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[사진. (왼쪽부터) 송하준 교수, 조아진 연구원]

 

대기과학과 송하준 교수 연구팀은 표층 해류가 태풍과 같은 극한 강풍 조건에서도 중요한 영향을 미칠 수 있음을 밝혀냈다. 표층 해류가 해류–바람 상호작용(current–wind interaction)을 통해 태풍의 에너지 공급과 손실을 동시에 변화시키는 것으로 나타났다.

 

이번 연구는 태풍 하부에서 발생하는 해류와 바람의 상호작용이 태풍 강도에 미치는 영향을 규명했다. 연구팀은 해수면에서의 운동량과 열 교환이 태풍 강도에 핵심적이라는 점에 주목해 ▲극한 강풍 조건에서도 해류가 운동량 및 열 교환을 변화시키는지 ▲이에 따라 실제 태풍 강도가 달라지는지를 이론과 수치모형을 통해 분석했다.

[그림 2. (a) 절대풍 실험에서 태풍 중심 주변 250km 평균 표면 해류 속도(등고선)와 바람과 해류 각도(색), (b) 태풍 주변에서 상대풍/절대풍의 분포]

 

기본적으로 해양과 대기의 경계면에서는 바람이 강할수록 운동량과 열 교환이 활발하다. 태풍 하부에는 바람과 같은 방향으로 강한 해류가 형성되며, 이로 인해 상대풍(relative wind)이 절대풍(absolute wind)보다 감소하는 현상이 나타난다. 결과적으로 이는 대기의 운동량 전달과 열 교환을 모두 감소시킨다.

 

한편 해양으로의 운동량 전달은 태풍 입장에서 에너지 손실(sink)을 의미하고, 해양으로부터의 열 흡수는 에너지 공급(source)에 해당한다. 따라서 해류–바람 상호작용은 태풍에 대해 에너지 손실과 공급을 동시에 유도해 태풍 강도에 복합적인 영향을 미칠 수 있다.

 

이를 검증하기 위해 연구팀은 대기–해양 결합모형(WRF-MITgcm)을 활용해 2016년부터 2018년까지 북서태평양에서 발생한 12개의 태풍을 시뮬레이션했다. ▲절대풍만 사용하는 실험 ▲상대풍을 운동량 전달에만 적용한 실험 ▲상대풍을 열 흡수에만 적용한 실험 ▲상대풍을 운동량 전달과 열 흡수에 모두 적용한 실험을 각각 수행해 각 영향을 분리해 평가했다.

 

연구 결과, 운동량 전달과 열 흡수가 모두 감소한 8개 태풍 사례에서 뚜렷한 변화가 확인됐다. 운동량 전달에만 상대풍을 적용한 경우 마찰에 의한 에너지 소산이 줄어 태풍 8개 중 6개가 강화됐고, 태풍의 성장은 평균 1.3%, 최대 11.1% 증가했다. 반면 열 흡수에만 적용한 경우 해수면으로부터의 에너지 공급이 감소해 태풍 8개 중 7개가 약화됐으며, 열대저기압 성장은 평균 1.9%, 최대 13.7% 감소했다.

 

상대풍을 운동량 전달과 열 흡수에 동시에 적용한 경우 두 효과가 상쇄되며 복합적인 반응이 나타났다. 태풍 성장은 평균 0.4% 감소했지만, 개별 사례에서는 최대 11.1% 강화되거나 13.7% 약화되는 등 태풍 발달에 실질적인 차이를 보였다.

 

또한 해류–바람 상호작용은 태풍 강도를 넘어 태풍의 발생과 발달에도 영향을 미치는 것으로 나타났다. 상대풍을 적용한 실험에서는 해양 상부 혼합이 약해지며 태풍 이후 해수면 냉각이 감소했고, 이는 해수면 온도가 상대적으로 높게 유지돼 이후 태풍의 발생과 발달을 강화하는 데 간접적으로 기여할 수 있음을 시사한다.

 

연구팀은 이러한 효과가 개별 태풍을 넘어서는지 확인하기 위해 2016년을 대상으로 12개월 장기 실험도 수행했다. 그 결과 상대풍을 고려할 경우 태풍 발생, 계절 평균 풍속, 해수면 온도 분포에 차이가 나타났으며, 이는 계절 규모에서도 해류–바람 상호작용이 중요한 피드백으로 작용할 수 있음을 보여준다.

 

송하준 교수는 “이번 연구는 태풍 하부의 해류–바람 상호작용을 정교하게 고려하는 것이 개별 태풍의 강도 예측은 물론 계절 규모의 열대저기압 활동과 기후모델링의 정확도를 높이는 데 중요하다는 점을 보여준다”고 설명했다.

 

한편, 이번 연구는 기후 및 대기과학 분야의 권위 있는 학술지 'npj Climate and Atmospheric Science(IF 8.4)'에 1월 16일 자로 게재됐다.

 

 

기사 작성: 연세소식단 신지은(일반대학원 지구천문대기학25) 학생