Spatial-temporal variations in physiochemical water qualities (temperature, salinity, DO, SPM, POC and nutrients) of surface and bottom waters were investigated along the mid-western coastal area (Taean Peninsula to Gomso Bay) of Korea. Spatial distribution patterns of temperature and salinity were ...
Spatial-temporal variations in physiochemical water qualities (temperature, salinity, DO, SPM, POC and nutrients) of surface and bottom waters were investigated along the mid-western coastal area (Taean Peninsula to Gomso Bay) of Korea. Spatial distribution patterns of temperature and salinity were mostly controlled by the physical mixing process of freshwater from Geum River and/or Gyunggi Bay with nearby coastal water. A strong tidal front is formed off Taean Peninsula during spring and summer. Seasonal variations in nutrient concentrations, lower in spring and summer and higher in fall and winter, are primarily regulated by magnitude of phytoplankton occurrence rather than freshwater loadings into the bay. Based on seasonal and spatial variability of physicochemical parameters, water quality of the study area can be divided into four water masses; Gyunggi Bay-influenced Water Mass (GBWM), Geum River-influenced Water Mass (GRWM), Yellow Sea Bottom Cold Water Mass (YSBCWM) and Cheonsu Bay Water Mass (CBWM). Water quality of the GBWM (Taean Peninsula coastal area), which has relatively low salinity and high concentrations of nutrients, is strongly controlled by the Gyunggi Bay coastal water, which is under influence of the Han River freshwater. In this water mass, the mixed layer is always developed by strong tidal mixing. As a result, a tidal front is formed along the offshore boundary of the mixed layer. Such tidal fronts probably play an important role in the distribution of phytoplankton communities, SPM and nutrients. The GRWM, with low salinity and high nutrients, especially during the flood summer season, is closely related to physiochemical properties of the Geum River. During the flood season, nutrient-enriched Geum River water mass extends up to 60 km away from the river mouth, potentially causing serious environmental problems such as eutrophication and unusual and/or noxious algal blooms. Offshore (<$30{\sim}40m$ in water depth) of the study area, YSBCWM coupled with a strong thermocline can be identified in spring-summer periods, exhibiting abundant nutrients in association with low temperature and limited biological activity. During spring and summer, a tidal front is formed in a transition zone between the coastal water mass and bottom cold water mass in the Yellow Sea, resulting in intensified upwelling and thereby supplying abundant nutrients to the GBWM and GRWM. Such cold bottom water mass and tidal front formation seems to play an important role in controlling water quality and further regulating physical ecosystem processes along mid-western Korean coastal area.
Spatial-temporal variations in physiochemical water qualities (temperature, salinity, DO, SPM, POC and nutrients) of surface and bottom waters were investigated along the mid-western coastal area (Taean Peninsula to Gomso Bay) of Korea. Spatial distribution patterns of temperature and salinity were mostly controlled by the physical mixing process of freshwater from Geum River and/or Gyunggi Bay with nearby coastal water. A strong tidal front is formed off Taean Peninsula during spring and summer. Seasonal variations in nutrient concentrations, lower in spring and summer and higher in fall and winter, are primarily regulated by magnitude of phytoplankton occurrence rather than freshwater loadings into the bay. Based on seasonal and spatial variability of physicochemical parameters, water quality of the study area can be divided into four water masses; Gyunggi Bay-influenced Water Mass (GBWM), Geum River-influenced Water Mass (GRWM), Yellow Sea Bottom Cold Water Mass (YSBCWM) and Cheonsu Bay Water Mass (CBWM). Water quality of the GBWM (Taean Peninsula coastal area), which has relatively low salinity and high concentrations of nutrients, is strongly controlled by the Gyunggi Bay coastal water, which is under influence of the Han River freshwater. In this water mass, the mixed layer is always developed by strong tidal mixing. As a result, a tidal front is formed along the offshore boundary of the mixed layer. Such tidal fronts probably play an important role in the distribution of phytoplankton communities, SPM and nutrients. The GRWM, with low salinity and high nutrients, especially during the flood summer season, is closely related to physiochemical properties of the Geum River. During the flood season, nutrient-enriched Geum River water mass extends up to 60 km away from the river mouth, potentially causing serious environmental problems such as eutrophication and unusual and/or noxious algal blooms. Offshore (<$30{\sim}40m$ in water depth) of the study area, YSBCWM coupled with a strong thermocline can be identified in spring-summer periods, exhibiting abundant nutrients in association with low temperature and limited biological activity. During spring and summer, a tidal front is formed in a transition zone between the coastal water mass and bottom cold water mass in the Yellow Sea, resulting in intensified upwelling and thereby supplying abundant nutrients to the GBWM and GRWM. Such cold bottom water mass and tidal front formation seems to play an important role in controlling water quality and further regulating physical ecosystem processes along mid-western Korean coastal area.
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문제 정의
본 연구는 “전국 해양생태계 기본조사”의 일환으로 수행되었으며, 최근 태안 주변 해역에서 발생한 유류오염 사고에 의한 환경 변화를 파악하고 서해 중부의 연안역 관리를 위한 기반 자료를 제공할 것으로 기대된다.
이와 같이 연구해역인 서해 중부 연안의 수질환경은 조석전선의 발달, 금강 담수 유입, 초대형 인공호수, 쿠로시오 난류 등과 연계하여 시(계절)공간적으로 매우 역동적으로 변화할 것으로 예상된다. 본 연구에서는 태안반도에서 곰소만에 이르는 서해 중부의 광역적 연안역에서 해수의 수온, 염분 및 영양염류 등의 주요 수질 인자들의 시(계절) 공간적 분포 특성을 토대로 서해 중부해역의 수질환경 특성을 이해하고자 한다. 본 연구는 “전국 해양생태계 기본조사”의 일환으로 수행되었으며, 최근 태안 주변 해역에서 발생한 유류오염 사고에 의한 환경 변화를 파악하고 서해 중부의 연안역 관리를 위한 기반 자료를 제공할 것으로 기대된다.
제안 방법
계절별 모든 정점의 표층(표층 약 1 m)과 저층(해저면위 약 1~2 m)에서 채취된 해수 시료에 대하여 부유입자물질 함량(suspended particulate matter, SPM), 부유 입자성유기탄소(particulate organic carbon, POC) 및 질소(particulate nitrogen, PN)함량, 용존산소량(dissolved oxygen, DO), 그리고 규산염 규소(silicate), 용존무기인(dissolved inorganic phosphate, DIP), 질산염 질소(nitrate), 아질산염질소(nitrite), 암모니아 질소(ammonia nitrogen) 농도를 분석하였다. 수온과 염분은 CTD(Model.
연구해역에서 계절별(2007년 2월, 5월, 8월, 11월)로 관측분석된 주요 물리-화학적 수질인자들의 특성에 대한 분석 자료를 부록(Appendix)에, 그리고 계절별 평균값 등의 간단한 통계량은 Table 1에 제시하였다. 본 논문에서의 공간 분포도는 계절별 표층만 제시하였으며, 각 월별로 관측분석된 결과를 각 계절을 대표하는 것으로 구분하여 서술하였다.
용존무기질소(DIN)의 농도는 질산염, 아질산염 그리고 암모니아의 농도를 총합으로 하였다. 용존무기질소의 봄철 표층과 저층의 농도는 각각 0.
대상 데이터
연구해역은 태안반도에서 곰소만에 이르는 서해 중부의 대조차 연안역으로 여러 만(가로림만, 천수만 등)과 초대형 인공호수(새만금호, 부남-간월호) 그리고 금강 하구 등 다양한 특성의 환경이 존재한다(Fig. 1). 연구해역의 북쪽에 위치한 태안반도 주변 해역에서는 해저 지형과 계절적 환경변화로 인하여 강한 조석전선(tidal front)이 형성되고 있는 것으로 보고되었다(Seung et al.
본 연구를 위해 태안반도에서 곰소만에 이르는 광역의 서해 중부 연안역에서 수온과 염분 등의 물리적 인자들의 현장 관측과 해수(표층과 저층) 시료 채취가 계절별(2007년 2월, 5월, 8월, 11월) 4회에 걸쳐 각각 42정점에서 수행되었다(Fig. 1). 조사해역에 해당하는 서산과 군산 지역의 2007년 총 강수량은 각각 1471 mm와 1656 mm이며, 전체 강수량의 65% 이상이 여름철 7~9월 사이에 집중된다(기상청 2007).
이론/모형
계절별 모든 정점의 표층(표층 약 1 m)과 저층(해저면위 약 1~2 m)에서 채취된 해수 시료에 대하여 부유입자물질 함량(suspended particulate matter, SPM), 부유 입자성유기탄소(particulate organic carbon, POC) 및 질소(particulate nitrogen, PN)함량, 용존산소량(dissolved oxygen, DO), 그리고 규산염 규소(silicate), 용존무기인(dissolved inorganic phosphate, DIP), 질산염 질소(nitrate), 아질산염질소(nitrite), 암모니아 질소(ammonia nitrogen) 농도를 분석하였다. 수온과 염분은 CTD(Model. Seabird-911)를 이용하여 측정하였으며, 해수의 용존산소량(DO)은 해양환경공정시험분석법에 제시된 윙클러-아지드화나트륨 적정법을 이용하여 분석하였다. 총부유입자물질(SPM) 함량과 부유 입자성유기탄소(POC) 및 입자성질소(PN) 함량은 해양생태계조사 지침서(해양수산부 2005)에 제시된 방법에 따라 분석하였으며, 부유 입자성유기탄소 및 질소 함량은 GF/F 여과지에 여과된 시료를 10% 염산 증기로 처리한 후, 원소 분석기(Flash EA 1112, Thermo)를 이용하여 분석하였다.
Seabird-911)를 이용하여 측정하였으며, 해수의 용존산소량(DO)은 해양환경공정시험분석법에 제시된 윙클러-아지드화나트륨 적정법을 이용하여 분석하였다. 총부유입자물질(SPM) 함량과 부유 입자성유기탄소(POC) 및 입자성질소(PN) 함량은 해양생태계조사 지침서(해양수산부 2005)에 제시된 방법에 따라 분석하였으며, 부유 입자성유기탄소 및 질소 함량은 GF/F 여과지에 여과된 시료를 10% 염산 증기로 처리한 후, 원소 분석기(Flash EA 1112, Thermo)를 이용하여 분석하였다. 함께 분석된 표준물질의 회수율은 96~103% 범위이다.
아질산염 농도는 시료에 설퍼닐아미드(sulfanilamide) 용액과 나프틸에틸렌디아민염산(naphthylene diamine dihydrochloride) 용액을 가하여 아조색소를 생성시켜 발색강도를 측정하였으며, 질산염 농도는 시료를 Cd-Cu 환원 칼럼을 통하여 아질산염으로 환원시킨 후, 아질산염 분석 방법과 동일하게 분석하였다. 이들 영양염의 발색 강도는 FIA(Flow Injection Analyzer, Quickchem 8000, LACHAT)를 이용하여 측정하였다. 암모니아 농도는 시료를 차아염소산 나트륨(sodium hypochloride) 용액과 반응시킨 후, 페놀(phenol)과 촉매인 니트로프루시드 나트륨(sodium nitroprusside)을 가해 청색의 인도페놀을 형성시켜 발색강도를 자외선분 광분석기(UV-Spectrophotometer, Hewlett Packard 8453)로 측정하였다.
성능/효과
연구해역의 전반적인 수온의 공간분포는 봄과 여름철에는 연안역에서 외해역으로 가면서 낮아지고, 가을과 겨울철에는 높아지는 특징을 보인다. 이러한 공간적 변화는 바람의 영향을 상대적으로 적게 받는 저층에서 더욱 뚜렷하다.
3). 본 연구결과에 의하면 조석전선은 4~5월 사이에 발달하기 시작하여 9~10월 사이에 소멸하는 것으로 해석되며, 봄과 여름철에 발달하는 조석전선과 수괴의 성층은 가을철이 되면서 북서풍이 강하게 불고, 표층 수온이 하강함에 따라 성층이 소멸하고 전 해역이 혼합층으로 변화하는 것으로 보인다. 그 결과 여름과 대조적으로 가을철에는 태안반도 부근의 강한 표층 냉수 중심이 사라지고 오히려 주위의 해수보다 더 높은 수온을 보인다.
본 연구결과에 의하면 조석전선은 4~5월 사이에 발달하기 시작하여 9~10월 사이에 소멸하는 것으로 해석되며, 봄과 여름철에 발달하는 조석전선과 수괴의 성층은 가을철이 되면서 북서풍이 강하게 불고, 표층 수온이 하강함에 따라 성층이 소멸하고 전 해역이 혼합층으로 변화하는 것으로 보인다. 그 결과 여름과 대조적으로 가을철에는 태안반도 부근의 강한 표층 냉수 중심이 사라지고 오히려 주위의 해수보다 더 높은 수온을 보인다. 이러한 원인은 표층 냉각이 일어날 때 조석의 변화가 큰 태안반도 주위는 열 손실이 전 수층을 통하여 일어나는 반면 비교적 조석변화가 작은 외해역에서는 표층 혼합 깊이에서만 열손실이 일어나 표층 냉각을 가속화시키기 때문인 것으로 해석된다(Seung et al.
그러나 여름과 가을철에 나타났던 태안반도 주변의 상대적 저염수 특성은 둔화되었다. 전반적으로 연구해역의 염분은 금강으로부터 유출되는 담수와 경기만으로부터 공급되는 담수에 의해 연안역에서 낮고 외해역으로 갈수록 증가하는 공간 변화를 보이며, 금강의 담수는 남쪽 보다는 북쪽 또는 북서쪽으로 확산되고 있는 것으로 판단된다. 또한, 담수량이 많은 여름철에는 염분 약층이 형성되며, 혼합작용이 활발한 가을과 겨울철에는 염분 혼합수괴가 발달한다.
계절적 조사에서 나타난 용존산소량의 공간 변화 특성은 수온의 분포와 유사하고, 계절적으로도 수온이 낮은 겨울에서 수온이 높은 여름으로 갈수록 용존산소량은 낮아져, 수온이 용존산소량을 조절하는 주요 요인으로 제시된다(Fig. 4). 그러나 여름철(특히 표층)에는 수온과 상관관계가 뚜렷하지 않으며, 상대적으로 높은 수온에도 불구하고 용존산소량이 매우 높게 나타난다(Fig.
8 μM 범위이며, 전반적으로 태안반도를 포함한 조사해역의 북쪽에서 15~20 μM 높고 남쪽해역에서 10~15 μM 범위로 낮다. 연구해역의 계절별 규산염 농도를 비교해 보면, 상대적으로 가을과 겨울철에 높고, 해양에서의 소비가 증가하는 봄과 여름철에 낮다. 봄과 여름철 외해역의 저층에서 상대적으로 높은 것이 특징이며, 이는 수온에서도 나타난 바와 같이 외해역에 형성된 저층냉수대와 밀접한 관계가 있는 것으로 보인다(Fig.
2e). 특징적으로 표층과 다르게 저층에서는 연안역과 비교하여 외해역에서 상대적으로 높은 농도를 보이며, 이러한 저층에서의 농도 분포 특성은 규산염 농도에서도 뚜렷하게 관찰된다(Fig. 6). 가을과 겨울철 용존무기인의 농도는 모두 비슷하여 각각 0.
그러나 금강 입구 주변과 태안반도 주변 연안역 그리고 모든 계절에서 외해역 저층에는 영양염이 풍부한 중영양(Mesotrophic)에서 부영양(Eutrophic)환경을 갖는다. 결론적으로 연구해역의 영양염 농도는 계절에 따라 크게 다르며, 특히 생물활동이 활발하고 담수의 유입이 많은 여름철 표층에서의 농도가 현저히 낮아 서해 북부 경기만 해역과 다르게 서해 중부 연안 해역은 영양염이 부족한 해역으로 평가된다. 이러한 결과는 어떤 인위적 활동에 의해 여름철 조사해역으로 많은 영양염이 가해졌을 경우, 부가된 영양염은 이 지역 생태계에 의해 적극 활용될 수 있고, 이는 여름철 조사지역이 기존 자연 생태계와는 또 다른 생태계로의 쉽게 변화 될 수 있음을 시사한다.
연구해역의 외해역 저층에 발달하고 있는 황해 저층냉수역은 강한 수온약층이 형성되는 봄과 여름철에 발달하며, 가을과 겨울철에 소멸하는 계절적 특성을 보인다. 저층냉수역은 수온이 낮고 강한 성층으로 인하여 표층으로 영양염이 공급되지 못하며, 더욱이 낮은 수온으로 인하여 제한적 생물활동 때문에 영양염 소비 또한 낮아 항상 풍부한 영양염을 함유한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
연구해역에는 어떤 환경들이 존재하는가?
연구해역은 태안반도에서 곰소만에 이르는 서해 중부의 대조차 연안역으로 여러 만(가로림만, 천수만 등)과 초대형 인공호수(새만금호, 부남-간월호) 그리고 금강 하구 등 다양한 특성의 환경이 존재한다(Fig. 1).
많은 양의 영양염이 일시에 유입될 경우 부유생물의 기초생산력 등의 해양생태계에 변화를 초래할 수 있는 이유는 무엇인가?
1998). 특히 영양염류는 해양환경에 서식하는 식물플랑크톤의 생장을 제한하여 식물플랑크톤의 조성 및 생산력에 영향을 주는 중요한 화학적 환경요인이다. 따라서 많은 양의 영양염이 일시에 유입될 경우 부유생물의 기초생산력 등의 해양생태계에 변화를 초래할 수 있다(김 1989; 양 등 2000; 권 등 2001a, 2001b; 임 등 2007b; Humborg et al.
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