대기의 난폭자 태풍! 태풍의 발달을 지배하는 바다!

-북서태평양 해양-대기 상호작용 및 태풍 급강화 현상 연구 -

해가 거듭할수록 강력해지는 대기의 난폭자 태풍. 강한 비바람으로 막대한 피해를 유발하는 태풍을 이해하기 위해서는 그 근원이 되는 바다를 들여다 볼 필요가 있다. 지난 9월 8일 부산국제항을 출발한 이사부호에는 KIOST 해양순환기후연구센터의 연구진들이 승선하여 9월 30일까지 우리나라로 북상하는 태풍의 길목인 북서태평양 필리핀 동쪽 위도 17.5°~20.5° 해역에서 태풍과 해양의 상호작용에 관한 현장연구를 수행하였다. 이번 호에서는 이사부호 활용 대양연구 프로젝트의 세 번째 시리즈로 『북서태평양 해양-대기 상호작용 및 태풍 급강화 현상 연구』에 관한 연구 성과를 소개한다.

사진 1. 북서태평양조사를 마치고 귀국한 KIOST 해양순환·기후연구센터 연구진(2017.9.30.)

해양에서 에너지를 받는 태풍
특정한 해역을 통과하면서 급강화 현상 발생

태풍은 해수 온도가 27℃ 이상인 열대 바다에서 생성되어 바다 위를 통과하여 전파되는데 해수로부터 증발한 수증기가 내뿜는 응결열로 에너지를 얻으며, 이동 과정에서 세력이 강해지기도 하고 약해지기도 한다. 통상 24시간에 30노트 이상의 풍속으로 세력이 강해지는 것을 ‘급강화’라고 하며, 1990년대 개념이 소개되고 2000년대부터 본격적인 연구를 통해 태풍이 해양과의 상호작용으로 급강화 될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 특히, 바다에서 발생하는 직경 수 백 km 전후의 큰 규모의 소용돌이를 에디(eddy) 따뜻한 바다의 특성을 지닌 소용돌이를 ‘난수성 에디(warm eddy)’, 상대적으로 차가운 바다의 특성을 지닌 소용돌이를 ‘냉수성 에디(cold eddy)’라고 부른다. 라고 하는데, 대만 연구자에 의해 2003년 9월 한반도에 막대한 피해를 입힌 태풍 ‘매미’의 세력 급강화 요인이 북서태평양의 난수성 에디와 상관관계가 있다는 연구결과가 발표되었으며, 2005년 발생한 태풍 ‘카트리나’ 역시 멕시코만 해역의 루프 해류(Loop Current)라는 난수성 해류를 통과하면서 세력이 급격히 강화된 것으로 밝혀졌다.

⑴ 따뜻한 바다의 특성을 지닌 소용돌이를 ‘난수성 에디(warm eddy)’, 상대적으로 차가운 바다의 특성을 지닌 소용돌이를 ‘냉수성 에디(cold eddy)’라고 부른다.

난수성 에디가 발달한 북서태평양 필리핀 동쪽 해역에서
해양-대기 관측을 통한 태풍의 급강화 기작 규명 시도

현재까지의 연구결과를 토대로 태풍이 난수성 에디가 있는 특정 해역을 통과하면서 막대한 에너지를 받아 ‘슈퍼 태풍’으로 성장한다는 것이 알려졌지만, 구체적으로 어떻게 급강화 되는지에 관한 프로세스는 아직 명확하게 규명되지 않았다. 따라서 태풍 급강화 시기 예측기관의 태풍강도 예측의 정확도가 상대적으로 떨어지게 되어 전 세계가 대형 태풍의 위험에 항시 노출되고 있는 바, 태풍-해양의 상호작용 이해에 기반한 급강화 기작을 규명하는 것이 필요한 실정이다. 이에 KIOST가 해양수산부의 『2017년도 극지 및 대양과학연구사업』의 일환으로, 2017년부터 5년 동안 이사부호를 통해 단계적으로 북서태평양의 해양-대기 관측을 통한 태풍의 급강화 현상의 기작을 규명하기 위한 현장조사와 수치모델링 연구를 수행하게 된다.

그림 1, 2. 북서태평양 해양-태풍 상호작용 이해를 위한 관측점
(그림1의 적색 선은 이사부호 항적)

사진 2. 해양순환·기후연구센터 강석구 책임연구원

파랑 글라이더 등 첨단 해양관측장비 추가 탑재
대기-해양기상인자 고정밀 관측 등 성공적인 시범조사 수행

금번 항해에서 연구진들은 CTD, X-CTD, ADCP 등 이사부호에 장착된 첨단 해양관측장비를 이용하여 수심에 따른 온도와 염분 특성, 해류의 크기와 방향, 풍속, 습도 등을 관측하였으며, 추가적으로 탑재한 기상관측장비 라디오존데(radiosonde) 대기 상층의 기상(기압·온도·습도 등)을 관측하여 지상에 송신하는 측정장치. 기구에 장치한 기압계, 온도계, 습도계 등으로 측정한 상층의 기상상태를 소형의 무선발신기를 통해 발신한다. 와 파랑 글라이더(Wave Glider), 해양기상관측센서가 장착된 U-CTD(Underway CTD)를 통해 수온과 염분 프로파일의 관측자료를 획득했다. 또한, 태풍 통과 시 기압, 바람(순간 최대, 평균 풍속) 등 해양-대기 상호작용 요소를 자동 관측하기 위해 표층 뜰개(부이)를 계류(투하)하는 시범 관측도 실시하였다. 이번 연구는 이사부호 선박에서 대기-해양기상인자의 초정밀 관측을 실시한 첫 번째 시도이자, 향후 연구를 위한 장비의 계류와 회수, 자료 수집에 관한 시범조사의 의미가 크다.

그러나, 한 가지 아쉬운 점은 태풍의 발생 시점에 맞춰 조사가 진행되지 못했다는 점이다. 다른 해양조사들은 특별히 일정에 구애받지 않는 반면, 금번 과제는 주제의 특성상 태풍이 오는 시기에 딱 맞춰서 연구를 수행하는 것이 성과의 관건이 된다. 하지만 해양 연구는 대략 1년 전에 다른 사업들과 일정을 조율하여 조사 시기와 관측 기간에 따라 선박을 할당하기 때문에, 태풍이 오는 시기를 사전에 정확하게 예측해서 조사 타이밍을 맞추기가 상당히 어렵다고 한다.

⑵대기 상층의 기상(기압·온도·습도 등)을 관측하여 지상에 송신하는 측정장치. 기구에 장치한 기압계, 온도계, 습도계 등으로 측정한 상층의 기상상태를 소형의 무선발신기를 통해 발신한다.

사진 3.4. 해양기상관측을 위한 선상의 파랑글라이더(좌), 파랑글라이더 투하 모습(우)

사진 5.6. 대기 기상 특성조사를 위한 라디오존데 발사 모습

그림 3. 주요 조사항목 관측자료
그림 4. 표층 뜰개 시범 관측(5대의 표층부이 투하 후 약 2개월 동안의 궤적/삼각형이 투하지점)

난수성 에디의 많은 열용량과 심한 변동성 파악
고도화된 관측 기술, 정확한 수치에 기반 한 예측 모델의 중요성 실감

비록 태풍 시기는 맞추지 못했지만, 금번 출항을 통해 태풍 급강화 기작을 이해할 몇 가지 중요한 사실들을 확인할 수 있었다. 태풍과 해양의 상호작용을 이해하기 위해서는 먼저 에디의 열량과 거동 특성을 잘 파악해야 하는데, 현장 조사에서 난수성 에디가 지니고 있는 열용량이 중심부분에서 무려 100~140kj/㎡ 정도로 상당히 크다는 점이 관측되어 태풍 통과 시 급강화의 주요 여건이 될 수 있다는 점을 확인하였다. 또한, 에디는 한 번 만들어지면 그 자리에 그대로 있는 것이 아니라 계속 이동하는데, 동쪽에서 서쪽으로 굉장히 빠른 속도(30일에 100km 이상)로 이동한다는 사실도 확인했다. 예상을 뛰어넘는 많은 열용량과 변동성이 심한 에디의 특성을 확인한 KIOST 연구진들은 보다 고도화된 관측 기술과 정확한 수치에 의한 해양 예측 모델의 중요성을 절로 실감하게 되었다고.

사진 7. 해양순환·기후연구센터 강석구 책임연구원

이사부호의 첨단 인프라를 바탕으로 심층적 연구실현
태풍예측 능력이 한 단계 도약하는 계기가 되길

금번의 KIOST 연구 성과는 북서태평양 해양-대기 플럭스 및 서안경계류의 열수송 변동성 이해와 더불어 북서태평양 해양-대기 상호작용이 한반도 주변해역에 미치는 영향을 규명하는 후속 연구에서 중요한 기초 자료로 활용될 것이다. 앞으로도 이사부호의 첨단 해양관측장비를 기반으로 난수성 소용돌이 해역에서 기상과 해양 요소를 입체적으로 파악하는 심층적 연구 노력을 통해 우리나라의 태풍예측 능력이 한 단계 도약하는 계기가 되길 바란다.