우리나라의 겨울철 대설, 한파는 매년 발생하고 있다. 특히 대설이후 한파는 차가운 기운을 안고 엄습한다. 이에 겨울철 동아시아 지역의 급격한 기온 강하는 한파라 불리는 차가운 대륙성 한기 내습에 동반되어 나타난다. 또한 겨울철 한파는 대설과 더불어 대표적인 동아시아의 겨울철 악기상으로 종관 규모의 시간규모를 갖는다. 한편 대설은 해양과 대륙의 온도차이가 큰 지역 바다와 호수와 같이 상대적으로 따뜻한 곳이 인접해 있어 기단 변질이 잘 일어나는 지역, 산악 효과에 의해 습윤한 공기가 상승하는 지역 등에서 빈번히 발생하며 중위도를 통과하는 요란과 관련된 복합한 물리적 과정들의 상호 작용에 의해 발생한다.

<재난포커스 - 김용삼기자>

겨울철 한파, 이동성 고기압의 독립적 역학체

우리나라의 한파는 겨울철 동아시아의 한파와 밀접한 관계를 갖고 있다. 이에 겨울철 동아시아 날씨는 겨울철 동안 유라시아 대륙에서 정체되어 있는 시베리아 고기압의 변화에 따라 형성되며 동아시아 지역 한파 내습은 시베리아 고기압의 동쪽이나 남동쪽 방향의 팽창이나 시베리아 고기압의 시간적 변화가 아니라 시베리아 고기압에서 분리되어 동진 혹은 남동진하는 이동성 고기압에 의해 형성된 독립적인 역학체이다.

이에 한반도에 발생하는 한파는 한파 내습 6~7일 전쯤 북대서양 서부에서 발생한 파장 약5000km의 종관 규모 요란이 편서류를 따라 하루에 경도 거리 30도를 동진하여 동아시아 연안에 이르렀을 때 요란의 진폭이 최대로 발달하면서 한반도를 엄습한다. 특히 한반도에 한파를 유발하는 요란의 구조는 동경 60도를 중심으로 서쪽에서는 고도에 따라 증가하는 순압구조로 동쪽에서는 경압구조로 나누어 발생한다.

또한 한반도 한파는 내습 48시간 전에 바이칼호 부근에 형성된 기압골이 남동진하여 동아시아 연안에 정체된 기압골을 강화시키고 이로 인해 시베리아에 위치한 찬 공기가 남동쪽으로 이동하며 발생한다. 더욱이 한반도 한파 내습과 연관된 파장 약4000km의 파형 요란(온난 기압능과 한랭 기압골 구조)이 바이칼호 부근에서 시작하여 하루에 경도 거리 약 10도의 위상 속도로 남동진하여 한반도를 지난다.

여기에 한반도 한파는 겨울철 동안 약 70-80회 정도 밀려 들어오며 내습 7일 전부터 내습일까지 1000-hPa 기온의 일변화를 보인다. 이는 내습 7일 전에 우랄 산맥 동쪽에서 약하게 시작된 기온 하강 구역이 남동진하면서 강화되는 모습을 보이는 것과 일맥상통한다. 더욱이 온난 기압능과 한랭기압골로 이뤄진 파형구조가 한파내습 48시간 전에 바이칼호 부근에서 형성되며 한반도쪽으로 남동진한다.

또한 한반도 한파는 한파 내습의 기온 하강이 한파 내습의 기준이 되었던 국지적인 현상이 아니라 종관 규모의 지역적인 현상이다. 이에 따라 한반도 한파는 바이칼호 서쪽에 중심을 두고 있는 파형요란의 구조와 다른 고도장의 기온장에서 확인할 수 있다. 한반도 한파 내습과 관련된 기온 하강 구역의 형성에 대한 초기 징조는 한파 내습 7일 전에 우랄 산맥 부근에서 나타날 가능성이 가장 크다.

이때 기온 하강 구역은 지면 부근에서 아주 약하고 얕게 형성되어 있지만 내습 5일 전이 되면 한파와 관련된 기온 변화 형태가 뚜렷해진다. 특히 경도 거리 30~40도의 넓이로 400-hPa 고도까지 형성된 기온 하강은 동진하면서 점차 발달하여 한파내습 1일 전에 한반도 부근에서 최대가 된다. 이런 가운데 특이한 형상은 고도장과 기온장의 발달 방향이 서로 다르다는 점이다.

고도장은 상류 대류권에서 먼저 형성되어 지면쪽으로 확장하는 형태를 나타내는 반면 기온장은 지상에서 중상부 대류권쪽으로 확장하는 형태를 보이고 있다. 이로 인해 고도장 변화의 중심은 상부 대륙권에 나타나고 기온장 변화의 중심은 하부 대류권에 나타난다. 또한 고도장과 기온장은 동시에 대칭형태의 대류권과 성층권의 기온변화에 민감하게 반응하며 형성된다.

대설, 바다와 호수에서 공급되는 열 습기 주원인

대설은 바다가 풍상쪽에 위치하고 있을 때와 바다와 육지의 온도차이가 클수록 해상에 보다 많이 내린다. 또한 호수와 인접되는 지역에서 마찰에 의한 수렴과 지형효과 등에 의해 많은 양을 쏟아 붓는다. 대설의 주요원인은 호수에서 공급되는 열과 습기가 주원인이며 마찰에 의한 수렴과 지형효과도 양을 좌우한다. 특히 대설은 그 빈도나 강도에 있어서 여름철 호우에 비해 약하고 대설로 인한 피해도 집중호우의 인명피해보다 약하다.

하지만 우리나라 뿐만 아니라 세계적으로 교통두절에 따른 생활 불편과 물류비용 증가를 비롯한 산업활동에 미치는 피해 등으로 사회적 경제적인 파급 효과는 매우 크기 때문에 재해 민감도는 다른 재해에 비해 급격히 증가하고 있다. 또한 한반도에서 발생하는 대설은 지역적으로 편중되어 있으며 강원도 대관령을 중심으로 강릉과 속초 지역, 울릉도 지역, 서해안 지역 등 3개 권역으로 나눠져 있다. 이와 같이 3개 권역으로 구분할 수 있는 것은 각 권역별로 대설을 유발하는 종관 배경과 발생기구가 다르기 때문이다.

이런 가운데 이 3개의 권역 중에서 제1대설권으로 불리는 대관령을 중심으로 한 강릉과 속초지역이 우리나라에서 대설이 가장 많이 오는 지역으로 분류되고 있다. 제1대설권인 영동지역은 남북으로 뻗어있는 태백산맥의 지형적인 영향과 동해와 인접한 지역적인 영향으로 다른지역 보다 많은 강설량이 보인다. 이에 강원도 등 대관령의 대설을 분석해 본 결과 속초 연안의 해수면 온도 차이가 영향이 가장 크며 풍속이 증가함에 따라 대관령 강설량이 증가했다. 특히 시베리아 고기압 하에서 중규모의 기압골이 발생 영동지역의 대설에 영향을 미치고 있다.

여기에 강원도 등의 권역을 제외한 서울 경기 충청지역의 경우는 저기압 전면의 하층 기압에서 대기불안정으로 급격히 발달한 소규모 요란에 의해 강설이 있었고 여기에 중국에서 발생한 저기압이 발달하여 이동하는 과정에서 대설 등이 나타났다. 이런 가운데 최근 내린 강원도 강릉을 포함한 한반도 대설은 북극 지방의 찬공기가 남하함에 따라 발생한 것으로 알려졌다. 특히 서해안과 중부지방을 중심으로 12월 중반 이후 기온 변화가 심하고 눈이 자주 내렸다. 이에 이같은 폭설의 원인은 북극 기온이 평년보다 약 10도 높은 상태가 지속되면서 북극의 찬 공기가 중위도까지 남하하여 북미, 유럽 동아시아에 한파를 유발하는 것으로 보고 있다.

실제 이같은 원인으로 영국의 경우 100년만의 한파와 17년만의 폭설, 미국 중서부와 중국 북부 지역에서는 폭설이 내린바 있다. 또한 북극의 기온이 평년보다 높아지면 북극지방의 찬 공기가 남하하게 되어 중위도에 엄동이 나타나고 있다. 여기에 동아시아에서는 대륙으로부터 우리나라 쪽으로 저기압의 이동통로가 형성돼 저기압 통과시 중부지방에 많은 눈이 내렸고, 통과후에는 한기를 동반한 대륙고기압이 확장하며 많은 눈이 내렸다.