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[국내논문] 동해 북부해역의 수중음파전달 변동성
Variability of Underwater Sound Propagation in the Northern Part of the East Sea 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.10 no.4 = no.31, 2007년, pp.52 - 61  

임세한 (서울대학교) ,  윤재열 (서울대학교) ,  김윤배 (서울대학교) ,  남성현 (국방과학연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Temporal and spatial variations of sea water largely affect on the pattern of underwater sound propagation. Acoustic environmental changes and their effects on underwater sound propagation in the northern part of the East Sea, which have been poorly studied mainly due to lack of observations, are in...

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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 1993년 이후 CREAMS 프로그램(Circulation Research of the East Asian Marginal Seas) 등을 통해 수집한 동해 북부해역의 관측 자료를 분석하여 계절별 음향환경특성과 그 변화에 따른 수중음파전달양상의 계절 변화를 규명하였다. 본 연구는 또한 관련 음향장비의 활용을 위한 기초자료를 제공함에 그 의의가 있다 하겠으며, 음향장비의 특성상 제한된 운용 환경에서의 결과를 제시한다.
  • 따라서 본 연구에서는 1993년 이후 CREAMS 프로그램(Circulation Research of the East Asian Marginal Seas) 등을 통해 수집한 동해 북부해역의 관측 자료를 분석하여 계절별 음향환경특성과 그 변화에 따른 수중음파전달양상의 계절 변화를 규명하였다. 본 연구는 또한 관련 음향장비의 활용을 위한 기초자료를 제공함에 그 의의가 있다 하겠으며, 음향장비의 특성상 제한된 운용 환경에서의 결과를 제시한다.
  • 이러한 해양환경변화는 그 주기가 길게는 수십 년에서 짧게는 수개월에서 수십 일에 걸쳐 나타나는 것으로 특히 음속구조에 지대한 영향을 미치는 수온의 변동으로부터 다양한 음속구조가 나타나는데 본장에서는 관측 자료로부터 1°×1°로 내삽된 평균음속 구조로 동해북부 해역의 전체적인 음속구조의 특징에 대해 설명하고자 한다.

가설 설정

  • 하지만 본 논문에서는 동해 북부해역의 국지적인 음향환경 변화가 표층에 위치한 고주파 음원의 음파 방사에 어떠한 영향을 미치는지, 해역별 음향특성은 어떠한지에 대해 분석하는 것을 중심으로 하였기 때문에 근거리 음파 전달손실계산에 적합하고 고주파 음원의 전달손실계산에 유리한 Bellhop(Ray/Beam model) 모델을 사용하였다[12]. 확보된 해양관측자료의 관측시간이 상이하고 분포간격이 넓음으로(최소 약 25km) 동해에서 중규모 해양 운동 연구 시 공간적 변이의 척도가 되는 Rossby deformation radius(약 20km)를 고려하여 한 정점에서의 해양환경이 약 반경 20km까지는 일정하다고 가정하였다. 음원의 주파수는 거리독립 환경 하에서 5kHz, 음원수심은 10m를 적용하고 해저에서의 감쇠계수를 결정하기 위해 해저 저질은 점토(Clay)로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해양환경변화에 따른 음파전달 양상분석을 위해 음원의 방사 주파수를 저주파 대역과 고주파 대역으로 구분하여 분석하는 이유는 무엇인가? 해양환경변화에 따른 음파전달 양상분석을 위해서는 음원의 방사 주파수에 따라 통상 저주파 대역 (1kHz 미만)과 고주파 대역(1kHz 이상)으로 구분하여 분석한다. 이는 수중에서 음파전달손실을 계산하여 상황별 전달 양상을 분석하게 되는 음파 전달손실 계산모델의 모델별 장점을 최대한 활용하기 위함이다. 하지만 본 논문에서는 동해 북부해역의 국지적인 음향환경 변화가 표층에 위치한 고주파 음원의 음파 방사에 어떠한 영향을 미치는지, 해역별 음향특성은 어떠한지에 대해 분석하는 것을 중심으로 하였기 때문에 근거리 음파 전달손실계산에 적합하고 고주파 음원의 전달손실계산에 유리한 Bellhop(Ray/Beam model) 모델을 사용하였다[12].
수중음파전달은 무엇과 밀접하게 연관되는가? 수중음파전달은 음속의 수직/수평적인 구조와 밀접 하게 연관되어 있고 음속은 결국 해수의 수온, 염분, 압력의 함수로 표현됨으로서 해양환경 변화가 수중음파전달에 매우 큰 영향을 미치게 된다는 것은 자명한 사실이다[1].
특정해역에서 최소음속층의 분포를 파악하는 것이 음향환경분석에서 매우 중요한 이유는 무엇인가? 최소음속층(Minimum sound speed layer)의 계절별 특성을 알아보기 위해 CREAMS 자료와 Agro float 자료를 취합하여 음속을 산출, 봄(3,4,5월), 여름 (6,7,8월), 가을(9,10,11), 겨울(12,1,2월) 최소음속층 깊이의 공간분포를 도시하였다(그림 4, 5). 최소음속층을 기준으로 음파통로(Sound channel)가 형성되고 음파통로 내에 포획된 음파는 원거리까지 전달이 가능 하게 된다[13]. 따라서 특정해역에서 최소음속층의 분포를 파악하는 것은 음향환경분석에 있어 매우 중요하다고 할 수 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Medwin, H. and C. S. Clay, Fundamentals of acoustical oceanography, Academic press, pp. 4-6, 1998 

  2. Seung, Y. H. and J. H. Yoon, Some features of winter convection in the Japan Sea, J. Oceanogra, 51, 6173, 1995 

  3. Kim, K., K. R. Kim, D. H. Min, Y. Volkov, J. H. Yoon, and M. Takematsu, Warming and structural changes in the East (Japan) Sea: A clue to future changes in global oceans? Geophys Res. Lett., 28, 32933296, 2001 

  4. Park, K. A., J. Y. Chung, K. Kim, and P. C. Cornillon, Wind and bathymetric forcing of the annual sea surface temperature signal in the East (Japan) Sea. Geophys. Res. Lett., 32, L05610, doi:10.1029/2004GL022197, 2005 

  5. Park, K. J., 동해 연안 한류수의 시공간적인 변 화와 탐지거리에 관한 연구, 군사과학대학원 석사 논문, 1998 

  6. Park, S. W., 동해 남부, 중부 및 북부 행겨의 수중음향환경 특성, 서울대학교 지환부 석사논문, 2005 

  7. Ahn, D. S., 동해 난수성 와동류내 탐지거리에 관한 연구. 군사과학대학원 석사논문, 1998 

  8. Wang, K. S., 동해 남서해역의 대잠한경에 관한 연구, 군사과학대학원 석사논문, 1997 

  9. Shin, Y. H., 동해 남서해역 표층에서의 수온의 수직구조 변화에 따른 대잠탐지거리 변화 연구, 군사과학대학원 석사논문, 1998 

  10. Yang, S. J., 남해 동부해역에서 연안 수온전선 과 저질특성에 따른 탐지거리 예측, 군사과학대학원 석사논문, 2001 

  11. 서울대학교 해양연구소 해군해양과학기술연구센터, 동해 북부해역 해양특성분석, 2005 

  12. Porter, M. B. and H. P. Bucker, Gaussian beam tracing for computation ocean acoustic fie인, J. Acoust. Soc. Am., 81, pp. 912-924, 1987 

  13. Urick, R. J., Principle of underwater sound, McGraw-hill Book Company, New York 3rd ed., pp. 147-197, 1983 

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