레이저는 바람과 파도의 보이지 않는 춤을 포착합니다.

고해상도 레이저 이미지를 통해 미래의 날씨와 기후 예측을 가속화할 수 있는 두 가지 경쟁적인 풍파 메커니즘이 드러났습니다. 출처: Shutterstock

헤레온 해안해양역학 연구소(Hereon Institute of Coastal Ocean Dynamics)의 마크 버클리 박사가 이끄는 국제 연구팀은 고해상도 해수면 영상화 분야에서 획기적인 성과를 달성했습니다. 태평양에 있는 연구 플랫폼 FLIP(Floating Instrument Platform)에 탑재된 특수 레이저 측정 시스템을 사용하여 해수면 위 수 밀리미터에서 1미터 높이의 기류를 고해상도 영상으로 포착할 수 있었습니다. 연구팀은 동시에 발생하지만 각기 다른 작용을 하는 두 가지 풍파 결합 메커니즘을 발견했습니다.

약 1미터 길이의 단파는 바람보다 느리게 이동합니다. 이로 인해 기류가 분리됩니다. 파고가 바람을 막아 압력 차이를 발생시키고, 이 압력 차이가 에너지를 파동으로 전달합니다. 반면, 최대 100미터 길이의 장파는 바람보다 빠르게 이동하며, 그 이동을 통해 다양한 기류 패턴을 생성합니다. 이러한 메커니즘은 파동장의 여러 부분에서 동시에 작용하며, 이는 대기 및 해양 모델을 발전시키는 데 중요한 통찰력을 제공합니다.

날씨, 기후 및 해양 생화학과의 관련성

바람과 파도의 상호작용은 지구 기후 및 기상 시스템의 핵심 요소입니다. 이러한 복잡한 상호작용이 대기와 해양 사이의 에너지, 열, 온실가스 교환을 제어하여 해양 상태, 기상, 해류에 영향을 미친다는 것은 널리 알려져 있지만, 그 메커니즘은 오늘날까지 거의 알려지지 않았습니다. 연구팀은 수면 아래의 움직임도 더욱 정밀하게 포착하기 위해 이 시스템을 더욱 발전시킬 계획입니다.

"지금까지 아무도 해수면 바로 옆에서 공기 흐름을 측정한 적이 없으며, 에너지 교환 메커니즘을 이렇게 정밀하게 지도화한 적은 더더욱 없습니다."라고 주저자 버클리는 말합니다. "이번 관측은 물리적 한계에 대한 실마리를 제공합니다. 이를 통해 이론적 틀을 발전시키고 지금까지 부분적으로만 이해되어 온 공기-바다 교환 과정에 대한 더욱 정확한 설명을 개발할 수 있을 것입니다."

열린 바다 위의 독특한 이미지

이 영상은 공기와 물 모두를 통과하는 레이저를 기반으로 합니다. 녹색 빔은 공기 중으로 유입된 물방울에 부딪히는데, 이는 햇빛에 비친 안개와 유사합니다. 이 물방울들은 기류의 움직임을 따라가며 레이저 빛을 산란시켜 공기 중의 아주 작은 움직임까지 가시화합니다. 동시에 레이저는 수면을 관통합니다. 바람에 의해 움직이는 수면에서는 빛이 굴절되어 수면의 구조가 드러납니다. 이러한 조합을 통해 공기와 수면 모두를 시각화할 수 있습니다. 이 방법은 유체 역학 분야에서 정립된 기술인 입자 영상 유속계(PIV)를 기반으로 합니다. PIV는 유동 구조와 풍속에 대한 정확한 정보를 제공합니다. 이 기술이 외해에서 사용된 것은 이번이 처음입니다.

변화하는 세상을 위한 최첨단 연구

헬름홀츠 센터 헤레온(Helmholtz-Zentrum Hereon)의 과학 연구는 살 만한 가치가 있는 세상을 보존하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 약 1,000명의 직원이 기후, 해안, 그리고 인류의 이익을 위해 더 큰 회복력과 지속가능성을 위한 지식을 창출하고 새로운 기술을 연구합니다. 아이디어에서 혁신으로 이어지는 과정은 실험 연구, 모델링, AI의 지속적인 상호작용을 통해 기후, 해안 또는 인간 생물학의 다양한 매개변수를 컴퓨터에 매핑하는 디지털 트윈으로 이어집니다. 이는 복잡계에 대한 근본적인 과학적 이해부터 시나리오 및 실제 적용에 이르기까지 다양한 학문을 아우르는 접근 방식입니다. 국내외 연구 네트워크와 헬름홀츠 협회의 적극적인 회원으로서, 헤레온은 축적된 전문 지식을 전수함으로써 정치, 기업, 그리고 사회가 지속가능한 미래를 만들어갈 수 있도록 지원합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250709091656.htm