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문제 정의
- 본 연구에서는 태풍 무이파 내습전후의 서남해안 해양관측부이 에서 계측되어진 기상 및 해양파랑 자료를 바탕으로 태풍 내습시의 해상조건을 재해석하고자 하였다. 결과적으로 태풍의 동일 영향권에 포함되어 있음에도 불구하고 해역별로 수온 차이 발생, 계측된 입사 최대파고가 해역별로 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 태풍 무이파 내습전후의 서남해안 해양관측부이에서 계측되어진 기상 및 해양파랑 자료를 바탕으로 태풍 내습시의 해상조건을 재해석하고자 한다. 특히 태풍의 영향권에 포함되어 있음에도 불구하고 해역별로 수온 차이 발생, 계측된 입사 최대파고가 해역별로 차이를 보이는 점에 중점을 두어 고찰하고자 하였다.
- 본 연구에서는 태풍 무이파 내습전후의 서남해안 해양관측부이에서 계측되어진 기상 및 해양파랑 자료를 바탕으로 태풍 내습시의 해상조건을 재해석하고자 한다. 특히 태풍의 영향권에 포함되어 있음에도 불구하고 해역별로 수온 차이 발생, 계측된 입사 최대파고가 해역별로 차이를 보이는 점에 중점을 두어 고찰하고자 하였다.
제안 방법
- 해석방법은 대표적인 기상 및 해상 요소를 시간 흐름에 따라서 시계열로 나열하고 이를 각 부이별로 비교 분석하였다. 또한 기온과 수온, 풍향과 파향과의 상호 비교를 통해 해역별로 관측되어진 부이 자료가 어떠한 특징을 가지는 지에 대해서 해석하였다.
- 이러한 현상이 서해상의 다른 부이도 발생하는가를 살펴보기 위해 Fig. 5와 같이 서해상 3개 부이에서 관측된 결과를 비교하였다. 결과적으로 외연도와 덕적도의 경우 칠발도와는 또 다른 시계열 변화 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
- 분석 자료는 각 부이별, 각 요소별로총 4,320개에 해당하지만 각 부이별로 결측된 자료에 대해서는 고려하지 않았다. 해석방법은 대표적인 기상 및 해상 요소를 시간 흐름에 따라서 시계열로 나열하고 이를 각 부이별로 비교 분석하였다. 또한 기온과 수온, 풍향과 파향과의 상호 비교를 통해 해역별로 관측되어진 부이 자료가 어떠한 특징을 가지는 지에 대해서 해석하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 상술한 바와 같이 Fig. 1의 제주 마라도, 전남 칠발도, 남해 거문도, 경남 거제도 부이로부터 관측된 2011년 8월 5일부터 9일까지의 1시간 간격의 풍향, 풍속, 기온, 대기압 등의 4가지 기상 요소와 수온, 파고(최대 및 유의파고, 주기), 파향 등의 5개의 해양 요소를 수집하여 사용하였다. 분석 자료는 각 부이별, 각 요소별로총 4,320개에 해당하지만 각 부이별로 결측된 자료에 대해서는 고려하지 않았다.
데이터처리
- 각 부이별 기상 및 해양 요소를 상호 비교하기 위해 RMSE, AAE, 상관계수와 같은 정량적 및 정성적 통계적 방법을 사용하였다. 정량적 평가방법으로 가장 많이 사용되고 있는 것으로 식 (1)과 같이각 지점별 유의 파고, 풍속 성분을 상호 비교하기 위해 RMSE(Root mean square error)를, 식 (2)와 같이 두 값의 절대값을 표시하고 그 값을 합하여 관측된 개수 만큼 나누는 방법인 절대평균오차(Absolute Average Error or AAE)를 해석한다.
- 각 부이별 기상 및 해양 요소를 상호 비교하기 위해 RMSE, AAE, 상관계수와 같은 정량적 및 정성적 통계적 방법을 사용하였다. 정량적 평가방법으로 가장 많이 사용되고 있는 것으로 식 (1)과 같이각 지점별 유의 파고, 풍속 성분을 상호 비교하기 위해 RMSE(Root mean square error)를, 식 (2)와 같이 두 값의 절대값을 표시하고 그 값을 합하여 관측된 개수 만큼 나누는 방법인 절대평균오차(Absolute Average Error or AAE)를 해석한다. AAE는 관측자료가 평균값으로 부터 벗어난 정도이며, RMSE는 통계학에서 표준 편차의 의미 즉, 두 지역 부이의 실제 관측 결과가 평균적으로 얼마만큼 차이나는가를 나타낸다.
- 태풍 내습시 각 부이별 기상 및 해양 요소를 상호 비교하기 위해 RMSE, AAE, 상관계수와 같은 정량적 및 정성적 통계적 방법을 사용하였다. 계산되어진 결과는 Table 1과 같이 정리하였다.
이론/모형
- AAE는 관측자료가 평균값으로 부터 벗어난 정도이며, RMSE는 통계학에서 표준 편차의 의미 즉, 두 지역 부이의 실제 관측 결과가 평균적으로 얼마만큼 차이나는가를 나타낸다. 또한 정성적 평가방법으로서는 상관계수, 신뢰지수, 일치지수 등이 있는데 여기서는 식 (3)과 같이 두 값의 상관관계를 나타내주는 방법으로써 상관계수(Correlation Coefficient or CC)를 사용하였다. 이는 하나의 변수가 다른 변수와 어느 정도 밀접한 관련성을 갖는지 알아보기 위해 사용되며 그 값이 1일 때 두 값이 완벽하게 일치함을, 0이하일 경우 서로 상관관계가 없음을 나타낸다(김태윤 등, 2011).
성능/효과
- (1) 태풍이 목포 서쪽 약 230 km 부근 해상에 위치할 때(2010년 8월 7일 21시) 칠발도의 기압 저하에 의한 해수면 상승량은 25.64 cm, 거문도는 16.43 cm, 거제도는 9.60 cm로 산정되었다. 태풍 중심으로부터 거리상 멀어짐에 따라서 해수면 상승량이 감소하는 것을 알 수 있다.
- (2) 최대파고가 발생하는 상황을 살펴보면 마라도 부이는 7일 6시 최대파고 13.7 m(파향 SSW), 칠반도는 7일 21시 최대 10.3 m (파향 E), 거문도는 7일 14시에 최대 13.6 m(파향 WNW)을 나타내었다. 최대파고가 발생한 시점을 비교하면 특징적으로 거문도가 칠발도에 비해 약 7시간 앞서 발생하였다.
- (3) 태풍이 도달하기 전의 해상 기온과 수온의 경우 칠발도의 경우 수온이 20~22℃, 거문도의 경우 26~28℃, 마라도의 경우 28~30℃의 범위에서 변동하였으며, 기온의 변화폭이 칠발도에서 3~7℃로서 다른 해역의 2℃이내 범위보다 크게 변동하는 것으로 나타났다. 즉, 태풍 내습시 서해(칠발도 해역) 해상조건이 타 해역과 차이를 보이고 있는데 해역의 저수온으로 인해 타 해역에 비해 파랑에너지의 감소 요인으로 작용하였을 것으로 생각된다.
- (4) 태풍 내습 전 풍향은 대체적으로 NE계열이, 파향은 S 또는 SW계열을 보이다가 태풍 내습시 풍향과 파향은 S 및 W계열이 발달함으로써 바람이 해수를 해상에서 연안(해안) 방향으로 수송하는 외력으로 작용하였음을 알 수 있다.
- (5) 태풍 내습시 각 부이별 기상 및 해양 요소를 상호 비교하기 위해 RMSE, AAE, 상관계수를 계산한 결과, 외해에 위치한 마라도 부이는 칠발도 부이 결과와는 음의 상관성을, 거문도와 거제도 부이와는 양의 상관성을 보이고 있음을 알 수 있다. 특히 기온, 수 온, 파랑의 상관계수에서 더욱 뚜렷하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
- Fig. 3(a)의 최대파고가 계측되어진 시점에서의 파향과 풍향 값을 각 부이별로 살펴보면 마라도 부이는 7일 6시 최대파고 13.7 m 발생시 파향은 SSW, 풍향은 ESE이었으며, 칠반도는 7일 21시 최대파고 10.3 m일 때 파향은 E, 풍향은 SSE, 거문도는 7일 11시 최대파고 13.2 m일 때 파향은 SW, 풍향은 ESE로 나타났다.
- 결과적으로 각 요소별로 RMSE를 통해 표준 편차가 가장 작은 값을 가지는 경우는 마라도 부이와 거문도 부이의 상호비교에서, 또한 거문도와 거제도 부이의 상호비교에서 그 값이 대체적 낮았다. 또한 AAE의 산정값에서도 RMSE과 비슷한 결과를 나타내었는데 이는 외해에 위치한 마라도 부이는 거문도 및 거제도 부이와 유사한 해양환경특성을 보이고 있음을 나타낸다.
- 5와 같이 서해상 3개 부이에서 관측된 결과를 비교하였다. 결과적으로 외연도와 덕적도의 경우 칠발도와는 또 다른 시계열 변화 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 즉, 외연도의 경우 태풍 내습전에 수온은 약 26℃이고 기온은 약 28℃에서 소폭 변화하는 특성을 보이나, 덕적도의 경우 수온은 전체적으로 약 21℃이내에서 일정한 패턴을, 기온은 약 22℃에서 태풍 내습전 시기에는 약 28℃까지 상승하다가 태풍 내습후에는 약 22℃까지 낮아지는 경향을 보이고 있다.
- 결과적으로 전술한 바와 같이 태풍 내습시 서해-남해-제주의 해상조건이 차이를 보이고 있고 이로 인해 해수면의 상승에 영향을주었을 것으로 생각할 수 있다. 즉, 해상 기온과 수온이 높은 제주 -남해 해역과 외연도 주변해역에서 해수 온도 상승에 따른 해수면상승과 고파랑 발생 가능성이 높다고 할 수 있다.
- 본 연구에서는 태풍 무이파 내습전후의 서남해안 해양관측부이 에서 계측되어진 기상 및 해양파랑 자료를 바탕으로 태풍 내습시의 해상조건을 재해석하고자 하였다. 결과적으로 태풍의 동일 영향권에 포함되어 있음에도 불구하고 해역별로 수온 차이 발생, 계측된 입사 최대파고가 해역별로 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다. 주요 연구내용을 요약하면 다음과 같다.
- 또한 AAE의 산정값에서도 RMSE과 비슷한 결과를 나타내었는데 이는 외해에 위치한 마라도 부이는 거문도 및 거제도 부이와 유사한 해양환경특성을 보이고 있음을 나타낸다. 상관계수(CC)의 산정결과에서도 마라도가 칠발도 부이 결과와는 음의 상관성을, 거문도와 거제도 부이와는 양의 상관성을 보이고 있음을 알 수 있다. 특히 기온, 수온, 파랑의 상관계수에서 더욱 뚜렷하게 나타나고 있음을 알 수 있다.
- 이상의 결과를 바탕으로 태풍 무이파 내습시 각 부이에서의 Hmax 와 H1/3 의 비를 살펴보면 칠발도의 경우 1.19~1.71, 거문도 1.17~1.80, 거제도 1.21~1.91이었으며 류황진 등(2004a)이 홍도 해역에서 계측한 태풍 프라피룬 내습시 1.10~1.87, 루사 내습시 1.27~1.87과는 거의 유사한 값을 나타내었다.
- 4에서 태풍이 한반도 해역에 도달하기 전인 8월 5일~7일까 지의 해상 기온과 수온의 경우 대체적으로 칠발도를 제외하고 나머지 부이에서 거의 유사한 패턴을 보이고 있으나 칠발도 해상 기온은 변동이 크고 수온은 대체적으로 낮은 값을 보이고 있다. 즉, 칠발도의 경우 수온이 20~22℃, 거문도의 경우 26~28℃, 마라도의 경우 28~30℃의 범위에서 변동하였으며, 기온의 변화폭이 칠발도에서 3~7℃로서 다른 해역의 2℃이내 범위보다 크게 변동하는 것으로 나타났다. 이는 태풍 내습시 서해(칠발도 해역) 해상조건이 타 해역과 차이를 보이고 있는데 해역의 저수온으로 인해 타해역에 비해 파랑에너지의 감소 요인으로 작용하였을 것으로 생각 된다.
후속연구
- 이상의 결과는 태풍 무이파 내습시 해양관측부이로부터 획득되어진 자료를 이용하여 광역의 범위에서 해석한 결과로서 연안의 국지적인 영향(수심, 육상 지형 등)은 고려되지 못한 부분이 있다. 따라서 향후 육상관측 대기시스템인 AWS 관측결과와의 비교를 통해 그 상호연관성을 해석함이 요구된다고 할 것이다.
- 즉, 태풍 ‘매미’ 내습시 최대유의파고 발생 시점을 살펴보면 제주도(차귀도)가 16시, 마산만 21시, 부산 수영만 22시, 울산항 23시로서 전체적으로 제주-울산까지는 7시간 차이를 나타내지만 제주-울산간이 동일 풍역대라고 할 수 없으며 근접한 마산-부산사이에는 약 1시간, 울산까지는 2시간 정도의 차이를 보인다. 물론 태풍 경로 및 강도, 바람의 정도, 최대파고 및 유의파고의 발생한계가 다르다는 측면을 고려하더라도 상술한 타연구자와의 연구결과와 본 논문에서 제시하는 결과는 다소 차이를 보이는 것은 향후 면밀히 재검토되어야할 부분으로 생각된다.
- 이상의 결과는 태풍 무이파 내습시 해양관측부이로부터 획득되어진 자료를 이용하여 광역의 범위에서 해석한 결과로서 연안의 국지적인 영향(수심, 육상 지형 등)은 고려되지 못한 부분이 있다. 따라서 향후 육상관측 대기시스템인 AWS 관측결과와의 비교를 통해 그 상호연관성을 해석함이 요구된다고 할 것이다.
- 이는 태풍 내습시 서해(칠발도 해역) 해상조건이 타 해역과 차이를 보이고 있는데 해역의 저수온으로 인해 타해역에 비해 파랑에너지의 감소 요인으로 작용하였을 것으로 생각 된다. 해역의 저수온 발생 현상 원인에 대해서는 현재 상황으로는 판단하기 어려우나 전술한 바와 같이 연안수와 쓰시마 난류 수괴의 영향이라 생각되며 향후 이에 대한 검토가 필요할 것으로 생각된다.
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