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J. Korean Earth Sci. Soc., v. 41, no. 3, p. 222−237, June 2020
https://doi.org/10.5467/JKESS.2020.41.3.222
ISSN 1225-6692 (printed edition)
ISSN 2287-4518 (electronic edition)
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구
안보영*·심재관·김규랑·김승범
국립기상과학원 재해기상연구부, 25457, 강원도 강릉시 죽헌길 7
Characteristics of a Heavy Rainfall Event in Yeongdong Regionon 6 August, 2018
Bo-Young Ahn*, Jae-Kwan Shim, KyuRang Kim, and Seung-Bum Kim
High Impact Weather Research Department, National Institute of Meteorological Sciences,
Gangneung, Gangwon-do 25457, Korea
Abstract: A heavy (93 mm hr−1
) rainfall event accompanied by lightning occurred over Gangneung in the Yeongdong
region of South Korea on August 6, 2018. This study investigated the underlying mechanism for the heavy rainfall event
by using COMS satellite cloud products, surface- and upper-level weather charts, ECMWF reanalysis data, and radiosonde
data. The COMS satellite cloud products showed rainfall exceeding 10 mm hr−1
, with the lowest cloud-top temperature of
approximately −65oC and high cloud optical thickness of approximately 20-25. The radiosonde data showed the existence
of strong vertical wind shear between the upper and lower cloud layers. Furthermore, a strong inversion in the equivalent
potential temperature was observed at a pressure altitude of 700 hPa. In addition, there was a highly developed cloud
layer at a height of 13 km, corresponding with the vertical analysis of the ECMWF data. This demonstrated the increased
atmospheric instability induced by the vertical differences in equivalent potential temperature in the Yeongdong region.
Consequently, cold, dry air was trapped within relatively warm, humid air in the upper atmosphere over the East Sea and
adjacent Yeongdong region. This caused unstable atmospheric conditions that led to rapidly developing convective clouds
and heavy rainfall over Gangneung.
Keywords: heavy rainfall, wind shear, inversion layer, atmospheric instability, COMS
요 약: 2018년 8월 6일 영동지역에서 강한 대류 세포에 의해 천둥과 번개를 동반한 집중호우(강릉: 93 mm hr−1
)가 발
생했다. 집중호우 사례의 특성을 조사하기 위하여 COMS 위성의 구름 산출물 자료, 상하층 종관 일기도, ECMWF 재
분석 자료, 라디오존데 자료를 이용하였다. 분석결과, 상층의 차고 건조한 공기가 동해상(영동지역)으로 유입되면서 상
대적으로 중·하층에 따뜻하고 습한 공기와 만나 대기의 불안정을 만들고 대류운이 급격하게 발달하면서 단시간에 많은
강수가 내렸다. COMS 위성의 구름 운정 온도가 약 −65oC 이상, 구름 광학 두께는 약 20-25 이상의 높은 값을 보일
때 강수량은 10 mm hr−1
이상으로 나타났다. 따라서 강수량은 구름 내의 수분 양 그리고 구름의 키와 밀접한 관련성을
가지는 것을 확인할 수 있었다. 라디오존데 자료의 연직 분석에서는 상하층 간의 연직 바람 쉬어가 크게 나타났다. 약
700 hPa 고도에서는 역전층이 나타나면서 상층과 하층간의 상당온위의 차이를 유발하여 대기불안정을 더욱 강화시켰으
며 구름층은 고도 약 13 km 이상으로 발달하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 ECMWF 재분석 자료의 연직
분석에서도 확인할 수 있었다.
주요어: 집중호우, 윈드쉬어, 역전층, 대기불안정, COMS
*Corresponding author: [email protected]
*Tel: +82-33-913-1064
This is an Open-Access article distributed under the terms of the
Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://
creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted
non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium,
provided the original work is properly cited.
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 223
1. 서 론
우리나라는 여름철 집중호우가 빈번히 발생하고 이
로 인하여 많은 재산 피해와 인명 피해 등의 재해가
발생하고 있다. 최근 10년 동안 호우로 인한 피해액
은 1조 4천억 원으로 태풍에 이어 두 번째로 큰 피
해를 발생시켜 국민 생활과 산업 경제 활동에 많은
영향을 주고 있다(Ministry of the Interior and
Safety, 2017). 강원도 영동지역은 지리적으로 태백산
맥과 동해 사이에 위치한 좁은 해안지역으로 서쪽으
로는 대부분이 산간지역이나 비교적 경사가 완만하고
분지가 형성되어 있는 곳이 많다. 동쪽으로는 태백산
맥에서 해안 쪽으로 서쪽 경사에 비하여 급경사를
이루고 있으며 복합된 지형지세로 대설, 호우 그리고
강풍 등의 재해기상 현상이 국지적으로 자주 발생한
다(Ahn et al., 2007). 동해에서부터 해풍 기류(동풍)
의 유입으로 대기 하층에서 수렴이 발생하고 태백산
맥의 경사면을 따라 강제 상승을 하는 등 연직 상승
운동이 일어나기 좋은 지리적인 조건을 갖추고 있어
겨울철 지형성 강수(Chung et al., 2004; Cho et al.,
2004; Park et al., 2009)로 알려져 있는 대설과 관련
된 연구가 주로 이루어져 있다.
대기 중의 대류 현상은 뇌우를 발달하게 하는 등
집중호우, 순간 돌풍과 같은 위험기상의 원인을 제공
한다(Yoon et al., 2016). 국지적으로 발생하는 집중
호우는 주로 뇌우에서 발생하며 짧은 시간에 발달하
여 소멸하는 단세포 뇌우(singlecell storm), 여러 단
세포 뇌우들의 조합으로 구성된 다세포 뇌우(multicell
storm) 그리고 강풍과 토네이도를 발생시키는 거대세
포 뇌우(supercell storm)로 분류된다(Makowski and
Richardson, 2010). 따라서 집중호우는 공간적인 규모
가 작고 수 시간 내에 발달 및 소멸하기 때문에 예
측의 어려움이 있고 매우 다양한 형태의 대류계에
의해 발생한다고 볼 수 있다. 대류성 집중호우와 관
련된 국내외 논문을 살펴보면 Weisman and klemp
(1982)는 수치 모의실험을 통해 집중호우를 동반하는
뇌우의 발달에 대한 이론적 개념을 제시하였으며,
Wakimoto(1982)는 레이더 자료와 라디오존데 자료를
이용하여 뇌우의 구조를 규명하였다. Hong et al.
(1992)는 집중호우 사례 분석에서 대류불안정, 바람
장, 수증기 이류 및 제트기류의 종관 분석을 통하여
호우 가능성을 예측할 수 있다고 했다. Heo et al.
(1994)과 Kim and Lee(1994)는 기단성 뇌우의 발생
빈도를 분석하여 종관장 중심으로 분류하였고 Ryu
et al.(2004)는 수치실험을 통해 한반도 남서해안의
복잡한 해안선과 다수의 도서 지형에 대한 중규모
대류계의 변화를 보였다. 또한 Kim and Baik(2007)
은 수치실험을 이용하여 단세포 뇌우에서 발생하는
유출류의 구조에 대한 연구를 분석한 바 있다.
영동지역의 지리적 특성과 해풍의 영향으로 발생하
는 대류성 강수와 관련된 뇌우 연구는 주로 국외에
서 찾아볼 수 있다. Byers and Rodebush(1948)와
Burpee(1979)는 해풍에 의한 지형적인 영향으로 대기
하층에서는 수렴역이 발생하며 수증기의 유입이 지형
성 강수와 연관성이 있으며 수치모의를 이용한 민감
도 실험에서 해안지역과 육지의 풍향의 변화에 따라
해안선을 중심으로 발달한 수렴역이 대류성 강수의
중요한 원인임을 밝혔다(Warren et al., 2014). 한편
국내에서는 주로 겨울철 영동 대설과 관련하여 종관
자료에 대한 유형의 분류와 특성 조사, 관측 자료에
대한 분석(Jhun et al., 1994; Cho et al., 2004;
Kwon et al., 2014: Ahn et al., 2019)에 한정되어 있
으며, 수치모의를 이용하여 역전층의 고도, 상승하강
구역을 조사(Lee, 2001; Kim and Lee, 2014: Choi
and Lee, 2015)하는데 집중되어 있다. 또한 해풍과
대기오염물질의 농도와의 관련성을 조사하기 위한 연
구가 몇 사례 있으나 강수가 발생한 사례에 대해서
는 제외(Jeon et al., 1994; Oh et al., 2004)하여 연구
가 미흡한 상황이다.
따라서 본 연구에서는 2018년 8월 6일 영동지역에
동풍(해풍)이 유입되면서 최고 기온이 전날(8월 5일)
보다 약 5oC 이상 차이를 보이며 대류불안정에 의해
일 강수량이 200 mm 이상 관측되었던 사례에 대하여
시공간 및 연속적인 관측이 가능한 통신해양기상위성
(COMS: Communication, Ocean and Meteorological
Satellite, 이하 천리안위성)과 MODIS (Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer)의 구름 산출
물 자료를 중점적으로 이용하여 구름의 발달 및 특
성에 대한 광학적 열역학적 속성을 분석하였다. 종관
분석을 위한 일기도 자료, 라디오존데 자료, ECMWF
(European Centre for Medium-Range Weather
Forecasts)의 재분석 자료 등을 이용하여 중규모 대류
계의 연직 구조 분석 및 운동학적 특성을 조사함으
로써 집중호우 사례의 기작에 대한 특성을 분석하고
강원 영동지역에서 발생하는 여름철 집중호우 예보의
정확성 향상에 도움을 주고자 한다.
224 안보영·심재관·김규랑·김승범
2. 자료 및 분석방법
2.1. 종관 및 관측 자료
2018년 8월 6일 영동지역에서 발달한 중규모 대류
계의 발달 및 이동 특성을 분석하기 위하여 기상청
에서 제공하는 지상, 850, 500, 300 hPa 그리고 북반
구 500 hPa 일기도를 사용하였다. 강수 분포와 기온
변화의 공간 분포의 특성을 조사하기 위해 기상청의
AWS (Automatic Weather System) 관측 지점(676개
소)의 일 자료를 이용하였다. 특히 단시간에 많은 강
수량이 관측된 북강릉의 강수 분포 및 분석에는 시
간 강수량 자료가 이용되었다. 또한 영동지역의 주요
지상 관측 지점인 4개소(속초, 북강릉, 강릉, 동해)의
일 강수량 자료, 기온 자료를 사용하여 영동지역의
강수 및 기온 분포를 추가적으로 조사하였다.
대류계의 연직구조 분석 및 강수 과정을 이해하기
위하여 북강릉에서 관측된 고층 자료와 모바일 기상
관측 차량에서 관측된 고층 자료를 활용하여 강수가
시작되기 전부터 종료까지 단열선도의 특성을 분석하
여 대류성 집중호우 구름의 열역학적 특성을 분석하
였다.
2.2. 위성 자료
위성은 구름에 대한 지속적인 관측이 가능하여 이
동과 변화를 파악할 수 있고, 관측 채널의 특징을 이
용하여 대기의 역학적인 변화를 추정할 수 있다
(Adler and Fenn, 1981). 영동지역의 지리적인 특성
에 제한을 받지 않으며 대류성 집중호우를 유발하는
구름의 특성 정보를 시공간적으로 얻을 수 있는 방
법 중의 하나로 위성 자료를 이용할 수 있다. 천리안
위성은 지구 적도 상공 36,000 km 고도, 동경 128.2o
에 위치하여 한반도 영역(15분)을 24시간 연속적으로
기상 관측이 가능한 정지궤도 위성이다. 천리안 위성
의 수증기 채널(6.7 μm)은 적외 채널의 일종으로 구
름이 없는 대기에서도 수증기에 민감하게 반응하며
그 고도는 약 400 hPa이다. 주로 대기 중상층의 수증
기 분포 및 습도 분석, 상층 침강역 및 건조역에서의
종관규모에 관한 대기 특성을 분석할 수 있다. 구름
산출물 자료는 구름 운정 온도(Cloud Top Temperature;
CTT), 구름 운정 고도(Cloud Top Heihgt; CTH), 구
름 운정 기압(Cloud Top Pressure; CTP) 그리고 구
름 광학 두께(Cloud Opticla Thickness; COT)이며 이
들 자료의 해상도는 모두 4 km이다. 운정 온도는 단
일채널법의 밝기 온도를 이용하여 산출되며 이때 대
기의 연직 분포자료를 이용하여 운정 기압을 산출한
다. 운정 기압의 보정을 위해 수증기채널(6.7 μm)과
적외채널 1(10.8 μm)을 이용하여 복사비율법이 사용
된다. 그리고 보정된 운정 기압에서 측고 공식에 적
용하여 운정 고도를 산출한다(National Meteorological
Satellite Center, 2012). 구름 광학 두께는 가시채널
(0.65 μm)과 근적외채널(3.75 μm)을 이용하여 산출되
면 가시채널의 특성상 주간의 경우에만 산출이 가능
하다(National Meteorological Satellite Center, 2012).
대류형 강수 구름의 특성을 분석하기 위해 천리안
위성의 수증기채널, 구름 산출물 자료를 사용하여 구
름의 광학적 열역학적 특성을 알아보았다. 또한 영동
지역에서 발달한 대류형 강수의 구름 크기의 분석을
위해 −25oC 이하의 값을 대류형 구름의 임계 운정
온도로 설정하고 −25oC 이하의 구름을 대류형 강수
와 관련된 구름으로 가정하였다. 구름 크기는 화소수
에 16 km2(적외 채널의 공간 해상도 4 km)를 곱하여
계산하였다.
MODIS의 구름산출물 자료는 Terra와 Aqua 극궤
도 위성에 탑재된 센서로 36개의 광학스펙트럼 채널
과 세 가지의 공간 해상도로부터 지구 관측 자료를
제공하며 특히 한반도 영역은 하루에 두 번 탐지한
다. 구름의 물리적 특성을 결정하기 위하여 적외 영
역과 가시 영역에서 관측된 복사휘도(radiance) 자료
를 이용하여 산출된 값이며 천리안 위성의 산출 방
식과 비슷하다. 특히 구름 유효 입자 반경(Cloud
Effective particle Radius; CER)은 0.664와 3.75 μm
채널 자료를 사용하여 추정(Nakajima and King,
1990)되었고 구름 입자상(Cloud Phase; CP)은 8.5와
11 μm에서 밝기온도의 차이 값을 통해 얼음(Ice), 물
(Liquid Water) 그리고 혼합과 불확실(Mixed and
Uncertain)로 구분되었다(Baum et al., 2012). 해상도
는 모두 1 km이며 MODIS에서 제공되는 자료는
Snap shot이기 때문에 본 연구의 사례에 있어 우리나
라(영동지역)를 관측하는 시간 때(1030 KST)의 자료
를 이용 하였으며 구름의 광학적 열역학적 특성에
대한 공간적 분석을 하였다.
2.3. ECMWF 재분석 자료
대류계의 연직 구조 분석 및 운동학적 특성을 조
사하기 위하여 ECMWF에 서 제공되는 ERA-5 재분
석 자료를 이용하였다. 이 자료는 1시간 간격의 해상
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 225
도를 가지며, 0.25o×0.25
o (위도×경도)의 수평 해상도
를 가지는 전구 자료다. 상층 자료는 등압면 자료와
등온위면 자료가 있으며 등압면 자료는 1000-1 hPa까
지 37개의 연직층과 같은 공간 해상도로 이루어져
있으며 등온위면 자료는 265-850 K까지 15개의 연칙
층으로 구성되어 있다(https://www.ecmwf.int/en/news
letter/159/meteorology/global-reanalysis-goodbye-era-
interim-hello-era5, last access: 9 March 2019). 본 연
구에서 영동지역의 유인관측소 지점인 북강릉(130oE,
37.8oN)을 중심으로 등압면 자료 중 상대소용돌이도,
발산 자료, 연직속도, 바람장, 습도의 변수를 사용하
여 분석하였다.
3. 결 과
3.1. 기온 및 강수발생 특성
여름철 영동지역은 해풍에 의한 동풍기류의 유입으
로 대기하층에서 수렴이 발생하고 산 사면을 따라
강제 상승을 하는 등 다른 지역보다 쉽게 연직 상승
운동이 일어나기 쉬우며(Choi et al., 2016), 일사에
의한 지표 가열이 해안지역에서의 수렴역 발생에 큰
기여를 한다(Warren et al., 2014). 기온 분포 및 기온
차를 알아보기 위하여 2018년 8월 5일과 6일 관측된
AWS 지점의 기온 자료를 이용하였다(Fig. 1). Fig.
1(a)는 사례 전날인 8월 5일 하루 동안의 최고 기온
Fig. 1. Distribution of daily maximum temperature (oC) at (a) 21 KST 5, (b) 09 KST 6 August 2018 and (c) daily maximum
temperature difference (oC) over the Korean Peninusula from 5 to 6 August 2018, respectively.
226 안보영·심재관·김규랑·김승범
(oC)의 분포를 보여준다. 영동지역 주요 관측소의 최
고 기온은 속초 38.7oC, 북강릉 37.4
oC, 강릉 37.7
oC,
동해 35.8oC로 대부분의 지역에서 35
oC 이상의 최고
기온을 나타냈다(Table 1). 경상도 일대를 제외한 그
외 지역에서도 30oC 이상의 최고 기온을 보이며 강
한 일사에 의한 지표면의 가열이 더해지면서 전국적
으로 폭염 경보가 발령되었다.
8월 6일 영동지역의 주요 관측소에서 나타난 최고
기온은 전날(5일) 보다 약 10oC 이상의 기온 차이를
보이며 25oC 이하의 기온 값을 나타냈다. 반면에 영
서 지역 및 영남, 호남 내륙은 전날(5일)과 비슷한
최고 기온의 분포 값을 보였다(Fig. 1(b)). 8월 5일과
6일의 최고 기온 차이 분포에서는 약 −10oC 이상을
보이며 35oC 이상의 최고 기온 분포가 확대된 내륙
지역에 비해 영동지역을 포함한 동해안 지역은 전체
적으로 기온이 낮고 급격한 기온 변화를 보였다(Fig.
1(c)). 영동지역은 차고 습한 동풍 기류가 6일 동해상
에서 유입되면서 최고 기온의 차이가 10oC 이상을
보이며 저온 현상이 나타나는 반면에 푄현상으로 강
원 영서 지역은 고온현상을 보이고 있어 전형적인
동풍(해풍) 유입에 따른 기온 분포의 특성을 보였다.
영동지역의 강수 분포를 알아보기 위하여 영동지역
주요 기상 관측 지점(4개소)의 강수량을 조사하였다.
영동지역 주요 4개 지점에서는 일 강수량이 평균 약
180mm 이상의 값을 보이며 다른 지역에 비하여 많
은 강수량을 보였다(Fig. 2(a)). 특히, 속초는 226.2
mm의 일 강수량을 기록하여 하루 동안 가장 많은
강수량을 보였고 북강릉은 204.8 mm, 강릉은 200.0
mm를 기록하였다(Table 1). 시간당 강수량을 보면
강릉지역은 1시간 내 강수량(6일 0304 KST)이 최대
93.0 mm hr−1를 내려 2002년 태풍 루사(100.5 mm hr
−1)
에 이은 지역 관측 사상 역대 2위를 기록하였고 속
초는 07 KST 54.9 mm, 북강릉은 03 KST 54.6 mm,
동해는 09 KST 55.1 mm의 최대를 기록하였다(Fig.
2(b)). 특히 강수가 있었던 영동지역에는 낙뢰가 발생
하였는데, 사례 당일 강원도 지역은 총 249회의 낙뢰
가 떨어졌으며 이 중 강릉은 209회로 가장 많은 횟
수를 나타냈고 낙뢰 분포를 보면 주로 08-12 KST에
집중적으로 발생했다(Fig. 3).
3.2. 종관기상 특성
Fig. 4-5는 2018년 8월 6일의 종관기상장 특징을
알아보기 위해 북반구 500 hPa 지위고도, 상층 및 지
상일기도 자료와 ECMWF 재분석 자료의 500, 850,
925 hPa의 지위고도(gpm), 기온(oC), 바람(ms
−1)을 합
성한 것이다. Fig. 4(a)는 2018년 8월 5일 15 KST 북
반구 500 hPa 지위고도장이다. 극 지방에서 ‘High
over Low’의 종관 패턴을 보이며 고기압의 영향으로
그 전면에서 극지방의 찬 공기(북서풍계열)가 오호츠
크해 지역으로 남하하면서 기압골이 형성되어 있다.
200 hPa 일기도에서는 만주 지역에 위치한 제트기류
의 영향으로 북서풍 계열의 바람이 연해주 지역으로
유입되면서 찬 공기가 일본 훗카이도 및 동해상으로
유입되어 동한만 지역 주변으로 −30oC 온도골이 형
성되었으며 우리나라는 고기압의 영향권에 위치하고
있다(Fig. 4(b)). 500 hPa 일기도에서는 Fig. 4(b)의
200 hPa 일기도와 같이 사할린 지역에 저기압 중심이
위치하고 있으며 일본 훗카이도 지역으로 기압골이
형성되면서 차고 건조한 공기가 동해상 상층에 유입
되었고(Fig. 4(c)), Fig 5(a)의 500 hPa 등압면의 결과
Table 1. Hourly precipitation amount and maximum temperature of the 4 weather stations in the Yeongdong region during 5-6
August 2018
Event precipitation amount and temperature
Events Weather StationsDaily precipitation
(mm hr−1
)
Maximum temperature
(oC)
Maximum temperature difference (oC)
2018. 8. 5.
Sokcho 68.5 38.7 Sokcho
13.5Bukgangneung 0.0 37.4
Gangneung 0.0 37.7 Bukgangneung
12.6Donghae 0.0 35.8
2018. 8. 6.
Sokcho 226.2 25.2 Gangneung
12.0Bukgangneung 204.8 24.8
Gangneung 200.0 25.7 Donghae
10.7Donghae 105.5 25.1
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 227
와 일치함을 잘 보였다. 700 hPa 일기도에서는 영동
지역 해안으로 습수 구역이 존재하고 있으며 동해상
으로 14oC의 온난핵이 위치하고 있어 동해상의 대기
중층은 기온이 높고 Fig. 4(b)와 같이 상층대기에서
는 동해상으로 −30oC의 찬 공기가 유입되고 상대적
으로 하층은 습하고 따뜻한 공기가 위치하고 있어
대기 중층의 포화된 공기는 상층까지 상승하기 좋은
기상 조건을 보였다(Fig. 4(d)).
850 hPa 일기도에서는 동해상에 습수 구역이 있으
며 일본 훗카이도 지역에서 기압골이 발달하고 있다.
이 기압골의 영향으로 영동지역은 북풍 내지 북동풍
의 영향을 받았고(Fig. 4(e)), Fig. 5(b)의 850 hPa 등
압면의 공간 분포에서는 연해주 지역의 기압골 후면
Fig. 3. Distribution of daily occurrence of lightening in
Yeongdong region on 6 August 2018, respectively.
Fig. 2. (a) Distribution of 24 hr Accumulated precipitation (mm hr−1
) over the Korean Peninusula and (b) Accumulated 60-min
precipitation (mm) of AWS located at Bukgangneung (BGN), Gangneung (GN), Sokcho (SOC) and Donghae (DOH) in Yeong-
dong region on 6 August 2018, respectively.
228 안보영·심재관·김규랑·김승범
으로는 하층 고압부가 발달하면서 동해상으로 북동기
류의 유입을 지원하는 기상 조건을 보였다. 8월 6일
09 KST의 지상일기도에서는 우리나라 남서쪽(동지나
해 지역)에 중심 기압이 1009 hPa인 고기압이 위치해
있으며, 동해상으로는 일본 혼슈 지역에 저기압이 위
치하고 있다(Fig. 4(f)). 특히 Fig. 5(c)의 925 hPa 등
압면의 공간 분포에서는 동한만 지역으로 온도골이
발달하면서 온도 경도가 강해져 동해상으로 한기 이
류가 발생하기 좋은 기상 조건을 보였으며 우리나라
는 남서쪽에 고온다습한 기류가 내륙(서쪽)으로 유입
되고 동한만 지역으로 −30oC의 온도골이 형성되어
있어 저기압을 따라 오호츠크해 지역에서 상대적으로
차고 건조한 공기가 북동기류에 의해 영동지역은 지
형적인 영향과 함께 하층의 따뜻한 공기위로 중상층
의 찬 공기가 유입되면서 대기불안정을 만들기 쉬운
기상 조건을 보였다. 따라서 8월 6일 영동지역의 강
수는 중상층에서 찬 공기가 동해상으로 유입되고 상
대적으로 따뜻하고 습한 공기가 남서쪽에서 유입되면
서 수증기와 열의 공급으로 급격하게 대기 하층이
불안정화되고 이 불안정이 해소되는 과정에서 대류운
의 발달을 만들어 영동지역에 많은 강수와 뇌전 현
상을 발생한 것으로 사료 된다.
Fig. 4. Weather charts for (a) 500 hPa geopotential height in north pole at 21 KST 5 August 2018 and (b) 200 hPa, (c) 500 hPa,
(d) 700 hPa, (e) 850 hPa and (f) surface at 09 KST 6 August 2018, respectively.
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 229
3.3. 강수 구름 특성
대류불안정에 의해 발달한 구름의 이동 방향, 위치
와 상층 침강역 및 건조역의 공간 분포를 분석하기
위해 천리안 위성의 수증기 채널 자료를 이용하였다.
Fig. 6은 천리안 위성에서 관측된 8월 6일 00-21
KST까지 3시간 간격의 수증기 영상이다. 2018년 8월
6일 03 KST 강원 영동지역에 대류 세포(명역)가 발
달하기 시작하였다(Fig. 6(b)). 이 대류 세포들은 점차
발달하면서 남동진하여 강원 영동 남부 지역으로 확
대되었다(Fig. 6(c)). 09 KST에 우리나라 서해상과 동
해상으로 암역이 나타나면서 상층 건조공기의 침강역
이 발달하는 것을 알 수 있다. 특히 동해상에서 침강
하는 건조역을 자세히 보면, 연해주 지역에서 일본
혼슈 지역으로 북서풍 계열의 유출류(outflow)가 나
타나면서 서쪽(시코쿠 지역)으로 침강하는 기류와 동
쪽(훗카이도 지역)으로 침강하는 기류로 나누어지는
것을 확인할 수 있다(Fig. 6(d)). 특히 Fig. 5(a)의
500 hPa 지위 고도에서는 중국 북부지역에서 유입된
기류가 서해상으로 침강하고, 훗카이도 지역에서 발
달한 상층 단파골의 영향으로 동해상으로 기류가 침
강하는 것을 확인할 수 있다. 동해상에서 침강하는
건조역은 일본 혼슈지역과 동해상으로 암역의 띠가
점차 뚜렷하게 나타나고 서해상에서도 침강하는 영역
이 확대되었다(Fig. 6(e), 6(f)). 영동지역에서 경북지
역으로 남동진하던 대류계는 18 KST 이후로 점차 그
세력이 약해지고 형태를 잃어 소멸하였다(Fig. 6(g),
6(h)).
Fig 7은 구름의 형태가 원형에 가까운 모습을 나타
낸 2018년 8월 6일 1030 KST의 MODIS에서 탐지한
영동지역 주변의 구름 산출물의 분포를 나타낸 것이
다. 구름의 운정 온도는 영동 중부 및 남부 지역과
동해상으로 −70oC 이하의 값들이 균질하게 분포하고
있으며 대류계의 세포가 상당히 발달했음을 알 수
있다(Fig. 7(a)). 구름의 광학 두께는 구름의 수분 양
을 나타내는 것으로 영동지역의 중·남부 내륙지역과
해안 및 연안으로 40 이상으로 큰 값을 나타냈으며
구름 입자의 밀도가 높고 수분양이 많은 구름들이
분포하고 있는 것으로 추정할 수 있다(Fig. 7(b)). 구
름 입자 반경은 영동 중부지역과 해안 및 연안 지역
으로 3035 μm 사이의 값을 보이며 큰 입자가 분포하
는 것을 알 수 있으며 광학 두께가 높은 지역과 일
치함을 보였다(Fig. 7(c)). 운정 고도와 운정 기압의
분석에서는 약 13 km(약 200 hPa) 이상의 키가 큰
대류계의 구름이 영동 중부 및 남부 지역으로 분포
하는 것을 알 수 있다(Fig. 7(d), 7(e)). 이때 구름의
상은 운정 기온이 낮게 나타난 영동 중·남부 지역으
로 대부분 얼음으로 나타나는 것을 볼 수 있다(Fig.
7(f)). 결과적으로 영동지역의 강수 구름은 운정 온도
가 매우 낮고, 운정 고도가 약 13 km 이상으로 구름
의 키가 매우 크고, 높은 광학 두께와 큰 입자들이
분포하여 수분 함량이 많은 두꺼운 적란운 형의 구
름에서 많은 강수가 있었음을 알 수 있다. 구름의 수
분함량이 강수량과 밀접한 관련을 가진다고 가정한다
면, 영동지역으로 강수 확률이 높은 것으로 추정할
수 있으며 Fig. 1과 같이 많은 강수가 있었던 지역과
일치한다.
Fig 8은 2018년 8월 6일 북강릉 지점의 시간 강수
Fig. 5. Composite distributions of geopotential height (m)
(blue line), temperature (oC) (red dotted line) and wind vec-
tor (ms−1
) (green) for (a) 500 hPa, (b) 850 hPa and (c)
925 hPa at 09 KST 6 August 2018, respectively.
230 안보영·심재관·김규랑·김승범
량과 같은 시간 때의 천리안 위성에서 관측된 운정
온도, 운정 고도, 운정 기압 그리고 광학 두께에 대
한 시간에 따른 변화를 나타낸 것이다. 사례 기간 최
대 시간 강수량은 54.6 mm hr−1로 03 KST에 발생하
였고 이후 13 KST까지 강수가 지속되었으며 이 기간
동안 평균 강수량은 13 mm로 나타났다. 반면 14 KST
이후부터 강수량은 5 mm 이하로 감소하는 추세를
보였고 평균 강수량은 1.7 mm를 나타냈다. 강수량이
지속되었던 같은 시간 때의 평균 운정 온도는 −60oC,
평균 운정 고도는 13 km, 평균 운정 기압은 185hPa
를 나타냈으며 강수량이 감소하는 14 KST 이후의 평
균 운정 온도는 16oC, 평균 운정 고도 1 km, 평균 운
정 기압은 820 hPa를 보였다(Fig. 8(a)). 강수량은 구
름 내의 수분의 양 그리고 구름의 키와 밀접한 관련
성을 보인다(Ahn et al., 2007). Fig. 8(b)는 구름의
총 누적 수분량을 나타내는 광학 두께의 시간 변화
를 나타낸 것이다. 구름 광학 두께는 사례 기간 강수
가 많았던 시간 때(08-13 KST)에 높은 값(평균 16.1)
Fig. 6. Water vapor images at interval of 3 hours from COMS satellite at (a) 00 KST, (b) 03 KST, (c) 06 KST, (d) 09 KST, (e)
12 KST, (f) 15 KST, (g) 18 KST and (h) 21 KST 6 August 2018, respectively.
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 231
을 보였으며 강수량이 감소한 13 KST 이후 상대적으
로 낮은 값을 보여 Fig. 8(a)와 같이 구름의 키가 클
수록 구름 속의 수분함량이 많고 더 많은 강수량을
보여 강수 확률과의 관련성을 보였다.
Fig. 9은 강원지역(127.5-130.0oE, 37-39
oN)에서 발
달한 대류형 강수 구름의 최저 운정 온도와 구름의
크기(−25oC 이하)에 대한 시간 변화를 나타낸 것이다.
북강릉 지역은 구름이 발달하면서 01 KST부터 강수
가 시작되면서 최저 운정 온도는 −74oC 이하로 급격
하게 낮아졌고 구름 크기는 2,000 km2로 나타났다.
가장 많은 강수량(54 mm hr−1
)이 관측된 03 KST의
최저 운정 온도는 −85oC 이하로 더 낮은 값을 나타
냈고(Fig. 9(a)) 구름 크기도 9,200 km2로 발달하다
07 KST에는 15,600 km2로 최대값을 나타내며 가장
크게 발달했다(Fig. 9(b)). Fig. 8(a)와 같이 북강릉은
약 2시간 후 09 KST에 25 mm hr−1의 많은 강수량이
관측되었다. 최저 운정 온도는 03 KST부터 7시간 동
안 −80oC 이하의 낮은 온도를 유지하였고 10 KST에
−88oC 이하의 극소값을 보였으며 −52
oC의 낮은 온도
를 갖는 찬 구름이 6시간 이상을 경우 중규모 대류
Fig. 7. Distribution of the (a) cloud top temperature (oC), (b) cloud optical thickness, (c) cloud effective partical radius (µm), (d)
cloud top height (km), (e) cloud top pressure (hPa) and (f) cloud phase at 1030 KST 6 August 2018 from MODIS cloud prod-
uct.
232 안보영·심재관·김규랑·김승범
복합체(Mesoscale Convective Complex, MCC)로 구
분될 수 있다고 했다(Maddox, 1980). 이후 10KST부
터 −25oC 이하의 구름 크기가 점차 감소하여 17 KST
에는 구름 크기가 약 3,000 km2로 작아지고 최저 운
정 온도가 약 −43oC로 급격하게 증가한 18 KST 이
후에는 강수가 종료되었다
영동지역에서 발달한 대류형 강수 구름은 cell 형
태로 발달하면서 −80oC 이하의 낮은 운정 온도를 7
시간 동안 유지하였고 구름의 크기는 15,600 km2 로
최대 크기를 나타내어 낮은 운정 온도와 키가 큰 두
꺼운 구름이 영동지역에 강한 뇌전 현상 함께 발생
한 집중호우의 원인으로 사료 된다.
3.5. 대기의 연직구조 특성
Fig. 10은 북강릉과 강릉에서 관측된 라디오존데의
연직 고도별 단열선도에 대한 그림이다. 집중호우가
시작되기 전 8월 5일 21 KST 단열선도에서는 약
700 hPa 고도면 부근에 역전층이 형성되어 이 역전층
을 경계로 대기 상층과 하층 사이의 에너지 교환이
차단되면서 조건부 불안정을 나타내고 있다. 대기
중·하층(1000-700 hPa)과 대기 상층(250-150 hPa)에
서 습윤층이 형성되어 있어 구름층이 존재함을 알
수 있다. 특히 700 hPa 고도면에는 역전층의 영향으
로 대류가용에너지(Convective Available Potential
Energy, CAFE)가 약 67 J kg−1의 값을 보였고 역전층
상층의 대류억제도(Convective Inhibition, CIN)는 약
6 J kg−1으로, 지상에서 부력에너지(+)가 강제 상승하
여 상층으로 발달하면서 CAPE는 약 1,840 J kg−1으로
커져 대류운이 급격하게 발달할 수 있는 조건을 나
타냈다(Fig. 10(a)). 8월 6일 10 KST의 단열선도에서
는 지상에서 약 200 hPa 고도면 까지 습윤층이 형성
되어 있어 두꺼운 구름층이 존재함을 알 수 있다. 바
람장의 연직 분포에서는 지상에서 약 600 hPa 고도
면 이하의 바람은 주로 동풍북동풍이 관측되었으며,
600 hPa 이상의 고도면에서는 서풍계열의 바람이 우
세하여 연직으로 바람시어(wind shear)가 크게 나타
Fig. 8. Time series of (a) cloud top temperature (oC), cloud top height (km) and cloud top pressure (hPa) from COMS satellite
cloud product and AWS hourly precipitation (mm hr−1
) at Bukgangneung from 00 KST to 21 KST 6 August 2018. (b) same as
in Fig. 7 (a) except for cloud optical thickness from 0845 KST to 1645 KST 6 August 2018.
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 233
나면서 상하층 반시계방향으로 회전하는 반전
(backing)을 보이고 있어 한랭이류가 위치하고 찬 공
기가 유입되었음을 알 수 있다(Fig. 10(b)). 즉 상하
층사이의 에너지 교환은 500 hPa의 안정층(역전층)에
의하여 차단되면서 대기불안정도가 높아졌으며 8월
6일 10 KST부터 해소되면서 급격하게 불안정한 대기
로 발달하고 있음을 알 수 있다. 이러한 불안정에너
지가 대류현상(대류운) 발달의 기본 에너지로 작용하
여 200 mm 이상의 집중호우(대류성 강수) 발생의 원
인으로 사료 된다.
3.6. 대기의 운동학적 특성
대류형 강수 구름의 초기 발생 및 발달과 관련하
여 대기의 운동학적 특성을 분석하기 위하여 상승속
도, 상대소용돌이도, 발산장을 분석하였다. Fig. 11은
북강릉(128.8oE, 37.8
oN) 지점의 연직 상승속도에 대
한 고도별 시계열을 나타내었다. 상승속도는 대류계
의 발달정도를 알 수 있다(Kim et al., 2013). 실선과
점선은 각각 상승기류(음의 값)와 하강기류(양의 값)
를 나타낸 것으로 1×10−3
h Pas−1의 간격이다. 2018년
8월 6일 00 KST에서 03 KST까지 약 3시간 동안 북
강릉에서는 지상에서 약 650 hPa 고도까지 다소 약
하게 상승역이 존재하고 02 KST에는 약 700 hPa 고
도 부근에서 −3×10−3
h Pas−1의 다소 약하지만 연직
상승속도 핵이 위치하였다. 8월 6일 04-06 KST 사이
에는 중·하층 고도에서 하강역이 분포하다가 08 KST
부터 상승역이 급격하게 발달하여 약 700 hPa 고도
까지 발달하였고 13 KST에는 850 hPa 고도 부근에
약 −19×10−3
h Pas−1의 이상의 강한 연직 상승속도의
핵이 위치하고, 8월 6일 14 KST에는 약 550 hPa 고
도까지 상승 운동이 뚜렷하게 나타났다. 16 KST 이
후부터 상승역은 850 hPa 고도 이하로 낮아지며 주
로 하층에서 분포하고 약 −5×10−3
h Pas−1로 약화되었
다(Fig. 11(a)).
Fig. 11(b)는 상대소용돌이도장의 연직 분포를 나타
낸 것이다. 그림에서 실선은 양의 값으로 저기압성
소용돌이도(1×10−5
s−1
)를 나타낸 것이며 점선은 음의
값으로 고기압성 소용돌이(1×10−5
s−1
)를 의미한다.
2018년 8월 6일 00 KST에서 06 KST까지 600 hPa
고도면 이하에서는 0- −2×10−5
s−1
이상의 고기압성 소
용돌이도가 나타난다. 8월 6일 07 KST 이후부터 중·
하층 고도에서 저기압성 소용돌이도가 약 750 hPa
고도면까지 급격하게 발달하였고 12 KST에는 850 hPa
고도 부근에 약 22×10−5
s−1 이상의 최대 저기압성 소
Fig. 9. Time series of (a) minimum cloud top temperature (oC) and (b) cloud cell size (less than −25
oC) (km
2) in Yeongdong
region (127.5-130.0oE, 37-39
oN) from COMS satellite cloud product for 6 August 2018, respectively.
234 안보영·심재관·김규랑·김승범
용돌이도가 위치하고 있다. 저기압성 소용돌이는
16 KST에 약 750 hPa 고도까지 확장하였고 이후 점
차 하강하여 약 10×10−5
s−1 이하의 약한 저기압성 소
용돌이도가 하층대기(약 900 hPa) 이하에 분포하였다.
Fig. 11(c)는 상하층의 발산과 수렴에 대한 고도별
시계열을 나타내었다. 점선은 양의 값으로 발산 영역
을 나타냈으며 실선은 음의 값(1×10−5
s−1
)으로 수렴
영역을 의미한다. 2018년 8월 6일 05KST에 하층
(900 hPa 이하) 고도면에서 −1- −2×10−5
s−1의 수렴역
이 발달하였고 8월 6일 13 KST에 950 hPa 고도 부
근에 약 −20×10−5
s−1 이상의 최대 수렴역이 위치하고
약 870 hPa 고도면까지 나타난다. 반면 900 hPa에서
660 hPa 고도면까지 발산역이 나타나고 있으며 약
830 hPa 고도에서 12×10−5
s−1
이상의 최대값이 나타
났다. 이후 수렴역은 16 KST에 약 870 hPa 고도까지
하강하여 −8×10−5
s−1 이하의 약한 수렴영역이 하층대
기(약 900 hPa)에서 분포하였다.
Fig. 11(d)는 상대습도, 상당온위와 바람장에 대한
고도별 시계열을 나타내었다. 2018년 8월 6일 상대
습도의 연직 분포는 중·상부 대류권(300-600 hPa)에
서는 상대습도가 50% 이하의 값을 나타내고 있어
건조역이 분포하고 있으며 반면 850 hPa 이하의 하
층 고도면에서는 상대습도(RH>90%)가 높고 포화된
습윤역을 나타냈고 12-18 KST에는 약 800-900 hPa
고도면 사이에서 상대습도가 100%를 보였다. 상당온
위는 중·상부 대류권(300-600 hPa)에서 연직 경도가
조밀하여 안정한 영역이 형성되어 있으며 상당온위는
340 K 이상의 값을 나타냈다. 하부 대류권(600 hPa)
이하의 고도에서는 상대적으로 덜 안정한 영역이 형
성되어 있다. 바람은 8월 6일 00-08 KST에 지상에서
700 hPa 고도까지 서풍계열의 바람이 나타났고 8월
6일 09 KST에 바람이 반전하여 850 hPa 이하의 하층
에서는 동풍기류가 유입되었고 Fig. 10의 단열선도의
바람과 일치했다.
북강릉 지역의 연직속도, 상대소용돌이도, 발산장,
상대습도, 상당온위 그리고 바람장의 시계열 분석을
종합해 보면, 대기가 조건부 불안정한 상태로 하층에
서 포화된 습윤한 공기가 동풍 기류에 의해 유입되
면서 하층에서는 저기압성(+) 소용돌이도가 강해져
지상에서 상승 운동이 발생하여 대류형 구름이 발달
하였고 200 mm 이상의 집중호우가 영동지역에 발생
한 원인으로 사료 된다. 이러한 대기의 운동학적 과
정에서 방출된 잠열은 상승 운동을 강화시켜 공기계
가 상승하고 수렴역이 발달한다(Charney and Eliassen,
1964).
4. 요약 및 결론
본 연구는 2018년 8월 6일 영동지역에서 중규모
대류계의 발달에 의해 일 강수량이 200 mm 이상의
집중호우가 내린 사례를 분석하였다. 영동지역의 지
리적인 특성을 반영하여 시공간의 제약이 없는 위성
자료(천리안, MODIS)를 중점으로 구름의 이동과 발
달에 대한 구름의 특성을 분석하고 종관 일기도와
AWS 자료를 추가적으로 분석하여 종관 기상 상태를
분석하였다. 대기의 연직구조 분석 및 운동학적 특성
을 분석하고 강수 과정을 이해하기 위하여 라디오존
데의 고층 자료, ECMWF 재분석 자료 등을 이용하
여 집중호우의 원인과 특성을 조사하였고 그 결과를
Fig. 10. Skew-T log-P diagram of (a) Bukgangneung at
21KST 5 and (b) Gangneung at 10KST 6 August 2018.
2018년 8월 6일 발생한 영동지역 집중호우 사례에 대한 특성 연구 235
요약하면 다음과 같다.
(1) 2018년 8월 6일 지상 일기도에서는 북반구 극
지방에서 찬 공기(북서풍계열)가 오호츠크해 지역으
로 남하하면서 기압골이 위치하였다. 대기 중·하층에
서 찬 공기가 동해상으로 유입되고 우리나라 남서쪽
에서 위치한 고기압의 영향으로 따뜻하고 습한 공기
가 북서풍에 의해 영동지역으로 유입되었다. 특히
850 hPa에서는 동해상에서 온도골이 발달하면서 온도
경도가 강해지고, 동풍기류의 영향으로 한기 이류가
발생하기 좋은 종관 상태를 보였다. 영동지역은 서로
다른 두 기류에 의한 수증기와 열의 공급으로 대기
가 불안정 해지고 이 불안정이 해소되는 과정에서
급격한 대류운(적란운)의 발달과 함께 집중호우와 뇌
전 현상이 발생한 것으로 사료 된다.
(2) 천리안 위성에서 관측된 수증기 영상에서는 동
해상으로 암역이 나타나면서 상층 건조공기의 침강역
이 영동지역으로 유입되었다. 강수 구름은 운정 온도
가 매우 낮고, 운정 고도가 약 16 km 이상으로 구름
의 키가 매우 크고, 높은 광학 두께와 큰 입자들이
분포 하여 수분 함량이 많은 것을 확인하였고 구름
의 크기(−25oC 이하)는 최대 면적이 15,600 km
2이며
−80oC 이하의 낮은 운정 온도를 7시간 동안 유지하
여 두꺼운 적란운형의 구름에서 많은 강수가 있었음
을 알 수 있었다. 특히 구름 광학 두께는 강수가 많
이 내린 시간 때에 높은 값을 보였으며 반대로 강수
량이 감소할 때는 상대적으로 낮은 값을 보여 구름
의 키가 클수록 구름 속의 수분함량이 많아 강수가
내릴 확률이 더 높을 것으로 추정할 수 있었다.
(3) 강릉지역에서 관측된 라디오존데 자료의 단열
선도 분석에서는 지상에서 약 200 hPa 고도면 까지
습윤층이 형성되어 있어 두꺼운 구름층이 존재함을
알 수 있다. 약 600 hPa 고도면을 기준으로 연직 바
람시어(wind shear)가 크게 나타나고 700 hPa 고도면
에서는 역전층이 존재하면서 상층과 하층의 에너지
교환이 원활하게 이루어지지 않아 불안정한 대기 상
태임을 보였다.
(4) 운동학적 특성에서는 북강릉 지역의 연직 상승
속도는 8월 6일 13 KST에 850 hPa 고도 부근에 약
−19×10−3
h Pas−1의 이상의 강한 연직 상승 속도의 핵
이 위치하고 약 550 hPa 고도까지 상승 운동이 뚜렷
Fig. 11. Vertical cross section of (a) vertical velocity (×10−3
h Pas−1
), (b) relative vorticity (×10-5s−1
), (c) divergence (×10-5s−1
) and
(d) relative humidity (%), equvalent potential temperature (k) and wind vector (ms−1
) from 00 KST to 23 KST 6 August 2018 at
Bukgangneung (128.8oE, 37.8
oN), respectively.
236 안보영·심재관·김규랑·김승범
하게 나타났다. 저저기압성 소욜돌이도는 8월 6일
12 KST에 850 hPa 고도면에서 약 22×10-5s−1 이상의
최대 저기압성 소용돌이도가 위치하였고 950 hPa 고
도 부근에서 약 −20×10-5s−1 이상의 최대 수렴역이 위
치하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 약 800-900 hPa
고도 사이에서는 큰 값의 상대습도(RH>90%)와 상당
온위(θ e>340 K)가 크게 나타나고 서풍계열의 바람이
지속적으로 유입되다 8월 6일 09 KST부터 850 hPa
이하의 하층에서는 동풍 기류가 유입되는 것을 확인
하였다.
이상의 분석 결과를 종합하면 2018년 8월 6일 영
동지역에서 발생한 집중호우 사례는 상층의 차고 건
조한 공기가 영동지역으로 유입되면서 상대적으로 따
뜻하고 습한 중·하층의 공기와 만나 대기가 급격하
게 불안정해 지면서 대류운이 발달하고 단시간에 많
은 집중호우를 유발시켰다. 특히 강릉지역에서는 상
하층 간의 연직 바람 쉬어가 크게 나타나면서 한랭
이류에 의한 찬 공기가 유입되면서 700 hPa 고도면
에서는 역전층이 나타났다. 이 역전층은 상층과 하층
간의 상당온위의 차이를 유발하여 대기불안정 상태를
유도하고 양의 위치 소용돌이도 이상의 저기압성 순
환이 발달하면서 연직 상승속도를 강화시켜 하층에서
수렴역이 발달하는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구의 결과를 통해 여름철 영동지역에서 해풍
(동풍) 유입과 상하층간의 대기불안정에 의해 발생하
는 대류계의 발달과 집중호우에 대한 이해 및 여름
철 위험 기상 현업 예보에 도움이 될 수 있을 것으
로 사료 된다.
감사의 글
본 연구는 기상청 국립기상과학원 “재해기상 감시
분석예측기술개발 및 활용연구(KMA2018-00123)” 과
제의 일환으로 수행되었습니다.
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Manuscript received: May 6, 2020
Revised manuscript received: June 8, 2020
Manuscript accepted: June 11, 2020
