[논문]우리나라 서해에서 발생한 겨울철 고파의 관측자료 분석

오상호; 정원무; 김상익

doi:10.9765/kscoe.2015.27.3.168

초록
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우리나라 서해안 다섯 개 관측점에서 취득된 파랑자료를 분석하여 겨울철 서해에서 발생한 고파의 특성을 분석하였다. 고파가 발생하였던 네 시기를 선별하여 그 기간 동안의 파랑 및 기상자료를 함께 분석에 이용하였다. 이들 관측 기간 중 유의파고의 최대값은 2005년 12월 4일에 관측된 6.42 m였다. 분석 결과로부터 온대성저기압이 급속하게 발달할 때 서해상에 형성되는 강한 바람장에 의해 고파가 발생함을 확인하였다. 파랑 관측점에서의 파고의 시간적 변화는 인근 기상관측점에서의 풍속의 시간적 변화와 밀접한 관련을 나타냈으며, 이는 서해상에서 생성된 고파가 풍파의 성격이 지배적임을 나타낸다.

Abstract ▼ AI-Helper

Characteristics of high waves occurred in winter season on the west coast of Korea were investigated by analyzing the wave data observed at five observation locations. Records of four different high waves were subjected to the analysis together with the corresponding meteorological data during those...

Characteristics of high waves occurred in winter season on the west coast of Korea were investigated by analyzing the wave data observed at five observation locations. Records of four different high waves were subjected to the analysis together with the corresponding meteorological data during those time periods. The significant wave height reached its maximum of 6.42 m on December 4th, 2005. It was clarified that the high waves occurred due to strong wind fields that were formed over the west sea of Korea when the extra-tropical cyclone was excessively developed. Characteristics of the high waves generated in the west sea seemed to be predominantly wind sea as the temporal variation of the wave height at the coast were closely related to those of the wind speed measured at neighboring weather stations.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 우리나라 서해안 대부분을 아우를 수 있는 5곳의 관측 지점에서 고파 발생 시 실측된 파랑자료 및 당시의 기상자료를 함께 분석하여 서해 고파의 특성을 상세하게 고찰하였으며, 본 연구를 통해서 얻어진 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
또한, 최근 서남해안에서 해상풍력단지 개발사업 등 해양공간의 이용 범위도 점차 확대되고 있기 때문에 겨울철에 발생하는 고파의 특성을 자세히 규명할 필요가 있다. 이러한 맥락에서 본 연구에서는 서해상에 비교적 높은 파가 발생하였던 2005년 10월과 12월, 2008년 11월, 2009년 1월에 서해안 주요 관측지점에서 취득된 파랑 관측자료를 분석하여 서해에서 발생하는 고파의 특성을 규명하였다. 특히 고파가 발생하였던 기간 동안의 기상자료를 입수하여 고파 발생 시 온대성저기압의 이동에 따른 기상학적 상황을 분석하고 겨울철 서해상에서 발생하는 고파의 특성을 종합적으로 고찰하였다.

제안 방법

고파 발생 기간 동안의 서해상 바람의 특성을 보다 세부적으로 파악하기 위해서 기상청에서 제공하는 각 지점별 10분 평균 풍속 및 풍향 자료를 추가적으로 분석에 이용하였다. 다만, 해안 내륙에 위치한 기상대에서 관측되는 바람자료는 지형적인 영향을 크게 받게 되므로 이러한 점을 고려하여 파랑 관측점보다 더 먼 해상에 위치한 고립된 암초 또는 섬에서 관측된 기상자료를 분석하였으며, 본 논문에서는 소청도, 덕적도, 갈매여, 홍도의 네 곳(Fig.
고파 발생 기간 동안의 서해상 바람의 특성을 보다 세부적으로 파악하기 위해서 기상청에서 제공하는 각 지점별 10분 평균 풍속 및 풍향 자료를 추가적으로 분석에 이용하였다. 다만, 해안 내륙에 위치한 기상대에서 관측되는 바람자료는 지형적인 영향을 크게 받게 되므로 이러한 점을 고려하여 파랑 관측점보다 더 먼 해상에 위치한 고립된 암초 또는 섬에서 관측된 기상자료를 분석하였으며, 본 논문에서는 소청도, 덕적도, 갈매여, 홍도의 네 곳(Fig. 1에서 ●로 표시된 지점)에서 취득된 기상자료 분석 결과를 Figs. 9~10에 제시하였다.
위에서 살펴본 서해상 고파 발생 기간 동안의 기상상황을 파악하고 고파 발생과의 관련성을 검토하기 위해서 기상청에서 제공하는 해당 기간 동안의 지상 일기도 및 10분 간격의 평균 풍향, 풍속 자료를 입수하여 분석하였다. Fig.
이러한 맥락에서 본 연구에서는 서해상에 비교적 높은 파가 발생하였던 2005년 10월과 12월, 2008년 11월, 2009년 1월에 서해안 주요 관측지점에서 취득된 파랑 관측자료를 분석하여 서해에서 발생하는 고파의 특성을 규명하였다. 특히 고파가 발생하였던 기간 동안의 기상자료를 입수하여 고파 발생 시 온대성저기압의 이동에 따른 기상학적 상황을 분석하고 겨울철 서해상에서 발생하는 고파의 특성을 종합적으로 고찰하였다. 향후 서해상에서 발생하는 고파에 대한 지속적인 연구를 수행하여 고파 발생 및 해안가 내습에 대한 예보 정확도를 향상시킴으로써 서해 고파로 인한 재해 및 재난을 최소화하는 노력이 계속되어야 할 것이다.
모든 경우에서 고파가 해안에 도달하기 전에는 유의파고가 1 m 미만이었지만, 고파 내습 후 급격하게 파고가 상승하는 패턴이 나타났다. 파고가 상승하기 시작하는 시점, 즉 고파가 해안에 처음으로 도달하는 시점을 정량적으로 파악하기 위해서 본 연구에서는 유의파고의 값이 0.8 m 미만이면서, 그 시점으로부터 30분 경과 후 유의파고의 값이 0.3 m 이상 증가하는 2가지 조건을 동시에 만족시키는 시점을 찾아서 고파의 도달시각을 판별하였다. 이렇게 계산된 고파의 최초 도달 시각을 Table 2에 나타내었다.
파 관측에는 수압식 파고계가 사용되었으며, 파고계가 설치된 곳의 수심은 Table 1에 나타낸 것처럼 모두 20 m 이내였다. 파고계의 자료 수집 시간 간격은 0.5초이며, 30분마다 2,048개의 자료를 이용하여 파 스펙트럼을 계산하였다. 따라서 유의파고 및 주기의 값은 30분 간격으로 생성된다.

대상 데이터

이 논문에서는 2005년 10월 20~25일과 12월 3~8일에는 백령도, 군산, 안마도, 가거초에서 관측된 파랑자료를, 2008년 11월 25~30일과 2009년 1월 21~26일에는 백령도, 만리포, 안마도, 가거초에서 관측된 파랑자료를 분석에 이용하였다. 파 관측이 수행된 지점의 위치는 Fig.

데이터처리

3에는 같은 기간 동안의 유의파주기(T_s)의 시계열을 나타내었다. 유의파주기는 제로크로싱 방법에 의한 상위 1/3파의 평균주기로 계산하였다. 전반적으로 고파가 내습함에 따라 유의파주기가 증가하는 경향은 Fig.

성능/효과

· 우리나라 서해안에 도달하는 고파 발생 시에는 언제나 중국 내륙지방에서 발생한 온대성저기압이 급속하게 발달하여 서해상에 진출하는 기상현상이 수반되었으며, 이로 인해 서해상에는 N~W계열의 강풍이 수 일간 불어 고파가 형성되기 좋은 조건이 형성되었다.
· 이처럼 우리나라 서해안에서의 고파 발생과 관련성을 가지는 온대성저기압의 발달경로는 서해상을 통과하지 않고 중국 헤이룽(黑龍江) 지방에서부터 러시아 연해주를 거쳐 동해로 직접 진출하는 경우와 중국 산둥(山東) 지방에서부터 서해상으로 진출한 뒤 우리나라를 가로질러 동해안으로 이동하는 2가지 경우로 분류되었으며, 고파 발생 시기 동안 저기압의 중심기압이 지속적으로 감소하는 경향이 공통적으로 관찰되었다.
8에 나타내었다. 고파가 발생하였던 관측기간 동안에 풍속 10~20 m/s 정도의 강한 바람장이 서해상에 형성되었음을 확인할 수 있다. 나머지 고파 발생 기간 중에도 Fig.
10에 보인 것처럼 대체로 W(270^o)~N(360^ο)계열 범위에서 형성되었으나, 갈매여에서의 풍향은 심한 변화 양상을 나타내었다. 나머지 세 기간(2005년 10월, 2008년 11월, 2009년 1월)동안에도 강풍이 유지되는 기간 동안에는 일부 간헐적인 변화를 제외하면 비교적 풍향이 일정하게 유지되었음을 확인할 수 있었다. 전반적으로는 주풍향이 2005년 10월과 12월에는 N계열(360^ο)을 중심으로 형성된 반면, 2008년 11월과 2009년 1월에는 NW계열(315^o)을 중심으로 형성되어 차이가 있었으며, 이러한 결과는 ECMWF 해상풍 벡터도와도 대체로 일치하였다.
2에는 네 관측 기간 동안 파랑 관측점에서 취득된 유의파고(H_s)의 시계열을 나타내었다. 모든 경우에서 고파가 해안에 도달하기 전에는 유의파고가 1 m 미만이었지만, 고파 내습 후 급격하게 파고가 상승하는 패턴이 나타났다. 파고가 상승하기 시작하는 시점, 즉 고파가 해안에 처음으로 도달하는 시점을 정량적으로 파악하기 위해서 본 연구에서는 유의파고의 값이 0.
· 본 논문에서 고찰한 5개 파랑 관측점에 고파가 도달한 시각은 일관된 패턴을 나타내지 않았으며, 각 관측점의 위도 또는 경도에 따른 순서와도 항상 일치하는 것은 아니었다. 이로부터 서해상에서 발생하는 고파가 너울(swell)보다는 풍파(wind wave)의 성격이 지배적일 것으로 추론할 수 있었으며, 실제로 고파 관측자료로부터 계산된 파형경사의 첨두값이 0.06~0.07로 매우 큰 값을 나타내어 고파의 풍파적 특성을 입증해 주었다.

후속연구

전반적으로는 주풍향이 2005년 10월과 12월에는 N계열(360^ο)을 중심으로 형성된 반면, 2008년 11월과 2009년 1월에는 NW계열(315^o)을 중심으로 형성되어 차이가 있었으며, 이러한 결과는 ECMWF 해상풍 벡터도와도 대체로 일치하였다. 이러한 점으로부터 서해안 파랑 관측점에 도달하는 겨울철 고파의 파향 역시 대체로 N~W계열일 것으로 추정할 수 있으며, 이에 관해서는 향후 DW(Directional Waverider) 또는 AWAC(Acoustic Wave And Current profiler) 등의 관측장비로 파향을 직접 관측하여 보다 상세한 분석을 수행할 필요가 있다.
특히 고파가 발생하였던 기간 동안의 기상자료를 입수하여 고파 발생 시 온대성저기압의 이동에 따른 기상학적 상황을 분석하고 겨울철 서해상에서 발생하는 고파의 특성을 종합적으로 고찰하였다. 향후 서해상에서 발생하는 고파에 대한 지속적인 연구를 수행하여 고파 발생 및 해안가 내습에 대한 예보 정확도를 향상시킴으로써 서해 고파로 인한 재해 및 재난을 최소화하는 노력이 계속되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	중국에서 수행된 서해상에서 발생하는 파랑에 관한 연구는 어떠한가?	, 2014; Yang et al., 2014), 주로 서해 남부지역 및 동중국해 또는 중국측 연안 파랑에 관심을 가지고 연구가 수행되었기 때문에 우리나라 서해안 연안에서의 파랑 특성과의 관련성은 적은 편이다.
	겨울철에도 상당히 높은 파도가 종종 출현하는 이유는 무엇인가?	우리나라 서해에서는 태풍이 발생하지 않는 겨울철에도 상당히 높은 파도가 종종 출현하는데 이는 겨울철 중위도에서 발생하는 이동성 온대저기압에 의한 북서풍의 영향 때문이다(Chong and Seol, 2007). 이동성 저기압에 의한 풍랑(유의파고 3 m 이상)은 매년 겨울철에 평균적으로 2~3차례 이상 나타나며 이로 인한 서해 해상 및 연안에서의 인명 및 재산 피해는 지속적으로 발생하고 있다.
	서해 고파의 특성을 상세하게 고찰한 연구의 주요 결과는 무엇인가?	· 우리나라 서해안에 도달하는 고파 발생 시에는 언제나 중국 내륙지방에서 발생한 온대성저기압이 급속하게 발달하여 서해상에 진출하는 기상현상이 수반되었으며, 이로 인해 서해상에는 N~W계열의 강풍이 수 일간 불어 고파가 형성되기 좋은 조건이 형성되었다. · 이처럼 우리나라 서해안에서의 고파 발생과 관련성을 가지는 온대성저기압의 발달경로는 서해상을 통과하지 않고 중국 헤이룽(黑龍江) 지방에서부터 러시아 연해주를 거쳐 동해로 직접 진출하는 경우와 중국 산둥(山東) 지방에서부터 서해상으로 진출한 뒤 우리나라를 가로질러 동해안으로 이동하는 2가지 경우로 분류되었으며, 고파 발생 시기 동안 저기압의 중심기압이 지속적으로 감소하는 경향이 공통적으로 관찰되었다. · 본 논문에서 분석 대상으로 삼은 네 가지 파랑 관측기간 동안의 유의파고 최대값은 2005년 12월 4일 가거초에서 관측된 6.42 m였으며, 유의파주기의 최대값은 같은 날 같은 곳에서 관측된 10.7 s였다. · 본 논문에서 고찰한 5개 파랑 관측점에 고파가 도달한 시각은 일관된 패턴을 나타내지 않았으며, 각 관측점의 위도 또는 경도에 따른 순서와도 항상 일치하는 것은 아니었다. 이로부터 서해상에서 발생하는 고파가 너울(swell)보다는 풍파(wind wave)의 성격이 지배적일 것으로 추론할 수 있었으며, 실제로 고파 관측자료로부터 계산된 파형경사의 첨두값이 0.06~0.07로 매우 큰 값을 나타내어 고파의 풍파적 특성을 입증해 주었다.

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