일본 기상청 기상연구소 예보연구부는 태풍을 비롯한 열대저기압의 발생발달에서 바다의 중요성과 태풍에 의한 해면수온의 저하, 슈퍼컴퓨터를 이용한 해면수온의 변화를 고려한 태풍의 수치시뮬레이션, 2008년에 미얀마 남부에 고조(高潮)에 의한 큰 피해를 가져온 사이클론 나르기스(Nargis)의 고정도 시뮬레이션을 소개하였다.

열대저기압(tropical cyclone)은 열대 해상에서 발생하는 저기압의 총술로 기상청에서는 동경 180도보다 서쪽의 태평양 또는 남중국해에 최대 풍속이 34노트(17.2m/s) 이상의 것을 “태풍”이라고 한다. 인도양과 그 주변 및 남반구에 존재하는 것은 사이클론, 서경 180도에서 대서양까지의 북반구에 존재하는 강한(최대 풍속 64노트 이상) 열대저기압은 허리케인이라고 하지만, 기상요란(擾乱)로서는 동일한 성질을 가지고 있다.

열대저기압은 온대저기압과 생성원인 및 구조에 큰 차이가 있다. 열대저기압은 해상 수증기가 응결할 때 열(잠열)을 에너지원으로 하는 반면에 온대저기압은 남북의 기온 차에 의한 위치 에너지가 그 발생, 발달에 중요한 역할을 담당하여 통상 전선을 동반한다. 열대저기압은 북반구에서는 반시계방향으로 회전하는 큰 소용돌이로 거의 중심원 형태의 기압분포를 가지고 중심 주위를 적란운이 둘러싸고 있다. 한편 온대저기압은 상층에서는 파(기압골)가 되며, 기압골의 전면(동측)에서 난기가 상승하여 구름을 만들어 비를 뿌린다.

태풍 등 강한 열대저기압은 폭풍 및 폭우 등 뚜렷한 현상을 동반하고 있으며, 가끔 큰 재해를 일으킨다. 또한 만 및 하구에 가까운 저지대에서는 고조가 상당히 큰 피해를 일으킨다. 일본에서는 1959년에 사망자, 행방불명자가 5천명을 넘는 이세만 태풍의 대재해가 있었으며, 그것을 계기로 기상연구소에 태풍연구부가 설치되었다. 또한 2008년에는 사이클론 나르기스가 미얀마 남부에 고조를 일으켜 사망자 13만명이라는 대재해를 발생시켰다.

열대저기압의 에너지원은 해면에서 증발한 수증기의 잠열이기 때문에 열대저기압은 해상에서만 발생하고, 그 발생, 발달에는 해면의 수온이 상당히 중요하다. 일반적으로는 열대저기압의 발생조건은 해면수온이 26~27도 이상이지만, 강한 태풍으로 발달하기 위해서는 보다 높은 해면수온이 필요하다. 나르기스가 급속하게 발달했을 때인 2008년 4월 30일의 해면수온 분포를 보면, 벵골만에는 30도를 넘는 높은 해면수온이 영역이 존재하고, 이 높은 해수온이 나르기스의 급속한 발달을 발생시켰다고 생각된다.

수치 시뮬레이션은 수평격자 간격 10km의 수치모델을 사용함으로써 나르기스 상륙 2일 전 초기치로부터의 계산으로 사이클론의 급속한 발달이 어느 정도 표현되었지만, 해면수온의 최대치를 29도로 제한하여 이 높은 해면수온 지역을 제외한 실험을 수행해 보면 나르기스의 발달은 약한 것으로 나타났다.

태풍 등 열대저기압의 발생, 발달에는 해면수온이 중요하지만, 열대저기압이 존재하는 장소에서는 해면수온이 저하된다. 이것은 열대저기압에 동반된 강한 바람에 의해 해면부근의 따뜻한 해수와 그 밑의 차가운 해수의 혼합과 바람의 회전에 의한 해면보다 밑에 있는 차가운 해수가 해면부근으로 상승하는 현상의 발생, 해면에서의 증발이 활발하여 해면에서의 열 방출 등의 이유 때문이다. 태풍이 이동하는 경우, 태풍의 통과 후에 그 경로를 따라 띠 형태로 해면수온이 저하된 영역이 나타난다.

해면수온 저하의 크기는 해양내부의 수온이 어떻게 분포하고 있는지에 의존하기 때문에 태풍이 얼마나 발달할 수 있는자는 해면수온뿐만 아니라 해양내부의 수온도 중요한 요소가 된다고 생각된다.

고베에 설치된 슈퍼컴퓨터의 계산자원을 방재, 감재에 관한 연구에 이용하는 연구 프로젝트가 2011년도부터 추진되고 있다. 이 연구의 연구개발 과제 중 하나로 “초고정도 메조 규모 기상예측의 실증”에서는 슈퍼컴퓨터를 이용한 태풍 및 집중호우 시뮬레이션이 수행되고 있다.

슈퍼컴퓨터에 의한 태풍강도 예측 연구에 의한 2012년 태풍 제15호 통과에 따른 해면수온의 저하를 시뮬레이션한 사례를 보면, 수치모델에서 태풍에 의한 해면수온의 저하 효과를 고려하기 위해 대기의 계산과 해면수온의 계산을 연결한 모델을 개발하고, 그것을 다수 사례의 시뮬레이션에 적용하여 해면수온이 변화는 영향을 고려함으로써 태풍강도 예측이 크게 향상된 것을 나타내고 있다.

슈퍼컴퓨터에 의한 나르기스의 수치 시뮬레이션에 의한 구름영상과 해면수위를 보면, 지구관측위성의 산란계가 관측한 뱅골만 해상의 파 상태로부터 추정한 바람의 정보 등을 수치모델에 입력함으로써 계산의 정도를 보다 높였다. 실험에서는 관측된 해상 데이터를 정확하게 입력하기 위해서는 해면수온의 추정오차가 어느 정도인가 아는 것이 유용하다는 것을 나타내었다. 또한 슈퍼컴퓨터에 의한 계산에서 얻어진 해상의 바람 및 기압을 프린스턴대학 해양모델의 입력치로 이용하여 미얀마 남부에 최대 5m를 넘는 고조가 발생할 리스크가 있다는 것을 예측하는 데 성공하였다.

(그림 1) 사이클론, 나르기스에 의한 고조 피해지역
(그림 2) 슈퍼컴퓨터에 의한 2012년 태풍 제15호 통과에 따른 해면수온의 저하
(그림 3) 슈퍼컴퓨터에 의한 사이클론, 나르기스 시뮬레이션에 의한 구름영상과 해면수위

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 11월 26일]