수도권 기습 폭설 발생 원인 규명… 겨울철 예보 정확도 향상 기대 새글 첨부파일 있음

- 서울대 연구팀, 황해도 남부 지형과 대기 상호작용이 국지적 폭설 발달에 미치는 영향 밝혀 -

[연구필요성]

겨울철 발생하는 폭설은 도로 교통 정체와 철도·항공 운항에 차질을 빚고, 빙판길 교통사고와 보행자 낙상 사고의 원인으로 작용하는 등 시민 불편을 초래한다. 적설이 단시간에 집중될 경우 차량 고립과 대중교통의 대규모 지연 운행이 발생할 수 있으며, 제설 작업과 복구 과정에서도 상당한 사회적 비용이 수반된다. 또한 폭설은 비닐하우스·축사·노후 건축물 등의 시설물 붕괴를 유발해 인명·재산 피해로 이어질 수 있다.

특히 수도권에 인접한 서해는 겨울철 차가운 대륙성 공기가 상대적으로 따뜻한 해수면 위를 지나며 대기 하층의 불안정이 강화되고, 이 과정에서 눈구름이 발달하기 쉬운 환경이 조성된다. 서해상에서 형성된 눈구름은 수도권으로 이동하는 과정에서 풍상측에 위치한 황해남도 주변 복잡 지형과 해안선의 영향으로 더욱 급격히 발달할 수 있다. 이로 인해 서해안과 수도권 지역에서는 짧은 시간 동안 강한 눈이 집중되는 국지적 폭설이 반복적으로 발생하고 있으며, 이러한 폭설을 예보하지 못할 경우 교통·물류·항공 운항 차질 및 시민 안전과 산업 활동 전반에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서 서해상 눈구름의 발달 메커니즘과 수도권 풍상측 지형의 영향을 정량적으로 이해하는 것은 겨울철 폭설 예측 정확도를 높이기 위한 핵심 과제 중 하나이다.

[연구성과/기대효과]

서울대학교 자연과학대학 지구환경과학부 김정훈 교수 연구팀과 기상청 재해기상대응과는 공동연구를 통해 고해상도 수치모델 실험을 통해 수도권에 예상치 못한 폭설을 유발한 서해상 강설 시스템의 발달 원인을 규명하였다. 연구진은 실제 지형을 적용한 실험과 함께 황해남도 남쪽의 주요 지형을 제거하거나 해양으로 바꾸는 지형 민감도 실험을 수행하여, 옹진반도·해서정맥·연안반도 등 풍상측 복잡 지형과 해안선이 강설 발달 및 강화에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다.

분석 결과, 서해상에서 발달한 눈구름은 수도권으로 이동하는 과정에서 황해남도 주변의 복잡 지형과 해안선의 영향을 받아 국지적으로 더욱 강화되는 것으로 나타났다. 특히 옹진반도와 해서정맥은 지면 부근 하층에서의 수렴과 국지적 소용돌이도를 강화해 강설 시스템의 발달을 촉진하였으며, 이러한 효과는 지형과 해안선을 제거함에 따라 사라지는 것으로 확인되었다.

이번 연구는 기존 예보에서 충분히 고려되지 못했던 풍상측 지형 효과가 수도권 폭설 발생에 핵심적인 역할을 할 수 있음을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 연구 결과는 향후 수도권 및 서해안 지역의 겨울철 폭설 예보 정확도를 향상시키고, 도로·철도·항공 교통 안전과 조기 경보 및 재난 대응 체계 구축에 기여할 것으로 기대된다.

[본문]

한반도 서해상에서는 겨울철 차가운 대륙성 공기가 상대적으로 따뜻한 해수면 위를 지나면서 열과 수증기를 공급받아 눈구름이 발달한다. 이처럼 해기차(호수효과)에 의해 형성된 눈구름은 서해안과 수도권 지역에 많은 눈을 내리는 주요 원인으로 알려져 있다.

특히 수도권은 인구와 주요 산업·교통 인프라가 집중되어 있어 갑작스러운 폭설 발생 시 도로·철도·항공 운항 차질 및 누적된 적설로 인한 시설물 붕괴와 같은 사회·경제적 피해가 크게 나타난다. 따라서 겨울철 강설 발생의 원인과 발달 메커니즘을 정확히 이해하고 예보 정확도를 높이는 것은 국민 안전과 국가 경제 측면에서 매우 중요한 과제이다.

서울대학교 김정훈 교수 연구팀은 기상청 재해기상대응팀과 공동연구로 2024년 1월 6일 서울·수도권에서 발생한 대설주의보 수준의 폭설 사례를 대상으로 고해상도 수치모델(WRF)을 활용하여 당시 예보가 어려웠던 원인과 강설 발달 메커니즘을 규명하였다.

연구진은 실제 지형을 적용한 실험과 함게 황해남도 남부에 분포한 주요 지형과 해안선을 제거하거나 해양으로 대체하는 지형 민감도 실험을 수행하여 수도권 적설량의 변화를 정량적으로 분석하였다. 그 결과 풍상측 지형이 단순화될수록 수도권 강설이 현저히 약화되는 것으로 나타났으며, 황해남도 주변의 복잡한 지형과 해안선이 수도권 폭설 발달에 핵심적인 역할을 할 수 있다는 사실을 확인하였다.

연구 결과, 서해상에서 발달한 눈구름은 수도권으로 이동하는 과정에서 황해남도 남부의 복잡한 지형과 해안선의 영향을 받아 급격히 강화되는 것으로 나타났다. 특히 서풍이 우세한 기상 조건에서는 복잡한 해안선과 지형의 영향으로 해주만 일대에서 지표면 부근의 하층 바람이 한곳으로 수렴하고, 지형을 우회하는 과정에서 저기압성 흐름이 형성되었다. 연구진은 이러한 국지적 대기 순환 구조를 국지수렴소용돌이역(Local Convergence and Vorticity Area; LCVA)으로 명명하였다.

이처럼 지표면 부근에 형성된 LCVA는 눈구름이 200 km 이상 멀리 떨어진 서쪽 해상에서 접근하기 시작한 시점부터 서풍이 지속되는 동안 해주만 일대에서 수 시간 유지되었다. 이후 눈구름이 LCVA 상공으로 통과하면서 서로 연직적으로 결합(coupling)되어 수 십분 내에 강한 눈폭풍(snowstorm) 시스템으로 급격히 발달하면서 수도권으로 유입되었다. 그 결과 수도권에는 대설주의보 수준의 폭설이 발생한 것으로 분석되었다.

반면 황해남도 남부의 지형을 제거하거나 해양으로 대체한 수치실험에서는 LCVA의 형성이 크게 약화되거나 나타나지 않았으며, 이에 따라 눈구름의 발달과 수도권 적설량도 현저히 감소하였다. 이는 황해남도 남부의 복잡한 지형과 해안선이 LCVA의 형성을 유도하고, 서해상에서 유입되는 눈구름을 더욱 강화시키는 핵심 요인임을 보여준다.

이번 연구는 기존 예보에서 충분히 고려되지 못했던 수도권 풍상측 지형의 역할과 국지적 대기 순환 메커니즘을 정량적으로 규명했다는 점에서 의의가 있다. 연구 결과는 향후 수도권 겨울철 폭설 예보 정확도를 높이고, 도로·철도·항공 교통 안전과 조기경보 및 재난 대응 체계 구축에도 기여할 것으로 기대된다.

[연구결과]

Orographic and coastal impacts on the unexpected development of the snowstorm in Seoul Metropolitan Area

Eun-Tae Kim, Jung-Hoon Kim, Seong-Mook Kim, Yoon-Jin Lim
(Urban Climate, https://doi.org/10.1016/j.uclim.2026.102999)

이번 연구는 수도권 풍상측 지형과 그에 따른 국지적 대기 순환이 폭설 발달에 미치는 영향을 정량적으로 규명함으로써, 겨울철 수도권 폭설 발생 메커니즘에 대한 물리적 이해를 한 단계 높였다는 점에서 의의가 있다. 특히 새롭게 제시한 국지수렴소용돌이역(LCVA) 개념은 향후 고해상도 수치예보모델의 개선과 폭설 예측 기술 고도화를 위한 새로운 과학적 기반을 제공할 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 도시기상·기후학 분야의 국제학술지 Urban Climate (UCLIM)에 게재되었다. UCLIM은 2025년 Journal Citation Reports (JCR) 기준 Impact Factor 7.5를 기록했으며, Meteorology & Atmospheric Sciences 분야 상위 7.5%에 해당하는 최상위권 국제학술지이다. 도시기상·도시기후·도시환경 분야를 선도하는 저널로, 도시의 기상재해와 기후변화, 도시환경 문제를 다루는 연구를 게재하며, 관련 분야에서 높은 학술적 영향력을 인정받고 있다.

[그림설명]

그림: 본 연구 결과를 통해 밝혀진 수도권 풍상측 지형효과에 의한 폭설 발달 메커니즘 모식도