위면 분석이란?

등온위면 분석은 입체적인 대기운동을 쉽게 가늠해볼 수 있는 방법으로서, 공기 분자의 변하지 않는 고유 온도(잠재온도)를 가지고 수평이동이 아닌 공간적으로 이동한다는 기본적인 개념을 바탕으로한다. 공기 분자의 연직 운동은 등온위면의 고도에 따른 경사도와 바람 방향을 이해하면 쉽게 해석할 수 있다.

우리나라의 여름철 300~310K 등온위면에서 남서풍의 바람은 850hPa과 700hPa 등압면을 가로지른다. 아래 그림 3(a)에서 등온위면을 305K라고 가정하자. 녹색 화살표는 850hPa 등압면을 비스듬한 각도로 통과하여 상승하는 바람이다. 이 바람이 등온위면을 따라 700hPa 까지 이동한다면, 모식도에서 850, 800, 750, 700hPa 등압면을 모두 통과하는 상승운동이라고 할 수 있다. 만약, 이런 상승운동이 습윤한 공기였다면 구름이 생기고 비가 내릴 수 있다.

습윤한 공기의 이동에 대해서 단열선도(Skew T Log P)를 이용해 분석해보자. 아래 그림 3(b)의 남쪽(A)지점을 제주로, 북쪽(B)지점을 서울로 가정하자. 305K 등온위면의 기류는 남풍으로서 제주도에서 서울로 향하는 바람이다. 제주의 850hPa 기온과 노점온도(수증기량)가 주어진다면 상승 응결고도(LCL)를 계산할 수 있다. 만약, 상승응결고도가 800hPa 이라면 등온위면에서 기류가 800hPa 등압면을 통과하면서 상승하게 되어 공기는 포화되고 구름이 발달한다. 이 기류가 계속해서 등압선을 가로질러 700hPa 까지 이동한다면, 상승응결고도(800hPa)의 포화혼합비 양에서 포화단열선을 따라 700hPa 까지 상승했을 때의 포화혼합비 양을 뺀 값만큼 대기중으로 수증기가 빠져나가게 되므로 등온위면의 기류가 800~700hPa 등압면을 통과하여 지나가는 구간에서 강수가 나타난다.

그림 3. (a)등온위면과 고도로 이루어진 3차원 모식도. 화살표는 기류의 방향, 실선은 등압선, 붉은색 점선은 수증기량 (g/Kg)임. (b)그림(a)의 남,북 방향을 기준으로 연직좌표로 나타낸 등온위(붉은색 파선), 기압(파란색 실선), 기류의 방향(녹색화살표).(Bluestein 1992)

출처: 손에 잡히는 예보기술(기상청)

강수 예상시 기온 예측 

습구온도는 온도계의 습구 부분의 물이 증발하면서 주변 공기로부터 열을 빼앗아 기온을 낮추는데, 이 때의 공기 온도에 해당한다. 만일, 공기 중에 수증기량이 적다면 습구온도는 실제기온보다 많이 낮을 것이다. 반대로 공기 중에 수증기가 많아 습도가 높다면, 증발량이 적기 때문에 기온과 차이가 크지 않을 것이다. 이런 습구온도의 특징은 강수 발생하는 시점의 기온 예측에 도움이 된다.

1. 2014년 5월 11일 수원(오산) 사례

그림 7의 붉은색 원과 삼각형은 각각 15시 수원의 기온 20.1℃, 노점온도 11.8℃를 의미한다. 노점온도를 지나는 포화혼합비선(연두색 사선)과 기온(갈색 사선)을 지나는 건조기온감률 곡선이 만나는 고도(LCL: Lifting Condensation Level)에서 습윤기온감률 곡선을 따라 지상으로 내리면 약 16℃의 습구온도(붉은색 사각형)를 구할 수 있다. 

수원은 이날 18시에 비가 시작되었고, 21시부터 보통비의 강도로 내리면서 기온이 16.7℃로 하강하였다. 강수가 시작 되면서 습구온도에 다다르는 시점은 상대습도가 95%이상으로 거의 포화가 되는 시간대이다

2. 2005년 3월 5일 부산 사례

그림 7의 보라색 원과 삼각형은 각각 15시 부산의 기온 8.5℃, 노점온도 -10.2℃를 의미한다. 노점온도를 지나는 포화혼합비선과 기온을 지나는 건조기온감률선이 만나는 고도(LCL)에서 습윤기온감률선을 따라 지상으로 내리면 약 0℃의 습구온도를 구할 수 있다.

부산은 이날 18시에 눈이 내리기 시작하였고, 21시부터 강한 눈이 내리면서 18시 기온이 0.5℃, 21시 기온이 -0.3℃로 각각 관측되었다. 부산에서 강수가 시작되기 3시간 전 영상 8.5℃가 관측되어 습구온도의 이해가 없다면 눈 예보를 하기 어려운 사례였다.

미국에서는 강수형태 예측에 습구온도를 중요한 예측 요소로 활용하고 있으며, 지상의 습구온도가 1℃ 이하일 경우 눈을 예측하고 있다. 강수가 예측될 경우 습구온도를 이용하여 강수가 나타나는 시간대에 기온 예측에 활용하면 과학적 분석과 함께 좋은 예측결과를 나타낼 수 있다. 그렇지만, 이 방법은 지표 공기(기단)의 변동이 크지 않을 경우에만 기온예측에 활용하는 편이 좋다. 한랭전선이 통과하는 경우에는 지상의 바람과 기온이 급변하므로 습구 온도를 이용한 기온예측은 정확성을 보장할 수 없게 된다.

온난형 대기구조에서 하층제트에 의한 호우 분석

1. 2014년 8월 18일 광주 호우사례

아래 그림 1 (a)의 레이더영상에서 18일 새벽 3시에 서해안 지역에 발달한 에코가 보이며, (b) 850hPa 유선과 하층제트 분석장에서 최대풍속의 중심부근에 호우 구역(붉은색 점선)이 (a)의 호우구역과 일치한다. 하층제트의 발생원인은 서해상에 위치한 중규모 저기압이 한반도로 접근함에 따라 기압경도력이 강화되었기 때문이다(그림1c).

아래 그림 2는 같은 시각에 광주에서 관측된 단열선도 분석장으로 호우가 발생되기 직전의 대기구조를 보여준다.

왼쪽 분석란을 살펴보면, 열역학적 불안정도를 진단할 수 있는 CAPE(Convective Available Potential Energy) 값이 없다. 왜냐하면, CAPE 값은 자유대류고도(LFC: Level of Free Convection)부터 평형고도(EL: Equilibrium Level)까지 양의부력 면적을 적분한 값으로서 연직운동을 활발하게 만들 수 있는 잉여에너지를 의미하는데, 그림 2에서는 LFC고도부터 상승하는 공기는 포화된 상태이므로 습윤기온감률 곡선을 따라 상승하므로 실제 기온에 비해 상승온도가 낮아 LFC고도 이상으로 상승할 수 없기 때문이다. 그렇지만, TPW(Total Precipitable Water, 대기층 내의 가강수량)값은 65.3으로 호우를 발생시킬수 있는 임계값 수준인 50이상을 넘어선 높은 값을 보인다.

기온과 노점온도의 분포를 보면, 지상부터 대류권계면 고도가 위치한 150hPa 부근까지 기온과 노점 온도의 차이가 5℃이하로서, 습윤한 대기 상태를 보여주고 있다. 우측상단의 호도그래프를 살펴보면, 지상부터 상층까지의 바람이 시계방향으로 회전하는 순전(veering)의 모습으로 대기 전 층에서 온난이류가 있음을 알 수 있다.

호우발생의 역학적인 구조는 850hPa 부근을 기준으로 위와 아래고도의 기온과 바람 분포에서 찾을 수 있다. 850hPa 아래 고도 동풍의 바람이 불고 있으며, 지상부터 850hPa 고도까지 기온차이가 크지 않다. 925~850hPa 구간에는 역전층까지 보인다.

850hPa 이상의 고도 남서풍과 함께 하층제트(25kts 이상의 풍속)가 보인다. 이 남서풍은 150hPa 고도까지 불며, 이 구간 내에 습윤기온감율 곡선과 비슷한 기온감률 분포를 보인다. 포화된 상태에서 850hPa 이상의 대기는 불안정한 상태라고 할 수 있다. 고도에 따른 바람분포(우측 바람 기입란)를 보면, 2개의 최대풍 고도를 찾을 수 있다. 8km 부근에 위치한 1차 최대풍 고도와 대류권계면 부근인 15km에 위치한 2차 최대풍 고도.

아래 그림 3은 하층제트에 의한 호우발생의 모식도이다.

남에서 북으로 이동하는 하층제트는 습윤하고 따뜻한 공기를 가지고 북으로 이동하므로 주변의 공기 무게에 비해 가볍다. 따라서 지상부근의 공기와 잘 섞이지 않으므로 온난전선과 같은 연직전선면(vertical front slop)이 형성된다. 대류권계면 부근의 상층 제트가 위치한 곳에 다다르면, 수평운동 성분이 연직운동 성분으로 전환되면서 강한 대류와 함께 호우가 발생한다. 이 때 연직운동이 강화되면서 수평운동 성분이 약해지므로 대류권 중·상층 고도에서 풍속이 약화되는 현상이 나타난다. 호우가 발생하는 지역의 연직 바람 분포는 그림 3의 왼쪽과 같이 중층고도에서 1차 최대풍과 대류권계면 고도에 2차 최대풍(상층제트)이 관측된다.

2. 2014년 8월 21일 오산(수원) 사례

아래 그림 4는 2014년 8월 21시 09시 오산(수원)을 기준으로 서쪽에서 접근하는 호우형 구름대(a)와 지상 AWS 바람분포(b)이다.

경기만 부근에 20mm/h 강도를 보이는 에코대가 위치하고 있다. 그림4(b)의 지상 바람분포를 보면, 강한 에코가 위치한 지역(노란색 파선)에 지상 바람은 북동풍이 나타나고, 수렴하는 모습은 보이지 않는다. 아래 그림 5의 단열선도를 보면, 앞의 1번 사례와 마찬가지로 하층제트에 의한 호우형 구조에서 나타나는 패턴이다. 

아래 그림 5는 같은 시각 관측된 오산의 단열선도이다.

이번 사례에서도 CAPE값은 나타나지 않고, TPW는 63.5로 높은 값을 보였다. 오른쪽에 연직 바람 분포를 살펴보면, 앞의 사례와 마찬가지로 지상과 하층대기 에서는 동풍이 불고 있으며, 고도가 증가하면서 남~남서풍이 나타나고 풍속도 증가한다. 1차 최대풍 고도는 8km 부근에서 발견되며, 이후 고도증가에 따라 풍속이 감소하다가 약 13km 고도에 2차 최대풍인 상층 제트가 보인다. 이와 같은 고도에 따른 바람 분포를 이용하여 하층제트에 의한 대류발달 구조를 진단하고 호우예측에 활용할 수 있다.

보조일기도는 기본일기도에서 보여주지 못하는 기상요소들과 2차 변수들, 특정 기상요소만을 강조한 자료를 예보관에게 제공함으로써, 시스템의 이해를 돕고 정확한 분석과 예측을 할 수 있게 보완해 주는 일기도이다.

850hPa 수분속 

● 850hPa 면에서 단위 면적을 단위 시간에 통과하는 수증기량과 이동 방향을 화살표로 나타낸 것

● 수분속(moisture flux; 10-2·g-1·m-2·s-1)

● 이류되는 수증기의 양이 많은 곳은 화살표의길이가 길고, 반대로 이류되는 수증기의 양이 적은 곳은 화살표의 길이가 짧음

● 호우 예보에 수분 속을 이용할 때는 벡터 크기보다는, 수렴하는 위치나 가강수량 등 다른 보조자료를 참고하여 수렴하는 양을 판단하는 것이 중요

수증기의 유입량은 많고 유출량이 적은 곳에서 수증기가 모이게 되고 비구름이 발달하기 쉽기 때문이다.

아래 그림 1은 2011년 7월 27일 00UTC에 서울부근에 나타난 호우 사례로 850hPa 수분속의 벡터가 중국과 동중국해에서 경기만 부근으로 이동 하면서 수렴하는 것을 볼 수 있다. 레이더와 위성영상을 참고하면, 수분속 벡터의 크기보다는 수렴하는 구역에서 강한 에코와 대류성 구름이 발달한다.

만약, 850hPa 수분속의 벡터 크기가 크고 수렴하는 형태일 때, 850hPa 수렴장을 참고한다면 더 정확한 분석이 가능하다. 수렴은 대기 하층의 이슬점온도를 상승시켜 강한 강수를 유발하고 상당온위 값도 증가시킨다. 습윤 이류는 습기를 특정한 지점으로 연속적으로 이동시키기 때문에 실제 강수량은 가강수량 (Precipitable Water)보다 훨씬 많이 나타날 수 있다. 

850hPa 유선도

● 850hPa 면에서 각 지점의 바람 벡터에 평행하게 선을 그어서 나타냄

● 25knot 이상인 지역은 빗금으로 표시

유선은 아래 그림 2와 같이 수평면에서 각 지점의 바람 방향에 평행하게 연속적 으로 그은 선으로서, 중위도에서 대체로 등고도선에 평행하게 불고, 그 크기는 등고도선의 조밀도에 비례한다.

관측된 바람은 크게 지균성분과 비지균성분 으로 분리할 수 있는데, 고도장에서는 지균풍을, 유선도에서는 비지균풍을 시각적으로 짐작 할 수 있다.

풍속은 유선이 조밀한 곳에서 강하게 나타나며, 하층에서의 바람이 강한 곳에서는 하층제트와 관련한 뇌우가 발생할 수 있다. 850hPa 유선장에서 녹색으로 채색된 부분은 하층제트(>25kts) 구역이며, 남풍계열의 바람이 불 때 하층제트 중심의 북쪽에서 호우가 발생하기 쉽다 (그림에서 A, B 지점).

[ 참고문헌 ]

• 기상청 예보기술팀, 2011: 2011년 손에 잡히는 예보기술
• 홍성길, 1995: 기상 분석과 일기예보, 교학연구사
• Capt M. R., J. P. Capt, F. H. MSgt, S. L. MSgt, G. W. TSgt, J. Mike., and C. Debbie, 1998: Meteorological Techniques. Convective Wea, 3, 188-192.
• Galway, J. G., 1956: The lifted index as a predictor of latent instability. Bull. Amer. Meteor. Soc., 37, 528-529.
• George, J. J., 1960: Weather Forecasting for Aeronautics. Academic Press, 410-415.
• Miller, R.C., 1967: Notes on analysis and severe storm forecast procedures of the military weather warning center. Tech. Rep. 200, U.S. Air Force Air Weather Service, Scott AFB, 170 pp.
• Miller, R. C., 1972: Notes on analysis and severe storm forecasting procedures of the Air Force Global Weather Central. Tech. Rept. 200(R), Headquarters, Air Weather Service, USAF, 190 pp.
• Showalter, A, K., 1947: A stability index for thunderstorm forecasting. Bull. Amer. Meteor. Soc., 34, 250-252.
• Weather forecasting handbook, 2002: Precipitation type of winter forecasting. pp144.
• White. A. B., D. J. Gottas., A. F. Henkel., P. J. Neiman, F. M. Ralph., and S. I. Gutman, 2010: Developing a performance measure for snow-level forecasts. J. Hydrometeorology, 11, 739-753.
• ________, _______, E. T. Strem., F. M. Ralph, and P. J. Neiman, 2002: An automated brightband height detection algorithm for use with Doppler radar spectral moments. J. Atmos. Oceanic Technol., 19, 687-697

소용돌이도(와도: vorticity)

● 바람의 방향과 속도의 변화에 따라 발생하는 회전 운동을 보여줌.

● 기압골 (trough)에는 반시계 방향으로 회전하는 저기압성 소용돌이도가 위치

● 기압능(ridge)에는 시계 방향으로의 회전하는 고기압성 소용돌이

● 집중호우 분석에 적절하지 않아 하층수렴, 풍속 등을 참고해야.

500hPa 소용돌이도(vorticity; 10^-5 s^-1)

● 500hPa 면의 공기덩이가 갖는 상대와도의 분포를 2 × 10^-5 s^-1 로 표시

   여름철 1000hPa - 500hPa 층후

   겨울철 1000hPa - 700hPa 층후

아래 그림 9와 같이 골과 능에서 각각 회전에 의한 양의 값과 음의 구역이 나타남.

우리나라 상층은 강한 편서풍으로 서에서 동으로 이동하는 기류가 우세하므로 고도장이나 유선에서 회전성분이 뚜렷이 드러나지 않는다. 하지만, 소용돌이도장에서는 회전성분에 속도값이 크게 작용하므로 상층 기압골과 구름대를 찾는데 효과적이다.

소용돌이도 방정식을 사용하여 소용돌이도 이류를 수렴과 발산으로 표현할 수 있다.

예를 들면, PVA(Positive vorticity advection)나 NVA(Negative vorticity advection)는 보통 상층의 발산이나 수렴을 나타내기 때문에 연직운동과 고·저기압 시스템의 발달·소멸, 기압골의 이동방향을 분석하는데 사용한다.

공간 규모의 차이로 인해 집중호우 분석 등 국지일기 분석에 500hPa 소용돌이도장의 사용은 적절치 않다. 이외에도 850hPa 수렴과 등풍속, 300hPa 발산과 제트(등풍속)분석 등이 있다.

보조일기도들은 각각의 특징이 있기 때문에 계절적 특징, 시스템의 특징 등을 이해하고 분석에 사용해야 한다. 예를 들면,

겨울철은 대류권계면이 300hPa 부근이므로 상층제트기류와 발산구역 분석은 300hPa 고도장으로,

여름철은 대류권계면 고도의 상승에 따라 200hPa 고도장을 이용하는 것이 좋다.

지상부터 상층까지 잘 조직된 저기압시스템의 영향을 받는다면, 와도분석이 필요하나,

여름철 집중호우 분석에는 와도 분석보다 하층수렴, 풍속 등을 참고하는 것이 좋다.

여름철 소나기 예보에는 SSI가 적절하나 저기압 시스템에 의한 강수 예측에는 적절치 않다.

700hPa 상승속도

시간당 기압변화(hPa)를  기압이 감소(상승기류)하는 구역을 채색하여 보여 준다.

아래 그림 8:  2010년 9월 21일은 서울을 중심으로 중부지방 호우 사례

700hPa의 상승류 중심이 중부 지방에 위치

중심 최대 상승구역이 시간당 44hPa. 이 정도의 기압변화만으로는 연직으로 급격히 발달한 뇌우와 호우구름 형성을 설명하기 어렵다.일반적으로 연직운동의 크기 규모는 수평운동의 1/100 정도로서, 수평면에서 대기의 풍속이 어떤 지점에 25m/s 정도라면, 연직 속도는 수십 cm/s에 불과. 이는 뇌우를 발생시키는 상승기류가 시간당 수백 km(초당 수십~수백m)를 넘는다는 사실과 비교하면 미미한 속도.

하지만, 뇌우의 규모가 그림 8과 같이 지역모델(UM-RDAPS)의 격자간격보다 작고, 하층제트에 의해 습도가 매우 높은 공기가 수렴하면서 부력을 얻어 상승하고, 지형과 만나 또다시 상승운동이 강화되면, 시간당 백 km이상의 강한 상승기류가 충분히 발생할 수 있다. 따라서, 700hPa의 연직 상승속도는 850hPa 유선, 등폭속선, 수렴도 등 다양한 보조자료들과 함께 분석하여 호우예측에 활용해야한다. 만일 700hPa의 습수구역에 상승류가 존재한다면, 강수지역으로 판단.

850hPa 기온변화

● 850hPa 온도장의 24h 온도 변화량을 2℃ 간격으로 표시

● 24시간 전보다 기온이 상승한 구역은 (+)값으로 하강한 지역은 (-)값으로 표시

● 전선대의 발달과 쇠약, 한랭역과 온난역의 진행과정을 파악하는데 유용

● 기압계이동과 한랭전선 이동분석에 유용

●  황사 이동경로 및 영향 분석에도 유용

아래 그림 7은 2일간 24시간 850hPa 기온변화이며,  24시간 동안 해당기압면의 온도변화가 감소한 구역은 푸른색으로 채색되어있다. 붉은색 화살표 실선은 24시간 기온 하강 중심의 이동방향 궤적을 보여준다. 850hPa의 기온변화의 중심은 특히, 한랭전선을 동반한 저기압의 이동방향과 일치한다. 기압계이동과 한랭전선 이동분석 외에 황사 이동경로 및 영향 분석에도 유용하게 사용할 수 있다.

층후과 습수(T-Td)

겨울철 1000-700hPa 층후는 눈과 비를 구분하는데 사용.

1000-500hPa 층후도

여름철 호우 분석시 유용. 그러나, 겨울철 눈과 비의 강수형태 판별에  하층대기에 주로 구름이 형성되는 대기조건(우리나라)에는 활용도가 낮다. (2011년 손에 잡히는 예보기술 ‘층후분석’ 참고)

습수(T-Td): 해당 등압면에서 기온과 이슬점온도의 차이

습수 분포도에서 공기의 포화정도를 알 수 있는데, 700hPa 고도에 습윤한 대기가 있다면 강수 가능성이 높다.보통 700hPa 이하에서 습수가 4℃이하이거나 500hPa에서 6℃이하이면 해당 기층의 공기는 거의 포화 상태.

아래 그림 5에서 붉은색으로 빗금친 구역(최소 2760m, 최대 2820m)을 기준으로 남쪽은 비, 북쪽은 눈으로 판단. 녹색 구역은 700hPa 고도의 습수가 4℃ 이하인 구역이다.

[ 참고문헌 ]

• 기상청 예보기술팀, 2011: 2011년 손에 잡히는 예보기술
• 홍성길, 1995: 기상 분석과 일기예보, 교학연구사
• Capt M. R., J. P. Capt, F. H. MSgt, S. L. MSgt, G. W. TSgt, J. Mike., and C. Debbie, 1998: Meteorological Techniques. Convective Wea, 3, 188-192.
• Galway, J. G., 1956: The lifted index as a predictor of latent instability. Bull. Amer. Meteor. Soc., 37, 528-529.
• George, J. J., 1960: Weather Forecasting for Aeronautics. Academic Press, 410-415.
• Miller, R.C., 1967: Notes on analysis and severe storm forecast procedures of the military weather warning center. Tech. Rep. 200, U.S. Air Force Air Weather Service, Scott AFB, 170 pp.
• Miller, R. C., 1972: Notes on analysis and severe storm forecasting procedures of the Air Force Global Weather Central. Tech. Rept. 200(R), Headquarters, Air Weather Service, USAF, 190 pp.
• Showalter, A, K., 1947: A stability index for thunderstorm forecasting. Bull. Amer. Meteor. Soc., 34, 250-252.
• Weather forecasting handbook, 2002: Precipitation type of winter forecasting. pp144.
• White. A. B., D. J. Gottas., A. F. Henkel., P. J. Neiman, F. M. Ralph., and S. I. Gutman, 2010: Developing a performance measure for snow-level forecasts. J. Hydrometeorology, 11, 739-753.
• ________, _______, E. T. Strem., F. M. Ralph, and P. J. Neiman, 2002: An automated brightband height detection algorithm for use with Doppler radar spectral moments. J. Atmos. Oceanic Technol., 19, 687-697