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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 동해안에서 이상 너울이 발생한 2005년과 2006년 10월 말에 대한 파랑 추산과 파랑 관측 자료와의 비교를 통하여 그 문제점을 분석하고 향후 개선 방향을 논하고자 한다.
- 본 연구에서는 2005년 10월 23일과 2006년 10월 23일에 발생한 너울 피해 기간에 대한 파랑 모델을 수행하였으며 모델 수행 초기의 해상 상태의 영향을 최소화하기 위하여 10월 1일부터 계산된 해상풍 자료를 입력하여 10월 전체에 대한 파랑 계산을 하였다. SWAN 모델과 같은 천해파랑 예보 모델인 경우 외부 경계에서 파랑 입력 자료는 매우 중요하다.
제안 방법
- 2006). 관측 지점의 각각의 위치는 Fig. 2 및 Table 1과 같으며 관측 자료로부터 비교 가능한 자료는 풍향, 풍속 그리고 유의 파고로서 그 시간에 따른 변화를 각각 비교하였다.
- , 1973) 결과를 이용한 바닥 마찰 효과도 고려하였으며 이때 사용된 계수는 초기 모델에서 설정된 값을 사용하였다. 그리고 계산된 결과는 동일한 크기의 격자에서 30분 간격으로 출력되도록 하였다.
- (2007)은 남쪽 캘리포니아 해안에 대한 SWAN 모델 수행 결과를 부이 관측 자료와 비교한 결과 외부 경계에서의 파랑 입력 조건의 정확도가 천해 파랑 모델의 수행에 있어서 매우 중요한 요소임을 지적하였다. 동해의 경우 현재 동해 내부에서 파고 관측이 이루어 지지 않고 있어 이러한 외부 경계 입력자료가 전무한 상태이나 동해가 대륙과 섬으로 둘러싸여 외해로 부터의 영향이 적은 폐쇄 해양에 가깝다는 가정 하에 외부입력 자료를 활용하거나 혹은 WAM과 같은 대양 심해파랑 모델을 수행하여 외부 경계 조건을 제공하는 접합 모형 형태를 취하지 않고 SWAN 모델만을 전체 해역에 대하여 수행하였다. SWAN 모델은 심해 파랑 모델에서 사용하는 파랑의 발생과 전파 기법을 사용하면서 천수, 굴절과 같은 천해 효과도 포함하고 있다.
- 이때 U10m UHm는 각각 해상 10m와 관측 기기의 높이 % 에서의 풍속을 나타내며 % 표면 조도 길이로서 해수 표면의 거칠기 길이를 나타내는데 오현미와 하경자(2005)와 정진용 등(2008)이 우리나라 연안에서 사용하였던 5X 10「4 m값을 사용하였다, 또한 2005년도 및 2006년도 모두 너울 피해가 가장 컸던 23일을 전후하여 20일부터 25일까지의 결과를 비교하였다.
- 또한 양해법을 사용한 WAM 모델과는 달리 음해법을 사용함으로써 비록 대규모 해역의 파랑 예보에는 비효율적이나 복잡한 해안과 지형을 표현하기 위하여 소규모의 격자에서 모델 수행이 필요한 천해역에서는 효과적이다. 일반적으로 광범위한 해역에 대하여 WAM 모델을 수행한 후 그 결과를 경계조건으로 하여 천해역에서 다시 접합 모형 (Nested model)으로 SWAN 모델을 수행하지만 본 연구에서는 동해라는 비교적 작은 규모의 폐쇄적인 해양을 감안하여 동해 전체에 대하여 SWAN 모델만을 단독으로 수행하였다.
대상 데이터
- 또한 해상에서의 관측 자료의 부족은 그 정확도를 향상시키는데 많은 어려움을 주고 있다. 본 모델에서 입력 자료로 사용된 해상풍은 기상청 현업 예보용 모델인 RDAPS/KMA(Regional Data Assimilation and Prediction System/Korea Meteorological Administration) 로부터 우리나라 주변 해역에 대하여 3시간 간격으로 산출된 자료를 활용하였다(기상청, 2006). 이때 제공된 해상풍은 1/12。의 등방 격자로 형성되어 있으며 파랑 모델의 입력 자료로 사용하기 위하여 파랑 모델의 격자와 동일하게 선형 보간 한 후 입력하였다.
- 본 연구에서 사용한 격자 시스템은 가로 세로 각각 10km인 직교 직선 등방 격자 체계로서 135x218개의 계산 격자로 형성된다. 파향은 동일한 10° 간격으로 모든 방향에 대하여 36개의 성분으로 나누어져 계산되며 주파수는 0.
- 해상풍 자료와 파랑 모델 수행 결과를 실제 관측 자료와 비교하기 위하여 기상청이 기상 예보와 항만 운영 등을 위하여 동해에서 운영하고 있는 동해 부이와 한국 해양 연구원이 쌍정초와 왕돌초에 설치한 실시간 관측소의 자료를 활용하였다 (해양수산부, 2006). 관측 지점의 각각의 위치는 Fig.
이론/모형
- 본연구에서 사용한 바람 관측 기기의 높이 (Anenonieter height) 는 각각 Table 1과 같다(정진용 등, 2008). 변환을 하기 위하여 사용한 식은 오현미와 하경자(2005)가 이어도 기지의 44ni의기상 관측 타워에서 관측된 바람을 해상 기상 특성 분석을 위하여 10m 해상의 표준 바람으로 변환한 식을 사용하였다. 이와 동일한 식을 이용하여 정진용 등(2008)은 Quick scat 위성에서 관측한 바람을 검증하기 위하여 우리나라의 주변 해역에서 관측된 바람을 10m 해상의 바람으로 변환하여 사용하였으며 식은 아래와 같다(de Rooy and Kok, 2004; 오현미와 하경자 2005).
- 이때 주파수 간격은 로그함수를 이용하여 나누어지므로 일정하지 않으며 저주파수대에서는 주파수 간격이 작게 고주파대에서는 그 간격이 크게 이루어져 있다(The SWAN team, 2008). 입력 조건에서 수심에 의하여 제한되는 쇄파와 JONSWAP(Hasselmann et al., 1973) 결과를 이용한 바닥 마찰 효과도 고려하였으며 이때 사용된 계수는 초기 모델에서 설정된 값을 사용하였다. 그리고 계산된 결과는 동일한 크기의 격자에서 30분 간격으로 출력되도록 하였다.
성능/효과
- 2005년도와 2006년도 10월에 동해안에서 피해를 발생시킨 너울에 대한 모델 수행 결과 현재의 자료와 모델이 동해에서 발생하였던 너울을 정확하게 계산하지 못하는 것으로 나타났다. 최근에 해마다 발생하는 동해안 너울 피해를 감안할 때 이에 대한 연구와 보완대책이 시급하다.
- 각각 20일부터 25일까지의 결과 중 여섯 개의 시간대만을 도시한 것으로서 2005년도의 경우 (Fig. 5) 동해 중부 북부 해역에서 발달한 높은 유의파고의 해역이 동해 연안과 일정한 거리를 두고 점차 남쪽으로 이동하면서 그 에너지가 넓은 해역으로 분산 되는 것을 볼 수 있다. 2006년도의 경우에는(Fig.
- 2006년도의 경우에는(Fig. 6) 2005년도의 경우에서와 같이 높은 밀도의 높은 유의파고 해역은 나타나지 않았지만 마찬가지로 동해 연안을 따라서 남쪽으로 이동하는 것을 볼 수 있다. 파랑 모델의 입력 자료로 사용한 바람자료를 살펴보면 2005년도와 2006년 모두 동해 북쪽 연안의 높은 파고 해역은 긴 풍역대의강한 북동풍에 의하여 생성되며 이 풍역대가 남쪽으로 이동함에 따라 높은 파고의 해역도 같이 이동하는 것을 알 수 있다.
- , 1999) 모델은 천해에서의 파랑 예보를 위하여 개발된 모델로서 천수 효과, 굴절 효과 그리고 바닥으로부터의 마찰로 인한 에너지 감쇄 효과를 포함하고 있으며 파랑의 발달 과정에 대한 원천항은 3세대 모델인 WAM 모델과 동일한 식을 사용하고 있다. 또한 양해법을 사용한 WAM 모델과는 달리 음해법을 사용함으로써 비록 대규모 해역의 파랑 예보에는 비효율적이나 복잡한 해안과 지형을 표현하기 위하여 소규모의 격자에서 모델 수행이 필요한 천해역에서는 효과적이다. 일반적으로 광범위한 해역에 대하여 WAM 모델을 수행한 후 그 결과를 경계조건으로 하여 천해역에서 다시 접합 모형 (Nested model)으로 SWAN 모델을 수행하지만 본 연구에서는 동해라는 비교적 작은 규모의 폐쇄적인 해양을 감안하여 동해 전체에 대하여 SWAN 모델만을 단독으로 수행하였다.
- 7). 파고의 경우에는 3개의 관측 장소에서 모두 낮게 계산되었으며 특히 쌍정초와 왕돌초의 경우 관측 파고에 비하여 약 3m 정도 낮게 추산 되었고 파고의 변화가 심한 관측치에 비하여 완만한 파고 증가와 감소를 보였다. 또한 가장 높은 파고가 도달 되는 시간이 하루 정도 늦게 나타나는 것으로 계산되었다(Fig.
후속연구
- 파랑의 경우에도 위성 관측이 가능한 고도계(Altimeter), 산란계 (ScatteTometer) 그리고 합성 개구 레이다(Synthetic aperture radar) 자료 등을 이용하여 동해 먼 해상에서의 해상풍의 입력 자료와 파고 계산 값에 대한 검증이 필요하며 이러한 위성 관측 자료를 활용함으로서 공간적인 파랑의 전파 과정에 대한 연구도 동시에 필요하다. 또한 향후 보다 정확한 너울 예보를 위해서는 정확한 해상풍 예보 외에도 관측 결과와 모델결과와의 시간에 따른 파랑 스펙트럼을 비교함으로서 주파수간의 에너지 전파를 분석하는 것이 필요하다. 현재 운영 중인 많은 파랑 관측소에서는 시간에 따른 유의 파고만을 관측하는 경우가 많으며 파랑 스펙트럼 분석이 가능한 관측이 이루어지는 곳은 많지 않다.
- (2002) 도 타이완을 통과한 여러 태풍에 대하여 SWAN 모델 결과를 관측치와 비교한 결과 너울을 제대로 나타내지 못함을 지적한바 있다. 매우 정확한 해상풍 모델 결과를 입력 자료로 사용하여 파랑 모델을 검증해 나가는 것이 가장 바람직한 방법이지만 아직은 이러한 접근 방법은 어려울 것으로 생각되며 해상풍 모델의 정확도 향상에 대한 노력과 동시에 파랑 모델의 개선 작업이 함께 이루어져야 할 것이다.
- 2008년 5월 4일에 보령 해안의 남포 방조제에 발생한 이상 고파는 9명의 인명 손실을 발생 시켰으며 아직 그 원인이 명확히 밝혀지지 않은 상태이다. 태풍이나 폭풍 시 발생하는 파랑에 비하여 보령 사고의 경우와 같이 좋은 기상 상태에서 갑작스럽게 발생하는 이상 파랑은 최근에 빈번히 이루어지는 연안 공사와 활발한 레저 활동을 감안할 때 상대적으로 큰 피해를 야기할 수 있으며 이에 대한 대책 마련이 시급하다. 동해안의 너울 피해의 경우도 좋은 기상 상태에서 발생한 경우가 많으며 이에 대한 보다 정확한 파랑 예보가 이루어지지 않으면 향후 계속적인 피해가 발생할 수 있다
- 검토 하고 있다(유승협 등, 2007). 파랑의 경우에도 위성 관측이 가능한 고도계(Altimeter), 산란계 (ScatteTometer) 그리고 합성 개구 레이다(Synthetic aperture radar) 자료 등을 이용하여 동해 먼 해상에서의 해상풍의 입력 자료와 파고 계산 값에 대한 검증이 필요하며 이러한 위성 관측 자료를 활용함으로서 공간적인 파랑의 전파 과정에 대한 연구도 동시에 필요하다. 또한 향후 보다 정확한 너울 예보를 위해서는 정확한 해상풍 예보 외에도 관측 결과와 모델결과와의 시간에 따른 파랑 스펙트럼을 비교함으로서 주파수간의 에너지 전파를 분석하는 것이 필요하다.
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