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[국내논문] 생태-유체역학 모델을 이용한 해수 수온 상승에 따른 황해 Chlorophyll-a의 장기 변화 예측
Long Term Chlorophyll-a Prediction Based on the Rise in Sea-Water Temperature Using the Eco-Hydrodynamic Model in the Yellow Sea 원문보기

환경영향평가 = Journal of environmental impact assessment, v.19 no.4, 2010년, pp.367 - 380  

권철휘 ((주)국토해양환경기술단) ,  권민선 ((주)국토해양환경기술단) ,  한인성 (국립수산과학원) ,  서영상 (국립수산과학원) ,  황재동 (국립수산과학원) ,  강훈 ((주)국토해양환경기술단) ,  이남도 ((주)국토해양환경기술단)

초록
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수산 해양환경적 측면에서 중요한 위치에 있는 황해(Yellow Sea)의 해양 생태계 변화과정에 대 한 체계적이고 심층적인 연구을 위하여 기후 변화와 관련된 생태 및 환경변화에 대한 황해 해역의 반응성 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 황해해역에서 수온 상승에 따른 클로로필의 변화를 살펴보고, 지구온난화가 해양환경과 생태계에 미칠 영향을 예측하고자 하였다. 황해해역에서 해수유동 모델의 결과를 기초 입력자료로 활용하여 클로로필과 상호작용을 하는 육상유입부하량, 저질 영양 염용출량 및 생물학적 파라메타 등을 입력하여 현재상태를 재현하였다. 우리나라 주변 해수의 온도가 지난 10년간 약 $0.75^{\circ}C$ 상승했다고 가정하였을 때, 본 실험에서는 수온이 선형적으로 연간 $0.075^{\circ}C$ 씩 상승한다고 가정하여 10년 후까지의 Chlorophyll-a 농도 변화를 예측하였다. 예측 결과, 연구해역의 중앙부에서는 전체적으로 농도가 높아지고, 우리나라 연안해역에서 Chlorophyll-a 의 농도가 낮아지는 것으로 예측되었다. 본 연구의 결과를 기초로 하여 10년 이상의 장기적인 예측실험을 한다면 기후변화가 황해해역의 생태계 변화에 미치는 영향을 파악할 수 있을 것으로 기대된다.

주제어

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제안 방법

  • Using the influx data provided by Lee and Chao(2003) as a reference for input data, the amount of inflow and outflow was set as 3sv for the Taiwan Warm Currents and as 24sv for Kuroshio warm currents, in order to make the calculation more convenient. Also, because the target sea area was a typical monsoon area influenced by northwesterly winds during winter and southeasterly winds during summer, the data from January to December of 2008 was entered in monthly time-series using variable wind system(Wxt , Wyt) 「NIMR/KMA WIND WAVES 2008 DB」, which changes according to time and space. The direction of the wind was altered as east-west and north-south components before being entered.
  • 075℃ every year. Because it was difficult to verify the average seawater circulation over a long period of time that exceeds the tide cycle in such a wide area, the verification was carried out carefully using data from previous studies instead (fig. 2). As a result the simulation of Kuroshio, Taiwan Warm Currents and other nearby sea currents in the East China Sea was quite successful.
  • Concentrating on Kuroshio and Taiwan Warn Currents found in the Yellow Sea and East China Sea during summer, this study simulated the seawater circulation while taking into account the variable wind system and influx load of fresh water, and evaluated the changes in Chlorophylla caused by the rise in sea surface temperature. Since a quantitative verification was difficult due to time and spatial restrictions, the movement of seawater was simulated and the trace of ARGO was meticulously verified, which resulted in a realistic calculation of the currents.
  • For winds, the time series data spanning one year regarding changing locations was entered using the 「NIMR/KMA WIND WAVES 2008 DB」. In order to take the sea currents into account, a simulation was carried out in which the load volumes(3sv, 24sv(1vs=106 m3/s)) of the Taiwan currents and Kuroshio at the southern and eastern open boundaries were entered. For Kuroshio this was repeated a few more times by adjusting the load volume according to the depth of water at each open boundary.
  • Meanwhile, focusing on the currents, wind fields and the inflow of fresh water at the same time, in the test the water temperature was changed in the following 4 stages: 1 year later, 2 years later, 5 years later, 10 years later. The results derived from the hydrodynamics in summer were entered as the basic flow field of the ecosystem model.
  • Concentrating on Kuroshio and Taiwan Warn Currents found in the Yellow Sea and East China Sea during summer, this study simulated the seawater circulation while taking into account the variable wind system and influx load of fresh water, and evaluated the changes in Chlorophylla caused by the rise in sea surface temperature. Since a quantitative verification was difficult due to time and spatial restrictions, the movement of seawater was simulated and the trace of ARGO was meticulously verified, which resulted in a realistic calculation of the currents. Also, when the distribution of Chlorophyll-a concentration detected during summertime was simulated using the Ecosystem model, the results were quite similar to the average Chlorophyll-a distribution pattern detected by satellites in July from 2007 to 2009.
  • Therefore, focusing on the Yellow Sea, this study aims to provide basic data that can be used to come up with countermeasures against changes in the ocean environment caused by climate changes, by predicting the impacts of the rise in sea surface temperature on the ocean environment and ecosystem using the ecosystem model.

이론/모형

  • In the study the eco-hydrodynamic model was used for the simulation of Yellow Sea’s tides, water temperature and other factors related to the ecosystem (Kremer & Nixon, 1978; Nakata et al., 1983).
  • The ocean density ρ was calculated using the Knudsen equation.
  • , 1983). This model is made up of multi-level hydrodynamic model (COSMOS), used for the sea water flow simulation, and the ecological model (EUTRP 2), used for the water quality simulation.
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참고문헌 (9)

  1. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, 2, 63-73. (in Korean) 

  2. Kim, D. M., 1999, The eutrophication modeling in the Yellow Sea using an ecosystem model, phD Dissertation, Department of Environmental Engineering, Pukyong National University, 143p. (in Korean) 

  3. Kim, G. S., Kim, D. M., and Park., C. K., 1999, A Rough Estimation of Environmental Capacity in the Yellow Sea using a Numerical Hydrodynamic Model, Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, 2, 63-73. (in Korean) 

  4. Kremer, J. N. and Nixon, S. W., 1978, A coastal marine ecosystem simulation and analysis, Springer-Verlag, 217. 

  5. Lee, D. I., Cho, H. S., Yun Y. H., Choi Y. C., and Lee, J. H., 2005, Summer environmental evaluation of water and sediment quality in the South Sea and East China Sea, Journal of Korean Society for Marine Environmental Engineering, 8, 83-99. (in Korean) 

  6. Lee, H.-J. and S.-Y. Chao, 2003. A climatological description of circulation in and around the East China Sea. Deep-Sea Research II 50, 1065-1084. 

  7. Naimie, C. K., Blain, C. A., and Lynch, D. R., 2001, Seasonal mean circulation in the Yellow Sea - a model-generated climatology, Continental Shelf Research, 21, 667-695. 

  8. Nakata, K., Horiguchi, F., Taguchi, K., and Setoguchi, Y., 1983. Three dimensional tidal current simulation in Oppa Bay, Bulletin of the National Research Institute for Pollution and Resources, 12, 17-36. (in Japanese) 

  9. Zhang, Q. L. and Weng. X. C., 1996, Analysis of water masses in the south Yellow Sea in Spring, The Yellow Sea, 2, 74-82. 

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