본 연구에서는 파랑 후측모의 실험을 통해 2016년 4월 대한해협에서 발생한 폭풍 파랑을 재현하고, 당시 폭풍 파랑의 특성을 조사하였다. 파랑 후측모의 실험에 앞서 파랑관측자료를 분석하고, 이를 바탕으로 계산 영역을 설정하였다. 본 연구의 분석에 따르면, 대한해협 지역은 NE 계열의 파랑이 지배적으로 나타나며 이는 동해 지역의 파랑 특성과 일치하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Ahn et al.(2016)과 동일한 계산 조건을 적용하여 파랑 계산을 수행하였다. 본 연구의 계산 결과, 최대 유의파고 및 해당되는 유의파 주기는 각각 5.06 m, 9.2 s로, 이의 오차는 4 cm, 0.8 s 정도 되며 관측결과와 잘 일치하고 있었다. 이 후, 파랑계산 결과 얻은 유의파고 및 첨두주기를 JONSWAP 관계식과 비교하였는데, 이에 따르면 2016년 4월의 폭풍 파랑은 너울성 파랑보다는 풍파 성향이 더욱 강한 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 파랑 후측모의 실험을 통해 2016년 4월 대한해협에서 발생한 폭풍 파랑을 재현하고, 당시 폭풍 파랑의 특성을 조사하였다. 파랑 후측모의 실험에 앞서 파랑관측자료를 분석하고, 이를 바탕으로 계산 영역을 설정하였다. 본 연구의 분석에 따르면, 대한해협 지역은 NE 계열의 파랑이 지배적으로 나타나며 이는 동해 지역의 파랑 특성과 일치하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Ahn et al.(2016)과 동일한 계산 조건을 적용하여 파랑 계산을 수행하였다. 본 연구의 계산 결과, 최대 유의파고 및 해당되는 유의파 주기는 각각 5.06 m, 9.2 s로, 이의 오차는 4 cm, 0.8 s 정도 되며 관측결과와 잘 일치하고 있었다. 이 후, 파랑계산 결과 얻은 유의파고 및 첨두주기를 JONSWAP 관계식과 비교하였는데, 이에 따르면 2016년 4월의 폭풍 파랑은 너울성 파랑보다는 풍파 성향이 더욱 강한 것으로 분석되었다.
In the present study, the storm waves at the Korean Straits of April, 2016 have been reproduced by the wave hindcasting, and then their characteristics were investigated. Before the wave hindcasting, the wave measurements at the Korean Straits were analyzed. The analysis showed that the waves at the...
In the present study, the storm waves at the Korean Straits of April, 2016 have been reproduced by the wave hindcasting, and then their characteristics were investigated. Before the wave hindcasting, the wave measurements at the Korean Straits were analyzed. The analysis showed that the waves at the Korean Straits were dominated by the Northeastern waves, same as those in the East Sea. Accordingly, the wave hindcasting was been carried out with the same condition in Ahn et al. (2016). In the numerical results, the maximum significant wave height at the Korean Straits was 5.06 m, and the corresponding significant wave period was 9.2 s. The computed significant wave heights and wave periods were overestimated by 4 cm and 0.8 s, respectively. After the wave hindcasting, the computed significant wave heights and peak periods were compared with the JONSWAP relationship. This comparison showed that the storm waves at the Korean Straits were close to wind waves, not swell.
In the present study, the storm waves at the Korean Straits of April, 2016 have been reproduced by the wave hindcasting, and then their characteristics were investigated. Before the wave hindcasting, the wave measurements at the Korean Straits were analyzed. The analysis showed that the waves at the Korean Straits were dominated by the Northeastern waves, same as those in the East Sea. Accordingly, the wave hindcasting was been carried out with the same condition in Ahn et al. (2016). In the numerical results, the maximum significant wave height at the Korean Straits was 5.06 m, and the corresponding significant wave period was 9.2 s. The computed significant wave heights and wave periods were overestimated by 4 cm and 0.8 s, respectively. After the wave hindcasting, the computed significant wave heights and peak periods were compared with the JONSWAP relationship. This comparison showed that the storm waves at the Korean Straits were close to wind waves, not swell.
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문제 정의
하지만, 2016년 4월에는 남서풍의 폭풍에 의해 부산 인근 해역에서 화물선이 침몰되는 사고가 발생하였다. 당시의 바람장 방향은 일반적으로 알려진 것과 달라 본 연구에서는 이를 수치모의 실험으로 재현하고 이의 특성을 조사하였다.
2016년 4월 대한해협에서 발생한 폭풍파랑은 동해역에서 일반적으로 관측되는 북서풍~북동풍 계열의 바람이 아닌 남서풍 계열의 폭풍에 의한 것으로, 당시 부산 인근해역에서 화물선이 침몰되는 등 피해가 발생한 바 있다. 이에 본 연구에서는 파랑 후측모의 실험을 통해 2016년 4월의 폭풍파랑을 재현하고, 이의 특성을 조사하였다. 먼저, 파랑 계산을 수행한 후, 이의 결과를 대한해협, 동해 심해역, 일본 Niigata 및 Hamada 등의 지점에서의 관측결과와의 비교를 통해 검증하였다.
제안 방법
이에 본 연구에서는 파랑 후측모의 실험을 통해 2016년 4월의 폭풍파랑을 재현하고, 이의 특성을 조사하였다. 먼저, 파랑 계산을 수행한 후, 이의 결과를 대한해협, 동해 심해역, 일본 Niigata 및 Hamada 등의 지점에서의 관측결과와의 비교를 통해 검증하였다. 비교 결과 본 연구 계산 결과 얻은 유의파고의 경우, Pearson 상관계수가 0.
본 연구에서는 수치모의 실험에 앞서 계산 영역 설정을 위해 파랑관측자료 분석을 통해 대한해협의 파후(wave climate) 특성을 먼저 조사하였다. 이에 2012년 9월부터 2016년 10월까지 약 3년 정도 관측된 파랑자료를 분석하였다.
4에 표시되어 있다. 본 연구에서는 파향별 유의파고 및 첨두주기의 분포를 분석하였는데, 그 결과를 Fig. 1과 Table 1에 나타내었다.
연구에서는 파랑후측모의 실험에 앞서 Chun and Ahn(2017)의 계산결과의 정확도를 먼저 분석하였다. Chun and Ahn (2017)의 결과 얻은 대한해협 및 동해 심해역에서의 파랑 계산결과의 정확도는 Table 2에 제시하였다.
이 후, 대상 해역 폭풍파랑의 통계적 특성을 파악하기 위해 파랑관측자료에 대해 극치 분석을 실시하였다. 먼저 폭풍파랑의 재현 주기를 산정하기 위해 POT (Peak-OverThreshold)기법을 적용하였는데, 이에 의해 추출된 극한 파랑을 GPD(Generalized Pareto Distribution)에 적용하였다.
특히 해안공학 분야의 주요 관심 대상인 너울성 파랑은 심해역에서 발생된 장주기파랑이 전달되는데, 너울성 파랑의 주기는 Fetch-limited 파랑의 주기보다 더욱 크기 때문에, 이에 정확한 수치모의 실험을 위해서 계산 영역 설정이 중요하다. 이러한 이유로 본 연구에서는 수치모의 실험에 앞서 대한해협의 파랑관측자료를 분석하고, 이를 바탕으로 계산 영역을 설정하였다. 이 후 파랑 계산을 수행한 후, 계산 결과를 대한해협, 동해, 일본 Niigata 및 Hamada 지역 등에서의 관측결과와 비교·검증하였다.
그러나 본 연구의 대상 해역이 경계역과 비교적 가까운 편이어서 파고 또는 파주기를 과소 산정할 가능성이 있다. 이에 다음 단원에서는 Chun and Ahn(2017)의 연구 결과 얻은 유의파고 및 유의파 주기들을 관측 결과와 함께 비교하고 그 결과를 제시하였다.
그러나 태풍파랑처럼 파고가 크면 이에 비례하여 주기 또한 증가하는 것이 일반적이기 때문에 주기만으로 너울성 파랑 여부를 판단하는 것은 쉽지 않다. 이에 본 연구에서는 파랑 계산 결과 얻은 유의파고 및 첨두주기를 JONSAWP 관계식과 비교하여 당시 폭풍 파랑의 성향을 분석하였다. 여기서 JONSWAP 관계식은 Hasselmann et al.
(2016)과 동일하게 수치모의실험을 수행하였다. 이의 수치모의 실험에서 공간 및 시간 격자 간격의 크기는 각각 5분, 20분 등을 각각 사용하였다. 이에 의한 최대 Courant 수는 약 20 정도 되지만, 본 파랑 모형이 음해법을 차용하여 계산하기 때문에 안정적인 파랑 계산이 가능하다.
이 후 파랑 계산을 수행한 후, 계산 결과를 대한해협, 동해, 일본 Niigata 및 Hamada 지역 등에서의 관측결과와 비교·검증하였다. 이후, 파랑 계산 결과 얻은 유의파고 및 첨두주기를 JONSWAP 관계식과 비교하여 이의 특성을 조사하였다.
한편, 대한해협에서의 파랑관측 결과에서는 첨두주기가 제공되지 않아 파랑관측자료를 이용하여 이러한 분석을 실시할 수 없어 본 연구의 계산 결과를 바탕으로 폭풍파랑의 특성을 조사하였다.
대상 데이터
본 연구에서도 파랑 후측모의 실험을 위한 바람장 자료로 NCEP Final Operational Global Tropospheric Analysis 바람장 자료를 사용하였다. Ahn et al.
(2016) 외에 Lee(2013)가 본 바람장을 이용하여 한반도 동해안에 대해 성공적으로 파랑 후측모의 실험을 수행한 바 있다. 본 자료는 NOAA에서 구축한 기상자료로, 1o 간격으로 구성되어 있으며, 6시간 간격으로 제공되고 있는데, 폭풍 및 태풍 바람장이 모두 포함되어 있다. 이로 인해 본 연구의 수치모의 실험 결과에는 폭풍 및 태풍 파랑이 모두 포함되어져 있다.
이에 2012년 9월부터 2016년 10월까지 약 3년 정도 관측된 파랑자료를 분석하였다. 본 파랑관측자료는 국립해양조사원에서 수행한 파랑자료로, 부산항에서 동남쪽으로 20 km 떨어진 곳에 위치해 있다. 본 자료의 관측 지점 위치는 Fig.
본 연구에서는 수치모의 실험에 앞서 계산 영역 설정을 위해 파랑관측자료 분석을 통해 대한해협의 파후(wave climate) 특성을 먼저 조사하였다. 이에 2012년 9월부터 2016년 10월까지 약 3년 정도 관측된 파랑자료를 분석하였다. 본 파랑관측자료는 국립해양조사원에서 수행한 파랑자료로, 부산항에서 동남쪽으로 20 km 떨어진 곳에 위치해 있다.
데이터처리
이 후 파랑 계산을 수행한 후, 계산 결과를 대한해협, 동해, 일본 Niigata 및 Hamada 지역 등에서의 관측결과와 비교·검증하였다.
이에 본 연구에서는 통계적으로 일치함을 보기 위해서 파향별 유의파고, 유의파주기의 평균값, 평균파향의 출현율에 대해 Paired t-test를 수행하였다. Paired t-test를 수행한 결과, 평균파향별 유의파고, 유의파 주기, 평균파향 출현율 등의 t 값은 각각 0.
이론/모형
이 후, 대상 해역 폭풍파랑의 통계적 특성을 파악하기 위해 파랑관측자료에 대해 극치 분석을 실시하였다. 먼저 폭풍파랑의 재현 주기를 산정하기 위해 POT (Peak-OverThreshold)기법을 적용하였는데, 이에 의해 추출된 극한 파랑을 GPD(Generalized Pareto Distribution)에 적용하였다. POT 기법 및 GPD 함수는 극치 파랑 분석 기법으로 많이 활용되는 방법으로 Ahn et al.
본 연구에서는 이들 모수들의 적합성은 χ2 및 K-S (Kolmogorov-Smirnov) test 등을 통해 검증하였다.
여기서, α, κ, ξ는 GPD 함수의 모수로서, 본 연구에서는 Singh and Guo (1995)의 최대 엔트로피법 (maximum entropy method)을 이용하여 모수를 산정하였다.
성능/효과
이에 본 연구에서는 통계적으로 일치함을 보기 위해서 파향별 유의파고, 유의파주기의 평균값, 평균파향의 출현율에 대해 Paired t-test를 수행하였다. Paired t-test를 수행한 결과, 평균파향별 유의파고, 유의파 주기, 평균파향 출현율 등의 t 값은 각각 0.12, 0.81, 0.00 으로, 유의 수준 0.05에 대한 t-Student 의 분포 t 값인 2.89 보다 작아 Chun and Ahn(2017)의 대한해협에 대한 파랑 계산 결과의 파향별 분포 특성은 파랑관측자료와 일치하는 것으로 나타났다. 이로써, 본 연구대상 지역이 경계역과 가까워도, 유의파고, 유의파 주기, 평균파향 등을 비교적 정확하게 계산하고 있는 것으로 판단된다.
8 s 정도를 과대산정하고 있다. 그리고 폭풍파랑 기간 동의 평균파향의 Pearson 상관 계수는 0.88로 본 연구의 파랑 후측모의실험에서 비교적 정확하게 파랑이 재현된 것으로 보인다. 이들 파랑 계산를 JONSWAP 관계식과 비교하여 당시 폭풍파랑의 성향을 조사하였는데, 본 연구의 분석 결과에 따르면 대한해협에서의 폭풍파랑은 너울성 파랑보다는 풍파에 가까운 것으로 파악되고 있다.
먼저, 파랑 계산을 수행한 후, 이의 결과를 대한해협, 동해 심해역, 일본 Niigata 및 Hamada 등의 지점에서의 관측결과와의 비교를 통해 검증하였다. 비교 결과 본 연구 계산 결과 얻은 유의파고의 경우, Pearson 상관계수가 0.85~0.96에 이르러 비교적 정확하게 계산한 반면에, 유의파 주기의 Pearson 상관 계수는 0.68~0.78에 이른다. 유의파고에 비해 유의파 주기의 정확도는 낮은 편인데, 이러한 특성은 기타 다른 파랑 후측모의 실험에서도 나타나는 현상으로, 파랑 스펙트럼으로부터 유의파 주기를 추정하는 과정에서 오차가 일부 포함된 것으로 보인다.
한편, 대한해협에서의 파랑관측 결과에서는 첨두주기가 제공되지 않아 파랑관측자료를 이용하여 이러한 분석을 실시할 수 없어 본 연구의 계산 결과를 바탕으로 폭풍파랑의 특성을 조사하였다. 이 방법 외에 너울성 파랑의 정의를 이용하여 당시 폭풍파랑의 성향을 파악할 수도 있지만, Oh et al. (2010) 등에서 지적되고 있는 바와 같이 너울성파랑에 대한 명확한 정의가 있지 않기 때문에 본 연구의 방법이 당시 폭풍파랑의 파랑 특성을 파악하는 데에는 유효한 것으로 판단된다.
88로 본 연구의 파랑 후측모의실험에서 비교적 정확하게 파랑이 재현된 것으로 보인다. 이들 파랑 계산를 JONSWAP 관계식과 비교하여 당시 폭풍파랑의 성향을 조사하였는데, 본 연구의 분석 결과에 따르면 대한해협에서의 폭풍파랑은 너울성 파랑보다는 풍파에 가까운 것으로 파악되고 있다. 이로 볼 때, 대한 해협 지역에서 폭풍에 의해 폭풍 파랑이 내습하기는 하나, 동해처럼 긴 Fetch를 따라 발달된 너울성 파랑이 내습하지는 않는 것으로 판단된다.
89 보다 작아 Chun and Ahn(2017)의 대한해협에 대한 파랑 계산 결과의 파향별 분포 특성은 파랑관측자료와 일치하는 것으로 나타났다. 이로써, 본 연구대상 지역이 경계역과 가까워도, 유의파고, 유의파 주기, 평균파향 등을 비교적 정확하게 계산하고 있는 것으로 판단된다.
한편 본 연구의 계산 결과 최대 유의파고는 5.06 m 이고, 해당 유의파 주기는 9.2 s로 관측치에 비해서 약 4 cm, 0.8 s 정도를 과대산정하고 있다. 그리고 폭풍파랑 기간 동의 평균파향의 Pearson 상관 계수는 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
너울성 파랑의 특성은 무엇인가?
최근 사회 전반에 걸쳐 환경·안전에 관심이 증대됨에 따라 해안지역에 대한 너울성 파랑에 대한 대책 마련 또한 활발하게 진행되고 있다. 동해 심해역에서 발생된 폭풍에 의해서 발생하는 너울성 파랑은 동해안을 중심으로 가을부터 이듬해 봄까지 빈번하게 발생하는 특성이 있다. 너울성 파랑에 의한 인명 및 재산 피해는 강원도 및 경상북도 해안에서 주로 발생하지만, 부산 인근에서도 나타나기도 한다 (National Emergency Management Agency, 2014).
너울성 파랑은 무엇에 의해 발생하는가?
너울성 파랑에 의한 인명 및 재산 피해는 강원도 및 경상북도 해안에서 주로 발생하지만, 부산 인근에서도 나타나기도 한다 (National Emergency Management Agency, 2014). 이처럼 너울성 파랑에 의한 피해가 지역적으로 편중되는 특성이 있는데, 그 이유는 너울성 파랑의 원인이 되는 폭풍이 북서풍~북동풍으로 대체로 작용하기 때문이다. 하지만, 2016년 4월에는 남서풍의 폭풍에 의해 부산 인근 해역에서 화물선이 침몰되는 사고가 발생하였다.
너울성 파랑에 의한 인명 및 재산 피해가 편중되는 이유는 무엇인가?
너울성 파랑에 의한 인명 및 재산 피해는 강원도 및 경상북도 해안에서 주로 발생하지만, 부산 인근에서도 나타나기도 한다 (National Emergency Management Agency, 2014). 이처럼 너울성 파랑에 의한 피해가 지역적으로 편중되는 특성이 있는데, 그 이유는 너울성 파랑의 원인이 되는 폭풍이 북서풍~북동풍으로 대체로 작용하기 때문이다. 하지만, 2016년 4월에는 남서풍의 폭풍에 의해 부산 인근 해역에서 화물선이 침몰되는 사고가 발생하였다.
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Singh, V.P. and Guo, H. (1995). Parameter Estimation of 3-Parameter Generalized Pareto Distribution by the Principle of Maximum Entropy (POME), Hydrological Science Journal, 40(2), 165-181.
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