Assessment of Orographic Effects on an Extreme Rainfall Event during a Short Rainy Season in Rwanda Using the WRF Model

Abstract

극한 강우 (extreme rainfall)는 사회적, 경제적 측면으로 부정적인 영향을 미친다. 르완다에서는 고도가 높은 지역에서 극한 강우 발생시, 그 지역을 홍수가 나기 쉬운 지역으로 분류한다. 복잡한 지형으로 인해 발생하는 지형성 강우의 메커니즘을 이해하는 것은 지상 관측 자료의 부족으로 아직까지 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 부족한 관측자료 대신 고해상도 모델인 WRF를 이용하여 지형성 강우의 메커니즘, 즉 짧은 강우 기간 동안 높은 산이 강우의 공간 분포에 주는 영향을 평가하고 이해하고자 한다. 2011 년 11 월 30일에 발생한 극한 강우 사례에 대해 3 km 공간해상도를 갖는 NCEP FNL자료를 초기 배경장으로 사용하여 모델 모의를 수행하였다. 두 가지의 민감도 실험이 수행되었는데, 첫 번째는 5개의 대류 모수화 체계 (convective parameterization schemes) 중 강우의 측면에서 가장 작은 검증 오류를 유도하는 모수화 체계를 선택하기 위한 실험을 수행하였다. 두 번째는 지형이 강우의 공간 분포에 미치는 영향을 평가하기 위해 지형 효과를 축소시켜 모델 모의를 수행하였다. 지형 고도를 낮추면 직접적으로 강우의 공간 분포에 영향을 주게 될 뿐만 아니라, 바람장 및 수렴 지역에 영향을 미치므로 일부 지역에서는 강우량 감소가 발생하고 또 다른 지역에서는 강우량이 증가하는 등의 간접적인 영향도 미친다. 그리고 모의된 연직 속도와 구름 수량 및 빗물 혼합비 결과를 통해, 르완다 강우에 영향을 미치는 지형, 특히 산의 영향이 주로 시더-피더 기작 (the seeder-feeder mechanisms) 및 블로킹 효과, 그리고 지역적이고 국지적인 대기 운동과 연관된 상승흐름임을 확인하였다. 최근 시민사회에 대한 높은 관심과 활발한 논의에도 불구하고, 1990년대 이후의 동아시아의 시민사회에 대한 연구는 충분히 이루어지지 못하고 있다. 키워드 : 극한 강우 이벤트지형 고도, WRF 모델, 지형성 강우, 대류 매개변수 체계, 지형고도 감소;Extreme rainfall events have negative impacts on both social and economic aspects. In Rwanda, high altitude regions are classified as flood prone areas associated with extreme rainfall events. An understanding of orographic precipitation mechanisms over areas with complex topography is very complicated due to poor availability of ground-based meteorological observations. In this study, a fully-compressible model (WRF) was used to assess and understand the mechanisms through which high mountains affected spatial rainfall distribution during a short rainy season. A past extreme rainfall event, which occurred on 30 November 2011, was simulated using NCEP FNL data in a high resolution (33 km). Two sensitivity tests were performed to choose the best among five convective parameterization schemes (CPSs) leading to the smallest verification errors in terms of precipitation. Another sensitivity test was performed by forcing the model with reduced topography in order to assess the effects of topography on spatial rainfall distribution. It was found that reducing the terrain height not only affected spatial rainfall distribution but also affected the wind field and convergence areas which resulted in rainfall decrease in some areas and rainfall increase in other areas. In addition, according to the simulated vertical velocity, cloud water and rain water mixing ratios, mechanisms by which mountains affected rainfall in Rwanda during this particular extreme rainfall event were mainly the seeder-feeder mechanisms, the blocking effects and overturning flows which were connected to both local and regional motion systems. Keywords: Extreme rainfall event, WRF model, orographic precipitation, convective parameterization schemes, reduced topography