국제공동연구로 서해 해무 발생 원인 규명… 항공·해상 교통 안전 향상 기대 새글 첨부파일 있음

- 서울대·미국 스크립스 해양연구소·노트르담대 공동연구: 차세대 해무 예측 시스템 개발 토대 마련 -

[연구필요성]

해무(Sea Fog)는 바다 위 또는 연안 지역에서 발생하는 안개로, 시정을 급격히 악화시켜 항공기 이착륙 지연, 선박 충돌 및 운항 차질, 고속도로 및 연안 지역 교통사고의 주요 원인으로 알려져 있다. 특히 대한민국 서해안은 세계적으로도 해무 발생 빈도가 높은 지역으로, 인천국제공항과 주요 항만, 해상교통로가 밀집해 있어 해무로 인한 사회·경제적 피해가 반복적으로 발생하고 있다.

해무는 수백 m 이하의 얕은 경계층 내에서 형성되는 복합적인 기상현상으로, 발생 위치와 시점을 정확하게 예측하기 어렵다. 특히 해수면 온도와 대기 온도의 미세한 차이, 복사 냉각, 난류 혼합 등의 상호작용에 의해 생성되기 때문에 발생 메커니즘에 대한 정량적 이해가 필수적이다.

[연구성과/기대효과]

서울대학교 자연과학대학 지구환경과학부 김정훈 교수 연구팀은 미국 스크립스 해양연구소(Scripps Institution of Oceanography) 및 미국 노트르담대학교(University of Notre Dame) 연구진과의 국제공동연구를 통해 서해 동부에서 발생한 국지적 해무 사례를 고해상도 수치모델로 재현하고 생성·발달 과정을 정량적으로 규명하였다.

연구진은 해무가 최초로 생성된 위치(initial fog formation point)를 규명하고, 해당 지점에서 온도·수증기·구름 혼합비 및 물리과정의 변화를 분석하였다. 분석 결과, 해무 생성 과정에서는 난류로 인한 냉각(turbulent cooling)과 장파복사 냉각(long-wave radiative cooling)이 함께 작용하였으며, 장파복사 냉각이 주요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 또한 해수면과 대기 사이의 온도차(air-sea temperature difference)가 변화하면서 해무의 구조와 발달 과정이 달라지는 새로운 메커니즘을 제시하였다.

추가로 연구진은 작은 규모의 난류의 표현 방식에 따라 해무의 생성·발달이 크게 달라질 수 있음을 확인했으며, 이는 정확한 해무 예측을 위하 난류 과정의 정교한 표현이 중요함을 시시한다.

이번 연구는 향후 서해안 해무 예측 정확도를 향상시키고, 인천국제공항을 비롯한 공항 운영과 선박 운항, 도로 교통 안전을 지원하는 차세대 해무 예측 시스템 개발의 과학적 기반을 제공할 것으로 기대된다.

[본문]

대한민국 서해안은 세계적으로 해무 발생 빈도가 높은 지역 중 하나로 알려져 있다. 해무가 발생하면 시정이 급격히 악화되어 항공기 출·도착 지연, 선박 운항 차질, 해상 충돌 사고, 연안 교통사고 등이 발생할 수 있다.

특히 인천국제공항과 인천항, 평택항 등 국가 핵심 교통·물류 시설이 밀집해 있어 해무 예측 정확도 향상은 국민 안전과 국가 경제 측면에서 매우 중요한 과제이다.

서울대학교 김정훈 교수 연구팀은 미국 스크립스 해양연구소(University of California San Diego) 및 미국 노트르담대학교와의 국제공동연구를 통해 2019년 2월 서해 동부에서 발생한 해무 사례를 대상으로 고해상도 수치모델(WRF)을 활용한 분석을 수행하였다.

연구진은 위성자료, 해양부이, 라디오존데, 시정계 자료 등 다양한 관측자료를 활용하여 해무가 처음 생성된 위치를 규명하였으며, 이 지점에서의 온도·수증기·구름수의 시간 변화와 물리과정을 정량적으로 분석하였다.

분석 결과, 기존에 중요하게 여겨졌던 해수면 냉각에 의한 난류 효과뿐만 아니라 장파복사 냉각이 해무 생성의 핵심 메커니즘으로 작용함을 확인하였다. 또한 해무 발생 이후에는 해수면과 대기 사이의 온도차가 변화하면서 해무 구조가 수직적으로 성장하는 과정을 규명하였다.

특히 연구진은 다양한 경계층 난류 모수화 방안을 비교한 결과, 난류의 미세한 표현 방식에 따라 해무 재현 성능이 크게 달라질 수 있음을 확인하였다. 이는 향후 해무 예측 정확도를 향상시키기 위해 난류 물리과정의 정교한 모수화가 필수적임을 보여준다.

[연구결과]

Numerical simulation and physical understanding of a locally initiated sea fog event over the eastern Yellow Sea with a transition of air-sea temperature difference

Jeonghoe Kim, Jung-Hoon Kim, Clive E. Dorman, Harindra J. S. Fernando
(Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, https://doi.org/10.1002/qj.70228)

이번 연구는 해무 생성 원인에 대한 근본적인 물리 이해를 제공할 뿐 아니라, 향후 인공지능 기반 예측기술, 수치예보모델, 위성관측자료와 연계된 차세대 해무 예측 시스템 개발의 기반이 될 것으로 기대된다. 또한 인천국제공항과 주요 항만의 운영 효율성 향상, 해상·항공 안전 강화, 연안 지역 교통사고 예방 등 다양한 사회적 파급효과가 기대된다.

이번 연구 결과는 영국왕립기상학회(Royal Meteorological Society)가 발간하는 국제학술지 Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society(QJRMS)에 게재되었다. QJRMS는 1873년 창간된 세계에서 가장 오래되고 권위 있는 기상학 학술지 가운데 하나로, 대기과학·기후·수치예보·경계층 및 난류 연구 분야에서 높은 영향력을 갖고 있다. 최근 5년 Impact Factor 역시 기상학 분야 상위권 수준을 유지하고 있으며, 기상학 분야의 주요 연구 성과가 게재되는 대표적인 국제학술지로 평가받고 있다.

[그림설명]

그림: 모델에서 재연된 서해 해무 사례 분포(왼쪽)과 위성에서 관측된 실제 해무 사진(오른쪽)