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문제 정의
- Nidzieko and Ralston (2012)에 의하면 조석에 의해서는 창조 우세(양의 왜도)가 나타나지만, 유속에서는 대, 소조기 변화에 의해서 창조 또는 낙조 우세(음의 왜도)가 교대로 발생할 수도 있다. 그러므로 본 연구에서는 상대위상 차이에 의한 방법과 함께 조류자료를 사용하여 창조, 낙조 우세에 대해서 논의하고자 한다.
- 앞서 설명한 유속자료의 창조와 낙조의 최강, 평균 유속의 크기를 보면 모든 정점에서 낙조가 우세하며, 지속시간 계산에서는 낙조 지속시간이 모든 정점에서 창조 지속시간 보다 길게 나타난다. 선행연구에서 제시된 창조 또는 낙조 우세의 개념과 본 연구지역에서 나타나는 낙조 우세에 대한 의미 혼동을 배제하기 위해서 낙조심화로 표현하고자 한다. 조석의 상대 위상차 분석과 유속 자료를 비교했을 때 창조와 낙조의 우세성이 다르게 나타나는 원인을 분석하기 위해서 조류 조화상수 값과 비 조류 성분 (잔차류)을 재구성하였다.
제안 방법
- Fig. 13에 C4와 C5 정점의 M2와 M4 분조의 진폭과 위상을 이용하여 재구성한 한 조석주기 동안의 조류 곡선을 제시하였고, M2와 M4분조의 조류 성분의 합으로 구성된 조류 곡선(Fig. 13; Tidal)과 잔차류 성분을 합한 성분(Fig. 13; Tidal + Non tidal)을 제시하였다. 검은 실선은 M2분조, 회색 실선은 M4분조의 조류 곡선이다.
- 경기만 한강하구역 해수유동 순환 특성과 물질이동을 이해하기 위해서 2005년 동계 기간의 조류 관측자료를 이용하여 창조, 낙조 우세성을 분석하였다. 4개 정점의 조류 관측자료에서 동기간인 16일 동안의 자료를 분석에 사용하였으며, 국립해양조사원의 검조소와 한강홍수통제소의 수위자료의 조화분석 결과의 조화상수를 수집하였다.
- 관측 정점의 유속 성분을 PCA분석을 통해서 구한 주축(major axis)방향 성분과 횡축(minor axis)방향 성분의 창조, 낙조에 대한 최강 및 평균유속 크기를 각 정점 별로 비교하였다(Fig. 4). 최강 유속을 구할 때 한 순간의 최강 유속 값일 경우 관측 오차가 발생을 할 수 있으므로, 유속이 강한 상위 5%의 유속 값을 앙상블 평균(ensemble average)하였으며, 평균 유속의 경우 동시 관측 기간의 유속 값을 산술 평균하였다.
- 1에 경기만 한강하구 지역의 조석 검조소 위치와 연구 보고서(국립해양조사원, 2002; 인하대학교, 2003)에서 제시한 수위 관측 위치를 제시하였다. 국립해양조사원에서 제공하는 검조소 자료와 한강홍수통제소의 수위 자료를 조화분석 프로그램 TASK Package(Proudman Oceanographic Laboratory, UK)을 이용하여 조화상수 값을 추출하였다. 2005년 11월부터 12월까지 경기만 한강하구 지역의 4개 정점(Fig.
- 본 연구에서는 경기만 한강하구 지역에서 수집한 조석 M2 , M4분조를 이용하여 조석 변형 특성과 상대 위상차에 의한 창·낙조 우세를 분석하였다.
- 고찰에서 자세하게 제시하였다. 위와 같은 비선형 효과에 의해서 나타나는 낙조 특성 현상을 파악하기 위해서 각 정점의 조류의 주성분 값의 상관도 분석을 수행하였다.
- 정점간 동시 관측 자료를 주축방향 성분으로 이동한 주성분 유속의 상관도 분석을 수행하여 정점 간 상관관계를 분석하였다(Fig. 9). Fig.
- 관측된 유속자료는 Preisendorfer and Mobley (1988)가 제시한 PCA(Principal component analysis)분석을 이용하여 원시자료(raw data)의 u(동서방향)와 v(남북방향)의 성분을 주축(major)방향과 횡(minor)방향의 새로운 좌표계로 선형 변환하여 가장 지배적인 조류성분을 추출한 후 통계분석 및 정조시간 계산에 사용하였다. 조류의 주축 성분을 조화분해하여 주요 분조의 조화상수값을 이용하여 진폭비, 위상차 그리고 조류 변형률을 계산하였다.
- 조석의 위상차를 이용한 분석과 더불어 염하수로 인근의 조류 관측자료를 이용하여 낙조우세 현상과 그 원인을 제시하였다. 조석 전파 특성을 조석과 조류 조화분해 결과를 이용하여 정상파와 진행파의 관점에서 해석하였으며, 각 조류 관측자료의 주성분 간의 상관도 분석을 수행하였다.
- 선행연구에서 제시된 창조 또는 낙조 우세의 개념과 본 연구지역에서 나타나는 낙조 우세에 대한 의미 혼동을 배제하기 위해서 낙조심화로 표현하고자 한다. 조석의 상대 위상차 분석과 유속 자료를 비교했을 때 창조와 낙조의 우세성이 다르게 나타나는 원인을 분석하기 위해서 조류 조화상수 값과 비 조류 성분 (잔차류)을 재구성하였다.
- 분조를 이용하여 조석 변형 특성과 상대 위상차에 의한 창·낙조 우세를 분석하였다. 조석의 위상차를 이용한 분석과 더불어 염하수로 인근의 조류 관측자료를 이용하여 낙조우세 현상과 그 원인을 제시하였다. 조석 전파 특성을 조석과 조류 조화분해 결과를 이용하여 정상파와 진행파의 관점에서 해석하였으며, 각 조류 관측자료의 주성분 간의 상관도 분석을 수행하였다.
대상 데이터
- 2005년 11월부터 12월까지 경기만 한강하구 지역의 4개 정점(Fig. 1; C1과 C4∼C6)에서 RCM 계열의 장비를 표층 부이에 계류하여 해수면 하 1.5∼2 m 지점에서 10분 간격으로 유속을 관측하였다.
- 경기만 한강하구역 해수유동 순환 특성과 물질이동을 이해하기 위해서 2005년 동계 기간의 조류 관측자료를 이용하여 창조, 낙조 우세성을 분석하였다. 4개 정점의 조류 관측자료에서 동기간인 16일 동안의 자료를 분석에 사용하였으며, 국립해양조사원의 검조소와 한강홍수통제소의 수위자료의 조화분석 결과의 조화상수를 수집하였다. 조석과 조류의 조화분석 결과의 인천항부터 전류리까지의 M2와 M4분조의 진폭 변화율을 계산하면, 조석의 M2분조의 진폭 감소율 35%, 조류는 20% 정도로 나타났다.
데이터처리
- 5∼2 m 지점에서 10분 간격으로 유속을 관측하였다. 관측된 유속자료는 Preisendorfer and Mobley (1988)가 제시한 PCA(Principal component analysis)분석을 이용하여 원시자료(raw data)의 u(동서방향)와 v(남북방향)의 성분을 주축(major)방향과 횡(minor)방향의 새로운 좌표계로 선형 변환하여 가장 지배적인 조류성분을 추출한 후 통계분석 및 정조시간 계산에 사용하였다. 조류의 주축 성분을 조화분해하여 주요 분조의 조화상수값을 이용하여 진폭비, 위상차 그리고 조류 변형률을 계산하였다.
- 4). 최강 유속을 구할 때 한 순간의 최강 유속 값일 경우 관측 오차가 발생을 할 수 있으므로, 유속이 강한 상위 5%의 유속 값을 앙상블 평균(ensemble average)하였으며, 평균 유속의 경우 동시 관측 기간의 유속 값을 산술 평균하였다. 모든 정점에서 최강 낙조 유속은 1.
성능/효과
- 이후 한강 상류로 진입하면서 강화도 북쪽에서 유입되는 다른 조석파의 영향으로 진행파의 형태로 변화된다. 각 정점의 조류의 주축방향 성분의 상관도 분석 결과 염하수로를 따라서는 0.9정도의 상관도를 보여주며, 이후의 상류에 위치한 전류리 정점에서는 0.6 정도의 낮은 상관도를 보여준다. 전통적인 방법의 상대 위상차(2M2 -M4)분석 방법을 적용한 결과 경기만 한강하구 대부분 지역은 창조가 우세 하지만, 조류의 통계분석과 지속시간 결과를 보면 낙조가 우세하고 낙조 지속시간이 긴 특성을 보여준다.
- 또한 신곡수중보 하류에 위치한 C6(전류리)부터 염하수로를 따라서 C1(영종대교 인근)까지 총 4개 정점에서 동기간의 공간적인 변화도 고려할 수 있다. 관측 자료가 표층에 국한되어 있고, 동기간의 자료가 30일 이상 관측되지는 않았지만 조류 관측의 동시성과 집중성을 고려할 때 조류 변형 특성과 창조 또는 낙조의 우세 현상을 이해하고 효율적으로 해석하는데 효과적이다. 또한, 동시 관측자료의 장점을 이용하여 각 관측 정점의 조류 주성분의 상관도 분석이 가능하다.
- 최강 유속을 구할 때 한 순간의 최강 유속 값일 경우 관측 오차가 발생을 할 수 있으므로, 유속이 강한 상위 5%의 유속 값을 앙상블 평균(ensemble average)하였으며, 평균 유속의 경우 동시 관측 기간의 유속 값을 산술 평균하였다. 모든 정점에서 최강 낙조 유속은 1.2 m/s 이상의 강한 유속을 보여 주며, 창조 유속은 1 m/s 이상의 유속 값을 보여준다. 평균 낙조 유속은 C6 정점에서 약 0.
- 9의 Y축은 각 정점의 유속 상관계수를 의미하며, X축은 각 정점의 유속 상관관계의 위상 차이를 의미한다. 상관도 분석결과 C1과 C4 정점 그리고 C4와 C5 정점은 조류의 주성분 사이에 0.9 이상의 높은 상관도를 보였다. C1과 C4 정점의 위상 차이는 약 30분 정도의 차이를 보였지만, C4와 C5 정점은 약 10분 정도의 위상 차이만 보여 주었다.
- 4 m/s로 평균 낙조 유속에 비하여 차이가 크다. 정리해서 말하면 모든 정점에서 최강및 평균 유속 모두 낙조가 창조 보다 강하게 나타났으며, 특히 C1과 C5 정점의 창조와 낙조의 유속 차이가 크게 나타난다.
- 조류자료의 통계분석과 정조시간을 이용한 지속시간 결과를 종합하면, 한강하구 염하수로의 조류 특성은 낙조가 강하고 낙조 지속시간이 길다. 이런 독특한 특성을 보이는 원인은 천해분조에 의한 창조방향으로의 비선형 효과를 극복하는 낙조방향의 잔차류 성분이 강하기 때문이며, 본 연구의 4.
- 그러므로 실질적인 M4/M2 진폭비는 조류가 조석보다 크다. 조석, 조류의 정상파와 진행파의 결과를 도시하면 염하수로에서 상류로 진입하면서 정상파의 형태가 강해지며, 수로 끝 부분에서는 막혀져 있지 않은 지역이지만 거의 정상파의 형태가 나타난다. 이후 한강 상류로 진입하면서 강화도 북쪽에서 유입되는 다른 조석파의 영향으로 진행파의 형태로 변화된다.
- 4개 정점의 조류 관측자료에서 동기간인 16일 동안의 자료를 분석에 사용하였으며, 국립해양조사원의 검조소와 한강홍수통제소의 수위자료의 조화분석 결과의 조화상수를 수집하였다. 조석과 조류의 조화분석 결과의 인천항부터 전류리까지의 M2와 M4분조의 진폭 변화율을 계산하면, 조석의 M2분조의 진폭 감소율 35%, 조류는 20% 정도로 나타났다. 분조의 증가율은 조석의 경우 약 4배 정도 증가하지만 조류의 경우 약 8배 정도 증가한다.
- 추출한 분조의 진폭과 위상값을 이용하여 M4/M2 진폭비가 클수록 천해분조에 의한 조석 비대칭 현상의 왜곡 정도가 커지며, 상대 위상 차이(2M2 -M4 )를 이용하여 상대 위상 차이의 값이 0˚∼180˚ 사이면 창조 우세, 180˚∼360˚ 낙조 우세 현상이라고 제시하였다.
후속연구
- 11; T0과 T1 정점)의 상대위상은 약 140∼150˚ 를 보이지만 하구 상류로 진입하면서 상대위상은 약 40∼60˚로 뚜렷하게 차이가 발생한다. 또한, 조석의 M4/M2 진폭비와 더불어 MSf/M2의 진폭비(Fig. 14)도 크게 증가하고 있으므로, 조석의 M2와 M4분조만을 고려한 분석방법은 본 연구지역 특히, 염하수로에 적용하기에는 한계가 있을 수 있다. Nidzieko and Ralston (2012)에 의하면 조석에 의해서는 창조 우세(양의 왜도)가 나타나지만, 유속에서는 대, 소조기 변화에 의해서 창조 또는 낙조 우세(음의 왜도)가 교대로 발생할 수도 있다.
- 이후에 M2분조의 급격한 감소의 영향으로 M4 분조의 진폭도 감소를 하며, 신곡수중보 이후에 한차례 더 급격히 감소한다. 신곡수중보와 같은 인위적인 구조물에 의한 한강 상류지점의 조석변형에 대한 연구는 추후 더 필요할 것으로 보인다.
- 김창식 등(2010)은 석모수로 지역의 경우 담수의 영향에 의해서 전 수층에서 낙조하는 조석 잔차류를 제시하였고, 송용식과 우승범(2011)는 염하수로 인근의 조류 관측자료 분석을 통해서 장주기 분조의 대·소조기 변동 특성을 제시하였다. 조석 및 조류의 변화가 수로 별로 독특하게 나타나며, 연중 유입되는 담수의 영향이 계절적으로 다르기 때문에 전통적인 방법과 더불어 조류자료를 이용한 창조와 낙조 우세성의 연구가 필요하다.
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