J. Korean Earth Sci. Soc., v. 38, no. 6, p. 395−404, October 2017

https://doi.org/10.5467/JKESS.2017.38.6.395

ISSN 1225-6692 (printed edition)

ISSN 2287-4518 (electronic edition)

낙동강 중류에서 하천 증발이 안개에 미치는 영향

박준상*·김규랑·강미선·김백조

국립기상과학원 응용기상연구과, 63568, 제주도 서귀포시 서호북로 33

The Influence of Evaporation from a Stream on Fog Events inthe Middle Nakdong River

Jun Sang Park*, Kyu Rang Kim, Misun Kang, and Baek-Jo Kim

Applied Meteorology Research Division, National Institute of Meteorological Sciences, Jeju 63568, Korea

Abstract: In this study, we classified observed fog events in the Middle Nakdong River near Gumi and analyzed the

meteorological characteristics before and after the fog formation. The observation was performed from 2013 to 2015 using

visibility meter. A total of 74 fog events were observed and most of them were classified as steam fog. The duration of

observed steam fogs was longer than that of typical inland fogs because the nocturnal evaporation from the water surface

was enhanced by the topographical characteristics. In order to analyze the effect of evaporation from the stream on the

fog duration, the evaporation was estimated using the Penman-Monteith and the Bulk aerodynamic methods. The

estimated evaporation by the Bulk method was similar to the actual evaporation from the water surface. Therefore, the

Bulk method is suitable for estimating the evaporation from water surface. The evaporation amount, estimated by using

the Bulk method was higher on fog days than non-fog days at 06 LST and 07 LST. The added evaporation of fog days

released latent heat to the atmosphere and provided energy to maintain the turbulence in the fog. This phenomenon was

confirmed by the increase of wind speed, temperature and turbulent kinetic energy within the fog.

Keywords: fog, evaporation, Penman-Monteith, Bulk aerodynamic, turbulent kinetic energy

요 약: 본 연구에서는 구미에 위치한 낙동강에서 발생한 안개를 분류하였고 안개 발생 전후의 기상특성을 분석하였다.

안개는 2013년부터 2015년까지 시정계를 이용하여 관측되었다. 안개는 총 74회 발생하였고 대부분 증기안개로 분류되

었다. 관측된 증기 안개는 내륙에서 발생한 안개보다 지속시간이 길게 나타났는데 이는 지형적 특징으로 인해 야간 증

발이 다른 지역보다 강하게 나타났기 때문이다. 안개 지속시간에 대한 하천 증발 효과를 분석하기 위해 Penman-

Monteith (Penman법)와 Bulk aerodynamic (Bulk법) 방법을 사용하여 증발량을 추정하였다. 이 중 Bulk법은 실제 수면

에서 측정한 증발량과 유사하게 나타났다. 따라서 Bulk법이 실제 수면 증발량 추정에 적합한 방법임을 확인할 수 있었

다. Bulk법으로 추정한 증발량은 안개 비발생일 보다 안개 발생일에 06 LST와 07 LST에 더 높게 나타났다. 안개 발

생일에 하천의 증발은 대기에 증발잠열 에너지를 공급하고 안개 내부의 난류를 유지하는 에너지원으로 작용한다. 이와

같은 결과는 안개내부의 풍속, 기온, 그리고 난류운동에너지의 증가를 통해 확인하였다.

주요어: 안개, 증발, Penman-Monteith, Bulk aerodynamic, 난류 운동에너지

서 론

안개 종류는 어디서 발생하고 어떻게 발생하는지에

따라 구분되며, 발생 원인에 따라 크게 냉각, 증발,

혼합형으로 분류할 수 있다. 일반적으로 지역에 따라

내륙에서는 복사냉각으로 발생하는 복사안개 발생빈

도가 높게 나타나며, 해안에서는 여름철 큰 규모의

이류안개가 자주 발생한다(Mun and Lee, 2013; So

*Corresponding author: happy3424@korea.kr

*Tel: +82-10-6805-9977

*Fax: +82-64-738-6515

This is an Open-Access article distributed under the terms of the

Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://

creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted

non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium,

provided the original work is properly cited.

396 박준상·김규랑·강미선·김백조

and Son, 1991). 최근에는 내륙의 큰 수체가 있는 지

역에서 발생하는 안개에 대한 다양한 연구가 이루어

지고 있다. Park et al. (2015)은 강정고령보 근처에

서 발생하는 안개가 증기안개 발생 비율이 높고 지

속시간이 다른 지역의 증기안개보다 길게 나타났음을

밝힌바 있으며, Kim et al. (2016)은 구미보 근처 지

역에서 발생하는 안개를 관측한 결과 증기안개 발생

이 높게 나타났고, 증기안개 발생 시 기상특성을 분

석한 바 있다. 또한, Kang et al. (2015)은 중규모 모

델을 이용하여 내륙 수변지역에 나타난 국지적 안개

사례의 재현실험을 수행한 바 있다. 하지만 이러한

연구들에서는 안개 지속시간이 다른 내륙지역에서 발

생한 안개보다 길게 나타나는 원인에 대해 명확하게

제시하지 못하였다.

Degefie et al. (2015)는 안개를 형성, 발전, 성숙,

소멸 4 단계의 발달과정으로 분류하였고 이러한 발

달 단계에서 여러 역학적 과정 중 난류의 공간 규모

가 가장 크게 작용한다고 언급하였다. 또한, 안개 내

부의 수적 밀도와 크기는 내부 난류강도에 따라 달

라져 안개 성숙 단계에서 최대로 나타나고, 안개 발

생 후 안개 내부 수적의 흡착과 증발을 이용하여 난

류 발달 정도를 짐작할 수 있음을 밝혀냈다. 이때 난

류 강도는 난류운동에너지, 마찰속도 등의 인자를 이

용하여 간접적으로 짐작할 수 있다. 복사안개에서 토

양으로부터 물의 증발은 공기층 습도를 증가시키고

난류의 중요한 에너지로 작용하며, 짙은 안개 발생은

표면에서 증발 증가와 일출 후 차가운 공기 유입이

관련 있다(Liu et al., 2011). 증발은 대기의 운동량과

수분 등에 영향을 미치며 난류 혼합과정의 원인으로

작용하여 복사안개를 강화하기도 한다(Zihua et al.,

1999). 이후 많은 연구가 난류 과정을 이해하는 수치

모의를 통해 안개의 강화 과정을 충분히 검증하였다

(Wang and Grabowski, 2009; Falkovich et al.,

2002). 이처럼 안개 지속에 가장 큰 영향을 미치는

것은 대기층으로 유입되는 수분량이며 대기에 공급되

는 정확한 에너지를 산정하기 위해서는 지형적 특성

을 고려한 정확한 증발량 추정이 필요하다.

증발량을 추정 하는 방법은 여러 가지 장비를 사

용하여 직접 측정하는 것이 가장 정확한 방법이며,

보통 대형 증발계를 사용하여 피복 특성과 풍속을

고려하여 증발량을 보정한다(Pereira et al., 1995). 최

근에는 3차원 풍속계와 수증기 밀도를 측정하는 가

스분석기로 잠열플럭스를 계산하여 증발량을 산정하

는 방법이 주로 사용되고 있다. 하지만 직접 관측은

비싼 측기로 인한 경제적 문제나 지속적인 유지보수

의 어려움, 그리고 설치 지역 선정의 어려움 때문에

현실적으로 운용하는 것이 쉽지 않다. 직접 관측의

한계로 인해 수많은 연구에서는 다양한 경험적, 물리

적 방정식을 이용하여 증발량을 추정하는 방법이 시

도되고 있다(Allen et al., 1998; Antonopoulos and

Antonopoulos, 2017; ASCE-EWRI, 2004; Rim et al.,

2009).

본 연구에서는 증발량 추정에 많이 사용하는 PM

법과 Bulk법을 선택하여 증발량을 추정하였다. 먼저,

수표면의 증발량을 계산하는 Penman-Monteith (PM)

추정방법은 수문과 기상에서 광범위하게 사용하고 있

다. 최초의 PM식은 순복사와 공기 역학 성분을 고려

하여 물리적 근거로 만든 증발식이며, Allen et al.

(1998)이 제시한 PM식은 토지피복 종류에 따라 경험

적 계수를 적용하는 방법을 추가하여 현재 가장 보

편적으로 사용하고 있는 식이다. 두 번째로 질량이동

(mass transfer)을 이용한 증발량 산정식은 가장 오래

된 방식으로 지금까지도 사용하고 있는 추정식이다.

다른 방법에 비해 간편하게 적용할 수 있으며 주로

수표면 증발량 산정에 많이 사용되기도 한다.

증발량 추정식을 사용한 여러 연구에서는 증발량

추정의 최소 시간 단위를 일 단위로 시작하여 월, 계

절, 년별로 분석을 수행하였다. 하지만 안개 발생에

영향을 주는 하천 증발량을 추정하기 위해서는 시간

단위로 계산해야 할 필요가 있다. 이에 본 연구에서

는 세계식량기구에서 제시한 PM식에 주야간 구분

인자를 추가하여 시간단위로 계산할 수 있도록 개량

한 PM식을 사용하였다(Irmak et al., 2005).

본 연구는 PM법과 Bulk법의 증발량 추정식을 이

용하여 낙동강 구미지역에서 발생한 증발량을 추정하

였고 안개 발생일과 비발생일의 증발량 차이를 분석

하였다. 또한, 이를 통해 하천 지역에서 발생하는 안

개의 물리적 매커니즘 특성을 알아보고자 지형 특성

에 따른 기상 인자와 난류을 분석하였다.

연구자료 및 방법

연구 대상 지역은 약 300-500 m의 강폭과 6 m 이

상의 수심으로 이루어진 낙동강 중류 지역으로 2조

의 플럭스 타워와 10조의 AWS (Automatic Weather

system)가 운용되었으며, 구미보에서 북쪽으로 1 km

낙동강 중류에서 하천 증발이 안개에 미치는 영향 397

떨어진 36o14'N, 128

o20'E 부근에 위치하고 있다(Fig.

1). 설치된 장비는 플럭스 타워 지점과 AWS 지점에

따라 장비 구성이 다르게 되어있다. AWS 지점 장비

는 온습도계와 풍향풍속계가 설치되어 있으며, 플럭

스 타워 지점에는 기상 측정 장비(온습도계, 풍향풍

속계, 순복사계, 시정계)와 3차원 초음파 풍속계 및

CO2/H2O 적외선 가스분석기(EC-150), 지중온도계,

그리고 토양열플럭스 측정 장치가 설치되어 있다

(Table 1). 또한, 수온장비도 플럭스 타워 지점 주변

에 설치하여 증발량을 계산하는 요소 중 하나로 활

용하였다. 3차원 초음파 풍속계는 풍향 및 풍속을 측

정하는 3차원 풍속계로 0.01 m s−1의 해상도로 측정이

가능하며, 안개 조건에서 3차원 풍향풍속과 음속 온

도를 측정하기 적합한 장비다(El-madany, 2013). 흔

히 안개 사례를 판단할 때 가장 많이 사용하는 방법

으로는 위성을 이용한 원격 탐지 방법과 지상의 시

정계를 이용한 직접 관측 방법을 사용한다(Yoo et

al., 2006). 본 연구에서는 높이 4 m에 설치된 시정계

로 직접 관측 방법을 사용하였으며, 수평시야 1 km

미만으로 플럭스 타워 G4, G7에서 동시에 발생한 경

우를 안개 사례로 선정하였다.

PM법을 이용한 증발량을 계산하기 위해서는 여러

기상요소들 중에 순복사 변수가 필요하다. 이를 충족

하는 지점은 플럭스 타워가 설치된 G4와 G7 지점이

었고, 두 지점의 기상요소는 풍향을 제외한 나머지

기상인자의 상관관계가 0.8-0.9로 높게 나타났기 때

문에 하천에서 가장 가까운 G4 지점을 대표 지점으

로 선택하여 연구를 수행하였다.

하천은 일반적으로 여름에 냉원 역할을 하고 겨울

에 열원으로 작용한다고 알려져 있다(An and Lee,

2013). 하지만 관측 지점은 사계절 모두 월평균 수온

이 기온보다 높게 나타났으며, 이로 인해 낙동강 중

류의 하천은 여름 냉원 역할을 제대로 수행하지 못

함을 짐작할 수 있었다. 풍향은 G4 지점에서 서풍류,

Fig. 1. Observation sites near Gumi at the Nakdong river.

Table 1. List of instruments used during the observation period

Instruments Measurement Installation height Time interval

R.M Young 05106 Wind speed and direction 10 m 1 min

WXT520 Temperature, relative humidity, wind, pressure 7 m 1 min

SWS200 Visibility 4 m 1 min

CNR4 Incoming and outgoing short-wave and long-wave 6 m 1 min

WS-T100G1 Soil surface temperature 0 cm 1 min

EC1503D wind velocity, ultrasonic virtual temperature,

CO2 and water vapor fluxes9.5 m 10 Hz

HOBO U22-001 Water temperature 0 cm, -50 cm, -100 cm 2 min

398 박준상·김규랑·강미선·김백조

G7 지점에서 동풍류가 주로 관찰되었다. 풍향이 한

방향으로 일정하게 나타난 현상은 해륙풍처럼 주야간

에 하천과 지표의 온도 차이로 인해 국지순환이 발

생하였기 때문이다. 하천 좌우에는 해발 고도 약

200 m 내외의 산지가 형성되어 있어 산풍이 발생하

기 쉬운 지형이며, 앞서 나타난 풍향은 지형 영향이

크게 작용하였다. 또한, 야간에는 산에서 평지로 부

는 차가운 산풍 즉, 냉기류가 발생하며, 이때 풍속은

매우 약하고 지표와 대기의 온도차가 커지기 때문에

이곳 관측 지점은 복사 냉각이 발생하는 날 안개 발

생이 쉬운 환경이다(Yi et al., 2012).

앞서 언급한 증발량 추정 방법 중 PM법을 적용한

시간단위 증발량은 주야간을 구분할 수 있는 Irmak

et al. (2005)가 제시한 PM식 (1)으로 계산하였으며,

Allen et al. (1998)이 제시한 작물계수 Kc를 사용하

여 증발량을 보정하였다.

(1)

여기서 ET는 증발량(mm h−1

), Δ는 기온에 대한

포화증기압의 기울기(kPaoC

−1), Rn은 토지피복 표면

에서의 순복사량(MJm−2

hour−1

), G는 토양열 플럭스

(MJm−2

hour−1

), T는 1시간 동안 평균기온(oC), u2는

2 m 높이에서의 단위시간 풍속(m s−1

), es는 포화수증

기압(kPa), ea는 실제 수증기압(kPa), γ은 건습계 상

수(kPaoC

−1), Cn은 분자 상수(시간단위로 계산 시 37

oC mm s

3Mg

−1h−1

적용)이다. 그리고 Cd는 분모 상수

(주간에는 0.24 sm−1

, 야간에는 0.96 sm−1을 적용)이고

Kc는 단일 작물 계수로 무차원 수이다.

이때 순복사량은 단파와 장파 복사의 합으로 나타

나며, 수표면에서 발생하는 장파복사는 수온을 사용

하여 스테판 볼츠만 식으로 계산 후 식(1)에 적용하

였다.

공기역학적 Bulk법은 기본 Bulk식을 변형한 식(2)

를 이용하여 증발량을 추정하였다(Hartmann, 1994).

(2)

여기서, LE는 증발잠열(Wm−2

), L은 물에 대한 기

화잠열(2.5×106 J kg

−1), ρ는 공기밀도(kg m

−3), CDE는

공기역학 이동 계수, qs는 지표에서의 혼합비(kg kg−1

),

qa는 고도 Z에서의 혼합비(kg kg−1

), Ur는 높이 r에서

평균 풍속(m s−1

), E는 증발량(kg m−2

s−1

), Rv는 수증

기에 대한 기체상수(461 JK−1

kg−1

), Ts는 지표온도(K),

Ta는 대기 온도(K)이다.

연구결과

안개 분류

2013년부터 2015년까지 30분 이상 지속된 안개 발

생 횟수는 총 74회였으며, 대기와 수면 온도차이가

가장 크게 나타나는 가을과 겨울에 주로 발생하였다

(Fig. 2). 안개 발생 시각은 주로 새벽에 시작하여 해

뜬 후 몇 시간이 지난 오전 9시 전후에 소멸되었다.

안개 분류는 기온, 풍속, 이슬점온도, 지표온도와 같

은 기상인자를 이용하여 이전 연구인 낙동강 강정지

역에서 사용한 안개 분류법을 사용하였다(Park et al.,

2015; Tardif and Rasmussen, 2007). 복사안개 판별

은 지표 복사의 유무가 가장 중요하게 작용하고, 증

기안개는 차가운 대기와 따뜻한 지표에서 이슬점온도

와 기온이 일치하는 경우와 이슬점온도 상승률이 기

온상승률보다 큰 경우가 해당된다. 본 연구에서 증기

안개는 가을과 겨울에 전체 발생 빈도 중 약 80%가

나타나며, 3년 동안 9월과 10월에 전체의 약 18%,

약 36%로 10월이 9월보다 발생률이 약 2배 높게 나

타났다. 이처럼 낙동강 구미보 지역은 내륙임에도 불

구하고 증기안개 발생 비율이 높게 나타나는데, 이는

증발에 필요한 수체가 4계절 동안 계속 존재하기 때

문이다. 또한, 가을과 겨울철에는 따뜻한 수온과 찬

대기의 연직 온도층이 형성되어 증기안개가 발생하기

쉬운 국지적 기상 특징이 나타났다. 흔히 증기안개의

지속시간은 1-2시간내외로 나타나지만 본 연구에서는

2시간을 초과하여 나타나는 경우가 빈번하게 발생하

ET Kc

0.408Δ Rn G–( ) γCn

T 273+-----------------u2 es ea–( )+

Δ γ 1 Cdu2+( )+------------------------------------------------------------------------------------=

E ρCDEU qs

*1 RH–( ) RHqs

* L

RυTs

2----------- Ts Ta–( )+⎝ ⎠

⎛ ⎞=

Fig. 2. Frequency of steam fog at the G4 site during 2013-

2015 period.

낙동강 중류에서 하천 증발이 안개에 미치는 영향 399

였다. 이러한 현상은 안개가 주로 발생하는 새벽 시

간대의 하천 좌우 산지에서 발생한 냉기류가 하천으

로 수렴하는 지형 특성에서 나타났다. 이때 대기와

수면의 온도차는 급격히 커지게 되고 수증기압 차이

로 인해 증발이 지속적으로 발생할 수 있는 환경이

형성되었다.

증발량 추정

앞서 하천의 증발은 안개를 지속하게 하는 원인으

로 판단하였고, 하천 주변의 지형적 특성은 증발이

발생하기 쉬운 환경을 형성하는 것을 확인할 수 있

었다. 이러한 증발량의 정량적 분석을 위해 안개 발

생일과 비발생일의 증발량을 추정해보고자 하였다.

안개 사례는 가을에 집중적으로 나타나기 때문에

2013년-2015년 동안 9월과 10월을 대상으로 선정하

였다. 총 183일 동안 안개일은 49일이었으며, 비안개

일은 134일로 분류되었다.

가장 적합한 증발량을 추정하기 위해서는 실제 증

발량과 비교를 통한 검증이 필요하다. 이를 위해 비

안개일의 맑은 날을 선택하여 PM법과 Bulk법으로

증발량을 추정한 결과 Fig. 3과 같이 나타났다. PM

법 증발량은 야간에 음의 값이 나타났고 태양복사가

최대가 되는 12 LST에 최대 증발량이 나타났다. 이

에 반해, Bulk법은 야간에 PM법과 다르게 양의 값

으로 추정되었고 주간에는 13 LST-16 LST사이에 최

대 증발량이 나타났다. 이처럼 PM법으로 추정한 증

발량은 태양 복사가 결정적인 기상인자로 작용하기

때문에 태양 복사 경향과 유사하게 나타났다. Bulk법

은 풍속과 수증기압이 증발량 추정에 결정적인 역할

을 하며, 주간에는 PM법보다 작은 양의 값을 가지지

만 야간에는 PM법과 다르게 양의 값이 나타났다. 이

처럼 2가지 방법으로 추정한 증발량은 서로 다른 경

향으로 나타나는데 과거 용담댐에서 관측한 실제 증

발량과 비교한 결과, 야간에도 0.2 mm 내외의 양의

Fig. 3. Estimated evaporation of clear days from river at September and October during 2013-2015 years (a) PM method (b)

bulk method. (dot line: mean value)

Fig. 4. Estimated evaporation from river at September and October during 2013-2015 years (a) clear days (b) foggy days using

the bulk method. (dot line: mean value)

400 박준상·김규랑·강미선·김백조

값이 나타나는 Bulk법과 유사한 경향을 보였다(Lee

et al, 2014). 따라서 수면에서 가장 적합한 증발량

추정법은 PM법보다 Bulk법이 더욱 적합함을 확인할

수 있다.

이러한 결과를 바탕으로 안개 비발생일과 발생일은

Bulk법으로 추정한 증발량을 시간별로 비교하였다

(Fig. 4). 안개 발생일의 증발량은 시간이 지날수록 점

차 증가하다가 해뜨기 직전인 06 LST와 07 LST에서

최대 증발량을 보이고 이후 점차 증발량이 줄어드는

경향이 나타났다. 최대 증발량이 나타난 06 LST와 07

LST는 안개 비발생일보다 약 1.1% (+0.002 mm),

19.15% (+0.041 mm)로 증발이 많이 발생하였고, 07

LST이후에는 점차 안개 비발생일의 증발량이 더 높

게 나타나기 시작하였다. 보통 9월과 10월의 안개 발

생일에는 06-07 LST에 해 뜬 직후 점차 안개가 소

멸되어야 하지만 오히려 이때 가장 많은 증발량이

나타났고 이는 대기 잠열 증가로 인해 안개가 지속

되는 에너지원으로 작용하였음을 확인 할 수 있었다.

그리고 안개 발생일 비 발생일 모두 03 LST에 증발

이 갑자기 줄어들다가 이후 다시 증발이 증가하는

경향이 나타나는데 이는 오전 03-04 LST에서 종관적

인 기온 하강으로 인해 대기 수증기가 응결되어 이

슬이 발생한 것으로 판단된다. 용담댐에서 관측한 실

제 증발량에서도 이와 같은 현상이 나타났으며, 추후

추가적인 연구가 필요한 부분이다(Lee et al, 2014).

안개 발생 전후의 증발 영향

안개 발생 전후에 대기와 지표의 온도차는 Fig. 5

Fig. 5. Evolution of hourly meteorological variables before (-), after (+), and during fog onset (ON).

낙동강 중류에서 하천 증발이 안개에 미치는 영향 401

과 같이 나타나며, 안개 발생 전에는 점차 증가하다

가 안개 발생 후 편차가 줄어드는 경향을 보였다. 수

온과 지표 온도는 안개 전후 일정하게 유지되었으며,

기온은 안개 발생 전 하강하다 안개 발생 후 점차

상승하여 연직온도 편차에는 기온이 더 큰 영향을

미쳤다. 안개 생성 후 기온이 상승하는 원인은 따뜻

한 수면에서 증발된 수증기에 의해 대기에서 잠열이

방출되는 경우와 해 뜬 직후 순복사의 증가로 수면

이 가열되는 경우 두 가지로 구분할 수 있다. 안개가

시작되는 새벽에는 일사량이 없기 때문에 순복사는

음의 값으로 나타난다. 따라서 안개 발생 후 기온이

점차 상승하는 이유는 수면에서 증발된 수증기가 대

기에서 잠열을 방출하는 증발잠열이 원인으로 작용한

것으로 유추 할 수 있다. 안개 발생 후 증발잠열의

증가는 수면 근처의 차가운 공기를 따뜻하게 만들고

이때 부력에 의해 열적 난류가 발달된다. 특히, 야간

에는 풍속이 낮기 때문에 기계적 난류보다는 열적

난류가 더욱 활발하게 진행된다. 이렇게 상승한 공기

는 안개 상층부에서 복사 냉각으로 다시 차가워져

하강하면서 안개 내부의 난류 운동 매커니즘이 완성

된다(Dupont et al., 2012).

안개 발생은 주로 새벽에 시작하여 오전 9시 전후

로 소산되는데 이때 하천과 육지 사이에 수렴과 발

산의 국지순환이 나타났다. 안개 형성 시 풍향은 육

지에서 하천으로 수렴하는 동서 방향이 나타나고 안

개 소멸 이후에는 하천과 나란한 남북 풍향이 나타

났다(Fig. 6). 안개는 주로 새벽에 시작되는데 이때

풍향은 동풍계열로 대부분 2 m s−1

이하의 풍속으로

나타났다. 동풍 계열이 많은 나타나는 이유는 산 꼭

대기에서 복사냉각으로 차가워진 공기가 산을 따라

하천까지 내려오는 산풍(냉기류)때문이다. 안개 발생

후에는 대부분 발생 전과 비슷한 풍속이 나타나지만

3 m s−1

이상의 북동풍이 발생하는 모습도 관찰되었

다. 이는 해 뜬 직후 하천과 평행한 남북풍향으로 풍

속이 강하게 나타나는 경우이며 안개 소멸에 영향을

미친다(Choi, 2015; Kim et al., 2016).

안개 발생 6시간 전부터 안개 시작까지 시간별 평

균 풍속은 약 0.7 m s−1로 일정하게 유지되었고, 안개

발생 후 약 1 m s−1로 증가하였다(Fig. 6). 안개 발생

후 풍속 증가의 원인은 안개 내부에서 난류가 발달

되었기 때문에 나타난 현상으로 판단되며 여러 난류

인자들 중 난류 운동 에너지(TKE: Turbulent Kinetic

Energy)를 이용하여 난류 강도를 확인 할 수 있다.

이를 위해 2013년부터 2015년 사이 발생한 안개 사

례 중에서 결측 기간이 없는 2013년 9월 20일과

2014년 11월 23일의 안개 사례를 통해 안개 내부에

발생한 난류에너지를 살펴보았다(Fig. 7). 9월 20일

사례에서는 02 LST부터 09 LST까지 7시간 동안 안

개가 지속되었으며 11월 23일 사례는 0330 LST에서

시작되어 1030 LST까지 안개가 유지되었다. 두 사례

에서 안개 시작 시 풍속은 1 m s−1

내외였으나 안개

생성 후에는 2-4 m s−1까지 풍속이 증가하였다. 9월

사례의 난류 운동에너지는 안개 발생 전과 후에 0.4

이내의 편차가 나타난 반면, 11월 사례는 난류 운동

에너지의 편차는 0.1 이내로 변화가 작게 나타났다.

난류 운동에너지가 0.1보다 증가되는 것은 대기와 지

표층 사이에서 상호 교환되는 에너지가 나타났기 때

문이며, 0.1보다 높게 나타난 것은 안개 내부의 난류

Fig. 6. Wind-rose of (a) during 6 hours before fog onset and (b) during steam fog event at the G4 site.

402 박준상·김규랑·강미선·김백조

운동이 활발하게 나타나고 있다는 것을 의미한다. 안

개와 같은 대기 안정층이 형성된 이후, 안개 내부의

난류 에너지가 유지 및 증가하는 것은 풍속(기계적

난류)이나 증발잠열(열적 난류)의 증가로 난류 에너

지가 증가하였기 때문이다. 9월 사례처럼 풍속 변화

가 미미함에도 난류 운동에너지가 크게 변화한 것은

증발 잠열로 인한 대기의 온도 변화로 인한 열적 부

력이 원인이라고 판단된다. 그에 반해 11월 사례에서

난류 운동에너지가 0.1 이상으로 유지되는 것은 풍속

에 의한 기계적 난류 에너지가 발생하기 때문이다.

안개가 발생 하는 동안 안개 내부에서는 증발잠열

로 인해 난류에너지가 공급되고 이로 인해 난류 순

환은 유지되었다. 또한, 난류순환은 안개내부의 수적

크기 변화에 지속적으로 관여하고 내부의 온도 변화

를 최소한으로 제어하여 대기와 지표면의 온도차를

유지하였다. 이러한 매커니즘은 하천 위에 형성된 안

개가 해 뜬 직후에도 일정 시간 이상 유지할 수 있

는 원인으로 작용하였음을 유추 할 수 있다.

결 론

본 연구에서는 2013년부터 2015년까지 구미보 인

근에서 발생한 안개 발생 전후의 기상특징과 증발량

을 추정하여 안개 지속에 대한 물리적 매커니즘 분

석을 수행하였고, 다음과 같은 결과를 얻었다.

1) 수변지역에서 발생한 안개는 내륙에서 발생한

다른 안개들 보다 지속시간이 길게 나타났고 이는

증발이 발생하기 쉬운 연직 온도층이 형성되는 국지

지형 특징이 나타났기 때문이다. 안개 지속에 영향을

주는 증발량의 정도를 알아보고자 PM법과 Bulk법을

이용하여 중발량을 추정한 결과, 주간에는 같은 양의

값들이 나타났으나 야간에는 PM법이 음의 증발량,

Bulk법이 양의 증발량으로 나타났다. 이 중 Bulk법이

실제 증발량과 비슷한 경향으로 나타났고, 06 LST,

07 LST에서 안개 비발생일 보다 안개 발생일의 증발

량이 약 1.1%, 19.15% 높게 나타났다. 이러한 결과

로 증발로 인해 대기 잠열이 증가되어 안개가 지속

Fig. 7. Time series of visibility, wind speed, turbulent kinetic energy, net-radiation of the steam fog event occurred during (a) 20

September 2013 and (b) 23 November 2014.

낙동강 중류에서 하천 증발이 안개에 미치는 영향 403

되는 에너지원으로 작용하였음을 확인할 수 있었다.

2) 이러한 현상의 기상인자의 물리적 특징을 알아

보고자 안개 발생 전후의 기상과 난류에너지 특징을

비교분석하였다. 안개 발생 후 기온, 풍속, 난류운동

에너지는 증가하고, 이러한 원인은 증발로 인해 대기

에 증발잠열이 방출되어 난류운동을 증가하기 때문이

다. 안개 내부의 난류는 난류운동에너지를 이용하여

확인할 수 있으며 9월과 11월 안개 사례를 통해 난

류운동에너지와 풍속을 살펴보았다. 난류운동에너지

가 0.1 이상으로 나타나는 것은 안개 내부의 난류운

동이 활발하게 진행되고 있음을 의미하며, 9월 사례

에서는 안개 발생 전후 0.4정도의 편차가 나타났고

11월 사례에서는 안개 발생 후 0.1이상으로 유지되었

다. 이와 같이 안개 발생 후 증발로 인한 증발잠열은

난류 에너지를 공급하며 순환을 지속시키며, 난류순

환으로 안개 수적크기의 변화와 기온 변화를 최소화

하면서 안개를 유지하는 물리적 매커니즘의 원인이다.

본 연구를 통해서 안개 종류에 따라 지형과 기상

특징이 안개 지속시간에 미치는 영향을 확인할 수

있었다. 따라서, 안개를 정확하게 모의예측하기 위해

서는 이러한 다양한 지형의 기상학적 물리적 특징을

연구하는 노력이 필요하다.

감사의 글

본 논문은 국립기상과학원 “기상업무지원기술개발

연구”의 지원으로 수행되었습니다.

References

Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D., and Smith, M., 1998,

Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop

water requirements, FAO Irrigation and Drainage Paper

No.56, Rome, Italy: United Nations FAO.

An, J.H. and Lee, K.H., 2013, Correlation and Hysteresis

Analysis of Air-Water Temperature in Four Rivers:

Preliminary study for water temperature prediction,

Journal of Environmental Policy, 12, 17-32. (in Korean)

Antonopoulos, V.Z. and Antonopoulos, A.V., 2017, Daily

reference evaporanspiration estimates by artificial neural

networks technique and empirical equations using

limited input climate variables, Computers and

Elctronics in Agriculture, 132, 86-96.

ASCE-EWRI, 2004, The ASCE standardized reference

evapotranspiration equation: Standardization of

Reference Evapotranspiration Task Committee Final

Report, ASCE Environmental and Water Resources

Institute.

Choi, S.Y., Lee, Y.H., Cho, C., and Kim, K.R., 2015,

Analysis of Local Wind Induced by Surface

Heterogeneity and Sloping Terrain Near Nakdong River,

Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, 51, 249-

257.

Degefie, D.T., El-Madany, T.S., Hejkal, J., Held, M.,

Dupont, J.C., Haeffelin, M., and Klemm, O., 2015,

Microphysics and energy and water fluxes of various

fog types at SIRTA, France, Atmospheric Research,

151, 162-175.

Dupont, J., Haeffelin, M., Protat, A., Bouniol, D., Boyouk,

N., and Morille, Y., 2012, Stratus-fog formation and

dissipation: A 6-day case study, Boundary-Layer

Meteorology, 143, 207-225.

El-Madany, T.S., Griessbaum, F., Fratini, G., Juang, J.Y.,

Chang, S.C., and Klemm, O., 2013, Comparison of

sonic anemometer performance under foggy conditions,

Agricultural and Forest Meteorology, 173, 63-73.

Falkovich, G., Fouxon, A., and Stepanov, M.G., 2002,

Acceleration of rain initiation by cloud turbulence,

Nature, 419, 151-154.

Hartmann, D.L., 1994, Global physical climatology,

Academic Press, WA, USA, 101-102 p.

Irmak, S., Howell, T.A., Allen, R.G., Payero, J.O., and

Martin, D.L., 2005, Standardized ASCE Penman-

Monteith: Impact of sum-of-hourly vs. 24-hour timestep

computations at reference weather station sites,

Transactions of the American Society of Agricultural

Engineers, 48, 1063-1077.

Kang, M., Lim, Y.K., Cho, C., Kim, K.R., Park, J.S., and

Kim, B.J., 2015, The sensitivity analyses of initial

condition and data assimilation for a fog event using

the mesoscale meteorological model, Journal of the

Korean Earth Science Society, 36, 567-579. (in Korean)

Kim, H.D., Cho, C.B., and Seo, K.S., 2016, On the Steam

Fog in the Gumi Reservoir of Nakdong River, Journal

of Environmental Science International, 25, 163-171. (in

Korean)

Kim, H.D., Cho, C.B., and Seo, K.S., 2016, Micro-

meteorological Characteristics during the Steam Fog

over the Gumi Reservoir of Nakdong River, Journal of

Environmental Science International, 25, 405-415. (in

Korean)

Lee, H.S., Lee, B.Y., Jo, H.S., and Lee, J.J., 2014,

Observation of evaporation on the reservoir surface

using a large evaporation fan, Magazine of Korea Water

Resources Association-Water for future, 47, 54-67. (in

Korean)

Liu, D., Yang, J., Niu, S., and Li, Z., 2011, On the

evolution and structure of a radiation fog event in

Nanjing, Advances in Atmospheric Sciences, 28, 223-

404 박준상·김규랑·강미선·김백조

237.

Mun, S. and Lee, S., 2013, A Study on the Change of Fog

Frequency and Duration Hours in South Korea, Journal

of Climate Research, 8, 93-104. (in Korean)

Park, J.S., Lim, Y.K., Kim, K.R., Cho, C., Jang, J.Y.,

Kang, M., and Kim, B.-J., 2015, Atmospheric

Characteristics of Fog Incidents at the Nakdong River:

Case Study in Gangjeong-Goryeong Weir, Journal of

Environmental Science International, 24, 657-670. (in

Korean)

Pereira, A.R., Nova, N.A.V., Pereira, A.S., and Barbieri, V.,

1995, A model for the class A pan coefficient,

Agricultural and Forest Meteorology, 76, 75-82.

Rim, C.S., Yoon, S.E., and Song, J.I., 2009, Evaluation of

Equations for Estimating Pan Evaporation Considering

Regional Characteristics, Journal of the Korean Society

of Civil Engineers B, 29, 47-62. (in Korean)

So, S.S. and Son, M.Y., 1991, Characteristics of Fog

Occurrence in Taechon, Journal of the Korean Earth

Science Society, 12, 217-229. (in Korean)

Tardif, R. and Rasmussen, R.M., 2007, Event-based

climatology and typology of fog in the New York City

region, Journal of applied Meteorology and

Climatology, 46, 1141-1168.

Wang, L.P. and Grabowski, W.W., 2009, The role of air

turbulence in warm rain initiation, Atmospheric Science

Letters, 10, 1-8.

Yi, C.Y., Kim, K.R., Choi, Y.J., Won, H.Y., and Scherer,

D., 2012, Nocturnal surface cooling and cold air

transport analysis based on high density observation-A

case study of Eunpyeong new town in Seoul, Journal

of the Korean Association of Geographic Information

Studies, 15, 124-137. (in Korean)

Yoo, J.M., Yun, M.Y., Jeong, M.J., and Ahn, M.H., 2006,

Fog detection over the Korean Peninsula derived from

satellite observations of polar-orbit (MODIS) and

geostationary (GOES-9), Journal of the Korean Earth

Science Society, 27, 450-463. (in Korean)

Zihua, L., Jianping, H., and Boyang, S., 1999, Burst

characteristics during the development of radiation fog,

Chinese Journal of Atmospheric Sciences, 23, 623-631.

Manuscript received: July 10, 2017

Revised manuscript received: September 7, 2017

Manuscript accepted: October 1, 2017