The Korean Meteorological Society
[ Article ]
Atmosphere - Vol. 31, No. 4, pp.377-394
ISSN: 1598-3560 (Print) 2288-3266 (Online)
Print publication date 30 Nov 2021
Received 13 May 2021 Revised 03 Jul 2021 Accepted 27 Jul 2021
DOI: https://doi.org/10.14191/Atmos.2021.31.4.377

2020 강원영동 강풍 관측에서 지상 바람의 공간 변동성 분석

김유정1) ; 권태영2), *
1)국립기상과학원 재해기상연구부
2)강릉원주대학교 대기환경과학과
Analysis of Spatial Variability of Surface Wind during the Gangwon Yeongdong Wind Experiments (G-WEX) in 2020
Yu-Jeong Kim1) ; Tae-Yong Kwon2), *
1)High Impact Weather Research Department, National Institute of Meteorological Sciences, Gangneung, Korea
2)Department of Atmospheric and Environmental Sciences, Gangeneung-Wonju National University, Gangneung, Korea

Correspondence to: * Tae-Yong Kwon, Department of Atmospheric and Environmental Sciences, Gangneung-Wonju National University, 7 Jukheon-gil, Gangneung-si, Gangwon-do 25457, Korea. Phone: +82-33-640-2323, Fax: +82-33-640-2320 E-mail: tykwon@gwnu.ac.kr

Abstract

The recent largest forest fire in the Yeongdong region, Goseung/Okgae fires of 2019 occurred during YangGang wind event. The wind can be locally gusty and extremely dry, particularly in the complex terrain of Yeongdong. These winds can cause and/or rapidly spread wildfires, the threat of which is serious during the dry spring season. This study examines the spatial variability of the surface wind and its coupling with the upper atmospheric wind using the data during the IOP of the Gangwon Yeongdong Wind Experiments (G-WEX) conducted in 2020 and the data during YangGang wind event on 4~5 April 2019. In the case of IOPs, strong wind at the surface with a constant wind direction appears in the mountain area, and weak wind with large variability in wind direction appears from foothill to the coast in the vicinity of Gangneung region. However, in the 2019 event, strong wind at the surface with a constant wind direction appears in the entire region from the mountain to the coast, even with the stronger wind in the coast than in some part of the mountain area. The characteristics of the upper atmospheric wind related with the spatial distribution of surface wind show that during IOPs of G-WEX, a strong downdraft exists near the mountaintop in the level of about 1 to 4 km. However, in the 2019 event a strong downdraft is reinforced, when its location moves toward the coast and descends close to the ground. These downdrafts are generated by the breaking of mountain waves.

Keywords:

YangGang wind, Yeongdong, Gangwon Yeongdong Wind Experiments, mountain wave, strong wind

1. 서 론

강원도 영동 지역에는 태백산맥과 동해로 인한 국지적인 기상 현상이 발생한다. 대표적으로 양양~강릉 사이에 부는 국지적 강풍인 양강지풍이 있다. 이러한 현상은 남고북저형의 기압배치가 유지되고 서풍 기류가 형성될 때 발생하며(Kim and Chung, 2006; Cho et al., 2015), 동반되는 강풍은 매우 건조하기 때문에 영동지역의 봄철 대형 산불과 밀접한 연관이 있다.

2019년 4월 고성-옥계 산불은 위의 특징을 잘 보여주는 산불 사례이다. 산림 피해 면적은 약 2,487 ha이며 옥계 지점에서 최대 풍속과 순간 최대 풍속은 14.8 m s-1, 21.1 m s-1이고 상대습도는 19~20%였다. 북강릉 지점에서의 최대 풍속과 순간 최대 풍속은 12.3 m s-1, 21.8 m s-1, 상대습도는 13~14%였다. 이때 풍향은 242~255o로 서풍 계열의 바람이 나타났다.

위의 현상은 푄 현상과 관련된 하강풍(Down-slope wind)으로 풍하측 하강류와도 밀접한 연관이 있다. 하강풍 발생과 관련된 이론으로는 대표적으로 물뜀, 부분 반사, 임계고도 반사 등이 있다. Long (1953)이 제안한 물뜀(hydraulic jump) 메커니즘은 산을 타고 넘어가는 바람이 하강하며 위치에너지에서 운동에너지로 변환되어 풍하측에서 강풍이 발생되는 메커니즘이다. 이 메커니즘은 shallow water equation에 기반을 두었기 때문에 연직으로 전파되는 산악파가 배제된 상태이다. 이러한 한계를 보완하기 위하여 이후 연구들이 진행되었다. Klemp and Lilly (1975)은 Boussineq equation를 선형화 하여 산악파 발생이 풍하측 하강풍에 미치는 영향을 분석하였으며 부분 반사(partial reflection) 메커니즘을 제안하였다. 이는 안정도의 변화가 큰 경계면에서 파동의 부분 반사가 발생하여 상향, 하향하여 전파되는 중력파의 중첩으로 인해 풍하측에 강풍이 발생한다는 것을 설명하였다. Clark and Peltier (1984)가 제안한 임계고도 반사(critical-level reflection) 메커니즘은 2차원 흐름을 가정하며, 파동이 전파되며 자체적으로 임계고도를 만들고 파동 파괴가 발생하여 풍하측 강풍을 유발된다고 설명하였다.

이러한 풍하측 강풍은 강릉 지역에도 나타나고 있으며 국내에서 이와 관련된 연구들이 이루어졌다. Jang and Chun (2008)은 30년간의 봄철 강릉 지역 풍속 자료를 이용하여 통계적 특성을 파악하고, 선정된 92개 사례들을 풍상측에 위치한 오산 지점의 프로파일을 분석하여 강풍 발생 매커니즘(물뜀, 부분반사, 그리고 임계고도 반사 메커니즘)을 분류하였다. 또한 Advanced Regional Prediction System (ARPS)를 이용하여 강릉지역의 강풍에 대한 수치 모의를 수행했다. 그 결과 선정된 사례들 중 부분 반사 매커니즘이 가장 많이 발생한 것으로 나타났다. 2차원 ARPS을 이용한 풍하측 강풍 수치 실험에서는 전체 사례 중 69%에서 강풍 조건을 초과하는 바람이 모의되었고, 이 중 62% 사례에서 분류된 매커니즘을 확인하였다.

Jang and Chun (2010)은 2005년 4월 5일 발생한 downslope windstorm을 WRF 모델을 이용하여 분석하였다. 이 강풍은 2번 분리되어 나타나며 이 강풍 중간에는 급격히 풍속이 감소하였다. 이 두 강풍의 매커니즘은 서로 다르며 첫번째 강풍(P1)은 임계고도 메커니즘, 두번째 강풍(P3)은 물뜀 메커니즘과 유사하다고 하였다. WRF를 사용하여 모의하였을 때 P1과 P3 사이의 풍속이 감소하는 특징은 특히 양양에서 잘 모의되었다. 그러나 P3 이후의 급격한 풍속 감소는 잘 모의되지 않았다.

풍하측 강풍이 나타나기 위해서는 여러 조건이 존재하며 지형(산의 경사 등), 역전층 존재, 풍속 등의 있다. 이와 관련된 연구들이 국·내외에서 이루어져 왔다(Queney et al., 1960; Durran, 1986; Miller and Durran, 1991; Lee, 2003; Kim and Chung, 2006). Queney et al. (1960)은 활강 강풍이 형성되기 위해서는 1) 가능한 산맥의 가장자리에 바람이 수직에 가깝게 불어야 하며 2) 산 정상 부근에서의 풍속은 지형의 따라 차이가 있으나 최소 7~15 m s-1을 초과하여야 하고, 3) 산 정상 부근에 역전층 또는 강한 안정층이 존재해야 한다고 하였다. Miller and Durran (1991)은 풍하측의 산 경사가 강풍 생성에 중요한 역할을 담당하며, Durran (1986)은 수치실험을 통해 산정상 근처에서의 역전층이 풍하측 강풍 발달에 큰 역할을 한다는 것을 밝혔다.

Lee (2003)은 강릉 지역의 강풍 사례에 대한 태백산맥의 지형 효과에 관련하여 수치 모의 연구를 진행하였다. 그 결과 경사면에서 나타나는 강한 강풍과 가장 관련 있는 요인은 태백산맥의 비대칭성 그리고 풍하측의 급격한 경사면이 중요한 요인이라 보았다. Kim and Chung (2006)은 강풍사례에 대한 WRF 수치 모의를 통해 영동지역의 봄철 국지 강풍의 발생 메커니즘과 지형의 효과를 정량적으로 파악하고자 하였으며, 지형을 변형시킨 실험을 수행하였고 지상에서 상층까지 태백산맥에 남서풍이 탁월할 때 이 기류들이 산맥을 넘으면서 강화되어 풍하측인 영동 지역에서 강풍이 장시간 지속함을 보였다.

Carvalho (2020)은 미국 캘리포니아주 Santa Barb ara 지역에서의 Downslope Windstorms 관측 및 모델 결과를 분석하였으며 시공간적 분포가 복잡하고 이것이 대기의 연직 안정도와 야간 lee jet와 연관되어 있다는 것을 밝혔다. Brinkmann (1974)는 콜로라도 주의 볼터 지역에서 지상 관측과 사운딩 그리고 항공기 관측자료를 사용하여 강풍 사례를 연구하였다. 그 결과 강풍 발생 시 산 정상 부근 상공에서 역전층이 존재하며, 그 부근에 최대 풍속이 위치함을 밝혔다.

국·내외 강풍의 연구가 이루어져 왔으나 특히 국내는 제한된 관측 자료를 활용하거나 수치모델에 기반한 연구들이 주를 이룬다. 따라서 이 연구에서는 강릉 지역을 중심으로 구축한 고해상도 기상관측망 자료(지상: 45개 지점, 고층: 3개 관측 기기)를 사용하여, 양강지풍 관측을 위해 실시한 강원영동 강풍 관측(Gangwon Yeongdong Wind Experiments, 이하 G-WEX)의 사례에 대해 분석을 실시하였다. 산지와 평지 중 해안을 대표하는 지점으로 각각 대관령(진부)과 북강릉 지점을 택하여 이를 중심으로 결과를 분석하였다. 지상과 상층에서 나타나는 바람 분포와 고층 기상 조건을 파악하며 추가적으로 비교 연구를 위하여 2019년 4월 4~5일에 발생한 고성-옥계 산불 사례와 관련된 바람 자료를 분석하였다.


2. 자료 및 연구 방법

2.1 자료

강원 영동에 나타나는 봄철 국지 강풍인 양강지풍의 관측을 위해 2020년 3월 1일부터 4월 30일까지 강원영동 공동 입체기상관측 프로젝트 중 강원영동 강풍 관측(G-WEX)을 실시하였다. 고층 관측을 위한 레윈존데와 지상 기반의 원격관측장비(윈드프로파일러, 윈드라이다 그리고 라디오미터), 고해상도 지상기상관측망의 관측기기(AWS와 통합기상관측장비 등), 드론을 이용하여 강릉을 중심으로 산지와 풍하측에 골고루 관측지점을 설계하였다(Fig. 1). 이와 같은 G-WEX의 관측 자료 가운데 일부를 사용하여 분석하였다. 강원지방기상청 예보과의 도움으로 한반도를 중심으로 남고북저형의 기압배치가 나타나고 북강릉과 대관령지점에 역전층이 생기는 조건을 만족하는 날을 예측하였다. 그 결과 2020년 G-WEX에서 관측한 사례(Intensive Observation Period, 이하 IOP)는 총 5개이다(IOP-1: 2020.03.12~13, IOP-2: 2020.03.18~19, IOP-3: 2020.03.20~21, IOP-4: 2020.04.24~25, IOP-5: 2020.04.28~29). 그러나 IOP-2 사례는 저기압 통과사례로 판단하여 분석에서 제외하였다.

Fig. 1.

Network of (a) surface weather and (b) upper air observation site. (a) of number is staitions and representative points (Seonjaryeong, Daegwallyeong, Bukgangneung) are indicated by abbreviations. (b) of stations is indicated by abbreviations: IJ (Inje), BGR (Bukgangneung), GWNU (Gangneung-wonju national university), DGY (Daegwallyeong), JB (Jinbu), JGG (Jingogae).

상층 기상 조건 분석에는 레윈존데, 윈드프로파일러, 윈드라이다 자료를 사용하였다. 레윈존데는 북강릉과 진부 지점에서 6시간 간격으로 관측을 수행하였으며 기온, 바람, 노점온도 등을 관측한다. 윈드프로파일러, 윈드라이다는 각각 북강릉과 구름물리관측소지점에 설치되어 10분 간격으로 대기 연직 바람 분포에 대해 시간적으로 고해상도 자료를 제공한다(Fig. 1b; Table 1).

Station name, observational instruments, observation elements and time resolution.

지상 바람 분포의 분석을 위하여 고해상도 지상기상관측망 자료를 사용하였다. 여기에는 강원지방기상청의 자동기상관측장비(AWS) 10개 지점과 통합기상장비(MWS) 24개 지점, 산림청 AWS 9개 지점, 공군 강릉비행장(AMOS) 2개 지점으로 총 45개 지점을 포함한다. 이들은 산 정상부터 해안까지 산기슭과 언덕 그리고 개활지를 포함하는 다양한 지형에 골고루 분포하며 1분 간격의 데이터를 생산한다. 각 지형(산 정상, 평지인 해안 등)을 대표하는 지점들은 각 명칭의 약자로 표기하였다(Fig. 1a).

IOP 사례와의 비교를 위하여 고성-옥계 산불이 발생한 2019년 4월 4~5일 고성-옥계 산불사례를 추가로 조사하였다. 그러나 대관령 윈드라이다와 레윈존데 관측이 이루어지지 않았기 때문에 수치모델(GDAPS) 자료를 이용하였다. GDAPS는 기상청에서 운영 중으로 통합모델(UM)을 기반으로 하는 지구 수치예보시스템이다. 수치 모델의 수평 해상도는 12 km이고 연직 해상도는 70층으로 구성되어 있다. 자료생산 주기는 일 4회(0000, 0600, 1200, 1800 UTC)이며 예측 시간은 87시간, 예측 간격은 3시간이다. 이 연구에서는 3시간 간격으로 분석하였으며 위 4회의 자료 생산 시간 외에는 3시간 예보장(0300, 0900, 1500, 2100 UTC)을 사용하였다. 국내 선행연구는 남고북저형 기압배치에서 영동 지역에 강풍이 발달됨을 보여주며(Kim and Hong, 1996; Cho et al., 2015) 이러한 종관적 규모에서의 조건이 바탕이 되기 때문에 LDAPS 모델보다 해상도가 낮은 GDAPS에서도 강풍 매커니즘의 특징이 나타날 것이라 예상하였다.

2.2 연구 방법

지상풍의 공간 변화를 조사하기 위하여 고해상도 지상기상관측망 관측 자료를 이용하여 지상풍의 수평분포를 분석한다. 이 중 일부 기기는 관측 고도가 다르며 자동기상관측장비(AWS)는 10 m, 통합기상관측장비(MWS)는 4 m에 설치되어 있다. 따라서 낮은 곳에 설치되어 있는 MWS의 풍속이 약하기 때문에 이를 보정할 필요가 있으며, Cheang et al. (2010)식 (1)을 사용하여 높이 보정을 하여 사용하였다.

U10=U4×z10z4a(1) 
  • U10: 10 m Wind speed z10: 10 m
  • U4: 4 m Wind speed z4: 4 m

지형적인 영향으로 인한 바람의 특징을 분석하기 위하여 1분 간격의 MWS, AWS 1분 평균 풍속과 풍향, 풍향의 변화량을 조사하기 위해 계산한 TKE*를 시계열과 공간분포 그림으로 나타냈다. TKE*의 경우 풍향의 변화만을 고려하기 위하여 풍속을 1 m s-1로 고정시킨 후 TKE를 계산하였다(Stull, 1988). 바람 벡터의 단위벡터 U, V 성분을 식(2)를 이용하여 30분 간격으로 계산하였다. TKE*는 풍속을 1 m s-1으로 고정시켰을 때 동서방향과 남북방향 풍속 성분 분산 값을 평균한 값으로 풍속의 변화를 배제하고 풍향의 변화량을 대표한다. 이 분석에서 1분 평균 바람 자료를 사용하였기 때문에 TKE* 값은 중규모 요란을 나타낸다고 볼 수 있다.

  • u' = u-U   v' = v-V
TKE*=12u'2¯+v'2¯(2) 

2019년 사례의 경우 대관령(진부) 관측이 이루어지지 않았기 때문에 모델 자료를 사용하여 나타내었다. 모델의 경우 관측 지점(진부, 북강릉)과 가까운 격자점의 값을 사용한다. 강풍대가 나타날 때의 연직 구조를 파악하기 위하여 동서 방향의 연직 바람장을 나타낸다. 또한 사례에 대하여 지점별 상층 기상 특징을 비교한다.

지상풍 분포의 특징과 상층 기상 조건의 관계성을 조사하기 위하여 북강릉 윈드프로파일러, 대관령 윈드라이다 자료를 분석하였다. 수집한 바람 자료(수평 바람과 수직 바람)를 이용하여 연직 바람장의 강풍대의 고도, 풍속 등 특징들의 시간적 변화를 분석하였다. 그리고 레윈존데 관측 자료를 이용하여 관측의 시간적 변화를 더 자세히 확인하기 위해 6시간 간격인 관측시간 사이를 내삽하여 시계열로 나타내었다. 진부와 북강릉 지점의 온위, 풍속을 지상으로부터 4.0 km까지 나타냈으며 관측고도 이하는 나타내지 않았다(진부: 약 800 m, 북강릉: 약 80 m). 추가적으로 사례별로 역전층의 고도와 온위 차이를 조사하였다.

위의 분석을 통하여 산 정상 부근의 강풍대의 세기와 하강하는 고도, 기온 상승 구역과 역전층의 변화 등 상층에서 나타나는 현상을 확인한다. 이러한 상층 기상 조건에 따른 바람의 변화를 시계열과 공간 분포로 나타내 상층, 지상 중 산지와 평지로 내려온 바람을 분석하였다. 지상 바람의 공간 분포 특징을 요약하며, 특히 IOP 사례와 2019년 사례를 비교하였다.


3. 결 과

3.1 종관적 특징

지상일기도의 주된 특징은 한반도를 중심으로 남고북저형의 기압배치를 보이는 것이다. 이 중 IOP-2는 만주지역에 저기압이 통과하며 한랭전선의 영향을 받고 있어 양강지풍 사례라 판단하지 않아 분석에서 제외하였다. IOP-3 사례는 약한 기압능이 나타나며 IOP-1과 2019년 사례는 기압골이 뚜렷하고 기압경도가 강하다. 상층일기도 중 850 hPa 일기도의 IOP-1 사례에서는 온도능이 IOP-3, 4, 5 사례는 약한 난기이류가 나타나며 2019년 사례에서는 동한만 부근에 Warm core를 확인하였다. 700 hPa 일기도의 모든 사례에서 온도 이류가 나타나지 않았다. 풍향의 경우 IOP-1, 3 사례는 서풍, IOP-4 사례는 서북서, IOP-5와 2019년 사례는 북서풍이 나타났다(자세한 내용은 2020 강원 영동 공동 입체기상관측 특별호 강원영동 강풍 관측설계와 예비 관측결과, 김지은 등 참조).

3.2 지상풍 분석

구체적인 지상 바람의 분석을 위하여 1분 평균 북강릉 AWS 자료의 풍속, 풍향 그리고 이를 사용해서 계산한 TKE* 값을 시계열로 나타냈다. 또한 강릉을 중심으로 바람의 변화를 보기 위하여 풍속과 TKE*의 공간 분포를 나타냈다. 이 때 산 정상과 골, 평지인 해안은 각각 선자령(SJY), 대관령(DGY), 북강릉(BGR)이며 지점의 약자로 표기하였다.

Figure 2은 IOP-1 사례 북강릉과 대관령 지점의 지상 바람의 시계열이다(03.12.1600~03.13.0200 KST). 대관령 지점은 약 7 m s-1 이상의 바람이 지속적으로 나타나며 약 2000 KST 부근에서 10 m s-1에 가까운 풍속이 나타난다. 풍향은 서풍으로 일정하고 TKE* 값은 0 m2 s-2에 가까운 값을 가진다. 그러나 북강릉 지점은 전체적으로 약 5 m s-1 이하의 약한 바람과 함께 풍향의 변화가 매우 심하게 나타난다. 또한 1900 KST 이후부터 약 0.2~0.5의 큰 TKE* 값을 가진다. 0100 KST 부근에 비교적 강한 약 5 m s-1의 바람이 나타지만 풍향의 변화가 크다. 이 때 대관령 지점의 지상 바람은 뚜렷한 최대풍이 나타나지 않았으나 선자령 지점의 바람분포를 확인한 결과 강한 풍속의 최대풍이 나타났다. 이러한 이유는 대관령 지점의 경우 해발고도는 약 770 m이고 선자령 지점은 약 1000 m로 지형적인 영향으로 나타나는 현상이라 예상하였다.

Fig. 2.

The time series of (a) wind speed and (b) wind direction, (c) TKE* at Bukgangneung (right) and Daegwallyeong (left) site for IOP-1.

따라서 지상 바람의 공간 변동성을 조사하기 위하여 선자령 지점에서 강풍이 나타난 시간대에 풍속과 TKE* 공간분포를 조사하였다. Table 2는 선자령과 북강릉 지점에 최대풍이 발생한 시간과 그 때의 풍속과 풍향을 보여준다. 풍속이 8 m s-1 이하인 경우는 나타내지 않았다. 풍속의 경우 선자령 지점은 대부분 25 m s-1에 가까운 바람이 나타나며 IOP-5 사례의 경우 풍속이 비교적 약했다. 그러나 북강릉 지점의 경우 IOP 4 사례 모두에서 6 m s-1 이하로 약하나, 2019년 4월 4~5일 사례에서는 8 m s-1 이상의 강한 풍속이 나타났다. 풍향은 모두 서남서풍으로 나타났다.

Wind speed and direction at maximum wind time of Bukgangneung and Seonjaryeong.

Figure 3는 선자령 강풍 시간에서의 지상 풍속과 TKE*의 공간 분포를 나타낸 그림이다. 산지와 평지를 대표하는 지점(선자령, 대관령, 북강릉)은 지점명의 약자로 나타냈으며 각 사례의 강풍 시간은 Table 2에 기입되어 있다. 그림의 왼쪽은 풍속(m s-1), 오른쪽은 TKE* (m2 s-2)이다. MWS의 강릉원주대와 강릉항 지점은 주변 자료들과 비교하였을 때 일관성이 나타나지 않았기 때문에 분석에서 제외하였다.

Fig. 3.

Spatial distribution of wind speed (left) and TKE* (right) when maximum wind speed occurred at Seonjaryeong for (a) IOP-1, (b) IOP-3, (c) IOP-4, (d) IOP-5.

IOP-1는 산지인 선자령과 대관령 부근에서 약 10 m s-1 이상의 강한 바람이 나타난다. 평지인 북강릉 부근에서는 약 2~4 m s-1의 약한 바람이 나타나 개활지 가까운 해안 일부에서 강한 풍속이 나타난다. IOP-3는 IOP-1 사례보다 풍속이 약하나 선자령 부근에 10 m s-1 이상, 대관령 부근에는 이보다 약한 약 8 m s-1로 나타난다. 북강릉 주변은 3~4 m s-1, 개활지는 이보다 강한 풍속을 가진다. IOP-4~5 역시 IOP-1와 유사하게 산지에서 매우 강한 풍속이, 개활지에서는 주변보다 강한 바람이 나타난다. IOP-1 사례 TKE*의 경우 풍속의 분포와는 반대로 일부 지점을 제외하고는 대부분의 산지에서 0.1 m2 s-2에 가까운 낮은 값을 보이며 평지 중 특히 해안과 먼 평지에서는 높은 TKE* 값이 나타난다. 이러한 곳은 풍속이 약한 지역과 유사하였다. 이러한 특징은 값의 차이만 있을 뿐 모든 사례에서 유사한 공간 분포가 나타난다.

즉, 산 정상과 그 부근에서는 비교적 강한 바람과 작은 TKE*의 값이 나타나며, 평지로 내려오면서 풍속이 감소하고 큰 TKE*가 나타난다. 하지만 개활지가 가까운 평지의 경우 대관령과 유사한 특징이 나타났다. 이러한 특징은 북강릉 최대풍이 나타나는 시간의 풍속, TKE*의 공간 분포에서 비슷한 패턴을 보였다. IOP-4 사례 모두에서 지상 바람의 분석 결과는 산지와 개활지에 가까운 해안에서 강풍이 나타나고 풍향도 일정하다. 그러나 평지에서는 풍속이 약하고 풍향의 변화가 크게 나타나는 특징을 보인다.

Figure 4는 2019년 4월 4~5일 사례에서 대관령과 북강릉 지점의 풍속, 풍향, TKE*의 시계열이다(04.04.1900~04.05.0500 KST). 대관령 지점의 최대풍(풍속: 13.2 m s-1, 풍향: 248o)은 20시 부근에서 나타나며 풍향은 일정하고 TKE*는 0 m2 s-2와 가까운 값을 가진다. 북강릉 지점의 최대풍(풍속: 12.3 m s-1, 풍향: 242o)은 대관령 최대풍 시간보다 3~4시간 뒤인 0000 KST 부근에서 나타나며, 최대풍이 나타나기 전 시간대는 풍향의 변화가 심했으나 최대풍이 나타날 때는 풍향이 서풍으로 일정하였다. TKE*는 최대풍이 나타나기 전에는 약 0.2~0.5 m2 s-2의 높은 값을 가지나 최대풍 시간에는 0 m2 s-2에 가까운 값을 보였다.

Fig. 4.

The same as in Fig. 2 except for the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

Figure 5Fig. 3와 동일한 형식으로 풍속과 TKE*의 공간분포를 나타낸 그림이다. 선자령 최대풍이 나타난 시간(2000 KST)의 풍속은 산지와 개활지에 가까운 평지에서 상대적으로 강하고 평지는 약한 풍속이 나타났다. 이때 TKE* 또한 평지에서 0.2~0.5 m2 s-2의 큰 값이 나타나고 다른 지역은 0 m2 s-2에 가까운 값이 나타났다. 북강릉 최대풍이 나타났을 때(0031 KST) 풍속은 산지는 상대적으로 약하고 평지에서는 강한 풍속이 나타났다. 이때 TKE*는 대부분 0 m2 s-2에 가까운 값을 가지며 일부 산지에서 약 0.2 m2 s-2의 비교적 높은 값을 보였다.

Fig. 5.

Spatial distribution of wind speed (left) and TKE* (right) that maximum wind speed occurred at (a) Seonjaryeong and (b) Bukgangneung during the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

2019년 4월 4~5일 사례는 2020년 IOP 사례들과 다르게 북강릉 최대풍 시간의 공간 분포에서 산지보다 평지에서 더 강한 바람이 나타나며 풍향이 서남서풍으로 일정하게 나타나는 특징을 보인다. 이러한 지상 바람의 공간 분포에 나타난 특징은 IOPs 사례와 2019년 4월 4~5일 사례를 구분하는 중요한 요소가 될 수 있다.

강풍이 나타날 때 IOP 1, 3, 4, 5에 나타난 특징은 산지와 개활지에 가까운 해안(강릉 비행장 부근)에서 풍속 강하고 풍향 서남서풍으로 일정하다. 그러나 평지에서는 풍속이 약하고 풍향의 변화가 심하다. 2019년 4월 4~5일 사례의 경우 산지와 평지 전체에서 풍속이 강하고 풍향은 서남서풍으로 일정하다. 오히려 일부 지역에서는 산지보다 평지에서 풍속이 더 강하게 나타난다.

3.3 고층 바람과 기온 그리고 역전층 분석

IOPs 사례와 2019년 4월 4~5일 사례를 비교하기 위하여 대관령과 북강릉 지점의 윈드라이다와 윈드프로파일러의 연직 바람 시계열(수평 바람과 수직 바람)을 비교하였다(Fig. 6). 오른쪽으로부터 왼쪽으로 진행되며 Figs. 6a-d의 위는 수평바람, 아래는 수직 바람을 보여준다. 2019년 사례의 경우(Fig. 7) 대관령 지점의 관측이 없었기 때문에 북강릉 지점만 나타냈으며, 강풍 시간이 짧기 때문에 10분 간격 자료를 사용하였다.

Fig. 6.

Time (KST)-height (km) cross section of horizontal and vertical wind velocity observed by (b, d) Bukgangneung wind profiler and (a, c) Daegwallyeong lidar during (a, b) IOP-1, (c, d) IOP-3.The color is wind speed and the arrows are the horizontal wind direction. Each case of figures are upper a horizontal wind and bottom a vertical wind.

Fig. 7.

Time (KST)-height (km) cross section of horizontal and vertical wind velocity of wind profiler at Bukgangneung the 2019 April Goseung/Okgae fire case. The color is wind speed and the arrows are the horizontal wind direction. Upper a horizontal wind and bottom a vertical wind.

대관령 윈드라이다의 수평바람의 IOP-1에서는(Fig. 6a) 1800~0000 KST에 약 30 m s-1 이상의 강한 바람이 지면 가까이 내려왔다. IOP-3에서는(Fig. 6c) 1900~0700 KST에 상층 강풍대가 나타났고 특히 2100~0100 KST 사이에 25 m s-1 이상의 바람이 최하층에 나타난다. 이러한 수직바람에서는 전체적으로 약한 하강풍이 지속되나 특히 강풍이 나타났을 때는 약 –200 cm s-1보다 강한 하강풍이 관측되었다. 각 하강풍의 고도는 IOP-1: 1 km, IOP-3: 0.6 km이다. 이러한 특징은 IOP-4와 IOP-5에서도 약간의 차이만 있을 뿐 공통된 특징을 가진다.

북강릉 지점의 윈드프로파일러 자료 분석 결과 IOP-1 사례에서(Fig. 6b) 수평 바람은 30 m s-1의 바람이 고도 약 1.5 km까지 내려왔다. 하지만 IOP-3 사례의 경우(Fig. 6d) 더 낮은 고도인 약 0.5 km까지 강풍대가 내려온 것을 확인하였다. 이때 수직 바람은 모든 사례에서 상승류에서 하강류로 바뀌는 모습이 나타난다. 대부분 0 cm s-1에 가까운 값이나 IOP-1 사례의 경우 약 -400 cm s-1 이상의 비교적 강한 하강풍이 나타났다(Figs. 6b, d). IOP-4 사례의 경우 강풍 시기에 관측 기기가 작동하지 않아 자료가 산출되지 않았다. 따라서 IOP 사례의 대부분 강풍이 나타나나 고도가 높으며 지면까지 도달하지 못했다.

그러나 이와는 다르게 2019년 사례는(Fig. 7) 해안인 북강릉 지점에서 0000~0100 KST에 30 m s-1 이상의 강한 바람이 약 0.5 km까지 내려왔다. 이때 수직바람에서는 상승류에서 -200 cm s-1의 뚜렷한 하강류로 바뀌는 것을 확인하였다. 진부지점은 관측이 이루어지지 않았으나 선자령 강풍 시간은 대관령 라이다 강풍 시간과 유사하기 때문에 대관령 상층에서도 강풍이 나타났을 것을 예상할 수 있다.

Figure 8는 레윈존데 자료를 사용하여 대관령(진부) 지점의 온위와 풍속을 시계열로 나타낸 것이다. 왼쪽은 온위, 오른쪽은 풍속이며 IOP-1, 3, 4, 5의 순서로 나타냈다. 빨간 박스는 선자령 지점의 AWS에서 관측한 최대풍에 가까운 시간을 표시한 것이다.

Fig. 8.

Temporal variations of vertical profiles of potential temperature (left) and wind speed (right) at Jinbu during each IOPs. Red box denotes the period including the maximum wind speed occurred at the seonjaryeong site. The dense potential temperature line mean the inversion layer. The maximum and minimum potential temperature difference is 20 K.

IOP-1 사례의 경우 상층의 가열과 비교적 온위선이 조밀한 구역인 역전층이 나타났다. 또한 시간이 지남에 따라 온도상승 구역과 역전층이 하강하는 특징이 나타났으며, 선자령 강풍 시간인 2100 KST 가장 낮은 고도까지 내려왔다. 이때 2.4 km 부근까지 온도상승지역이 내려오며 약 2.0~2.4 km 구간에서 역전층이 나타났다. 선자령 강풍시간에서 IOP-3은 고도 약 2.5 km까지 온도 상승이 약 1.5~2.0 km 구간에 역전층이 나타난다. IOP-4와 IOP-5는 온도상승 구역은 각각 2.5 km, 2.0 km, 그 아래 역전층이 나타난다.

풍속 자료에서 IOP-1의 경우 진부지점은 약 1.5~2.4 km 사이에 약 30 m s-1의 강한 풍속이 나타나며 2.4 km 이상 고도에서는 풍속이 약하다. IOP-3은 2.0~2.5 km, IOP-4는 1.5~2.0 km에 약 30 m s-1의 강풍이 나타난다. IOP-5는 1.0~2.0 km까지 주변보다 강한 바람이 나타나지만 약 20~25 m s-1로 다른 사례와 비교했을 때 매우 약하다.

온도상승구역 바로 아래는 강한 풍속이 바로 위는 약한 풍속이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 특정 구역에서의 하강풍으로 인해 대기가 단열 압축되어 기온 상승 및 수평 풍속의 약화에 기인한 것으로 사료된다. 위 특징은 고도와 시간대, 관측값의 차이만이 있을 뿐, 선자령 강풍대 시간을 기준으로 비슷한 경향을 확인할 수 있었다. 결론적으로 진부의 상층에서 나타난 특징은 상층의 온도 상승이 나타나고 역전층이 하강하며 바로 그 아래 강한 풍속이 나타나는 것이다.

위에 나타난 특징이 북강릉 지점에서도 나타나는 것을 확인하기 위하여 Fig. 8과 동일한 형식의 시계열로 나타내 비교하였다(Fig. 9). 북강릉 지점의 경우 온도 상승 구역은 진부지점보다 높은 고도인 약 2.5 km 이상에서 나타났으며 역전층은 유사한 고도에서 나타났다. 풍속은 대부분 약 1.9~2.5 km 사이에 강하며 2.5 km 이상 고도에서는 약한 분포를 보인다.

Fig. 9.

The same as in Fig. 8 except at Bukgangneung.

Height and potential temperature difference of inversion layer at Jinbu and Bukgangneung.

산지 정상에서의 역전층은 물뜀 이론, 파동파괴 메커니즘, 부분반사 모두에서 보일 수 있고 풍하측 강풍을 증폭하는 촉매제 역할로 중요한 역할을 담당한다. 이러한 역전층의 분석을 위해 진부와 북강릉 지점에서 관측한 레윈존데 기온 자료를 이용하여 역전층 최하층 고도와 온위차를 Tab le 3에 나타냈다. 표의 음영 처리된 부분은 선자령 최대풍과 가까운 시간을 나타낸 것이다. IOP-1사례의 경우 전, 후 시간 역전층 하층이 없기 때문에 시간별 역전층 고도와 온위차 분석에서 제외하였다. 온위차는 역전층 최하층과 상층 사이의 값이며 역전층 최하층이 나타나지 않은 시간대는 기입하지 않았다.

진부 지점은 선자령 강풍시간(음영)에 역전층이 생기거나 고도 약 1470~1770 m로 가장 낮은 고도를 보인다. 이때 온위 차는 약 9.5~13.5 K로 전, 후 시간보다 비교적 크게 나타난다. 이 중 IOP-3 사례의 경우 역전층 최하층 고도는 아니나 온의 차가 10.2 K로 크게 나타났다. 북강릉 지점은 IOP-3사례에서 역전층이 약 700 m까지 내려왔다. IOP-4, 5 사례는 1440~1880 m의 비교적 높은 최하층 고도가 나타났다. IOP-3, 4 사례에서 온위차 최대는 역전층이 가장 낮을 때이다.

강풍 시간대에서의 대관령은 역전층 온위차가 최대가 되며 역전층 고도는 IOP-3을 제외하고는 가장 낮아진다. 북강릉의 경우 역전층 최하층 고도는 대관령과 비슷하나 역전층이 최하층일 때의 온위차는 약 3.8~8.3 K로 대관령보다 작다. 따라서 산악파 파괴에 의해 생성된 하강류가 풍하측 해안 지역에 충분히 도달하지 못하고 이에 따라 역전층이 비슷한 고도에서 상대적으로 약하게 나타난다고 해석된다.

위의 결과들을 토대로 IOP와 2019년 산불 사례의 바람 특징을 비교하였다. IOPs 사례의 고층 바람 분석 결과 산지인 대관령 지점에서는 선자령 강풍 시간대에 지면 가까이 강한 바람이 나타나며 하강풍이 동반되는 것이 확인되었다. 북강릉 지점에서는 대부분 사례에서 상승류에서 하강류로 바뀌는 모습이 나타났으나 강풍의 고도가 높으며 지면까지 도달하지 못하였다. 또한 지상풍에서는 산지와 개활지에 가까운 해안에서 풍속 강하고 풍향이 일정하나 평지에서는 풍속이 약하고 풍향의 변화가 심하였다. 그러나 2019년 4월 4~5일 사례의 경우 북강릉 지점 고층 바람 자료에서는 30 m s-1 이상의 강한 바람이 약 0.5 km까지 내려오며 뚜렷한 하강류로 바뀌는 것을 확인하였다. 또한 지상 바람의 특징으로는 산지와 평지 전체에서 풍속이 강하고 풍향은 일정하였으며 일부 지역에서는 산지보다 평지에서 풍속이 더 강하게 나타났다. IOP 사례 중 북강릉 지점에서의 강풍 고도가 가장 낮았던 IOP-3 사례(2020.03.20~21)를 선정하여 수치모델 자료를 사용해 2019년 사례(2019.04.04~05)와 비교하였다.

3.4 수치모델자료를 이용한 IOP3과 2019년 4월 사례 비교

북강릉과 대관령 사이의 상층 바람의 변화를 분석하기 위하여 3시간 간격의 GDAPS 자료를 이용하여 바람의 연직 성분과 세기의 동서 방향 연직 단면도를 조사하였다(Fig. 10). 지상바람 분석 결과 해안에 강풍이 나타나는 시간이 지연됨을 확인하여 선자령 강풍 시간에서 3시간 뒤를 나타냈다. 바람의 세기는 수평바람은 m s-1, 연직바람은 cm s-1 단위를 갖고, 연직바람의 -는 하강류(푸른색), +는 상승류(붉은색)를 나타낸다. x축은 북강릉(BGR)을 기준으로 24 km 간격을 나타낸다.

Fig. 10.

Vertical cross section over the Yeongdong region of (a) IOP-3 and (b) 2019 April Goseung/Okgae fire case from the GDAPS analysis data. The color shading is wind speed (left) and w-wind speed (right), respectively. The x-axis interval increases by 24 km from Bukgangneung (BGR).

(a) IOP-3 사례는(Fig. 10a) 산 정상 부근의 고도 약 1.0~1.5 km에서 30 m s-1 이상의 강풍대가 나타나지만 해안까지 하강하지 못하는 모습이 나타난다. 연직 바람 성분의 경우 북강릉(BGR)으로부터 왼쪽에 위치한 BGR+24에서는 산 정상 부근 가까이 약 –20~-40 cm s-1의 하강류가 나타나며 고도 1.0~1.5 km에서 약 –60 cm s-1 이상의 하강류가 나타난다. 또한 BGR에서는 0.5~4.0 km까지 약 40~80 cm s-1의 상승류가 나타나고 있다.

하지만 2019 사례(Fig. 10b)는 상층의 강풍이 해안으로 내려오며 고도 약 500 m에서 약 35 m s-1 이상의 풍속이 나타난다. 연직 바람 성분의 북강릉(BGR)에서는 지면에서부터 고도 약 0.6 km까지 약 –40 cm s-1의 약한 하강류가 나타나며, 특히 BGR과 BGR+24 사이에서 고도 약 1.0~2.0 km에 -150 cm s-1 이상의 비교적 강한 하강류가 나타난다.

산지와 해안의 상층 기상조건을 비교하기 위해 2019년 사례의 온위, 풍속, 바람의 연직성분을 시계열로 나타냈다(Fig. 11). 왼쪽은 진부, 오른쪽은 북강릉 지점과 가까운 격자점이다. 상층 온도 상승 구역이 하강하는 시간은 두 지점 모두 1800~2400 KST로 동일하였다. 그러나 북강릉의 경우 약 1.0~4.0 km로 낮은 고도까지 약 295 K 이상의 기온 상승이 나타나고 진부에서는 더 높은 고도인 2.5~4.0 km에서 나타난다. 이러한 온도 상승이 나타나는 시간에서 북강릉은 고도 약 0.5~1.0 km에서 약 30 m s-1 이상의 강한 바람이 나타나며, 진부 지점은 온도상승 구역 아래인 2.5~1.0 km 약 15~25 m s-1의 바람이 나타난다.

Fig. 11.

Temporal variations of vertical profiles of (a) potential temperature, (b) wind speed, (c) w-wind speed at Jinbu (left) and Bukgangneung (right) for the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

연직 바람 성분의 경우 북강릉 지점은 1200~0300 KST에 고도 약 0.5~1.0 km에서 -40 cm s-1 이상의 하강류가 지속되며 온도 상승 구역이 하강하는 시간에 하강류 강도는 강해진다. 특히 2400 KST에서는 0.6~1.1 km 부근에서 -80 cm s-1 이상의 비교적 강한 하강류가 0600 KST에서는 고도 3.0 km 이상에서 100 cm s-1 이상의 강한 상승류가 나타난다. 진부지점은 전체적으로 북강릉 지점보다 약한 하강풍이 나타나며 1200~2400 KST에 2.0 km 부근에서 -30 cm s-1 이상의 하강류 값을, 온도 상승 구역 하강 시간인 1800~2400 KST에서는 고도 약 2.0 km에서 35 cm s-1 이상의 하강류값을 가진다. 0600 KST에 상승류가 나타났던 북강릉 지점과 다르게 고도 약 2.0~4.0 km에서 하강류가 나타나며 고도 약 3.5 km에서 약 50 cm s-1 이상으로 비교적 강하게 나타난다.

두 유형의 분석 결과 2019년 사례의 경우 상층의 강풍이 해안 가까이 내려오며 강한 하강풍이 동반되었다. 또한 북강릉 시계열 온위 자료에서는 진부와 비교하여 뚜렷한 기온상승이 낮은 고도까지 하강하며이 때 온도 상승구역 아래 강풍대가 나타났다. 하강풍의 경우 온도 상승 구역이 하강하기 이전부터 나타나나 온도 상승 구역이 하강할 때 더욱 강해진다.

수치모델자료에서는 북강릉 지점의 지면에 가까운 강풍대가 더 오래 지속되며 수직 바람에서는 고도 1.0 km 이하에서 지속적으로 하강풍이 나타난다. 그러나 실제 관측된 북강릉 윈드프로파일러에서는 강풍 시간대가 모델보다 짧다. 또한 수직 바람 자료에서는 상승풍과 하강풍이 순차적으로 나타나며 강풍대 시간에 상승류에서 하강류로 급변하는 특징이 나타난다.

북강릉 지점 IOPs의 레윈존데와 2019년 사례의 수치모델 자료를 비교하였을 때 2019년 사례는 IOPs 강풍 사례보다 낮은 약 1.0~1.5 km 고도까지 뚜렷한 기온 상승이 나타난다. 또한 강풍대 고도도 더 낮은 1 km 이하에서 뚜렷하며 풍속도 강하다. 이러한 결과는 관측값과 정확히 일치하지 않지만 지금까지의 결과들을 토대로 2019년 사례에서도 이와 유사하게 나타났다고 예측할 수 있다.


4. 요약 및 결론

이 연구에서는 ‘2020 강원영동 공동 입체기상관측프로젝트’ 중 ‘강원영동 강풍 관측(G-WEX)’ 자료를 사용하여 영동에서 나타나는 바람분포와 연직 기상조건을 분석하였다. 이를 위해 영동 강풍이 나타나는 사례를 예측하고 관측을 실시하였으며, G-WEX의 4 사례(IOP-1, 3, 4, 5)와 2019년 1 사례를 추가한 총 5 사례를 선정하였다. 위 사례를 산지인 대관령(진부)와 평지 해안인 북강릉 지점을 중심으로 분석하고, 사례별 특징을 파악하여 IOP 사례와 2019년 4월 사례를 비교하였다.

강풍이 나타날 때 IOP 1, 3, 4, 5에 나타난 특징은 산지와 개활지에 가까운 해안(강릉 비행장 부근)에서 풍속 강하고 풍향 서남서풍으로 일정하다. 그러나 평지에서는 풍속이 약하고 풍향의 변화가 심하다. 2019년 4월 4~5일 사례의 경우 산지와 평지 전체에서 풍속이 강하고 풍향은 서남서풍으로 일정하다. 오히려 일부 지역에서는 산지보다 평지에서 풍속이 더 강하게 나타난다.

산 정상인 대관령과 평지의 해안인 북강릉의 고층 바람(윈드프로파일러와 윈드라이다) 자료를 비교한 결과 IOP 사례의 경우 대관령 강풍대 시간에 북강릉 지점에서도 강풍이 나타났으나 그 고도가 높고 강도가 상대적으로 약하였다. 그러나 2019년 4월 4~5일 사례에서는 북강릉 지점에서 낮은 고도의 강한 바람이 나타났고 이때 강한 상승류와 하강류가 순차적으로 나타났다.

진부의 상층에서 나타난 특징은 상층의 온도 상승이 나타나고 역전층이 하강하며 바로 그 아래 강한 풍속이 나타나는 것이다. 북강릉 지점의 경우 온도 상승 구역은 진부지점보다 높은 고도인 약 2.5 km 이상에서 나타났으며 역전층은 유사한 고도에서 나타났다. 또한 온도 상승 구역 아래의 강풍대가 나타났다.

역전층 분석의 결과 북강릉과 대관령의 역전층은 시간에 따라 하강한다. 강풍 시간대에서의 대관령은 역전층 온위차가 최대가 되며 역전층 고도는 IOP-3을 제외하고는 가장 낮아진다. 북강릉의 경우 역전층 최하층 고도는 대관령과 비슷하나 역전층이 최하층일 때의 온위차는 대관령보다 작다.

기상청 현업수치모델 GDAPS 3시간 간격 자료를 이용하여 2019년 강풍사례의 상층 기상 특징을 비교하였다. 북강릉과 진부 두 지점 모두 상층 가열이 나타나며 특히 북강릉 지점에서 약 1.0 km의 낮은 고도까지 나타났다. 이때 온도 상승 구역 아래인 1.0 km 이하 하층에 강한 풍속이 나타나며 하강류의 강도가 강해지는 것을 나타나는 것을 확인하였다. 또한 동서방향의 연직 단면도에서는 IOP-3 사례는 지면까지 하강류와 상층 강풍대가 내려오지 못하고 머물며, 2019년 사례의 경우 상층 강풍대가 해안까지 내려오며 강한 하강풍이 동반되는 것을 확인하였다. 이러한 특징은 산악파와 연관지어 보았을 때 산지인 대관령 지점 부근의 상층 파동 파괴로 인하여 풍하측인 북강릉 지점에 강풍을 발생시키고 발달했을 가능성이 있다.

이러한 결과는 단지 한 사례의 해안에 강풍이 나타난 사례로부터 분석했으며 모델의 분석, 예측장의 결과를 포함하였다. 현재 영동 강풍 중 평지에 강풍이 나타나는 사례의 관측 자료가 부족한 실정이다. 따라서 앞으로의 영동 강풍 연구를 위하여 그 특징을 관측할 수 있는 시간적, 공간적 조밀한 관측과 많은 영동 강풍 사례가 필요할 것으로 보인다.

Acknowledgments

이 연구는 국립기상과학원 재해기상연구부 용역사업 ‘강원영동 동풍·강풍의 특화된 관측·예보기술 개발II(KMA2018-00123)’의 지원으로 수행되었습니다.

References

  • Brinkmann, W. A. R., 1974: Strong downslope winds at Boulder, Colorado. Mon. Wea. Rev., 102, 592-602. [https://doi.org/10.1175/1520-0493(1974)102<0592:SDWABC>2.0.CO;2]
  • Carvalho, L., and Coauthors, 2020: The sundowner winds experiment (SWEX) pilot study: Understanding downslope windstorms in the Santa Ynez Mountains, Santa Barbara, California. Mon. Wea. Rev., 148, 1519-1539. [https://doi.org/10.1175/MWR-D-19-0207.1]
  • Cheang, E.-H., C.-J. Moon, M.-S. Jeong, K.-P. Jo, and G.-Y. Park, 2010: The study for calculating the geometric average height of Deacon equation suitable to the domestic wind correction methodology. J. Korean Sol. Energy Soc., 30, 9-14 (in Korean with English abstract).
  • Cho, Y.-J., T.-Y. Kwon, and B.-C. Choi, 2015: Characteristics of meteorological variables in the leeward side associated with the downslope windstorm over the Yeongdong region. J. Korean Earth Sci. Soc., 36, 315-329 (in Korean with English abstract). [https://doi.org/10.5467/JKESS.2015.36.4.315]
  • Clark, T. L., and W. R. Peltier, 1984: Critical level reflection and the resonant growth of nonlinear mountain waves. J. Atmos. Sci., 41, 3122-3134. [https://doi.org/10.1175/1520-0469(1984)041<3122:CLRATR>2.0.CO;2]
  • Durran, D. R., 1986: Another look at downslope windstorms. Part I: The development of analogs to supercritical flow in an infinitely deep, continuously stratified fluid. J. Atmos. Sci., 43, 2527-2543. [https://doi.org/10.1175/1520-0469(1986)043<2527:ALADWP>2.0.CO;2]
  • Jang, W., and H.-Y. Chun, 2008: Severe downslope windstorms of Gangneung in the springtime. Atmosphere, 18, 207-224 (in Korean with English abstract).
  • Jang, W., and H.-Y. Chun, 2010: A numerical study on severe downslope windstorms occurred on 5 April 2005 at Gangneung and Yangyang, Korea. Asia-Pac. J. Atmos. Sci., 46, 155-172. [https://doi.org/10.1007/s13143-010-0015-2]
  • Kim, J.-H., and I.-U. Chung, 2006: Study on mechanisms and orographic effect for the springtime downslope windstorm over the Yeongdong region. Atmosphere, 16, 67-83 (in Korean with English abstract).
  • Kim, Y.-S., and S.-G. Hong, 1996: A study of quasi-Foehn in the Youngdong-district in late spring of early summer. J. Korean Meteor. Soc., 32, 593-600 (in Korean with English abstract).
  • Klemp, J. B., and D. K. Lilly, 1975: The dynamics of wave-induced downslope winds. J. Atmos. Sci., 32, 320-339. [https://doi.org/10.1175/1520-0469(1975)032<0320:TDOWID>2.0.CO;2]
  • Lee, J. G., 2003: A numerical study of the orographic effect of the Taebak mountains on the increase of the downslope wind speed near Gangnung area. J. Environ. Sci., 12, 1245-1254 (in Korean with English abstract). [https://doi.org/10.5322/JES.2003.12.12.1245]
  • Long, R. R., 1953: Some aspects of the flow of stratified fluids: I. A theoretical investigation. Tellus, 5, 42-58. [https://doi.org/10.3402/tellusa.v5i1.8563]
  • Miller, P. P., and D. R. Durran, 1991: On the sensitivity of downslope windstorms to the asymmetry of the mountain profile. J. Atmos. Sci., 48, 1457-1473. [https://doi.org/10.1175/1520-0469(1991)048<1457:OTSODW>2.0.CO;2]
  • Queney, P., G. A. Corby, N. Gerbier, H. Koschmieder, and J. Zierep, 1960: The airflow over mountains. WMO Tech. Note 34, 135 pp.
  • Stull, R. B., 1988: An Introduction to Boundary Layer Meteorology. Kluwer Academic Publishers, 666 pp. [https://doi.org/10.1007/978-94-009-3027-8]

Fig. 1.

Fig. 1.
Network of (a) surface weather and (b) upper air observation site. (a) of number is staitions and representative points (Seonjaryeong, Daegwallyeong, Bukgangneung) are indicated by abbreviations. (b) of stations is indicated by abbreviations: IJ (Inje), BGR (Bukgangneung), GWNU (Gangneung-wonju national university), DGY (Daegwallyeong), JB (Jinbu), JGG (Jingogae).

Fig. 2.

Fig. 2.
The time series of (a) wind speed and (b) wind direction, (c) TKE* at Bukgangneung (right) and Daegwallyeong (left) site for IOP-1.

Fig. 3.

Fig. 3.
Spatial distribution of wind speed (left) and TKE* (right) when maximum wind speed occurred at Seonjaryeong for (a) IOP-1, (b) IOP-3, (c) IOP-4, (d) IOP-5.

Fig. 4.

Fig. 4.
The same as in Fig. 2 except for the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

Fig. 5.

Fig. 5.
Spatial distribution of wind speed (left) and TKE* (right) that maximum wind speed occurred at (a) Seonjaryeong and (b) Bukgangneung during the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

Fig. 6.

Fig. 6.
Time (KST)-height (km) cross section of horizontal and vertical wind velocity observed by (b, d) Bukgangneung wind profiler and (a, c) Daegwallyeong lidar during (a, b) IOP-1, (c, d) IOP-3.The color is wind speed and the arrows are the horizontal wind direction. Each case of figures are upper a horizontal wind and bottom a vertical wind.

Fig. 7.

Fig. 7.
Time (KST)-height (km) cross section of horizontal and vertical wind velocity of wind profiler at Bukgangneung the 2019 April Goseung/Okgae fire case. The color is wind speed and the arrows are the horizontal wind direction. Upper a horizontal wind and bottom a vertical wind.

Fig. 8.

Fig. 8.
Temporal variations of vertical profiles of potential temperature (left) and wind speed (right) at Jinbu during each IOPs. Red box denotes the period including the maximum wind speed occurred at the seonjaryeong site. The dense potential temperature line mean the inversion layer. The maximum and minimum potential temperature difference is 20 K.

Fig. 9.

Fig. 9.
The same as in Fig. 8 except at Bukgangneung.

Fig. 10.

Fig. 10.
Vertical cross section over the Yeongdong region of (a) IOP-3 and (b) 2019 April Goseung/Okgae fire case from the GDAPS analysis data. The color shading is wind speed (left) and w-wind speed (right), respectively. The x-axis interval increases by 24 km from Bukgangneung (BGR).

Fig. 11.

Fig. 11.
Temporal variations of vertical profiles of (a) potential temperature, (b) wind speed, (c) w-wind speed at Jinbu (left) and Bukgangneung (right) for the 2019 April Goseung/Okgae fire case.

Table 1.

Station name, observational instruments, observation elements and time resolution.

Observational
Instruments
Station Data Time resolution
Rawinsonde Bukgangneung Temperature
Wind
Dew point temperature
6 hr
Daegwallyeong
(Jinbu)
Wind profiler Bukgangneung Wind 10 min
Wind Lidar Daegwallyeong Wind 10 min

Table 2.

Wind speed and direction at maximum wind time of Bukgangneung and Seonjaryeong.

Case Bukgangneung Seonjaryeong
Date Wind speed
(m s-1)
Wind direction
(o)
Date Wind speed
(m s-1)
Wind direction
(o)
IOP-1 03.13 0100 - - 03.12 2100 26.5 239
IOP-3 03.21 0100 - - 03.20 2300 24.0 237
IOP-4 04.25 1000 - - 04.25 0200 26.8 235
IOP-5 04.28 0100 - - 04.28 2000 19.8 231
2019 04.05 0100 8.6 240 04.04 2000 25.7 237

Table 3.

Height and potential temperature difference of inversion layer at Jinbu and Bukgangneung.

Case Date Time
(KST)
Jinbu Bukgangneung
Inversion
layer Base
Altitude
(m)
Potential
temperature
difference
(K)
Inversion
layer Base
Altitude
(m)
Potential
temperature
difference
(K)
G-WEX IOP-1 2020.03.12. 0900
1500
2100 1740 8.7 1760 6.0
2020.03.13. 0300
0900 1540 3.7 1650 2.7
IOP-3 2020.03.20. 1500 1810 8.2 1870 7.3
2100 1770 10.2 1690 6.6
2020.03.21. 0300 1560 9.1 1120 5.8
0900 1180 8.4 710 8.3
IOP-4 2020.04.24. 1500
2100 1600 11.0 3460 3.4
2020.04.25. 0300 1480 13.5 3110 2.4
0900 1570 9.0 1880 3.8
1500
IOP-5 2020.04.28. 1500 2440 5.9 2580 7.2
2100 1470 9.5 1440 3.2
2020.04.29. 0300
0900