2009년 강원 연안의 계절별 수괴 분포 및 영양염의 시공간적 특성 Seasonal Distribution of Water Masses and Spatio-temporal Characteristics of Nutrients in the Coastal Areas of Gangwon Province of the Korean East Sea in 2009원문보기논문타임라인
우리나라 동해 강원 연안에서의 계절 변화에 따른 수괴의 분포와 화학적 특성을 규명하기 위하여 2009년 2월, 5월, 8월 그리고 11월에 고성, 속초, 양양, 강릉, 동해 연안의 5개 지점에서 CTD 관측과 동시에 영양염의 분포 특성을 조사하였다. 수온과 염분 분포를 통하여 연구해역에서의 수괴는 대마난류표층수, 대마난류중층수, 북한한류수, 동해고유수와 각 수괴들이 혼합된 혼합수로 구분되었다. 계절 변화에 따른 수괴의 분포를 보면 2월은 수직혼합이 활발하였으며 표층수의 대부분이 대마난류중층수에 기인하였고, 5월에 대마난류표층수는 강원 해역까지 진출하지 못하여 관측되지 않았다. 8월은 표층에 대마난류표층수가 유입되었으며, 11월에는 대마난류의 영향이 서서히 줄어들고 북한한류가 다시 강화되어 나타났다. 영양염 농도의 수직적 분포는 계절변화에 관계없이 표층에서 가장 낮은 농도를 보이다가 수온약층 부근에서 급격히 증가하였고, 이후 수심 200 m 이하에서 질산염과 인산염은 수심이 증가함에 따라 대체로 일정한 값을 보였으나 규산염은 증가하는 경향을 보였다. 이는 규산염의 재생산 속도가 다른 영양염의 재 생산 속도에 비해 느리기 때문에 나타나는 현상이다. 연구해역에서의 수괴별 영양염의 농도 분포는 4계절 모두 동해고유수에서 가장 높았고, 그 다음으로 북한한류수, 대마난류중층수, 대마난류표층수의 순이었다. 연구해역에서의 수괴별 N/P ratio는 2월, 5월 그리고 11월은 대부분의 수괴에서 Redfield ratio보다 높거나 비슷한 수치를 나타내고 있어 대체로 이 기간 동안의 표층에서 질산염이 식물플랑크톤 성장의 제한인자로 작용하고 있지 않음을 지시한다. 반면에 8월은 대마난류표층수에서의 N/P ratio가 Redfield ratio보다 크게 낮게 나타났으며 표층에서 질산염 평균 농도가 0.86 ${\mu}m$을 나타내어, 본 연구해역에서는 8월의 표층에서 질산염이 식물플랑크톤 성장의 제한인자로 작용하고 있음을 보여주고 있다.
우리나라 동해 강원 연안에서의 계절 변화에 따른 수괴의 분포와 화학적 특성을 규명하기 위하여 2009년 2월, 5월, 8월 그리고 11월에 고성, 속초, 양양, 강릉, 동해 연안의 5개 지점에서 CTD 관측과 동시에 영양염의 분포 특성을 조사하였다. 수온과 염분 분포를 통하여 연구해역에서의 수괴는 대마난류표층수, 대마난류중층수, 북한한류수, 동해고유수와 각 수괴들이 혼합된 혼합수로 구분되었다. 계절 변화에 따른 수괴의 분포를 보면 2월은 수직혼합이 활발하였으며 표층수의 대부분이 대마난류중층수에 기인하였고, 5월에 대마난류표층수는 강원 해역까지 진출하지 못하여 관측되지 않았다. 8월은 표층에 대마난류표층수가 유입되었으며, 11월에는 대마난류의 영향이 서서히 줄어들고 북한한류가 다시 강화되어 나타났다. 영양염 농도의 수직적 분포는 계절변화에 관계없이 표층에서 가장 낮은 농도를 보이다가 수온약층 부근에서 급격히 증가하였고, 이후 수심 200 m 이하에서 질산염과 인산염은 수심이 증가함에 따라 대체로 일정한 값을 보였으나 규산염은 증가하는 경향을 보였다. 이는 규산염의 재생산 속도가 다른 영양염의 재 생산 속도에 비해 느리기 때문에 나타나는 현상이다. 연구해역에서의 수괴별 영양염의 농도 분포는 4계절 모두 동해고유수에서 가장 높았고, 그 다음으로 북한한류수, 대마난류중층수, 대마난류표층수의 순이었다. 연구해역에서의 수괴별 N/P ratio는 2월, 5월 그리고 11월은 대부분의 수괴에서 Redfield ratio보다 높거나 비슷한 수치를 나타내고 있어 대체로 이 기간 동안의 표층에서 질산염이 식물플랑크톤 성장의 제한인자로 작용하고 있지 않음을 지시한다. 반면에 8월은 대마난류표층수에서의 N/P ratio가 Redfield ratio보다 크게 낮게 나타났으며 표층에서 질산염 평균 농도가 0.86 ${\mu}m$을 나타내어, 본 연구해역에서는 8월의 표층에서 질산염이 식물플랑크톤 성장의 제한인자로 작용하고 있음을 보여주고 있다.
In order to investigate the distribution of water masses and spatio-temporal variation of nutrients in the coastal areas of Gangwon province of the Korean East Sea, a survey of the physico-chemical parameters (temperature and salinity) and nutrients ($NO_2$-N, $NO_3$-N, $N...
In order to investigate the distribution of water masses and spatio-temporal variation of nutrients in the coastal areas of Gangwon province of the Korean East Sea, a survey of the physico-chemical parameters (temperature and salinity) and nutrients ($NO_2$-N, $NO_3$-N, $NH_4$-N, $PO_4$-P, and $SiO_2$-Si) was carried out at 5 locations (Goseong, Sokcho, Yangyang, Gangneung, and Donghae) in February, May, August, and November 2009. The water masses included in the study area were divided into 4 groups; 1) Tsushima Surface Water (TSW), 2) Tsushima Middle Water (TMW), 3) North Korean Cold Water (NKCW), and 4) East Sea Proper Water (ESPW). The distribution of water masses was affected by the change of season. In February, surface water was derived from the TMW. The TSW was not observed in May, but only observed in August. In November, as the influence of the TSW weakened, that of the NKCW strengthened. Considering the vertical profiles of nutrients, the concentrations in all the seasons were very low within the surface water, but increased rapidly near the thermocline. Most of nutrient concentrations, except for dissolved silicate, remained constant below the depth of 200 m. However, the dissolved silicate concentration increased with depth, suggesting that silicate has a delayed regenerative pattern. The ESPW had the highest nutrient concentration, followed by the NKCW, TMW, and TSW. In February, May, and November, the N/P ratio in most of the water masses was similar to or larger than the Redfield ratio, indicating that nitrogenous nutrients did not act as a limiting factor for phytoplankton growth. However, in August, the N/P ratio in the TSW was less than the Redfield ratio, and the concentration of $NO_2$-N+$NO_3$-N was 0.86 ${\mu}m$, indicating that nitrogenous nutrients did act as a limiting factor for phytoplankton growth in the study area.
In order to investigate the distribution of water masses and spatio-temporal variation of nutrients in the coastal areas of Gangwon province of the Korean East Sea, a survey of the physico-chemical parameters (temperature and salinity) and nutrients ($NO_2$-N, $NO_3$-N, $NH_4$-N, $PO_4$-P, and $SiO_2$-Si) was carried out at 5 locations (Goseong, Sokcho, Yangyang, Gangneung, and Donghae) in February, May, August, and November 2009. The water masses included in the study area were divided into 4 groups; 1) Tsushima Surface Water (TSW), 2) Tsushima Middle Water (TMW), 3) North Korean Cold Water (NKCW), and 4) East Sea Proper Water (ESPW). The distribution of water masses was affected by the change of season. In February, surface water was derived from the TMW. The TSW was not observed in May, but only observed in August. In November, as the influence of the TSW weakened, that of the NKCW strengthened. Considering the vertical profiles of nutrients, the concentrations in all the seasons were very low within the surface water, but increased rapidly near the thermocline. Most of nutrient concentrations, except for dissolved silicate, remained constant below the depth of 200 m. However, the dissolved silicate concentration increased with depth, suggesting that silicate has a delayed regenerative pattern. The ESPW had the highest nutrient concentration, followed by the NKCW, TMW, and TSW. In February, May, and November, the N/P ratio in most of the water masses was similar to or larger than the Redfield ratio, indicating that nitrogenous nutrients did not act as a limiting factor for phytoplankton growth. However, in August, the N/P ratio in the TSW was less than the Redfield ratio, and the concentration of $NO_2$-N+$NO_3$-N was 0.86 ${\mu}m$, indicating that nitrogenous nutrients did act as a limiting factor for phytoplankton growth in the study area.
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문제 정의
[1989]는 동해에서 추계의 기초생산력과 질소계 영양염의 동적 관계에 대해 보고한 바 있으며, Yang et al.[1991]이 동해 중부해역의 극전선역에서 동계와 하계에 출현하는 수괴의 수직적 분포양상과 이들 수괴의 화학적 특성을 밝히고자 하였다. 또한 Moon et al.
따라서 본 연구에서는 우리나라 동해의 강원 연안에서 2009년의 4계절 동안 측정된 수온과 염분으로부터 계절 변화에 따른 수괴의 분포를 분석하고, 무기 영양염류의 수괴별, 계절별 농도분포와 영양염 원소의 상호관계로부터 강원 연안에서의 계절 변화에 따른 영양염류의 시공간적 특성을 규명하고자 한다.
가설 설정
강원 연안의 계절별 물리적 특성을 알아보기 위하여, 고성, 속초, 양양, 강릉, 동해의 5개 지점들이 남북방향으로 일직선상에 놓여있다고 가정한 후 수온과 염분의 수직 단면도를 Fig. 2와 Fig. 3에 도시하였다.
제안 방법
시료 채취 수심은 각 지점에서의 최저층 수심을 고려하여 선정하였다. 고성은 0, 100, 200, 300, 400, 500 m, 속초는 0, 100, 200, 300, 500, 600 m, 양양은 0, 200, 400, 600, 800, 1000 m, 강릉은 0, 50, 100, 200, 250, 300 m 그리고 동해는 0, 50, 100, 150, 200, 250 m에서 각각 채수하였다. 해양조사는 강원도립대학 연안해양조사선인 ‘해송호’를 사용하여 동계, 춘계, 하계, 추계로 나누어 2009년 2월, 5월, 8월, 11월의 총 4차례에 걸쳐 시행되었다.
동해 강원 연안에서의 계절별 수괴 분포와 화학적 특성을 규명하기 위하여 2009년 2월, 5월, 8월 그리고 11월의 4계절에 걸쳐 고성, 속초, 양양, 강릉, 동해 연안의 5개 지점에서 CTD 관측과 동시에 영양염의 분포 특성을 조사하였다.
시료는 미리 산세척한 125 ml의 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 병에 담아 즉시 냉동한 후 실험실로 옮겨서 구경 0.45 µm (직경 47 mm)의 Nuclepore 막여과지로 여과하였다.
연구 해역의 수질특성을 파악하기 위한 수온, 염분은 현장에서 바로 이루어졌으며, CTD(염분수온수심기록계, Idronaut)을 이용하여 측정하였다. 채수된 시료의 영양염 농도는 해양환경공정시험법에 의거하여 영양염 자동 분석기(Bran+Lubbe, QuAAtro)를 이용하여 아질산염(nitrite), 질산염(nitrate), 인산염(phosphate), 규산염(silicate)을 분석하였다(해양수산부[2005]).
대상 데이터
수온, 염분을 이용한 T-S diagram으로부터 본 연구 해역에서 수괴는 대마난류표층수(TSW), 대마난류중층수(TMW), 북한한류수(NKCW), 동해고유수(ESPW)와 각 수괴들이 혼합된 혼합수(MW1, MW2, MW3)로 구분되었다. 계절 변화에 따른 수괴의 분포를 분석한 결과, 2월은 수직혼합이 활발하여 모든 수괴들이 수직적으로 일직선상에 존재하였으며 표층수의 대부분이 대마난류중층수에 기인하였고, 5월에도 대마난류표층수는 강원 연안에서 관측되지 않았고, 대마난류중층수의 특성을 가진 수괴가 강화되어 나타났다.
연구 해역은 우리나라 동해의 강원 연안이며, 고성, 속초, 양양, 강릉, 동해의 5개 지점을 대상으로 하였다(Fig. 1). 시료 채취 수심은 각 지점에서의 최저층 수심을 고려하여 선정하였다.
영양염 측정을 위한 시료는 각 조사정점에서 윈치에 장착된 5 l의 Niskin 채수기를 이용하여 채수하였다. 시료는 미리 산세척한 125 ml의 고밀도폴리에틸렌(HDPE) 병에 담아 즉시 냉동한 후 실험실로 옮겨서 구경 0.
해양조사는 강원도립대학 연안해양조사선인 ‘해송호’를 사용하여 동계, 춘계, 하계, 추계로 나누어 2009년 2월, 5월, 8월, 11월의 총 4차례에 걸쳐 시행되었다.
이론/모형
영양염 분석 결과의 정확성을 검증하기 위하여 NRC(National Research Council Canada)에서 제공한 표준물질인 MOOS-1을 함께 분석하였다. MOOS-1을 반복 분석 한 결과, 각 영양염 분석농도의 보증농도에 대한 상대표준편차는 SiO2가 0.
연구 해역의 수질특성을 파악하기 위한 수온, 염분은 현장에서 바로 이루어졌으며, CTD(염분수온수심기록계, Idronaut)을 이용하여 측정하였다. 채수된 시료의 영양염 농도는 해양환경공정시험법에 의거하여 영양염 자동 분석기(Bran+Lubbe, QuAAtro)를 이용하여 아질산염(nitrite), 질산염(nitrate), 인산염(phosphate), 규산염(silicate)을 분석하였다(해양수산부[2005]).
성능/효과
영양염 분석 결과의 정확성을 검증하기 위하여 NRC(National Research Council Canada)에서 제공한 표준물질인 MOOS-1을 함께 분석하였다. MOOS-1을 반복 분석 한 결과, 각 영양염 분석농도의 보증농도에 대한 상대표준편차는 SiO2가 0.5%로 가장 낮았고, NO3+NO2가 6.1%로 가장 높은 편차를 보였다. 또한 보증농도에 대한 평균 회수율은 NO3+NO2의 98.
각 수괴의 영양염의 평균농도는 동해고유수에서 가장 높았고, 그 다음으로 북한한류수, 대마난류중층수, 대마난류표층수의 순이었다. 수괴들의 계절별 농도분포는 2월에 활발한 수직혼합으로 인해 표층수괴의 모든 영양염의 농도가 높게 나타났으며, 출현한 수괴들 간의 영양염 농도의 차이도 4계절 중 가장 작게 나타났다.
09 psu이었다. 각 혼합수괴의 기원을 추측해 보면, MW1은 평균수온 13.58℃, 평균염분 33.84 psu로 대마난류표층수와 대마난류중층수의 중간값을 나타내고 있어 이들 두 수괴의 혼합수로 생각되며, MW2는 평균수온 10.36℃, 평균염분 33.69 psu로 대마난류표층수와 북한한류수의 혼합수로 생각된다. 그리고 MW3은 평균수온 7.
강원 연안에서의 수괴를 분석하기 위하여 수온, 염분 데이터를 이용하여 이제까지 동해 해역에 보고된 각 수괴의 물리적 특성치(Table 2)와 비교해 본 결과, 본 조사해역에 존재하는 수괴는 대마난류표층수(TSW: Tsushima Surface Water), 대마난류중층수(TMW: Tsushima Middle Water), 북한한류수(NKCW: North Korean Cold Water), 동해고유수(ESPW: East Sea Proper Water)의 4개의 수괴와 각 수괴들이 혼합된 혼합수(MW: Mixed water) MW1, MW2, MW3 등 7개로 구분되었다. 이들 각 수괴의 물리적 특성치는 Table 3에 나타내었다.
수온, 염분을 이용한 T-S diagram으로부터 본 연구 해역에서 수괴는 대마난류표층수(TSW), 대마난류중층수(TMW), 북한한류수(NKCW), 동해고유수(ESPW)와 각 수괴들이 혼합된 혼합수(MW1, MW2, MW3)로 구분되었다. 계절 변화에 따른 수괴의 분포를 분석한 결과, 2월은 수직혼합이 활발하여 모든 수괴들이 수직적으로 일직선상에 존재하였으며 표층수의 대부분이 대마난류중층수에 기인하였고, 5월에도 대마난류표층수는 강원 연안에서 관측되지 않았고, 대마난류중층수의 특성을 가진 수괴가 강화되어 나타났다. 8월은 대마난류표층수가 강원 연안의 표층에 유입되었고 4개의 수괴가 모두 나타났으며, 11월에는 대마난류의 영향이 서서히 줄어들고 북한한류가 다시 강화되어 나타났다.
그리고 대마난류중층수가 질산염 평균 0.98~7.00 µM, 규산염 5.40~12.47 µM, 인산염 0.16~0.35 µM이었고, 대마난류표층수가 질산염 평균 0.86~3.77 µM, 규산염 3.07~10.05 µM, 인산염 0.10~0.32 µM으로 가장 낮았다.
N/P ratio는 2월, 5월 그리고 11월은 대부분의 수괴에서 Redfield ratio보다 높거나 가까운 수치를 나타낸 반면, 8월은 대마난류표층수에서의 N/P ratio가 Redfield ratio보다 매우 낮게 나타났다. 따라서 본 연구해역에서는 4계절 중 8월의 표층에서 질산염이 식물플랑크톤 성장의 제한인자로 작용하고 있음을 알 수 있었고, 계절 변화에 따라 영양염의 분포 특성이 다르게 나타남을 확인 할 수 있었다.
34 µM으로 가장 높은 영양염 농도를 보였다. 또한 4계절 모두 동해고유수에서 규산염 농도의 증가폭이 가장 큰 것으로 보아, 규산염의 재생산 속도가 느리기 때문에 질산염이나 인산염이 재생산되는 수심보다 깊은 심층에서 높은 농도를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
8월에는 강한 수온약층 형성으로 인하여 심층으로부터 영양염 공급이 차단되어 표층수괴의 영양염 농도가 4계절 중 가장 낮았고, 동해고유수의 영양염 농도는 가장 높았다. 또한 4계절 모두 동해고유수에서의 규산염 농도의 증가폭이 가장 크게 나타난 것으로 보아, 규산염의 느린 재생산 속도로 인해 질산염이나 인산염이 재생산되는 수심보다 깊은 심층에서 규산염의 재생산이 이루어지고 있었다. 11월에는 다시 표층수괴의 영양염 농도가 높아졌고, 점점 수직혼합이 활발해지므로 수괴들 간의 영양염 농도의 차이도 서서히 줄어들었다.
8월은 대마난류표층수가 강원 연안의 표층에 유입되었고 4개의 수괴가 모두 나타났으며, 11월에는 대마난류의 영향이 서서히 줄어들고 북한한류가 다시 강화되어 나타났다. 또한 대마난류표층수, 대마난류중층수 그리고 북한한류수는 계절에 따라 수직분포 및 수온, 염분의 차이를 보였지만, 동해고유수는 4계절 모두 수심 약 200 m이하에 존재하였으며, 수온과 염분도 일정한 값을 나타내었다.
10에 각 수괴의 N/P ratio, Si/P ratio를 계절별로 도시하였고, 그 범위를 Table 4에 나타내었다. 먼저 N/P ratio를 살펴보면, 2월은 수직혼합이 활발하여 전 수괴에서의 N/P ratio의 평균값이 19.04~20.66로 유사한 값을 나타내었고, 모두 Redfield ratio인 16보다 높은 값을 보였다. 또한 5월과 11월도 대부분의 수괴에서 Redfield ratio보다 높거나 가까운 수치를 보였다.
각 수괴의 영양염의 평균농도는 동해고유수에서 가장 높았고, 그 다음으로 북한한류수, 대마난류중층수, 대마난류표층수의 순이었다. 수괴들의 계절별 농도분포는 2월에 활발한 수직혼합으로 인해 표층수괴의 모든 영양염의 농도가 높게 나타났으며, 출현한 수괴들 간의 영양염 농도의 차이도 4계절 중 가장 작게 나타났다. 5월에는 호전된 광조건으로 인해 식물플랑크톤의 증식이 발생하여 표층수괴의 영양염 농도가 낮았다.
55 µM의 농도범위를 나타내었다. 질산염, 규산염, 인산염 농도의 수직 분포 양상은 계절 변화에 관계없이 모두 비슷한 경향을 보였는데, 표층에서 가장 낮은 농도를 보이다가 수온약층 부근에서 급격히 증가하였고, 이후 심층(수심 200 m 이하)에서 질산염과 인산염은 수심이 증가함에 따라 대체로 일정한 값을 보였으나 규산염은 증가하는 경향을 보였다. 이는 규산염의 재생산 속도가 다른 영양염의 재생산 속도에 비해 느리기 때문에 일어나는 현상이다(Kido and Nishimura[1973]).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동해란?
동해는 북서태평양의 연해로서 한반도, 일본열도, 시베리아 대륙으로 둘러싸인 반폐쇄성 해양이다. 평균 수심이 약 1,500 m(최대 수심 약 3700 m)에 달하면서도 외해와 연결하는 4개 해협, 즉 소야해협, 타타르해협, 쓰가루해협, 대한해협의 수심이 얕아 심층수가 인접 바다와 교환되는 양이 작다.
동해의 주된 해류는?
[1995]; Wakatsuchi[1996]). 동해의 주된 해류는 대한해협을 통하여 유입하는 대마난류수이고 동해안을 따라 북상하면서 중·저층의 동해 고유냉수나 북한한류수와 접촉하여 수직적으로 약층을 이루고 수평적으로는 극전선을 이룬다(Yang et al.[1991]).
동해의 특징은?
동해는 북서태평양의 연해로서 한반도, 일본열도, 시베리아 대륙으로 둘러싸인 반폐쇄성 해양이다. 평균 수심이 약 1,500 m(최대 수심 약 3700 m)에 달하면서도 외해와 연결하는 4개 해협, 즉 소야해협, 타타르해협, 쓰가루해협, 대한해협의 수심이 얕아 심층수가 인접 바다와 교환되는 양이 작다. 동해는 공간적인 크기가 대양에 비해 작으나 대양과 유사한 이중 대순환(double gyre) 형태의 상층순환이 존재하며, 해양 현상들이 일어나 축소판 해양(Miniature Ocean)으로 불리어지고 있다(Ichiye[1984]).
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