대기천

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1. 개요
2. 정의
3. 등급
4. 역사
5. 영향
- 5.1. 대한민국
6. 위성 및 센서
참조

1. 개요

대기천은 1990년대 초 매사추세츠 공과대학교 연구진이 좁은 폭의 수증기 기둥을 설명하기 위해 만든 용어이다. 대기천은 수천 km 길이와 수백 km 폭을 가지며, 아마존강보다 많은 습기를 포함할 수 있다. 대기천은 강도와 영향에 따라 여러 등급으로 분류되며, 총 수증기 수송량(IVT)과 강우 지속 시간을 고려한다. 대기천은 지구의 물 순환에 중요한 역할을 하며, 특정 지역에 극한 강수를 유발하여 홍수나 가뭄을 일으키는 주요 원인이 된다.

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대기천
개요
이름	대기천
영어	atmospheric river (AR)
정의	대기 중 수증기가 좁고 긴 띠 형태로 이동하는 현상
특징	열대 지역의 수증기를 고위도 지역으로 운반하는 중요한 역할
영향	극심한 강수 및 홍수 유발 가뭄 해소에 기여 수자원 공급에 중요한 역할
연구	기상학 기후학 수문학
특성
수증기 수송	대기 중 수증기의 주요 수송 통로 열대 지역에서 증발한 수증기를 다른 지역으로 운반
규모	강폭은 수백 킬로미터, 길이는 수천 킬로미터에 달함
강도	수송하는 수증기의 양에 따라 강도가 달라짐
지속 시간	며칠에서 몇 주 동안 지속될 수 있음
발생 위치	전 세계적으로 발생하며, 특히 해안 지역에서 자주 관찰됨
영향
강수	대기천이 상륙하는 지역에 많은 비나 눈을 내리게 함
홍수	특히 산악 지형에서 지형적인 상승과 결합하여 극심한 홍수를 유발할 수 있음
가뭄 해소	가뭄 지역에 단비가 되어 가뭄을 해소하는 데 기여하기도 함
수자원	지역 수자원 공급에 중요한 역할
산사태	많은 강우로 인해 산사태를 유발할 수 있음
연구
관측	위성, 레이더, 지상 관측 등을 통해 대기천을 관측하고 연구
예측	기상 모델을 사용하여 대기천의 발생과 이동 경로, 강도 등을 예측
기후 변화	기후 변화가 대기천의 발생 빈도와 강도에 미치는 영향에 대한 연구 진행 중
활용	대기천의 특성을 이해하고 예측 능력을 향상시켜 재해 예방 및 수자원 관리에 활용

2. 정의

대기천은 1990년대 초 매사추세츠 공과대학교의 연구진 레지널드 뉴웰과 용 주가 좁은 폭의 수증기 기둥을 설명하기 위해 처음으로 만든 용어이다.^[51]^[53]^[58] 대기천은 일반적으로 길이가 수천 km인데 비해 폭은 수백 km로 매우 좁으며, 하나의 대기천에는 지구에서 가장 큰 강인 아마존강보다 더 많은 습기를 가질 수 있다.^[52] 보통 한 반구에는 이런 좁은 습기류가 3-5개 정도 존재한다.^[12]

현대의 대기천 연구 분야에서는 위에서 언급한 길이와 폭 외에도 대기천이 함유한 직경 2 cm 이상의 수증기층 두께를 대기천을 분류하는 기준으로 사용한다.^[56]^[70]^[60]^[61]

데이터 모델링 기술이 발전하면서 총 수증기 수송량(IVT)이 대기천을 해석하는데 보편적인 데이터 유형이 되었다. 이 데이터의 강점은 특정 구름기둥(IWV)에서 정적인 수증기 두께 대신 시간별로 여러 단계에 걸친 수증기 수송량을 보여줄 수 있다는 점이다. 또한 IVT는 강력한 대기천에서 발생하는 폭우와 그에 따라 발생하는 홍수 발생의 핵심적 요인인 지형성 강우에 더 직접적인 관계가 있어 홍수 대비에 편하다.^[61]

2017년 Kamae, Mei, Xie, Naoi는 IVT (Integrated Water Vapor Transport, 통합 수증기 수송)를 다음과 같이 정의했다.

: $IVT = \sqrt{ (\frac{1}{g} \int\limits_{1000}^{300}{qu}{dp})^2 + (\frac{1}{g} \int\limits_{1000}^{300}{qv}{dp})^2 }$

: ${g}$ 는 중력 가속도, ${p}$ 는 비습, ${u}$ 와 ${v}$ 는 각각 수평풍의 동서 및 남북 방향 성분이다.

이 정의에 따르면,

IVT가 평년값과 140 이상의 편차를 보이고,
780,000제곱킬로미터를 초과하는 면적이며,
1,500킬로미터를 초과하는 길이에,
단변과 장변의 비율이 1.325를 초과

하는 것을 "대기천"이라고 한다.

2019년에 :en:Geophysical Research Letters지에 게재된 논문에서는 대기천을 "열대 해상에서 시작되는, 길게 굽이치는 수증기 기둥"으로 정의하고 있다.^[40]

3. 등급

스크립스 해양연구소의 서부 기상 및 수재해 센터(CW3E)는 2019년 대기천을 5단계로 분류하는 체계를 발표했다.^[64]^[63]^[15]^[16] 이 분류는 강도에 따라 '약함'에서 '전례없음'까지, 영향에 따라 '유용함'에서 '위험함'으로 나뉜다. CW3E의 국장인 F. 마틴 랄프가 미국 국립기상청의 여러 연구진과 협력해 개발했다.^[63]^[15]

이 분류는 총 수증기 수송량(IVT)과 강우 지속 시간을 모두 고려한다. 대기천은 3시간 평균 수직 총 수증기 수송량을 기준으로 예비 등급을 부여받는다. 여기에 강우가 24시간 미만으로 지속되면 한 단계 강등되고, 48시간 이상 지속되면 한 단계 상승한다.^[64]^[16]

대기천 등급 분류^[64]
분류	세기	영향	최대 IVT (3시간 평균 수직 총 수증기 수송량^영어)
단위	$\frac{kg}{m \cdot s}$
1	약함(Weak)	주로 유용함	≥250–500
2	중간(Moderate)	대부분 유용함, 약간 위험함	≥500–750
3	강력(Strong)	유용하면서도 위험함	≥750–1000
4	매우 강력(Extreme)	대부분 위험함, 약간 유용함	≥1000–1250
5	전례없음(Exceptional)	주로 위험함	≥1250

각 등급에 따른 대표적인 대기천의 예시는 다음과 같다.^[63]^[65]^[15]^[17]

1등급 대기천: 2017년 2월 7일 대기천. 24시간 지속되었다.
2등급 대기천: 2016년 11월 19-20일 대기천. 42시간 지속되었다.
3등급 대기천: 2016년 10월 14-15일 대기천. 36시간 지속되었으며 약 127mm-254mm의 강수량을 기록했다.
4등급 대기천: 2017년 1월 8-9일 대기천. 36시간 지속되었으며 약 356mm의 강수량을 기록했다.
5등급 대기천: 1996년 12월 29일-1997년 1월 2일 대기천. 100시간동안 지속되었으며 10억달러 이상의 피해를 입었다.

일반적으로 오리건주 해안 지역은 매년 평균 1차례의 4등급 대기천이 발생하며, 워싱턴주는 2년마다 평균 1차례 4등급 대기천이 발생한다. 샌프란시스코 베이 지역은 3년마다 평균 1차례의 4등급 대기천이 발생한다. 남부 캘리포니아에서는 매년 1차례의 2등급 혹은 3등급 대기천이 발생하며 10년에 평균 1차례 꼴로 4등급 대기천이 발생한다.^[65]^[17]

4. 역사

'대기천'이라는 용어는 1990년대 초 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 연구진 레지널드 뉴웰과 용 주가 좁은 폭의 수증기 기둥을 설명하기 위해 처음으로 만든 용어이다.^[51]^[53]^[58] 하나의 대기천에는 지구에서 가장 큰 강인 아마존강보다 더 많은 습기를 가질 수 있으며, 보통 한 반구에는 이런 좁은 습기류가 3-5개 정도 존재한다.^[52] 대기천은 지난 세기 동안 그 강도가 약간 강해졌다.^[59]

데이터 모델링 기술이 발전하면서 총 수증기 수송량(IVT)이 대기천을 해석하는 데 보편적인 데이터 유형이 되었다. 이 데이터의 강점은 특정 구름기둥(IWV)에서 정적인 수증기 두께 대신 시간별로 여러 단계에 걸친 수증기 수송량을 보여줄 수 있다는 점이다. 또한 IVT는 강력한 대기천에서 발생하는 폭우와 그에 따라 발생하는 홍수 발생의 핵심적 요인인 지형성 강우에 더 직접적으로 관련되어 있어 홍수 대비에 더 유용하다.^[61]

1998년까지 Special sensor microwave/imager|SSM/I^영어 등을 이용한, 극궤도를 도는 기상 위성에 의한 원격 탐사가 발전하면서 대기천 연구가 더욱 활발해졌다.^[14]

5. 영향

대기천은 지구의 물의 순환에 중요한 역할을 한다. 전 세계 경도(남북) 수증기 수송의 90% 이상을 차지하며, 전 세계 유출수의 약 22%를 차지한다.^[52]^[66]

대기천은 특정 지역에 극한 강수를 유발하여 홍수를 일으키는 주요 원인이 된다. 북아메리카 서해안,^[67]^[68]^[69]^[70] 서유럽,^[71]^[72]^[73] 북아프리카 서해안,^[53] 이베리아반도, 이란,^[74] 뉴질랜드^[66] 등 세계 여러 지역에서 심각한 홍수를 일으킨다. 반대로, 대기천의 부재는 남아프리카, 스페인, 포르투갈 등지에 극심한 가뭄을 일으키는 원인이 된다.^[66]

GOES 11 위성에서 촬영한 동태평양 수증기 영상으로, 2010년 12월 캘리포니아를 관통하는 대기천을 보여준다.

캘리포니아는 대기천으로 인해 연간 강수량의 30~50%를 얻으며, 이는 캘리포니아의 수자원에 큰 영향을 미친다.^[28] 미국에서는 대기천으로 인한 홍수 피해가 매년 평균 11억달러에 달하며, 특히 캘리포니아주 소노마 카운티에서 피해가 크다.^[38] 국립 해양 대기청(NOAA)은 1998년부터 2009년까지 워싱턴 서부의 연간 최고 일 유량(APDF) 거의 전부가 대기천으로 인한 것이라고 결론지었다.^[34]

2021년 11월, 캐나다 밴쿠버 인근 프레이저강 유역에서 발생한 대규모 홍수는 대기천 현상으로 인한 것으로 알려졌다. 2019년 3월, 이란에서 발생한 기록적인 홍수는 대기천 '데나'로 인해 발생했으며, 이란 기반 시설의 3분의 1을 파괴하고 76명의 사망자를 냈다. 오스트레일리아에서는 북서부 구름대가 인도양에서 발원하여 오스트레일리아 북서부, 중부, 남동부 지역에 폭우를 유발하는 대기 하천과 관련이 있다.^[42]^[43] 유럽에서는 1979년부터 2011년까지의 기간 동안 일일 강수량 최고 기록 10개 중 8개가 영국, 프랑스, 노르웨이 지역의 대기 하천 현상과 관련이 있었다.^[45]

다음은 대기천으로 인해 큰 피해를 입은 카운티를 정리한 표이다.

카운티	피해액
워싱턴주 스노호미시 카운티	12억달러
워싱턴주 킹 카운티	20억달러
워싱턴주 피어스 카운티	9억달러
워싱턴주 루이스 카운티	30억달러
워싱턴주 컬리츠 카운티	5억달러
오리건주 컬럼비아 카운티	7억달러
오리건주 클래커머스 카운티	9억달러
네바다주 와쇼 카운티	13억달러
캘리포니아주 플래서 카운티	8억달러
캘리포니아주 새크라멘토 카운티	17억달러
캘리포니아주 나파 카운티	13억달러
캘리포니아주 소노마 카운티	52억달러
캘리포니아주 마린 카운티	22억달러
캘리포니아주 산타클라라 카운티	10억달러
캘리포니아주 몬터레이 카운티	13억달러
캘리포니아주 로스앤젤레스 카운티	27억달러
캘리포니아주 리버사이드 카운티	5억달러
캘리포니아주 오렌지 카운티	8억달러
캘리포니아주 샌디에이고 카운티	8억달러
애리조나주 마리코파 카운티	6억달러

5. 1. 대한민국

대한민국에서는 대기천과 선상강수대의 연관성에 대한 연구가 진행 중이다. 2018년 7월 호우에서는 태풍 7호가 통과했고, 뒤따르는 8호의 영향도 있어서 대기천이 발생했다. 또한 바로 전에 태풍이 통과한 2021년 8월 호우나 동중국해·중국 대륙 방면에서 불어온 습한 바람의 영향을 받은 2020년 7월 호우^[30]와 한반도 부근에 정체된 장마전선으로부터 유입된 습한 공기의 영향을 받은 2023년 7월 중순의 기록적인 호우 등에서 대기천이 발생했음이 밝혀졌으며, 선상강수대가 발생하기 쉬워진 것이 많은 강수가 발생한 한 요인일 가능성이 제시되었다.^[31]^[32]

2022년 7월 5일에는 태풍 4호의 통과에 맞춰 나고야 대학의 쓰보키 가즈히사 교수가 항공기에서 대기천의 직접 관측에 성공했다. 이를 통해 일본 국내 최초의 직접 관측이 이루어졌다.^[33]^[34]

6. 위성 및 센서

1998년 Eos 잡지에 실린 기사^[46]에 따르면, "극궤도 위성에서 얻은 마이크로파 원격 탐사"를 통해 해상 수증기 데이터의 시공간적 범위가 크게 개선되었는데, 이는 특수 센서 마이크로파/이미저(SSM/I)와 같은 기술 덕분이었다. 이로 인해 대기천의 유행과 역할에 대한 관심이 크게 증가했다. SSM/I 및 유사 기술은 지구 해양에 대한 통합 수증기의 빈번한 전 지구적 측정을 제공한다.^[47]^[48]

참조

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