중력파항력 (gravity wave drag)

한 줄 정의: 중력파가 전파하다 깨지며 평균 흐름에 되돌려 주는 감속 효과입니다.

쉽게 풀면

산맥 위로 바람이 불면 공기가 파도처럼 출렁이며 위로 파동을 보냅니다. 이 파동은 상층까지 올라가 깨지면서 자신이 가지고 온 운동량을 그 고도의 바람에 넘겨주는데, 그 결과 바람이 느려집니다. 이렇게 파동이 평균 바람에 작용하는 브레이크가 중력파항력입니다.

왜 중요한가

이 효과를 넣지 않으면 수치모델의 겨울철 중위도 서풍과 극야제트가 실제보다 지나치게 강해지고 기압골 위치가 어긋납니다. 그래서 전지구 모델은 거의 예외 없이 지형성·비지형성 중력파항력 모수화를 포함하며, 그 조정 방식이 모델 성능 논문의 단골 주제입니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"지형성 중력파항력 모수화를 개선한 실험에서 겨울철 성층권 극야제트의 과대모의가 완화되었다."

파동 항력 모수화를 바꾸자 상층 바람의 편의가 줄었다는, 모델 개선 연구의 전형적인 결과 서술입니다.

조금 더 깊게 보면

산악이 만든 정체성 중력파는 연직으로 운동량 플럭스를 나르는데, 임계고도에 이르거나 진폭이 커져 불안정해지면 파동이 깨지면서 플럭스가 발산하고 그 발산이 항력으로 나타납니다. 모수화에서는 지표 지형의 기복과 하층 바람·안정도로 파동 발생량을 추정하고, 상층에서 포화 조건을 적용해 어느 고도에서 얼마나 깨질지를 계산합니다. 대류나 전선에서 나온 비지형성 중력파도 중간권 이상에서 유사한 역할을 합니다.

주의할 점

중력파쇄파가 '파동이 깨지는 현상'을 가리킨다면, 중력파항력은 그 결과로 평균 흐름이 받는 힘을 가리킵니다. 또 지표 마찰항력과는 원인이 전혀 달라, 마찰속도로 표현되는 경계층 항력과 섞어 쓰면 안 됩니다.