Characteristics of Raindrop Size Distribution Observed in Seoul

Abstract

The characteristics of raindrop size distribution (RSD) in Seoul are examined according to rain and weather types using Parsivel2 disdrometer data collected from May 2018 to July 2019. Three rain types (convective, mixed, and stratiform) and six weather types (surface low-pressure system, upper-level trough, southwesterly flow, easterly flow, the Changma front, and typhoon) are considered. Among the rain types, the RSDs of stratiform rain shows the steepest slopes and the smallest mean mass-weighted diameters Dm, while the RSD of convective rain shows opposite characteristics. The logarithm of the mean generalized intercept parameter log10Nw and the slope parameter Λ for stratiform rain show significantly broad distributions, which may be attributed to diverse forms of stratiform rain related to various weather types in Seoul. The RSD of mixed rain shows the mean values of Dm and Λ close to those of convective rain and the mean value of log10Nw close to that of stratiform rain. The RSD characteristics also strongly depend on the weather type. The RSDs of surface low-pressure system and upper-level trough events exhibit steep slopes and small proportions of convective rain. In contrast, the RSDs of the Changma front and easterly flow events exhibit relatively modest slopes and relatively large proportions of convective rain. The large thermodynamic instability of these two weather types, as examined using the atmospheric sounding data and satellite data, is thought to be responsible for the large proportion of convective rain. The exponent of the Z–R power-law relation is the greatest for the Changma front events, which suggests that the rain intensity of this weather type highly depends on the production of large raindrops. The intercept parameter is determined according to the rain type following the power-law relationships for rainwater contents and is applied to a bulk microphysics scheme. It is found that the overall performance of the numerical model with the modified scheme has improved from that with the original scheme.

본 연구에서는 2018년 5월부터 2019년 7월까지 서울에서 관측된 빗방울 크기 분포(Raindrop size distribution, RSD)를 강수 유형과 날씨 유형으로 구분하여 분석하였다. 세 개의 강수 유형 (대류형, 혼합형, 층운형)과 6개의 날씨 유형(지표 저기압 시스템, 상층 기압골, 남서풍류, 동풍류, 장마 전선, 태풍)이 고려되었다. 강수 유형 중 층운형 강수의 RSD가 가장 급격한 기울기와 가장 작은 질량 가중 직경을 보였으며, 대류형 강수의 RSD는 이와 반대되는 특성을 보였다. 층운형 강수의 일반화된 절편 인자와 기울기 인자는 다른 강수 유형에 비해 넓은 PDF 분포를 보였으며, 이는 서울에서의 다양한 날씨 유형과 연관이 있는 것으로 생각된다. 혼합형 강수의 질량 가중 직경과 기울기 인자는 대류형 강수에서 나타난 값들과 비슷한 한편, 일반화된 절편 인자는 층운형 강수에서 나타난 값과 비슷하다. 서울 RSD 특성은 날씨 유형에 따라서도 크게 달라진다. 지표 저기압 시스템과 상층 기압골 RSD는 다른 날씨 유형에 비해 상대적으로 급격한 기울기와 적은 비중의 대류형 강수가 나타났다. 반면에 장마 전선과 동풍류의 RSD는 상대적으로 완만한 기울기와 상당한 비중의 대류형 강수가 나타났다. 연직 사운딩 자료와 위성 자료를 통해 확인된 이 두 날씨 유형의 큰 대기 불안정도가 큰 비중의 대류형 강수와 연관된 것으로 확인되었다. 장마 전선 RSD를 통해 구한 Z–R 멱급수 관계식의 지수항이 다른 날씨 유형에 비해 가장 큰 것을 통해 장마 전선으로 인한 강수의 강수 강도는 큰 빗방울의 생산과 크게 연관된 것으로 생각된다. 강수 유형에 따른 우수함량과 절편인자 간의 멱급수 관계식이 벌크 미세물리 과정에 적용되었다. 수정된 벌크 미세물리 과정이 적용된 수치 모형의 강수 모의 능력이 기존의 방안이 적용된 수치 모형의 강수 모의 능력보다 전반적으로 향상된 모의 성능을 보였다.