Derivation and Application of Boussinesq Equations for the Wave Field in Porous Media

In the present study, the Navier-Stokes (N-S) equations delineating water flows inside porous media were derived applying Reynolds transport theorem in order to provide a basis for analyzing water wave problems inside the porous media. Then, the derived N-S equations were compared with the same species of equations in existing researches. Based on the N-S equations, a set of Boussinesq equations was then derived in such a form that the dispersiveness and nonlinearity of water waves inside the porous media can be properly reproduced. Finally, numerical analyses were carried out to demonstrate the validity of the equations. The reflection and transmission coefficients of porous breakwaters were calculated and compared with the results of existing hydraulic experiments. The numerical results showed a rather sensitive dependency on the virtual mass coefficient of grains constituting the porous media. The selection of the coefficient with zero turned out to give nice agreements with numerical and experimental results. 공극매체에서의 파동장을 해석할 목적으로 공극매체 흐름에 대한 Reynolds 이송정리를 적용하여 공극매체에서의 Navier-Stokes 방정식을 유도하였으며 기존의 연구들과 비교하였다. 또한, 이 N-S 방정식을 이용하여 공극매체 내외에서 파동장의 비선형성과 분산성을 적절히 재현하기 위한 확장형 Boussinesq 방정식을 유도하였다. 이들 방정식의 정확도를 검증하기 위하여 공극방파제의 반사율과 투과율에 대한 수치해석을 수행하여 그 결과를 기존의 수리실험결과들과 비교하였다. 수치해석결과는 토립자의 가상질량계수에 민감하게 반응하였으며 계수를 영으로 처리했을 때 수리실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다.22Nkc

Determination of the Fluid forces of Submerged Floating Tunnel

그 동안 개발, 시행되었던 연육시설(교량, 침매터널, 해저터널)과는 달리 해중터널은 수심이시공에 미치는 영향이 상대적으로 적으며, 바닥면의 지질 조건에 크게 영향을 받지 않고, 기초공사의 시공이 비교적 간편하다는 장점이 있다. 해중터널은 해양, 토목, 방재, 기계, 전기전자 등 모든 공학 분야의 융복합 기술이 절대적으로 필요한 새로운 기술이다. 본 연구에서는 실해역 설치를 대상으로 한 기존의 참고논문과 비선형 파랑조건을 수용할 수 있는 CADMAS-SURF3D 프로그램을 통해 3D 환경에서 규칙파에 대하여 적용한 후 이들의 결과를 비교, 평가하고 불규칙파 파랑조건에서의 수치해석 결과를 도출하였다. 또한 해중터널에 작용하는 흐름의 영향도 고려하기 위해 CADMAS-SURF3D 프로그램을 기본으로 하는 파랑-흐름 복합수조를 고안하였다.토목, 방재, 기계, 전기전자 등 모든 공학 분야의 융복합 기술이 절대적으로 필요한 새로운 기술이다. 본 연구에서는 실해역 설치를 대상으로 한 기존의 참고논문과 비선형 파랑조건을 수용할 수 있는 CADMAS-SURF3D 프로그램을 통해 3D 환경에서 규칙파에 대하여 적용한 후 이들의 결과를 비교, 평가하고 불규칙파 파랑조건에서의 수치해석 결과를 도출하였다. 또한 해중터널에 작용하는 흐름의 영향도 고려하기 위해 CADMAS-SURF3D 프로그램을 기본으로 하는 파랑-흐름 복합수조를 고안하였다.2

Numerical Analysis for Predicting the In-situ Stability and Performance of Ocean Surface Buoy: Static Analysis

It is very important to predict the in-situ stability and performance of ocean surface buoys prior to the their installations in order to prevent their damages and to achieve high quality observation data. In the present study, a numerical method was set up to predict the static behaviors of the single point moored observation buoys subject to stationary loads by wind and/or currents. The numerical analysis was applied to the condition of an existing hydraulic experiment, and it appeared that both numerical and experimental results agreed well within an appropriate range of the drag coefficient of buoy. In addition, through the numerical analysis, the possibility of total submersion of buoy at very high current velocities was demonstrated together with a suggestion of its counter-action.22Nkc

Quality Enhancement of Wave Data Observed by Radar at the Socheongcho Ocean Research Station

Ocean Research Stations (ORSs) is the ocean platform type observation towers and measured oceanic, atmospheric and environmental data. These station located on the offshore area far from the coast, so they can produce the data without land effect. This study focused to improve the wave data quality of ORS station. The wave observations at ORSs are used by the C-band (5.8 GHz, 5.17 cm) MIROS Wave and Current Radar (MWR). MWR is convenient to maintenance and produce reliability wave data under bad weather conditions. MWR measured significant wave height, peak wave period, peak wave direction and 2D wave spectrum, so it’s can provide wave information for researchers and engineers. In order to improve the reliability of MWR wave data, Datawell Waverider Buoy was installed near the one ORS (Socheoncho station) during 7 months and validate the wave data of MWR. This study found that the wave radar tend to be overestimate the low wave height under wind condition. Firstly, this study carried out the wave Quality Control (QC) using wind data, however the quality of wave data was limited. So, this study applied the four filters (Correlation Check, Direction Filter, Reduce White Noise and Phillips Check) of MWR operating software and find that the filters effectively improve the wave data quality. After applying 3 effective filters in combination, the RMSE of significant wave height decreased from 0.81m to 0.23m, by 0.58m and Correlation increased from 0.66 to 0.96, by 0.32, so the reliability of MWR significant wave height was significantly improved.33Nkciothe

다층 퍼셉트론 신경망 기반 해양과학기지 결측자료 보간 기법

2

종합해양과학기지 시계열 자료품질 검증 시스템

본 연구에서는 기존의 자동화된 자료검증 시스템에서 도출된 문제점을 극복하기 위하여 해양뿐만이 아니라 대기 시계열 자료에도 적용할 수 있는 새로운 품질검증 방법을 고안하였다. 이 품질검증 기법은 대상 관측 해역에서 관측된 자료의 히스토그램을 바탕으로 지역적으로 결정된 관측 범위(data range) 검사와 이동 창(moving window)을 따라 수행하는 표준편차(standard deviation) 검사, 자료 연속성(continuity) 검사를 포함하는 1단계 자동 검사, 수동 검증(eye check)의 2단계 검사, 과학기지 수리와 운영일지를 포함한 메타 정보를 바탕으로 수행되는 3단계 품질 검증으로 구성된다. 악기상이 발생할 경우 관측치가 급격히 변화할 수 있기 때문에 자료구배에 따른 품질검증은 도입하지 않았다. 새로운 품질검증 방법을 관측한 수온에 적용하였을 때, 표층 수온의 경우 단지 0.3%의 자료만을 제거하면서도 기존 품질검증 방법(약 40%의 자료를 에러로 분류함)으로 처리한 이후에도 여전히 남아있던 오측 자료가 효과적으로 제거되었다. 새롭게 고안된 품질 검증 방법을 수 년 동안 축적된 종합해양과학기지 시계열 자료에 적용하여 고품질 자료를 생산함으로써 다양한 시간 규모에서 황동중국해 대기-해양 상호작용에 의한 해양물성 변화를 이해하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.으로 지역적으로 결정된 관측 범위(data range) 검사와 이동 창(moving window)을 따라 수행하는 표준편차(standard deviation) 검사, 자료 연속성(continuity) 검사를 포함하는 1단계 자동 검사, 수동 검증(eye check)의 2단계 검사, 과학기지 수리와 운영일지를 포함한 메타 정보를 바탕으로 수행되는 3단계 품질 검증으로 구성된다. 악기상이 발생할 경우 관측치가 급격히 변화할 수 있기 때문에 자료구배에 따른 품질검증은 도입하지 않았다. 새로운 품질검증 방법을 관측한 수온에 적용하였을 때, 표층 수온의 경우 단지 0.3%의 자료만을 제거하면서도 기존 품질검증 방법(약 40%의 자료를 에러로 분류함)으로 처리한 이후에도 여전히 남아있던 오측 자료가 효과적으로 제거되었다. 새롭게 고안된 품질 검증 방법을 수 년 동안 축적된 종합해양과학기지 시계열 자료에 적용하여 고품질 자료를 생산함으로써 다양한 시간 규모에서 황동중국해 대기-해양 상호작용에 의한 해양물성 변화를 이해하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.2

A Comparison of Offshore Installation Methods for Ocean Research Stations

이어도, 가거초, 소청초 해양과학기지가 차례로 구축되어 우리나라에서 멀리 떨어진 해역의 해양, 기상, 환경 등의 정보를 실시간으로 안정적으로 획득할 수 있는 기반이 마련되었다. 가까문 미래에는 다양한 목 적의 해양 구조물이 더욱 많이 구축될 것으로 예상된다. 본 발표에서는 해양 구조물 구축에서 가장 위험하 고 어려운 문제인 해상설치에 대해서 이미 성공적으로 구축된 해양과학기지 사례를 중심으로 비교하고자 한다.2

Seasonal characteristics of the long-term sea surface temperature variability in the Yellow and East China Seas

A multi-decadal sea surface temperature (SST) in the Yellow and East China Seas (YECS) has been widely believed to increase persistently associated with the variation of atmospheric circulation in the North Pacific. The AVHRR-based optimum interpolation SST anomalies after removing seasonality, however, exhibit that warming trends are quite localized with the characteristic temporal pattern of that recent cooling follows two peaks occurred at the end of 1990s and middle of 2000s. To explain the localized trends and the two peaks in the SST, spatial patterns and principal component time series of the SST anomalies are analyzed for the period of 1982&#8722 2014. Cyclostationary empirical orthogonal function (CSEOF) analysis separates three principal modes for the SST anomalies. Among modes, the first and the third are related to the long-term SST changes, while the second captures the interannual variability. The first mode, explaining 25% of the total variability in the SST anomalies, seems to link with the first SST peak at the end of 1990s through the meridional wind anomalies for winter and spring seasons. During the warming period before the first peak, the principal component of the first mode is highly correlated with the Pacific decadal oscillation index, and then its correlation sharply drops to an insignificant level. The third mode is likely to explain the second SST peak at the middle of 2000s, which could interpolation SST anomalies after removing seasonality, however, exhibit that warming trends are quite localized with the characteristic temporal pattern of that recent cooling follows two peaks occurred at the end of 1990s and middle of 2000s. To explain the localized trends and the two peaks in the SST, spatial patterns and principal component time series of the SST anomalies are analyzed for the period of 1982&#8722 2014. Cyclostationary empirical orthogonal function (CSEOF) analysis separates three principal modes for the SST anomalies. Among modes, the first and the third are related to the long-term SST changes, while the second captures the interannual variability. The first mode, explaining 25% of the total variability in the SST anomalies, seems to link with the first SST peak at the end of 1990s through the meridional wind anomalies for winter and spring seasons. During the warming period before the first peak, the principal component of the first mode is highly correlated with the Pacific decadal oscillation index, and then its correlation sharply drops to an insignificant level. The third mode is likely to explain the second SST peak at the middle of 2000s, which could1

Wave Data Quality Enhancement of Remote Sensing at the Socheongcho Ocean Research Station (S-ORS)

2003년 태풍 관측과 해양연구를 위해 이어도 종합해양과학기지가 최초로 구축되 이후, 2009년 신안 가거초 종합해양과학기지, 2014년 웅진 소청초 종합해양과학기지가 완공되었다. 본 연구에서는 과학기지에서 생성되는 물리관측 자료 중 파랑자료의 품질 개선에 대한 연구를 수행하였다. 현재 우리나라의 외해에서 수행되는 파랑 관측은 대부분 부이 플랫폼을 기반으로 하며, 기상청 및 국립해양조사원을 중심으로 수행되고 있다. 부이플랫폼을 이용한 직접적인 해수면 변위 관측은 정확도가 높지만, 선박과의 충돌, 악기상 시 유실, 파손 및 고장등으로 인한 유지보수비용이 발생하게 된다. 이러한 연유로, 우리나라에 구축된 3개의 해양과학기지에서는 부이 플랫폼이 아닌 레이더식 파랑관측장비를 이용하여 장기 파랑 관측 시계열을 생산하고 있지만, 바람이 작고 파고가 낮은 환경에서 발생하는 오차로 인해 파랑 연구에 활용한 사례는 제한적이다. 이러한 연유로 본 연구에서는 해양과학기지에서 생산되는 파랑 자료의 과학적인 활용을 위해 소청초 과학기지 인근에 Datawell Waverider Buoy를 계류하여 신뢰도가 높은 파랑자료를 수집하였으며, 이를 과학기지에서 생산되고 있는 원격파랑관측장비 자료와 비교 및 검증을 수행하였다. 소청초 과학기지에 설치되어 운영되고 있는 원격 파랑 관측 장비는 노르웨이 MIROS사의 제작한 Wave and Current Radar (모델명:SM-050, MK3, 이하 MWR)이며, 이는 파고, 주기 및 파향에 대한 정보를 생산함과 동시에 2차원 파랑 스펙트럼에 대한 정보도 안정적으로 수집할 수 있다. 베르겐 해양연구소(Norwegian Meteorological Institute, 이하 NMI)의 해양에보센터는 2001년 노르웨이의 5개 플랫폼에2

이어도 해양과학기지 주변해역에서 해수성층 변동

이어도 해양과학기지는 2003년부터 기상 및 해양요소를 지속적으로 관측하고 있어, 대기변화에 따른 해양성층 변동성을 연구하는데 적합하다. 본 연구는 과학기지 자료와 주변해역에서 관측한 정선관측 자료과 위성 해면수온, 해면고도를 이용하여 과학기지해역에서의 해양성층 변동성과 그 기작을 연구하였다. 과학기지 주변 해수는 4월 말경부터 성층이 시작되어 9월 초순까지 지속되며, 그 외의 기간에는 전층이 혼합되었다. 장기적으로, 위성 해면수온 시계열 자료는 1982년부터 1997년을 기점으로 해면수온이 최대가 된 후 1.5°C 가량 지속적으로 하강함을 보인다. 이러한 해면수온 하강은 성층화가 표층 수온최대를 기록한 1997년 이후로 지속적으로 약화되었음을 시사한다.역에서의 해양성층 변동성과 그 기작을 연구하였다. 과학기지 주변 해수는 4월 말경부터 성층이 시작되어 9월 초순까지 지속되며, 그 외의 기간에는 전층이 혼합되었다. 장기적으로, 위성 해면수온 시계열 자료는 1982년부터 1997년을 기점으로 해면수온이 최대가 된 후 1.5°C 가량 지속적으로 하강함을 보인다. 이러한 해면수온 하강은 성층화가 표층 수온최대를 기록한 1997년 이후로 지속적으로 약화되었음을 시사한다.2