태풍이 해양을 이동할 때 해양환경은 물리 생물학적으로 한반도 주변해역에 영향을 미친다. 태풍이동의 결과로써 해양의 수직적 혼합과 용승작용은 해양 표층수 냉각을 유도하고 태풍의 경로에 따라 식물플랑크톤의 증가를 초래하며, 태풍 전과 후의 해양환경은 해양표층의 생물학적 변화에 중요한 역할을 했다. 비록 태풍 이동의 원인으로 해양 표층수의 냉각이 확대되지만, 엽록소, K490, SST와 같은 다른 물리-생물리적 반응은 서로 다른 경향을 나타낸다. 본 연구의 목적은 한반도 주변해역에 영향을 미치는 태풍 이동경로와 해색센서에 의해 관측된 해양환경변수를 비교하는데 있다. 부유물질, 흡광계수(K490), 엽록소와 같은 해양환경변수는 2002년부터 2005년 MODIS 자료가 적용되었다. 태풍이동 후 동해에서는 평균 엽록소 농도가 1-4배 증가하였고, 태풍 이동경로를 따라 태풍 이후 MODIS 엽록소의 평균 농도가 증가하였다. 그러나 제주도 해역은 동해역과 반대의 경향을 나타내었다.
태풍이 해양을 이동할 때 해양환경은 물리 생물학적으로 한반도 주변해역에 영향을 미친다. 태풍이동의 결과로써 해양의 수직적 혼합과 용승작용은 해양 표층수 냉각을 유도하고 태풍의 경로에 따라 식물플랑크톤의 증가를 초래하며, 태풍 전과 후의 해양환경은 해양표층의 생물학적 변화에 중요한 역할을 했다. 비록 태풍 이동의 원인으로 해양 표층수의 냉각이 확대되지만, 엽록소, K490, SST와 같은 다른 물리-생물리적 반응은 서로 다른 경향을 나타낸다. 본 연구의 목적은 한반도 주변해역에 영향을 미치는 태풍 이동경로와 해색센서에 의해 관측된 해양환경변수를 비교하는데 있다. 부유물질, 흡광계수(K490), 엽록소와 같은 해양환경변수는 2002년부터 2005년 MODIS 자료가 적용되었다. 태풍이동 후 동해에서는 평균 엽록소 농도가 1-4배 증가하였고, 태풍 이동경로를 따라 태풍 이후 MODIS 엽록소의 평균 농도가 증가하였다. 그러나 제주도 해역은 동해역과 반대의 경향을 나타내었다.
When the typhoons are passing over the ocean, the ocean environment has both physical and biological impacts on the East, South sea and Yellow sea of Korea. As a result of typhoon path, vertical mixing and upwelling injured colder subsurface water, and leaded to phytoplankton blooming along the typh...
When the typhoons are passing over the ocean, the ocean environment has both physical and biological impacts on the East, South sea and Yellow sea of Korea. As a result of typhoon path, vertical mixing and upwelling injured colder subsurface water, and leaded to phytoplankton blooming along the typhoons. The ocean environment before and after a typhoon played an important role in the biological effect of sea surface. Although the magnitude of sea surface temperature (SST) gets cooler because of typhoon path, other physical and biophysical responses are quite different such as chlorophyll, K490 and SST. The purpose of this study is to compare with the typhoon path that influenced the Korean Peninsula and ocean environment parameters which were observed by ocean color remotely-sensed data. The MODIS data were used to assess the parameters of ocean environments such as K490 and chlorophyll data from 2002 to 2005. Mean chlorophyll from MODIS data increased by about 1-4% in the East sea after the typhoon. Mean concentration of MODIS chlorophyll in the post-typhoon period increased along the typhoon passage. However, Jeju coastal area has different patterns from those of the East sea.
When the typhoons are passing over the ocean, the ocean environment has both physical and biological impacts on the East, South sea and Yellow sea of Korea. As a result of typhoon path, vertical mixing and upwelling injured colder subsurface water, and leaded to phytoplankton blooming along the typhoons. The ocean environment before and after a typhoon played an important role in the biological effect of sea surface. Although the magnitude of sea surface temperature (SST) gets cooler because of typhoon path, other physical and biophysical responses are quite different such as chlorophyll, K490 and SST. The purpose of this study is to compare with the typhoon path that influenced the Korean Peninsula and ocean environment parameters which were observed by ocean color remotely-sensed data. The MODIS data were used to assess the parameters of ocean environments such as K490 and chlorophyll data from 2002 to 2005. Mean chlorophyll from MODIS data increased by about 1-4% in the East sea after the typhoon. Mean concentration of MODIS chlorophyll in the post-typhoon period increased along the typhoon passage. However, Jeju coastal area has different patterns from those of the East sea.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 태풍의 발생으로 한반도 주변해역을 통과하는 태풍 중에서 유사한 이동경로를 가진 태풍을 선택하여 태풍의 이동경로에 따른 해양환경변화를 해색위성관측 자료인 엽록소, 흡광계수(K490) 등을 비교하여 태풍 경로에 따른 해양환경의 지역적 변화 경향을 해석하는데 연구의 목적이 있다.
본 연구에서는 태풍 전-후의 기초해양생물학적인 변화를 MODIS 해색위성자료로 분석하여 해양생태계의 변동요인에 대한 기초 자료를 생산하였다. 향후 정지궤도 관측에 의한 GOCI 해색자료에 의해 엽록소, K490, TSS, CDOM 변수를 이용하여 태풍 전-후 한반도 주변해역에서 일어나는 기후해양환경의 변화 인자를 시-공간적 변화로 분석할 수 있을 것이며, 본 연구를 통해 태풍이 한반도 주변해역에서 기후 해양 환경변화를 일으키는 변화 요인을 해색위성자료에 위해 공간적으로 해석하는 연구방안을 제시하는데 기여할 것으로 판단된다.
제안 방법
본 연구는 2002년부터 2010년까지의 한반도 주변해역 발생 태풍의 이동경로와 발생 시기를 분석한 결과 중에서 태풍의 이동경로가 유사하고, 한반도 주변해역을 통과하여 시-공간적으로 태풍에 의한 해양환경 변화 영향을 비교 평가하는 것이 용이한 태풍을 선택하였다. 태풍의 이동 경로와 발생 시기 등을 비교 평가하기 위해 한반도 주변해역을 통과한 태풍을 ArcGIS를 적용하여 경로를 탐색할 수 있도록 자료를 수집 분석하였다. 또한 이러한 태풍의 이동 경로에 따른 한반도 주변해역의 해양환경영향을 해색자료에서 생산할 수 있는 레벨 3 자료에 기초하여 분석하기 위해 IDL, ENVI 4.
특히 태풍의 이동경로와 중요한 해양환경변수의 공간적 변화 경향을 파악하기 위해 한반도 주변해역을 공간격자로 구분하고 이러한 격자의 공간범위에서 태풍이동경로와 해양환경변화 영향권역을 파악하였다. 그림 1은 본 연구의 연구지역과 2003년 태풍 매미의 SST 위성영상을 제시한 것이다.
해색자료에 의한 태풍의 영향권역과 해양환경관측 파라메타의 비교를 위해서는 MODIS 관측 자료의 평균치를 사용하였고, 구름이 없는 관측 자료의 평균치는 태풍 전 후 30일 기간의 관측 자료에 의해 이동 경로와 해양환경 변수의 공간적 분포를 그림 5와 같이 제주도 해역과 울릉도 해역을 측선으로 선정하여 태풍 전 후의 환경변수를 X-Profile 해석하였다.
둘째는 많은 선행연구에서 AVHRR에 의한 태풍 통과 전후의 SST에 대한 시-공간적인 차이점에 대한 분석이 집중적으로 이루어져 있는데, 표층 수온과 엽록소, K490 등은 저층 영양염의 상승으로 해양 표층에 중요한 영양염 공급과 상관관계가 있음을 파악할 수 있었다. 이를 MODIS 해양환경변수 자료에 접목하여 그림 4의 관측라인과 같이 X-Profile 분석을 수행하였다. 2003년 태풍 매미는 제주도 태풍 통과 전후의 엽록소 농도 변화(그림 5), 제주도 태풍 통과 전후의 K490 변화(그림 6), 울릉도 태풍 통과 전후의 엽록소 농도 변화(그림 7), 울릉도 태풍 통과 전후의 K490 변화(그림 8)를 통해 태풍 통과 전 후 기간의 평균 농도 자료를 X-Profile 분석하여 변화 경향을 나타내었다.
그림 2는 한반도를 통과하는 이동경로가 동일한 2003년 매미, 2005년 나비의 태풍의 이동 경로를 나타낸 것이며, 태풍의 발생시기와 태풍의 이동경로에 따른 중심기압과 풍속에 의해 태풍의 특성을 표현하고 있다. 이러한 개별 태풍의 관측 자료는 좌표체계를 부여하여 이동 경로를 그림 3과 같이 ArcGIS 데이터베이스로 구축하였고, 구축된 태풍의 이동경로를 태풍 반경의 영향권과 경로가 유사한 태풍의 공간단위로 선정하여 2003년 매미(9.6~9.14), 2004년 메기(8.16~8.20), 2005년 나비(8.29~9.8)의 태풍을 본 연구에서 MODIS 레벨 단계의 알고리즘을 적용하여 처리하였다.
이론/모형
태풍의 이동 경로와 발생 시기 등을 비교 평가하기 위해 한반도 주변해역을 통과한 태풍을 ArcGIS를 적용하여 경로를 탐색할 수 있도록 자료를 수집 분석하였다. 또한 이러한 태풍의 이동 경로에 따른 한반도 주변해역의 해양환경영향을 해색자료에서 생산할 수 있는 레벨 3 자료에 기초하여 분석하기 위해 IDL, ENVI 4.7을 활용하였다. MODIS의 해양환경 변수인 식물플랑크톤의 정량적 지표를 엽록소와 490nm에서의 흡광계수(K490)를 산출하여 평가할 수 있도록 해색 자료를 레벨 단계의 알고리즘(Lee et al.
7을 활용하였다. MODIS의 해양환경 변수인 식물플랑크톤의 정량적 지표를 엽록소와 490nm에서의 흡광계수(K490)를 산출하여 평가할 수 있도록 해색 자료를 레벨 단계의 알고리즘(Lee et al., 2002)을 적용하여 처리하였다. MODIS는 2002년부터 2010년 자료를 태풍 경로 탐색 후 2003년 매미, 2004년 메기, 2005년 나비의 태풍을 선정하고, 태풍 발생시점부터 소멸시점 이후까지 선정된 자료를 태풍 경로에 적용하여 처리하였다.
성능/효과
본 연구는 2002년부터 2010년까지의 한반도 주변해역 발생 태풍의 이동경로와 발생 시기를 분석한 결과 중에서 태풍의 이동경로가 유사하고, 한반도 주변해역을 통과하여 시-공간적으로 태풍에 의한 해양환경 변화 영향을 비교 평가하는 것이 용이한 태풍을 선택하였다. 태풍의 이동 경로와 발생 시기 등을 비교 평가하기 위해 한반도 주변해역을 통과한 태풍을 ArcGIS를 적용하여 경로를 탐색할 수 있도록 자료를 수집 분석하였다.
둘째는 많은 선행연구에서 AVHRR에 의한 태풍 통과 전후의 SST에 대한 시-공간적인 차이점에 대한 분석이 집중적으로 이루어져 있는데, 표층 수온과 엽록소, K490 등은 저층 영양염의 상승으로 해양 표층에 중요한 영양염 공급과 상관관계가 있음을 파악할 수 있었다. 이를 MODIS 해양환경변수 자료에 접목하여 그림 4의 관측라인과 같이 X-Profile 분석을 수행하였다.
그러나 K490의 경우 그림 9와 그림 10의 결과와 같이 태풍 통과 전에 K490이 높게 나타나고 있어서 그림 8의 2003년 태풍 매미가 울릉도 해역 태풍 통과 전후의 K490 변화 경향과 다른 결과를 나타내고 있다. 즉 태풍 메기가 접근하기 수일 전부터 낮은 K490이 태풍 통과 이후 증가 하는 현상이 본 연구에서 분석한 2003년 태풍 매기(그림 8)의 결과와 다르게 나타났다. 이는 제주도 해역의 경우와 달리 울릉도 해역이 엽록소 농도가 낮은 맑은 해역인 점을 고려할 때 태풍 전 식물플랑크톤의 번성에 의한 엽록소 증가가 관측되는 것이나, 저층수의 해수 교환에 의한 K490 변화를 판단할 수 있다.
그리고 동해 해역의 해안에서 엽록소 농도가 급격이 상승하는 것으로 나타났고, 남해역은 미세하게 엽록소 농도가 상승한 것을 알 수 있다. 제주도에서 태풍 매미는 엽록소 농도가 0.2(mg/㎥) 정도 상승한 것으로 나타났고, 태풍 나비는 엽록소 농도가 0.3(mg/㎥) 정도 상승한 것으로 나타났다. 울릉도 또한 태풍 매미는 엽록소 농도가 0.
기상관측장비와 기상위성의 활용으로 태풍의 이동경로 예측과 발생 시기에 대한 다양한 연구에도 불구하고 태풍이 미치는 해양생물학적 환경변화에 대한 연구는 해양환경관측기술의 적용이 어려워 시-공간적 변화를 분석하기 어려운 실정이었다. 최근 다양한 해색위성관측에 의해 해수면 온도의 변화뿐만 아니라 해양생물의 변화 지표인 엽록소, K490의 공간적 변화를 태풍의 이동경로와 비교하여 관측함으로써 태풍의 영향에 의한 해양표층의 식물플랑크톤 환경변화의 관측이 보다 정밀하게 이루어질 수 있음을 확인 할 수 있었다.
후속연구
본 연구에서는 태풍 전-후의 기초해양생물학적인 변화를 MODIS 해색위성자료로 분석하여 해양생태계의 변동요인에 대한 기초 자료를 생산하였다. 향후 정지궤도 관측에 의한 GOCI 해색자료에 의해 엽록소, K490, TSS, CDOM 변수를 이용하여 태풍 전-후 한반도 주변해역에서 일어나는 기후해양환경의 변화 인자를 시-공간적 변화로 분석할 수 있을 것이며, 본 연구를 통해 태풍이 한반도 주변해역에서 기후 해양 환경변화를 일으키는 변화 요인을 해색위성자료에 위해 공간적으로 해석하는 연구방안을 제시하는데 기여할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태풍의 기상관측이 가지는 제한점은 무엇인가?
그러나 태풍의 기상관측과 해양관측장비에 의한 영향 분석은 관측 장비의 발달에도 불구하고 지역적인 해양환경변화를 파악하는데 제한적이며, 특히 위성관측으로 획득할 수 있는 광범위한 공간 규모의 해양환경을 파악하는데는 기술적 제약이 많았다. 특히 태풍이 한반도 주변해역으로 이동하는 경로에 따른 태풍에 의한 해양환경변화에 대해서는 해양관측 자료 수집이 쉽지 않아 아직까지도 연안 정점의 해양자료를 제외하고는 현장관측 해양자료가 매우 부족한 실정이다(Behrenfeld and Falkowski, 2001). 태풍에 관한 많은 이론 및 수치실험 연구를 통해 부분적으로 밝혀진 태풍 이동경로에 따른 해양변화 특성들은 양질의 현장관측 자료를 통한 검증과 보정을 필요로 하지만 현장자료를 위한 조사선 관측은 태풍의 영향권에 의한 연구 제약으로 다양한 위성자료에 의한 평가(Hoge and Lyon, 2002)가 가장 효율적인 수단이 되고 있다.
MODIS의 해색자료 활용에 의한 태풍 연구가 가지는 한계점은 무엇인가?
, 2001). 그러나 태풍 이동경로와 태풍이 통과한 이후 해양생물학적인 이상 발생 시기에 대한 현상(Lee and Lee, 2012)을 해양환경변수를 통해 흡광계수(K490)와 식물플랑크톤의 정량적 지시자인 엽록소(Chlorophyll-a), 표층수온(Sea Surface Temperature; SST)의 시-공간적 변화를 비교하는 연구는 자료의 적용단계이며(Lee et al., 2002; Lin et al., 2003), 특히 MODIS 해색관측위성에 의해 한반도 해양환경을 비교 관측하여 해양 표층의 해양환경변화를 판단하는 정보를 제공하는 연구는 아직 부족한 실정이다.
한반도 주변해역의 해양환경에서 일어나는 태풍의 영향을 비교 평가하기 위해서 무엇이 필요한가?
한반도 주변해역의 해양환경에서 일어나는 태풍의 영향을 시·공간적으로 비교 평가하기 위해서는 해양환경관측 위성에 의한 자료의 수집과 분석이 필요하며, 다양한 해양위성 관측 자료의 해석을 통해(Hu and MullerKarger, 2007) 태풍에 의한 한반도 주변해역의 해양환경에 미치는 영향을 평가하는 연구가 이루지고 있다.
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