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폭풍누적에너지

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목차

1. 개요

폭풍누적에너지(ACE)는 열대 저기압의 강도와 지속 시간을 결합하여 계산하는 지표이다. ACE는 1분 최대 풍속을 제곱하여 6시간 간격으로 합산하며, 열대 폭풍 강도(최대 풍속 34kn 이상)일 때만 계산한다. ACE는 한 시즌 동안 발생한 각 열대 폭풍의 ACE 값을 합산하여 산출하며, 대서양, 동태평양, 서태평양, 북인도양 등에서 각기 다른 기준으로 시즌을 분류하는 데 사용된다. 대서양에서는 1899년 산 시리아코 허리케인이, 동태평양에서는 1978년 허리케인 피코가 가장 높은 ACE를 기록했다.

2. 폭풍누적에너지 계산 방법

ACE는 다음과 같은 공식으로 계산된다:


:ACE = 10-4 Σ vmax2


  • vmax는 1분최대풍속을 가리키며, 단위는 104 kt2이다.
  • 열대폭풍으로 활동하는 동안에만 6시간 단위로 계산하고, 열대저기압이나 아열대폭풍일 경우에는 계산하지 않는다.
  • 운동 에너지는 속도의 제곱에 비례하므로, 일정 시간 당 에너지를 더하면 누적 에너지를 구할 수 있다. 열대폭풍의 지속 기간이 길어지면, 더 많은 값이 누적 에너지에 더해지기 때문에 더 짧은 기간 동안 활동한 강한 허리케인보다 약한 열대폭풍의 ACE가 더 큰 경우가 생긴다. 비록 ACE가 에너지에 비례하는 값이지만, 에너지의 직접적 계산은 아니다 (이동된 공기의 질량, 즉 열대폭풍의 크기까지 감안해야 한다).
  • 한 시즌의 ACE는 그 시즌에 발생한 각각의 열대폭풍의 ACE값을 더한 것이므로 이 해에 발생한 열대폭풍 수와 활동 기간을 감안하게 된다.
  • 관련된 값에는 허리케인 파괴 퍼텐셜(hurricane destruction potential, HDP)이 있는데, 이는 열대 저기압이 허리케인일 때만 ACE를 계산하는 것이다.
  • 폭풍 누적 에너지는 열대 저기압의 추정 최대 지속 풍속이 기록된 6시간 간격으로 열대 폭풍 강도 이상(≥ 34 kn; 63 km/h; 39 mph)[4]일 때의 제곱을 합산하여 계산된다. 합계는 일반적으로 관리하기 쉽도록 10,000으로 나눈다. ACE의 한 단위는 10−4 kn2와 같으며, 지수로 사용하기 위해 단위를 가정한다. 따라서:


:: \text{ACE} = 10^{-4} \sum v_\max^2 (for v_\max ≥ 34 kn),

여기서 v_\max는 6시간 간격으로 매듭으로 추정된 지속 풍속이다.[6]

운동 에너지는 속도의 제곱에 비례한다. 그러나 위에 정의된 측정과는 달리, 운동 에너지는 또한 질량 m(폭풍의 크기에 해당)에 비례하며, 질량 곱하기 가속도인 힘의 적분을 나타낸다. F = m \times a, 여기서 가속도는 속도 또는 v_\max의 부정 적분이다. 적분은 정규 간격의 제곱의 합이 아닌 제곱 부정 적분의 한계에서의 차이이다. 따라서 지수에 적용된 용어인 "폭풍 누적 에너지"는 지수가 운동 에너지의 척도도 아니고 "누적된 에너지"의 척도도 아니므로 잘못된 이름이다.

3. 폭풍누적에너지에 의한 시즌 분류

북대서양 허리케인의 누적 사이클론 에너지


대서양에서는 미국 국립 해양 대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration)을 비롯한 여러 기관에서 해당 계절을 4가지 범주 중 하나로 분류하기 위해 해당 계절의 ACE 지수를 사용한다. 이 4가지 범주는 극도로 활발, 정상이상, 정상, 정상 이하이며, 1951년부터 2020년까지 70년 동안 ACE 지수를 기준으로 한 계절의 대략적인 사분위수 분할을 사용하여 계산된다. 1951년부터 2020년까지 ACE 지수의 중앙값은 96.7 x 104 kt2이다.

분류 기준
범주ACE 지수 [kt2]1951–2020
중앙값의 %
극도로 활발> 159.6> 165%
정상이상126.1–159.6130%–165%
정상73.0–126.175%–130%
정상이하< 73.0< 75%
참고:



대서양 허리케인 상위 10개 시즌
시즌TSHUMHACE
193320116258.57
200528157245.3
189312105231.15
19261186229.56
199519115227.10
20041596226.88
201717106224.88
195016116211.28
19611285188.9
199814103181.76



동태평양에서 미국 국립 해양 대기청(NOAA) 등은 시즌을 세 가지 범주 중 하나로 분류하기 위해 시즌의 ACE 지수를 사용한다.[20] 이 세 가지 범주는 극도로 활발함, 평균 이상, 평균, 평균 이하이며, 1991년과 2020년 사이 30년 동안의 ACE 지수와 열대 폭풍, 허리케인 및 강한 허리케인 수를 기반으로 한 시즌의 대략적인 삼분위 분할을 사용하여 계산된다.[20]

시즌이 평균 이상으로 정의되려면, ACE 지수 기준과 아래 표에 제시된 다른 기준 중 2개 이상을 충족해야 한다.[20]

1991년부터 2020년까지 ACE 지수의 평균값은 108.7 × 104 kt2이고, 중앙값은 97.2 × 104 kt2이다.[20]

분류 기준
범주ACE 지수1991–2020 중앙값
%		열대
폭풍		허리케인강한
허리케인
극도로 활발함> 170> 180%22개 이상10~16개 이상9~11개 이상
평균 이상110–169110%–175%15~19개 이상8개 이상6개 이상
평균80–11080–112%10~19개 이하9개 이하2~5개 이하
평균 이하< 22–80< 75%colspan=3 #redirect
참고:[20]



가장 강했던 동태평양
허리케인 시즌[19]
순위시즌ACE 값
12018년318.1
21992년294.3
32015년290.2
41990년249.5
51978년207.7
61983년206.2
72014년202.4
81993년201.8
91984년193.7
101985년193.1



범주1990 –2020 ACE 지수 [kt2]
매우 활발함> 328
거의 정상259 - 328
정상 이하< 259
참고:[9]



가장 강했던 태평양 태풍 시즌
순위시즌ACE 값
11997570.4
22004480.6
31992470.1
42015462.9
51994454.6
61958445.8
71957440.2
81965436.2
91962423
101996416.5
출처:[24]



북인도양에는 미국 합동 태풍 경보 센터(United States Joint Typhoon Warning Center)뿐만 아니라 방글라데시, 파키스탄, 인도 기상청 등 열대 저기압을 감시하고 예보하는 다양한 기관이 있다.[25] 결과적으로 열대 저기압의 이동 경로와 강도는 서로 다르며, 그 결과 누적 사이클론 에너지(ACE)도 이 지역에서 다양하다.[25] 그러나 인도 기상청은 이 지역에 대해 세계 기상 기구(WMO)에 의해 공식 지역 전문 기상 센터로 지정되었으며, 1982년부터 시작된 최적의 경로 분석을 기반으로 17노트 이상의 모든 사이클론 시스템에 대한 ACE를 산출했다.[25][26]

북인도양 사이클론 시즌 상위 5위
시즌DDDCSSCSVSCSESCSSUCSACE
201912118663193
2023976543055
20071184222146.1
20131065431045.6
19991085332144.3
참고 문헌:[25][26]


3. 1. 북대서양

미국 국립 해양 대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration)을 비롯한 여러 기관에서는 대서양의 해당 계절을 4가지 범주 중 하나로 분류하기 위해 해당 계절의 ACE 지수를 사용한다. 1951년부터 2020년까지 70년 동안 ACE 지수를 기준으로 한 계절의 대략적인 사분위수 분할을 사용하여 계산된다. 1951년부터 2020년까지 ACE 지수의 중앙값은 96.7 x 104 kt2이다.

분류 기준
범주ACE 지수 [kt2]1951–2020
중앙값의 %
극도로 활발> 159.6> 165%
정상이상126.1–159.6130%–165%
정상73.0–126.175%–130%
정상이하< 73.0< 75%



1951~2000년 평균에 의하면, ACE의 중앙값은 87.5이며 평균값은 93.2이다. 이 값을 바탕으로 NOAA에서는 시즌 분류를 다음과 같이 하기도 한다:


  • 평균 이상 : ACE가 103 이상 (중앙값의 117%)
  • 평균 이하 : ACE가 66 미만 (중앙값의 75%)
  • 평균 : ACE가 66 이상 103 미만


대서양 허리케인 상위 10개 시즌은 아래와 같다.

대서양 허리케인 상위 10개 시즌
시즌TSHUMHACE
193320116258.57
200528157245.3
189312105231.15
19261186229.56
199519115227.10
20041596226.88
201717106224.88
195016116211.28
19611285188.9
199814103181.76



폭풍을 식별하는 어려움으로 인해 위성 시대 이전(1960년대 중반 이전)의 열대성 폭풍, 허리케인 및 강한 허리케인에 대한 과소 평가 편향이 존재한다.

3. 2. 동태평양/중태평양

동태평양에서 미국 국립 해양 대기청(NOAA) 등은 폭풍누적에너지(ACE) 지수를 사용하여 시즌을 세 가지 범주로 분류한다.[20] 1991년부터 2020년까지 ACE 지수의 평균값은 108.7 × 104 kt2이고, 중앙값은 97.2 × 104 kt2이다.[20]

1971~2005년 평균에 의하면, ACE의 중앙값은 115이며, 평균값은 130이다.

분류 기준
범주ACE 지수1991–2020 중앙값
%		열대
폭풍		허리케인강한
허리케인
극도로 활발함> 170> 180%22개 이상10~16개 이상9~11개 이상
평균 이상110–169110%–175%15~19개 이상8개 이상6개 이상
평균80–11080–112%10~19개 이하9개 이하2~5개 이하
평균 이하< 22–80< 75%colspan=3 #redirect
참고:[20]



시즌이 평균 이상으로 정의되려면, ACE 지수 기준과 열대 폭풍, 허리케인 및 강한 허리케인 수 기준 중 2개 이상을 충족해야 한다.[20]

ACE에 대한 데이터는 1971년 시즌부터 신뢰할 수 있는 것으로 간주된다.

가장 강했던 동태평양
허리케인 시즌[19]
순위시즌ACE 값
12018년318.1
21992년294.3
32015년290.2
41990년249.5
51978년207.7
61983년206.2
72014년202.4
81993년201.8
91984년193.7
101985년193.1


3. 3. 서태평양

서태평양의 폭풍누적에너지(ACE)는 1990-2020년 ACE 지수 [kt2]를 기준으로 세 가지 범주로 분류된다.[9]

범주1990 –2020 ACE 지수 [kt2]
매우 활발함> 328
거의 정상259 - 328
정상 이하< 259



1950년대 중반 이전에는 위성 관측 기술 부족으로 인해 열대 폭풍, 태풍, 슈퍼 태풍 등의 식별이 어려워 과소 평가되는 경향이 있었다.

역대 가장 강했던 태평양 태풍 시즌은 1997년으로, ACE 값은 570.4였다.[24] 2004년 (480.6), 1992년 (470.1), 2015년 (462.9), 1994년 (454.6) 등이 그 뒤를 이었다.

3. 4. 북인도양

인도 기상청(IMD)은 세계 기상 기구(WMO)에 의해 북인도양 지역의 공식 지역 전문 기상 센터로 지정되었으며, 1982년부터 17노트 이상의 모든 사이클론 시스템에 대한 폭풍누적에너지(ACE)를 산출했다.[25][26]

북인도양 사이클론 시즌 상위 5위
시즌DDDCSSCSVSCSESCSSUCSACE
201912118663193
2023976543055
20071184222146.1
20131065431045.6
19991085332144.3
참고 문헌:[25][26]



북인도양에는 미국 합동 태풍 경보 센터(United States Joint Typhoon Warning Center)뿐만 아니라 방글라데시, 파키스탄, 인도 기상청 등 열대 저기압을 감시하고 예보하는 다양한 기관이 있어서 열대 저기압의 이동 경로와 강도는 서로 다르며, 그 결과 누적 사이클론 에너지(ACE)도 이 지역에서 다양하다.[25]

4. 역대 주요 폭풍 사례

4. 1. 북대서양

대서양에서 단일 폭풍으로 추정된 역대 최고 ACE는 1899년 산 시리아코 허리케인으로 73.6이었다.[15] 1899년에 발생한 이 허리케인은 4등급 허리케인으로 4주 동안 지속되었으며, 이 단일 폭풍의 ACE는 대서양 허리케인 시즌 전체의 ACE보다 높았다. ACE가 높은 다른 대서양 폭풍으로는 허리케인 아이반(2004년, 70.4), 허리케인 어마(2017년, 64.9)가 있다.[15]

1950년 이후 열대 폭풍의 최고 ACE는 2023년의 열대 폭풍 필리페가 기록한 9.4이다.[16] 1등급 허리케인의 최고 ACE는 2012년의 허리케인 나딘이 기록한 26.3이다. 열대 폭풍의 최저 ACE 기록은 2000년의 열대 폭풍 크리스와 2017년의 열대 폭풍 필리페가 공동으로 보유하고 있으며, 두 폭풍 모두 단 6시간 동안만 열대 폭풍이었고 ACE는 0.1225에 불과했다. 허리케인의 최저 ACE는 2005년의 허리케인 신디와 2007년의 허리케인 로렌조가 기록했는데, 신디의 ACE는 1.5175, 로렌조의 ACE는 1.475였다. 주요 허리케인(3등급 이상)의 최저 ACE는 1969년의 허리케인 게르다가 기록한 5.3이었다.[17]

다음 표는 1851년부터 2021년까지 대서양 분지에서 ACE가 50점을 넘은 폭풍을 보여준다.[17]

폭풍연도최고 등급ACE지속 시간
허리케인 31899년4등급 허리케인73.628일
허리케인 아이반2004년5등급 허리케인70.423일
허리케인 어마2017년5등급 허리케인64.913일
허리케인 91893년3등급 허리케인63.520일
허리케인 이사벨2003년5등급 허리케인63.314일
허리케인 141932년5등급 허리케인59.815일
허리케인 도나1960년4등급 허리케인57.616일
허리케인 캐리1957년4등급 허리케인55.821일
허리케인 이네즈1966년5등급 허리케인54.621일
허리케인 샘2021년4등급 허리케인53.814일
허리케인 루이스1995년4등급 허리케인53.715일
허리케인 앨런1980년5등급 허리케인52.312일
허리케인 에스더1961년5등급 허리케인52.218일
허리케인 매튜2016년5등급 허리케인50.912일


4. 2. 동태평양/중태평양

태평양 동부 또는 중부에서 발생한 단일 폭풍의 역대 최고 ACE는 날짜 변경선 동쪽에 위치한 1978년의 허리케인 피코의 62.8이다. ACE가 높은 다른 동태평양 폭풍으로는 ACE 54.0의 1994년의 허리케인 존, ACE 52.1의 1991년의 허리케인 케빈이 있다.

1971년부터 2023년까지 ACE 30포인트를 넘은 동부 및 중부 태평양 분지의 폭풍은 다음과 같다.

폭풍연도최고 분류ACE지속 시간
허리케인 피코1978년4등급 허리케인62.820일
허리케인 존 1994년5등급 허리케인54.019일
허리케인 케빈1991년4등급 허리케인52.117일
허리케인 헥터 2018년4등급 허리케인50.513일
허리케인 도라 2023년4등급 허리케인48.412일
허리케인 티나1992년4등급 허리케인47.722일
허리케인 트루디1990년4등급 허리케인45.816일
허리케인 레인2018년5등급 허리케인44.213일
허리케인 도라 1999년4등급 허리케인41.413일
허리케인 히메나2015년4등급 허리케인40.015일
허리케인 기예르모1997년5등급 허리케인40.016일
허리케인 노르베르트1984년4등급 허리케인39.612일
허리케인 노먼2018년4등급 허리케인36.612일
허리케인 셀레스트1972년4등급 허리케인36.316일
허리케인 세르지오2018년4등급 허리케인35.513일
허리케인 레스터2016년4등급 허리케인35.414일
허리케인 올라프2015년4등급 허리케인34.612일
허리케인 히메나1991년4등급 허리케인34.512일
허리케인 도린1973년4등급 허리케인34.316일
허리케인 이오케 2006년5등급 허리케인34.27일
허리케인 마리1990년4등급 허리케인33.114일
허리케인 오를렌1992년4등급 허리케인32.412일
허리케인 그렉1993년4등급 허리케인32.313일
허리케인 힐러리2011년4등급 허리케인31.29일



– 폭풍이 동/중부 태평양에서 형성되었지만, 180°W를 최소 한 번 이상 통과했음을 나타낸다. 따라서 동/중부 태평양에서 보낸 ACE와 일수만 포함된다.

참조

[1] 웹사이트 "2024's record-breaking, destructive Atlantic hurricane season ends" https://www.axios.co[...] Axios 2024-11-27
[2] 웹사이트 Measuring overall activity: The Accumulated Cyclone Energy (ACE) index https://www.cpc.ncep[...] NOAA 2024-01-30
[3] 웹사이트 Climate Change Indicators: Tropical Cyclone Activity https://www.epa.gov/[...] EPA 2016-06-27
[4] 웹사이트 Glossary of NHC Terms https://www.nhc.noaa[...] 2024-01-31
[5] 간행물 Forecast of Atlantic Seasonal Hurricane Activity for 1988 https://tropical.col[...] Colorado State University 1988-05-26
[6] 논문 Climate Assessment for 1999 2000-06
[7] 웹사이트 Real-Time Southern Hemisphere Statistics by Storm for 2022/2023 http://tropical.atmo[...] Colorado State University 2023-03-11
[8] 간행물 Weekly Tropical Climate Note July 14, 2020 http://www.bom.gov.a[...] Australian Bureau of Meteorology 2020-07-14
[9] 웹사이트 Early May Forecast for Northwest Pacific Typhoon Activity in 2023 https://www.tropical[...] Tropical Storm Risk.com 2023-05-05
[10] 웹사이트 BACKGROUND INFORMATION: NORTH ATLANTIC HURRICANE SEASON https://www.cpc.ncep[...] 2020-02-15
[11] 웹사이트 BACKGROUND INFORMATION: NORTH ATLANTIC HURRICANE SEASON https://www.cpc.ncep[...] 2020-02-15
[12] 웹사이트 BACKGROUND INFORMATION: NORTH ATLANTIC HURRICANE SEASON https://www.cpc.ncep[...] 2020-02-15
[13] 웹사이트 BACKGROUND INFORMATION: NORTH ATLANTIC HURRICANE SEASON https://www.cpc.ncep[...] 2020-02-15
[14] 웹사이트 BACKGROUND INFORMATION: NORTH ATLANTIC HURRICANE SEASON https://www.cpc.ncep[...] 2020-02-15
[15] 웹사이트 Atlantic hurricane best track (HURDAT version 2) https://www.nhc.noaa[...] United States National Hurricane Center 2023-04-05
[15] 웹사이트 The revised Atlantic hurricane database (HURDAT2) - Chris Landsea – April 2022 https://www.aoml.noa[...] Hurricane Research Division 2022-04
[16] 웹사이트 Real-Time North Atlantic Ocean Statistics compared with climatology http://tropical.atmo[...] 2023-10-05
[17] 웹사이트 Atlantic hurricanes by ACE - 1950-2012 https://web.archive.[...] 2017-08-07
[18] 웹사이트 Real-Time Tropical Cyclone North Atlantic Ocean Statistics https://tropical.atm[...] Colorado State University 2024-04-29
[19] 웹사이트 Basin Archives: Northeast Pacific Ocean Historical Tropical Cyclone Statistics http://tropical.atmo[...] Colorado State University 2022-07-08
[20] 웹사이트 Background information: Eastern Pacific Hurricane Season https://www.cpc.ncep[...] United States Climate Prediction Center 2019-05-22
[21] 웹사이트 Eastern Pacific Best Track Data - (1949 - present) https://www.nhc.noaa[...] National Hurricane Center 2018-08-12
[22] 웹사이트 Hurricane Hector 2018 - Discussion https://twitter.com/[...] 2018-08-12
[23] 간행물 Extended Range Forecast for Northwest Pacific Typhoon Activity in 2024 http://www.tropicals[...] Tropical Storm Risk Consortium 2023-05-07
[24] 문서 http://tropical.atmos.colostate.edu/Realtime/index.php?arch&loc=northwestpacific
[25] 논문 Interannual variation of tropical cyclone energy metrics over North Indian Ocean 2017-03
[26] 간행물 Tropical Cyclone Energy Matrix over North Indian Ocean http://www.rsmcnewde[...] India Meteorological Department 2020
[27] 웹인용 Real-Time Southern Hemisphere Statistics by Storm for 2022/2023 http://tropical.atmo[...] Colorado State University 2023-03-11


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