1 태풍-해양 결합모형을 이용한 태풍예측 정확도 개선
1.1. 연구의 필요성
○ 한반도는 강한 태풍의 발생빈도가 가장 큰 북서태평양 난수역의 가장 자리에 위치해 있 으면서 (그림 5-1-1a), 종종 태풍에 기인한 해상의 큰 파도와 이에 수반되는 해일로 인 하여 연안 침수는 물론 제반 시설물의 붕괴, 유실 등으로 막대한 인명과 재산 피해를 겪 어 왔다. 2007년의 태풍나리는 남한에만 16명의 인명피해와 1,592억원의 재산피해를, 2003년는 태풍 매미는 132명의 인명피해와 4조 7천억 원의 재산피해를 그리고 2002년 의 태풍 루사는 246명의 인명피해와 5조 1,479억원의 재산피해를 가져왔다.
○ 최근의 연구 결과들(Peduzzi et al., 2012; Knutson et al., 2010; Emanuel, 1987)에 의하면 지구온난화에 따라 해표면의 열용량이 증가하면서 태풍의 빈도수는 감소하지만 태풍의 강도는 대체로 상승할 것이라고 예측되고 있다. 그림 5-1-1b는 그 한 예로서 관 측값과 IPCC 4차 미래 기후변화 시나리오로부터 계산된 태풍의 강도를 나타내는 PDI (Power Dissipation Index)를 나타낸다. 관측으로부터 태풍의 강도가 최근 증가하는 것 을 보여줄 뿐만 아니라 미래 기후 환경에서도 꾸준히 태풍의 강도가 증가할 것으로 예 측되고 있다.
○ 지구온난화에 따라 증가하는 태풍의 강도는 증가하는 접안 지역에서의 인간활동과 더불 어 태풍으로 인한 자연 재해의 가능성을 높이고 있다. 뿐만 아니라 지구온난화에 따라 태풍의 활동이 활발한 서태평양 난수역이 확장한다면 한반도가 태풍으로 인한 자연 재 해에 보다 직접적으로 노출될 가능성이 높아질 것으로 예상할 수 있다.
○ 온난화에 따라 강한 태풍은 더욱 강해질 수 있다는 전망에 따라, 태풍이 급격히 강화되 는 난수성 소용돌이 해역에 대한 상세한 해양 조건을 보다 현실적으로 반영하여 태풍 예측(진로, 강도) 정확도를 높이고, 특히 급격히 강화되는 (Rapidly Intensified, RI) 강 한 태풍에 대한 예측 정확도 개선이 시급하게 요청되고 있다.
[그림 5-1-1a] 태풍에 의한 위험 빈도와 사망 위험도 분포 (2010년 기준) (From Peduzzi et al., 2012).
[그림 5-1-1b] 관측과 모델에 의한 태풍의 강도 변화 및 예측 (Knutson et al., 2010.)
미국 국립허리케인 센터(National Hurricane Center, NHC)에서 제시하는 대서양 허리 케인 진로예측 정확도는 1990-2005 기간에 48시간 예측의 경우 200 km 오차에서 100 km 오차 수준으로 15년간 약 50% (50%/15년=3.3%/년, 연간 약 3% 정확도 상승)의 정확도가 상승되어 왔다.
Ⅴ. [세부과제Ⅰ]북서태평양 난수성 소용돌이해역 태풍예측기술개선 연구:
2. 태풍-해양 예측모델링 분야
○ 북서태평양 우리나라에서 태풍 예보하는 영역에서, 최근 기상청(그림5-1-2a)에서 우리 나라의 48시간 진로예측 정확도는 2008년 229km에서 2014년 약 172km 정도에 도달 하여 연간 진로 정확도 개선율은 3.6 %로서, 일본보다는 양호하나 미국수준 (4.6%/년) 에 도달위해 꾸준한 노력 필요성 강조하였다 (유, 2016). 태풍진로 예측의 경우, 해일예 측에도 활용되기 때문에 48-72시간 예측 진로오차의 절대적인 거리가 중요하며, 우리의 경우 100-200km 거리는 상륙이 부산인가 여수인가의 차이가 날 수 있기 때문이다.
[그림 5-1-2a] 북서태평양 태풍 예측 기관별 진로오차 (km) (유, 2016).
○ 진로보다 강도예측은 상대적으로 더디게 향상되어 왔으며, 대서양에서 미국립허리케인 센터에서는 1990-2015년 기간에 강도오차는 꾸준히 향상되어 왔음을 보임 (그림 5-1-2b). 그림에 보이는 바와 같이, 48시간 예측 오차는 15년간 약 17 kts에서 13 kts 로 개선되는 데 그쳐, 강도 예측 개선이 매우 어려움을 알 수 있다.
○ 그러나 급격히 강화되는 태풍의 경우, 정확도는 상대적으로 크게 떨어진다. 미국 대서양 태풍센터(NHC)의 2003-2005년 3년 평균적으로 48시간-84시간 예측 정확도는 그림 5-1-2c와 같이 20-30 노트(kts)에 달함(그림5-1-2c 좌측). 태풍예측 정확도를 향상시 키기 위해 파랑효과를 고려한 미지구물리연구소(GFDL) 연구(그림5-1-2c 우측) 강도오 차는 쉽게 30노트가 넘어선다.
○ 북서태평양 난수역에서는 급격한 강화가 자주 발생함. 매미(2003), 산바(2012)는 최대풍 속이 각각 150노트, 155노트에 달하였으며, 급격히 강화된(RI) 태풍이었음 (그림4-1-3).
대만에 영향을 준 2010년 태풍메기는 160노트까지 달함. 급격히 강화되는 태풍이 대규모 피해를 야기한다는 점을 감안하면 보다 집중적인 태풍강도 예측기술 향상에 필요하다.
[그림 5-1-2b] 1990-2015 기간 대서양 허리케인센터 예측 강도오차 (Tallapragada, 2016).
○ 태풍에 의한 자연재해에 대비하기 위하여 그 경로와 강도를 예측하고자 하는 노력들이 있어왔다. 태풍의 경로의 경우 기상 분야에서 괄목할만한 발전을 이뤄왔지만 태풍 강도 예측 분야는 해양 환경에 크게 좌우되는 것으로 알려져 있어 최근 발달하고 있는 해양 예측 분야와 함께 현재 연구 및 개발이 진행 중이다. 그림 5-1-3은 2003년 한반도에 크 게 피해를 입혔던 태풍 매미가 해양의 난수성 에디를 지나면서 강도가 증가하는 것을 잘 나타내고 있다. Yablonsky and Ginis (2008)은 2005년 허리케인 카트리나의 예로 부터 태풍의 강도 예측에 있어 해양의 초기화가 중요함을 수치모델로 보이기도 했다.
○ 지구온난화에 따른 태풍의 강도변화를 모니터링하고 한반도에 미치는 태풍의 영향을 평 가하기 위해서는 해양-대기 결합 모델에 기반한 태풍 모형의 개발이 필수적이며, 특히 해양 자료동화를 적용한 해양 초기화는 향후 태풍 강도 예측 기술의 발전에 필수적이라 할 수 있다. 또한 태풍의 강도를 보다 정확히 예측하기 위해서는 고해상도를 적용한 지 역 모델이 요구된다.
Ⅴ. [세부과제Ⅰ]북서태평양 난수성 소용돌이해역 태풍예측기술개선 연구:
2. 태풍-해양 예측모델링 분야
[그림 5-1-2c] 2003-2005년간 대서양 급격히 강화된(RI) 태풍의 예측 정확도 (좌) 및 파랑효과를 고려한 태풍 리타 강도 예측 (Ginis, 2009). 48-84시간 강도예측 오차가 20-30kts에 달함.
[그림 5-1-3] 태풍 매미(2003년)가 지나가기 전 해면고도변이와 관측으로부터 계산된 TCHP(Tropical Cyclone Heat Potential). 태풍 매미의 경로를 함께 표시했으며 해양의 난수성 에디를 통과하면서 그 강도가 증가하는 것을 보여줌. (From Lin et al., 2012).
○ 기존에는 시도하지 못했던 소규모의 해양물리현상을 규명하기 위한 연구는 정밀한 해상 도를 가진 해양수치모델을 구성하여 시도되고 있는데, 대기와의 운동량 및 열·염 교환에 대한 자세한 연구는 아직 미진하다. 태풍으로 인한 대기-해양의 상호작용의 경우 단순 한 모델을 동시에 고려하는 것 이상의 상호작용에 대한 자세한 관점에서의 연구가 필요 하다. 현재까지는 관측자료를 통계로 도출된 모수를 이용하여 대기와 해양 사이의 교환 율을 산정하고 있는데, 태풍과 같은 급격한 조건 변화에서는 공간적인 변화를 고려해야 한다. 파랑은 대기와 해양 사이의 경계층을 구성하는 물리적인 운동량 에너지로 정의될 수 있으며, 파랑의 에너지 및 표면 거칠기 등의 상태에 따라 대기와 해양의 교환율에 영
향을 미칠 수 있다. 파랑을 고려한 대기와 해양의 물리량 교환율을 산정하여, 대기 및 해양 예측 모델링의 정밀도를 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.