열대저기압 예보

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열대 저기압 예측은 열대 저기압의 중심과 그 영향이 향후 어느 시점에 있을 것으로 예상되는지를 예측하는 과학이다.열대 저기압 예측에는 트랙 예측, 강도 예측, 강우 예측, 폭풍 급증, 토네이도, 계절 예보 등 몇 가지 요소가 있다.트랙 예측에 관한 기술은 증가하고 있지만, 강도 예측 기술은 지난 몇 년간 변하지 않았다.계절적 예보는 1980년대에 대서양 유역에서 시작되었고 그 후 몇 년 동안 다른 분지로 퍼졌다.

역사

단기

열대성 사이클론이 예측되는 방법은 시간의 경과에 따라 달라졌다.서반구에서 처음으로 알려진 예측은 중령에 의해 이루어졌다.1847년 바베이도스에서 영국 공병대의 윌리엄 리드.리드는 예측의 근거로 기압 측정을 주로 활용했다.베니토 넝쿨은 1870년대 아바나에 구름 덮개 변화를 기반으로 한 예보·경보 시스템을 도입했다.그러나 1900년대 초 이전에 대부분의 예보는 기상 관측소에서 직접 관측을 통해 이루어졌으며, 기상 관측소는 그 후 전보를 통해 센터를 예측하기 위해 중계되었다.20세기 초 무전기가 등장하고 나서야 해상의 배에서 관측한 관측을 기상 통보관이 이용할 수 있었다.1930년대는 열대성 사이클론 예측에서 라디오폰드의 사용을 보았다.그 다음 10년은 1943년 허리케인으로 첫 전용 비행을 시작으로 1944년 허리케인 헌터스가 창설되는 등 군부에 의한 항공기 기반 정찰의 등장을 보았다.1950년대 미국에서 해안 기상 레이더가 사용되기 시작했으며, 1954년부터 허리케인 연구 부서의 선구자에 의한 연구 정찰 비행이 시작되었다.^[1]

1960년 첫 기상위성 TIROS-I의 발사는 열대성 사이클론 예측에 여전히 중요한 새로운 예측 기법을 현재에 도입했다.1970년대에는 표면 측정의 해상도를 향상시키기 위해 부표가 도입되었는데, 그 시점까지는 모든 해외 표면에서 사용할 수 없었다.^[1]

장기

1970년대 후반, 윌리엄 그레이는 엘니뇨 기간 동안 북대서양 유역에서 허리케인 활동이 적은 추세를 알아차렸다.그는 그러한 사건들과 긍정적인 결과들 사이에 연관성을 만든 최초의 연구자였다.그는 아프리카 사헬의 습한 기간과 미국 동부 해안을 따라 발생하는 주요 허리케인 상륙의 증가를 연결하는 등 전 세계의 수많은 요인들이 열대성 사이클론 활동에 영향을 미친다는 것을 발견했다.그러나, 그의 연구결과는 또한 일차적인 영향력으로만 볼 때 모순을 보여주었다.^[2]

그레이는 자신의 연구 결과를 활용하여 계절 허리케인 활동에 대한 객관적이고 통계적인 예측을 개발했다; 그는 오직 열대성 폭풍, 허리케인, 그리고 주요 허리케인의 수만을 예측했다. 앞서 언급한 불일치로 인한 선로와 잠재적 지반하락들에 대한 구체적인 사항들.^[2]그레이는 열대성 사이클론 활동, 엘니뇨-남부 진동(ENSO), 준생물 진동(QBO), 카리브해 분지 해수면 압력 사이의 통계적 관계를 이용한 1984년 시즌을 앞두고 첫 번째 계절예보를 발표했다.^[3][4]그 노력은 그다지 성공적이지 못했다.^[2]그는 이어 5월 대서양 허리케인 시즌이 시작되기 전, 그리고 8월 시즌이 최고조에 달하기 전에 예측을 발표했다.^[5]크리스토퍼 랜드시, 폴 W. 미엘케 주니어, 케네스 J. 베리 등 학생과 동료들은 다음 해에 그의 예측팀에 합류했다.^[6]

트랙

대규모 시냅스 흐름은 열대성 사이클론 운동의 70~90%를 결정한다.심층 평균 흐름은 선로 방향과 속도를 결정하는 데 가장 좋은 도구다.만약 폭풍이 크게 피었다면, 낮은 수준의 바람을 사용하는 것이 더 나은 예측 변수다.베타 효과에 대한 지식은 열대성 사이클론을 조종하는 데 사용될 수 있는데, 이는 북반구에서 열대성 사이클론으로 향하는 북서쪽으로 더 나아가기 때문이다.또한 더 정확한 궤적을 결정하기 위해서는 폭풍 중심부의 단기 흔들림을 부드럽게 하는 것이 가장 좋다.^[7]

열대저기압 선로에 영향을 미치는 힘 때문에 정확한 선로 예측은 고기압과 저기압 지역의 위치와 강도를 결정하고 열대계통의 수명 동안 그러한 지역이 어떻게 변화할지를 예측하는 데 달려 있다.열대성 사이클론에서 작용하는 힘에 대한 이해도가 높아진 예측 모델과 지구 궤도를 도는 위성 및 기타 센서의 풍부한 데이터를 결합하여 과학자들은 최근 수십 년 동안 궤도 예측의 정확도를 높였다.^[8]선로 예보가 부정확할 경우 강도, 강우량, 폭풍해일, 토네이도 위협 등에 대한 예측도 부정확하기 때문에 정확한 선로 예보가 중요하다.

1-2-3 규칙

1-2-3 규칙(해수선원 1-2-3 규칙 또는 위험지역)은 심각한 폭풍(특히 허리케인 및 열대성 폭풍) 추적 및 예측에 대해 해선원들에게 일반적으로 가르치는 지침이다.그것은 각각 24-48-72시간 동안 100-200-300해리 거리의 반올림된 장기 NHC/TPC 예측 오류를 가리킨다.이 수치는 1982-1991년 기간 동안 10년 평균에 가까웠다.^[9]그러나 NHC 예보관들의 정확도가 높아짐에 따라 이러한 오류는 50-100-150에 가깝게 줄어들었다.피해야 할 "위험 구역"은 각각의 수백 마일 및 예측 바람 반경(이 시간에서의 폭풍의 크기)에 해당하는 반지름으로 예측 경로를 확장하여 건설된다.^[10]

강도

기상 통보관들은 사이클론 트랙보다 열대성 사이클론의 강도를 예측하는 데 덜 능숙하다고 말한다.^[11]이용 가능한 컴퓨팅 파워는 정확한 위상 및 대기 조건과 같은 다수의 복잡한 요인을 정확하게 모델링하는 예측자의 능력을 제한하지만, 경험과 이해도가 증가하면 같은 해상도의 모델도 실제 행동을 보다 정확하게 반영하도록 조정할 수 있다.^[12]또 다른 약점은 폭풍의 눈에서 풍속 측정이 빈번하지 않다는 것이다.나사가 2016년 발사한 사이클론 글로벌 항법위성 시스템은 기상 부표와 허리케인 통과 항공기의 산발적인 측정에 비해 훨씬 많은 데이터를 제공할 것으로 예상된다.^[13]

특히 서북태평양과 카리브해 등 큰 섬이 있는 지역에서는 육지에 근접하는 것이 열대성 사이클론 개발에 저해 요인이 되기 때문에 정확한 선로 예보가 필수적이다.강력한 허리케인/태풍/사이클로네는 외측 안벽이 형성되어(일반적으로 폭풍의 중심에서 약 80–160 킬로미터(50–99 mi)) 내측 안벽 내의 대류를 질식시킬 경우 약해질 수 있다.이러한 약화를 안벽 교체 주기라고 하며, 대개 일시적이다.^[14]

최대 전위 강도

케리 에마누엘 박사는 1988년 경에 해수면 온도와 최신 글로벌 모델 런의 대기 프로필을 바탕으로 열대성 사이클론 강도의 상한값을 계산하기 위해 최대 전위 강도 또는 MPI라고 불리는 수학적 모델을 만들었다.이 방정식에서 생성된 지도는 마지막 모델 실행(0000 또는 1200UTC) 시 대기의 열역학으로 인해 달성 가능한 최대 강도의 값을 보여준다.그러나 MPI는 수직 윈드 시어를 고려하지 않는다.^[15]MPI는 다음 공식을 사용하여 계산한다.

${\displaystyle V=A+B\cdot e^{C(T-T_{0}})}}$

여기서 $V{\displaystyle }$ ${\displaystyle$ $V$$}$이(가) 초당 최대 전위 속도(m)이고$$, $T{\displaystyle }$ ${\displaystyle T}$은 열대 저기압 중심 아래의 해수면 온도(the surface t)이며$$, $T{\displaystyle }$ ${\displaystyle {0\mathrm{}}_{}}$ ${\$ $T_$${0}$은 기준$$ 온도(30°C)이고 $A{\displaystyle }$$$${\displa$($displa$$)$이다$.$$ystyle C}$은(는) 곡선 적합 상수입니다.$A{\displaystyle }$= ${\displaystyle 28.2}$ ${\displaystyle A=28.$2$\},$ $B{\displaystyle }$= ${\displaystyle 55.}$8 ${\displaystyle B=55.8$ $C{\displaystyle }$=${\displaystyle 0.1813}$ ${\displaystyle C=0.1813},$ 이 함수에 의해 생성된 그래프는 경험적 열대 저기압 강도 데이터의 99번째 백분위수에 해당한다$.$^[16]

강우량

1970년과 2004년 사이에 열대성 사이클론으로부터의 내륙 홍수가 미국의 열대성 사이클론으로부터 대부분의 사망자를 발생시켰기 때문에 열대성 사이클론 강우 예측은 중요하다.^[17][18]홍수는 육지 근처의 열대성 사이클론에게 흔하지만, 열대성 사이클론으로부터 과도한 강우로 이어지는 몇 가지 요인이 있다.허리케인 대니와 허리케인 윌마에서 보았던 느린 동작은 많은 양을 초래할 수 있다.멕시코, 아이티, 도미니카 공화국, 중앙아메리카, 마다가스카르, 레유니온, 중국, 일본의 많은 지역이 그렇듯이 해안 근처에 지형이 존재한다는 것은 산으로 흘러들어가는 상승세에 따른 양을 확대시키는 작용을 한다.허리케인 플로이드 때 그랬듯이 웨스턴을 통과하는 기압골에서 강력한 상층부 강제력은 평균 전진 운동으로 움직이는 시스템에서도 과도한 양을 초래할 수 있다.이 두 가지 요인의 조합은 특히 불구가 될 수 있는데, 이는 중앙아메리카의 허리케인 미치(Mitch)^[19] 때 볼 수 있었다.따라서 정확한 열대성 사이클론 강수량 예보를 도출하기 위해서는 정확한 선로 예보가 필수적이다.^[20]그러나, 지구 온난화의 결과로, 바다 표면에 쌓인 열은 폭풍과 허리케인이 더 많은 수증기를 잡을 수 있게 했고, 대기 중의 온도가 높아진 것을 감안한다면, 더 오랜 시간 동안 수분을 유지한다.^[21]이것은 종종 허리케인의 가장 큰 피해를 줄 수 있는 강타한 땅에 엄청난 양의 강우량을 초래한다.

운영 방법

역사적으로 열대 사이클론 추적 차트는 과거 트랙을 포함하고 지역 특화 기상센터와 열대 사이클론 경보 센터에서 향후 예측을 준비하기 위해 사용되었다.열대성 사이클론 예측을 위한 보다 현대화된 방법의 필요성은 1980년대 중반까지 운영 중인 기상 예보관들에게 분명해졌다.당시 미 국방부는 열대성 사이클론을 예측하기 위해 종이 지도, 아세테이트, 그리스 연필, 이질적인 컴퓨터 프로그램을 사용하고 있었다.^[22]자동 열대저기압예측시스템(ATCF) 소프트웨어는 1986년부터 합동태풍경보센터(JTWC) 해군연구소가 개발해 1988년부터 사용했다.^[23]1990년 동안 이 시스템은 국립 허리케인 센터(NHC), 국립 환경 예측 센터(National Centers for Environmental Prediction), 중앙 태평양 허리케인 센터에서 사용하도록 조정되었다.^[23][24]이를 통해 NHC는 효율성을 개선하고 예측에 필요한 시간을 25% 또는 1시간 단축할 수 있는 멀티태스킹 소프트웨어 환경을 제공했다.^[24]ATCF는 원래 DOS 내에서 사용하기 위해 개발되었다가 나중에 Unix와 Linux에 적용되었다.^[23]

폭풍해일

대서양 유역의 주요 폭풍 서지 예측 모델은 SLOOSH로, 이것은 해, 호수, 오버랜드, 허리케인으로부터의 서지 등을 의미한다.^[25]그것은 폭풍의 크기, 강도, 전진 운동, 해안 평야의 지형을 사용하여 미국 전역의 어떤 개별 격자 지점에서의 폭풍 파동의 깊이를 추정한다.정확한 폭풍해일 예보를 위해서는 정확한 예보 트랙이 필요하다.단, 착륙지점이 불확실한 경우 접근방향을 기준으로 최대 물 봉투(MEOW) 지도를 생성할 수 있다.예측 트랙 자체도 불확실한 경우 특정 강도의 허리케인에 대해 가능한 최악의 시나리오를 보여주는 최대 MoM(Maximums) 지도가 생성될 수 있다.^[26]

토네이도

대부분의 열대성 사이클론 관련 토네이도의 위치는 북반구의 북동쪽 사분면과 남반구의 남동쪽 사분면이다.^[27]열대성 사이클론 영향에 대한 다른 대부분의 예보와 마찬가지로 정확한 토네이도 위협 예측을 작성하기 위해서는 정확한 선로 예측이 필요하다.

계절예보

다양한 기후변수의 연간 변동을 살펴봄으로써, 기상 예보관들은 특정 계절에 발생할 열대 사이클론의 전체 수와 강도에 대해 예측을 할 수 있다.예를 들어, 미국의 기후 예측 센터는 계절 전망을 건설할 때 엘니뇨-남부 진동, 25-40년 열대 주기, 대양 상공의 윈드 시어, 해양 표면 온도의 영향을 고려한다.^[28]

참고 항목

• 헤버트 박스

참조