[논문]낙동강 구미 보의 증기 안개에 관한 연구

김해동; 조창범; 서광수

doi:10.5322/jesi.2016.25.1.163

낙동강 구미 보의 증기 안개에 관한 연구
On the Steam Fog in the Gumi Reservoir of Nakdong River 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.25 no.1, 2016년, pp.163 - 171

김해동 (계명대학교 지구환경학과) , 조창범 (국립기상과학원 응용기상연구과) , 서광수 (부산대학교 지구과학교육과)

Abstract ▼ AI-Helper

We analyzed the characteristics of fog formation in the Gumi Reservoir of Nakdong river with the field observation data for recent 2 years (1 April 2013~31 March 2015) collected by the national institute of meteorological research, KMA. In early morning, we frequently observe the steam rising from the water surface. The fog occurs from adding water vapor into the air. We call the fog as steam fog. Steam fogs occur when cold, dry air mixes with warm, moist air above a water surface. The steam fog appears mainly in autumn under the following conditions; (1) sensible heat is positive values ($10{\sim}20W/m^2$), (2) latent heat is more positive values ($25{\sim}35W/m^2$) than sensible heat, (3) cloudless nights with light winds (about 1.5 m/s), (4) under condition(3), mountainous winds easily blows into the reservoir.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 배경에서 이 연구에서는 국립기상연구소에서 구미 보에 AWS(Automatic Weather System)와 시정계를 설치하여 얻은 기상 및 수온자료를 이용하여 안개의 발생 특성을 분석해 보고자 한다. 특히 안개 발생의 대부분을 차지하는 가을철 이른 아침 시간에 발생하는 증기안개에 주목하여 안개 발생의 특성을 조사해 보고자 한다.
이러한 배경에서 이 연구에서는 국립기상연구소에서 구미 보에 AWS(Automatic Weather System)와 시정계를 설치하여 얻은 기상 및 수온자료를 이용하여 안개의 발생 특성을 분석해 보고자 한다. 특히 안개 발생의 대부분을 차지하는 가을철 이른 아침 시간에 발생하는 증기안개에 주목하여 안개 발생의 특성을 조사해 보고자 한다. 이 연구의 결과는 국내 댐 건설에 따른 안개 발생 증가현상을 이해하는 데에 중요한 역할을 할 수 있을 것 으로 판단된다.

제안 방법

또 안개 발생 시의 국지풍순환의 영향을 평가하기 위하여 계곡을 따라서 관측망이 설치된 낙동강에서 동쪽으로 전개되어 있는 지점의 자료를 이용하여 안개 발생 전 후의 바람과 기온의 변화 특성을 조사하였다. 또 증기 안개 발생을 가져오는 국지풍 발생 조건에 부합하는 맑고 바람이 약한 날(3 m/s 이하)을 대상으로 풍향의 시간변화를 분석하였다.
또 안개 발생 시의 국지풍순환의 영향을 평가하기 위하여 계곡을 따라서 관측망이 설치된 낙동강에서 동쪽으로 전개되어 있는 지점의 자료를 이용하여 안개 발생 전 후의 바람과 기온의 변화 특성을 조사하였다. 또 증기 안개 발생을 가져오는 국지풍 발생 조건에 부합하는 맑고 바람이 약한 날(3 m/s 이하)을 대상으로 풍향의 시간변화를 분석하였다.
안개 발생의 주요인이 공기의 냉각, 수증기의 보급 또는 공기의 혼합에 있는지를 판단하기 위하여 수면-대기 간의 현열(식(1))과 잠열(식(2))을 계산하였다. 계산은 Kondo(1999)를 따라서 다음과 같은 bulk법으로 이루어졌다.
이 연구에서는 구미 보에서 최근 2년(2013년 4월 1일 ~ 2015년 3월 31일)간 관측된 기상 및 수온자료를 이용하여 보 주변에서 발생하는 안개의 특성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
Shiota(1980)는 일본 내해에서 발생하는 안개에 대해서 이러한 분류를 시도해 본 결과, 증기 안개는 3상한에 위치하며 가로와 세로축의 값이 - 10 °C 내외인 구간에 집중된다고 지적하였다. 이 연구에서는, 내해 상의 지점으로 G5, 내해의 풍상 측을 G12로 간주하여 자료를 분석하였다. Harami(1969)도 우리나라 동해안의 증기안개에 대하여 수온이 기온보다 10 °C 정도 높은 해역에서 안개 발생이 집중된다고 지적 한 바 있다.

대상 데이터

이 연구에서 사용한 수온은 GW1지점, 기온 및 상대습도 그리고 풍속은 G5와 G12지점의 최근 2년간 (2013년 4월 1일 ~ 2015년 3월 31일)의 자료를 사용하였다. 또 이 연구에 사용된 안개 발생과 지속시간의 산출은 G3과 G8에서 관측된 시정자료를 이용하였다. 시정계는 Biral사 제품(SWS-200)이고, 멀티센서(온습도 및 풍 향 풍속)는 Vaisala사 제품(WXT-520)으로 구성되었다.
또 이 연구에 사용된 안개 발생과 지속시간의 산출은 G3과 G8에서 관측된 시정자료를 이용하였다. 시정계는 Biral사 제품(SWS-200)이고, 멀티센서(온습도 및 풍 향 풍속)는 Vaisala사 제품(WXT-520)으로 구성되었다.
여기서 AWS(○)는 기온, 습도, 풍향, 풍속을 관측하는 자동기상관측, AWS &Flux(○, G4, G7)는 자동기상관측장치의 기상관측요소와 지표면 플럭스를 동시에 관측, Water Temp (▲, GW1, GW2)는 수온관측이 이루어지고 있는 장소를 가리킨다. 이 연구에서 사용한 수온은 GW1지점, 기온 및 상대습도 그리고 풍속은 G5와 G12지점의 최근 2년간 (2013년 4월 1일 ~ 2015년 3월 31일)의 자료를 사용하였다. 또 이 연구에 사용된 안개 발생과 지속시간의 산출은 G3과 G8에서 관측된 시정자료를 이용하였다.
최근 2년 동안(2013년 4월 1일 ~ 2015년 3월 31일) 구미 보 부근 수변지역에서의 연중 무강수일의 안개 발생일수를 월별로 정리하여 Fig. 2에 제시하였다. 총 73회의 무강수 안개가 발생하였는데 9월에 17회, 10월에 24회, 11월에 9회가 발생하여 전체의 약 70%가 이 기간에 집중되었다.

이론/모형

안개 발생의 주요인이 공기의 냉각, 수증기의 보급 또는 공기의 혼합에 있는지를 판단하기 위하여 수면-대기 간의 현열(식(1))과 잠열(식(2))을 계산하였다. 계산은 Kondo(1999)를 따라서 다음과 같은 bulk법으로 이루어졌다.
안개 발생 원인을 판별하기 위하여 Shiota(1980)의 방법을 따라서 Fig. 5에 구미 보의 GW1 지점의 수온(Tw)과 수면에 인접해 있는 G5 지점과 강에서 가장 멀리 이격되어 있는 육상 지점(G12)의 기온(T) 및 이슬점 온도(Td)와의 관계를 제시하였다. Shiota(1980)는 일본 내해에서 발생하는 안개에 대해서 이러한 분류를 시도해 본 결과, 증기 안개는 3상한에 위치하며 가로와 세로축의 값이 - 10 °C 내외인 구간에 집중된다고 지적하였다.

성능/효과

(1) 낙동강 구미 보의 안개는 가을철에 맑고 바람이 약한 날의 아침 시간대에 발생하여 지속되는 빈도가 탁월하였다. 이 시기에 보의 수면 상에서 발생하는 안개는 육상 냉기류의 온도가 수온보다 5 ~ 15°C 정도 낮은 범위에 서 집중되었다(수온 20°C, 기온 5°C 내외).
(2) 구미 보에서 안개 발생 집중 시간대(05 ~ 07시)에 수면에서 대기로 방출되는 현열은 가을에 10 ~ 20 W/m² 정도이고, 그 이외의 계절에서는 5 W/m² 내외로 아주 작았다. 가을철의 높은 현열 값은 수변으로 유입되는 안정한 냉기류의 하층대기를 가열하여 대류를 유발하여 공기 혼합을 조장하여 안개 발생을 쉽게 할 수 있다.
(3) 잠열의 계절별 크기를 근거로 구미 보의 열적 연직 규모를 Yamamoto(1968)를 따라서 판단해 보면, 한랭한 계절에 현열과 잠열의 방출이 많은데, 겨울보다는 가을에 더 많아서 중간 규모 깊이의 호소에 해당하는 것으로 판단된다. 보의 건설에 따른 열적 깊이 변화는 한랭한 계절에 증기 안개 발생 빈도와 강도에도 영향을 미치는 것으로 추정되지만, 정량적으로 그 효과를 판단하기 위 해서는 관측의 축적을 바탕으로 보다 세밀한 분석과 수치실험을 통한 메커니즘 규명이 추가로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
이 연구에서 우포늪에서 겨울철에 발생하는 안개의 약 20%가 증기 안개에 해당한다는 결론을 얻고 있다.

후속연구

(3) 잠열의 계절별 크기를 근거로 구미 보의 열적 연직 규모를 Yamamoto(1968)를 따라서 판단해 보면, 한랭한 계절에 현열과 잠열의 방출이 많은데, 겨울보다는 가을에 더 많아서 중간 규모 깊이의 호소에 해당하는 것으로 판단된다. 보의 건설에 따른 열적 깊이 변화는 한랭한 계절에 증기 안개 발생 빈도와 강도에도 영향을 미치는 것으로 추정되지만, 정량적으로 그 효과를 판단하기 위 해서는 관측의 축적을 바탕으로 보다 세밀한 분석과 수치실험을 통한 메커니즘 규명이 추가로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
특히 안개 발생의 대부분을 차지하는 가을철 이른 아침 시간에 발생하는 증기안개에 주목하여 안개 발생의 특성을 조사해 보고자 한다. 이 연구의 결과는 국내 댐 건설에 따른 안개 발생 증가현상을 이해하는 데에 중요한 역할을 할 수 있을 것 으로 판단된다. 향후 구미 보와 칠곡 보 및 강정고령 보의 자료를 추가로 상세히 분석하면 관측 기반의 안개 발생 메커니즘 이해 및 수변개발이 안개 발생에 미치는 영향을 평가하는 정량적 기법을 만드는 데에 도움이 될 것으 로 기대된다.
이 연구의 결과는 국내 댐 건설에 따른 안개 발생 증가현상을 이해하는 데에 중요한 역할을 할 수 있을 것 으로 판단된다. 향후 구미 보와 칠곡 보 및 강정고령 보의 자료를 추가로 상세히 분석하면 관측 기반의 안개 발생 메커니즘 이해 및 수변개발이 안개 발생에 미치는 영향을 평가하는 정량적 기법을 만드는 데에 도움이 될 것으 로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	노점의 상승으로 인한 공기 중의 수증기량의 증가의 예시로는 무엇이 있는가?	강수로 지면이나 대기 중에서 많은 증발이 발생하거나 냉기류가 온난한 수면 위를 지날 때에 수면으로부터 강한 증발이 발생되는 경우가 후자에 속하는 전형적인 사례이다(Harami, 1969; Kim, 1997; Okawa, 2003). 성질이 다른 2개의 기단이 혼합하여 안개가 발생하더라도 애초에 수증기 량이 적었던 기단은 수증기량이 증가한 것이 되므로 후자로 인한 안개 발생으로 간주할 수 있다(Kodama, 1995).
	안개는 어떻게 발생되는가?	기온이 하강하거나 노점온도가 상승한 결과로 기온이 노점온도와 거의 같아지면 안개가 발생한다. 이렇게 발생하는 안개의 분류는 기온과 노점온도의 변화 방향 및 강도에 따라서 이루어진다(Asakura et al.
	기온이 하강하는 원인은 무엇이 있는가?	, 1992). 기온이 하강하는 원인에는 단열팽창과 비단열적 가열 등이 있으며, 노점의 상승은 공기 중의 수증기량 증가로 이루어진다.

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상세보기
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원문보기 상세보기
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상세보기
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