와류 이끄는 상승기류, 특정 조건에서 운동에너지 최대화
기상 예측 기술 발전에 도움 될 것
(서울=내외방송) 지구온난화로 해가 갈 수록 강력한 태풍 여러 개가 동시에 발생하고, 이동 경로 또한 변동이 심해 예측이 어려워지고 있다. 하지만, 앞으로 지구온난화 등으로 발생한 기상이변을 좀 더 정확하게 예측할 수 있을 것으로 보인다.
UNIST(울산과학기술원)는 "최규동 수리과학과 교수가 둥그런 공 모양의 와류가 안정적인 상태로 존재한다는 사실을 수학적으로 증명했다"고 31일 밝혔다.
와류는 공기나 물로 이뤄진 유체(흐르는 물체) 내부에서 회전의 영향을 강하게 받는 영역으로 태풍이나 토네이도 현상을 예로 들 수 있다. 우리 실생활에서도 만날 수 있는 공기나 물의 흐름에서도 특정한 형태의 와류를 관찰할 수 있다는 것이다.
1894년 영국의 수학자 힐(Micaiah John Muller Hill)이 공 모양인 와류의 진행 방향 앞면에는 축을 따라 무한한 시간 동안 모양을 유지하며 강하게 상승하는 기류(공기의 흐름)가 존재한다는 것을 수학적으로 밝혀냈다.
최 교수는 변분법(에너지나 거리가 최소 또는 최대가 되게 하는 곡선이나 속도 등을 찾는 방법)을 활용해 힐이 계산한 구형 와류가 특정한 조건에서 운동에너지를 최대화한다는 것을 알아냈다.
수학 해석 분야에서 사용하는 함수해석학과 편미분방정식이론 등을 도입해 기존의 2차원을 뛰어넘어 축대칭 조건을 포함한 3차원 유체의 흐름까지 계산할 수 있도록 발전시켰다.
최 교수의 연구는 상승기류들의 잔류(머무는) 시간을 측정하는 등 다양한 연구의 시작점으로 활용될 수 있을 것으로 보인다.
최 교수는 "기상이변 등이 많아지는 오늘날의 기상 예측 기술발전에 장기적인 관점에서 도움을 줄 것으로 기대된다"고 말했다.
한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '순수-응용수학저널(Communications on Pure and Applied Matematics)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Stability of Hill's spherical vortex).
