2019년 4월 대한해협에서 발생한 Meteotsunami의 전파 및 생성 과정

2019년 4월 7일에 대한해협에서 Meteotsunami가 발생했음을 연안의 조류계에서 발견되었다. 이 Meteotsunami는 파고 0.1~0.9m, 주기 60분으로 관측되었으며, 대기압 점프의 높이는 1.5~3.9 hPa로 2~4개가 황해에서 대한해협으로 이동했다. 발생한 대기압 점프의 등압선은 관측 자료의 분석에 따르면 정동쪽에서 반시계 방향으로 75~83°의 각도와 26.5~31.0 m/s의 속도로 전파되었다. 지역해양모델링시스템(ROMS)을 이용하여 Meteotsunami의 생성과 전파과정을 재현하였다. 그 결과 수심이 75m 이상인 남서부 황해에서 Proudman resonance로 인해 해양 장파가 증폭되었다. 이 해양장파는 대한해협 북단의 얕은 연안지역에서 해안을 향해 굴절되었으며 근해 섬에 의한 굴절과 반사가 해안의 파고에 큰 영향을 미쳤다. 대한해협의 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 대기압 점프의 속도와 각도가 연안에서 해양 장파의 높이에 미치는 영향을 조사하기 위해 민감도 실험을 수행했으며 이 결과는 대한해협의 해일 실시간 예측 시스템에 유용할 것이다.2

낙동강 기원 부유플라스틱의 이동특성

영남지방에서 일어나는 다양한 산업 경제활동으로 인해 낙동강과 그 하구역에서 많은 양의 플라스틱이 바다로 방출될 것으로 추정된다. 라그랑지안 입자 추적 모델링을 이용하여 낙동강 부근에서 방출된 부유플라스틱의 이동 특성을 파악하였다. 이 입자 추적 모형에는 HYCOM(HYbrid Coordinate Ocean Model) 컨소시움에서 제공하는 자료동화 분석장 중 2012년부터 2015년까지 수평해상도 1/12° 일 간격 표층 해류자료가 사용되었다. 낙동강 하구역에서 방출된 부유플라스틱 입자는 대부분 대한해협을 통과하는 흐름을 따라 동해남서부 해역으로 이동하였다. 방출한 입자의 절반이상은 우리나라 주변의 남해와 울릉분지를 벗어나 동경 136도 밖의 외해로 빠져나갔다. 외해로 빠져나가지 않은 입자 중 일부는 우리나라 남해안과 동해안, 일본 서 해안에 도달하였다. 남해안과 동해안에 도달한 입자는 주로 여름에 방출된 것들이었고, 일본 서해안에 도달한 입자는 주로 가을과 겨울에 방출된 것들 이었다.2

제주 북부 해역 고주파 레이더 해류 자료를 이용한 자료동화 연구

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제주 북부 해역 HF-Radar 표층 해류 자료를 이용한 자료동화 방법 연구

HF-Radar는 전파신호를 이용하여 넓은 지역의 표층 해수유동을 실시간으로 관측하는 장비이며 한국해양과학기술원에서는 제주 북부 해역에 HF-Radar를 설치하여 현재 운영 중이다. 이 연구에서는 HF-Radar 표층 해류 관측자료를 이용하여 해양순환 수치모델에 자료동화 방법을 제시하고 정확도를 비교 평가한다. HF-Radar 표층 해류를 자료동화하기 위하여 Regional Ocean Modeling System (ROMS)를 이용하여 제주해역 해양순환 수치모델을 구축하였으며, 초기 및 경계외력 자료는 전지구 해양 예측 모델인 Hybrid Coordinate Ocean Model (HYCOM)을 내삽하여 사용하였다. 대기외력장은 유럽중기예보센터(ECMWF, European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) 자료를 1시간 간격으로 수행하였다. 자료동화는 앙상블 칼만필터 (EnKF, Ensemble Kalman Filter) 기법으로 HF-Radar 표층 해류 관측자료를 3시간 간격으로 동화하였다. 자료동화 수행은 2020년 7월 한달간 수행되었으며 부이 관측자료와 자료동화하지 않은 HF-Radar 관측자료를 이용하여 자료동화 전(FR)과 자료동화 후(DA) 결과를 비교 및 평가하였다. 관측한 표층 잔차류와 FR, DA의 표층 잔차류를 비교한 결과 상관계수(correlation)가 u는 각각 0.42, 0.50이며 v에 대하여 각각 0.36, 0.45로 자료동화 후 잔차류가 개선되었다.2

2019년 봄철 대한해협에서 발생한 Meteotsunami의 전파 생성 과정

2019년 4월 7일 대한해협에서 Meteotsunami가 연안의 조류계에서 발생되었다. 이 Meteotsunami는 파고 0.1-0.9m, 주기 60분으로 관측되었으며, 대기압 점프의 높이는 1.5-3.9 hPa로 2-4개가 황해에서 대한해협으로 이동했다. 관측 자료의 분석에 따르면 대기압 점프의 등압선은 정동쪽에서 반시계 방향으로 75-83°의 각도를 가지며 26.5-31.0 m/s의 속도로 전파되었다. 지역해양모델링시스템(ROMS)을 이용하여 Meteotsunami의 생성과 전파과정을 조사하였다. 수심이 75m 이상인 남서부 황해에서 Proudman resonance로 인해 해양 장파가 증폭되었다. 여기서 해양장파는 대한해협 북단의 얕은 연안 지역에서 해안을 향해 굴절되었다. 근해 섬에 의한 굴절과 반사는 해안의 파고에 큰 영향을 미친다. 대한해협의 서쪽에서 동쪽으로 이동하는 대기압 점프의 속도와 각도가 해양 장파의 높이에 미치는 영향을 조사하기 위해 민감도 시뮬레이션을 수행했다. 이 결과는 대한해협의 지진해일 실시간 예측 시스템에 유용할 것이다.2

하계 연안 해저면 거칠기에 따른 수온 변화: 수치 실험

최근 천수만 해역 및 국내 연안에서 하계에 고수온현상이 빈번하게 발생함에 따라 양식 및 어류 생태계의 피해가 심각하다. 연안에서 발생하는 고수온 현상의 특징이 뚜렷하게 나타나는 천수만 연안에 대해서 살펴보았다. 고수온현상의 시작과 진행 및 소멸에 대해 이해하고 피해를 최소화 하기 위해서는 정확한 수온을 모의 할 수 있는 예측모델이 필요하다. 이 연구는 해양순환 수치모델 실험을 이용하여 대조차 환경을 가진 연안과 내 만에서 바닥면 거칠기(roughness length)가 조류에 의한 혼합과 수온에 미치는 영향을 분석하였다. 바닥면 거칠기는 해저 퇴적물 구성에 따라 다르게 주어지는데, 본 연구는 자갈, 모래, 실트 그리고 점토 종류에 따른 바닥면 거칠기를 토대로 해양순환모델(ROMS)에 적용하여 실험하였다. 여름철 남풍계열 바람으로 인해 표층 해수는 천수만내로 유입되며 저층에서 유출되었다. 동일한 바람조건에서 바닥면 거칠기가 낮을 때(Zob=0.05mm)가 바닥면 거칠기가 높을 때(Zob=2.5mm) 보다 천수만으로 유입되는 해수가 많았다. 바람이 잔차류 순환에 영향을 주었지만 바람에 의한 잔차류 순환의 세기 변화는 상대적으로 작았다. 천수만은 하루에 두번 만조와 간조를 반복하는데, 바닥면 거칠기가 낮아질수록 조류의 세기가 강해지고 조류에 의한 수평, 수직 혼합이 강화됐다. 이때 외해와 천수만 내부 해수의 열 교환이 증가하여 천수만 내부 수온이 저온화 되었다. 천수만은 잔차류순환보다 조석혼합이 천수만 내부와 외부 사이의 열수송에 중요한 역할을 했다. 바닥면 거칠기가 이러한 열수송에 큰 영향을 미치므로 바닥면 거칠기와 조석혼합을 정확히 모의하는 것이 여름철 천수만 수온을 예측하는 데 중요한 역할을 한다.2

2024년 제주해역 고수온 영향에 따른 저서생물 변동 관측

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Coastal Current Along the Eastern Boundary of the Yellow Sea in Summer: Numerical Simulations

여름철 황해 동부 연안 저층에 형성되는 수온전선을 따라 북쪽으로 흐르는 연안 경계류의 크기와 위치에 영향을 주는 요소들을 3차원 수치모형인 ROMS를 이용하여 살펴보았다. 여름에 수심이 깊은 외해에서는 태양 가열로 강한 성층에 존재하지만 수심이 얕은 연안에서는 조류가 일으키는 저층 혼합으로 해수물성이 연직으로 잘 혼합된다. 이 과정에서 성층화된 외해와 연직 혼합이 잘되고 수온이 높은 연안 사이에서 수온전선이 형성되며, 수온전선을 가로 지르는 방향의 밀도 구배에 의해 수온전선을 따라 북쪽으로 흐르는 연안 경계류가 발생함을 확인하였다. 해류계를 이용한 현장 관측에서도 약 10 cm/s로 북상하는 연안 경계류가 관측되었다. 이러한 수온전선을 따라 북쪽으로 흐르는 연안 경계류는 주로 조류와 바람의 영향을 크게 받는다. 조류에 의한 저층 혼합과 바람에 의한 표층 혼합이 여름철 황해 동부 경계류에 가장 큰 영향을 주는 요소다. 바람에 의한 표층 혼합은 북쪽으로 흐르는 황해 동부 연안 경계류의 폭을 더 넓게 하여 수송량을 증가시킨다. 강물의 유입과 일사량의 변화는 연안 경계류의 세기와 위치 변화에 큰 영향을 주지 않는다. 성층이 강하게 이루어지는 여름철 황해 동부 연안 36∘N 에서는 대조기(소조기) 동안 강한(약한) 조류가 북쪽으로 흐르는 해류의 수송량을 증가(감소)시키지만, 동안 경계류의 위치를 크게 변화시키지는 않는다. 연안 경계류의 평균적인 위치는 바람의 세기 변화에 따라 변화하였다. Coastal boundary current flows along the eastern boundary of the Yellow Sea and its speed was about 0.l m/s during the summer 2007. In order to find major factors that affect the coastal boundary current in the eastern Yellow Sea, three-dimensional numerical model experiments were performed. The model simulation results were validated against hydrographic and current meter data in the eastern Yellow Sea. The eastern boundary current flows along the bottom front over the upper part of slopping bottom. Strength and position of the current were affected by tides, winds, local river discharge, and solar radiation. Tidal stirring and surface wind mixing were major factors that control the summertime boundary currents along the bottom front. Tidal stirring was essential to generate the bottom temperature front and boundary current. Wind mixing made the boundary current wider and augmented its north-ward transport. Buoyancy forcing from the freshwater input and solar radiation also affected the boundary current but their contributions were minor. Strong (weak) tidal mixing during spring (neap) tides made the northward transport larger (smaller) in the numerical simulations. But offshore position of the eastern boundary current's major axis was not apparently changed by the spring-neap cycle in the mid-eastern Yellow Sea due to strong summer stratification. The mean position of coastal boundary current varied due to variations in the level of wind mixing.22Nkc

제주 연안 녹조 발생 해역의 영양염 분포 특성

제주 해역은 우리나라에서 기후변화의 영향을 가장 빨리 받는 해역으로 아열대화가 진행되고 있고, 최근 연안 오염물질 증가, 자원감소, 어장 피해 및 생태계 교란이 빈번하게 발생하고 있다. 제주 연안에는 매년 구멍갈파래, 큰갈파래 등 갈파래류(Ulva sp)가 대번성하는 녹조가 발생하여 연안생태계에 심각한 영향을 주고 있고, 연안 어업 및 관광산업에도 심각한 피해를 주고 있다. 제주 연안에는 자연적으로 영양염을 공급하는 담지하수의 유입량이 많고, 육상양식장으로부터 인위적인 고농도의 영양염이 공급되고 있다. 제주 신양리 해역과 신흥리 해역은 최근 녹조가 빈번하게 발생하는 대표적 지역으로 입구가 좁은 만 형태를 갖추고 있고, 주변 양식장으로부터 배출수가 유입되고, 담지하수가 유입되는 공통점을 갖고 있다. 또한 만의 입구는 신항 및 방파제 건설로 인하여 더 협소해져 있어 만 내 해수의 순환이 원활하지 못한 해역이다. 신양리 해역은 만의 서쪽과 동쪽이 큰 차이를 보이고 있는데 만의 서쪽에서 양식장 배출수 및 담지하수가 주로 유입되고 있고 방파제가 서쪽을 막고 있어 해수의 흐름이 동쪽에 비해 느린 것으로 보인다. 그래서 신양리 해역 서쪽이 동쪽에 비해 영양염의 농도가 높고 녹조가 더 빈번하게 발생하고 있다. 반면 신흥리 해역은 만의 안쪽에서 바깥으로 갈수록 영양염의 농도가 낮아지는 경향을 보이는데, 외부 유입원에 따라 각 영양염의 농도에는 차이를 보이고 있다. 담지하수가 주로 유입되는 곳에는 질산염과 규산염의 농도가 가장 높게 나타나고, 양식장 주변에서는 암모니아의 농도가 가장 높게 나타나며, 하수가 유입되는 곳에서는 인산염의 농도가 가장 높게 나타나고 있다. 신흥리 해역에서 녹조가 가장 많이 발생하는 해역도 만의 안쪽지역으로 영양염의 농도 분포와 유사한 것으로 판단된다.2

Effects of Seabed Roughness length on Water Temperature in the Cheonsu Bay in the Summer: Numerical Model Experiment

최근 천수만 해역에서 여름철에 고수온현상이 빈번하게 발생함에 따라 양식 및 어류 생태계의 피해가 심각하다. 특히 천수만 북부에서 수온 상승이 가장 가파르다. 이러한 피해를 최소화 하기 위해서는 정확한 해수온도를 모의할 수 있는 예측모델이 필요하다. 이 연구는 대조차 환경의 연안과 내 만에서 바닥면 거칠기가 조류에 의한 혼합과 수온에 미치는 영향을 분석하였다. 바닥면 거칠기 상수는 해저 퇴적물 구성에 따라 다르게 주어지는데, 본 연구는 Soulsby(1984)가 정의한 자갈, 모래, 실트 그리고 머드 종류 및 혼합에 따른 바닥면 거칠기 상수를 토대로 해양순환모델(ROMS)에 적용하여 실험하였다. 여름철 남풍계열 바람으로 인해 표층 해수는 만내로 유입되며 저층에서 유출되었다. 동일한 바람조건에서 바닥거칠기가 낮을 때(Zob=0.05mm)가 바닥거칠기가 높을 때(Zob=2.5mm) 보다 천수만으로 유입되는 해수가 많았다. 바람이 잔차류 순환에 영향을 주었지만 바람에 의한 잔차류 순환이 천수만 수온 변화에 중요 요소는 아니었다. 천수만은 하루에 두번 만조와 간조를 반복하는데, 바닥면 거칠기가 낮아질수록 조류의 세기가 강해지고 조류에 의한 수평, 수직 혼합이 강화됐다. 이때 외해와 내부 해수의 열 교환이 증가하여 천수만 내부 수온이 저온화 되었다. 천수만은 잔차류순환보다 조석혼합이 천수만 열수송에 중요한 역할을 했다.2