Regional Effects of Atmosphere?Ocean Coupling on Sea Fog Formation in the East Sea

국문 초록 (Abstract)

해무는 대기 경계층 내에서 대기와 해양의 상호작용으로 발달하는 현상으로 해무의 발달 메커니즘을 파악하기 위해 관측뿐만 아니라 모델을 이용한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 2020년 8월 18–19일 동해 해무 사례를 대상으로 해수면 온도 모의 방식이 해무 형성에 미치는 영향을 조사한다. 대기 단일 모델인 Weather Research and Forecasting (WRF)과 대기–해양 결합 모델인 Coupled Ocean–Atmosphere Wave Sediment–Transport (COAWST)를 사용하여 해수면 온도 처리 방식에 따라 세 가지 실험(CNTL: 해수면 온도 고정, SKIN: sst_skin 옵션을 통한 해수면 온도 계산, CPLD: 해양–대기 결합)을 수행하고 위성 및 부이 관측자료를 통해 검증하였다. 각 실험에서 대기와 해양 상호작용으로 인한 해수면 온도 변동이 다르게 모의된다. 이러한 해수면 온도 차이는 대기 경계층 내 열역학적, 역학적 과정을 변화시키며 해무의 발생 영역, 지속 기간 등 주요 특성 모의에 영향을 주었다. 지역별 메커니즘 분석 결과, CPLD 실험만이 동해 남부 연안에서 연안 용승을 모의해 해수면 온도 감소로 인한 대기 하층 냉각이 발생하고 해수면 온도를 가장 정확하게 모의하였다. 동해 중부 연안에서는 태백산맥을 넘은 고온 건조 공기에 의해 강한 역전층이 형성되었으며, 실험 간 해수면 온도 차이가 역전층 강도와 하층 상대습도를 변화시켜 해무 발달 강도를 조절한다. 울릉도 부근에서는 해수면 냉각에 의한 대기 안정화와 해면 증발에 의한 수증기 공급이 복합적으로 작용한다. 본 연구는 WRF의 sst_skin 옵션이 해수면 온도 일변동을 부분적으로 구현하여 해무 모의를 개선할 수 있음을 확인하였다. 그러나 해양 내부 역학 현상의 정확한 재현을 위해 대기–해양 결합 모델이 필수적이다. 이는 정확한 동해안 해무 예측을 위해서는 양방향 피드백 과정을 구현한 결합 모델의 운영이 필요함을 시사한다.

목차 (Table of Contents)

• I. Introduction 1
• II. Data and Methods 6
• 1. Data 6
• 1) Reanalysis Data 6
• 2) Observation and Satellite Data 7
• 2. Model Configuration and Experiments 10
• 3. Sea fog Case 17
• 4. Methodology 20
• 1) Sea Fog Identification 20
• 2) Atmospheric Static Stability 22
• 3) Model Validation Metrics 23
• III. Result 26
• 1. Spatiotemporal Characteristics of Simulated Sea Fog 26
• 2. Thermal Characteristics 32
• 3. Mechanisms of sea fog responses to Experiment driven by SST. 39
• 1) Ulleungdo: Steam fog driven by warm SST 39
• 2) Uljin: Steam fog driven by warm SST and Foehn 44
• 3) Imrang: Advection Fog driven by Coastal Upwelling 51
• 4. Static Stability and Inversion Structure 55
• IV. Summary and Discussion 60
• V. References 64