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문제 정의
- 해역의 조석특성은 해수면의 주기적 변동을 정량적으로 기술하는 조석분조의 조화상수(harmonic constants) 로서 표현된다. 본 연구에서는 1960년~2007년간 인천만 조석의 주요 4분조(M2, S2, Ki, Ch)의 특성을 고찰하기 위해 우선, 국립해양조사원에서 고시한 인천의 조석 분조 상수, 인천항 주변에 위치한 “월미도 조위관측소”, "구 인천항 조위관측소” 및 "연안부두 조위관측소'에 대한 그동안의 관측상황을 파악하였다. 각 관측소의 조위관측자료를 매 1년 기 준의 Robust fit weighting 조화분석 (Leffler, 2008)을 통하여 62개의 분조를 산정한 후, 주요 4분조의 특성을 고찰하였다.
- 본 연구를 통해 인천만의 주요 4분조의 특성과 평균해수면 및 기본수준면의 장기 변동 특성을 고찰하였다. 특히, 인천만의 평균해수면은 우리나라 육상부, 표고의 기준면으로 학술적은 물론 실무적로도 의의가 크므로 평균해수면 및 기본수준면에 대한 면밀한 변동 분석을 통하여 국내에 맞는 관리기준을 정하고 유지관리 방안을 적극 검토해야할 것이다.
제안 방법
- 각 관측소의 조위관측자료를 매 1년 기 준의 Robust fit weighting 조화분석 (Leffler, 2008)을 통하여 62개의 분조를 산정한 후, 주요 4분조의 특성을 고찰하였다. 또한, 장기해수면의 변동 즉, 평균해수면의 변동 및 "평균해수면 - 주요 4분 조의 반조차(진폭) 합”으로부터 기본수준면의 변동을 고찰하였다. 아울러 미국 OSU(Oregon State University) ESR (Earth & Space Research) 연구실에서 개발한 OTIS(OSU Tidal Inversion Software)로부터 위성 radar 고도계 (TOPEX/POSEIDON, TOPEX Tandem, ERS, GFO) 자료 및 기타 자료(검조계, 선상 ADCP ; Acoustic Doppler Current Profilers 등)를 동화 .
- 본 연구에서는 1960년~2007년간 인천만 조석의 주요 4분조(M2, S2, Ki, Ch)의 특성을 고찰하기 위해 우선, 국립해양조사원에서 고시한 인천의 조석 분조 상수, 인천항 주변에 위치한 “월미도 조위관측소”, "구 인천항 조위관측소” 및 "연안부두 조위관측소'에 대한 그동안의 관측상황을 파악하였다. 각 관측소의 조위관측자료를 매 1년 기 준의 Robust fit weighting 조화분석 (Leffler, 2008)을 통하여 62개의 분조를 산정한 후, 주요 4분조의 특성을 고찰하였다. 또한, 장기해수면의 변동 즉, 평균해수면의 변동 및 "평균해수면 - 주요 4분 조의 반조차(진폭) 합”으로부터 기본수준면의 변동을 고찰하였다.
- 아울러 미국 OSU(Oregon State University) ESR (Earth & Space Research) 연구실에서 개발한 OTIS(OSU Tidal Inversion Software)로부터 위성 radar 고도계 (TOPEX/POSEIDON, TOPEX Tandem, ERS, GFO) 자료 및 기타 자료(검조계, 선상 ADCP ; Acoustic Doppler Current Profilers 등)를 동화 . 모델링 (최 병호, 1980 ; 이종찬, 2001 ; Jicai, 2008)하여 개발한 광역 및 2가지 지역 조석 모델을 활용하여 조석분조상수를 산출하고 비교 . 검토하였다.
- 세 조위관측소는 인천항 주변 반경 1km내 - 외의 각기 다른 장소에 위치하며 시간 적으로 독립 운영되었지만, 각 조위자료를 조합할 경우, 연속시계열 자료 특성을 갖는다. 본 연구에서는 각 조위 관측소의 해수면 변동 특성은 물론, 인천항 개발 전·후 주변 및 입지환경의 변화, 기후변화 등의 변동요인으로 다소 무리는 있을 수 있지만, 세 관측소의 조위자료를 40 년간 단일 시계열자료로 가정하고 인천만의 해수면 변동을 검토하였다. 그림 5 및 6은 각각 40년간 조위 관측소 별, 평균해수면의 변동 및 기본수준면을 결정하기 위한 “주요 4분조 진폭 합'의 변동을 나타낸 것이다.
- 위해 인천항 항만건설 전 . 후, 시차를 갖고 설치된 세 곳의 조위관측소 상황을 파악하고 2010년 6월까지의 조위관측자료를 활용하여 조화분석을 수행한 결과, 조석분조상수, 평균해수면 및 기본수준면의 변동 상황을 다음과 같이 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 표 5는 조석의 조화해석에 사용된 조위자료의 기간별, 조석상수를 구하고 2010년 4월~6월에 대한 예측 조위와 국립해양조사원의 실측조위와의 편차에 대한 평균 제곱근 오차(rms)를 월별로 나타낸 것이다. 2008년 및 2009년자료에는 조위자료가 누락된 "월” 이 있어 예측기간이 포함될 수 있도록 3개월분 및 4개월분 조위자료를 선정 . 활용하였다.
- 남해 . 동해안의 여러 곳에 42개의 조위 관측소를 설치 . 운영하고 있다.
- 8, 갑문완공)중 관측이 중단된 년도(1973, 1974)를 제외한 인천항 DOCK 관측소(13년), 월미도 관측소(18년) 및 연안부두 관측소(9년) 총 40년간의 조위 관측자료를 관측소 별 조석의 조화분석에 활용하였다. 또한, 2008년 1월~2010년 6월 기간 중, 연안부두 관측소의 일부분 자료를 조위예측에 활용하였다.
- 본 연구에서 활용한 조위자료는 I960년~2010년 6월 기간 동안 중, 월 관측 누락기간이 포함된 년도(1975,1990, 1991, 1992, 1993, 1997, 2008, 2009), 인천항 항만공사 기간(1973. 7~ 1974. 8, 갑문완공)중 관측이 중단된 년도(1973, 1974)를 제외한 인천항 DOCK 관측소(13년), 월미도 관측소(18년) 및 연안부두 관측소(9년) 총 40년간의 조위 관측자료를 관측소 별 조석의 조화분석에 활용하였다. 또한, 2008년 1월~2010년 6월 기간 중, 연안부두 관측소의 일부분 자료를 조위예측에 활용하였다.
성능/효과
- 7년간의 누적자료로부터 산정한 62개 분조에 의한 예측 결과는 2001년~2007년 조위자료 중, 예측 기간에 가장 근접한 2007년, 1년간의 예측 결과에 비해 월등한 접근성을 보이지 않아 조위예측 시, 누적 자료 의년 수에 큰 영향을 받지 않는 것으로 사료된다. 2007~ 2009년 기간 중, 예측기간의 해당 월인, 매년 4월~6월의 조위자료를 활용하여 조위를 예측한 결과는 7년 및 1년 기간의 예측결과에 비해 월등한 향상을 나타내었다. 그러나 2007년 및 2008년의 3개월분 자료에 예측 전월, 1 개월을 추가한 4개월분 자료에 의한 예측은 3개월의 결과에 비해 편차가 증가하였다.
- 활용하였다. 7년간의 누적자료로부터 산정한 62개 분조에 의한 예측 결과는 2001년~2007년 조위자료 중, 예측 기간에 가장 근접한 2007년, 1년간의 예측 결과에 비해 월등한 접근성을 보이지 않아 조위예측 시, 누적 자료 의년 수에 큰 영향을 받지 않는 것으로 사료된다. 2007~ 2009년 기간 중, 예측기간의 해당 월인, 매년 4월~6월의 조위자료를 활용하여 조위를 예측한 결과는 7년 및 1년 기간의 예측결과에 비해 월등한 향상을 나타내었다.
- 최소 극간편차는 8cm, 2cm, 3cm, 3cm 및 6°, 8°, 2°, 8°로서 비교적 근접한 결과를 나타내었다. 각 편차는 인천항 개발 전·후 주변 및 입지환경의 변화, 기후변화 등의 종합된 결과로 사료된다관측소별 조석 조화상수의 표준편차는 진폭 및 지각에서 평균 2cm 및 2° 내외의 분포를 보였다. 특히, 월미도 조위 관측소의 경우, 본 연구에서 산출한 18년(1976~1998)기간의 조화상수 진폭과 그림 1의 Shigeo(1950) 조화상수 진폭 성분은 매우 근접한 결과를 보였는데 약간의 편차는 30여 년의 경과기간 중 주변 환경 및 기후변화, 해석방법의 차이 등으로 사료된다.
- 넷째, 입지환경의 변화, 기후변화 등의 변동요인으로다소 무리는 있지만, 시간적으로 독립 운영된 인천항 주변 반경 1km 내 . 외에 위치한 세 장소의 조위관측소 자료를 조합하여 40년간 단일 시계열 자료로 가정하고 분석한 결과, 평균해수면 및 기본수준면의 장기 해수면 변동은 각 조위 관측소 별로 평균 10cm 내 .
- 다섯째, 위성고도계 자료를 근간으로 한 OSUESR의지역 및 광역 조석모델에 의한 인천항 조위 관측소들의 조석 분석 결과, 고 해상 지역모델이 복잡한 해협이나 연안 지역에 적합한 것으로 사료되었다.
- 둘째, 세 조위관측소의 조석유형상수(R)는 모두 0.17 로 동일한 값을 나타내어 반일주조의 조석 유형을 보였다.
- 전 세계모델에 의한 예측 조위의 결과는 진폭 특히, 지각에서 다른 두 모델과는 큰 편차를 보였다. 따라서, 지역적 특성을 수렴한 고해상도 모델일수록 복잡한 해협이나 연안지역에 적합하고 광역모델은 주로 대양에 적합한 것으로 사료되었다. 또한, 다양한 자료를 동화 .
- 셋째, 조위예측 시, 사용되는 조위관측자료의 누적 년수는 예측정확도에 큰 영향을 주지 않는 것으로 사료되었고 태음 분조의 진폭 변동과 관련한 보정 및 조화해석 기간 중, 특별한 외력이 없다면, 과거 조석의 월별 조위 특성은 조위 예측과 상관성 이 높은 것으로 사료된다.
- 첫째, 각 조위관측소의 환경차이와 불연속 특성을 갖는 조위자료로 인해 부분적 인 편차는 있으나 관측소 별로 조석의 주요 4분조마다 일정한 변동범위를 보였고 특히, 달의 교점 회귀년 주기에 따른 각 분조의 변동 경향도 확인할 수 있었다.
- 각 편차는 인천항 개발 전·후 주변 및 입지환경의 변화, 기후변화 등의 종합된 결과로 사료된다관측소별 조석 조화상수의 표준편차는 진폭 및 지각에서 평균 2cm 및 2° 내외의 분포를 보였다. 특히, 월미도 조위 관측소의 경우, 본 연구에서 산출한 18년(1976~1998)기간의 조화상수 진폭과 그림 1의 Shigeo(1950) 조화상수 진폭 성분은 매우 근접한 결과를 보였는데 약간의 편차는 30여 년의 경과기간 중 주변 환경 및 기후변화, 해석방법의 차이 등으로 사료된다. 또한, 세 조위관측소 주요 4분 조의 진폭을 식 (1)에 대입하고 산정한 조석유형상수 (R) 값은모두 0.
후속연구
- 또한, 다양한 자료를 동화 . 모델링한 조석모델의 특성 및 조화분석 프로그램의 해석 알고리즘 차이에 따른 특성 관계로 조석의 조화분석 시, 동일 계열 및 모듈을 사용한 모델과 해석프로그램을 사용해야 할 것이다.
- 특히, 인천만의 평균해수면은 우리나라 육상부, 표고의 기준면으로 학술적은 물론 실무적로도 의의가 크므로 평균해수면 및 기본수준면에 대한 면밀한 변동 분석을 통하여 국내에 맞는 관리기준을 정하고 유지관리 방안을 적극 검토해야할 것이다.
- 6년(NTDE ; National Tidal Datu® Epoch)으로 규정하고 있으며 기후변화, 쓰나미, 태풍 외 주변지형의 변화 등을 고려하여 25년 마다 기준면을 갱신하고 있다. 향후, 평균해수면 및 기본수준면에 대한 면밀한 변동 분석을 통하여 국내에 맞는 기준을 정하고 갱신여부를 검토해야할 것이다.
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