스토크스 표류 (Stokes drift)

한 줄 정의: 파동이 지나갈 때 물 입자가 완전한 원운동을 하지 않고 파동 진행 방향으로 순 이동하는 현상입니다.

쉽게 풀면

이상적인 이론에서는 파도가 지나가도 물 입자가 제자리에서 완전한 원을 그리며 되돌아온다고 가정하지만, 실제로는 파봉에서의 전진 속도가 파곡에서의 후퇴 속도보다 미세하게 빨라서 물 입자가 파동이 진행하는 방향으로 아주 조금씩 순 이동하게 됩니다. 이 현상을 스토크스 표류라 하며, 표층에 떠 있는 부유물이나 기름막이 바람 방향으로 서서히 밀려가는 원인 중 하나입니다. 스토크스 표류는 랑뮤어순환을 만드는 데도 핵심적인 역할을 합니다.

왜 중요한가

스토크스 표류는 표층 물질과 부유물이 파랑에 의해 실제로 순 이동하는 원인을 설명하며, 해양 표층의 플라스틱 쓰레기나 기름 유출 확산을 예측하는 모델에서 바람 및 해류 이류와 함께 고려해야 하는 항으로 다뤄집니다. 스토크스 표류는 코리올리 효과와 결합해 스토크스-코리올리 힘을 만들고, 이 힘이 에크만 수송을 보정해 실제 표층 수송량 추정에 반영됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"파랑 스펙트럼 자료를 이용해 표층 스토크스 표류 속도를 계산하고 플라스틱 부유물의 이동 경로 모델에 반영하였다."

파도의 세기와 특성 자료를 이용해 물이 조금씩 밀려가는 속도를 계산하고, 이를 바다 쓰레기가 이동하는 경로를 예측하는 모델에 적용했다는 의미입니다.

"연안 부유쓰레기 이동 모델에 바람 이류와 함께 스토크스 표류 성분을 추가로 반영한 결과, 실제 표착 지점과 예측 지점 사이의 오차가 크게 줄었다."

이 문장은 파도로 인해 물이 조금씩 밀려가는 효과까지 계산에 넣었더니 쓰레기가 실제로 떠밀려 온 위치를 더 정확히 맞힐 수 있었다는 뜻입니다.

조금 더 깊게 보면

스토크스 표류는 파고와 파장에 따라 크기가 달라지고 수심이 깊어질수록 급격히 감소하므로, 표층에서 관측되는 표류 속도를 심층까지 동일하게 적용해서는 안 됩니다. 스토크스 표류는 파고와 파장에 따라 크기가 달라지고 수심이 깊어질수록 급격히 감소하므로, 표층에서 관측되는 표류 속도를 심층까지 동일하게 적용해서는 안 됩니다.

주의할 점

스토크스 표류는 일반적인 해류에 비해 속도가 매우 작지만, 오랜 시간 누적되면 부유물의 이동 경로에 무시할 수 없는 영향을 미칠 수 있어 소홀히 다루면 안 됩니다. 스토크스 표류 속도는 수면에서 최대이고 수심에 따라 지수적으로 감소하므로, 표층에서 관측된 값을 수 미터 아래 유속장에 그대로 적용하면 실제보다 과대평가하게 됩니다.