大韓海峽內 物理的 特性과 海流의 水理學的 모델

Thesis (doctoral)--서울대학교 대학원 :해양학과,1995.Docto

Interannual variation of freshwater transport through the Korea Strait

The variability of freshwater transport in the Korea Strait (FTKS) affects the circulation and ecosystem of the East/Japan Sea. Numerical simulations using realistic surface forcing, Changjiang River discharge (CRD), and open boundary values were performed to quantify the interannual variation of FTKS and to investigate its underlying physical processes. The simulated salinity and volume transport, which determine the variability of FTKS, were verified by comparing with observations. Salinity played a more important role than volume transport in inducing the interannual variation of FTKS. FTKS has a positive correlation with CRD, the difference between precipitation and evaporation (P-E), southeasterly wind, and freshwater transport in the Taiwan Strait (FTTS). FTKS has its best correlation (0.62) with FTTS. The correlations with CRD (0.25) and P-E (0.37) are weaker, probably due to wind stress. The southeasterly wind that drives Changjiang diluted water toward the Korea Strait by Ekman flow in the East China Sea has good correlation (0.51) with FTKS. The vertical structures of FTKS and its variability are more effectively affected by CRD and P-E in the surface layer, FTTS in the middle layer, and the wind in the subsurface layer.s were performed to quantify the interannual variation of FTKS and to investigate its underlying physical processes. The simulated salinity and volume transport, which determine the variability of FTKS, were verified by comparing with observations. Salinity played a more important role than volume transport in inducing the interannual variation of FTKS. FTKS has a positive correlation with CRD, the difference between precipitation and evaporation (P-E), southeasterly wind, and freshwater transport in the Taiwan Strait (FTTS). FTKS has its best correlation (0.62) with FTTS. The correlations with CRD (0.25) and P-E (0.37) are weaker, probably due to wind stress. The southeasterly wind that drives Changjiang diluted water toward the Korea Strait by Ekman flow in the East China Sea has good correlation (0.51) with FTKS. The vertical structures of FTKS and its variability are more effectively affected by CRD and P-E in the surface layer, FTTS in the middle layer, and the wind in the subsurface layer.1

동해 자오면 순환의 십년변동 : 1990년대 후반과 2000년대 후반 비교를 중심으로

열, 염, 용존 물질의 수송과 분포에 기여하는 중요성에도 불구하고, 그동안 동해 자오면 순환에 대해서는 많은 연구가 이루어지지 못하였다. 본 연구에서는 현장 관측 자료로부터 검증된 1993년부터 2012년 기간의 HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) 재분석장 자료를 이용하여 동해 자오면 순환의 십년 변동을 조사하였다. 중층과 심층에서 서로 반대 방향으로 회전하는 이중 순환 셀(cell)로 구성된 1990년대 후반의 동해 자오면 순환이 2000년대 후반에는 남부 용승과 북부 침강의 단일 순환 셀 구조로 변화하였다. 이러한 변화의 물리적 원인으로 1990년대 후반에 비해 2000년대 후반에 대마난류(표층 북향류)의 강화와 수온 상승으로 인한 북서부 해역의 해수 섭입(subduction) 감소 및 북한한류(중층 남향류)의 약화, 그리고 동해 북부해역 서향류 강화와 고염화에 관련된 심해 사면 대류(deep slope convection) 활성과 독도 심층해류(심층 북향류) 및 야마토분지 심층해류(심층 북향류)의 약화 과정을 토의하였다. 본 결과는 동해 자오면 순환이 해양-대기 상호작용 보다 동해 내부와 외부 사이의 해수 유출입 수송량과 내부 과정에 의한 해수 특성에 더 큰 영향을 받는 가능성을 제안하며, 다른 연근해 분지의 자오면 순환에도 시사하는 바 크다.2

Data assimilation into a regional ocean modeling system of Northwest Pacific Ocean using Ensemble Kalman filter

Ensemble kalman Filter is implemented on the Northwestern part of the Pacific Ocean including all marginal seas around China, Korea and Japan, configured by Regional ocean modeling system (ROMS). The model resolution is 0.25 degree in horizonal and 20 simga level in vertical, respectively. For the open boundaries the model results from a global ocean model, Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO), are used. The surface forcing is provided from the European Center of Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) reanalysis data. The initial ensemble members are generated by adding to all state variables of November 1, 2002 the EOF-based perturbation, calculated over the period of November 1, 1998 - October 31, 2002. The leading five EOFs respectively account for 31.7%, 19.6%, 6.4%, 5.4% and 4.7% of the variance. The fist five modes explain approximately 80% of the total variance of the sample. Satellite SST data at 30 locations are assimilated every 7 day after 14-days spun-up of the initial ensemble members. Localization of background covariance plays an essential role in preventing the collapsing of ensemble spread. Assimilation of SST in the model improves the coherence between satellite observed sea surface height (SSH) and modeled SSH.2

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

동해 중층 수온 변동에 연계된 우리나라 주변 해역의 수온 및 염분 변동 양상과 해양과학기지 수집 데이터의 융합

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지역적 대기 변동에 의한 우리나라 주변 겨울철 해수면 경년 변동

기후변화에 의한 전지구적 해수면 상승과 함께 지역 규모의 해수면 상승과 변동을 이해하는 것은 중요하다. 동해, 황해, 동중국해를 포함하는 우리나라 주변의 동북아시아 해역 해수면은,장기적인 상승 추세와 함께, 뚜렷한 겨울철(11-12월) 경년변동을 보이보이지만 이에 대한 연구는 부족한 상태이다. 본 연구에서는 25년(1993-2017년)동안 동북아시아 해역에서 인공위성 고도계로 측정된 자료를 분석하여 겨울철 해수면의 경년변동 특성과 그 역학적 원인을 규명하고자 하였다. 장기 상승 추세를 제외한 겨울철해수면의 경년 변동을 해상풍 및 대기압과 상관 분석하였고, 고수위 기간(1999년, 2000년, 2003년, 2004년, 2015년, 및 2016년)과 저수위 기간(1993년, 1995년, 2005년, 2013년, 2014년, 및 2017년)으로 구분하여 분석하였다. 분석 결과, 동북아시아 해역 겨울철 해수면 경년 변동은 계절풍(겨울철 북서풍)과 밀접히 연관되어 있으며, 고수위(저수위)일 때, 쏘야해협에서의 대기압이 증가(감소)하고, 동해 남부보다 오호츠크해 남부에서 강한(약한) 북서계절풍이 나타났다. 강화된 북서풍에 의한 남서쪽으로의 에크만 수송은 동해에서 유출하는(동해로 유입하는) 수송량을 감소시켜 동북아시아 해역에서 해수의 수평 수렴(발산)을 유도하고, 해수면의 상승(하강)이 발생한 것으로 해석될 수 있다. 오호츠크해 남부와 동해 남부의 바람 응력을 동북아시아 해역에 적용하는다변량 회귀분석 결과는, 0.49의 결정계수와 0.0006보다 작은 p-value를 보여 유의한 상관성을 보여준다. 겨울철 동북아시아 해역 해수면의 편차(anomaly)는 쏘야해협 대기압의 편차와 중요한 상관관계(상관계수 0.62와 0.0010보다 작은 p-value)를 가지며,2

Korean Ocean Forecasting System: Present and Future

경제 발전에 따라 레저, 해운, 수산, 국방, 해난사고 등 해양을 이용하는 활동이 증가하면서 해양예보에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 기상에서 해양의 역할이 새롭게 인식되면서 정확한 기상 및 기후변화를 예측하기 위한 해양 예측의 필요성도 증가하고 있다. 사회적인 요구와 관련 기술의 발전에 힘입어 선진국을 중심으로 해양예측시스템이 수립되어 왔다. 이 연구에서는 세계적으로 해양예측시스템을 발전시키고 확산시킨 국제협력프로그램 GODAE(Global Ocean Data Assimilation Experiment)의 진행과정과 기여를 정리하였다. 그리고 현재 해양예측시스템을 운용 중인 미국, 프랑스, 영국, 이탈리아, 노르웨이, 호주, 일본, 중국이 해양예측시스템을 구축하면서 세웠던 목적과 비전, 역사, 연구 동향을 조사하고 각 나라의 해양예측시스템 현황을 비교하였다. 우리보다 앞서 해양예측시스템을 구축하여 사용하고 있는 나라들이 취한 개발 전략의 특징은 다음과 같이 요약해 볼 수 있다. 첫째, 국가적인 역량을 집중하여 성공적인 현업 해양예측시스템을 구축하였다. 둘째, 국제적인 프로그램을 통해 선진 기술을 공유하고 상호 발전시켰다. 셋째, 각 기관의 역할과 고유 목적에 따라 기여분야를 나눠가졌다. 국내에서도 최근 현업 해양예측시스템에 대한 수요가 증대되고 있다. 기상청, 국립해양조사원, 국립수산과학원, 국방과학연구소의 해양예측시스템 개발에 관한 현재 상황과 향후 장기적 계획을 조사하였다. 국지 해양예측 또는 기후예측 모델을 위한 개방경계 초기장 제공이 가능한 광역의 정확도 높은 해양예측시스템을 구축하기 위해서는 국내의 유관 기관 간 협력 관계가 필수적이다. 이를 위해 관련 기관과 연구자들이 함께 참여하는 컨소시엄 형성이 바람직하다. 컨소시엄을 통해 경쟁력 높은 예측 모델과 시스템을 구축할 수 있으며, 제한된 재원을 효율적으로 활용할 수 있고, 연구 개발 인력이 전문분야에 집중할 수 있으며, 중복 투자를 막고 각 기관은 고유 업무에 역량을 집중할 수 있다. 비록 해양예보에 있어 우리나라가 현 단계로는 국제적인 수준에 뒤쳐져 있지만, 각 유관 기관들이 고유 업무를 정립하고 국가적인 역량을 집중하여 현업 해양예측시스템을 공동 개발하면 곧 추격하여 해양예보 분야를 선도할 수 있을 것이다. National demands for the ocean forecasting system have been increased to support economic activity and national safety including search and rescue, maritime defense, fisheries, port management, leisure activities and marine transportation. Further, the ocean forecasting has been regarded as one of the key components to improve the weather and climate forecasting. Due to the national demands as well as improvement of the technology, the ocean forecasting systems have been established among advanced countries since late 1990. Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE) significantly contributed to the achievement and world-wide spreading of ocean forecasting systems. Four stages of GODAE were summarized. Goal, vision, development history and research on ocean forecasting system of the advanced countries such as USA, France, UK, Italy, Norway, Australia, Japan, China, who operationally use the systems, were examined and compared. Strategies of the successfully established ocean forecasting systems can be summarized as follows: First, concentration of the national ability is required to establish successful operational ocean forecasting system. Second, newly developed technologies were shared with other countries and they achieved mutual and cooperative development through the international program. Third, each participating organization has devoted to its own task according to its role. In Korean society, demands on the ocean forecasting system have been also extended. Present status on development of the ocean forecasting system and long-term plan of KMA (Korea Meteorological Administration), KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration), NFRDI (National Fisheries Research & Development Institute), ADD (Agency for Defense Development) were surveyed. From the history of the pre-established systems in other countries, the cooperation among the relevant Korean organizations is essential to establish the accurate and successful ocean forecasting system, and they can form a consortium. Through the cooperation, we can (1) set up high-quality ocean forecasting models and systems, (2) efficiently invest and distribute financial resources without duplicate investment, (3) overcome lack of manpower for the development. At present stage, it is strongly requested to concentrate national resources on developing a large-scale operational Korea Ocean Forecasting System which can produce open boundary and initial conditions for local ocean and climate forecasting models. Once the system is established, each organization can modify the system for its own specialized purpose. In addition, we can contribute to the international ocean prediction community.22Nkc

On the Implementation of POSEIDON-R to the northwestern Pacific region with application to Fukushima-Daiichi accident

The compartment model POSEIDON-R was applied after some modifications to the Northwestern Pacific and adjacent seas to simulate the transport and fate of radioactivity in the period 1945-2010 and to perform a radiological assessment on the releases of radioactivity due to the Fukushima Dai-ichi accident for the period 2011-2040. The model predicts the dispersion of radioactivity in the water column and in sediments, and the transfer of radionuclides throughout the marine food web, and the subsequent doses to the population due to the consumption of marine products. A generic predictive dynamical food-chain model is used instead of the biological concentration factor (BCF) approach. The model was validated on observation data on 137Cs for the period 1955-2010. Calculated concentrations of 137Cs in the water, bottom sediments and marine organisms before and after the Fukushima Dai-ichi accident are close to measurements from the Japan national agencies. The dynamical food web model predicts that due to the delay of the transfer throughout the food web, the concentration values of 137Cs for non-piscivorous and piscivorous fishes return to background level only in 2015 and 2017, respectively, while it takes place in 2012 according to the prediction by BCF approach. Following the Fukushima Dai-ichi accident the collective dose rate due to ingestion of marine products for Japan increased in 2011 with a factor more than thrreleases of radioactivity due to the Fukushima Dai-ichi accident for the period 2011-2040. The model predicts the dispersion of radioactivity in the water column and in sediments, and the transfer of radionuclides throughout the marine food web, and the subsequent doses to the population due to the consumption of marine products. A generic predictive dynamical food-chain model is used instead of the biological concentration factor (BCF) approach. The model was validated on observation data on 137Cs for the period 1955-2010. Calculated concentrations of 137Cs in the water, bottom sediments and marine organisms before and after the Fukushima Dai-ichi accident are close to measurements from the Japan national agencies. The dynamical food web model predicts that due to the delay of the transfer throughout the food web, the concentration values of 137Cs for non-piscivorous and piscivorous fishes return to background level only in 2015 and 2017, respectively, while it takes place in 2012 according to the prediction by BCF approach. Following the Fukushima Dai-ichi accident the collective dose rate due to ingestion of marine products for Japan increased in 2011 with a factor more than thr1