KR102621136B1 - 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장마 현상과 관련되는 열역학 및 역학 기상 현상들을 이용하여 대규모 관점에서 장마의 시작을 객관적으로 결정할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부;제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부;제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부;제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부;제 5 변수 정보인 상향장파복사(outgoing longwave radiation, OLR) 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부;수집된 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 임계치를 기준으로 모든 조건을 만족하는지 통합 분석하는 변수 정보 통합 분석부;변수 정보 통합 분석부에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하면 해당일을 장마 시작일로 결정하는 장마 시작일 결정부;를 포함하는 것이다.

Description

장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법{System and Method for determining the beginning date of Changma}
본 발명은 장마 시작일 결정에 관한 것으로, 구체적으로 장마 현상과 관련되는 열역학 및 역학 기상 현상들을 이용하여 대규모 관점에서 객관적인 기준으로 장마의 시작을 정확하게 결정할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
여름철이 시작되는 6월 초순은 간헐적인 이동성 저기압의 통과에 의한 강수를 제외하면 대체로 강수량이 적다.
그 후 한반도 전역에 걸쳐 지속적으로 내리는 강수인 장마가 시작된다. 6월 하순부터 한 달여간 지속되는 장마기간에는 약 356 mm의 강수가 내리는데, 이는 1년 총 강수량의 30~50%에 해당한다.
이처럼 장마기간의 강수는 수문학적 관점에서 너무나 중요한 요소이고 일상생활에 지대한 영향을 미친다. 하지만 장마의 시작과 종결은 매년 다르게 나타나며 장마기간 내리는 강수량 또한 큰 폭으로 변동하는 특징을 가지고 있다.
이러한 강수량의 변동에 있어 장마의 기간 또한 하나의 중요한 요인으로 장마의 시작 시점을 결정하는 것은 중요한 과제이다.
현재 기후학적 평균 장마 시작일은 6월 20일 근처이며, 변동의 폭은 이를 기준으로 전후 10일 정도이다.
현재 기상청에서는 장마의 시작을 3차원의 가용한 모든 기상 자료를 바탕으로 결정한다. 대표적으로 500 hPa 지위고도, 상하층 바람장, 한반도 부근의 수분플럭스, 관측 강수량, 연직 안정도 등이 고려된다.
또한, 2012년에 발간된 '장마백서 2011'에서 제안하는 기온과 습도가 비슷한 공기괴를 의미하는 기단을 표현하는 상당온위의 분포와 이 상당온위의 불연속면의 위치 변화를 참고로 사용하고 있는 실정이다. 특히 상당온위의 경도가 큰 지역은 우리가 알고 있는 장마전선의 대체적인 위치로 기단의 경계를 표현하는데, 이를 추적하여 장마전선이 한반도로 다가오는 것을 유추하는 것이다.
하지만 최근 기후변화에 따라 이러한 정체전선 형태의 종관 불연속면에 의해서만 장마의 시작이 결정되지 않는다. 오히려 중국 상층에서 발달한 기압골이 동쪽으로 진출하면서 중국 동부 지역에 하층 저기압을 유도하고, 이 저기압이 서해를 지나 강해지면서 장마가 시작되기도 한다.
실제로 '장마백서 2011'에서는 1) 122.5°~135°E 평균 상당온위 335 K 선이 32.5°N보다 북상해 3일 지속하고 2) 122.5°~135°E 평균 5850 gpm 선이 32.5°N보다 북상해 3일 지속하며 3) 122.5°~135°E 평균 상당온위의 남북 경도 최솟값이 32.5°N보다 북상해 3일 지속할 때 그 첫째 날을 장마의 시작일로 정하고 있는데, 이 방법을 통해 1979년에서 2020년까지의 42년 기간에 대해 계산된 추정치는 실제 장마 시작 지수와 0.70 이하의 낮은 상관계수 성능(0.58)을 보이고 있어 10년이 지난 현시점에서 새롭게 개선할 필요가 있다.
따라서 최근에는 기후변화에 의해 정체전선에 의한 시작뿐만 아니라 이러한 이동성 저기압에 의한 장마의 시작 또한 고려해서 객관적으로 장마의 시작을 결정지을 수 있는 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1055852호 대한민국 등록특허 제10-1636897호 대한민국 등록특허 제10-1563244호
본 발명은 종래 기술의 장마 시작일 결정 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장마 현상과 관련되는 열역학 및 역학 기상 현상들을 이용하여 대규모 관점에서 객관적인 기준으로 장마의 시작을 정확하게 결정할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 바람의 운동과 관련 있는 역학적 변수와 온도 및 습도와 관련 있는 열역학적 변수, 그리고 구름 또는 강수와 관련 있는 대규모 변수를 사용하여 장마의 시작을 보다 포괄적이고 객관적으로 결정함으로써 실제 현업에 필요한 판단 정보를 제공할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 실제 현업에 필요한 정확한 장마 시작일 판단 정보를 제공하여 보다 좋은 기상 서비스를 증진하는 데 일조하고 기상학적 관점에서 대기대순환 및 장마에 대한 과학적 이해도를 높일 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 5개의 변수를 모니터링함으로써 장마 시작일 판단 기준을 이전 이틀간과 오늘을 비교하여 오늘 날짜를 시작으로 선언할 수 있기에 현업에서 장마의 시작을 실시간으로 결정할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 수치 모델의 결과를 활용하여 미래의 장마 시작 예측을 가능하게 하고 추가적인 분석을 통해 수치 모델의 계통적 오차를 발견하고 줄이는 데 활용할 수 있도록 한 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치는 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부;제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부;제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부;제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지(moist static energy, MSE)의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부;제 5 변수 정보인 상향장파복사(outgoing longwave radiation, OLR) 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부;수집된 제 1 ~ 5 변수 정보들을 설정된 임계치를 기준으로 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 각각 설정된 모든 조건을 만족하는지 분석하는 변수 정보 통합 분석부;변수 정보 통합 분석부에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하면 해당일을 장마 시작일로 결정하는 장마 시작일 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제 1 ~ 5 변수 정보 수집부를 통하여 각각 입력 수집되는 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사 항목의 변수들은, 장마의 시작일을 결정하기 위해 수평 격자 간격이 2.5°인 재분석 자료와 NOAA 위성 관측 자료를 통해 계산된 변수들이며, 각 변수별로 다른 임계치와 기준 영역을 선정하는 것을 특징으로 한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부는, 제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부는, 제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부는, 제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부는, 제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부는, 제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법은 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부 및 제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부 및 제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부 및 제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부 및 제 5 변수 정보인 상향장파복사 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부를 통하여 제 1 ~ 5 변수 정보를 수집하는 단계;변수 정보 통합 분석부에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는지 판단하는 단계;제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는 경우에는 장마 시작일 결정부에서 해당일을 장마 시작일로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는 경우에는 장마 시작일 결정부에서 해당일을 장마 시작일로 결정하기 위하여, 122.5°~135°E 구역을 평균한 500 hPa의 지위고도 및 한반도로 유입되는 850 hPa의 남풍, 125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 1000 hPa 상대습도를 계산하는 제1 과정과,125°~130°E에서 평균된 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도대를 찾는 제2 과정과,125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 상향 장파 복사를 계산하는 제3 과정과, 상기 제1 과정에서 구한 지위고도, 남북바람(남풍) 및 상대습도의 임계치와, 상기 제2 과정에서 구한 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도와, 상기 제3 과정에서 구한 상향 장파 복사를 임계치와 비교하여 장마의 시작일을 결정하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 장마 현상과 관련되는 열역학 및 역학 기상 현상들을 이용하여 대규모 관점에서 객관적인 기준으로 장마의 시작을 정확하게 결정할 수 있도록 한다.
둘째, 바람의 운동과 관련 있는 역학적 변수 및 온도와 습도와 관련 있는 열역학적 변수, 그리고 구름 또는 강수와 관련 있는 대규모 변수를 사용하여 장마의 시작을 보다 포괄적이고 객관적으로 결정함으로써 실제 현업에 필요한 판단 정보를 제공할 수 있도록 한다.
셋째, 실제 현업에 필요한 정확한 장마 시작일 판단 정보를 제공하여 보다 좋은 기상 서비스를 증진하는 데 일조하고 기상학적 관점에서 대기대순환 및 장마에 대한 과학적 이해도를 높일 수 있도록 한다.
넷째, 5개의 변수를 모니터링함으로써 장마 시작일 판단 기준을 이전 이틀간과 오늘을 비교하여 오늘 날짜를 시작으로 선언할 수 있기에 현업에서 장마의 시작을 실시간으로 결정할 수 있도록 한다.
다섯째, 수치 모델의 결과를 활용하여 미래의 장마 시작 예측을 가능하게 하고 추가적인 분석을 통해 수치 모델의 계통적 오차를 발견하고 줄이는 데 활용할 수 있도록 한다.
여섯째, 대규모 관점에서 열역학적 그리고 역학적 변수와 구름 상태를 표현하는 변수 등 다양한 변수를 사용하여, 2011년에 제안된 장마 시작일 결정 방법의 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트
도 3은 본 발명 적용 변수인 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사의 영역 분포도
도 4는 1979년에서 2020년까지 기상청에서 제시한 장마 시작 날짜(파란색)와 장마백서 2011을 기준으로 하여 결정한 장마 시작 날짜(붉은색)의 비교 그래프
도 5는 1979년에서 2020년까지 기상청에서 제시한 장마 시작 날짜(파란색)와 본 발명으로 결정한 장마 시작 날짜(붉은색)의 비교 그래프
도 6은 2007년 장마 사례로 6월 21일이 장마 시작으로 선정되는 예시를 나타낸 구성도
이하, 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치의 구성도이다.
본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법은 바람의 운동과 관련 있는 역학적 변수와 온도 및 습도와 관련 있는 열역학적 변수, 그리고 구름 또는 강수와 관련 있는 대규모 변수를 사용하여 장마의 시작을 보다 포괄적이고 객관적으로 결정함으로써 실제 현업에 필요한 판단 정보를 제공할 수 있도록 한 것이다,
이를 위하여, 본 발명은 5개의 변수를 모니터링함으로써 장마 시작일 판단 기준을 이전 이틀간과 오늘을 비교하여 오늘 날짜를 시작으로 선언할 수 있기에 현업에서 장마의 시작을 실시간으로 결정할 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명은 대규모 관점에서 열역학적 변수와 역학적 변수, 구름 상태를 표현하는 변수 등 다양한 변수를 사용하여, 2011년에 제안된 장마 시작일 결정 방법의 성능이 시간이 지남에 따라 저하되는 문제를 해결할 수 있다.
표 1은 본 발명과 장마백서 2011에 나타난 방법으로 구한 1979년에서 2020년까지의 장마의 시작 시계열에 대한 상관계수 성능 및 평균 제곱근 오차. 기상청(KMA) 지수를 참값으로 간주하여 계산한 것이다.
본 발명에서 사용되는 변수는 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사다.
본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치는 도 1에서와 같이, 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부(10)와, 제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부(20)와, 제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부(30)와, 제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부(40)와, 제 5 변수 정보인 상향장파복사 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부(50)와, 수집된 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 임계치를 기준으로 모든 조건을 만족하는지 통합 분석하는 변수 정보 통합 분석부(60)와, 변수 정보 통합 분석부(60)에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하면 해당일을 장마 시작일로 결정하는 장마 시작일 결정부(70)를 포함한다.
여기서, 변수 정보 통합 분석부(60)는 제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부(60)는 제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부(60)는 제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부(60)는 제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지(MSE)의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
그리고 변수 정보 통합 분석부(60)는 제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
먼저, 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부(10) 및 제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부(20) 및 제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부(30) 및 제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부(40) 및 제 5 변수 정보인 상향장파복사 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부(50)를 통하여 제 1 ~ 5 변수 정보를 수집한다.(S201)
이어, 변수 정보 통합 분석부(60)에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는지 판단한다.(S202)
그리고 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는 경우에는 장마 시작일 결정부(70)에서 해당일을 장마 시작일로 결정한다.(S203)
여기서, 변수 정보 통합 분석부(60)에서의 판단 조건은,
제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N 보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단한다.
표 2는 본 발명에서 사용된 다섯 가지 대기 변수와 영역 및 정의 방법을 나타낸 것이다.
변수 정보 통합 분석 및 장마 시작일 결정과정의 일례는, 122.5°~135°E 구역을 평균한 500 hPa의 지위고도 및 한반도로 유입되는 850 hPa의 남풍, 125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 1000 hPa 상대습도를 계산하는 제1 과정과, 125°~130°E에서 평균된 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도대를 찾는 제2 과정과, 125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 상향 장파 복사를 획득하는 제3 과정과, 상기 제1 과정에서 구한 500 hPa의 5820 gpm 지위고도, 남북바람(남풍) 및 습도의 임계치(표2 참조)와, 상기 제2 과정에서 구한 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도(표2 참조, MSE850y-남북방향으로 미분(=아래 y 참조)), 상기 제3 과정에서 구한 상향 장파 복사(표2 참조, OLR)를 고려하여 장마의 시작일을 결정하는 제4 과정을 포함할 수 있다. 도 3은 본 발명 적용 변수인 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사의 영역 분포도이다.
본 발명은 장마의 시작일을 결정하기 위해 수평 격자 간격이 2.5°인 재분석 자료와 NOAA 위성 관측 자료를 통해 계산된 다섯 가지 변수를 사용하고, 이들 변수를 사용하는 이유는 다음과 같다.
사용하는 변수는 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사이며, 장마의 특성을 고려하여 각 변수별로 다른 임계치와 기준 영역을 선정한다.
500 hPa의 지위고도는 북태평양 고기압의 확장을 파악하기 위해 사용되는 변수로서, 북태평양 고기압은 장마의 강도와 위치를 결정하는 주요한 요인으로 알려져 있다.
850 hPa의 남북바람은 한반도(특히, 제주도)로 불어드는 남풍의 세기 및 지속성을 판단하기 위해 사용되며, 이는 북태평양 고기압의 확장과 더불어 장마 강수의 발달에 큰 영향을 주는 요소이다.
또한, 장마가 발달하는 시기에 높은 습도가 동반된다는 점에서 1000 hPa의 상대습도를, 서로 다른 열역학적 성질을 가진 기단 사이에서 형성되는 정체 정선의 유무를 판단하기 위해서 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도를 사용한다.
습윤정적에너지는 '장마백서 2011'에서 사용된 상당온위와 유사한 열역학적 변수로서 건조 공기 엔탈피와 퍼텐셜 에너지 그리고 잠열의 합으로 계산된다.
또한, 습윤정적에너지의 남북방향 경도가 최소가 되는 지점을 추정함으로써 정체전선의 위치를 간접적으로 파악할 수 있다. 이것은 남북방향으로 서로 다른 성질을 가진 기단 사이에서 정체전선이 발달한다는 기후학적 특성을 감안한 것이다.
마지막으로 상향장파복사는 지구에서 우주로 방출되는 복사를 의미하며 대류의 강도를 추정하기 위해 사용된다. 일반적으로 대류가 강할수록 상향장파복사의 값이 작다.
이와 같은 내용을 바탕으로 장마의 시작일을 결정하기 위한 구체적인 기준을 도입할 수 있다.
도 3은 장마의 시작일을 결정하는 데에 사용되는 다섯 가지 변수와 각 변수별 기준 영역을 표시한 것으로, 본 발명에서는 다음의 다섯 가지 조건들을 동시에 만족하는 마지막 날을 장마의 시작일로 결정한다.
1. 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N보다 북상하여 3일 지속될 때(도 3의 붉은선)
2. 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속될 때(도 3의 파란선)
3. 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa의 상대습도가 70% 이상 2일 지속될 때(도 3의 초록선)
4. 125°~130°E 평균 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치할 때(도 3의 노란선)
5. 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향 장파 복사가 당일 230 W/m2 이하일 때(도 3의 초록선)
도 4는 1979년에서 2020년까지 기상청에서 제시한 장마 시작 날짜(파란색)와 장마백서 2011을 기준으로 하여 결정한 장마 시작 날짜(붉은색)의 비교 그래프이다.
기후학적 관점에서 우리나라의 장마기간은 6월 하순에서 7월 하순까지로 정의된다.
좀 더 넓은 영역에서 살펴보면, 정체전선은 6월 이전에 생성되지만 북태평양 고기압의 확장과 함께 북상하면서 우리나라에 영향을 준다. 이 정체전선에 의한 강수가 한반도에 시작되는 시점이 장마의 시작일이며, 기후학적으로 한반도의 최남단인 제주도에서 6월 20일에 장마가 시작된다.
그러나 도 4(파란선)에서 볼 수 있듯 장마의 시작일은 매년 같지 않으며 6월 20일(기후학적 장마 시작일, 도 4의 검은선)을 기준으로 대체로 ±10일 내의 변동을 가진다.
장마백서 2011에서 제안된 방법으로 32년간(1979~2010년)의 장마 시작일을 추정한 결과, 기상청에서 제시한 장마 시작일과의 상관계수는 0.74, 평균 제곱근 오차는 5.62로 나타났다.
그러나 동일한 방법으로 42년간(1979년~2020년)의 장마 시작일(도 4)에 대해 평가한 결과, 상관 계수는 0.58, 평균 제곱근 오차는 6.76으로 나타났다.
따라서 장마백서 2011에서 제안된 추정 방식은 최근 10년간 성능이 저하되었다고 판단할 수 있으며, 이를 개선할 필요성이 대두된다.
도 5는 1979년에서 2020년까지 기상청에서 제시한 장마 시작 날짜(파란색)와 본 발명으로 결정한 장마 시작 날짜(붉은색)의 비교 그래프이다.
두 지수 간의 상관 계수는 0.76, 평균 제곱근 오차는 4.18로 장마백서 2011에서 제시된 방법으로 분석한 것보다 각각 약 31.0%, 38.2% 개선되었다.
추가로, 본 발명에서 제시한 방법은 32년간(1979년~2010년)의 장마 시작일을 추정하는 데 있어서도 높은 성능(상관계수: 0.74, 평균 제곱근 오차: 4.57)을 보였다.
도 6은 2007년 장마 사례로 6월 21일이 장마 시작으로 선정되는 예시를 나타낸 구성도이다.
도 6은 2007년 장마 사례에 대해 본 발명에서 제시한 다섯 가지 변수의 시계열을 나타낸다. 2007년의 장마 시작은 6월 21일(기상청)로, 본 발명에서 추정한 날짜와 같아 사례 분석에 용이하다.
도 6a~e의 파란선은 장마 시작일(172, Julian date)을 나타내며, 붉은선은 장마 시작일 정의를 위한 각 변수의 임계치(도 6a, c, d) 또는 기준 위도(도 6d)를 나타낸다.
예를 들어, 도 6a는 122.5°~135°E, 30°N에서 평균된 500 hPa의 지위고도를 나타내며, 붉은선은 지위 고도의 임계치인 5820 gpm이다. 다시 말해, 지위고도의 값이 5820 gpm(붉은선)을 연달아 삼 일째가 넘는 날은 장마의 시작일로 결정되기 위한 하나의 조건을 충족한다고 할 수 있다.
나머지 조건들에 대해서도 유사한 해석이 가능하며, 앞서 기술한 다섯 가지의 조건을 동시에 충족하는 날을 장마의 시작일로 결정한다.
무엇보다 본 발명에서는 장마의 시작일과 그것의 이전 이틀 자료를 사용한다는 큰 장점이 존재하는데, 이는 곧 실시간 모니터링을 통해 장마의 시작일을 정의할 수 있다는 것을 의미한다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치 및 방법은 바람의 운동과 관련 있는 역학적 변수와 온도 및 습도와 관련 있는 열역학적 변수, 그리고 구름 또는 강수와 관련 있는 대규모 변수를
사용하여 장마의 시작을 보다 포괄적이고 객관적으로 결정함으로써 실제 현업에 필요한 판단 정보를 제공할 수 있도록 한 것이다.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 제 1 변수 정보 수집부 20. 제 2 변수 정보 수집부
30. 제 3 변수 정보 수집부 40. 제 4 변수 정보 수집부
50. 제 5 변수 정보 수집부 60. 변수 정보 통합 분석부
70. 장마 시작일 결정부

Claims (10)

  1. 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부;
    제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부;
    제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부;
    제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부;
    제 5 변수 정보인 상향장파복사 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부;
    수집된 제 1 ~ 5 변수 정보들을 설정된 임계치를 기준으로 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 각각 설정된 모든 조건을 만족하는지 분석하는 변수 정보 통합 분석부;
    변수 정보 통합 분석부에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하면 해당일을 장마 시작일로 결정하는 장마 시작일 결정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 ~ 5 변수 정보 수집부를 통하여 각각 입력 수집되는 500 hPa의 지위고도, 850 hPa의 남북바람, 1000 hPa의 상대습도, 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도, 상향장파복사 항목의 변수들은,
    장마의 시작일을 결정하기 위해 수평 격자 간격이 2.5°인 재분석 자료와 NOAA 위성 관측 자료를 통해 계산된 변수들이고, 각 변수별로 다른 임계치와 기준 영역을 선정하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 변수 정보 통합 분석부는,
    제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 변수 정보 통합 분석부는,
    제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 변수 정보 통합 분석부는,
    제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 변수 정보 통합 분석부는,
    제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 변수 정보 통합 분석부는,
    제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 장치.
  8. 제 1 변수 정보인 500 hPa의 지위고도 정보를 입력받는 제 1 변수 정보 수집부 및 제 2 변수 정보인 850 hPa의 남북바람 정보를 입력받는 제 2 변수 정보 수집부 및 제 3 변수 정보인 1000 hPa의 상대습도 정보를 입력받는 제 3 변수 정보 수집부 및 제 4 변수 정보인 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 정보를 입력받는 제 4 변수 정보 수집부 및 제 5 변수 정보인 상향장파복사 정보를 입력받는 제 5 변수 정보 수집부를 통하여 제 1 ~ 5 변수 정보를 수집하는 단계;
    변수 정보 통합 분석부에서 변수 정보들을 통합 분석하여 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
    제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는 경우에는 장마 시작일 결정부에서 해당일을 장마 시작일로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 변수를 설정 조건과 비교하여 122.5°~135°E 평균 5820 gpm 선이 30°N 보다 북상해 3일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고,
    제 2 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 남풍이 32.5°N에서 전날 대비 90% 이상 2일 지속되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고,
    제 3 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 1000 hPa에서의 상대습도가 70% 이상 2일 지속이 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하고,
    제 4 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E 평균 850 hPa의 습윤정적에너지의 남북 경도 최솟값이 32.5°~40°N에 당일 위치하면 조건을 만족하는 것으로 판단하고,
    제 5 변수를 설정 조건과 비교하여 125°~130°E, 30°~35°N 영역 평균 상향장파복사가 당일 230 W/m2 이하가 되면 조건을 만족하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 제 1 ~ 5 변수 정보들이 설정된 모든 조건을 만족하는 경우에는 장마 시작일 결정부에서 해당일을 장마 시작일로 결정하기 위하여,
    122.5°~135°E 구역을 평균한 500 hPa의 지위고도 및 한반도로 유입되는 850 hPa의 남풍, 125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 1000 hPa 상대습도를 계산하는 제1 과정과,
    125°~130°E에서 평균된 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도대를 찾는 제2 과정과,
    125°~130°E, 30°~35°N 영역에서 평균된 상향 장파 복사를 획득하는 제3 과정과,
    상기 제1 과정에서 구한 지위고도, 남북바람(남풍) 및 습도의 임계치와, 상기 제2 과정에서 구한 습윤정적에너지 남북 경도의 최솟값이 위치하는 위도, 상기 제3 과정에서 구한 상향 장파 복사를 설정 조건과 비교하여 장마의 시작일을 결정하는 제4 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 장마의 시작 시기 결정을 위한 방법.

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