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웨이블릿방법을 이용한 조위편차 성분의 중·장주기 특성 분석
Characteristic Analysis of the Tidal Residuals' Mid/Long-period Components Using a Wavelet Method 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.25 no.4, 2013년, pp.200 - 206  

강주환 (목포대학교 토목공학과) ,  김양선 (목포대학교 토목공학과) ,  심재설 (한국해양과학기술원 특성화연구본부)

초록
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해역별 조위편차 특성을 규명하기 위해 푸리에(Fourier)해석과 함께 웨이블릿(Wavelet)분석을 실시하였다. 푸리에 해석결과 조석관련성분은 단주기, 계절풍 성분은 중주기에 분포하고 있음을 보이고 있다. 웨이블릿 분석에서는 3시간 주기부터 8개월 이상 주기까지 주기별로 분리한 후 24시간 이내의 단주기, 1일~16일의 중주기 및 1개월 이상의 장주기로 구분하여 주기별 특성을 파악하였다. 24시간 이내 단주기 성분의 조위편차는 조석예측 오차에 기인하고 있으며 조차가 큰 서해안에서 크게 나타나고 있다. 또한 태풍에 의한 주기성분은 대략 12시간 정도인 단주기에 집중적으로 나타나고 있다. 1일~16일 주기의 중주기 성분의 경우 서해안에서 동절기에 특히 활성화되고 있어 계절풍 영향이 매우 큰 것으로 나타나고 있다. 따라서 순수한 해일고 성분은 중주기에 집중되고 있으며 해역별로 뚜렷한 특성차를 보이고 있다. 또한 모든 해역에서 유사하게 나타나고 있는 장주기 성분은 평균해수면 변화에 의한 것으로 파악되고 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Fourier analysis and a wavelet method were carried out to elucidate the characteristics of tidal residual components in coastal waters. The result of Fourier analysis shows tide-induced and monsoon-induced residuals are conspicuous at the short period and mid period, respectively. The tidal residual...

주제어

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문제 정의

  • 선행연구인 Kang et al.(2011)의 연구가 해역별 조위편차의 정성적 분석을 통해 서해안이 계절풍의 영향이 심한 해역임을 밝힌 연구였던 반면, 본 연구는 해역별 조위편차를 주기별로 분리 후 재합성을 통해 정량적으로 제시한 연구이다. 이를 통해 극치해면고 산정에 필요한 순수한 해일고 성분, 즉 조석관련 해일고 성분과 장주기 평균해수면 성분을 제외한 나머지 성분을 산정할 수 있다.
  • 본 연구를 통해 국내 연안에서 발생하는 조위편차의 주기별 특성이 해역별로 뚜렷하게 구분되는 경향을 보이고 있음을 밝혔다. 즉, 24시간 이내 주기의 단주기 성분의 조위편차는 조석-해일 비선형성 및 조석예측 오차에 기인하고 있어 조차가 클수록 크게 나타나고 있으며, 조석에 크게 기인하기 때문에 계절별 변화가 크지 않다는 특성이 존재하고 있다.
  • 선행연구(Kang et al., 2013)에 이어 본 논문에서는 FFT 해석을 통해 조위편차의 주기별 분리 근거를 재확인함과 동시에 웨이블릿 분석을 통해 주기별로 분리된 조위편차를 단주기, 중주기, 장주기로 재합성하여 정량화된 주기별 성분값을 토대로 각 주기별 특성 분석을 시행하고자 한다. 특히 계절풍과 태풍에 의한 해일 특성과 같은 중주기 성분의 특성과 평균해수면과 관련된 장주기 성분 특성에 대하여 중점적으로 고찰하였다.
  • , 2013)에 이어 본 논문에서는 FFT 해석을 통해 조위편차의 주기별 분리 근거를 재확인함과 동시에 웨이블릿 분석을 통해 주기별로 분리된 조위편차를 단주기, 중주기, 장주기로 재합성하여 정량화된 주기별 성분값을 토대로 각 주기별 특성 분석을 시행하고자 한다. 특히 계절풍과 태풍에 의한 해일 특성과 같은 중주기 성분의 특성과 평균해수면과 관련된 장주기 성분 특성에 대하여 중점적으로 고찰하였다. 이러한 내용과 관련된 국내연구는 매우 희소하여 Lee et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
극치해면고 산정 시 가장 전형적인 극치해석방법은 무엇인가? 극치해면고 산정시 약최고고조위에 빈도별 해일고를 고려하여 설정하는 것이 가장 전형적인 극치해석방법이다. 따라서 조석의 우세정도와 함께 태풍에 의한 해일고 산정 등은 매우 긴요한 요소이다.
해역별 조위편차 특성을 규명하기 위해 무엇을 하였는가? 해역별 조위편차 특성을 규명하기 위해 푸리에(Fourier)해석과 함께 웨이블릿(Wavelet)분석을 실시하였다. 푸리에 해석결과 조석관련성분은 단주기, 계절풍 성분은 중주기에 분포하고 있음을 보이고 있다.
극치해면고 산정 방법은 서해안, 남해안, 동해안에 따라 어떻게 다른가? 따라서 조석의 우세정도와 함께 태풍에 의한 해일고 산정 등은 매우 긴요한 요소이다. 조차가 심한 서해안과 같은 해역의 경우 대조기 고조시 조석과 해일을 단순히 합하는 것은 과대산정하는 의미가 있기 때문에(Zhang et al., 2010) 대조기 중규모의 해일, 또는 중조기 대규모의 해일로부터 극치해면고가 산정(Olbert and Hartnett, 2010)되어야 하는 반면 조석이 크게 작용하지 않는 남해안과 동해안의 경우 오로지 대규모 태풍에 의해 극치해면고가 산정되는 것이 일반적이다. 따라서 서해안의 경우 태풍 뿐 아니라 비태풍에 의한 해일에 의해서도 극치해면이 발생할 수 있기에 비태풍에 의한 해일발생 역시 주목할 필요가 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Bloomfield, P. (2000). Fourier analysis of time series, Second edition, John Wiley & Sons. 

  2. Donoho, D.L. and Johnstone, I.M. (1994). Ideal special adaptation by wavelet shrinkage, Biometrika, 81(3), 425-455. 

  3. Emery, W.J. and Thomson, R.E. (2004). Data analysis methods in physical oceanography, Second and revised edition, Chapter 5, Elsevier. 

  4. Goring, D.G., Stephens, S.A., Bell, R.G. and Pearson, C.P. (2011). Estimation of extreme sea levels in a tide-dominated environment using short data records, Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 137(3), 150-159. 

  5. Haigh,I., Nicholls, R. and Wells, N. (2010). Assessing changes in extreme sea levels: Application to the English Channel, 1900-2006, Continental Shelf Research, 30, 1042-1055. 

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  7. Kang, J.W., Kim, Y.S., Cho, H,Y. (2013). Decomposition of tidal residual data using a wavelet method and characteristic analysis of their short-period components. Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Eng., 25(3), 165-171. 

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  9. Katul, G. and Vidakovic, B. (1998). Identification of low-dimensional energy containing/flux transporting eddy motion in the atmospheric surface layer using wavelet thresholding methods, Journal of Atmospheric Science, 55(3), 377-389. 

  10. Lee, J.S., Kang, T.S., Park, M.W. (1999). Long-Term Wariation of Tides and Tidal Residuals at Pusan Harbor. Korean Society of Civil Eng., 19(1), 91-100. 

  11. Lee. S.W. (1994). Hydraulic notes on the Korean Harbors. Jipmoondang 

  12. Misiti, M., Misiti, Y., Oppenheim, G. and Poggi, J.-M. (2013). Wavelet $toolbox^{TM}$ user's guide, The Math Works. 

  13. Olbert, A.I. and Hartnett, M. (2010). Storms and surges in Irish coastal waters, Ocean Modelling, 34, 50-62. 

  14. Zhang, W.-Z., Shi, F., Hong, H.-S., Shang, S.-P. and Kirby, J. T. (2010). Tide-surge interaction identified by the Taiwan Strait, Journal of Geophysical Research, 115, 1-17. 

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