Influence of Surface Heterogeneity on Turbulent Transfer in the Surface Layer

3.1 사분원 분석

사분원 분석은 변수의 순간 연직 플럭스인 w'c'을 w'의 부호와 c'의 부호에 따라서 4가지 성분인 sweep, ejection, inward interaction, outward interaction 으로 분류하는 방법이다(Raupach, 1981). Sweep과 ejection의 방향은 평균 연직 플럭스의 방향과 일치하는 경우로 운동량 플럭스의 경우는 그 방향이 하향이고 양의 열 플럭스의 경우는 상향이다. Sweep과 ejection이 연직 플럭스의 주된 성분으로 본 분석에서는 sweep과 ejection의 상대적인 양을 비교하여 플럭스의 구조를 살펴보고자 한다. Figure 2는 운동량 플럭스와 느낌열 플럭스에 대한 사분원을 모식도로 나타낸 것이다.

Fig. 2.

Definitions of quadrants for momentum (negative) and heat flux (positive).

정규화된 플럭스 기여도는 각 사분면에 대하여 다음과 같이 정의된다.

여기서 c = u, q, T이며, t_p는 평균에 사용되는 시간규모로 본 분석에서는 30분을 사용하였다. I_i의 값은 순간 플럭스가 해당 사분원에 속할 때만 1의 값을 갖고 나머지 경우에는 0의 값을 갖는다.

그리고 각 사분원에 대한 시간의 기여도(fraction of time)는 각 사분원 i에 대해서 다음과 같이 주어진다.

Sweep과 ejection의 상대적인 기여도는 난류 수송량과 시간기여도에 따라 각각 다음과 같이 표현된다.

ΔS가 양의 값을 가질 때 ejection에 의한 난류 수송은 sweep보다 큼을 의미하고 ΔD가 양의 값을 가질 때 ejection이 일어나는 시간의 기여도가 sweep이 일어나는 시간의 기여도보다 큼을 의미한다.

3.2 다중 분해 분석

다중 분해 분석은 시간규모에 따른 통계값의 스펙트럼을 산출하는 분석방법이다. 시간규모에 따른 통계값의 스펙트럼은 시간의 길이를 달리하여 시계열의 평균을 구하고, 그 평균으로 자료의 섭동값을 계산하여 구한다. 이 방법은 Howell and Mahrt (1997)에 자세히 기술되어 있다. 분석 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.

2^M개의 자료로 구성되어 있는 변수 w_i와 φ_i가 있을 때 다중분해 코스펙트럼을 계산하기 위해서는 평균을 구하는 데 쓰이는 시간 규모을 변화시켜가며 평균을 계산하여야 한다. 이때 평균하는 시간규모를 2^m개로 설정하고, 이 시간규모에 해당하는 평균값을 다음과 같이 정의한다.

이 2^m의 자료의 평균을 이용하여 레이놀즈 평균을 통해 구한 변수 φ의 연직 플럭스는 다음과 같다.

여기서 괄호 < >는 전체 자료길이에 대한 평균을 의미한다.

2^M 개의 자료의 평균길이에 근거한 플럭스는 다음과 같다.

위의 식은 다음과 같이 다시 쓰여 질 수 있다.

여기서 <Δw(2^m)Δφ(2^m)>은 다음과 같이 표현된다.

같은 방식으로 변수 φ의 분산에 대한 다중 분해 스펙트럼은 다음과 같이 표현할 수 있다.

변수 φ와 연직속도에 대한 상관계수의 다중 분해 스펙트럼은 플럭스와 분산의 정의로부터 아래와 같이 계산된다.

4.1 기본 난류 통계 분석

두 지점에서 관측된 난류의 기본 특성을 분석하기 위하여 자료를 안정도에 따라 중립, 불안정으로 분류하여 기본 통계 값들을 계산하였다. 안정도는 지표층 안정도 매개변수인 z/L을 사용하여 분류하였고 불안정한 경우는 z/L이 −0.1보다 작은 경우 그리고 중립인 경우는 z/L이 −0.1에서 0 사이로 정의하였다. Table 5에 기본 통계 분석 결과를 제시하였다.

Table 5.

Summary of basic turbulent statistics at two sites. The value in parentheses is standard deviation.

u와 w의 상관계수 r_uw는 중립조건일 때 N3 지점에서는 −0.27로 나타났으며, N7 지점에서는 −0.33으로 나타나 균질한 지표면상의 지표층에서 보고된 −0.35(Kaimal and Finnigan, 1994)보다 다소 작지만 비슷한 값을 나타냄을 알 수 있다. N3 지점에서 운동량 상관계수가 상대적으로 작게 나타나는 요인을 분석하기 위해서 무차원화된 속도 표준편차 값을 계산하였다. N7 지점의 결과와 비교하면 중립조건에서 무차원화 된 w의 표준편차 σ_w/u_*는 두 지점에서 차이를 보이지 않으나 무차원화된 u의 표준편차 σ_u/u_*가 N3 지점에서 더 크게 나타난다(Table 5). σ_u/u_*는 불안정한 경우 대기 경계층의 난류의 영향을 받아 지표층에서 z/L의 관계식을 따르지 않으나 중립조건의 평평한 지표면상에서는 평균 2.4의 값이 보고되었다(Panofsky and Dutton, 1984). 본 분석에서 나타난 값은 N7 지점에서는 중립조건에서 2.4의 값으로 선행연구와 차이가 없으나 N3 지점에서는 중립조건에서 2.9로 큰 값으로 나타났고 불안정조건에서는 더 큰 값을 보인다. N3 지점에서 σ_u/u_*의 값이 공단지인 N7보다 더 크게 나타난 것은 두 가지 요인을 생각할 수 있다. 한 가지는 지표면 거칠기 길이의 변화이다. 타워주변은 작은 규모의 키가 작은 과수원과 비닐하우스들이 설치되어 있는 논으로 구성되어 있는 반면 타워가 설치된 곳은 키가 작은 초지들로 되어 있어 바람이 타워로 불어오면서 거칠기 길이가 상대적으로 큰 값으로부터 작은 값으로 변화하게 된다. 거칠기 길이가 변화하는 경우 플럭스는 바뀐 지표면에 따라 빠르게 변하는 반면 분산의 변화는 좀 더 느리게 나타난다(Panofsky and Dutton, 1984). 그러므로 거친 지표면에서 평평한 지표면으로 이동할 때 σ_u/u_*은 증가한다. 또 다른 요인은 N7 지점은 건물 등의 거친 거칠기 성분으로 기계적 난류가 주 역할을 하는 반면 N3 지점은 거칠기 길이가 작은 농경지로 혼합층에서 형성되는 큰 에디의 영향을 직접적으로 받을 수 있다. 혼합층의 큰 에디는 운동량 플럭스에는 기여하지 않지만 속도 분산에 영향을 미쳐 σ_u/u_*의 증가를 초래할 수 있다(Hogstrom, 1990). 불안정한 조건의 농경지 상의 지표층에서 비활성 에디(inactive eddy)의 영향은 Zhang et al. (2010)에서도 보고되었다.

느낌열 플럭스의 수송 효율을 나타내는 w와 T의 상관계수 r_wT는 지표층에서 중립일 때 0, 불안정할 때 0.5로 나타난다(Kaimal and Finnigan, 1994). 본 연구에서는 z/L이 0보다 작은 경우들만 포함되어 있으므로 중립 조건에서도 r_wT의 값이 상대적으로 높게 나타났다. 불안정한 조건에서 r_wT는 두 지점 모두 0.5에 가까운 값을 보인다. 숨은열 플럭스의 수송 효율을 나타내는 r_wq는 불안정도가 높아질수록 증가하며, 이는 열의 수송효율과 유사하다. r_wT와 달리 r_wq값은 N7 지점에서 N3 지점보다 0.1 이상 작게 나타나며, 이는 N7 지점의 지표면에 수증기공급원이 제한적인 데 기인한다. 수평 속도 왜도인 sk_u는 두 지점 모두 0.1 정도의 작은 값을 보이며 연직 속도 왜도인 sk_w는 u의 왜도보다 더 큰 양의 값을 가지며 불안정할 때가 중립일 때 보다 더 큰 값을 보인다. sk_u와 sk_w는 지표층에서 0에 가까우며, 캐노피 내부에서는 큰 운동량의 간헐적 하강운동으로 u의 왜도 sk_u가 양의 값을 가지며 w의 왜도인 sk_w는 음의 값을 가진다(Raupach et al., 1996). 본 관측지점의 속도왜도는 지표층의 특징을 반영하고 있고 sk_w가 양의 값을 가지는 것은 상승하는 열기포에 의한 간헐적인 강한 상승운동에 기인한 것으로 사료된다. 온도의 왜도인 sk_T의 값은 불안정할 때 양의 값을 갖는데, 이유는 지표층에서 열기포가 상승하면 열기포는 주변보다 높은 온도 값을 갖기 때문이다. 수증기의 왜도인 sk_q의 결과를 보면 불안정일 때 N7 지점의 값이 0.06으로 N3 지점의 0.53보다 값이 현저히 작은 것을 볼 수 있다. 이는 N3 지점과 달리 N7 지점에서는 지면의 물 공급원이 적어 상승하는 공기가 큰 수증기량을 갖지 않고 있음을 의미한다. 정리하면 균질한 지표면 상에서 관측된 자료와 비교해서 운동량과 온도와 관련된 통계값들은 유사한 결과를 보이지만 농경지의 경우 r_uw의 크기가 상대적으로 작게 나타났고 공단지의 경우 공단지 지표면의 수증기 공급원의 제한으로 인해 sk_q와 r_wq가 작게 나타났다. 강 유역의 큰 규모의 비균질에 기인한 공통적으로 나타나는 난류특성은 뚜렷하지 않고 해당지표면의 국지적 비균질 요인이 조사된 난류 통계값에 주로 영향을 미치는 것으로 판단된다.

4.2 열과 수증기의 난류 수송 효율 분석

지면의 특성이 다른 공단지와 농경지에서의 열과 수증기의 수송 효율의 차이를 분석하기 위해, 수증기와 열의 연직 수송 효율의 상대적인 비인 r_wq/r_wT를 안정도 그리고 열과 수증기의 상관계수 r_Tq의 함수로 분석하였다. Figure 3은 주간의 r_wq/r_wT와 안정도의 관계를 산포도로 나타낸 것이다. 안정도에 따른 수증기와 열의 연직 전달 효율의 비(r_wq/r_wT)는 N3 지점에서는 중립조건에서 최댓값을 보이고 불안정도가 증가하면서 빠르게 1로 접근한다. 반면 N7 지점에서는 r_wq/r_wT는 안정도에 관계없이 평균 0.7의 값을 보인다. 모닌 오브코브 상사관계가 열과 수증기 모두에 대하여 같게 적용된다면 r_wq/r_wT는 안정도에 관계없이 1의 값을 가질 것이다. N3 지점에서 중립조건에 r_wq/r_wT가 1보다 큰 값을 가지는 것은 수증기의 수송효율이 열의 수송효율보다 크다는 것을 의미하고 이러한 특성은 Katul et al. (1995)에서도 보고되었다. 이는 중립 조건에서 r_wT는 0에 가까운 값을 갖지만 지표면에 지속적인 수증기의 공급원이 있는 경우 r_wq는 0 이상의 값을 갖기 때문이다. N7 지점에서는 수증기의 수송효율이 열의 수송효율보다 작으며 이는 도시근교지역에서 관측한 Moriwaki and Kanda (2005)와 Roth and Oke (1995)의 결과와 일치한다. Moriwaki and Kanda (2005)는 도시지역에서 수증기의 연직 수송 효율이 낮게 나타나는 것은 지표면의 수증기 공급원이 상당히 적기 때문이라고 기술하였는데 이러한 이유는 공단지에서도 마찬가지로 적용된다.

Fig. 3.

Efficiencies for water vapour relative to heat transfer in terms of z/L at (a) N3 and (b) N7 sites during the daytime. The solid line indicates rwq/rwT = 1.

Figure 4는 두 지점의 열 수송에 대한 수증기 수송의 효율 비(r_wq/r_wT)와 r_Tq의 관계를 나타낸 것이다. Figure 4에서 실선은 r_wq/r_wT = r_Tq)을 나타낸다. Katul et al. (1995)은 두 변수들이 선형관계를 만족하고 변수들의 표준편차와 상관계수가 0이 아닌 경우 r_wq/r_wT = r_Tq)가 성립함을 보였다. N3 지점의 경우 r_Tq가 작으면서 r_wq/r_wT는 1보다 큰 자료들이 나타나는데 이 경우들은 지표면이 수증기 공급원으로 작용하면서 안정도는 중립인 경우들로 주로 여름철 중립조건의 자료들이 많이 해당된다. 반면 N7 지점에서는 r_wq/r_wT 가 r_Tq가 증가할수록 증가하는 특징을 보이며 이는 도시지역에서 실행된 선행연구인 Roth and Oke (1995)와 Moriwaki and Kanda (2005)의 결과와 유사하다. 공단지(N7)에서 r_wq/r_wT가 r_Tq가 증가할수록 증가하는 특징을 보이는 것은 수증기의 공급원이 매우 약하므로 중립 조건에서 수증기의 수송 효율이 열의 수송 효율보다 증가하는 특성을 보이지 않고 불안정한 경우 열의 수송효율이 증가하지만 제한된 수증기 공급원으로 인해 수증기의 수송효율은 증가하지 않기 때문이다. 농경지에 비해서 공단지에서 낮은 r_Tq 값들이 많이 존재한다. 공단지 지역의 낮은 r_Tq의 요인으로는 열과 수증기 공급원의 불일치와 구름에 의한 지면 도달 복사의 비균질 등을 제시할 수 있다. 조각 구름(Patch cloud)이 있는 경우 햇빛이 비치는 곳에서는 T와 q가 양의 상관을, 그늘진 곳에서는 T와 q가 음의 상관을 보여T와 q의 상관계수인 r_Tq가 낮아진다(Roth and Oke, 1995). 구름에 의한 복사 비균질 효과는 도시나 공단지에 한정된 것은 아니지만 도시나 공단지역의 경우 구름뿐만 아니라 건물들에 의해서도 그늘이 생성 되어질 수 있으므로 지면 복사의 비균질을 증가시킬 수 있다.

Fig. 4.

Efficiencies for water vapor relative to heat transfer in terms of rTq at (a) N3 and (b) N7 sites during the daytime. The solid line indicates rwq/rwT = rTq.

4.3 사분원 분석

운동량과 열, 수증기 플럭스의 수송의 특성을 분석하기 위해 사분원 분석을 수행하였다. 조직화된 에디운동(coherent eddy motion)은 하강운동인 sweep과 상승운동인 ejection 으로 구성되어 있고, 이들이 지표면과 대기간의 열과 운동량 그리고 물질 교환의 대부분을 설명하고 있는 것으로 알려져 있다(Katul et al., 1997a, b). Figure 5는 농경지(N3)와 공단지(N7)에 대하여 운동량과 열, 수증기 플럭스에 대한 ΔS를 안정도의 함수로 나타낸 것이다. 농경지인 N3 지점에서 수증기와 열의 경우 불안정도가 높아질수록 ejection에 의한 플럭스의 기여도(ΔS)가 뚜렷이 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 불안정해질수록 열기포의 생성이 활발해 지고, 이 열기포에 의한 상승운동으로 열과 수증기가 연직 전달된다는 것을 의미한다. 이는 균질한 자연지표면에서 관측된 ΔS와 안정도의 관계와 유사하다(Li and Bou-Zeid, 2011). 운동량 플럭스의 경우 ΔS가 불안정해질수록 ejection이 증가하는 경향을 보이지만, 열과 수증기 플럭스에 비해 자료의 흩어짐이 매우 크고 sweep이 ejection보다 크게 나타나는 자료들이 상당수 존재함을 볼 수 있다. 균질한 지표면상에서 운동량 플럭스에 대한 ΔS와 안정도 함수의 관계에서도 자료의 흩어짐이 크게 나타났지만 본 관측지점의 자료에서 흩어짐이 더 크게 나타났다. 이는 본관측 지점에서 불안정할 때 sweep에 의한 운동량 플럭스가 상당부분 존재함을 의미한다. 하지만 이것이 강유역의 비균질에 기인한 것인지에 대해서는 현재의 자료만으로는 알 수 없으며 좀 더 자세한 분석이 필요할 것으로 생각된다.

Fig. 5.

The relative importance of ejection and sweep events in terms of flux contribution of (a), (b) momentum, (c), (d) water vapor, and (e), (f) heat at N3 (left) and N7 (right) sites during the daytime. The solid line indicates linear regression.

N7 지점에서도 운동량과 열, 그리고 수증기 플럭스 모두 불안정도가 높아짐에 따라 ejection의 기여도가 증가하는 것을 볼 수 있다. 하지만 수증기 플럭스의 경우 열 플럭스나 운동량 플럭스에 비해 ejection의 기여도가 작은 것을 볼 수 있다. De Bruin et al. (1993)은 지면의 수증기 공급이 약할 경우 상층의 상대적으로 따뜻하고 건조한 공기가 하강하는 sweep의 비중이 상대적으로 크게 나타난다는 것을 발견했다. N7 지점에서 어떤 조건에서 sweep에 의한 기여도가 ejection 보다 더 크게 나타나는 지를 조사하기 위하여 ΔS가 양인 경우와 음인 경우의 계절 분포를 조사하였다. ΔS가 음인 경우는 모든 계절에서 발생하나 여름철에 상대적으로 발생 비율이 높다(Table 6). 한 가지 가능한 설명으로 공단지는 지표면으로부터 직접적인 수증기 공급원은 약하나 여름철에는 강으로부터 지속적인 수증기 공급으로 지표면 부근에 연직으로 균질한 습윤층이 상대적으로 두껍게 형성되고 겨울철에는 강의 온도의 감소로 증발량이 감소하여 지면 부근에 습윤층이 얇게 형성되는 경우를 생각할 수 있다. 이 경우 여름철에 상승운동은 수증기의 변화를 크게 초래하지 못하나 건조한 하강운동은 양의 수증기 플럭스를 유발하고 겨울철에는 상승운동이 양의 수증기 플럭스를 유발한다. N7 지점에서 Table 5에 제시된 0에 가까운 수증기의 왜도 또한 지표면 부근에 수증기의 연직변화가 크지 않은 습윤 층이 존재한다는 것을 시사한다. 그러므로 강 유역이라는 큰 규모의 비균질은 N7 지점에 수증기를 공급하여 상대적으로 균질한 습윤 층을 지면에 형성하게 함으로써 수증기 플럭스의 sweep과 ejection에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 반면 자체 수증기 공급원을 갖고 있는 농경지의 경우에는 균질한 지표면에서의 결과와 유사한 결과를 보여 큰 규모와 국지적인 열과 수증기의 비균질이 플럭스의 sweep과 ejection의 기여도에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 사료된다. 또한 N3 지점은 강의 서편에 위치하고 있는데 이 지점의 주풍 방향은 북서풍이므로 강의 직접적인 영향은 상대적으로 적을 것으로 생각된다.

Table 6.

Seasonal frequency of ΔS > 0 and ΔS < 0 conditions for water vapor flux during the daytime at N7 site.

Figure 6은 농경지(N3)와 공단지(N7)에 대하여 운동량, 열, 수증기 플럭스에 대하여 ΔD를 안정도의 함수로 나타낸 것이다. 두 지점 모두 열, 수증기에 대해 불안정해 질수록 sweep이 차지하는 시간이 ejection이 차지하는 시간보다 증가하는 것을 볼 수 있다. 이 결과는 균질한 호수 상에서 관측된 Li and Bou-Zeid (2011)의 결과와 일치한다. Katul et al. (1997a)은 초지와 맨땅에서 스칼라 플럭스에 대한 ejection-sweep 순환을 조사하였는데 sweep이 일어나는 시간은 스칼라 변수의 왜도가 증가할수록 증가하는 반면 ejection이 일어나는 시간길이는 스칼라 변수의 왜도와 뚜렷한 관련성이 없음을 보였다. 결과적으로 왜도가 큰 변수일수록 sweep이 차지하는 시간이 ejection이 차지하는 시간보다 증가하게 된다. 온도의 왜도는 불안정할 때 두 지점 모두에서 값이 증가하고 수증기의 왜도는 N3 지점에서만 증가하였다(Table 5). ΔD와 안정도의 관계는 Katul et al. (1997a)의 결과와 일치한다. 운동량 플럭스의 경우 ΔD와 불안정도의 관계가 농경지에서 공단지보다 다소 약하게 나타난다. Li and Bou-Zeid (2011)는 운동량 플럭스의 경우 ΔD는 불안정도가 증가할 때 처음에는 감소하다가 점차 0으로 접근하는 결과를 보고하였다. 거칠기 길이가 작은 N3 지점의 경우 비슷한 특성을 보이나 거칠기 길이가 큰 N7 지점의 경우 스칼라의 특성과 유사한 결과를 보였다. 이는 거칠기 길이가 큰 지점에서 불안정할 때 ejection에 의한 운동량의 수송효율이 더 높음을 시사한다.

Fig. 6.

The relative importance of ejection and sweep events in terms of time fraction of (a), (b) momentum, (c), (d) water vapor, and (e), (f) heat at N3 (left) and N7 (right) sites during the daytime. The solid line indicates linear regression.

4.4 다중 분해 분석

다중분해 분석은 에디 크기별 난류 특징의 분석을 가능하게 해준다. 본 분석에서는 시간규모별 결과를 제시하였고 평균시간이 길수록 큰 에디를 나타낸다. 본 연구에서 사용된 자료의 관측지점들은 강 유역에 위치하고 있어 비교적 큰 규모의 비균질성이 존재한다는 공통점이 있다. 또한 두 관측지점은 농경지와 공단지로 둘 다 작은 규모의 비균질성을 갖고 있다. 농경지의 경우 관개시기에 따라 수증기의 공급량이 계절에 따라서 현저하게 변화하고, 공단지의 경우에도 건물과 녹지가 섞여 있어 수증기의 공급원의 비균질성이 계절적으로 변화한다. 이러한 두 관측지점의 지표면 특성이 에디 규모별 난류 수송에 미치는 영향을 분석하기 위해서 두 관측지점에 대한 다중 분해 분석을 수행하였다. 계절에 따른 지표면의 비균질성의 규모 변화효과를 분석하기 위해서 계절별로 나누어 분석을 수행하였다.

Figure 7은 주간에 두 지점의 계절별 u와 w, w와 T, w와 q, 그리고 T와 q의 상관계수를 다중분해 분석으로 나타낸 것이다. u와 w의 상관계수 r_uw는 극댓값이 나타나는 시간규모가 N3에서는 25.6~51.2 s이고 N7에서는 51.2~102.4 s로, N3 지점보다 N7 지점의 운동량 플럭스의 수송이 좀 더 큰 시간규모에서 효율적인 것을 알 수 있다(Table 7). 두 지점 간의 극댓값이 나타나는 시간 규모의 차이는 두 지점 간의 관측고도의 차이에 기인한 것으로 관측고도가 더 높은 N7 지점에서 운동량 수송이 더 큰 에디에 의해 효율적으로 이루어짐을 나타낸다. w와 T의 상관계수 r_wT에서 최댓값이 나타나는 시간규모가 N3 지점에서 N7 지점보다는 좀 더 작게 나타나지만 운동량 플럭스만큼 뚜렷하지는 않다. 열 수송의 경우 혼합층에 있는 큰 에디운동들에 의해서도 수송이 일어나므로 관측고도와 지면과의 거리에 큰 민감성을 보이지 않는 것으로 보인다. N3 지점에서 여름철에 최댓값이 나타나는 시간규모가 특히 작은데 이는 숨은열의 증가로 대기 불안정도가 낮아 열적 대류에 의한 열 수송이 상대적으로 약한 데 기인한 것으로 사료된다. w와 q의 상관계수 r_wq는 모든 규모에서 N3 지점이 N7 지점보다 더 크게 나타난다. 두 지점에서 r_wq의 값은 30 s보다 작은 시간 규모에서는 계절별의 차이가 없지만 30 s보다 큰 시간 규모에서 계절별 차이를 보인다. N3 지점에서는 30 s보다 큰 규모 운동에 의한 수증기의 수송 효율이 여름철에 감소하는 반면 N7 지점에서는 여름철에 큰 규모에 의한 수송 효율이 더 증가하는 특성을 보인다. N3 지점에서 여름철에 큰 규모 운동에 의한 수증기 수송효율의 감소는 앞서 언급된 큰 규모에 의한 열 수송 효율의 감소와 관련되어 있다. 반면 N7 지점의 경우 공단지 자체는 제한된 수증기 공급원을 갖고 있지만 인근 지역에 존재하는 녹지와 강이 큰 규모에서 수증기의 수송 효율을 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다. 강은 항상 존재하지만 온도가 높은 여름철에 더 많은 양의 수증기를 공급하고 또한 녹지는 주로 여름철에 증산을 통해 수증기를 공급한다.

Fig. 7.

The composited seasonal multi-resolution decomposition of correlation coefficient of (a) u and w, (b) w and T, (c) w and q, and (d) T and q during the daytime at two sites.

Table 7.

Peak averaging time (s) of the composited seasonal multi-resolution decomposition of variables during the daytime at two sites.

T와 q의 상관계수 r_Tq는 두 지점 모두 시간 규모가 1 s 이하에서는 시간규모가 증가할수록 커지고 1 s부터 약 30 s까지는 일정한 값을 유지하다가 30 s 이상에서는 시간규모가 증가할수록 급격히 감소한다. 두 지점의 평균 풍속은 약 4 m s⁻¹이므로 1 s에서 30 s 구간을 공간규모로 나타내면 4 m에서 120 m에 해당한다. r_Tq의 변화는 균질한 혼합림에서 관측한 결과인 Williams et al. (2007)과 비교하여 한 가지 주요한 차이를 보인다. 그 차이점은 시간규모가 증가함에 따라 열과 수증기의 상관관계 r_Tq가 급격히 0에 가까워진다는 것이다. 기존의 연구 결과는 시간규모가 커져감에 따라 1에 가까워지다가 그 값이 약간 감소하는 결과를 보였다. Williams et al. (2007)은 큰 시간규모에서 상관관계가 약간 감소하는 이유를 난류의 비정상성과 큰 규모의 에디의 영향이라고 제시하였다. 그러나 본 연구에서는 r_Tq의 감소가 훨씬 현저하다. 그러므로 이는 균질한 혼합림과는 달리 강 유역이라는 큰 규모의 비균질의 영향으로 사료된다. 30 s에서 1000 s 구간을 공간규모로 환산하면 약 120 m에서 4 km로 공간규모가 증가함에 따라 강이 공간 규모에 포함된다. N7 지점의 r_Tq의 값은 1 s에서 30 s 구간에서 계절별로 차이가 좀 더 뚜렷한 반면 N3 지점은 모든 시간규모에서 여름철이 다른 계절보다 r_Tq의 값이 작게 나타났다. N3 지점은 여름철에 논물로 인해 충분한 수증기 공급원의 역할을 하지만 열 공급원의 역할은 약한 반면 다른 계절에서는 지표면이 수증기와 열의 공급원으로 작용한다. 그러므로 N3 지점에서 r_Tq가 계절성을 보이는 것은 여름철에 논물로 인해 지표면이 수증기 공급원으로 작용하지만 열 공급원으로 작용하지 않는 근 중립 조건들이 상대적으로 많이 발생하기 때문이다. 중립조건에서 수증기와 열은 규모와 관계없이 낮은 상관관계를 가지므로 계절 평균 r_Tq 값은 여름철에 모든 규모에서 낮게 나타난다. 여름철을 제외한 계절에 농경지 내의 작은 규모의 비균질성의 영향은 상대적으로 작은 것으로 사료된다. N7 지점의 경우 1 s부터 30 s까지의 시간 규모에서 r_Tq의 계절변화가 나타나는데 녹지가 국지적인 수증기 공급원으로 작용하는 여름철에 r_Tq가 감소하는 특징을 보인다.