강수는 날씨, 기후, 수문학적 순환 등과 연관되어 있는 주요한 물리 과정이다. 장기간에 걸친 강수의 증가·감소는 인간과 사회, 생태계에 상당한 영향을 미치며, 잠재적으로 지역간의 강수량 차이로 인해 수자원 편차를 야기할 수 있다. 강수량의 시간·지리적 분포를 변화시킬 수 있는 주요한 인위적인 요인 중 하나는 도시화효과이다. 도시화효과는 지면 거칠기 길이 증가와 인공 시설로 인한 인위적인 열원 배출로 대류를 유발하고 도시 및 풍하측의 구름과 강수 변화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 도시화 효과 이외에도 에어로졸 증가에 의해서 구름 및 강수에 영향을 줄 수 있으며 이는 따뜻한 구름 내에서 구름방울 크기를 감소시키고 충돌·병합과정을 지체시켜, 강수 전환을 억제시키는 것으로 알려져 있다.
한반도 중부지역의 수도권은 꾸준한 인구집중으로 인해 도시화가 진행 중이며, 상당한 에어로졸이 지속적으로 배출되고 이와 함께 중국 풍하측에 위치함으로써 장거리 이동성 연무와 황사 등에 영향을 상시 받고 있다. 이러한 두 강제력(도시화 및 에어로졸)은 우리나라 중부지역 중 수도권 지역에 동시에 발생할 수 있으며, 구름 및 강수 생성과 발달과 더불어 나아가 지역적인 기후변화를 초래할 수 있지만 이에 대한 이해는 여전히 부족한 실정이다.
본 연구에서는 한반도 중부지역에서 도시화와 에어로졸의 지역적인 구름 및 강수에 미치는 영향 분석을 위하여 한반도 중부지역의 관측 자료를 이용하여 수도권, 풍하측, 산악지역의 장기간 시정 분석과 1mm이하 약한 강수강도의 빈도를 계절에 따라 살펴보았으며, 관측 결과를 뒷받침하기 위하여 WRF 수치모의실험을 수행하였다. 국내 에어로졸 배출량이 과거에 비해 감소하고 있는 것으로 알려진 반면 에어로졸 대변인자로 사용된 시정은 장기간 대부분의 지역(중부지역)에서 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 과거에 비해 최근 국내에서 배출되는 에어로졸은 감소한 반면 외부에서 유입되는 에어로졸의 영향을 지속적으로 받음으로써 시정 감소에 영향을 미친 것으로 추측된다. 수도권 지역은 봄철 유의한 수준에서 연간 0.93회 강수빈도가 증가하는 것으로 나타났다. 풍하측 지역과 산악지역은 전계절과 봄철, 겨울철 각각 1mm이하의 약한 강수 빈도가 뚜렷하게 증가하는 것으로 나타나, 시정변화에서 유추한 것처럼 외부에서 유입되는 에어로졸 또는 도시화 같은 강제력에 의한 변화로 추론된다.
관측자료 결과를 뒷받침하기 위하여 주풍향(서풍)을 고려한 최적의 사례를 선별 한 후 WRF 수치모의 모델을 통해 도시화 효과, 에어로졸 통합효과에 대해 살펴보았다. 모의실험 결과 열섬효과의 영향이 도시 지역의 기온상승과 수증기량 감소를 유도하며 건조한 겨울철 특성으로 인하여 구름수함량 감소와 함께 ?19%(인위적인 열원 3배실험)의 강수율을 감소시켜 약한 강수(trace 수준)의 강수감소 시키는 것으로 나타났다. 가까운 풍하측에서도 도시지역에 비해 다소 낮지만 ?5.4% 강수률을 낮추는 반면 먼 풍하측의 경우 큰 변화가 없어 수평적인 거리가 멀어질수록 강제력에 대한 변화는 미미한 것으로 드러났다. 에어로졸 효과의 경우, 구름응결핵 증가에 따라 구름방울 개수농도변화가 도시지역과 가까운 풍하측에서 두드러지게 나타나지만 강수의 변화(-3.2%)는 미미한 것으로 나타났다. 이는 수평적으로 에어로졸의 규모가 작으며 구름간의 상호작용과 강수로의 전환시간이 한정되어 있기 때문에 강수 전환률이 낮은 것으로 추론된다. 통합효과를 고려한 민감도 실험 결과는 에어로졸 효과가 상대적으로 미미하여 대체로 도시화 효과에 대한 변화를 따르는 것으로 나타났으며 수도권 지역에 ?18%(3배의 인위적인 열원 실험) 강수률을 낮추며 가까운 풍하측에서는 ?5.4% 강수률을 낮추는 것으로 확인되었다. 앞서 관측적인 결과와 더불어 도시지역의 도시화 및 에어로졸 효과는 강수률을 감소시킴으로써 보다 약한 강수 빈도(trace level)를 증가시키는 것으로 나타났으나, 도시에서 배출되는 에어로졸은 짧은 체류시간으로 인해 도시화 효과에 비해 강수에 미치는 효과가 미미한 것으로 나타났다.
보다 뚜렷한 에어로졸 효과를 분석하기 위하여 한반도 지역에 유입되는 중국의 장거리 이동성 연무(2013년 1월 사례)를 선정하여 유사한 모의실험을 수행하였다. 본 사례는 중국 동부지역 전역에 상당한 연무가 관측되었던 사례였으며, 국내에서도 높은 에어로졸 농도가 관측됨과 동시에 약한 강수가 9시간가량 예보에 비해 장기간 유지되었던 사례이다. 또한 구름과 에어로졸의 분포 위치가 서로 중첩되어 있어 에어로졸-구름-강수 상호작용 가능성이 매우 높은 사례였다. 수치모의 실험 분석 결과, 에어로졸이 증가할수록 구름방울 수농도 증가와 빗방울 개수의 감소를 확인할 수 있었으며, 배경농도에 비해 50배 가량 높은 CCN농도가 유입될 경우, 29.2% 가량 구름수함량 증가와 더불어 25% 강수률을 감소시켜 강수강도는 감소시키는 반면에 약한 강수의 지속시간은 지속시키는 경향이 있었다.
본 연구는 겨울철 약한 강수만을 대상으로 한 한계점은 있으나, 중부지역(수도권)에서 발생할 수 있는 도시화 및 에어로졸 효과를 함께 고려하여 이들이 기상에 미칠 수 있는 가능성을 분석한 연구로써 중부지역에 적합한 분석방법론의 제시 및 에어로졸-구름-강수 상호작용 가능성을 확인하였고 향후 지역규모의 일기예보의 향상과 더불어 지역적인 기후변화 예측에도 활용될 수 있을 것이다.