한국 남해에서 조류와 취송류, 밀도류 그리고 잔차류의 특성을 이해하기 위하여 3차원유동모델(POM; Princeton Ocean Model)을 이용하였다. 조석 잔차류의 분포를 보면, 대조기에는 동쪽 방향으로의 흐름이, 소조기에는 서쪽으로의 흐름이 우세하였다. 잔차류는 연안에서 지형의 효과로 인하여 불규칙하게 나타났다. 연안역에서의 밀도류는 비교적 약하고 계절적인 차이는 작다. 외해에서는 특별한 유동현상을 주목해야 한다. 즉, 외양역에서의 흐름은 쓰시마 해류와 유사한 결과를 보이고 있다. 연안역에서의 취송류는 외해역에서 보다 매우 강하게 나타났다. 또한 표층의 해류가 저층의 해류보다 강하게 나타났다. 이상의 결과를 통하여 남해안에서의 물질 이동 확산을 예측하기 위한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단된다.
한국 남해에서 조류와 취송류, 밀도류 그리고 잔차류의 특성을 이해하기 위하여 3차원유동모델(POM; Princeton Ocean Model)을 이용하였다. 조석 잔차류의 분포를 보면, 대조기에는 동쪽 방향으로의 흐름이, 소조기에는 서쪽으로의 흐름이 우세하였다. 잔차류는 연안에서 지형의 효과로 인하여 불규칙하게 나타났다. 연안역에서의 밀도류는 비교적 약하고 계절적인 차이는 작다. 외해에서는 특별한 유동현상을 주목해야 한다. 즉, 외양역에서의 흐름은 쓰시마 해류와 유사한 결과를 보이고 있다. 연안역에서의 취송류는 외해역에서 보다 매우 강하게 나타났다. 또한 표층의 해류가 저층의 해류보다 강하게 나타났다. 이상의 결과를 통하여 남해안에서의 물질 이동 확산을 예측하기 위한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단된다.
In order to understand the flow properties of the South Sea of Korea, tidal currents, wind-driven currents, density-driven currents and residual flows were investigated by using 3-dimensional numerical model(POM). In offshore regions, tide-induced residual current tends to flow eastward during the s...
In order to understand the flow properties of the South Sea of Korea, tidal currents, wind-driven currents, density-driven currents and residual flows were investigated by using 3-dimensional numerical model(POM). In offshore regions, tide-induced residual current tends to flow eastward during the spring tide and westward during the neap tide. Total residual flow is irregular due to the bottom topography in the coastal area. The density-driven currents in the coastal area showed to be relatively weak, with little seasonal differences. The special tendency was apparent in the open sea. That is, the flow in the offshore regions showed results similar to that of the Tsushima current. The wind-driven currents in the coastal area showed to be much stronger than in offshore regions. Vertically, the flow of the surface layer was much stronger than that of the bottom layer. Through these results, material transport and diffusion in the south coast, as a basis for predicting the spread of use is expected to be available.
In order to understand the flow properties of the South Sea of Korea, tidal currents, wind-driven currents, density-driven currents and residual flows were investigated by using 3-dimensional numerical model(POM). In offshore regions, tide-induced residual current tends to flow eastward during the spring tide and westward during the neap tide. Total residual flow is irregular due to the bottom topography in the coastal area. The density-driven currents in the coastal area showed to be relatively weak, with little seasonal differences. The special tendency was apparent in the open sea. That is, the flow in the offshore regions showed results similar to that of the Tsushima current. The wind-driven currents in the coastal area showed to be much stronger than in offshore regions. Vertically, the flow of the surface layer was much stronger than that of the bottom layer. Through these results, material transport and diffusion in the south coast, as a basis for predicting the spread of use is expected to be available.
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문제 정의
본 연구는 한국 남해에서 3차원 수치유동모델을 이용하여 조류와 취송류, 밀도류 및 잔차류의 계절적 특성을 정량적으로 파악하고자 하였다.
제안 방법
계산의 시간간격은 CFL(Courant-Friedrichs-Lewy) 조건 (∆t = #)을 고려하여 External time step은 5초, Internal time step은 30초로 하여 총 45일을 계산하여 최종 15일의 유동결과를 이용하였다. 해저지형자료는 한국해양조사원의 해도 219와 229를 기반으로 하였으며, 부족한 부분은 해도 836을 사용하였다(Fig 2).
남해에서 봄(남동풍 8 m/s), 여름(남풍 8 m/s), 가을(북서풍 8 m/s), 겨울(북서풍 10 m/s)의 바람에 의한 취송류를 계산했다(Fig. 4).
남해의 조류를 재현하기 위해 운동방정식과 정수압방정식이 사용되었으며, 외곽경계에서 해면변위의 시간간격에 대한 변화를 주어 조류를 재현하였다. 조류계산시 개방경계의 조화상수는 국립해양조사원 검조소의 4대분조(M2, S2, K1 및 O1)와 NOAA에서 제공하는 외양역의 조화상수를 사용하였다.
남해에서 해수유동 모델 영역은, 서쪽 경계역은 전라남도 진도와 제주도사이의 제주해협을 개방 경계로 하고, 남쪽은 제주도 동쪽과 일본 큐슈를 개방 경계로 설정한다. 또한, 동쪽 경계역은 울산-쓰시마와 쓰시마-일본 큐슈 연안쪽 사이의 수로를 개방경계로 설정하였다(Fig. 2).
본 연구에서의 바람은 한국 기상청에서 제공하는 국내기후자료 중 해양기후도의 평균바람자료(봄 8m/s 남동풍, 여름 8m/s 남풍, 가을 8m/s 북서풍, 겨울 10m/s 북서풍)를 사용하여 전 해역에 일괄적으로 적용하였다. 바람성분은 해면에서 바람응력으로 작용하도록 하였으며, 취송류 계산에는 조류에서 사용된 외곽해면변위와 수온염분의 분포에 의한 부분을 고려하지 않았다.
연직 방향의 σ-layer 개수는 총 7개로 표층에서 저층까지 동일한 간격으로 하였다.
수온과 염분자료는 국립수산과학원의 정선관측 5년(2003 ∼2007년)자료와 국가해양환경측정망 6년(2003년∼2008년) 자료를 월평균하여 사용하였다. 유동장의 초기조건은 계산 시작 단계에서 해수유동이 없는 것으로 설정하여 계산을 시작하였다. 또한, 유동의 폐경계 조건으로는 육지 경계면을 가로지르는 유량은 없는 것으로 하였으며, 해저마찰은 Manning의 마찰계수를 이용한 식(1)을 이용하였다.
조류모델의 결과를 검증하기 위해 한국해양연구소(1996)에서 조사한 층별 조류관측자료 3개 지점과 모델결과의 층별 유동을 조류타원도를 이용하여 비교하였다(Table 1). 각 관측정점에 대해여 4대분조(M2, S2, K1 및 O1)의 관측값과 계산값은 분조별로 약간의 차이를 보이고 있지만 전반적으로 모델의 결과는 현장값의 재현에 문제가 없는 것으로 나타났다.
초기 외곽 경계의 해면 변위는 없는 것으로 계산하고, 수온과 염분(국가해양환경측정망 자료와 정선관측 자료)를 초기조건으로 하고, 서쪽과 남쪽의 외곽경계에서 각각 0.59 Sv : 2.85 Sv의 비율로 유량(봄 2.7 Sv, 여름 3.0 Sv, 가을 3.5 Sv, 겨울 2.2 Sv)(Teague et al., 2002)이 유입되는 것으로 하여 계산하였다. 밀도류 계산에는 조류와 취송류의 강제력인 조화상수에 의한 외곽 해면 변위의 변화와 표면 장력에 의한 바람응력은 고려하지 않았다.
대상 데이터
모델 영역 크기는 가로(동-서) 방향 288 km, 세로(남-북) 방향 241 km, 격자는 가로․세로 1 km의 정방격자를 사용하여 모델 영역내의 주요 지형과 수심을 잘 반영할 수 있도록 하였다. 연직 방향의 σ-layer 개수는 총 7개로 표층에서 저층까지 동일한 간격으로 하였다.
해상에서의 바람은 시시각각으로 바뀌기 때문에 시간별로 변화하는 취송류를 재현한다는 것은 어렵다. 본 연구에서의 바람은 한국 기상청에서 제공하는 국내기후자료 중 해양기후도의 평균바람자료(봄 8m/s 남동풍, 여름 8m/s 남풍, 가을 8m/s 북서풍, 겨울 10m/s 북서풍)를 사용하여 전 해역에 일괄적으로 적용하였다. 바람성분은 해면에서 바람응력으로 작용하도록 하였으며, 취송류 계산에는 조류에서 사용된 외곽해면변위와 수온염분의 분포에 의한 부분을 고려하지 않았다.
수온과 염분자료는 국립수산과학원의 정선관측 5년(2003 ∼2007년)자료와 국가해양환경측정망 6년(2003년∼2008년) 자료를 월평균하여 사용하였다.
남해의 조류를 재현하기 위해 운동방정식과 정수압방정식이 사용되었으며, 외곽경계에서 해면변위의 시간간격에 대한 변화를 주어 조류를 재현하였다. 조류계산시 개방경계의 조화상수는 국립해양조사원 검조소의 4대분조(M2, S2, K1 및 O1)와 NOAA에서 제공하는 외양역의 조화상수를 사용하였다.
)을 고려하여 External time step은 5초, Internal time step은 30초로 하여 총 45일을 계산하여 최종 15일의 유동결과를 이용하였다. 해저지형자료는 한국해양조사원의 해도 219와 229를 기반으로 하였으며, 부족한 부분은 해도 836을 사용하였다(Fig 2).
데이터처리
모델결과에 대한 검증은 국립해양조사원의 15일 이상 관측한 자료 5지점에 대한 자료를 모델결과와 조화분해하여 비교·검증하였다.
이론/모형
3차원모델인 POM(Princeton Ocean Model)(Blumberg and Mellor, 1987)을 이용하여 한국 남해의 유동을 계산하였다. 남해에서 해수유동 모델 영역은, 서쪽 경계역은 전라남도 진도와 제주도사이의 제주해협을 개방 경계로 하고, 남쪽은 제주도 동쪽과 일본 큐슈를 개방 경계로 설정한다.
유동장의 초기조건은 계산 시작 단계에서 해수유동이 없는 것으로 설정하여 계산을 시작하였다. 또한, 유동의 폐경계 조건으로는 육지 경계면을 가로지르는 유량은 없는 것으로 하였으며, 해저마찰은 Manning의 마찰계수를 이용한 식(1)을 이용하였다.
밀도류를 재현하기 위해 운동방정식과 정수압방정식, 열염 확산 방정식을 사용하였다.
본 연구는 한국 남해안에서 조석, 바람, 수온 염분 및 해류의 영향에 대한 흐름 분포를 파악하기 위하여 3차원모델 (POM; Princeton Ocean Model)을 이용하였다.
성능/효과
가을의 경우도 표층과 남해안 부근의 흐름은 바람의 영향을 받은 취송류의 영향이 크게 나타났고, 외해역의 중·저층의 흐름은 밀도류의 영향이 큰 것으로 나타났다.
각 관측정점에 대해여 4대분조(M2, S2, K1 및 O1)의 관측값과 계산값은 분조별로 약간의 차이를 보이고 있지만 전반적으로 모델의 결과는 현장값의 재현에 문제가 없는 것으로 나타났다.
계절별 잔차류 특징을 보면, 표층류는 바람의 방향과 세기에 따라 유향과 유속이 달라지는 결과를 보였다. 연안역에서의 흐름은 바람과 조석의 영향에 의한 유동분포를 나타났고, 밀도류는 약하고 계절적으로 변화가 작았다.
계절별 잔차류의 크기는 여름→ 가을 → 봄 → 겨울로 여름에 가장 크고, 겨울에 가장 작은 것으로 나타났다.
계절에 따른 밀도류의 특징은 가을 → 여름 → 봄 → 겨울 순서로 가을에 가장 강한 흐름을 보였으며, 연안 부근에서 밀도류는 약하고, 외해역에서 강한 경향을 보였다.
대조기에 한국 남해 서쪽해역에서 흐름은 동쪽으로 흐르는 조석잔차류와 밀도류의 영향으로 동쪽으로의 이동이 강하게 나타났다. 또한 소조기의 흐름은 서쪽으로 향하는 조 석잔차류와 동쪽으로 흐르는 밀도류의 영향으로 서로 상반 되어 정체되는 결과를 보이고 있다.
먼저, 봄의 밀도류는 연안역에서 흐름이 약하고, 외해역의 흐름은 연안에 비해 상대적으로 강한 흐름으로 남해 중앙부의 서쪽 외해에서 동향성분이 강하고, 동쪽해역에서는 북향성분이 강한 흐름을 보였다. 외해역의 흐름은 표층에서약 13 cm/s, 중층 약 13.
봄의 잔차류는 표층과 연안에서는 바람의 영향을 많이 받고, 외해역의 중·저층에서는 밀도류의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
여름의 잔차류는 봄의 잔차류와 유사하게 표층과 연안에서 바람에 의한 취송류의 영향을 많이 받고, 외해의 중·저층에서 잔차류는 밀도류의 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
계절별 잔차류 특징을 보면, 표층류는 바람의 방향과 세기에 따라 유향과 유속이 달라지는 결과를 보였다. 연안역에서의 흐름은 바람과 조석의 영향에 의한 유동분포를 나타났고, 밀도류는 약하고 계절적으로 변화가 작았다. 외해역의 중·저층에서 잔차류는 밀도의 영향에 의한 흐름이 나타났다.
이상과 같이 한국 남해의 연안 가까이에서 흐름은 조석잔차류와 취송류에 의한 영향이 크고, 외해역에서는 계절별 밀도류의 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 조석효과, 바람 및 수온, 염분의 효과를 고려한 잔차류는 한국 남해에서 장기적인 물질 이동·확산을 예측하기 위한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단한다.
중·저층의 연안의 잔차류는 북향류 성분이 강하고, 외해역에서는 밀도류의 영향으로 동북향류가 보였다.
67 hr) 동안의 평균류는 대조기, 소조기에 비해 흐름이 약한 경향을 볼 수 있다. 즉, 남해 서쪽 해역에서 약한 동향류의 흐름이 보이고, 연안역에서는 복잡한 지형의 영향으로 특별한 경향성이 없는 조석잔차류가 나타났다. 또한 약하지만 부산 앞바다에서 연안을 따라 남서향하여 진해만 입구로 흐르는 흐름도 볼 수 있다.
후속연구
이상과 같이 한국 남해의 연안 가까이에서 흐름은 조석잔차류와 취송류에 의한 영향이 크고, 외해역에서는 계절별 밀도류의 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 조석효과, 바람 및 수온, 염분의 효과를 고려한 잔차류는 한국 남해에서 장기적인 물질 이동·확산을 예측하기 위한 기초자료로 활용 가능 할 것으로 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
개방경계가 존재하는 해역에서는 어떤 재현이 필요한가?
, 1995). 개방경계가 존재하는 해역에서는 개방경계를 통한 해수의 유입과 유출을 고려한 시간변동에 관한 해수순환의 재현이 필요하다. 남해를 대상으로 한 기존 연구에 의하면 이 지역의 해류는 시·공간적으로 변화가 심한 것으로 밝혀져 있다(Suk et al.
연안역에서 물질 이동·확산을 예측하기 위해서 필요한 것은?
연안역에서 물질 이동·확산을 예측하기 위해서는 먼저 대상해역을 수치모델에 의해 해수순환이 정량적으로 정확히 재현되어야 한다. 한국 남해는 연안역을 제외하고는 전 경계가 개방되어 인접해역과의 해수교환이 활발히 일어난다.
한국 남해의 순환을 좌우하는 일차적인 요인으로서 고려되어야 하는 것은?
한국 남해는 연안역을 제외하고는 전 경계가 개방되어 인접해역과의 해수교환이 활발히 일어난다. 또한 한국 남해는 천해역으로 바람 등에 의한 기상요인, 불규칙한 해저지형과 조류의 상호작용으로 조석잔차류에 의한 평균류의 발생 가능성도 생각할 수 있지만, 남해의 순환을 좌우하는 일차적인 요인으로서 개방경계를 통한 수괴의 유·출입 과정이 고려되어야 한다(Chang et al., 1995).
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