해기차

해기차

해기차(海氣差, Air-Sea Temperature Difference(ASTD))는 대기온도(Air Temperature)와 해수온도(Sea Surface Temperature. SST)의 차이, 즉 대기와 해수의 온도 차이를 뜻한다. 해기차 산출식은 "해기차 상수 R = 지상기온 - 해수온도"이다. 해기차의 정도로 해무, 구름의 발생 등 해양의 변화를 예측하거나 분석할 수 있다.

개요

해기차는 해수면 온도와 대기 온도의 차이라는 뜻이다. 넓은 의미로는 겨울철 찬 대륙고기압(cP)이 확장하면서 웨스터리(Westerly)에 의해 해상에서 대류운이 발생하여 강설을 일으키는 일종의 호수 효과(Lake Effect) 현상을 뜻한다. 이러한 해기차에 의한 강설은 일반적으로 한반도 대설6종 모델에서 "서해안형"과 "동해안형"으로 구분한다. 해기차는 대기와 물의 비열 차이로 인하여 발생하며, 동일 장소와 조건에서 같은 에너지를 가하더라도 대기 기온과 수온은 온도차이(온도경도)가 발생한다. 외부로부터의 대기나 물의 유입이 해기차 발생의 주 원인이다.

기본 메커니즘

해기차 기본 메커니즘

겨울철 대륙고기압에 동반된 차고 건조한 공기가 상대적으로 따뜻한 해수면 위를 지나가게 되면 열과 수증기를 공급받게 되면서, 하층 대기가 불안정지며 대류운이 발달하여 육상으로 유입되면서 강설이 나타나게 된다. 해수면 위를 긴 시간 이동할수록 해수면 부근의 대기는 더욱 온난 습윤해지고, 하층 대기는 더욱 불안정해진다. 따라서 수온이 높고 유입되는 공기가 차가워 그 온도차이(=해기차)가 클수록 하층 대기로의 열 공급은 더욱 커지며, 해상을 길게 이동할수록 많은 수증기 공급이 일어난다. 또한 하층의 강한 바람은 대기를 혼합시켜 열과 수증기 공급을 더욱 활발하게 해 불안정한 대기를 형성한다. 이런 일련의 과정들이 복합적으로 어우러져 대류운을 발달시켜 강설로 이어지게 된다. 호수 효과에서 해수면 위를 이동하는 '취주거리(fetch)'의 최소 임계값은 80km이며, 일반적으로 160km 이상의 취주거리를 가져야 강설이 발생한다고 알려져 있다. 취주거리가 길수록 더욱 많은 열과 수증기를 공급받아 강한 대류운이 발달한다.

서해안형

한대제트 북쪽의 차가운 기단 내에서 시베리아 고기압이 확장할 때 해기차에 의해 서해상에서 발달한 적운열 형태의 구름대가 서해안으로 유입되면서 눈을 내리게 하는 대설 유형이다.

서해안형 강설 유형

대한민국에서 10cm 이상의 대설이 나타나는 서해안형 강설 유형은 크게 세 가지 정도로 분류할 수 있다. 저기압성 기압계에서 상층을 지나는 기압골의 영향을 받는 상층 기압골형(내륙형), 순수 고기압성 기압계(호수효과)에서 850hPa 강풍대와 온도골의 위치에 따라 지형 수렴형(산맥형)과 육풍 수렴형(해안형)이다.

먼저 상층 기압골형(내륙형)은 말 그대로 상층의 강제력을 동반한 경우로 순수 호수효과에 의한 생긴 구름대와는 다르게 상층의 기압골 영향으로 기류가 수렴하면서 대상수렴운이 발달한다. 이러한 유형에서는 수렴에 의한 상승운동이 더해져 대류운이 폭발적으로 발달하고, 상층의 강제력까지 더해지면서 쉽게 10cm 이상의 적설로 이어질 수 있다. 특히 기압골의 영향을 받게 되므로 풍계가 서풍이 가깝게 눕게 되면서 눈 구름대가 내륙까지 쉽게 유입되기 때문에 내륙까지 많은 양의 적설이 나타날 수 있는 대표적인 대설 유형이라 할 수 있다. 순수 호수효과에 의한 강설은 아니지만, 상층 기압골 대설 유형의 경우 한기가 두 차례 이상으로 영향을 주기 때문에 기본적으로 강수 시간도 길고, 상층의 찬 공기 영향으로 700hPa 해기차도 크며, 하층의 수렴, 상층의 강제력까지 대설이 발생하기 매우 유리한 조건이라고 할 수 있다.

다음으로 지형 수렴형(산맥형)과 육풍 수렴형(해안형)은 강풍대와 온도골의 위치에 따라 구분할 수 있다.

만약 강풍대와 온도골이 서해상에 위치한다면 지형 수렴형(산맥형)으로, 간단하게 강한 한랭이류로 전라서해안으로 북서풍이 강하게 유입될 경우 노령산맥에 의한 산악 강제상승 효과(지형 수렴)로 인해 산맥 풍상측(정읍, 고창, 영광)에 많은 양의 적설이 기록된다. 지형 수렴형(산맥형)은 서해안형 강설을 전반기와 후반기로 나누어 보았을 때, 시베리아 고기압이 강하게 확장하면서 서해상으로 한랭이류가 강한 전반기에 주로 나타나 한랭이류형 강설이라고도 한다. 그런데 시간이 지나 후반기가 되면 서해상까지 남하한 시베리아 고기압이 이동성 고기압으로 점차 변질되기 시작하면서 바람은 점차 약해지고 상대적으로 육지보다 따뜻한 서해상은 더이상 차가워지지 못하고 다시 따뜻해지기 시작하는데, 그러면 서해상으로는 온도능이 발달하면서 서해안으로는 한랭이류가 더욱 약화되는 가운데 반대로 육지에서는 그동안 이류됐던 한기가 축적되고 바람도 약해지면서 야간의 경우는 복사냉각 효과까지 더해져 서해상에 비해 기온이 크게 하강하여 서해상과 반대로 온도골이 깊어진다. 그러면 육지에는 국지고기압이 형성되고, 고기압의 가장자리로 육풍 성분인 북동풍이 서해안으로 불게 되면서 종관풍인 북서풍과의 수렴대가 발생한다. 바로 이 수렴대의 영향으로 많은 눈이 내리는 경우가 육풍 수렴형(해안형)이다. 이 수렴대의 위치가 서해안으로 자리 잡는 경우가 빈번해 서해안에 10cm 이상의 적설이 나타나게 되며, 경우에 따라서는 육풍이 너무 강해 수렴대가 해상으로 밀려나 오히려 적설이 기록되지 못하는 사례도 나타난다.

분석 가이던스

서해안형 해기차는 주로 850hPa 해기차와 700hPa 해기차를 분석한다. 주로 850hPa 해기차는 주로 강수 유무를, 700hPa 해기차로는 강수강도와 대설 가능성을 판단할 수 있다. 850hPa 해기차가 15℃ 이상이라면 강수가 발생하며, 17℃ 이상일 때 대설 발생 가능성이 있다. 하지만 적설에 대해서는 850hPa 해기차뿐만 아니라 풍속, 풍향 등 다른 요소들을 복합적으로 고려해야 하는데, 강수 강도는 850hPa 해기차보다는 700hPa 해기차에서 상관관계를 보이는 경향이 있다. 기상청 통계에 따르면 700hPa 해기차가 20℃ 이하인 경우 3시간 최심적설은 2cm 이상 기록되기 어려웠고, 700hPa 해기차가 높을수록 대설 가능성이 높아졌다.

풍속은 850hPa에서 20노트(=10m/s) 이상일 때 강설 발생 가능성이 높아지며, 일반적으로 850hPa 풍속이 강할수록 많은 적설이 기록된다. 도서 지역인 흑산도에서 해안지역인 목포, 내륙지역인 광주광역시까지 적설이 기록되기 위해서는 더 강한 바람을 필요로 한다. 풍향은 850hPa에서 서해안은 340°이하, 내륙은 330°이하일 때 강설 발생 가능성이 높으며, 풍향이 서풍에 가까울수록 적설이 늘어나는 경향을 보인다. 일반적으로 풍향이 서풍에 가까울수록 많은 양의 적설이 관측되며, 강수지역도 내륙으로 확대되는 경향이 있다. 또한 풍향이 서풍보다 북풍계열에 가깝다면 강수지역은 서해안으로 국한되며, 내륙은 해상에서 발달한 눈구름대의 영향을 잘 받지 않는다.

서해안형 강설은 중층 역전층의 영향으로 주로 하층 구름대가 발달해 영향을 주는 강설 유형이다. 즉 구름이 연직적으로 높게 발달하지 못하므로 상대적으로 많은 양의 강설을 기대하기는 어려운 것을 알 수 있다. 특히 서해는 동해에 비해 수심이 얕고, 난류의 개입도 적으며 상대적으로 건조하므로 서해안형 강설은 주로 건설형태로 나타나므로, 동해안형 수준의 폭설이 내리기는 힘들다. 실제로 사례들을 살펴보면 전형적인 강설 유형에서는 심각한 대설을 잘 나타나지 않고, 호수 효과에 의한 강설이 대설로 이어지기 위해서는 반드시 수렴이 동반돼야 하는 것으로 알려저 있다.

서해안에서 해기차는 겨울 날씨, 더 나아가 수자원과 대기 환경을 좌우하는 상당히 중요한 요소이다. 해기차가 크면 폭설이 오지만, 그렇지 않으면 가뭄을 겪기 때문이다. 특히 정월 무렵에 해기차로 황해안 주변에 폭설이 내리면 서설(瑞雪)이라 하여 길한 징조로 보았다. 이때 쌓여서 얼음이 된 눈이 봄에 천천히 녹으면서 물이 흐르기 시작하고, 이에 따라 봄철 가뭄을 해결해주는 효과가 있다.

동해안형

※ 이 문단에서 설명하는 내용은 한반도 동해안 지역보다 일본의 동해 연안 지역[2]과 관련이 크므로 주의를 요한다.

동해안지역은 서해안에 비해 더 복잡한 메커니즘을 보이는데 서해보다 훨신 넓고 수온이 높으며 한반도 북부의 백두산으로 인하여 기류의 변화가 매우 복잡하기 때문이다. 겨울철 동해안에는 눈을 내리게 하는 전형적인 구름 시스템이 발달하는데 한기가 불어오는 방향과 평행한 것과 직교하는 것이 있다. 바람의 방향과 나란한 운열을 평행형 구름줄(Longitudinal-mode bands) 바람의 방향과 수직한 운열을 직교형 구름줄(Transverse-mode bands)이라고 한다. 또 개마고원, 함경산맥, 백두산 등을 포함하는 고산 지대인 북쪽 산맥군으로 북서 계열의 기류가 유입되면서, 지형에 의해 기류가 둘로 분리된다. 그리고 이 두 기류는 동해상의 풍하측에서 합류하며 수렴역이 형성되고 대류운이 강하게 발달하게 되어 띠 모양의 대상수렴운이 발생하는데 이를 동해 한대 기단 수렴대라 한다. 통상적으로 이 구름대는 일본 동해 연안 지역과 울릉도에 폭설을 내리게 하고 동풍류가 동해안으로 유입되면 한반도 동해안에도 폭설을 내리게 한다. 이로 인해 발생하는 폭설의 강도는 세계 최고 수준으로, 일본 서해안 지역은 전세계에서 눈이 가장 많이 내리는 지역이다.

동해안형은 쓰시마 난류로 인해 서해안형보다 해기차가 더 크며, 눈구름도 연직으로 더 높게 발달해 다량의 습기를 머금은 습설의 형태로 내린다. 여기에 태백산맥의 지형적인 영향까지 결합하여 서해안형보다 훨신 강한 대설을 일으킨다. 특기할 점은, 겨울철에 해기차의 영향으로 동한만 지역에 저기압이 발달하고, 상층골이 들어올때 더 강화되므로 이곳에 저기압성 순환에 의해 오히려 기압골이 들어올 때 동해안 지역은 풍하측에 위치하여 맑은 경우가 많다. 이후 고기압이 들어오더라도 주로 북풍이나 북서풍으로 불기 때문에 동해안 지역엔 큰 영향이 없다. 동해안에 많은 눈이 내리는건 오히려 2월 중순 이후, 동한만에 고기압이 자리잡아 강원도 동해안에 끊임없이 동풍이 불어닥칠 시기이다.

참고자료

• 〈해기차〉, 《위키백과》
• 〈해기차〉, 《나무위키》

같이 보기

• 구름
• 해양
• 강설
• 기온
• 수온
• 건조
• 겨울철
• 대류운
• 대기온도
• 해수온도

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