우리나라 급성가뭄(flash drought) 발생 경향 및 특성 분석
급성가뭄은 폭염형과 강수 부족형으로 구분되는데, 우리나라 폭염형 급성가뭄이 여름철 전체 급성가뭄 발생의 대다수를 차지하고 있고, 최근 증가추세가 뚜렷함. 우리나라 폭염형 급성가뭄은 폭염 발생 횟수보다는 지속기간과 높은 상관관계를 보였음(폭염이 오래 지속될수록 급성가뭄 발생 빈도가 높아짐).
여름철 급성가뭄 이전, 티벳 고기압과 북태평양 고기압이 확장하여 우리나라는 고기압성 편차가 지배하고 있고 그에 따라 기온이 평년보다 높고 강수가 적은 특성을 보임. 급성가뭄 발생 이전 증발산량이 급격히 증가하기 시작하고, 높은 기온이 지속되면서 증발산량이 더욱 증가하게 되며, 토양수분은 급격하게 감소하여 급성가뭄이 발생함. 이러한 과정 중 우리나라 토양수분-기온 결합강도가 급격히 강해지는데, 이는 높아진 기온으로 인한 증발산량의 증가가 토양수분의 부족을 발생시키고 다시 기온을 높이는 토양수분-기온 상호작용에 의한 양의 되먹임이 발생한 것이고, 이러한 기작이 폭염형 급성가뭄의 성장 및 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 판단됨. 급성가뭄의 발달과 관련된 대기-지면 상호작용의 특징은 우리나라의 대표적인 급성가뭄 사례(2018년과 2016년)에서도 뚜렷하게 나타남.
지면 자료동화를 이용한 준 실시간 예측체계 구축
Local Ensemble Transform Kalman Filter(LETKF) 기법을 이용하여 SMAP(Soil Moisture Active Passive Microwave) 위성관측 표층토양수분 자료 동화할 수 있는 자료동화 시스템 구축하고 그 효과를 분석하였음.
2017년 1월부터 2022년 7월까지 장기간에 대해 자료동화를 결합한 토양수분 모의실험과 자료동화가 미 적용된 실험을 비교한 결과, 자료동화가 적용되지 않은 경우에 토양수분을 과모의 하는 지역인 유라시아 및 북미 대륙에서 자료동화를 적용하였을 때 토양수분의 과모의가 상당부분 개선되는 방향으로, 과소모의 하는 지역인 열대 및 아열대 지역은 토양수분이 증가하여 개선되는 방향으로 자료동화의 효과를 확인하였음. 또한 표층 토양수분만 자료동화 해주었음에도 적분시간이 흐름에 따라 그 영향이 하층까지 전파되어 뿌리 층의 토양수분도 변화가 있음을 확인함.
2022년 가뭄 사례를 예측한 결과, 2022년 5월에 있었던 가뭄을 3개월 전 초기장 예측에서는 모의하지 못했으나 2개월 전과 1개월 전 예측에서는 비록 강도가 약하지만 평년보다 많이 적은 토양수분을 어느 정도 예측함. 자료동화를 통해 생산된 초기장을 사용하였을 경우, 2개월 전부터 5월의 가뭄상태를 더 건조하게 예측하고, 전반적으로 현황과 유사하게 예측함.
이 자료동화 시스템을 JULES-ERA5/CFSv2 기반 가뭄/토양수분 모니터링 및 예측 시스템에 적용하여 준실시간 예측체계를 구축함.
과거 한반도 다년 간 가뭄 발생 사례 분석
다년간 발생한 가뭄에 대한 이해가 부족한 상황에서 다년간 가뭄 발생 메커니즘을 규명하고자 함. 실제 2013-2017년 한반도 다년간 가뭄 사례를 통해 가뭄 발생 시 북태평양에서 동시다발적으로 양의 PMM과 SubTCP 지역의 양의 해수면 온도 아노말리가 지속되어 저기압성 순환이 한반도 부근까지 확장되면서 북풍을 유도하고, 이로 인해 건조한 공기가 유입되어 가뭄 지소에 호조건이 됨을 알아냄.
뿐만 아니라, 다년간 가뭄 중 강수 부족이 가장 심했던 1994-1996년과 2013-2017년 케이스를 비교함으로써, 강수 부족에 따른 토양수분 부족의 반응 차이가 나는 것을 확인함. 이는, 1994-1996년 케이스일 때, 가뭄 초기 급격히 줄어든 강수로 인해 토양수분이 건조한 환경이 만들어졌고, 이로 인해 강수 부족에 따른 토양수분 민감도가 증가하여 더 강한 가뭄을 발생시킬 수 있음. 반면, 2013-2017년 케이스는 가뭄 후기에 강수가 크게 감소하여 비교적 습한 계절이 존재할 수 있었고, 이는 가뭄 발생에 따른 토양수분 감소 정도를 크게 증가시키지 못했다는 것을 분석함.