호수 효과

아래는 호수 효과 또는 레이크 이펙트(lake-effect)에 대한 설명이다.

2022년 1월 10일 오대호 전체에 걸쳐 차가운 북서풍에서 서풍이 호수 효과 눈을 만들었다.

호수 효과 눈(lake-effect snow)은 차가운 기단이 따뜻한 호수 물의 긴 구간을 가로질러 이동할 때 더 시원한 대기 조건에서 발생한다. 호수 물에 의해 가열된 공기 아래층은 호수에서 수증기를 흡수하여 더 차가운 공기를 통해 상승한다. 그런 다음 수증기는 얼어붙어 바람받이 (바람이 불어오는) 해안에 퇴적된다.^[1]

같은 효과는 소금물에서도 발생하며, 이 경우 해양 효과 또는 만 효과 눈이라고 불린다. 이 효과는 이동하는 기단이 바람이 불어오는 해안의 높은 지형의 지형적 영향으로 상승할 때 강화된다. 이러한 상승은 좁지만 매우 강한 강수대를 생성하여 시간당 수 인치씩 눈이 내리게 하여 종종 많은 양의 총 눈이 내리게 한다.

호수 효과 및 유사한 "해양 효과" 현상의 영향을 받는 지역을 스노벨트라고 한다. 여기에는 북미 오대호 동부 지역, 일본 북부의 서해안, 러시아 바이칼호, 그리고 그레이트솔트호, 흑해, 카스피해, 발트해, 아드리아해, 북해 등의 지역이 포함된다.

호수 효과 블리자드(lake-effect blizzards)는 호수 효과 눈으로 인해 발생하는 블리자드와 같은 조건이다. 특정 조건에서 강한 바람이 호수 효과 눈과 동반되어 블리자드와 같은 조건을 만들 수 있지만, 사건의 지속 시간은 미국과 캐나다 모두에서 블리자드 경보에 필요한 시간보다 약간 짧은 경우가 많다.^[2]

공기 온도가 강수를 얼어붙게 할 만큼 충분히 낮으면 호수 효과 눈으로 내린다. 그렇지 않으면 호수 효과 비로 내린다. 호수 효과 비 또는 눈이 형성되려면 호수를 가로지르는 공기가 지표 공기보다 훨씬 시원해야 한다 (지표 공기는 물 표면 온도에 가까울 가능성이 높다). 구체적으로, 기압이 850 밀리바 (85 kPa) (수직으로 약 1.5 킬로미터 or 5,000 피트)인 고도의 공기 온도는 지표면 공기 온도보다 13 °C (23 °F) 낮아야 한다. 850 밀리바 (85 kPa)의 공기가 물 표면보다 훨씬 차가울 때 발생하는 호수 효과는 뇌설, 번개와 천둥을 동반하는 눈 소나기 (불안정 증가로 인해 더 많은 에너지를 사용할 수 있기 때문에 발생), 그리고 매우 드물게는 토네이도를 발생시킬 수 있다.^[3]

형성

호수 효과 눈은 차가운 바람이 따뜻한 물 위로 구름을 불어올 때 발생한다.

호수 효과 강수를 형성하고 그 특성을 결정하는 몇 가지 주요 요소가 필요하다: 불안정성, 페치, 풍속 전단, 상류 수분, 상류 호수, 종관 (대규모) 강제, 지형/고도, 그리고 눈 또는 얼음 덮개.

불안정성

호수 온도와 대기 중 고도 (기압이 850 mbar or 85 kPa으로 측정되는 약 1,500 m or 5,000 ft) 사이의 약 13 °C (23 °F)의 온도차는 절대 불안정성을 제공하고 강력한 열 및 수분 수송을 수직으로 허용한다. 대기 기온 감률과 대류 깊이는 중규모 호수 환경과 종관 환경 모두에 의해 직접적으로 영향을 받는다. 가파른 기온 감률과 적절한 수분 수준을 가진 더 깊은 대류 깊이는 더 두껍고 높은 호수 효과 강수 구름을 허용하며 자연스럽게 훨씬 더 큰 강수율을 유도한다.^[4]

페치

기단이 수역 위를 이동하는 거리를 페치라고 한다. 대부분의 호수는 모양이 불규칙하여 다른 각도의 이동은 다른 거리를 초래한다. 일반적으로 호수 효과 강수를 생성하려면 최소 100 km (60 mi)의 페치가 필요하다. 일반적으로 페치가 클수록 더 많은 강수가 생성된다. 더 큰 페치는 경계층에 수증기로 포화될 시간을 더 많이 제공하고 열 에너지가 물에서 공기로 이동할 시간을 더 많이 제공한다. 기단이 호수 반대편에 도달하면 상승하고 냉각되는 수증기의 엔진이 응결 형태로 퍼져 눈으로 내리는데, 보통 호수에서 40 km (25 mi) 이내이지만 때로는 약 150 km (100 mi)까지도 이른다.^[5]

풍속 전단

방향성 전단은 돌풍 발달을 좌우하는 가장 중요한 요소 중 하나이다. 방향성 전단이 약한 환경은 일반적으로 전단 수준이 높은 환경보다 더 강한 돌풍을 생성한다. 지표와 기압이 700 mb (70 kPa)으로 측정되는 대기 고도 사이의 방향성 전단이 60°보다 크면 눈발 외에는 아무것도 예상할 수 없다. 수역과 기압이 700 mb (70 kPa)으로 측정되는 수직 고도 사이의 방향성 전단이 30°에서 60° 사이이면 약한 호수 효과 밴드가 가능하다. 전단이 30° 미만인 환경에서는 강하고 잘 조직된 밴드가 예상될 수 있다.^[6]

속도 전단은 덜 중요하지만 비교적 균일해야 한다. 밴드의 상부가 전단되는 것을 방지하기 위해 지표와 기압이 700 mb (70 kPa)으로 측정되는 수직 고도 사이의 풍속 차이는 40 노트 (74 km/h)를 초과해서는 안 된다. 그러나 지표에서 700 mb (70 kPa)까지의 바람이 균일하다고 가정하면, 더 빠른 전체 속도는 물에서 수분을 더 빠르게 운반하는 데 작용하며, 밴드는 훨씬 더 내륙으로 이동한다.^[6]

온도차와 불안정성은 직접적인 관련이 있으며, 차이가 클수록 호수 효과 강수는 더 불안정하고 대류성이 된다.

상류 수분

상류 상대 습도가 낮으면 호수 효과 응결, 구름 및 강수가 형성되기 더 어렵다. 상류 수분의 상대 습도가 높으면 그 반대가 되어 호수 효과 응결, 구름 및 강수가 더 쉽게, 더 많이 형성된다.^[7]

상풍 호수

상풍에 있는 모든 큰 수역은 수분을 추가하거나 기존의 호수 효과 밴드를 통해 하풍에 있는 호수의 호수 효과 강수에 영향을 미치며, 이는 하풍 호수 위에서 다시 강화될 수 있다. 상풍 호수가 항상 하풍 강수량 증가로 이어지는 것은 아니다.^[8]

종관 강제

상층의 와도 이류와 대규모 상승은 혼합 및 대류 깊이를 증가시키는 반면, 한기 이류는 온도를 낮추고 불안정성을 증가시킨다.^[9]

오로그래피 및 지형

일반적으로 호수 효과 강수는 호수 하류의 고도와 함께 증가하는데, 이는 지형적 강제가 강수를 짜내고 돌풍을 훨씬 더 빨리 건조시키기 때문이다.^[10]

눈과 얼음 덮개

호수가 점차 얼어붙으면서 호수 효과 강수를 생성하는 능력은 두 가지 이유로 감소한다. 첫째, 호수의 얼음이 없는 액체 표면적이 줄어든다. 이는 페치 거리를 줄인다. 둘째, 수온이 영하에 가까워져 돌풍을 생성하는 데 사용할 수 있는 전체 잠열 에너지가 감소한다. 호수 효과 강수 생성을 끝내기 위해 완전한 결빙이 항상 필요한 것은 아니다.^[11]

강수가 발생하지 않을 때도 차가운 공기가 따뜻한 물 위를 지나가면서 구름을 생성할 수 있다. 앨버타 클리퍼라고 알려진 빠르게 움직이는 중위도 사이클론은 종종 오대호를 가로지른다. 한랭 전선이 통과한 후 바람은 북서쪽으로 바뀌는 경향이 있으며, 자주 나타나는 패턴은 캐나다 해양주 위에서 장기간 지속되는 저기압이 형성되어 북대서양 진동 (NAO)의 음의 위상과 일반적으로 관련되어 북서풍을 오대호 위로 일주일 이상 끌어올릴 수 있다는 것이다. 겨울의 대부분 동안 지배적인 겨울 바람이 물보다 차가운 경향이 있기 때문에 호수의 남동쪽 해안은 거의 끊임없이 흐려져 겨울의 동의어로 "그레이트 그레이 펑크"라는 용어가 사용된다. 이 지역에는 빛 부족으로 인해 발생하는 것으로 여겨지는 일종의 심리적 우울증인 계절성 정동 장애를 높은 비율로 겪는 인구가 있는 것으로 알려져 있다.^[12]

사례

북아메리카

오대호 지역

뉴욕 중부의 호수 효과 눈 밴드

미국의 일부 호수 효과 눈 지역을 보여주는 지도

겨울철에 오대호 지역에서는 북서풍이 주로 불어와 오대호의 남부 및 동부 해안에 가장 극적인 호수 효과 눈을 발생시킨다. 이 호수 효과로 인해 오대호의 북부 및 서부 해안에 비해 남부 및 동부 해안에 훨씬 더 많은 눈이 내린다.

가장 영향을 받는 지역은 미시간 어퍼반도; 뉴욕 북부와 뉴욕 중부; 특히 터그 힐 지역, 뉴욕 서부; 펜실베이니아 북서부; 오하이오 북동부; 온타리오주 남서부 및 온타리오주 중부; 일리노이주 북동부 (미시간호 해안선을 따라); 인디애나주 북서부 및 북중부 (주로 게리와 엘카트 사이); 위스콘신주 북부 (슈피리어호 근처); 그리고 미시간 서부이다.^[13]

터그 힐 고원 (온타리오호 동쪽)의 호수 효과 눈은 종종 미국 일일 적설량 기록을 세울 수 있다. 터그 힐은 일반적으로 매년 겨울 20 피트 (240 in; 610 cm) 이상의 눈이 내린다.^[14] 터그 힐의 가장 눈이 많이 오는 지역인 몬태규, 오세올라, 레드필드, 워스 마을의 접점 근처는 연평균 300 인치 (760 cm) 이상의 눈이 내린다.^[15]

2007년 2월 3일부터 12일까지 터그 힐 고원의 노스 레드필드에는 호수 효과 눈으로 10일 동안 141 인치 (358 cm)의 눈이 내렸다.^[16][17] 터그 힐의 다른 주요 장기 호수 효과 눈폭풍 사례로는 2001년 12월 27일부터 2002년 1월 1일까지 몬태규에 6일 동안 127 인치 (320 cm)의 눈이 내린 것, 1997년 1월 10일부터 14일까지 노스 레드필드에 5일 동안 110.5 인치 (281 cm)의 눈이 내린 것, 1940년 1월 15일부터 22일까지 반스 코너스에 8일 동안 8피트 이상의 눈이 내린 것이 있다.^[17]

터그 힐 고원 바로 남쪽에 위치한 시러큐스 (뉴욕주)는 온타리오호로부터 상당한 호수 효과 눈을 받으며, 연평균 115.6 인치 (294 cm)의 눈이 내리는데, 이는 미국에서 "가장 눈이 많이 오는" 대도시 중 하나로 간주될 만큼 충분한 적설량이다.^[18][19]

이리호는 클리블랜드 동부 교외에서 이리를 거쳐 버펄로까지 이어지는 지역에 비슷한 영향을 미친다.^[20] 이리호에서 발생한 호수 효과 눈의 잔여물은 남쪽으로 개릿군, 동쪽으로 제네바 (뉴욕주)까지 도달하는 것이 관찰되었다.^[21] 다른 호수만큼 깊지 않기 때문에 이리호는 봄과 여름에 빠르게 따뜻해지며, 겨울에 얼어붙는 유일한 오대호인 경우가 많다.^[22] 일단 얼어붙으면, 그 결과로 생긴 얼음 덮개는 호수 하류의 호수 효과 눈을 완화시킨다. 호수 퇴적물에서 얻은 안정 동위 원소 증거와 호수 효과 눈 증가에 대한 역사적 기록을 결합하여, 지구 온난화가 호수 효과 눈의 추가적인 증가를 초래할 것이라고 예측되었다.^[23]

미시간 어퍼반도에는 호턴, 마켓, 뮤니싱 시 근처에 매우 큰 스노벨트가 존재한다. 이 지역들은 일반적으로 매 시즌 250–300 인치 (635–762 cm)의 눈이 내린다.^[24] 비교하자면, 서부 해안의 덜루스는 시즌당 78 인치 (198 cm)의 눈이 내린다.^[25]

미시간 서부, 미시간 북부 저지대 서부, 인디애나주 북부는 미시간호를 지나가는 바람이 머스키건, 트래버스시티, 그랜드래피즈, 캘러머주, 뉴 칼라일, 사우스벤드, 엘카트에 눈을 쌓이게 하므로 많은 호수 효과 눈이 내릴 수 있지만, 이 눈은 랜싱이나 포트웨인에 도달하기 전에 크게 줄어든다. 바람이 북풍이 되거나 330°에서 030° 사이로 정렬되면 미시간호 길이 전체에 걸쳐 하나의 호수 효과 눈 밴드가 형성될 수 있다. 이 긴 페치는 종종 매우 강하지만 국지적인 집중 폭설 지역을 생성하여 라포르테와 게리와 같은 도시에 영향을 미친다.^[26]

온타리오주 남서부는 삼면이 물로 둘러싸여 있기 때문에 온타리오주 남서부와 중부의 많은 지역이 겨울철 눈의 상당 부분을 호수 효과 눈으로 받는다.^[27] 이 지역은 북미에서 가장 혼잡한 고속도로인 (온타리오 고속도로 401)에서 갑자기 시야를 맑음에서 제로로 줄일 수 있는 백색 폭풍으로 악명이 높다.^[28] 가장 일반적으로 영향을 받는 지역은 서쪽으로 포트 스탠리 (온타리오주), 북쪽으로 브루스반도, 동쪽으로 나이아가라온더레이크, 남쪽으로 포트 이리 (온타리오주)까지 이어진다. 가장 많은 적설은 보통 휴런호와 조지아만 사이에 있는 브루스반도에서 발생한다. 오대호가 얼어붙지 않는 한, 브루스반도에 호수 효과 눈이 내리지 않는 유일한 경우는 바람이 남쪽에서 직접 불어올 때이다.

• 
  2001년 12월 24일부터 2001년 12월 28일까지 82.3 인치 (209 cm)의 눈이 내린 후의 버펄로
• 
  2004년 1월 28일부터 31일까지 오스위고 카운티 대부분 지역에 4–6 피트 (122–183 cm)의 눈이 내린 후의 풀턴 (뉴욕주)
• 
  1996년 11월 9일부터 14일까지의 재향군인의 날 폭풍. 폭풍이 절정에 달했을 때, 그레이터 클리블랜드에서만 160,000명 이상의 고객이 정전되었으며, 이 폭풍은 고립된 지역에 70 인치 (178 cm)에 달하는 눈을 생성했다.

미국 내 다른 지역

 그레이트솔트호 효과 문서를 참고하십시오.

그레이트솔트호의 남쪽과 남동쪽은 상당한 호수 효과 눈을 받는다. 그레이트솔트호는 결코 얼지 않기 때문에 호수 효과는 와사치 산맥을 따라 연중 날씨에 영향을 미칠 수 있다. 호수 효과는 호수 남쪽과 동쪽에 기록되는 연간 55–80 인치 (140–203 cm)의 강설량과 와사치 산맥에서 평균 500 인치 (13 m)의 강설량에 크게 기여한다. 반건조 기후로 인해 종종 매우 가볍고 건조한 눈은 산악 지역에서 "지구상 최고의 눈"이라고 불린다. 호수 효과 눈은 솔트레이크시티에서 연간 약 6~8번의 강설에 기여하며, 도시 강수량의 약 10%가 이 현상으로 인해 발생한다.^[29]

2016년 12월 한 차례, 로스 바넷 저수지에서 발생한 호수 밴드로 인해 미시시피주 중부에 호수 효과 눈이 내렸다.^[30]

미국 서해안은 가끔 해양 효과 소나기를 경험하며, 대개 컬럼비아강 하구 남쪽의 저고도 지역에서 비 형태로 나타난다. 이는 캐나다 서부에서 온 북극 기단이 태평양 위로 서쪽으로 이동할 때, 일반적으로 프레이저 밸리를 거쳐 저기압 중심 주변으로 해안으로 돌아올 때 발생한다. 프레이저 밸리에서 남서쪽으로 흐르는 차가운 공기는 조지아 해협과 후안 데 푸카 해협 위로 수분을 흡수하고, 올림픽산맥의 북동쪽 경사면 위로 상승하여 포트앤절리스, 세큠, 키챕군, 그리고 퓨젯 사운드 지역에서 국지적으로 많은 눈을 내리게 한다.^[31]

플로리다주에서는 어떤 종류의 눈도 매우 드물지만, 멕시코만 북부 해안을 따라 걸프 효과 눈 현상이 역사상 몇 번 관찰되었다. 최근에는 2003년 1월 24일에 대서양에서 불어오는 바람과 30°F 범위의 기온이 결합하여 플로리다 북부 대서양 해안에 잠시 눈보라를 가져왔으며, 케이프 커내버럴 남쪽까지 공중에서 관찰되었다.^[32]

유라시아

이스탄불과 터키 북부

 이스탄불의 기후 § 강수 문서를 참고하십시오.

남부 흑해는 비교적 따뜻하기 때문에 (겨울 초에는 약 13°C 또는 55°F, 겨울 말에는 일반적으로 10~6°C 또는 50~43°F), 충분히 차가운 상층 공기는 비교적 짧은 시간 안에 상당한 눈을 내리게 할 수 있다.^[33] 또한, 차가운 공기가 이 지역에 도착하면 천천히 움직이는 경향이 있어 며칠, 때로는 몇 주 동안 간헐적으로 호수 효과 눈이 내린다.^[33]

이 지역에서 가장 인구가 많은 도시인 이스탄불은 호수 효과 눈에 매우 취약하며, 겨울 평균 기온이 파리와 비슷한 5 °C (41 °F)임에도 불구하고 거의 매년 겨울 이 기상 현상이 발생한다.^[34] 여러 차례 호수 효과 눈 폭풍은 일주일 이상 지속되었으며, 공식적인 단일 폭풍 적설량 총계는 도심에서 80 센티미터 (2.6 ft; 31 in)를 초과하고 도시 주변에서는 104 센티미터 (3.41 ft; 41 in)를 초과했다.^[35][34][36] 이보다 앞선 비공식 측정치는 이 지역에 충분히 오래된 기상 관측소가 상대적으로 부족하기 때문에 종종 더 높으며, 일부 자료는 1987년 3월의 블리자드 동안 최대 4 미터 (13 ft; 160 in)의 눈이 내렸다고 주장한다.^[37]

한편, 이 지역의 산악 지방에서는 지형 효과로 인해 강설량이 증폭되어 특히 고도가 높은 지역에서는 수 미터의 눈이 내리는 경우가 많다.

발트해 주변

북유럽에서는 러시아에서 불어오는 차갑고 건조한 기단이 발트해를 가로질러 스웨덴 남부와 동부 해안 지역, 그리고 덴마크 보른홀름섬, 윌란반도 동해안, 폴란드 북부 해안에 심한 눈보라를 일으킬 수 있다. 발트해 북부 지역에서는 얼음이 더 늦게 얼기 때문에 주로 초겨울에 이런 현상이 발생한다. 노르웨이 남동부 또한 동북동풍과 함께 심한 해상 눈 현상을 경험할 수 있다. 특히 크라게뢰에서 크리스티안산까지의 해안 지역은 스카게라크해에서 발생하는 강한 지속적인 눈 밴드와 함께 과거에 놀라운 적설량을 기록했다 (해안 도시 아렌달은 2007년 2월 말 한 주 동안 280 cm (110 in)을 기록했다).^[38] 핀노스칸디아에는 호수가 풍부하지만, 차가운 내륙에서 얕은 담수가 일찍 얼어붙기 때문에 이러한 종류의 강설은 드물다. 한 가지 주목할 만한 예외는 2008년 5월 중순에 일어났는데, 오래 전에 얼음이 녹은 실리안 호수의 렉산드에 30 cm (12 in)의 눈이 내렸다.^[39]

동아시아

동해는 일본 서부의 산악 지대인 니가타현과 나가노현에 눈을 내리게 하는데, 이 지역 중 일부는 통칭 설국으로 알려져 있다. 일본 외에도 해양성 기후를 띠는 한국의 많은 지역과 산둥반도에서도 이러한 현상이 발생한다.^[40]

시베리아

강한 바람과 매우 크고 깊은 호수는 가을에 바이칼호 주변의 강설량을 증가시키지만, 1월부터 봄까지 호수 표면 전체가 거의 얼어붙어 호수 효과 눈은 발생하지 않는다.^[41]

이란

극지방 또는 시베리아 고기압 중심이 카스피해를 따라 이동할 때, 이 바다의 상대적으로 따뜻한 물로 인해 이란 북부 해안에 폭설이 내릴 수 있다. 지난 수십 년 동안 이 지역에서는 여러 차례 블리자드가 보고되었다. 2014년 2월, 길란과 마잔다란 주 해안 지역에 폭설이 내렸고, 적설량은 200 cm (79 in)에 달했다. 가장 많은 눈은 안잘리 라군 근처의 압케나르 마을에서 보고되었다.^{[42][43][44][45]}

• 
  IRIMO^[46] 이란 북부 카스피해 남부 해안의 호수 효과 눈 레이더 애니메이션
• 
  2008년 1월 7일 카스피해 위를 덮은 호수 효과 구름

영국

영국에서는 동풍이 차가운 대륙성 공기를 북해를 가로질러 불어와 비슷한 현상을 일으킬 수 있다. 현지에서는 눈이 호수보다는 바다에서 오는데도 "호수 효과 눈"으로 알려져 있다.^[47] 마찬가지로 북서풍이 불 때 리버풀만에서 눈보라가 형성되어 체셔 평원을 따라 내려와 웨스트미들랜즈에 눈을 내리게 할 수 있다. 이러한 형성으로 인해 이 지역에서는 2004년 화이트 크리스마스가 발생했으며, 가장 최근에는 2017년 12월 8일과 2019년 1월 30일에 폭설이 내렸다.^[48][49]

가장 잘 알려진 사례는 1987년 1월에 발생했는데, 기록적인 한파 (상층 저기압과 관련됨)가 북해를 가로질러 영국으로 이동했다. 그 결과 해안 지역에 2피트 이상의 눈이 내렸고, 이로 인해 지역 사회가 일주일 이상 고립되었다. 이 사건 중 가장 최근에 영국 동해안에 영향을 미친 것은 2017년 11월 30일, 2018년 2월 28일, 2018년 3월 17일이며, 2018년 영국 및 아일랜드 한파와 관련이 있다.^[50] 2017/18년 겨울의 두 번째 사건은 특히 심각하여 27일부터 28일까지 총 27.5 인치 (70 cm)의 눈이 내렸다.^[51]

마찬가지로, 한파 동안 영국 해협의 비교적 따뜻한 해수 위를 부는 북풍은 프랑스 노르망디 지역에 상당한 눈을 가져올 수 있는데, 2013년 3월에는 눈더미가 10피트 (3m)를 초과하는 것으로 측정되었다.^[52]

같이 보기

• 수평 대류 롤
• 온타리오 겨울 호수 효과 시스템
• 대기경계층
• 바다 연기

호수 효과 눈에 대한 경고:

미국:

• 호수 효과 눈 주의보
• 호수 효과 눈 감시
• 호수 효과 눈 경보
• 미국 악천후 용어

캐나다:

• 눈보라 경고
• 캐나다 악천후 용어