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문제 정의
- 본 연구에서는 장기 파랑자료의 통계적인 특성분석에 중점을 두고 동해안 중부에 위치한 속초항 연안에서 약 11년 동안 관측한 파랑자료를 이용하여 주요한 파랑 특성 분석을 수행하였다. 이 자료들은 속초 연안의 파랑 환경 특성 파악 및 관련 설계 자료로 소중하게 활용될 것으로 기대한다.
제안 방법
- 동해 중부해역에서의 공사계획 수립에 도움을 줄 수 있도록 속초항 인근에서 11년간 관측된 파고 자료를 월별로 구분한 다음 0.25 m 간격으로 파고구간을 세분하고 각 구간에서의 누적출현율을 구하여 Table 2에 제시하였다. 예를 들면, 유의파고가 1 m 이하인 파고의 출현확률은 6월이 92.
- 속초항으로 입사가 가능한 심해파향으로는 기본적으로 N-SE 를 생각할 수 있으나, 그 중에서 파향 N 및 NNE의 심해파 조건들은 파향 NE인 조건들에 비해 파고가 상당히 작으므로 고려할 필요가 없을 것으로 판단되었다. 따라서 5개 심해파 향(NE~SE)의 5개 재현빈도(10, 20, 30, 50 및 100년), 총 25개 심해파 조건들을 입력조건으로 사용하여 수치모형 SWAN을 이용하여 관측정점에서의 천해파고를 추정하였다. Fig.
- (2015)은 대진항 부근에서 WTG로 관측한 파랑 자료를 이용하여 대수정규분포와 Kernel 및 GEV(Generalized Extreme Value) 분포함수에 대하여 검토한 바 있다. 본 연구에서는 속초항 관측자료에 대해 이들의 방법을 적용하여 유의파고 및 첨두주기의 확률밀도함수를 산정하였다. 후보 확률 밀도함수의 모수추정방법은 Jeong et al.
- 관측된 자료에 대해서는 스펙트럼법(spectral method)의 사용을 기본으로 하되 참고적으로 파별분석법(wave by wave analysis method)도 사용하였다. 본 연구에서는 전체 자료에서 30분마다 0.5초 간격의 연속된 2,048개의 자료를 분석하여 파랑특성계수들을 제시하였다.
- 유의파고와 첨두주기 모두 그 분포 형태를 Generalized Gamma 및 Generalized Extreme Value 분포함수보다는 Kernel 분포함수가 보다 잘 재현하였다. 한편, 인근 해역에서의 설계 및 시공에 도움을 줄 수 있도록 파고 자료를 월별 및 파고구간별로 세분하고 누적출현율을 제시하였다.
대상 데이터
- 유의파고는 동계에 크고 하계에 작으며, 첨두주기도 동계에 길고 하계에 짧은 특성을 나타내었다. 관측된 최대 유의파고는 6.59 m였으며 1216호 태풍 산바(SANBA)에 의하여 발생되었다. 유의파고와 첨두주기 모두 그 분포 형태를 Generalized Gamma 및 Generalized Extreme Value 분포함수보다는 Kernel 분포함수가 보다 잘 재현하였다.
- 본 연구에서 사용한 속초항 인근의 파랑 관측 자료는 한국해양과학기술원에서 2003년 3월 24일부터 2014년 6월 24일까지 약 11년 3개월 동안 수압식 파고계(WTG; Wave and Tide Gauge)를 사용하여 0.5초 간격으로 연속 측정한 자료이다(Fig. 1 참조). Fig.
데이터처리
- 또한 연속적인 분포를 추정하는 대표적인 비모수적 방법에 해당하는 Kernel 분포함수의 매개변수(window width, h)는 통상적인 기준(normal reference rule, h = 1.06σn-1/5, 여기서 σ =자료의 표준편차, n = 자료의 개수)을 이용하여 산정하였다(Silverman, 1998).
- 유의파고와 첨두주기의 평균값이나 표준편차 역시 중앙값과 상당한 연관성을 보여주고 있다. 연관 특성은 최적함수를 이용하여 적합화(fitting)하고 추정한 결정계수로 분석하였으며, Jeong et al. (2015)이 대진항 파랑자료를 이용하여 분석한 결과와 비교하였다. 유의파고의 경우, 평균과 중앙값 및 표준편차의 결정 계수는 각각 0.
이론/모형
- 관측된 자료에 대해서는 스펙트럼법(spectral method)의 사용을 기본으로 하되 참고적으로 파별분석법(wave by wave analysis method)도 사용하였다. 본 연구에서는 전체 자료에서 30분마다 0.
- 06σn-1/5, 여기서 σ =자료의 표준편차, n = 자료의 개수)을 이용하여 산정하였다(Silverman, 1998). 한편, Generalized Gamma 분포함수 및 그 매개변수는 최소자승법, 최우도법으로 각각 산정하였다. Fig.
- 3에는 유의파고 및 첨두주기의 히스토그램을 각각의 Kernel 분포함수, Generalized Gamma 분포함수 및 GEV 분포함수와 함께 나타내었다. 히스토그램 막대개수(k)는 Sturges rule (k=1+log2(n), n = 자료의 개수)을 이용하여 선정하였다(Martinez and Martinez, 2005). 또한 연속적인 분포를 추정하는 대표적인 비모수적 방법에 해당하는 Kernel 분포함수의 매개변수(window width, h)는 통상적인 기준(normal reference rule, h = 1.
성능/효과
- - 동해 중북부해역에서의 공사계획 수립에 도움을 줄 수 있도록 파고 자료를 월별 및 파고구간별로 세분하고 누적출현율을 구하였으며 유의파고가 1 m 이하의 경우 6월이 92.7%로 가장 높게, 1월이 63.8%로 가장 낮게 나타났다.
- - 스펙트럼법과 파별분석법을 사용하여 자료를 분석하였으며 유의파고와 첨두주기의 연별 및 월별 특성을 검토한 결과 유의파고의 경우 동계에 크고 하계에 작으며, 첨두주기도 동계에 길고 하계에 짧은 뚜렷한 계절변화 특성을 나타내었다.
- - 유의파고 및 첨두주기의 히스토그램을 각각의 Kernel 분 포함수, Generalized Gamma 분포함수 및 GEV 분포함수와 함께 나타내었으며, 모수적인 방법에 해당하는 Generalized Gamma 및 GEV 분포함수보다 특정한 분포함수 형태를 가정하지 않는 Kernel 분포함수가 자료의 분포형태를 보다 잘 재현하였다.
- 5 m이다. 기기 분실로 인한 2005년 8월 8일부터 11월 24일(약 3.5개 월)까지의 결측을 제외한 다른 결측은 없었으며 전체 자료의 관측 비율은 약 98.1%로 아주 양호한 관측율을 기록하였다.
- 본 연구의 속초항 관측점에서의 천해설계파를 검토하려는 경우 한국해양연구원(2005. 12)에 제시된 계산정점 072099의 심해파 조건들을 사용하는 것이 적절한 것으로 판단되었다. 속초항으로 입사가 가능한 심해파향으로는 기본적으로 N-SE 를 생각할 수 있으나, 그 중에서 파향 N 및 NNE의 심해파 조건들은 파향 NE인 조건들에 비해 파고가 상당히 작으므로 고려할 필요가 없을 것으로 판단되었다.
- 12)에 제시된 계산정점 072099의 심해파 조건들을 사용하는 것이 적절한 것으로 판단되었다. 속초항으로 입사가 가능한 심해파향으로는 기본적으로 N-SE 를 생각할 수 있으나, 그 중에서 파향 N 및 NNE의 심해파 조건들은 파향 NE인 조건들에 비해 파고가 상당히 작으므로 고려할 필요가 없을 것으로 판단되었다. 따라서 5개 심해파 향(NE~SE)의 5개 재현빈도(10, 20, 30, 50 및 100년), 총 25개 심해파 조건들을 입력조건으로 사용하여 수치모형 SWAN을 이용하여 관측정점에서의 천해파고를 추정하였다.
- 59 m였으며 1216호 태풍 산바(SANBA)에 의하여 발생되었다. 유의파고와 첨두주기 모두 그 분포 형태를 Generalized Gamma 및 Generalized Extreme Value 분포함수보다는 Kernel 분포함수가 보다 잘 재현하였다. 한편, 인근 해역에서의 설계 및 시공에 도움을 줄 수 있도록 파고 자료를 월별 및 파고구간별로 세분하고 누적출현율을 제시하였다.
- Kernel 함수를 이용한 분포함수 추정은 분포 형태 추정이 매우 유연하며, 자료에 최적화된 분포추정이 이론적으로 가능하기 때문에 특정 분포함수의 매개변수 추정을 위한 기준 분포 형태 함수로 사용할 수 있다. 특히, 자료가 밀집되어 있는 영역에서의 최빈(mode) 파고 추정은 막대그래프를 이용하는 방법보다 Kernel 분포함수를 이용하여 추정하는 방법이 효율적이고 효과적인 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구에서는 장기 파랑자료의 통계적인 특성분석에 중점을 두고 동해안 중부에 위치한 속초항 연안에서 약 11년 동안 관측한 파랑자료를 이용하여 주요한 파랑 특성 분석을 수행하였다. 이 자료들은 속초 연안의 파랑 환경 특성 파악 및 관련 설계 자료로 소중하게 활용될 것으로 기대한다.
- 59보다는 다소 큰 값을 보였다. 이러한 통계 모수의 상관관계는 서로 다른 지점의 자료를 비교하는 인자로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
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