난류운동에너지 (turbulent kinetic energy)
한 줄 정의: 바람의 불규칙한 변동 성분이 가진 단위질량당 운동에너지입니다.
쉽게 풀면
바람은 평균적인 흐름 위에 끊임없이 흔들리는 성분이 겹쳐 있습니다. 난류운동에너지는 이 흔들림이 얼마나 센지를 에너지로 나타낸 값으로, 세 방향 바람 변동의 분산을 더해 절반을 곱해 구합니다. 값이 크면 공기가 활발하게 섞이고 있다는 뜻이고, 값이 거의 0이면 층이 잔잔하게 굳어 있다는 뜻입니다.
왜 중요한가
난류가 얼마나 강한지를 하나의 숫자로 요약해 주므로, 경계층 관측의 표준 진단량이자 수치모델의 난류 모수화에서 직접 예측하는 변수입니다. 오염물질 확산, 열과 수증기의 연직 수송, 항공기 요란 예측이 모두 이 값에 좌우됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"일출 후 지표 가열이 강해지면서 혼합층 내 난류운동에너지가 급격히 증가하였다."
낮 동안 대류가 발달하면서 난류가 강해지는 하루 변화를 정량적으로 서술한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
수지 방정식은 바람 시어에 의한 역학적 생성, 부력에 의한 생성 또는 소멸, 수송과 확산, 그리고 점성에 의한 소산으로 이루어집니다. 낮의 대류경계층에서는 부력 생성이, 밤이나 강풍 시에는 시어 생성이 주된 공급원이 됩니다. 이른바 TKE 닫힘 기법을 쓰는 모델은 이 방정식을 직접 풀어 난류확산계수를 산출합니다.
주의할 점
평균 바람의 운동에너지와는 완전히 다른 양이므로, 바람이 세다고 난류운동에너지가 반드시 큰 것은 아닙니다. 또 관측값은 평균을 내는 시간 구간의 길이에 따라 달라지므로, 비교할 때 평균화 시간을 맞춰야 합니다.