[논문]태풍통과시 동해에서의 해수면 냉각현상

홍철훈; 손익성

doi:10.5657/kfas.2004.37.2.137

태풍통과시 동해에서의 해수면 냉각현상
Sea Surface Cooling in the East Sea with the Passage of Typhoons 원문보기

한국수산학회지 = Journal of the Korean Fisheries Society, v.37 no.2, 2004년, pp.137 - 147

홍철훈 (부경대학교 해양생산관리학과) , 손익성 (부경대학교 해양생산관리학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Sea surface cooling (SSC) with the passage of typhoons is examined in the East Sea using the Japan Meteorological Agency buoy data $(37^{\circ}45'N,\;134^{\circ}23'E)$ during 1983-2000 and a three-dimensional primitive equation model (the Princeton Ocean Model). Forty typhoons in this period induced the SST decrease ranging from about $-0.5^{\circ}C\;to\;-4.3^{\circ}C.$ Intense SSC $(<-2^{\circ}C)$ occurs with typhoons that passed mainly through the left-hand side of the buoy station. The model is implemented to examine a physical process of SSC with a typical-track typhoon in the northwestern Pacific $(24^{\circ}N\;to\;52^{\circ}N).$ The model well reproduces prominent features in the observation and addresses how it happens; SSC is induced mainly by momentum mixing effect stirred with the typhoon rather than upwelling.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 SSC의 물리적 과정에 그 초점을 맞춰 조사하였다. 그러나 생물의 변화과정에도 SSC의 영향이 매우 클 것으로 예상된다.
본 연구에서는 태풍통과시 이러한 현상의 발생기구를 3차원 원시방정식 모델 (POM)을 이용하여 조사하였다. 실험결과는 태풍통과 후 SST의 급하강 현상, SSC 상태의 수일간 유지, SST 최소가 태풍통과 후 약 1일 뒤 발생하는 것 등 대체로 관측에서의 특징을 잘 재현하였다.
본 연구에서는 태풍통과시 이러한 현상이 어떻게 발생하는 지를 3차원 원시방정식 모델(POM)을 이용하여 조사하였다. 수치실험결과Fig.

제안 방법

본 연구는 이러한 생물상의 변동과 관련된 동해에서의 그 기초연구의 일환으로서 먼저 이 해역에서의 SSC의 물리적 발생과정에 초점을 맞추어, 1983-2000년 기간 중 통과한 태풍 에 대해 동기간 동해에서의 일본 기상청 부이자료를 이용하여 SSC의 실태를 파악하고, 이들 결과에서 나타나는 SSC의 특징 들을 3차원 원시방정식 모델을 이용하여 조사하였다. 한반도 주변에서의 SSC에 관하여는, Kim (1995)이 남해 역에서 그 발생현상을 처음 보고한 바 있고, 이후 Suh et al.
본 연구에서는 1983년-2000년 간 동해 남부 역에 설치된 일본기상청 부이관측자료를 이용하여 동기간 태풍(40개)통과 시 수온변동을 조사하였다. 그 결과 태풍통과시에는 수온변동 에 몇 가지 특징 이 발견되었다.
, 2003 참조). 수치계산은 태풍으로 발달하기 시작한 1984 년 8월 17일 21시로부터 약한 저기압으로 바뀔 때까지 10일간 수행되었다.
해, 황해 및 동해 전역이 포함되었다. 해저지형은 최대 3, 600 m에서 절단 (cut-off)하였으며, 가파른 해저경사로 인해 발생할 수 있는 불안정을 완화시키기 위해 평활화하였다. 대기조 건에 있어, 태풍의 기압은 Fujita (1952) 식, 바람은 Miyazaki et al.

대상 데이터

(1961)를 적용하였다. 모델 태풍은 편의상 1984년 8월 동중국해t대한해협f 동해를 통과한 Holly로 하였다 (Hong et al., 2003 참조). 수치계산은 태풍으로 발달하기 시작한 1984 년 8월 17일 21시로부터 약한 저기압으로 바뀔 때까지 10일간 수행되었다.
본 연구에서는 일본기상청 (JMA) 관측부이 (Fig. 1) 중 동해 재료 및 방법남부에 설치된 부이 St. 21002에서 1983-2000년 기간 중 태풍통과 시기의 기압, 표층수온(20m, 50m, 100m 층) 자료가 사용되었다. 부이 위치 및 관측 수심은 해에 따라 다소 변경되었다.
즉, 1985년 이전까지는 관측수심 (부이위치)이 20 m, 50 m (37。454(-134。23'旦이었으나 그 이후부터는 50 m, 100 m (37。55四-134。32旧)로 바뀌었다. 한편, 동기간 동안 통과한 태풍경로 및 자료 (중심기압, 이동속도 등)는 일본 기상청에서 발간된 자료를 사용하였다.

이론/모형

해저지형은 최대 3, 600 m에서 절단 (cut-off)하였으며, 가파른 해저경사로 인해 발생할 수 있는 불안정을 완화시키기 위해 평활화하였다. 대기조 건에 있어, 태풍의 기압은 Fujita (1952) 식, 바람은 Miyazaki et al. (1961)를 적용하였다. 모델 태풍은 편의상 1984년 8월 동중국해t대한해협f 동해를 통과한 Holly로 하였다 (Hong et al.
본 연구에서 사용된 모델은 Blumberg and Mellor (1987)가 개발한 The Princeton Ocean Model (POM)이며, 그 세부적인 모델 기본구조 (configuration)는 연직 level 수를 26층으로 늘 린 것, 모델태풍이 Oliwa에서 Holly로 바뀐'것을 제외하면 Hong (2003b)와 거의 같다. 모델의 중요한 부분만 간략히 기술 하면, 직교좌표계에서 격자간격은 동서방향 각 20 km, 연직층 은 26층 (<7=0.

성능/효과

7)와 좋은 대응을 보인다. 따라서 실험결과로 볼 때, 관측결과에서 보여준 태풍통과 후의 수온변동은 연직방향의 유속변동으로 인한 관성진동에서 비롯된 것임을 확인할 수 있다.
5 ℃ 이상 SST가 하강한 태풍의 경우는 주로 150 km 이내를 통과하였다. 물론, SST의 하강이 태풍의 세기나 이동속도와도 관계가 있겠으나 대체로 태풍이 부이지점에 가깝게 접근하여 통과할수록 SSC가 큰 경향을 보였다. 특히, 태풍이 부이를 중심으로 오른편으로 통과한 태풍 (검은 원; .
계산기간 중 태풍이 부이를 통과하기 수일 전에 는 거의 변화가 없음으로 이 기간은 시계열에서 제외하였다. 실험결과는 전반적으로 관측과 매우 좋은 대응을 보였다. 즉, 태풍이 통과하는 8월 22일 00:00시경부터 SST가 약 -3℃ 정도 급속히 하강하였으며, 통과 후에도 수일간 (약 4일간) SSC 상태를 유지하였다.
본 연구에서는 태풍통과시 이러한 현상의 발생기구를 3차원 원시방정식 모델 (POM)을 이용하여 조사하였다. 실험결과는 태풍통과 후 SST의 급하강 현상, SSC 상태의 수일간 유지, SST 최소가 태풍통과 후 약 1일 뒤 발생하는 것 등 대체로 관측에서의 특징을 잘 재현하였다. 특히 SST의 감소 시기에 20 m 층에서의 일시적인 수온상승도 모델에서 잘 재 현되었다.
9). 즉 본 실험에서는 49 m 수심에서 태풍통과 후 0.5-1.0℃ 정도의 변동범위를 보이나 80m 수심에서는 거의 변화가 없어 0.1-0.2℃ 변화에 불과하였다. 태풍통과 후에 나타나는 수온변동은 Fig.
태풍통과 후 9시간이 지난 22일 16시에는 SST가 약 3℃ 하강하면서 혼합층은 약 25m 수심까지 깊어지고 동시에 20m 수심의 온도는 처음보다 1℃ 정도 증가하였음을 알 수 있다. 즉 실험에서 볼 때, 관측에서 보여준 태풍통과시 SST의 급하강은 혼합작용에 의한 것임 을 알 수 있으며, SST의 하강과 달리 20 m 층에서의 일시적인 수온상승은 이 시기 상층 고온수와의 혼합과정에서 발생한 것으로 해석할 수 있다. 이 과정에서 SST의 최소는 약 하루가 경과한 23일 10시경 (약 25.
그 결과 태풍통과시에는 수온변동 에 몇 가지 특징 이 발견되었다. 즉, ① SST가 -3--4℃ 급하강 하고, ② 태풍통과 후 SSC의 상태를 수일간 유지하였으며, ③ SST 최소는 태풍통과 후 반나절 —1일 사이에 발생하였고, ④ 태풍통과시 SST 감소와는 달리 20 m, 50 m 층에서는 수온 이 일시적으로 증가하는 경향을 보였다. 또, 태풍통과 후 관성 진동이 탁월하고 특히 표층보다 중층에서 그 진폭이 컸다’
물론, SST의 하강이 태풍의 세기나 이동속도와도 관계가 있겠으나 대체로 태풍이 부이지점에 가깝게 접근하여 통과할수록 SSC가 큰 경향을 보였다. 특히, 태풍이 부이를 중심으로 오른편으로 통과한 태풍 (검은 원; .)보다 왼편으로 통과한 경우 (흰 원; O)에 SSC 반응이 잘 나타났다. 이러한 결과는 Price (1981)가 지적한 Fig.

후속연구

즉, 이 모델의 확산계수 (예를 들면, Km, Kh, Kq, Ki 등)들이 Richardson number 및 각종 경험적 계수들 로 표현된 안정도 함수들에 의존하고, 이 계수들은 기본적으 로 외양에서의 대표적인 값들을 반영하므로 본 연구에서와 같이 태풍통과시는 난류과정 이 실제보다 과소평가 되었을 것으로 사료된다. 그러나 이에 대한 상세한 논의는 본 연구의 한계를 넘는 것이므로 추후 연구과제로 남긴다.
(보다 상세한 고찰은 Hong (2003b)참조). 끝으로 SSC현상과 생물현상과의 관계규명을 위한 한반도 주변의 해양관측 및 학제간 공동연구가 시급함을 지적해 둔다.
7e)의 경우에는 태풍통과 후 수일 내에 본래 온도로 회복되고 있어 이 같은 추론을 뒷받침해주는 것 같다. 다만, 본 모델에서 는 대기와의 상호작용을 배제하였으므로 이에 대한 보다 상세 한 논의는 대 기상호작용을 포함한 보다 정교한 모델 상에서 가능할 것이다.
(1999)가 태풍 올리 와3, POC 등) 및 Chl-a가 변동하는 것이 관측된 것도 태풍통과가 생물상에 영향을 미치는 좋은 예가 될 것이다. 따라서 SSC 현상을 살피는 것은 물리현상 그 자체를 밝히는 데에 우선 의미가 크지만 향후 생물현상과 의 관련성을 살피는 기초연구로서도 매우 중요할 것으로 생각된다.
본 연구해역인 동해에서는 Senjyu et al. (1999)가 태풍 올리 와3, POC 등) 및 Chl-a가 변동하는 것이 관측된 것도 태풍통과가 생물상에 영향을 미치는 좋은 예가 될 것이다. 따라서 SSC 현상을 살피는 것은 물리현상 그 자체를 밝히는 데에 우선 의미가 크지만 향후 생물현상과 의 관련성을 살피는 기초연구로서도 매우 중요할 것으로 생각된다.

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