- 세계적 학술지 'Earth System Science Data' 게재 |
[사진. (왼쪽부터) 대기과학과 전혜영 교수(교신저자), 고한창 박사(제1저자)]
대기과학과 전혜영 교수 연구팀이 전지구 고해상도 라디오존데 관측 자료를 활용해 대기 난류를 새롭게 도출하는 방법을 제시했다.
이번 연구의 핵심은 기존에 널리 활용되던 'Thorpe 방법'의 한계를 극복한 것이다. 기존 기법은 정적 불안정이 나타나는 영역 및 자유대기에서만 난류를 탐지할 수 있었다. 반면, 연구팀이 새롭게 도입한 '최소 리차드슨 수(minimum Richardson number)' 기반 기법은 정적으로 안정한 대기나 대류권 하층에서도 강한 연직 바람시어에 의해 발생하는 난류까지 포착할 수 있다.
특히 연구팀은 새 방법의 유효성을 검증하기 위해 상업용 항공기에서 얻은 난류 관측 자료와 비교를 수행했다. 그 결과, 새로운 기법으로부터 도출한 중강도 이상 난류의 월별 발생 비율은 항공기 관측과 유의미한 양의 상관관계(r = 0.76)를 보여, 기존 Thorpe 방법(r = -0.03)보다 훨씬 항공기 실측과 유사한 것으로 나타났다. 이는 새 방법이 단순히 계산 기법의 변화에 그치지 않고, 대기 난류의 계절 변동성과 발생 특성을 훨씬 더 정확히 반영함을 의미한다.
대기 난류는 운동량, 열, 에너지의 교환에 중요한 역할을 하고 항공기 운항 안전에도 직결되지만, 시공간적으로 매우 국지적이고 간헐적으로 나타나 관측이 매우 어렵다. 연구팀은 이러한 배경을 바탕으로 2015년부터 2024년까지 10년 동안 전 세계 336개 관측소에서 수집된 약 130만 개의 고해상도 라디오존데 자료를 활용해 난류의 전지구 분포를 분석했다.
분석 결과, 정적으로 안정한 조건에서의 난류는 겨울철에 더 자주 발생하고 여름철에 줄어드는 반면, 정적으로 불안정한 조건의 난류는 대류 활동이 활발한 여름철에 더 빈번하게 나타났다. 지역적으로는 튀르키예, 동북아시아, 미국 서부 산악 지역, 남아메리카에서 난류가 두드러지게 나타났으며, 이는 지형 효과와 제트기류, 대류 활동 등과 밀접한 관련이 있는 것으로 해석된다.
[그림 1] 대기 영역 및 정적 안정도에 따른 난류의 전지구 분포도
연구팀은 난류의 수평 분포뿐만 아니라 연직 분포도 함께 분석했다. 그 결과, 정적으로 안정한 조건의 난류는 대류권 상부-성층권 하부의 강한 제트기류 부근에서 발생 빈도가 높았고, 반대로 정적으로 불안정한 조건의 난류는 대류권 하부에서 더 두드러졌다. 이러한 결과는 난류가 하나의 메커니즘만으로 발생하는 것이 아니라, 제트기류에 의한 강한 연직 바람 시어와 지표 가열에 따른 대류 불안정 등 서로 다른 물리 과정에 의해 생성된다는 점을 잘 반영한다.
[그림 2] 대기 정적 안정도에 따른 난류의 연직 분포도
이번 연구는 공개적으로 이용 가능한 고해상도 라디오존데 자료를 활용해 기존 난류 추정 방법의 한계를 보완하고, 대기 난류를 보다 정밀하게 진단할 수 있는 새로운 길을 열었다는 점에서 그 의미가 크다. 아울러 연구팀은 10년간의 전지구 고해상도 라디오존데 관측을 바탕으로 도출된 난류 자료를 일반에 공개함으로써, 이번 성과를 후속 연구의 기반 자료로 확장했다. 해당 자료는 향후 항공 난류 예보의 검증 및 고도화, 전지구 난류 분포와 계절 변동성 연구, 수치예보모델의 성능 평가 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.
본 연구는 전혜영 교수가 연구책임자로 수행 중인 항공기상청 지원 연구사업 “차세대 항공교통 지원 상공기상 기술개발(NARAE-Weather)”(2022.4–2026.12)의 연구 성과 중 하나로, 고한창 박사(현 하와이대학교 대기과학과)가 제1저자로, 전혜영 교수가 교신저자로 참여했다. 해당 연구는 세계적 학술지 Earth System Science Data (IF 11.6, 분야 상위 2위)에 2026년 3월 12일 게재되었다.
● 논문제목: A new method for estimating atmospheric turbulence from global high-resolution radiosonde data and comparison with the Thorpe method
