Kinematic and Dynamic Structure of the 18 May 2020 Squall line over South Korea : 남한을 통과한 스콜라인의 운동학적 및 역학적 구조: 2020년 5월 18일 사례 분석

국문 초록 (Abstract)

스콜라인(squall line)은 폭우, 강풍, 우박, 번개 등 위험기상을 동반하는 중규모 대류계의 유형 중 하나이다. 한반도로 접근하는 스콜라인은 바다, 해안 지역, 내륙을 모두 통과하므로 독특한 환경에서 발달한다. 이러한 복잡한 지형적 환경은 스콜라인 발달을 예측하기 어렵게 만든다. 스콜라인의 발달 가능성을 사전에 파악하기 위해서는 스콜라인 발달에 유리한 환경적 요인을 분석하는 연구가 선행되어야 한다. 본 연구에서는 2020년 5월 18일 오후 한반도를 통과한 스콜라인을 운동학적 관점과 역학적 관점에서 분석하여 스콜라인 발달에 기여하는 환경적인 요인을 살펴보았다.
스콜라인 발달에 영향을 주는 요인을 파악하기 앞서 스콜라인 형성에 기여한 종관 환경을 분석하였다. 스콜라인을 동반한 저기압은 중국 본토에서 형성된 후 동쪽으로 전파하여 한반도에 도달하였다. 하층 제트기류(low-level jet, LLJ) 와 저층에서의 유입된 따뜻하고 습한 남서풍은 수분을 공급하여 서해상에서 대류 세포를 형성시키는 환경을 제공하였다. 기존에 형성된 대류 세포들과 새롭게 형성된 대류 세포들이 병합하여 스콜라인이 형성되었다. 스콜라인이 한반도로 접근하면서 스콜라인 북쪽 부분(northern segment, NS)과 남쪽 부분(southern segment, SS)에 위치한 대류 밴드(convective band)는 각기 다르게 진화하였다. NS의 대류 밴드는 내륙에 도달하기 전까지 구조가 유지되거나 강화된 반면, SS의 대류 밴드는 해안선에 도달하기도 전에 점차 약화해지면서 파편화되었다.
운동학적 관점과 역학적 관점에서 두 부분의 차이를 파악하기 위해 대류 밴드의 연직 구조를 분석하였다. 반사도 연직 단면도에서 NS의 대류 밴드의 면적이 SS의 대류 밴드에 비해 넓었다. 대류 밴드 전면에서의 상승 유입류(ascending inflow)는 7 km 고도까지 도달하였고, 해안선에 도달한 후 후면으로 기울어졌다. 후면에서의 하강 유입류(rear descending flow)는 대기 중층부터 상층까지 뚜렷하게 존재하였다. 양의 와도와 관련된 강한 기울어진 상승 기류는 상승 운동을 8 km까지 도달시켰고, 하층에서의 수렴은 유입류를 강화시켰다. 또한, 하층 수렴과 상승 운동의 상호작용은 상층에서 고온 다습한 공기를 상승시켜 대류성 밴드의 지속적인 발달을 도왔다. 이와 같은 구조는 NS의 대류 밴드가 오랜 시간 동안 구조를 유지하도록 하는 주된 요인이었다. SS의 대류 밴드는 NS와는 다른 구조를 보였다. 상승 유입류는 최대 4 km까지 도달하였고, 내륙으로 도달하기도 전에 바다에서 이미 전방 유입류가 강한 후방 유입류에 의해 빠르게 약화되었다. 층운형 강수 영역에서 후방 유입류가 강해지면서 하층에서 유입되는 습윤한 공기를 차단시켰고, 이에 상승 기류가 약해졌다. 후방 유입류가 지속적으로 강하지면서 대류 밴드의 구조를 파괴시키는데 기여하였다. 강한 하강 흐름은 상승 운동을 완전히 차단하여 대류 활동을 점진적으로 약화시켰다.
결론적으로, 남서쪽에서 유입된 따뜻한 기류에 의한 수증기를 공급은 대류 활동에 기여하여 스콜라인을 형성시켰다. 상승 유입류는 NS와 SS에서 모두 뚜렷했으나 SS에서는 강한 후방 유입류로 인해 하강 흐름이 더 강했고, 강한 하강 기류에 의해 대류 밴드가 더 발달하지 못하고 약화되었다. 반면, NS에서 하층 수렴, 양의 와도와 상승기류 간의 상호작용은 대류 밴드가 지속적으로 발달하도록 도왔다. 본 연구에서는 운동학적, 역학적 관점에서 환경적인 요인이 대류 밴드의 발달을 좌우함을 보였다.

목차 (Table of Contents)

• 1 Introduction 1
• 2 Data and methodology 7
• 2.1 Data 9
• 2.2 Methodology 12
• 3 Results 17
• 3.1 Case overview 17
• 3.1.1 Synoptic environment 17
• 3.1.2 Upper air sounding analysis 20
• 3.1.3 Cold pool characteristics at the surface 23
• 3.2 Comprehensive analysis of squall line dynamics and environmental influences 28
• 3.2.1 Spatial evolution of squall line features 28
• 3.2.2 Environmental wind shear 35
• 3.3 Kinematic features of squall line 38
• 3.3.1 Storm-inflow signature in northern segment 42
• 3.3.2 Storm-inflow signature in southern segment 48
• 3.4 Dynamic features of squall line 53
• 3.4.1 Vertical motion signature 53
• 3.4.2 Enhancement of the inflow dynamic 59
• 4 Conclusion 62
• References 68