[논문]조석-해일 비선형성과 관련된 태풍-해일 특성

강주환

doi:10.9765/kscoe.2015.27.1.25

조석-해일 비선형성과 관련된 태풍-해일 특성
Typhoon-surge Characteristics in Relation with the Tide-surge Interaction 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.27 no.1, 2015년, pp.25 - 37

초록
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태풍발생시기의 조석-해일 비선형 특성을 분석하였다. Chi-square test를 통한 정량적 해석결과 목포를 비롯한 서남해안 지역에서 비선형성이 가장 우세하였고 서해안과 남동해안에서는 뚜렷하게 나타나지는 않고 있다. 태풍-해일 발생패턴을 첨두형과 지속형으로 구분하여 해석하였는데 조석-해일 비선형성은 지속형에서 다소 높게 나타나는 것으로 확인되고 있다. 서해안의 경우 저조시 해일발생빈도가 높지 않게 나타나는 이유는 남해안경로 태풍에 의한 음해일 발생이 많은 것과 무관치 않은 것으로 보인다. 그러나 서해안경로 태풍에 대해서는 태풍통과 이후 저조시에 최대해일고가 발생하는 조석-해일 비선형효과가 두드러지게 나타나고 있다. 남동해안의 경우에는 첨두형 태풍이 잦아 비선형효과에 의한 저조시 해일발생빈도가 낮은 것으로 분석되고 있다. 이에 따라 남해안경로 태풍의 경우 통과인근지역에서는 고조시에도 대규모 해일발생이 가능하므로 태풍-해일에 의한 범람 위험도가 매우 높은 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Tide-surge interaction during typhoon periods has been analyzed. The quantitative analysis of the Chi-square test shows that the interaction is most prominent at the Southwestern coast whereas the Western and the Southeastern regions are not. Patterns of surge type were divided into two groups, that is, steep type and mild type. Then, the interaction was turned out to be more prominent for mild type data. The weak interaction at the Western region is considered due to negative surges when the south-track typhoons attack. However, the interaction is remarkable when the west-track typhoons attack. The weak interaction at the Southeastern coast is, on the other hand, considered due to abundance of the steep type typhoons. Thus, inundation risk would be so apprehensive at that region because large-scale surge might be caused even at high tide.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2절에 소개되겠지만 부산을 제외한 모든 지점에서 비선형성이 존재하는 것으로 나타나고 있으며 특히 목포에서 비선형성이 가장 두드러지는 것으로 파악되고 있다. 이러한 내용은 계절풍을 포함한 모든 조위편차를 대상 으로 분석한 결과인데, 본 연구에서는 특히 태풍시기의 비선형 특성을 중점적으로 파악하고자 한다.
계절풍의 경우 바람에 의 한 해일이 넓은 영역에 비교적 고르게 장기간 발생하는데 반해 태풍시에는 바람 뿐 아니라 기압강하에 의한 해일도 발생 하게 되며 태풍이 진행함에 따라 공간적 및 시간적 변화가 매 우 심하게 나타난다. 이에 따라 본 연구에서는 태풍의 경로 및 규모와 이동속도 등에 따라 한반도에 초래되는 영향성과 관 련하여 비선형 효과의 작용기작에 대한 규명을 시도하였다.
, 2012). 조위자료를 분석하여 국내에서 조석-해일 상호간섭 및 비선 형 효과 발생의 실태파악에 주력한 선행연구(Kang et al., 2014)에 이어 본 연구에서는 특히 태풍발생시 조석-해일 비선 형 특성에 대한 연구를 진행하였다. 계절풍의 경우 바람에 의 한 해일이 넓은 영역에 비교적 고르게 장기간 발생하는데 반해 태풍시에는 바람 뿐 아니라 기압강하에 의한 해일도 발생 하게 되며 태풍이 진행함에 따라 공간적 및 시간적 변화가 매 우 심하게 나타난다.

제안 방법

1에 나타낸 바와 같이 인천(IC), 안흥(AH), 군산(GS), 목포(MP) 등 서해안 4개 관측소와 추자 (CJ), 제주(JJ), 완도(WD), 여수(YS), 통영(TY), 부산(BS) 등 남해안 6개 관측소 등 총 10개 조위관측소를 선택한 후 2001~2005년 자료로부터 비선형성 실태를 분석한 바 있다. 20 cm 이상의 양의 조위편차만을 대상으로 하였는데 조위별 발생확률이 균등하게 5개 구간으로 구분한 후 해당 조위계급 에서 발생한 조위편차 사상의 분포와 함께 4개의 조시별로 구 분된 조위편차 발생사상비율을 조사하였다. 그 결과 서해안 및 남해안의 모든 해역에서 저조시 빈도가 높게 나타나고 있 으며 특히 서남해안의 경우 저조시 발생이 두드러지게 나타 나고 있어 조석변조해일에 대한 경향성을 드러내고 있는 반 면 창조시 집중되는 현상은 뚜렷하지 않은 특성을 보이고 있 다.
2) Chi-square test를 통해 정량적으로 제시한 결과 역시 서 남해안의 경우 저조시 발생비율이 확연히 높게 나타나고 있 는 반면 서해안의 경우 일부 지역에서는 균등분포 가설이 만 족되는 결과를 보이는 등 저조시 해일고가 커지는 경향을 보 이지 않고 있다. 3) 50 cm 이상 해일고를 대상으로 태풍-해일 발생패턴을 첨 두형과 지속형의 두 가지로 구분하였다. 대형태풍일수록 첨 두형이 많았고, 지역적으로는 통영 등지에서는 첨두형의 빈 도가 높은 반면 목포와 완도에서는 지속형의 빈도가 높게 나 타나고 있다.
이들을 구분하기 위해 편의상 각각을 첨두형(steep type or S-type)과 지속형(mild type or M-type)으로 명명하 였다. 50 cm 이상의 최대해일고 자료 중 (+)20 cm 이상의 해 일고 발생 지속시간이 12시간 이내인 경우와 지속시간이 12 시간을 초과할 경우라도 최대해일고가 인접한 두 번째 크기 의 극치해일고에 비해 두 배 이상인 경우를 첨두형, 그렇지않은 경우를 지속형으로 구분하였다. 이렇게 구분된 해일패 턴 역시 Table 3에 표기하였는데 50 cm 이상 해일고 발생 태 풍사례 81건 중 첨두형 36건, 지속형 45건으로 파악되고 있 으며 80 cm 이상 17건 중 첨두형 12건, 지속형 5건이며 100 cm 이상 10건 중에는 8건이 첨두형으로 구분되고 있어 대형태풍일수록 첨두형으로 분류되는 경향이 있다.
2절에 제시한 바와 같이 목포와 완도를 중심으로 조석 -해일 비선형성이 뚜렷하게 나타나고 있다. 범위를 더 좁혀 대 형태풍을 대상으로 비선형 특성을 파악하기 위해 최대해일고 가 50 cm 이상인 경우에 대해서도 조시별 해일발생양상을 분 석하였다. 첨두형과 지속형으로 구분하여 최대해일고가 발생 한 조시를 Table 3에 제시하였는데 첨두형의 경우 모든 조시 에서 비교적 고른 분포를 보이고 있으며 저조시 발생비율이 39%(= 14/36) 정도임에 비해 지속형의 경우 저조시 발생비율 이 56%(= 25/45)로 매우 높게 나타나고 있다.
즉, 각 태 풍에 대하여 태풍경로상 우리나라 해안에 최근접한 시점 전 후로 12시간 간격의 두 시점을 선택한 후 각 시점에서 관측 치를 토대로 개략적으로 작성된 우리나라 전역의 기압장과 풍 속장을 가장 위에 도시하였다. 이어서 인천을 비롯한 8개 각 지점에서 태풍영향기간 중의 기압과 풍속 및 해일고 자료에 대한 시계열도 함께 제시하였다. 태풍중심에 최근접하여 기압 이 최저가 되는 시점을 굵은 세로점선으로 표기하였고 앞서 언급된 두 시점을 각각 세로방향으로 일점쇄선과 이점쇄선으 로 표기하였다.
7에 제시하였다. 즉, 각 태 풍에 대하여 태풍경로상 우리나라 해안에 최근접한 시점 전 후로 12시간 간격의 두 시점을 선택한 후 각 시점에서 관측 치를 토대로 개략적으로 작성된 우리나라 전역의 기압장과 풍 속장을 가장 위에 도시하였다. 이어서 인천을 비롯한 8개 각 지점에서 태풍영향기간 중의 기압과 풍속 및 해일고 자료에 대한 시계열도 함께 제시하였다.

대상 데이터

(2014)의 연구에서와 동일하게 조위관측소를 선정한 후 Table 1에 제시된 바와 같은 각 조위관측소 별 관측기간 중 한반도에 영향을 미친 태풍의 영향기간 동안 관측된 해일고 중 최대값을 조사하여 자료로 활용하였다.
해당태풍이 각 조위관측소를 최 근접으로 통과할 당시의 제반 특성지표를 관측자료로부터 추 출하여 Table 3에 제시하였다. 단, 여기서는 태풍의 상륙 또 는 진행방향에 따른 풍향에 대한 내용이 포함되므로 섬지역 인 추자와 제주를 제외한 연안 8개 지점만 대상으로 선정하 였다. 이러한 대형태풍에 의해 발생되는 해일양상은 크게 두 가 지로 대별될 수 있다.
서해안경로 태풍과 남해안경로 태풍의 지역별 영향특성을 살펴보기 위하여 남해안과 서해안을 통과한 대표태풍으로 RUSA(0215)와 BOLAVEN(1215)을 각각 선택하여 태풍제원 과 함께 각 지점별 기상자료를 Fig. 7에 제시하였다.
각 조위관측소별 로 관측기간이 상이하여 Table 1에 보인 바와 같이 관측소 별 자료수는 적지 않은 차이를 보이고 있다. 이러한 최대해 일고 자료 중 (+)20 cm 이상의 최대해일고를 초래한 태풍해일 자료만을 선별하여 조석-해일 비선형성 해석대상으로 선정하였다. 여기에 해당하는 자료수와 함께 별도의 태풍-해 일 특성분석을 위한 (+)50 cm 이상의 대형태풍에 의한 최대 해일고 자료수 및 음(-)해일고 자료수를 Table 1에 함께 제 시하였다.
3 대형태풍의 해일발생 특성 국내연안에서 태풍시기의 일반적인 조석-해일 비선형성을 분석하기 위하여 20 cm 이상 해일고를 대상으로 정량적 해 석을 시행한 결과 전절에 제시된 바와 같은 연구결과를 얻을 수 있었다. 해역별 고극조위 및 범람피해가 초래될 수 있는 대형태풍에 대해서 추가적인 연구를 수행하기 위하여 조위관 측소별 관측자료가 존재하는 가용한 50 cm 이상의 최대해일 고 자료 전체를 수집하였다. 해당태풍이 각 조위관측소를 최 근접으로 통과할 당시의 제반 특성지표를 관측자료로부터 추 출하여 Table 3에 제시하였다.

데이터처리

즉, 국내환경에서는 유의미한 파속변화를 보일 정도로 수 심에 비해 해일고가 크게 발생하는 경우는 흔치 않아 창조집 중효과가 희소한 것으로 파악된다. 또한 비선형성을 정량적으로 판정하기 위하여 조위별 분포 및 조시별 분포 각각에 대한 균등분포 가설을 Chi-square test(Haigh et al., 2010)를 통해 검증하였다. 구체적인 내용은 본 연구의 결과와 함께 3.

성능/효과

태풍 의 경로 및 규모와 이동속도 등에 따라 초래되는 영향성과 관 련하여 분석한 결과는 다음과 같다. 1) 목포와 완도를 포함한 서남해안 지역에서는 비태풍시와 유사하게 조석-해일 비선형성이 뚜렷하게 나타나고 있는 반 면 인천을 비롯한 서해안의 경우 비태풍시와는 달리 비선형 성이 두드러지지 않은 것으로 나타나고 있다. 2) Chi-square test를 통해 정량적으로 제시한 결과 역시 서 남해안의 경우 저조시 발생비율이 확연히 높게 나타나고 있 는 반면 서해안의 경우 일부 지역에서는 균등분포 가설이 만 족되는 결과를 보이는 등 저조시 해일고가 커지는 경향을 보 이지 않고 있다.
1) 목포와 완도를 포함한 서남해안 지역에서는 비태풍시와 유사하게 조석-해일 비선형성이 뚜렷하게 나타나고 있는 반 면 인천을 비롯한 서해안의 경우 비태풍시와는 달리 비선형 성이 두드러지지 않은 것으로 나타나고 있다. 2) Chi-square test를 통해 정량적으로 제시한 결과 역시 서 남해안의 경우 저조시 발생비율이 확연히 높게 나타나고 있 는 반면 서해안의 경우 일부 지역에서는 균등분포 가설이 만 족되는 결과를 보이는 등 저조시 해일고가 커지는 경향을 보 이지 않고 있다. 3) 50 cm 이상 해일고를 대상으로 태풍-해일 발생패턴을 첨 두형과 지속형의 두 가지로 구분하였다.
2(j)의 우측 그림에 보인 바와 같이 선 행연구의 비태풍시와는 달리 저조시 발생빈도가 높게 나타나 고 있다. 3.3 대형태풍의 해일발생 특성 국내연안에서 태풍시기의 일반적인 조석-해일 비선형성을 분석하기 위하여 20 cm 이상 해일고를 대상으로 정량적 해 석을 시행한 결과 전절에 제시된 바와 같은 연구결과를 얻을 수 있었다. 해역별 고극조위 및 범람피해가 초래될 수 있는 대형태풍에 대해서 추가적인 연구를 수행하기 위하여 조위관 측소별 관측자료가 존재하는 가용한 50 cm 이상의 최대해일 고 자료 전체를 수집하였다.
또한 이동속도가 빠를수록, 그리고 중심과의 거 리가 가까울수록 첨두형 해일패턴이 나타나고 있다. 4) 첨두형과 지속형의 대표태풍으로 각각 MAEMI(0314)와 RUSA(0215)를 들 수 있는데, 첨두형의 경우에는 모든 조시 에서 비교적 고른 분포를 보이는 반면 지속형의 경우 저조시 발생사례가 압도적으로 많아 조석-해일 비선형성은 지속형에 서 더욱 우세한 것으로 확인되고 있다. 즉, 지속형은 태풍 이 동속도가 느리거나 태풍중심에서 비교적 멀리 떨어진 지점에 서 주로 발생하므로 바람에 의한 수면상승이 지배적이어서 조 석변조해일 효과에 의해 저조시마다 해일고가 크게 나타나게 되므로 긴 지속시간과 뚜렷하지 않은 첨두해일고를 갖게 된 다.
이 렇듯 조석변조해일과 관련 있는 지속형은 Table 4에서와 같 이 목포와 완도 등지에서 빈도가 높게 나타나고 있으며 Table 2의 결과와 일맥상통하고 있다. 4.2 해역별 해일특성 Table 4에 제시된 바와 같이 50 cm 이상 해일고를 유발한 대형태풍의 경우 서해안 지역에서는 서해안경로 태풍의 영향 이 지배적이고 남해안 지역에서는 남해안경로 태풍의 영향이 지배적으로 나타나고 있다. 또한 태풍경로 인근 해역에서는 첨 두형, 주변 해역에서는 지속형 해일형태로 영향을 미치고 있 다.
지속형 해일패턴의 발생빈도가 높은 목포와 완도 등지에 서 조석-해일 비선형성 역시 크게 나타나고 있음은 이들의 관 련성을 시사하고 있다. 5) 서해안에서 저조시 해일발생빈도가 높지 않게 나타나는 이유는 남해안경로 태풍의 경우 서해안에서 음의 해일고가 발 생하는 경향에 일부 기인하기 때문인 것으로 분석되었다. 물 론 서해안경로 태풍의 경우에는 서해안 지역에 조석변조해일 의 비선형성을 초래하게 되며, 특히 이 경우 최대해일고 발 생시점이 최저기압 발생시점보다 다소 늦게 형성되고 있으며 바람에 의한 조석변조해일이 발생할 수 있는 환경이 된다.
물 론 서해안경로 태풍의 경우에는 서해안 지역에 조석변조해일 의 비선형성을 초래하게 되며, 특히 이 경우 최대해일고 발 생시점이 최저기압 발생시점보다 다소 늦게 형성되고 있으며 바람에 의한 조석변조해일이 발생할 수 있는 환경이 된다. 6) 태풍경로의 위험반원에 해당하는 경우가 잦은 통영 등 지에서는 태풍통과시에 최대해일고가 발생하는 사례가 많은 데, 이 경우 첨두형 해일패턴이 발생하는 경향이 있는 동시 에 최대해일고 발생이 조시와 무관하게 형성되어 비선형 효 과가 둔화되는 결과를 초래하고 있다. 즉, 태풍상륙이 잦은 이 지역에서 최대해일고가 고조시에도 자주 발생할 수 있다는 의 미이므로 해일범람이 매우 우려되는 지역이라고 할 수 있다.
, 2010)를 통해 검증하였다. 구체적인 내용은 본 연구의 결과와 함께 3.2절에 소개되겠지만 부산을 제외한 모든 지점에서 비선형성이 존재하는 것으로 나타나고 있으며 특히 목포에서 비선형성이 가장 두드러지는 것으로 파악되고 있다. 이러한 내용은 계절풍을 포함한 모든 조위편차를 대상 으로 분석한 결과인데, 본 연구에서는 특히 태풍시기의 비선형 특성을 중점적으로 파악하고자 한다.
20 cm 이상의 양의 조위편차만을 대상으로 하였는데 조위별 발생확률이 균등하게 5개 구간으로 구분한 후 해당 조위계급 에서 발생한 조위편차 사상의 분포와 함께 4개의 조시별로 구 분된 조위편차 발생사상비율을 조사하였다. 그 결과 서해안 및 남해안의 모든 해역에서 저조시 빈도가 높게 나타나고 있 으며 특히 서남해안의 경우 저조시 발생이 두드러지게 나타 나고 있어 조석변조해일에 대한 경향성을 드러내고 있는 반 면 창조시 집중되는 현상은 뚜렷하지 않은 특성을 보이고 있 다. 즉, 국내환경에서는 유의미한 파속변화를 보일 정도로 수 심에 비해 해일고가 크게 발생하는 경우는 흔치 않아 창조집 중효과가 희소한 것으로 파악된다.
1에 보인 바와 같이 목포를 기준으로 서해안경로 태풍과 남해안경로 태풍으로 구분한 후 경로구분 을 Table 3에 태풍명 뒤에 나타내었으며 각 지점에서 이렇게 구분된 태풍경로별, 그리고 해일양상별 (+)50 cm 이상 해일 고의 발생횟수를 Table 4에 제시하였다. 그 결과를 보면 서 해안경로 태풍의 경우 서해안을 중심으로 완도와 여수 정도 까지 영향을 미치고 있는 반면 남해안경로 태풍은 남해안을 중심으로 목포 정도까지 영향을 미치고 있으며 군산이북의 서 해안 지역에의 영향성은 미미한 것으로 나타나고 있다. 또한 목포와 완도에서는 지속형의 발생빈도가 높은 반면 통영에서 는 첨두형의 빈도가 높게 나타나고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	계절풍의 특징은 무엇인가?	, 2014)에 이어 본 연구에서는 특히 태풍발생시 조석-해일 비선 형 특성에 대한 연구를 진행하였다. 계절풍의 경우 바람에 의 한 해일이 넓은 영역에 비교적 고르게 장기간 발생하는데 반해 태풍시에는 바람 뿐 아니라 기압강하에 의한 해일도 발생 하게 되며 태풍이 진행함에 따라 공간적 및 시간적 변화가 매 우 심하게 나타난다. 이에 따라 본 연구에서는 태풍의 경로 및 규모와 이동속도 등에 따라 한반도에 초래되는 영향성과 관 련하여 비선형 효과의 작용기작에 대한 규명을 시도하였다.
	조위편차란 무엇인가?	조위 관측치와 예측치의 차이인 조위편차(tidal residual)는 관측된 조위자료에서 조화분석을 통해 천문조(astronomical tide) 성분을 제거한 나머지 성분을 의미한다. 이 성분은 주 로 기압변화 및 바람 등 기상학적 요인에 의해 발생하기 때 문에 기상조(meteorological tide) 또는 해일고(surge height) 라고도 한다(Pugh, 2004).
	조위편차가 발생하는 주요 원인은 무엇인가?	조위 관측치와 예측치의 차이인 조위편차(tidal residual)는 관측된 조위자료에서 조화분석을 통해 천문조(astronomical tide) 성분을 제거한 나머지 성분을 의미한다. 이 성분은 주 로 기압변화 및 바람 등 기상학적 요인에 의해 발생하기 때 문에 기상조(meteorological tide) 또는 해일고(surge height) 라고도 한다(Pugh, 2004). 이와 같이 조위편차 성분은 전적 으로 해일에 의한 성분으로 간주함이 일반적이며 조위편차와 해일고는 의미상의 구분 없이 혼용되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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