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관측치를 활용한 동해안 너울성 고파 예측
Prediction of Swell-like High Waves Using Observed Data on the East Coast of Korea 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.26 no.3, 2014년, pp.149 - 159  

이창훈 (세종대학교 건설환경공학과) ,  안석진 ((주)지오시스템리서치) ,  이병욱 (세종대학교 건설환경공학과) ,  김신웅 ((주)지오시스템리서치) ,  권석재 (국립해양조사원 해양과학조사연구실)

초록
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본 연구에서는 속초 인근의 파향 파고계로 관측된 파랑 자료를 이용하여 동해안 주요지역에 너울성 고파를 예측하는 알고리즘을 개발하였다. SWAN 모형을 이용하여 연안의 파랑 관측 자료로부터 고파 발생지로 예상되는 외해지점의 파랑 제원을 추정하였다. 추정된 파랑 제원을 경계조건으로 쓰고 SWAN 모형과 파향선 추적법을 사용하여 동해안 주요지역에서의 너울성 고파를 예측하였다. 왕돌초에서 관측한 파랑 자료를 예측 결과와 비교하여 예측알고리즘의 정확성을 검증하였다. 동해안 실시간 파랑관측 시스템과 본 연구결과를 활용하면 동해안 너울성 고파를 보다 정확하게 예측할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we develop an algorithm to predict swell-like high waves on the east coast of Korea using the directional wave gauge which was installed near Sokcho. Using the numerical wave model SWAN, we estimate wave data in open sea from the wave data collected by using the directional wave gauge...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 대상지역의 파랑 예측에는 유의파고, 첨두주기, 첨두파향의 경우 SWAN 모형을, 도달시간의 경우 파향선추적법을 사용하였다. 본 연구에서는 2012년 10월 25일부터 2013년 10월 18일 사이에 관측된 파랑 관측 자료 중 유의파고 3 m 이상, 첨두주기 9초 이상이 발생한 사상에 대해 왕돌초 지역의 너울성 고파를 예측하고, 동일 지점에서 관측된 파랑 시계열과 비교하여 너울성 고파 예측 알고리즘을 검증하였다. 그 결과, 파고의 증가와 감소, 최대파고 및 출현시점을 대체로 잘 재현하였다.
  • 국립해양조사원에서는 2012년 말부터 속초 동방등표 인근에서 파향·파고계인 AWAC 관측장비를 활용하여 유의파고, 첨두주기, 첨두파향뿐만 아니라 주파수 스펙트럼과 방향스펙트럼을 실시간으로 관측하고 있다. 본 연구에서는 AWAC에서 관측되는 실시간 파랑 자료를 이용하여 동해안의 주요 지역에 너울성 고파를 예측하는 알고리즘을 개발하였다. 너울성 고파 예측 방법은 다음과 같다.

가설 설정

  • 관측된 스펙트럼을 JONSWAP 스펙트럼으로 가정한다. 첨두신장인자를 바꿔가면서 추정된 JONSWAP 스펙트럼밀도와 관측된 스펙트럼밀도의 절대오차의 제곱합이 최소가 될 때의 최적의 첨두신장인자를 찾는다.
  • 파랑변형 실험을 통해 속초의 관측장비 설치 지점(A)과 외해 지점(B)간 파랑제원의 상관성 분석을 수행하였다. 임의의 파가 내습하는 것으로 가정하여 외해 경계조건을 설정하고, 관측 지점까지 계산한 뒤 관측지점의 파랑 정보로부터 외해 파랑제원을 역으로 추정하였다. 설정치 사이의 값은 선형 내삽하여 추정하고, 설정 범위를 벗어나는 경우 선형 외삽하여 추정하였다.
  • 앞서 수행한 관측 지점과 외해 지점의 파랑 상관성 분석 결과를 이용하여 관측위치의 파랑제원으로부터 외해 너울성 고파 발생지점의 파랑제원을 추정하였다. 추정시 첨두주기와 첨두신장인자는 관측지점과 외해 지점에서 동일한 것으로 가정하였다. 외해 너울성 고파 제원을 추정하는 과정은 다음과 같다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
우리나라 동해안 동계 너울성 고파는 어떻게 발생하는가? 최근 몇 년간 우리나라 동해안에서는 동계 너울성 고파에 의한 인명 및 재산피해가 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 너울성 고파는 중국 내륙 및 우리나라 부근에서 강하게 발달한 온대성 저기압이 동해로 진출하여 강한 바람과 함께 생성된 폭풍파가 동해안까지 내습하여 발생하는 것으로 알려져 있다(Jeong et al., 2007; Jeong et al.
너울성 고파의 문제점은? 너울성 고 파는 첨두주기 9초 이상의 장주기파로, 전파과정에서 발생하는 에너지 감쇠가 풍파에 비해 작아 먼 곳까지 전파한다. 너울성 고파는 먼 곳에서 성장하여 이동하므로 우리나라 연안의 기상 조건과 관계없이 발생하여 예측이 어렵고, 이로 인하여 인명 및 재산피해가 크게 발생하고 있다. 2005년 이후 동해안 너울성 고파의 내습으로 인한 연평균 재산 피해규모는 백억원을 상회하며, 해상 및 해안에서 사망·실종된 사람은 70여명에 달한다(Jeong and Oh, 2009; Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, 2012).
AWAC이 설치된 이유는? 너울성 고파로 인한 피해를 저감시키기 위해서는 연안에서 파고, 주기, 파향을 상시 관측하는 시스템을 설치하여 관측자료를 축적하고, 축적된 관측자료를 DB화 하여 너울성 고파를 예측하는 시스템이 필요하다. 국립해양조사원에서는 속초 동방등표 인근 수심 18 m 지점에 AWAC(Acoustic Wave And Current) 관측장비를 설치하고 2012년 10월부터 유의파고, 첨두주기, 첨두파향, 유속뿐만 아니라 주파수 스펙트럼과 방향스펙트럼을 실시간으로 관측 및 전송하고 있다.
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참고문헌 (13)

  1. Ahn, S.J., Lee, B.W., Kwon, S.J., and Lee, C. (2013). Algorithm of Predicting Swell-like Significant Waves in the East Coast of Korea. J. of Korean Society of Civil Engineers, 33(6), 2329-2341 (in Korean). 

  2. Booij, N., Ris, R.C., and Holthuijsen, L.H. (1999). A third-generation wave model for coastal regions 1. Model description and validation. J. of Geophysical Research, 103(C4), 7649-7666. 

  3. Chapra, S.C. and Canale, R.P. (2006). Numerical Methods for Engineers. McGraw-Hill, New York. 

  4. Goda, Y. and An, E.-S. (1973). On wave characteristics along the East Coast of Korea and some remarks on breakwater design. J. of Korean Society of Civil Engineers, 21(1), 78-89 (in Korean). 

  5. Hasselmann, K., Barnett, T.P., Bouws, E., Carlson, H., Cartwright, D.E., Enke, E., Ewing, J.A., Gienapp, H., Hasselmann, D.E., Kruseman, P., Meerburg, A., Muller, P., Olbers, D.J., Richter, K., Sell, W., and Walden, H. (1973). Measurement of windwave growth and swell decay during the Joint North Sea Wave Project (JONSWAP). Dtsch. Hydrogr. Z. Suppl., 12(A8), 1-95. 

  6. Jeong, W.M and Oh, S.-H. (2009). Abnormally high swells occurred on the East coast in recent several years. 2009 Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, 2119-2122 (in Korean). 

  7. Jeong, W.M, Oh, S.-H., and Lee, D.Y. (2007). Abnormally high waves on the east coast. J. of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 19(4), 295-302 (in Korean). 

  8. Jeong, W.M, Oh, S.-H., Ryu, K.-H, and Kim, T.-I. (2008). Characteristics of abnormally high waves on the east coast, February 2008. 2008 Conference of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, 2480-2483 (in Korean). 

  9. Korea Hydrographic and Oceanographic Administration (2012). Construction of Real Time Wave Height and Direction Transfer and Analysis System, Report (in Korean). 

  10. Mitsuyasu, H., Tasai, F., Mizuno, S., Ohkusu, M., Honda, T., and Rikiishi, K. (1975). Observation of the directional spectrum of ocean waves using a cloverleaf buoy. J. of Physical Oceanography, 5(4), 750-760. 

  11. Munk, W.H. and Arthur, R.S. (1952). Gravity Waves. 13. Wave Intensity along a Refracted Ray. National Bureau of Standards Circular 521, Washington D.C., 95-108. 

  12. Oh, S.-H., Jeong, W.-M., Lee, D.Y. and Kim, S.I. (2010). Analysis of the reason for occurrence of large-height swell-like waves in the east coast of Korea. J. of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, 22(2), 101-111 (in Korean). 

  13. Suh, K.-D., Kwon, H.-D., and Lee, D.-Y. (2010). Some statistical characteristics of large deepwater waves around the Korean Peninsula. Coastal Engineering, 57, 375-384. 

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