위성영상 기반 한반도 북동 연안 용승 추적

이 연구의 목적은 위성영상을 이용하여 한반도 북동 연안의 용승 발생을 알아보는 것이다. 북한은 가장 폐쇄적인 국가 중 하나로 현장조사가 어렵다. 그래서 북한 연구는 대부분 위성 원격탐사가 이용된다. 용승 해역은 전 세계 바다 면적의 1%에 불과하지만생산량은 전체의 50%에 이른다. 한반도 남동 연안 용승에 대해서는 많은 연구가 있었으나 북동 연안 용승에 대해서는 알려져 있지 않다. 이 연구에서는 2017년 한 해 동안 NPP/VIIRS SST, ASCAT 해상풍, GOCI Chl-a 자료를 이용하여 한반도 북동 연안 용승을알아보았다. 그 결과 동계에는 북동풍이 우세하였고 연안에서 주변보다 낮은 수온이 관측되지 않았다. 5월 4-7일 간 2.2-11.5 m/s의 남동풍이 함경도 연안에 불었고, 5월 7-8일 SST 영상에서 함경도 연안을 따라 낮은 SST와 고농도의 Chl-a가 나타났다. 그리고 남풍에 가까울수록 함경도 남쪽 연안에서 저수온이 출현하였다. 한반도 북동 연안 용승은 남동풍이 지속적으로 불 때 나타났으며 이는 한반도 남동 연안 용승과 유사함을 알 수 있었다. 이 연구에서는 위성을 이용하여 접근이 어려운 북한해역의 연안 용승 발생을 확인하였다. 이것은 2017년 한 해만 분석한 것으로 앞으로 장기 분석과 다양한 접근으로 추가 연구를 수행 예정이다.2

Characteristics of chemical environment factors around Dokdo in the East Sea, Korea

본 연구는 2004년 11월 2일부터 5일까지 독도 주변해역에서 방사모양으로 21개 정점을 선정하여 수행하였으며, 해수 중의 물리화학적 특성 및 해수 시료 채취를 위해 CTD meter(Sea-Bird 911 Plus)를 부착시킨 Rossette system을 운용하였다. 해수 시료는 각 정점에서 5 m 수심과 70 m 수심에서 채수하였고, 울릉도와 독도 간 동서라인 정점 A17∼A20에서는 수심 별로 채수하였다. 연구결과 11월 초 독도 주변해역의 수심 5 m와 70 m에서 화학적 환경 요인의 수평 분포는 북동쪽으로부터 유입되는 북한한류의 영향과 남서쪽으로부터 유입되는 쓰시마난류의 지류인 동한난류의 영향으로 구분되는 특성을 보였다. 이는 물리적 영향이 화학 인자들의 분포를 결정하는 주요한 요인으로 작용함을 시사한다. 연구지역의 N/P ratio는 13.7로 기존에 알려진 Redfield ratio 16 보다 다소 낮은 결과를 보여 질소가 성장제한요인으로 작용함을 알 수 있다. 정점 A17∼A20 사이 수심 200 m까지의 수직 분포에서는 동한난류의 유입이 명확히 보였고, 총량파악을 위해 수심에 따른 자료를 적분한 결과 정점 A19에서 주변 정점들보다 높은 영양염 농도 값이 나타났다. 수심에 따른 농도증감의 비로 계산된 영양염의 농도변화는 수심 30∼100 m 사이에서 높은 재생산 비율을 보인 반면, 총유기탄소는 상반되는 경향을 보였다. 이는 유기물 분해에 따른 무기물의 재생산 과정이 표층으로부터 수심 100 m 이내에서 활발하게 발생함을 의미한다. 결국 한류와 난류의 혼합으로 형성된 전선역에서 물리적 혼합에 의한 화학적 조성 변화는 주변과 다른 생·화학적 과정이 발생되며 다양하고 복잡한 수층 환경을 형성한다.2

The Current Activities of Deep-sea Environmental Study of Korea

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CTD data processing in the eastern pacific ocean

열대 동태평양해역의 해양환경 파악과 해수물성의 시공간적 변화를 규명하기 위해서는 정확하고 정밀한 관측자료가 요구된다. 열대 동태평양해역의 특성을 감안한 적절한 계수값과 표준후처리과정에는 포함되지 않은 부가적인 자료처리과정을 통해 관측자료의 정밀도 향상 정도를 파악하였다. CTD의 특성이나 해역의 특성을 고려한 처리과정을 표준후처리과정에 추가하여 자료를 보정하면 보다 정밀한 자료를 획득 할 수 있으며 경우에 따라 수평분포가 다르게 나타나기도 하며 특히 시공간적인 해수물성의 변화가 작은 경우는 전체적인 해황을 파악하는 데 영향을 미칠 수도 있다. 따라서 보다 정밀하고 정확한 자료 획득을 위해 정밀한 후처리과정이 요구된다.2

Characteristics of chemical environment at KOMO area

북동태평양해역에 광물자원(망간단괴)개발과 관련하여 환경보전방안을 마련하기 위해 선정된 KOMO (KODES Long-term Monitoring Station) 정점에서 지난 10년(`95～`04년)간 물리 및 화학적 환경특성을 조사하였다. 1995～1997년 동안, 최대수온변화수심(Maximum Temperature Decline Depth, MTDD)의 수심이 60 m으로 나타나고 표층 혼합층(Suface Mixed Layer, SML)은 수심 50 m 부근까지 분포하였다. 그러나 표층해류 및 엘니뇨와 라니냐의 영향을 받은 1998년과 1999년에는 MTDD의 수심이 92 m까지 깊어졌다가 다시 15 m 부근까지 올라오는 변화폭을 보였다. 2000년에서 2002년 사이에는 MTDD의 수심이 34∼47 m 사이에 분포하며 표면혼합층의 범위도 유사한 범위로 나타났다. 2003년 이후 2004년에는 다시 확장되는 경향을 나타내었다. 엽록소-a의 100 m까지의 적분값은 200 m까지의 적분값의 평균 70.7%를 차지하며 2004년의 경우는 93.3%로 대부분의 식물플랑크톤이 100 m이내에 서식하는 것으로 나타났다. 수온약층에 의한 성층화로 물질순환이 제한 받게 되고 식물플랑크톤의 높은 서식밀도로 인해 표면혼합층에 영양염(질산염, 인산염, 규산염 등) 농도가 낮은 빈영양 상태의 표층수가 수온약층의 경계를 따라 상층부에 분포하게 된다. 수층의 물리적 구조는 상당한 범위의 연변화를 보이고 이에 따른 해수 내 무기영양염류의 농도분포가 직접적으로 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. KOMO 정점의 정상 환경은 MTDD의 수심이 평균 50 m로 나타나고 SML은 평균 42 m 까지 형성된다. 이때 유광층까지의 질소 총량은 평균 15.16 gN/m2 이며, 인과 규소의 총량은 각각 2.59 gP/m2 및 26.56 gSi/m2으로 산출되었다. 엘니뇨 환경에서는 MTDD의 수심이 92 m로 하강하며 SML이 가장 넓게 확장되고, 라니냐환경에서는 이와 반대로 수온약층의 상승으로 인해 SML은 수심 14 m로 축소된다. 엘니뇨 및 라니냐가 연차적으로 발생되는 연구해역은 정상상태에서 자연적 충격에 의한 환경변화를 겪고 있음을 확인하였다. 그리고 이시기에 표층으로 무기영양염의 자연적인 유입이 발생하며, 유입량은 질소가 약 23.3 gN/m2 이고 인과 규소는 각각 3.5 gP/m2와 39.2 gSi/m2으로 나타났다.2

Distribution and inter-annual variation of nutrients and organic carbon in the divergence zone, NE Paciific

북동태평양 클라리온-클리퍼톤 균열대 내에 위치한 대한민국 광구 지역에서 동향류인 북적도 반류와 서향류인 북적도 해류가 만나는 발산대 해역(7o~11.5oN)을 중심으로 무기영양염류, 용존 및 입자유기탄소의 분포와 연간 변화 양상을 살펴보았다. NOAA에서 제공하는 Oceanic Nino Index와 Multivariate ENSO Index로부터 2003년 7월과 2005년 8월은 기후/해양환경 변화 측면에서 평상시기(normal condition)였지만, 2007년 7월에는 라니냐로 진입하는 시기였고, 2009년 8월은 엘니뇨로 진입한 시기였다. 북적도 반류와 북적도 해류가 만나는 해역은 2003년에 9oN, 2005년에 8oN, 2007년에 10oN, 그리고 2009년에는 10.5oN으로 파악되었다. 연구 기간 동안 상층(수심 0~100 m) 내 무기영양염류 총량(depth integrated value)이 가장 높았던 시기는 2007년이었고 상대적으로 큰 변동성을 갖는 해역은 10oN으로 파악되었다. 연구 지역에서 용존유기탄소는 2007년에 52.15~128.83 mM 범위로 다른 연도에 비해 상대적으로 높은 농도를 나타냈으며, 입자유기탄소도 유사한 결과(8.19~15.01 mM)를 보였다. 발산대 해역에서의 용승 현상과 라니냐의 영향으로 표층 내 무기영양염류가 증가하고 유기탄소량 또한 증가한 결과를 보여 물리적 변화가 수층 환경 내 화학적·생물학적 변화를 일으키는 요인으로 작용함을 알 수 있었다.2

Dynamic Characteristics of Water Column Properties based on the Behavior of Water Mass and Inorganic Nutrients in the Western Pacific Seamount Area

서태평양에 위치한 해저산 해역( 150.2∘E , 20∘N 부근)에서 수층 환경의 동적 특성을 파악하고자 수괴 및 용존산소, 무기영양염(질소, 인), 엽록소-a 등과 같은 수층 환경 인자의 거동을 살펴보았다. 2014년 10월에 해저산(OSM14-2)을 중심으로 동-서 및 남-북 방향으로 총 9개의 정점에서 CTD system을 이용하여 물리 화학적 자료를 획득하였다. 수온-염분 도표로부터 연구 해역에서 파악된 수괴는 표층에서 북태평양 열대수와 수온약층수, 중층에서 북태평양 중층수 그리고 저층에서 북태평양 심층수로 구분되었다. 용존산소 농도가 낮은 최소층(평균 73.26μM )은 산소 결핍 환경(dysoxic TEX>90μM )으로 연구 해역 전반에 걸쳐 수심 700~1,200 m 사이에 분포하였다. 아질산염+질산염과 인산염으로 대표되는 무기영양염은 표면혼합층 내에서 빈영양 환경을 보인 후 수심 증가에 따라 점차적으로 증가해 용존산소 최소층에서 최대 농도를 나타냈으며, N:P ratio(13.7) 결과로부터 연구 해역은 식물플랑크톤이 성장하기에 질소 성분이 제한된 환경으로 파악되었다. 해저산을 중심으로 동-서 및 남-북 정점 라인에서 환경 인자의 수직 분포는 서쪽과 남쪽 해역에서 저층수 유입에 의한 영향으로 수심 500 m 부근에서 그리고 수심 2,500 m 이하의 저층 내에서도 서쪽 해역과 남쪽 해역에서 반대 해역과 비교해 환경 인자의 농도가 다르게 분포하였다. Redfield ratio(N:P=16:1)을 이용하여 구해진 Excess N 값은 연구 해역 전반에 걸쳐 음의 값을 보여 질소 제거 기작이 우세한 환경임을 나타냈으며, 서쪽 해역과 남쪽 해역 저층에서 상대적으로 높은 값이 관측되었다. 이러한 결과들은 해저산의 지형적인 특성이 저층 해류 순환에 영향을 미치고 이는 수층 환경 인자들의 거동을 결정하는데 중요하게 작용함을 지시한다. In order to understand the dynamic characteristics of water column environments in the Western Pacific seamount area (approximately 150.2∘E , 20∘N ), we investigated the water mass and the behavior of water column parameters such as dissolved oxygen, inorganic nutrients (N, P), and chlorophyll-a. Physico-chemical properties of water column were obtained by CTD system at the nine stations which were selected along the east-west and south-north direction around the seamount (OSM14-2) in October 2014. From the temperature-salinity diagram, the main water masses were separated into North Pacific Tropical Water and Thermocline Water in the surface layer, North Pacific Intermediate Water in the intermediate layer, and North Pacific Deep Water in the bottom layer, respectively. Oxygen minimum zone (OMZ, mean O2 73.26μM ), known as dysoxic condition ( O2/TEX>90μM ), was distributed in the depth range of 700~1,200 m throughout the study area. Inorganic nutrients typified by nitrite + nitrate and phosphate showed the lowest concentration in the surface mixed layer and then gradually increased downward with representing the maximum concentration in the OMZ, with lower N:P ratio (13.7), indicating that the nitrogen is regarded as limiting factor for primary production. Vertical distribution of water column parameters along the east-west and south-north station line around the seamount showed the effect of bottom water inflowing at around 500 m deep in the western and southern region, and concentrations of water column parameters in the bottom layer (below 2,500 m deep) of the western and southern region were differently distributed comparing to those of the other side regions (eastern and northern). The value of Excess N calculated from Redfield ratio (N:P=16:1) represented the negative value throughout the study area, which indicated the nitrogen sink dominant environments, and relative higher value of Excess N observed in the bottom layer of western and southern region. These observations suggest that the topographic features of a seamount influence the circulation of bottom current and its effects play a significant role in determining the behavior of water column environmental parameters.22Nkc

북동태평양 열대해역에서 기후변화와 연관된 용존산소의 장기변동성

북동태평양 열대해역에 위치한 KOMO 정점에서 지난 20년간 현장 관측을 통해 용존산소의 장기 변동성을 파악하고, 변동의 주요 조절 요인을 이해하기 위한 연구를 수행하였다. 관측결과, 수심 100 m 이내에서 파악된 엽록소 총량은 평균 17.8 mg/m2으로, 평균 총량에 대한 각 연도별 엽록소 총량의 이상치는 현재로 오면서 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 특히, 2000년대 초반을 기점으로 그 이전에는 평균 총량에 비해 증가한 값을, 그 이후에는 감소한 값을 나타내 시기적으로 큰 변화 양상이 관측됐다. 연구 해역 수심 3000 m 이내의 용존산소 분포에서 용존산소 최소층은 전반적으로 수심 300∼700 m 사이에 분포하였고, 일부 시기에서는 다소 확장된 형태를 나타냈지만 뚜렷한 주기적 변동성이 관측되지는 않았다. 반면에 수심 2000 m 이하의 저층에서 파악된 용존산소 농도의 장기변동성은 2000년대 초반을 기점으로 이전 시기에 비해 뚜렷하게 증가된 특성이 관측됐으며, 연도별 표층 엽록소 총량 변동과 대비해 연관성이 높은 것으로 파악됐다. 이러한 결과들로 미루어, 연구 해역 저층의 용존산소 변화가 중층의 용존산소 최소층보다 기후 변화에 의한 표층의 생산성 차이와 일차 생산자의 군집구조 및 유기물 조성 변화를 더 잘 반영하는 것으로 인식된다. 총량에 대한 각 연도별 엽록소 총량의 이상치는 현재로 오면서 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 특히, 2000년대 초반을 기점으로 그 이전에는 평균 총량에 비해 증가한 값을, 그 이후에는 감소한 값을 나타내 시기적으로 큰 변화 양상이 관측됐다. 연구 해역 수심 3000 m 이내의 용존산소 분포에서 용존산소 최소층은 전반적으로 수심 300∼700 m 사이에 분포하였고, 일부 시기에서는 다소 확장된 형태를 나타냈지만 뚜렷한 주기적 변동성이 관측되지는 않았다. 반면에 수심 2000 m 이하의 저층에서 파악된 용존산소 농도의 장기변동성은 2000년대 초반을 기점으로 이전 시기에 비해 뚜렷하게 증가된 특성이 관측됐으며, 연도별 표층 엽록소 총량 변동과 대비해 연관성이 높은 것으로 파악됐다. 이러한 결과들로 미루어, 연구 해역 저층의 용존산소 변화가 중층의 용존산소 최소층보다 기후 변화에 의한 표층의 생산성 차이와 일차 생산자의 군집구조 및 유기물 조성 변화를 더 잘 반영하는 것으로 인식된다.2

Potential Meso-scale Coupling of Benthic-Pelagic Production in the Northeast Equatorial Pacific

We determined potential meso-scale benthic-pelagic ecosystem coupling in the north equatorial Pacific by comparing surface chl-a concentration with sediment bacterial abundance and adenosine triphosphate (ATP) concentration (indication of active biomass). Water and sediment samples were latitudinally collected between 5 and 11oN along 131.5oW. Physical water properties of this area are characterized with three major currents: North Equatorial Current (NEC), North Equatorial Count Current (NECC), and South Equatorial Current (SEC). The divergence and convergence of the surface water occur at the boundaries where these currents anti-flow. This low latitude area (5~7oN) appears to show high pelagic productivity (mean phytoplankton biomass=1266.0 mgC m−2) due to the supplement of high nutrients from nutrient-enriched deep-water via vertical mixing. But the high latitude area (9~11oN) with the strong stratification exhibits low surface productivity (mean phytoplankton biomass=603.1 mgC m−2). Bacterial cell number (BCN) and ATP appeared to be the highest at the superficial layer and reduced with depth of sediment. Latitudinally, sediment BCN from low latitude (5~7oN) was 9.8×108 cells cm−2, which appeared to be 3-times higher than that from high latitude (9~11oN; 2.9×108 cells cm−2). Furthermore, sedimentary ATP at the low latitude (56.2 ng cm−2) appeared to be much higher than that of the high latitude (3.3 ng cm−2). According to regression analysis of these data, more than 85% of the spatial variation of benthic microbial biomass was significantly explained by the phytoplankton biomass in surface water. Therefore, the results of this study suggest that benthic productivity in this area is strongly coupled with pelagic productivity.11scopuskc

Observation of the rapid increase of deep-sea oxygen levels in the Eastern Equatorial Pacific after 1998/1999 El-Ni&ntilde o/La-Ni&ntilde a events

The long-term oceanographic observation program had been carried out at KOMO station (Korea deep-Ocean MOnitoring station: 131°20W, 10°30N) for 20 years (1994~2014) in the Eastern Equatorial Pacific in order to understand the interannual and interdecadal natural variability of oceanographic conditions. Physico-chemical water properties (e.g., temp., salinity, dissolved oxygen, Chl-a, nutrients, etc.) were measured using CTD casting once a year between July and August. Total particle fluxes were also measured using the sediment trap with monthly resolution in the selected years (1997 and 2003~2012). Based on our observation, the variation of oxygen minimum zone (OMZ) thickness seems to be linked with interannual variation of physical, biological, and chemical properties in the overlying water without any significant decadal shift. However, dissolved O2 levels in the deep-sea (below 2000m-deep) were significantly increased from 2003/2004. This rapid increment could be related with the regime shift after 1998/1999 El-Ni&ntilde o/La-Ni&ntilde a events in the Pacific Ocean because drastic decrease in the depth-integrated Chl-a accompanied with the dominance of smaller sized primary producers appeared in 2000. This shift also well corresponded with organic mass fluxes which were significantly lower in the early 2000s than in the late 1990s. This observation suggest that O2 levels in the deep-water column could be morual and interdecadal natural variability of oceanographic conditions. Physico-chemical water properties (e.g., temp., salinity, dissolved oxygen, Chl-a, nutrients, etc.) were measured using CTD casting once a year between July and August. Total particle fluxes were also measured using the sediment trap with monthly resolution in the selected years (1997 and 2003~2012). Based on our observation, the variation of oxygen minimum zone (OMZ) thickness seems to be linked with interannual variation of physical, biological, and chemical properties in the overlying water without any significant decadal shift. However, dissolved O2 levels in the deep-sea (below 2000m-deep) were significantly increased from 2003/2004. This rapid increment could be related with the regime shift after 1998/1999 El-Ni&ntilde o/La-Ni&ntilde a events in the Pacific Ocean because drastic decrease in the depth-integrated Chl-a accompanied with the dominance of smaller sized primary producers appeared in 2000. This shift also well corresponded with organic mass fluxes which were significantly lower in the early 2000s than in the late 1990s. This observation suggest that O2 levels in the deep-water column could be mor1