2018년 7월 25일부터 2021년 7월 31일까지 관측된 우적계 자료를 이용하여 우리나라 세 도시(서울, 춘천, 진천)에서 나타난 빗방울 크기 분포(RSD) 특징의 지역적 차이를 조사하였다. 세 도시 중 가장 인구가 적고 가장 남쪽에 위치한 도시인 진천은 가장 작은 평균 강수 강도와 약한 강수의 상대적으로 높은 빈도로 특징된다. 이러한 강수 특성은 세 도시 중 가장 작은 질량 가중 평균 지름 Dm과 가장 큰 일반화된 절편 모수의 로그값 log10Nw과 관련된다. 이와는 대조적으로 분지에 위치한 중간 규모의 도시인 춘천은 가장 큰 평균 강수 강도와 강한 강수의 상대적으로 높은 빈도로 특징되며 이는 가장 큰 Dm과 가장 작은 log10Nw과 관련된다. 진천(춘천)의 상대적으로 작은(큰) 대류 가용 위치 에너지, 낮은(높은) 운정 고도, 높은(낮은) 운저 고도가 두 지점에서 나타난 RSD 특성의 차이에 대한 원인으로 제시되었다. 가장 인구가 많은 도시인 서울은 중간 크기의 강수 강도로 특징되는데 이는 중간 크기의 Dm과 log10Nw와 관련된다. 서울에서 극한 강수 사건의 빈도가 가장 많이 나타나며 매우 강한 강수에 대해 상대적으로 큰 Dm이 나타났는데 이는 큰 대류 가용 위치 에너지가 가장 자주 발생한 특징과 관련된다.
지상 또는 항공 우적계로부터 관측된 RSD는 구름과 강수의 특성을 이해하기 위해 널리 이용되어 왔다. 그러나 강수 예측 향상을 위해서 RSD의 변동성은 보다 더 연구되고 적절히 고려되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 우적계 자료를 이용하여 지수 분포 RSD의 절편 모수(N0)에 대한 진단 관계식을 강수 유형별로 유도하고 그 진단 관계식이 강수 예측에 미친 영향을 조사하였다. 우리나라의 네 지점에서 관측된 우적계 자료는 N0의 시공간적인 변동성을 보여줬다. 선행 연구에서 제안된 세 가지 다른 유도 방법을 통해 진단 관계식을 유도하였고 관측된 N0을 가장 잘 재현한 진단 관계식이 선정되었다. 이 진단 관계식은 WRF 모형의 단일 모멘트 방안 중 하나인 WSM6 방안에 접목되었고 우리나라 여름철 강수 사례에 대한 실험을 통해 그 영향이 조사되었다. 상수인 N0을 사용한 기존 WSM6 방안을 적용한 실험(WSM6-O)과 비교하여, 가장 낮은 고도의 우적 함량을 이용한 진단 관계식을 통해 N0을 진단한 실험(WSM6-L)은 보다 나은 강수 예측을 보였다. WSM6-L 실험은 N0의 변동성을 재현했으며 평균적으로 WSM6-O 실험에서 처방된 값보다 작은 N0을 예측했는데 이는 관측과 어느 정도 일치한 결과였다. WSM6-L 실험의 보다 작은 N0은 구름 물방울의 결착과 얼음상 수물질의 융해에 의해 빗방울 생성을 감소시켰고 이는 빗방울의 혼합비를 감소시켰다.
Bin 미세물리 방안은 우적계 관측과의 비교를 통해 직접 평가될 수 있는 RSD를 예단한다. 이러한 평가는 bin 미세물리 방안에 의해 모의된 구름 미세물리의 신뢰성에 대한 함의를 제공할 수 있다. 본 연구에서는 우리나라를 지난 온대 저기압과 관련된 강수 사례의 RSD를 bin 미세물리 방안을 이용하여 모의하였고 이를 지상의 우적계를 통해 관측된 RSD와 비교하였다. 모의된 평균 RSD는 관측과 전반적으로 일치했으며 특히 중간 지름 범위에서 잘 일치했다. 큰 크기의 지름 범위와 작은 크기의 지름 범위에서 뚜렷한 과대 추정이 나타났는데 이는 각각 층운형 강수가 지배적인 기간과 대류형 강수가 크게 관여한 기간에서 기인한 편향성에 의한 것이었다. 층운형 강수가 지배적인 기간에는 눈의 융해가 RSD에 가장 많이 기여했다. 이 기간에 발생한 큰 지름 범위에서의 과대 추정은 상층에서 과도하게 활발한 얼음-얼음 포착 과정과 연관되며 이는 관측에서는 보이지 않던 3.3 mm 지름에서의 극댓값을 생성했다. 대류형 강수가 관여한 기간에는 충돌-병합이 RSD에 가장 많이 기여했다. 작은 지름 범위에서의 과대 추정과 큰 지름 범위에서의 과소 추정은 빗방울간 충돌에 의한 성장이 현실보다 약하게 모의 되었음을 시사한다. 본 연구는 bin 미세물리 방안을 이용하여 모의한 RSD가 몇몇 미세물리 과정을 잘못 반영한 것에서 기인한 구조적인 편향성을 가지고 있다는 것을 보였다.
두 다른 강수 유형(층운형과 대류형 강수)에 대해 에어로졸이 강수와 RSD에 미친 영향을 조사하였다. 초기 에어로졸 수농도(Na)를 다르게 한 5개의 실험이 수행되었다. 층운형 강수와 대류형 강수 모두에서 Na의 증가는 핵화 과정을 강화시켰고 이는 구름 물방울의 수는 증가시키고 평균 크기는 감소시켰다. 이는 결과적으로 결착, 상고대화, 응결 과정을 강화시켰다. 대류형 강수의 경우, Na 증가로 강화된 응결 과정은 증가된 잠열 방출을 통해 더 강한 상승류를 발생시켰고 더 많은 수증기를 소모하여 상층을 더 건조하게 만들었다. 건조해진 상층으로 인해 Wegener-Bergeron-Findeisen 과정이 더 활발해졌다. 얼음 관련 미세물리 과정이 활발하게 발생했음에도 낮은 융해율로 인해 얼음 관련 미세물리 과정의 강수에 대한 기여도는 상대적으로 약했다. 결과적으로 보다 활발한 결착 및 상고대화 과정이 대류형 강수의 강수율과 중간 지름 범위의 빗방울 수농도를 증가시켰다. 층운형 강수에서는 융해 과정이 결착 및 상고대화 과정과 비슷하게 발생했다. 이는 대류형 강수 지역에서 이류된 많은 양의 눈에 의한 영향에 의한 것으로 나타났다. 층운형 강수에서의 보다 활발한 융해 과정은 결과적으로 결착 및 상고대화 과정과 함께 층운형 강수의 강수율을 증가시켰고 큰 지름 범위에서의 빗방울 수농도를 증가시켰다.