전문가 제언
 

“수문기상재해, 선대비 경보시스템 체제로 전환 시급”

                                                     (先對備)

최근 기후변화로 집중호우 발생빈도·강도 점차 증가 추세
수문기상정보 활용 극대화할 업무체계·정보시스템 구축 필요
수문기상 관련 업무, 미국 NWS·일본 국토교통성서 통합 운영

최근 기후변화로 인한 집중호우의 발생빈도가 잦고 호우강도는 점차 증가되면서 수문기상재해에 대한 예측 필요성이 증대되고 있다. 집중호우는 인명·재산 피해와 직결되어 많은 피해를 유발한다.

국내 유인관측소 59개 지점에서 1973∼2008년까지 수집된 강우강도의 분석 결과 지난 30여 년간 꾸준히 호우빈도 및 강도가 증가한 것으로 조사되었다. 이처럼 지형성 강우를 비롯한 국지성 강수에 의한 피해가 급증함에 따라 기상예보자료 정확도를 개선시켜 사전에 호우 피해를 방지해야 한다는 목소리가 커지고 있다.

이에 수문기상자료 정확도의 개선 필요성이 증가하면서 △강수 추정 정확도 향상을 위한 이중편파 레이더 △관측사각지대 해소와 빠른 관측주기 확보를 위한 소형 레이더 △초단기 예측을 위한 레이더망 구축 및 수치모델 활용 △선대비 경보 시스템 정착 등의 방안이 제시되고 있다.

미국, NWS서 수문기상업무 수행

미국은 NWS(National Weather Service, 기상청)에서 수문기상업무를 수행하며, 관련 조직 부서로는 RFC(River Forecast Centers, 하천예보센터), HL(Hydrology Laboratory, 수문학연구소), CPC(Climate Prediction Center, 기후예측센터), HPC(Hydro-mteorological Prediction Center, 수문기상예측센터) 등이 있다.

그 중 RFC(하천예보센터)는 미국 전역을 13개 지역으로 분류해 지역별로 △하천 상태 △하천홍수예보 △관측강수량 △적설량 등의 예보를 실시하는 등 하천수문예측모형을 운영한다.

HL(수문학연구소)은 수문학적 예측과 관련한 수자원 문제에 대해 과학·교육 분야의 연구를 수행하는 부서로 NWS(기상청)의 수문 서비스 프로그램 지원과 수문정보 예측기법 등의 연구를 중점으로 한다. CPC(기후예측센터)는 6일에서 3개월까지의 강수량과 기온에 대한 장기예보를 실시하고 10일 이상의 강수량·가뭄 등이 예상되는 위험지역을 제시해 위험도를 평가한다. 엘리뇨·라니냐·몬순 등 기후자료를 제공하기도 한다.

HPC(수문기상예측센터)는 NWS의 공공예보업무와 기상예측·지침·분석 결과물을 수요자들에게 제공하는 역할을 할 뿐만 아니라 단기예보, 정량적 강수예보, 집중호우 및 폭설예보, 표면분석 등의 작업을 수행한다.
 

CASA(Collaborative Adaptive Sensing of the Atmosphere)는 △X-밴드(X-band)의 소형레이더를 활용한 세밀한 네트워크 △기존 대형레이더에서 관측할 수 없는 저층에 대한 소형레이더 관측 △폭우를 따른 선형 주사(SS, Sector Scan)의 자동 제어 등 수문기상에 새로운 패러다임을 제시해 가뭄 극복을 위해 힘쓰는 기관이다. 

특히 X-밴드에 대한 도심시범 관측망 사업으로 DFW(Dallas-Fort Worth) 테스트베드(Test-Bad)를 통해 인구밀도가 높은 도심환경에서 위험기상 예·경보 시스템을 구축하고자 했다. 이는 저층대기·강풍·태풍·우박·홍수 등의 피해를 예측하기 위한 고해상도 대기 상태의 2·3차원 지도 개발, 도심 규모의 예·경보 시스템 기반 조성, 관측시스템의 최적조합에 대한 평가, 새로운 관측기술과 학제간의 지속적인 기상시스템 연구수행을 목표로 한다.

DFW 테스트베드의 운영 및 설치계획은 크게 3단계로 구분된다. 1단계에서는 4개의 X-밴드 레이더를 배치해 데이터를 획득하고 2단계에서는 OU·ECC 레이더 2대, EWR 레이더 1대 등을 추가해 총 8대의 X-밴드 레이더 관측망을 구축한다. 3단계에서는 16∼22대의 레이더로 확장할 계획이다. CASA에 따르면 이와 같은 레이더 네트워크를 통해 낮은 고도각 및 높은 해상도 관측을 기반으로정확한 기상 정보를 도출할 수 있을 것으로 분석된다.

일본, XRAIN 데이터 처리 실시

일본은 국토교통성(MLIT, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism)에서 수문기상 업무를 담당한다. 집중호우로 인한 홍수예방을 위해 2009∼2010년까지 26대의 X-밴드 이중편파레이더를 대도시 부근에 설치했다. 2009∼2012년까지는 XRAIN(X-band polarimetric Radar Infor-mation Network) 데이터 처리 과정을 개발하고 집중호우 예측을 위한 프로젝트를 실시했다.

XRAIN은 △X-밴드 이중편파레이더와 구름모델에 의한 초단시간 강수량예측기술 개발 △게릴라 호우예측방법의 개발과 도시 규모의 유역 재해예측 기법 개발 △X-밴드 이중편파레이더와 C밴드 레이더의 연계활용을 통한 강우관측 및 예측기술 개발 △X-밴드 이중편파레이더 데이터를 이용한 정량적 강우량 추정 및 사용자를 고려한 피난지원 시스템 개발에 대한 연구 △X-밴드 이중편파레이더 네트워크 데이터를 이용한 비·바람의 3차원 분포 추정방법 개발 등의 연구주제를 바탕으로 수행되었다.

방재과학연구소는 XRAIN을 통해 △구축된 레이더 네트워크의 데이터 처리 △최적의 안테나 스캔모드(Scan mode) 검토 △비·바람의 3차원 분포 추정기법 △풍수해 발생 예측에 유효한 지표 산출 알고리즘의 개발 및 검증 등을 수행한다.

하천정보센터(Frics, Foundation of River&Basin Integrated Communi-cations)는 홍수 등 비상시에 하천정보 관리자가 가지고 있는 하천 유역 정보의 제공 목적으로 설립되어 하천 및 유역정보의 수집·처리·가공·해석·보관·제공에 대한 시스템을 관리하는 기관으로 이곳에서 모든 수문정보의 수집·분석이 이뤄진다.

우리나라는 수문기상업무를 특정기관이 아닌 기상청·홍수통제소·K-water 등 여러 기관이 담당하고 있다. 기상청은 기상관측업무·기상예보업무·기후업무를 주요업무로 하며, 홍수통제소는 △금강홍수통제소 △한강홍수통제소 △영산강홍수통제소 등 하천별로 하천홍수의 통제 및 관리, 댐 조작 및 관리, 수문조사 및 관측, 홍수 예보 관련 전산개발 업무 등 수문과 관련한 다양한 업무를 수행하고 있다.

미국과 일본의 경우 특정기관에서 수문기상업무를 통합관리하며 세부기관별로 역할과 기능이 명확히 분리되어 전담기관을 중심으로 다양한 수문기상정보가 수집된다. 그러나 우리나라는 국가 수문기상 통합기관이 존재하지 않을 뿐만 아니라 기상과 물 관련 업무가 각 기관별로 서로 분리되어 정보를 수집·제공하고 있어 정보의 활용성이 저하되는 실정이다.

또한 선진국은 현재 X-밴드 레이더에 대한 활용성 연구와 지형효과를 고려한 예보모델 연구가 활발히 진행중인 반면, 우리나라는 X-밴드의 연구 및 지형성 강수에 대한 예보가 부족하다고 판단되므로 보다 심층적인 연구를 통해 지형성 강수에 대비해야 한다.

현재 우리나라는 레이더를 이용해 △대류형·층상형 구분 △에코 강도·이동방향·이동속도 계산 △새로 생성되는 에코 형성·병합 여부 파악 △바람 자료를 이용한 에코 발달 여부 파악 △지형효과 고려·집중호우 가능성 예측 순으로 실시간 경보가 이뤄진다. 그 중 지형효과를 고려한 초단기 예측모델은 해당 분야에서 아직 해결해야 할 과제로 남아 있다.

수문기상재해의 예측을 통한 사전 경보 시스템은 앞으로 환경 분야에서 새로운 패러다임으로 활용될 것으로 보인다. 이에 수문기상정보의 활용을 극대화할 수 있는 업무체계와 정보시스템을 구축해야 한다.

[『워터저널』 2016년 3월호에 게재]