본 연구에서는 연안용승이 발생하는 한국 동해연안을 대상으로 용승류 발생분포와 용승유량을 파악하고자 수치실험을 실시하였다. 여기서 연안용승이 발생한 2013년 하계의 CTD 관측자료 및 정선자료(NIFS) 에서 수온 염분 값을 모델에 적용하였다. 또한, Case 별 실험은 하계에 가장 높은 빈도를 보이는 남풍과 남서풍에 풍속의 변화(3, 6 m/s 그리고 9 m/s)를 주었다. 풍속이 강한 조건일수록 상승류의 강도와 분포범위가 넓게 나타났다. 그리고 남서풍은 남풍에 의한 용승역의 분포와 상승유속의 강도에 비해 강하고 넓었다. 동해안의 5개 연안에서 용승유량을 산정한 결과 포항, 영덕, 후포, 부산, 그리고 울산 순으로 나타나며 남풍에 비해 남서풍의 조건에서 용승유량이 약 1.5배 크게 나타났다. 남서풍 9 m/s에 의한 용승역은 약 17~22 km/day의 수평적 확산 속도로 바람이 1주일 이상 지속된다면 포항 남쪽 연안에서 발생된 용승현상에 의해 발생된 냉수대는 울릉도 근해까지 확장한다.
본 연구에서는 연안용승이 발생하는 한국 동해연안을 대상으로 용승류 발생분포와 용승유량을 파악하고자 수치실험을 실시하였다. 여기서 연안용승이 발생한 2013년 하계의 CTD 관측자료 및 정선자료(NIFS) 에서 수온 염분 값을 모델에 적용하였다. 또한, Case 별 실험은 하계에 가장 높은 빈도를 보이는 남풍과 남서풍에 풍속의 변화(3, 6 m/s 그리고 9 m/s)를 주었다. 풍속이 강한 조건일수록 상승류의 강도와 분포범위가 넓게 나타났다. 그리고 남서풍은 남풍에 의한 용승역의 분포와 상승유속의 강도에 비해 강하고 넓었다. 동해안의 5개 연안에서 용승유량을 산정한 결과 포항, 영덕, 후포, 부산, 그리고 울산 순으로 나타나며 남풍에 비해 남서풍의 조건에서 용승유량이 약 1.5배 크게 나타났다. 남서풍 9 m/s에 의한 용승역은 약 17~22 km/day의 수평적 확산 속도로 바람이 1주일 이상 지속된다면 포항 남쪽 연안에서 발생된 용승현상에 의해 발생된 냉수대는 울릉도 근해까지 확장한다.
In this study, numerical experiments were conducted to identify distribution of rising flow and flux in the East Sea of Korea, where the coastal upwelling occurs. Temperature and salinity data from CTD observations and NIFS during summer 2013 were applied to the model. Numerical experiments were car...
In this study, numerical experiments were conducted to identify distribution of rising flow and flux in the East Sea of Korea, where the coastal upwelling occurs. Temperature and salinity data from CTD observations and NIFS during summer 2013 were applied to the model. Numerical experiments were carried out with different wind speed (3, 6 m/s and 9 m/s) and direction (southerly and southwesterly), which represent the most frequent in summer conditions. As a result of calculation, upwelling flow rate was found to be highest in Pohang between five coasts(Hupo, Youngduk, Pohang, Ulsan and Busan). Comparing with southerly wind conditions, the rising flow rate is about 1.5 times greater when southwesterly wind was applied. Horizontal diffusion of the upwelling area is expected to have a speed of 17~22 km/day when a 9 m/s southwesterly wind is applied. If this wind continues over one week, a cold pool will be generated by upwelling that may reach to the Ulleung area.
In this study, numerical experiments were conducted to identify distribution of rising flow and flux in the East Sea of Korea, where the coastal upwelling occurs. Temperature and salinity data from CTD observations and NIFS during summer 2013 were applied to the model. Numerical experiments were carried out with different wind speed (3, 6 m/s and 9 m/s) and direction (southerly and southwesterly), which represent the most frequent in summer conditions. As a result of calculation, upwelling flow rate was found to be highest in Pohang between five coasts(Hupo, Youngduk, Pohang, Ulsan and Busan). Comparing with southerly wind conditions, the rising flow rate is about 1.5 times greater when southwesterly wind was applied. Horizontal diffusion of the upwelling area is expected to have a speed of 17~22 km/day when a 9 m/s southwesterly wind is applied. If this wind continues over one week, a cold pool will be generated by upwelling that may reach to the Ulleung area.
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문제 정의
그러나 Seung(1974)은 간단한 수치실험을 통하여 남서풍이 불때 저층에서 남향류가 생성되고 또한 바람에 의한 Ekman Transport에 의해 동해 남부 연안 뿐 아니라 동해 여러 해역에서 연안용승이 발생할 수 있다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 수행하는 한국 동해연안을 대상으로 용승역에서 용승을 발생시킬 수 있는 바람장을 적용하여 수치실험을 통해 연안용승이 발생 가능한 해역의 분포를 파악하고 용승유량을 정량적으로 산정하고자 한다.
한국 동해 연안을 대상으로 용승류의 공간적인 분포를 파악하고 이에 따른 용승유량을 산정하기 위해 연구를 수행하였다. 연구해역에서 용승현상을 발생시키는 주된 요인을 바람이라 가정하고 연구를 진행하였다.
가설 설정
한국 동해 연안을 대상으로 용승류의 공간적인 분포를 파악하고 이에 따른 용승유량을 산정하기 위해 연구를 수행하였다. 연구해역에서 용승현상을 발생시키는 주된 요인을 바람이라 가정하고 연구를 진행하였다.
제안 방법
해수유동 수치실험 영역은 동-서(x 축), 남-북(y 축) 방향으로 각각 150×273 km로 설정하였다. 계산격자는 가로 세로 1000 m의 정방격자를 사용하여 모델영역내의 주요 지형과 수심을 잘 반영할 수 있도록 하였다. 연직 방향의 σ-layer 개수는 총 7개의 층으로 나누었다.
조류와 해류의 계산하지 않았고 바람에 의한 영향을 고려하여 모델을 구동하였다. 계산의 시간간격은 CFL 조건(#Latex구현필요)을 고려하여 external time step은 2초, internal time step은 15초로 10일간 계산하여 유동결과를 파악하였다.
σ-coordinate를 사용하는 POM은 급격한 지형 경사를 가지는 해역에서 계산충돌의 문제가 발생한다. 따라서 지형 경사가 크게 나타나는 200 m 수심부터 실제 지형 경사의 1/5로 smoothing 하였다.
연구해역의 수심자료는 국립해양조사원의 전자해도 138와 139를 사용하였다. 수치해도상의 수심자료를 보간하여 모델 각 격자의 수심으로 사용하였다(Fig. 1). σ-coordinate를 사용하는 POM은 급격한 지형 경사를 가지는 해역에서 계산충돌의 문제가 발생한다.
용승현상이 발생하는 해역의 수온 염분 분포를 파악하기 위해 CTD(Sea-Bird Electronics, SBE-19 Seacat Profiler)를 사용하여 2013년 하계 6월과 8월의 수온 염분 관측을 실시하였다. 북쪽에 위치한 울진부터 남쪽에 위치한 울산 까지 5개의 관측 정선을 선정하였다.
또한 기상청에서 제공하는 포항 해상부이에서 관측된 자료를 따르면 하계의 풍향은 남서풍이 월등히 우세하다.이러한 자료들을 참고하여 풍향과 풍속 변화에 따라 용승이 발생하는 공간적인 분포와 강도를 파악하기 위해 하계 가장 빈도가 높게 나타나는 남풍과 남서풍 계열의 바람에 풍속의 변화(3, 6 그리고 9 m/s)를 주어 모델의 전 영역에 일괄적용 하여 Case 별 수치모의실험을 실시하였다.
표층인 1층부터 6층까지는 동일한 수심 간격이며 최 저층인 7층은 격자 boundary 유동 계산 시 해저면에 의해 크게 왜곡되므로 총 수심의 4%의 비율로 산정하였으며 모델 결과 재현에서는 사용하지 않았다. 조류와 해류의 계산하지 않았고 바람에 의한 영향을 고려하여 모델을 구동하였다. 계산의 시간간격은 CFL 조건(#Latex구현필요)을 고려하여 external time step은 2초, internal time step은 15초로 10일간 계산하여 유동결과를 파악하였다.
취송류에 의한 하계의 용승유량을 산정하였다. 용승유량을 산정하기 위해 취송류에 의한 상승류의 수평 분포에서 연구해역을 대표할 수 있으며 용승현상이 활발히 발생하고 상승류의 유속이 강한 5개의 연안(부산, 울산, 포항, 영덕 그리고 후포)을 선정하였다.
한국 동남해안의 6월과 8월의 수온의 연직 분포를 파악하기 위하여 각 정점의 층별 수심과 수온 데이터를 이용하여 계절에 따른 수온의 연직분포를 contour로 나타내었다(Fig. 2).
대상 데이터
용승현상이 발생하는 해역의 수온 염분 분포를 파악하기 위해 CTD(Sea-Bird Electronics, SBE-19 Seacat Profiler)를 사용하여 2013년 하계 6월과 8월의 수온 염분 관측을 실시하였다. 북쪽에 위치한 울진부터 남쪽에 위치한 울산 까지 5개의 관측 정선을 선정하였다. 각 정선은 3개 또는 5개의 정점을 가지고, 총 21개의 정점을 포함한다(Fig.
연구해역의 수심자료는 국립해양조사원의 전자해도 138와 139를 사용하였다. 수치해도상의 수심자료를 보간하여 모델 각 격자의 수심으로 사용하였다(Fig.
연구해역인 동해의 수온·염분 자료는 2013년 하계 8월의CTD관측 자료와 국립수산과학원 정선관측점(102, 103, 104,207, 208, 209 Line)의 (2013년) 8월 자료를 사용하였으며 전 연구해역을 포함할 수 있도록 수온·염분자료를 모델 격자에 맞추어 보간하여 사용하였다(Fig.
취송류에 의한 하계의 용승유량을 산정하였다. 용승유량을 산정하기 위해 취송류에 의한 상승류의 수평 분포에서 연구해역을 대표할 수 있으며 용승현상이 활발히 발생하고 상승류의 유속이 강한 5개의 연안(부산, 울산, 포항, 영덕 그리고 후포)을 선정하였다. 또한 5개 정점에서의 일일 용승유량을 Flux(105×m3/day)로 환산하여 나타내었다(Table 1).
해수유동 수치실험 영역은 동-서(x 축), 남-북(y 축) 방향으로 각각 150×273 km로 설정하였다.
이론/모형
모델에서 취송류를 발생시키는 바람장은 해면 10 m 상공에서 발생하는 바람이다. 해면 10 m 상공의 풍속으로 계산하기 위해 풍속의 지수법칙으로 알려진 Sutton 방정식으로 추출한 9.1 m/s의 바람장을 이용하여 취송류를 계산하였다.
해수유동 수치실험에 POM(Princeton Ocean Model)을 사용하였다(Blumberg and Mellor, 1987). POM은 외양뿐만 아니라 하구, 대륙붕 등 연안역에 주로 적용되어 왔다(Ezer et al.
성능/효과
남풍의 경우 또한 상승유량 순으로 나열하면 남서풍과 같다. 5개 연안에서 일일 평균유량은 남서풍의 경우 남풍에 비해 평균적으로 약 1.5배 크게 나타났다. 바람 방향에 대한 표층의 흐름은 북반구에서 오른쪽으로 20°~45°의 범위에서 나타난다.
그리고 남서풍의 경우 남풍에 의한 상승류의 분포와 상승유속의 강도가 남풍의 조건에 비해 강하고 넓게 나타났다. 모델 결과에 따라 용승현상이 가장 활발하게 발생하는 연안의 5개 연안에서 용승유량을 산정한 결과 포항, 영덕, 후포, 부산,그리고 울산 순으로 작아져 연구해역 북쪽 연안역이 남쪽 연안역에 비해 용승유량이 크게 나타났다. 그리고 남풍의 조건에 비해 남서풍의 조건에서 상승유량이 전 해역에서 약 1.
연구 해역의 북측에 위치한 A, B, 그리고 C Line에서 연안에서 표층 20 m 이내에 형성되는 수온약층이 강하고 남쪽에 위치한 D, E Line에서는 상대적으로 약하게 나타났다. 10등수심선 주변에서 수온변화가 비교적 강하여 경계층을 형성하고 있다.
연구해역의 2013년 6월의 A Line의 연직 수온 분포를 보면, 연안 수심 20 m 이내에서 6~22°C 의 범위로 급격한 수온 변화를 보이고, 외양에서는 16~22°C 의 범위로 연안역에 비해 수심이 깊어짐에 따라 수온의 변화가 완만하게 나타났다.
6 × 10-3cm/s이며 하루 동안 40 ~ 100(105×m3/day)의 유량이 상승한다는 것을 의미한다. 이 결과는 수치실험에서 남서풍 9 m/s 경우 용승 현상의 연직유량과 유사한 값을 나타내어 실제 연안용승이 발생하는 현상을 모델로 잘 재현 하였다.
풍향과 풍속의 변화를 주어 실험한 결과 풍속이 강한 조건일수록 상승류의 강도와 분포범위가 넓게 나타났다. 그리고 남서풍의 경우 남풍에 의한 상승류의 분포와 상승유속의 강도가 남풍의 조건에 비해 강하고 넓게 나타났다.
후속연구
향후 연구에서는 선행연구에서 수행된 결과를 바탕으로 바람 외 다양한 요인(쓰시마난류 등)들을 수치모델에 반영한다면 보다 정량적인 계산이 가능 할 것이다. 또한 정량적으로 산정된용승유량은 저층에서 유광층으로 공급되는 영양염변동에 의한 기초생산력 메커니즘을 이해하는데 기초자료로 활용 가능할 것이다.
반면 본 연구에서는 용승현상에 주요원인인 바람에 의한 영향만을 고려하였다. 향후 연구에서는 선행연구에서 수행된 결과를 바탕으로 바람 외 다양한 요인(쓰시마난류 등)들을 수치모델에 반영한다면 보다 정량적인 계산이 가능 할 것이다. 또한 정량적으로 산정된용승유량은 저층에서 유광층으로 공급되는 영양염변동에 의한 기초생산력 메커니즘을 이해하는데 기초자료로 활용 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
용승이란?
용승(upwelling)이란, 해류, 바람 등의 외력에 의한 영향으로 표층수가 외해로 발산하여 유출되면 질량보존법칙에 의해 그 공간을 채우기 위하여 심층의 해수가 표층으로 상승하는 현상이다.
용승해역의 특징은?
용승해역은 저층에 다량 분포하는 영양염이 유광층으로 부상하기 때문에 생물활동이 활발하게 나타난다. 용승역은 해양 전체 면적의 0.
물질순환 측면에서 용승해역의 역할은?
용승해역은 역학적인 측면으로 보면, 에너지와 물질교환이 활발하여 생물밀도의 시·공간적인 운동량 구배가 크게 나타난다. 물질순환 측면에서 보면, 심층이나 외부에서 영양염과 같은 물질을 공급하는 역할을 한다.
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