[논문]매개 중심성을 이용한 해양 플라스틱 폐기물의 경로 예측 및 효율적인 수거지점 제안

전연선; 홍민지; 박무규; 최용상

doi:10.4491/ksee.2015.37.7.426

매개 중심성을 이용한 해양 플라스틱 폐기물의 경로 예측 및 효율적인 수거지점 제안
Path Prediction and Suggestion of Efficient Collection Points for Marine Plastic Debris Based on Betweenness Centrality Analysis 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.37 no.7, 2015년, pp.426 - 431

전연선 (이화여자대학교 환경공학과) , 홍민지 (이화여자대학교 환경공학과) , 박무규 (고려대학교 정보보호연구원) , 최용상 (이화여자대학교 환경공학과)

초록
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우리나라에서 플라스틱으로 인한 해양오염이 심각함에도 불구하고 경로 예측 및 수거 방안에 대한 연구는 찾아보기 어렵다. 본 연구에서는 미국 해양대기청(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)의 해양 표층해류 시뮬레이터(Ocean Surface CURrent Simulator, OSCURS)를 이용하여 2004년부터 2013년까지 계절별로 동 서해로 유입된 플라스틱 폐기물의 이동 경로를 예측하였고, 매개 중심성 분석을 통하여 효율적인 수거지점을 제안하였다. 효율적인 수거지점의 대부분이 계절과 상관없이 연안에 형성되었고, 그중에서도 동해는 울진 연안, 서해는 새만금-신안 연안이 플라스틱 폐기물을 효율적으로 수거할 수 있는 지역이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Korea severely suffers from plastic-induced ocean pollution, but only few studies predicted the trajectory of marine plastic debris and provided their collection method. This study used Ocean Surface CURrent Simulator (OSCURS) of National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) in order to predict the trajectories of marine plastic debris flowing into the East Sea and Yellow Sea for each season during 2004 to 2013. Results suggest that efficient collection hubs through the high betweenness centrality index. Most hubs were located in the seashores regardless of season, suggesting the seashore of Uljin for the East Sea and the seashore between Saemangeum and Shinan for the Yellow Sea as the most efficient hubs.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 OSCURS를 이용하여 계절별로 동․서해에 유입된 플라스틱 폐기물의 이동 경로를 예측하고, 네트워크 분석을 통하여 매개 중심성이 높은 지점을 효율적인 수거지점으로 제안하고자 한다.

가설 설정

서로 근접한 지역으로 유입된 플라스틱 폐기물은 해류 및 바람 등의 조건이 유사하여 비슷한 경로를 가진다고 가정하였다. 따라서 OSCURS로 전체적인 경향을 살펴보기 위해 선정했던 총 72개 지점 중 동해 7개, 서해 7개 지점을 Fig.

제안 방법

본 연구에서는 OSCURS를 이용하여 계절별로 동․서해로 유입된 플라스틱 폐기물의 이동 경로를 예측하였고, 네트워크 분석을 통하여 매개 중심성이 높은 지점을 효율적인 수거지점으로 제안하였다. 대부분의 허브가 계절과 상관없이 연안에 형성되었고, 그중에서도 울진 연안과 새만금-신안 연안이 플라스틱 폐기물을 효율적으로 수거 가능한 지역이다.

대상 데이터

서로 근접한 지역으로 유입된 플라스틱 폐기물은 해류 및 바람 등의 조건이 유사하여 비슷한 경로를 가진다고 가정하였다. 따라서 OSCURS로 전체적인 경향을 살펴보기 위해 선정했던 총 72개 지점 중 동해 7개, 서해 7개 지점을 Fig. 1▽과 같이 선정하였다. 이 지역들로 유입된 플라스틱 폐기물의 이동 경로를 중심성 분석에 이용하였다.
연구 지역은 해안선을 따라 Fig. 1 ▲과 같이 동해 37개, 서해 35개 지점을 선정하였다. 동 · 서 · 남해의 지리적 경계가 공식적으로 통일된 바는 없으므로,¹⁸⁾ 본 연구에서는 동해를 38.

이론/모형

본 논문에서는 예측 모델로 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)의 OSCURS (Ocean Surface CURrent Simulator)를 선정하였다. OSCURS는 1970년대 후반 미국 알래스카 수산과학센터와 수산생태자원관리국이 공동으로 개발한 수치모델로, 표층 해류의 흐름을 분석하여 해양 폐기물의 향후 경로를 예측하는 역할을 주로 수행한다.

성능/효과

다시 말해, 연안 가까이에서 정해진 지역 이른 시간 내에 플라스틱 폐기물을 수거하는 방안을 취할 수 있음을 뜻한다. 동해의 경우 울진 인근에서, 서해의 경우 봄과 여름에는 태안에서, 가을과 겨울에는 새만금-신안 인근에서 플라스틱 폐기물을 효율적으로 수거할 수 있다.
다만 경로 예측 과정이 네트워크 모양을 결정하게 되니 만큼, 예측 모델 선정이 중요해진다. 서해에서는 OSCURS가 조수의 영향을 직접 보정할 수 없음에 따라 생기는 차이가 본 연구의 주된 결론, 즉 대부분의 허브가 계절과 상관없이 연안에 형성된다는 것을 크게 바꾸지 않을 것이나, 남해에서는 강한 동향류의 조석잔차류가 네트워크 모양을 크게 바꿔놓을 것으로 보인다. 다른 예측 모델을 선정하여 남해로 연구를 확장할 수 있을 것이다.

후속연구

OSCURS의 예측결과는 북태평양에서 일어난 실제 유출 사례 관측결과와 비교하여 보정된 반면, 한반도 주변 해역에서는 보정된 적이 없다. 따라서 우리나라 해역에서 실측치를 얻기 위한 추가 실험을 진행하여 보정하거나 우리나라를 대상으로 하는 고유 모델을 개발할 필요가 있다.
제4차 해양환경종합계획(2011~2020)의 ‘해양쓰레기 관리강화’ 전략의 세부 실천계획을 살펴보면, 해양쓰레기 수거․ 처리 사업이 지속적으로 추진될 계획이다. 이 가운데 수거 지점을 특정하는 본 연구가 수거방안 수립에 도움이 될 것으로 기대한다.
향후 연구에서 플라스틱 폐기물이 본 연구에서 제안한 수거지점들을 실제로 주요 길목으로 삼는지 살펴볼 필요가 있다. 이를 위해 허브와 임의의 지점에서의 플라스틱 폐기물 수거량을 실측하고 비교할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플라스틱이 미세 플라스틱으로 분해되는 원인은 무엇인가?	전 세계적으로 매년 640만 톤의 플라스틱이 해양으로 유입되며, 플라스틱은 바다에서 풍화작용, 파도에 의한 마모, 자외선 방사 등에 의해 미세 플라스틱(microplastic, <5 mm)으로 분해된다.1) 특히 조류2,3)와 거북4,5)이 광범위하게 플라스틱을 섭취한다는 것이 기록되었고, 해양 조류 중 플라스틱을 섭취하는 종은, 새끼들에게 플라스틱 덩어리를 먹이는 검은발알바트로스(Phoebastria nigripes)처럼 검증된 종만 최소 44%에 이른다.
	OSCURS의 공간적 범위와 시간적 범위는 무엇인가?	OSCURS의 공간적 범위는 북태평양의 바하 캘리포니아로부터 중국, 그리고 10°N로부터 베링해협까지이고, 시간적 범위는 1901년부터 현재까지이다. OSCURS는 해면 기압 정보로부터 바람과 표층 해류의 변화를 계산하고 표층 해류 및 부유하는 물질의 움직임을 추정한다.
	본 연구에서 예측 모델로 선정한 OSCURS는 어디서 개발되었는가?	본 논문에서는 예측 모델로 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)의 OSCURS (Ocean Surface CURrent Simulator)를 선정하였다. OSCURS는 1970년대 후반 미국 알래스카 수산과학센터와 수산생태자원관리국이공동으로 개발한 수치모델로, 표층 해류의 흐름을 분석하여 해양 폐기물의 향후 경로를 예측하는 역할을 주로 수행한다. OSCURS는 우리나라 주변 연근해 지역을 포함하고 있으며, 인터넷으로 공개되어 접근성이 좋은 모델이다.

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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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