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문제 정의
- 우산해곡은 동해 서부 해역의 해수 순환을 이해하는데 있어서 중요한 지역의 가능성이 있으나 지금까지 직접적인 해류 관측은 없었고, 따라서 해수 유동이나 이와 관련된 물리역학도 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 우산해곡에서 1년간 관측된 유속 시계열 자료를 분석하여 해곡에서의 유동 특성을 분석하였다.
제안 방법
- 원시자료의 유속과 유향 성분은 해류계 제조사로부터 제공된 보정계수(Calibration Coefficients)를 이용하여 보정을 하였고, 유향은 자북과 진북의 차이를(약 8°) 보정해 주었다.
- 원시자료의 유속과 유향 성분은 해류계 제조사로부터 제공된 보정계수(Calibration Coefficients)를 이용하여 보정을 하였고, 유향은 자북과 진북의 차이를(약 8°) 보정해 주었다. 분석을 위해 보정된 유속, 유향 성분을 동-서 방향 유속성분과 남-북 방향 유속성분으로 변환하였다.
- 이러한 해저 유속강화 현상은 해류 관측 위치의 경사도가 급격하고 해저면에 근접해 있어 이에 따른 TRW의 발생 때문일 가능성이 높다(Rhines, 1970). 스펙트럼 분석에서 중층과 하층에서 가장 지배적으로 나타난 20일 주기의 변동성이 TRW 이론에 부합하는지 보기 위하여 정점 K2의 중층과 하층의 해류계 자료를 이론에 적용하였다. 정점 K2의 수심은 H=2341 m, 계류 정점 위도상 Coriolis 계수는 f0 = 8.
대상 데이터
- 우산해곡의 해수 유동 관측을 위하여 두 정점(K1, K2)에 2006년 9월 해류계를 계류하여 2007년 9월까지 1년간 20분 간격의 시계열 자료를 획득하였다. Fig.
- 관측에 이용된 해류계는 RCM-8과 RCM-11(AANDERAA사)이다. 두 종류의 해류계는 유속과 유향의 측정에 있어 서로 다른 방식을 이용한다.
- 동해 울릉도 북부의 우산해곡 사면역 2개 정점 K1, K2에서 2006년 9월부터 2007년 9월까지 시계열 해류 자료를 획득하였으며, 자료 분석 결과 이 해역에서의 심층 해수 유동 특성은 다음과 같다.
이론/모형
- 정점 K1과 K2의 유속 변동성 특성을 파악하기 위해 동서 및 남북방향의 유속성분 별로 FFT(Fast Fourier Transform)와 Morlet wavelet 분석법(Torrence and Compo, 1998)을 이용한 wavelet 스펙트럼 분석을 실시하였다(Fig. 5~10). Fig.
- 유속의 연직 방향 회전은 유향이 등심선의 방향과 일치하지 않음을 의미한다. 이러한 유속장 특성을 이해하기 위하여 thermal wind 이론을 적용해보았다. 유속장이 지형류(geostrophic) 및 정역학적(hydrostatic) 균형을 갖는다고 가정하면 수평유속 성분 u, v의 연직방향(z) 변화는 각각 thermal wind 식인 #으로 표시된다(Bryden, 1976).
성능/효과
- 평균 유향은 정점 K1의 상층을 제외하면 두 정점 모두 수심이 깊어질수록 시계방향으로 회전하는 것으로 나타났다. 이는 심층의 흐름이 완벽하게 등수심선과 평행하지 않고 흐름의 성격이 지형류라고 한다면 유속의 수직적인 변형이 밀도의 수평적 변화와 연관이 있음을 의미한다.
- 하층에서의 유향은 2006년 9월부터 2007년 1월 사이에는 중층 및 상층과 유사하게 나타났지만 상층의 유속이 강한 2007년 2월 이후에는 중층의 유향과 유사하다. 유속은 연평균 자료의 특성에서 보인 바와 같이 관측 전 기간에 걸쳐 하층이 중층보다 강하고 최고 약 6.3 cm/s로 나타났다.
- 1. 정점 K1과 K2 모두 심층에서 해저면 유속강화 현상이 관측되었으며 심층 유속장은 20일 주기의 변동성이 강하게 나타났다. 이러한 심층 흐름과 변동성의 특성은 Senju et al.
- 2. 정점 K1의 상층에서 2007년 2월부터 관측된 강한 흐름은 인공위성 관측 해수면온도 자료와 유속 자료상 변화를 비교한 결과 관측 해역에 소용돌이의 통과에 따른 상층 해황 변화에 기인한 것이다. 이 기간 동안 중층과 심층에서의 유속장은 상층 유속장과 상관성이 낮아 소용돌이가 심층의 유동까지 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 정점 K1의 상층에서 2007년 2월부터 관측된 강한 흐름은 인공위성 관측 해수면온도 자료와 유속 자료상 변화를 비교한 결과 관측 해역에 소용돌이의 통과에 따른 상층 해황 변화에 기인한 것이다. 이 기간 동안 중층과 심층에서의 유속장은 상층 유속장과 상관성이 낮아 소용돌이가 심층의 유동까지 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
- 3. 정점 K1 상층을 제외하고 수심이 깊어질수록 유속이 시계방 향으로 회전하는 것으로 나타났다. 이러한 유속장의 수직구조 특성은 심층 유동이 정확하게 등심선을 따르지는 않고 침강하는 수직 유속 성분이 있음을 의미하고, 정점 K2에서는 깊어지는 지형을 따라 침강하며 일본분지로 향하는 흐름을 나타내고 있어 관측 해역의 수평 유속장이 반시계 방향의 순환계의 일부임을 보여주었다.
- 정점 K1 상층을 제외하고 수심이 깊어질수록 유속이 시계방 향으로 회전하는 것으로 나타났다. 이러한 유속장의 수직구조 특성은 심층 유동이 정확하게 등심선을 따르지는 않고 침강하는 수직 유속 성분이 있음을 의미하고, 정점 K2에서는 깊어지는 지형을 따라 침강하며 일본분지로 향하는 흐름을 나타내고 있어 관측 해역의 수평 유속장이 반시계 방향의 순환계의 일부임을 보여주었다.
- 6의 정점 K2 동서방향 유속성분에서는 공통적으로 3일 주기가 가장 강하고 상층과 중층에서는 20일 주기가 강하다. 남북방향 유속성분의 모든 층에서는 서로 유사하게 20일 주기가 가장 뚜렷하게 나타났고, 동서방향 유속성분에서 강하게 나타났던 3일 주기는 하층에서만 약하게 나타났다. 층간 유속 성분의 크기를 비교해보면 정점 K1과는 반대로 하층에서 가장 강하고 남북방향이 동서방향보다 강하였다.
후속연구
- 전 관측 기간에 걸쳐 나타난 3~5일의 단주기 변동성은 바람장변화와 같은 대기에서의 외력 변화에 기인될 가능성이 있으나 이러한 단주기 변화가 전 층에 걸쳐 나타나고 있기 때문에 보다 심도 있는 분석이 요구된다.
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