유니스트 "와류의 안정 상태 수학적 증명, 기상 예측에 도움"

(울산=뉴스1) 임수정 기자 = 태풍, 토네이도 등에서 나타나는 와류 현상이 안정적으로 존재한다는 사실이 수학적으로 증명되면서 기상이변 예측에 도움이 될 것으로 기대된다.

최규동 유니스트(UNIST) 수리과학과 교수가 둥그런 공 모양의 와류가 안정적인 상태로 존재한다는 사실을 수학적으로 증명했다고 31일 유니스트가 밝혔다.

와류는 공기나 물로 이뤄진 유체 내부에 강하게 회전하는 영역으로, 태풍와 토네이도 현상이 대표적 와류 현상으로 꼽힌다.

최 교수가 수학적으로 증명한 '특정 와류가 안정적 상태이다'라는 것은 일반적으로 우리가 현실에서 만날 수 있는 공기나 물의 흐름에서도 특정 형태의 와류가 관측되고 존재한다는 의미한다.

유체역학에서는 1757년에 만들어진 오일러 방정식으로 와류의 흐름을 주로 계산했다.

1894년 영국 수학자 힐이 공 모양으로 형성된 와류가 무한한 시간 동안 모양을 유지하며 축을 따라 앞으로 나아감을 수학적으로 밝혔다.

최 교수는 변분법을 이용해 힐이 계산한 구형 와류가 특정 조건에서 운동에너지를 최대화하는 것을 확인했다.

수학 해석 분야에서 사용되는 함수해석학, 편미분방정식 이론 등을 도입해 기존에 연구됐던 2차원 유체의 흐름을 넘어 축대칭 조건을 포함한 3차원적 유체의 흐름까지 계산할 수 있도록 필요한 이론을 한 단계 발전시켰다.

힐이 발견한 구형 와류의 진행 앞면에는 강하게 상승하는 기류가 존재한다.

이 상승기류는 태풍이나 토네이도 등에서도 쉽게 확인 가능한데, 최 교수의 연구는 이런 상승기류의 잔류시간을 측정하는 등 다양한 연구의 시발점으로 활용될 수 있다.

최 교수는 "그동안 중단됐던 와류의 안정성에 대한 연구가 국제적으로 더욱 활발해지고 있다"며 "기상이변 등이 많아지는 오늘날의 기상 예측 기술 발전에 장기적인 관점에서 도움을 줄 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 유니스트의 지원으로 수행됐다.

수학 학술지 중 하나인 '순수-응용수학저널(Communications on Pure and Applied Mathematics)'에 7월 24일 온라인 게재됐다.

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