슈퍼셀

3. 구조

슈퍼셀은 다른 뇌우와 분리되어 나타나기도 하지만, 때로는 강풍대에 포함되기도 한다. 일반적으로 저기압 시스템의 따뜻한 구역에서 발생하며, 한랭 전선과 일치하여 북동쪽으로 이동하는 경향이 있다. 슈퍼셀은 몇 시간 동안 지속될 수 있는 준정상 상태의 폭풍으로, 평균 풍향에서 벗어나 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있다. 이를 각각 "오른쪽 이동" 또는 "왼쪽 이동"이라고 부른다. 때로는 반대 방향으로 회전하는 두 개의 상승 기류를 생성하여 폭풍을 두 개로 분할하기도 한다.

슈퍼셀은 크기와 높이가 다양하며, 많은 양의 우박, 억수 같은 비, 강한 바람, 강하풍을 동반한다. 메조사이클론 내에서 토네이도를 발생시키는 몇 안 되는 구름 유형 중 하나이지만, 30% 이하만이 토네이도를 발생시킨다.

슈퍼셀은 수평 와도의 기울어짐을 통해 회전을 얻는다. 풍속 시어가 상승하는 공기 덩어리에 차등적인 힘을 가해 회전을 부여하고, 강한 상승 기류는 수평축을 중심으로 회전하는 공기를 들어 올려 수직축을 중심으로 회전하게 한다. 이는 깊은 회전하는 상승 기류, 즉 메조사이클론을 형성한다.

충분한 강도의 상승 기류를 형성하기 위해서는 일반적으로 ''캡'' 또는 캡핑 역전이 필요하다. 습기를 머금은 공기는 더 차가운 영역으로 회전하면서 냉각되어 강수된다. 이는 더 차갑고 침입하는 공기 위로 따뜻한 공기가 넘쳐흐르는 유두운의 난류 공기로 표현된다. 캡은 전단풍이 한동안 더 이상의 상승을 막는 곳에서 형성되며, 상대적인 약점이 캡의 돌파(오버슈팅 탑)를 허용할 때까지이다. 더 차가운 공기는 선반 구름을 형성할 수도 있고 안 할 수도 있지만, 강수 구역은 상승 기류의 열 엔진이 침입하는 더 차가운 공기와 섞이는 곳에서 발생한다. 캡은 정상적인(차가운 공기 위에 따뜻한 공기) 경계층 위에 역전된(따뜻한 공기 위에 차가운 공기) 층을 형성하며, 따뜻한 지표면 공기의 상승을 막는다.

더 차갑지만 건조한 공기가 따뜻하고 습기를 머금은 유입으로 순환함에 따라 구름 기저는 자주 벽을 형성하고, 구름 기저가 종종 낮아진다. 극단적인 경우 토네이도가 형성되는 곳이다. 이것은 더 차가운 층 아래에 따뜻하고 습한 층을 생성하며, 이는 점점 더 불안정해진다. 캡이 약해지거나 이동하면 폭발적인 발달이 뒤따른다.

북아메리카에서 슈퍼셀은 도플러 기상 레이더에 남서쪽에서 시작하여 북동쪽으로 퍼져나가는 점 또는 갈고리 모양으로 나타난다. 가장 많은 강수는 남서쪽에 있으며, ''비가 없는 상승 기류 기저'' 또는 ''주요 상승 기류''(레이더에 보이지 않음)에서 갑자기 멈춘다. ''후면 플랭크 하강 기류''(RFD)는 상승 기류 기저의 북쪽과 북서쪽을 시계 반대 방향으로 회전하며 강수를 운반하여 메조사이클론의 존재를 나타내는 "갈고리 에코"를 생성한다.^[1]

3. 1. 오버슈팅 탑 (Overshooting Top)

오버슈팅 탑은 폭풍의 앤빌(모루 구름)에서 가장 강력한 상승 기류 위치 위에 나타나는 돔 모양의 특징이다. 이는 상층의 대류권을 뚫고 하층 성층권으로 들어갈 만큼 강력한 상승 기류의 결과이다.^[7][8] 지상에서 폭풍과 가까운 곳에 있는 관찰자는 앤빌이 시야를 가리기 때문에 오버슈팅 탑을 보기 어려울 수 있다. 오버슈팅 탑은 앤빌 구름의 매끄러운 상층 표면 사이에서 "거품이 이는" 모습으로 위성 사진에서 관찰할 수 있다.

3. 2. 앤빌 (Anvil)

슈퍼셀의 앤빌(모루)은 폭풍의 상승 기류가 대류권 상층에 도달하여 더 이상 올라갈 수 없을 때 형성된다. 이는 공기 덩어리가 부력을 잃기 때문인데, 앤빌은 매우 차갑고(-30°C) 강수는 거의 없지만, 전방으로 깎인 앤빌에서 버가가 떨어지는 것을 볼 수 있다. 앤빌에는 수분이 거의 없어서 바람이 자유롭게 이동할 수 있다. 상승 기류가 약 15240.00m에서 약 21336.00m 이상에 도달하면 구름은 앤빌 형태를 띠며, 폭풍 앞쪽으로 선반처럼 튀어나오는 것이 특징이다. 매우 강한 상승 기류의 경우, 앤빌이 뒤로 깎이는 '후방 깎인 앤빌'이 나타나기도 한다.

3. 3. 강수 없는 기저부 (Precipitation-free Base)

북아메리카에서 슈퍼셀은 일반적으로 도플러 기상 레이더에 남서쪽에서 시작하여 북동쪽으로 퍼져나가는 점 또는 갈고리 모양으로 나타난다. 가장 많은 강수는 일반적으로 남서쪽에 있으며, '비가 없는 상승 기류 기저' 또는 '주요 상승 기류'(레이더에 보이지 않음)에서 갑자기 멈춘다. ''후면 플랭크 하강 기류''(RFD)는 상승 기류 기저의 북쪽과 북서쪽을 시계 반대 방향으로 회전하며 강수를 운반하여 메조사이클론의 존재를 나타내는 "갈고리 에코"를 생성한다.^[1]

이 지역은 북미 폭풍의 남쪽에 위치하며, 비교적 강수가 없다.^[1] 이곳은 주 상승류 아래에 위치하며, 주요 유입 지역이다.^[1] 관찰자에게는 강수가 보이지 않을 수 있지만, 이 지역에서는 큰 우박이 떨어질 수 있다.^[1] 이 지역의 일부를 볼트(Vault)라고 부르기도 하며, 보다 정확히는 주 상승류 지역이라고 한다.^[1]

북반구 중위도에서는 슈퍼셀뿐만 아니라 대부분의 저기압이 중심부의 남쪽에서 강수가 적다.^[1] 메인 상승 기류 바로 아래, 또는 주변에서 슈퍼셀의 중심을 향해 바람이 불어 들어오는 중심이 위치하기 때문이다.^[1] 이 지역에서는 지상에서 굵은 우박이나 비가 보이지 않아도, 상공에서는 상승 기류에 의해 그것들이 부유하고 있을 수 있다.^[1]

3. 4. 벽 구름 (Wall Cloud)

월 클라우드는 하강 기류와 상승 기류의 경계면 근처, 즉 ''강수 구역''과 ''무강수 기저'' 사이의 영역에서 형성된다. 월 클라우드는 하강 기류에서 빗물로 냉각된 공기가 상승 기류로 유입될 때 형성된다. 이 습하고 차가운 공기는 상승 기류에 의해 상승하면서 빠르게 포화되어 무강수 기저에서 "내려오는" 것처럼 보이는 구름을 형성한다. 월 클라우드는 흔하게 발생하며 슈퍼셀에만 국한되지 않는다. 실제 토네이도를 생성하는 경우는 소수이지만, 만약 폭풍이 토네이도를 생성한다면 일반적으로 10분 이상 지속되는 월 클라우드를 보인다. 위아래로 격렬하게 움직이는 것처럼 보이는 월 클라우드와 월 클라우드 근처의 조각 구름의 격렬한 움직임은 토네이도가 형성될 수 있다는 징후이다.

북반구의 중위도 지역에서는 도플러 레이더로 슈퍼셀을 관측하면 남서쪽에 작은 원형 또는 갈고리 모양의 구름, 북동쪽에 넓게 퍼지는 구름이 나타나는 특징이 있다. 심한 비는 남서쪽에서 내리며, "무강우성 상승 기류"나 "메인 상승 기류"가 갑자기 끝날 즈음에 시작된다. 메인 상승 기류역의 북쪽이나 북서쪽에서는 RFD(rear flank downdraft)라는 소규모 전선이 심한 비를 내리게 한다. RFD는 레이더 영상에서 메조사이클론 발생을 나타내는 훅 에코를 만든다.^[1]

현재 슈퍼셀의 메커니즘을 설명하는 유력한 모델은 Leslie R. Lemon과 Charles A. Doswell III의 논문 "''Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis''"(토네이도 발생 기구와 관련된 심한 뇌우의 진화와 메조사이클론의 구조)이다.^[2]

슈퍼셀은 윈드 시어에 의해 생겨난 수평 와도의 편차에 의해 스스로 저기압처럼 회전한다. 이는 강한 상승 기류가 수평 방향을 축으로 지면과 직각인 면을 회전하는 보통의 바람을 들어 올리고, 수직 방향을 축으로 지면과 평행한 면을 회전하도록 비틀어 버리는 것으로 일어난다. 이것은 deep rotating updraft, 이른바 '''메조사이클론'''이라고 불린다.^[3]

3. 5. 매머터스 구름 (Mammatus Clouds)

매머터스 구름(Mammatus clouds)는 뇌우의 앤빌 아래에서 뻗어 나오는 젖꼭지 모양 또는 베개 모양의 구름 형태이다. 이 구름은 폭풍의 앤빌 지역의 찬 공기가 그 아래의 더 따뜻한 공기 속으로 가라앉으면서 형성된다. 매머터스(Mammatus)는 한쪽 또는 아래쪽에서 빛을 받을 때 가장 뚜렷하게 나타나며, 따라서 해가 지기 직전이나 해가 뜬 직후 태양이 하늘에 낮게 있을 때 가장 인상적이다. 매머터스는 슈퍼셀에만 국한되지 않으며 발달한 뇌우 및 적란운과 관련될 수 있다.

분류:구름

3. 6. 전방 하강 기류 (Forward Flank Downdraft, FFD)

슈퍼셀의 전방 하강 기류(FFD) 지역은 일반적으로 가장 강하고 광범위한 강수 지역이다. 대부분의 슈퍼셀에서 강수 코어의 가장자리는 선반 구름에 의해 경계를 이루는데, 이는 강수 코어 내의 비에 의해 냉각된 공기가 바깥쪽으로 퍼져나가 세포 외부의 더 따뜻하고 습한 공기와 상호 작용하기 때문이다. 강수가 없는 기저부와 FFD 사이에서 "볼트" 또는 "대성당" 특징이 관찰될 수 있다. ''고강수 슈퍼셀''에서는 볼트가 일반적인 슈퍼셀에서 번갈아 관찰되는 주 상승 기류 영역 아래에 강한 강수 지역이 발생할 수 있다.

3. 7. 후방 하강 기류 (Rear Flank Downdraft, RFD)

북아메리카에서 슈퍼셀은 일반적으로 도플러 기상 레이더에 남서쪽에서 시작하여 북동쪽으로 퍼져나가는 점 또는 갈고리 모양으로 나타난다. 가장 많은 강수는 일반적으로 남서쪽에 있으며, '비가 없는 상승 기류 기저' 또는 '주요 상승 기류'(레이더에 보이지 않음)에서 갑자기 멈춘다. 후면 플랭크 하강 기류(RFD)는 상승 기류 기저의 북쪽과 북서쪽을 시계 반대 방향으로 회전하며 강수를 운반하여 메조사이클론의 존재를 나타내는 "갈고리 에코"를 생성한다.^[1]

슈퍼셀의 후방 측면 하강 기류(RFD)는 매우 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않은 현상이다. RFD는 주로 전형적인(classic) 슈퍼셀과 HP 슈퍼셀 내에서 발생하지만, LP 슈퍼셀 내에서도 관찰되었다. 슈퍼셀의 RFD는 표면 메조사이클론 내의 기존 회전을 강화하여 토네이도 발생에 큰 역할을 하는 것으로 여겨진다. RFD는 슈퍼셀의 중간 고도 조향풍이 상승류 타워와 충돌하여 모든 방향으로 이동하면서 발생한다. 특히 아래쪽으로 방향이 전환된 기류를 RFD라고 한다. 이 상대적으로 차가운 중간 고도 공기의 하강 급증은 이슬점, 습도, 공기 덩어리의 수렴에 의한 응결 간의 상호 작용으로 인해 매우 빠른 속도에 도달할 수 있으며 광범위한 풍해를 일으키는 것으로 알려져 있다. RFD의 레이더 시그니처는 하강하는 공기가 강수를 동반하는 갈고리 모양 구조이다.^[1]

도플러 레이더로 슈퍼셀을 관측하면, 남서쪽에 작은 원형 또는 갈고리 모양의 구름, 북동쪽에 넓게 퍼지는 구름이 나타난다는 특징이 있다. 심한 비가 내리는 것은 남서쪽이며, "(강하 기류를 일으키기 어려운) 무강우성 상승 기류"나 "(셀의 성장을 지지하는) 메인 상승 기류"가 갑자기 끝날 즈음에 시작된다. 또한, 메인 상승 기류역의 북쪽이나 북서쪽에서는, RFD(rear flank downdraft)라는 소규모의 전선이 심한 비를 내리게 한다.^[1]

3. 8. 플랭킹 라인 (Flanking Line)

플랭킹 라인은 주 상승 기류에 의해 유입된 따뜻한 상승 기류에서 형성되는 작은 적란운 또는 적운의 열이다.^[1] 이 선을 따라 수렴과 상승으로 인해 이 지역의 유출 경계에서 때때로 랜드스파우트가 발생한다.^[1]

슈퍼셀의 생성 과정

4. 레이더 특징

슈퍼셀은 기상 레이더를 통해 독특한 특징들을 관찰함으로써 식별할 수 있다.

4. 1. 훅 에코 (Hook Echo)

4. 2. 경계 약에코 영역 (Bounded Weak Echo Region, BWER)

4. 3. 유입 노치 (Inflow Notch)

4. 4. V 노치 (V Notch)

4. 5. 하강 반사도 핵 (Descending Reflectivity Core)

5. 종류

슈퍼셀은 기상학자나 폭풍 감시자에 의해 세 가지 범주로 분류되지만, 모든 슈퍼셀이 어느 한 범주에 딱 들어맞는 것은 아니다. 많은 슈퍼셀이 수명 동안 서로 다른 기간에 다른 범주에 속할 수 있다. '''전형적인''' 슈퍼셀은 저강수형(LP)이나 고강수형(HP)에 해당하지 않는 슈퍼셀을 말한다. 모든 유형의 슈퍼셀은 일반적으로 심한 기상 현상을 동반한다.

1990년대 초 존 데이비스는 미니 슈퍼셀^[19]이라고 불렸던, 현재는 일반적으로 로우-톱 슈퍼셀이라고 불리는 또 다른 변형을 확인했다.

슈퍼셀은 작은 단일 셀에서 성장하거나, 여러 셀(멀티셀)이 구성하는 덩어리에서 만들어지기도 한다. 상승 기류와 하강 기류가 분리되어 있어 지속 시간이 평균 수 시간으로 길며, "준정상 상태의 폭풍"으로도 알려져 있다. 멀티셀 라인에서 만들어지는 경우에는, 일반풍에 따른 방향에서 분열하여 방향 전환을 하기도 한다. 수평 방향의 일반풍에 연직 시어가 있을 때 분열되기 쉬우며, 오른쪽으로 빗나가는 "라이트 무버(right-movers)", 왼쪽으로 빗나가는 "레프트 무버(left-movers)"로 분열된다. 이때, 라이트 무버는 하강 기류가 강해져 약화되는 반면, 레프트 무버는 상승 기류가 강해져 슈퍼셀이 된다.

슈퍼셀은 크기로 정의되는 것이 아니므로, 그 크기는 다양하다. 보통 수평 규모는 약 10km~100km 정도이다. 슈퍼셀은 대량의 우박, 심한 비(집중 호우), 강한 다운버스트, 그리고 때로는 토네이도를 발생시킨다. 특히 "메소사이클론 연장형" 토네이도의 발생 원인으로 가장 오래전부터 알려져 있다.

슈퍼셀은 조건이 갖춰지면 전 세계 어디에서든 발생할 수 있다. 1962년 영국 워킹엄을 덮친 폭풍이 최초로 슈퍼셀로 인지된 사례이며, Keith Browning과 Frank Ludlam 두 연구자에 의해 밝혀졌다^[51] . 세계에서 가장 슈퍼셀이 자주 발생하는 곳은 미국 그레이트 플레인스 지역이지만, 중위도 지역에서는 어디든 비교적 자주 발생한다.

2017년 8월 22일에는 아이치현 키요스시나 이치노미야시 등의 오와리 북부에서 비슷한 현상이 일어나 큰 피해를 입혔다.^[52]

5. 1. 저강수 슈퍼셀 (Low Precipitation Supercell, LP)

5. 2. 고강수 슈퍼셀 (High Precipitation Supercell, HP)

• 메조사이클론이 비로 둘러싸여 있어 토네이도가 (존재하는 경우) 잘 보이지 않아 특히 위험하다.
• 폭우로 인한 홍수, 파괴적인 강하풍(다운버스트)을 일으킨다.
• 주로 약한 토네이도를 발생시키지만, 강력하거나 격렬한 토네이도를 발생시키기도 한다.
• 다른 유형의 슈퍼셀(Classic, LP)보다 파괴적인 우박 발생 가능성은 낮지만, 파괴적인 우박이 발생할 수도 있다.
• 일부 기상학자는 다른 유형보다 대지 번개 및 구름 내 번개를 더 많이 발생시킨다고 관찰하기도 했다.

6. 영향

슈퍼셀은 많은 양의 우박, 억수 같은 비, 강한 바람과 강하풍을 동반하며, 메조사이클론 내에서 토네이도를 발생시키는 몇 안 되는 구름 유형 중 하나이다. 하지만 슈퍼셀 중 30% 이하만이 실제로 토네이도를 발생시킨다.^[54][55]

슈퍼셀과 관련된 심각한 기상 현상은 거의 항상 상승 기류와 하강 기류의 경계 영역에서 발생한다. 북반구에서는 주로 강수 구역의 후면(남서쪽)에서 발생하지만, 때로는 전면(남동쪽)에서도 발생할 수 있다.

2011년 슈퍼 아웃브레이크에서 볼 수 있듯이, 대형 슈퍼셀은 여러 개의 장거리 추적 및 치명적인 토네이도를 발생시킬 수 있다. 1962년 영국 워킹엄을 덮친 폭풍은 슈퍼셀로 인지된 최초의 사례 중 하나이다.^[51] 2017년 8월 22일에는 일본 아이치현 키요스시와 이치노미야시 등 오와리 북부에서 비슷한 현상이 일어나 큰 피해를 입혔다.^[52]

슈퍼셀은 미국 등에서 시비어 웨더(severe weather)라고 불리는 다음과 같은 심각한 기상 현상을 많이 발생시킨다.

슈퍼셀의 피해로는 토네이도에 의한 것이 가장 상징적이며, 강력한 아웃플로우(유출 기류)에 의해 시속 145km 이상의 바람이 부는 경우도 종종 있다. 다만, 다운버스트는 토네이도와 같은 피해를 가져올 수 있으며, 홍수는 사망자의 대부분을 차지하는 등 다른 피해도 막대하다.

하지만, 이러한 격렬한 기상 현상은 슈퍼셀에만 국한된 것은 아니다. 일본에서도 슈퍼셀이라고 불리지 않는 뇌우에 의해 막대한 피해가 발생한 사례가 많이 존재한다.

6. 1. 우박

• 많은 양의 우박·싸락눈
• 피해 수준의 강풍·돌풍
• 심각한 피해를 초래할 수 있는 토네이도
• 홍수
• 피해 수준의 낙뢰
• 격렬한 비, 집중 호우

6. 2. 강풍

• 많은 양의 우박·싸락눈
• 피해 수준의 강풍·돌풍
• 심각한 피해를 초래할 수 있는 토네이도
• 홍수
• 피해 수준의 낙뢰
• 격렬한 비, 집중 호우

6. 3. 토네이도

슈퍼셀에서는 격렬한 기상 현상이 상승 기류와 하강 기류의 경계역에서 일어나는 경우가 많다. 고전적 또는 LP형에서는 이에 해당하는 셀의 남서부에서 많이 발생하지만, HP형에서는 셀의 전면에 해당하는 남동쪽에서도 많이 발생한다.

슈퍼셀의 피해로는 토네이도에 의한 것이 가장 상징적이며, 강력한 아웃플로우(유출 기류)에 의해 시속 145km/h 이상의 바람이 부는 경우도 종종 있다는 것에서도 알 수 있다. 다만, 다른 피해도 막대하다는 점에는 변함이 없다. 다운버스트는 토네이도와 같은 피해를 가져올 수 있으며, 홍수는 사망자의 대부분을 차지한다.

다만, 이러한 격렬한 기상 현상은 슈퍼셀에만 국한된 것은 아니다. 일본에서도 슈퍼셀이라고 불리지 않는 뇌우에 의해 막대한 피해가 발생한 사례가 많이 존재한다.

6. 4. 홍수

6. 5. 번개

7. 세계 사례

슈퍼셀은 적절한 기상 조건만 갖춰진다면 전 세계 어디에서든 발생할 수 있다. 1962년 키스 브라우닝과 프랭크 루들람이 영국 워킹엄 폭풍을 연구하면서 슈퍼셀 유형의 폭풍을 처음으로 확인했다.^[4] 브라우닝의 초기 연구를 바탕으로 레슬리 R. 레몬과 찰스 A. 도스웰 III가 슈퍼셀의 현대적 개념 모델을 개발했다.^[5]

기록상 슈퍼셀은 미국 중부의 대평원과 캐나다 남부, 미국 남동부 및 멕시코 북부, 아르헨티나 동중부와 인접한 우루과이 지역, 방글라데시와 인도 동부 일부, 남아프리카 공화국, 오스트레일리아 동부에서 가장 빈번하게 발생한다.^[6] 슈퍼셀은 중국 동부와 유럽 전역을 포함한 다른 많은 중위도 지역에서도 가끔 발생한다. 슈퍼셀 발생 빈도가 가장 높은 지역은 토네이도 기후학과 토네이도 앨리에서 볼 수 있듯이, 토네이도 발생 빈도가 가장 높은 지역과 유사하다.

7. 1. 아시아

7. 2. 오스트레일리아

7. 3. 남아메리카

7. 4. 유럽

7. 5. 북아메리카

기록상 가장 강력한 토네이도 발생인 슈퍼 아웃브레이크는 모두 미국에서 발생했다. 1974년 슈퍼 아웃브레이크와 2011년 슈퍼 아웃브레이크는 각각 10개 이상의 강력한 토네이도를 발생시켰고, 300명 이상이 사망했으며, 수십억 달러의 피해를 입혔다.^[40]

7. 6. 남아프리카 공화국

8. 한국에서의 슈퍼셀

슈퍼셀은 적절한 기상 조건만 갖춰진다면 전 세계 어디에서든 발생할 수 있다. 그러나 현재까지 한국에서 슈퍼셀이 발생했다는 기록은 없다.

8. 1. 최근 동향

참조

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_[5] 간행물 Severe Thunderstorm Evolution and Mesocyclone Structure as Related to Tornadogenesis 1979-09
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