KAIST, 아중규모 난류의 특성과 원동력 발견 성공

고흐의 별이 빛나는 밤과 NASA가 위성을 이용한 해양관측 자료를 시각화한 프로젝트 영원한 바다 프로젝트 사진.

KAIST(총장 신성철) 기계공학과 인공지능연구소 김성용 교수 연구팀이 빅데이터 분석을 통해 ‘아중규모’ 난류의 고유한 특성과 원동력을 발견하는 데 성공했다.

이번 연구는 원격탐사장비인 연안 레이더와 해색 위성을 통해 관측된 해양표층 대형자료의 빅데이터 분석을 통해 수 ㎞와 시간 규모의 해양유체를 이해해 지구와 지역 기후변화 예측모델의 개선에 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 환경유체와 지구물리 분야 국제 학술지인 ‘저널 오브 지오피지컬 리서치 오션스’ 8월 6일 자에 두 편의 연계논문으로 게재됐다.



김 교수 연구팀의 유장곤, 이은애 석사가 각 논문의 1저자로 참여했고, 석사 연구 주제의 일부가 관련 분야 최상위 학술지에 출간되는 성과를 달성했다.

전 세계적으로 아중규모 해양 난류는 주로 컴퓨터를 이용한 수치 모델링 연구로 진행되고 있으나, 시공간으로 급격히 변하는 아중규모의 해양유체를 기존 장비와 기술로 관측하기에는 어려움이 있어 제한적이고 간헐적인 현장 관측만 가능한 상황이다.

연구팀은 원격탐사장비인 연안 레이더와 해색 위성을 이용해 관측한 1년간의 해수 유동장과 5년간의 엽록소 농도장을 빅데이터 분석해 해양난류의 고유한 특성을 입증했다.

연구팀은 해양난류 파수 영역에서의 에너지 스펙트럼의 기울기 변화를 계절과 공간에 따른 변화 관점에서 분석했다.

이를 통해 아중규모 난류의 순방향과 역방향의 에너지 캐스케이드(난류운동에서 큰 규모에서 작은 규모 또는 작은 규모에서 큰 규모로 에너지가 이동하는 현상)가 일어나고, 에너지가 투입되는 공간규모가 약 10㎞이며 이는 경압불안정성(수평방향으로 밀도 변화가 심할 때 중력장에서 불안정해져 이를 복원하기 위해 난류 현상이 발생하는 현상)에 의한 것임을 입증했다.

김 교수 연구팀의 연구결과는 해양물리, 대기 및 기후변화의 전 지구 고해상도 모델링 분야의 아중규모 물리현상의 모수화에 대한 중요한 기여할 것으로 기대된다. 아중규모의 원리를 이해함으로써 방사능, 기름 유출과 같은 해양 오염물 추적 등 실제적이고 다양한 응용이 가능할 것으로 보인다.

또 이번 연구는 우리나라 동해안 극전선의 가장자리에서 활발하게 생성되는 아중규모 소용돌이와 전선의 장기 관측자료를 이용한 것으로 국내 연안 레이더와 해색 위성을 이용한 대형자료의 분석과 해양물리, 물리생물의 상호작용 연구의 활성화에 기여할 것으로 예상된다.
이해미 기자 ham7239@

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