대수바람분포 (logarithmic wind profile)
한 줄 정의: 중립 대기의 지표층에서 풍속이 높이의 로그에 비례해 증가하는 분포입니다.
쉽게 풀면
지면에 가까울수록 마찰 때문에 바람이 약해지고, 위로 갈수록 빠르게 세집니다. 대기가 안정하지도 불안정하지도 않은 중립 상태의 지표층에서는 이 증가가 높이의 로그에 비례한다는 사실이 잘 알려져 있습니다. 그래서 두 높이의 풍속만 알면 나머지 고도의 바람을 추정할 수 있습니다.
왜 중요한가
풍력발전 자원 평가, 기준 고도 10m 풍속을 다른 고도로 환산하는 작업, 지표 거칠기 산정이 모두 이 식을 바탕으로 이루어집니다. 또 수치모델이 지표 플럭스를 계산할 때 쓰는 접합 조건의 출발점이기도 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"관측된 풍속 연직분포를 대수바람분포에 맞춰 거칠기길이와 마찰속도를 산정하였다."
관측 자료를 이론식에 맞춰 지표 특성 매개변수를 역산하는, 경계층 관측 연구의 표준 절차입니다.
조금 더 깊게 보면
식은 U(z)=(u*/k)ln((z-d)/z0) 형태로, u*는 마찰속도, k는 폰 카르만 상수(약 0.4), z0은 거칠기길이, d는 영면변위입니다. 중립이 아닌 경우에는 모닌-오부코프 상사이론의 안정도 보정함수를 더해 확장하며, 불안정할 때는 실제 풍속이 로그식보다 작고 안정할 때는 큽니다. 도시나 숲처럼 거칠기 요소가 큰 곳에서는 영면변위를 반드시 고려해야 합니다.
주의할 점
중립 성층과 균질한 지표를 가정한 식이므로, 강한 야간 안정층이나 지표가 급변하는 해안에서는 그대로 쓰면 오차가 큽니다. 또 이 식이 성립하는 범위는 경계층 전체가 아니라 아래쪽 10% 정도인 지표층에 한정됩니다.