본 연구에서는 황해역 파랑 특성을 파악하기 위해 KOGA-W01 파랑관측자료를 분석하고, 이를 바탕으로 파랑 후측모의 실험을 수행하였다. 파랑관측자료 분석에 따르면, 파랑관측지점이 연안역에 비교적 가까이 위치해 있음에도 불구하고 fetch length가 짧아 심해파 출현율이 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 Chun and Ahn(2017a, b)의 계산영역을 황해역으로 확장하여 파랑계산을 수행하였는데, 황해역에서의 정확한 파랑계산을 위해 조석 및 조류의 효과도 함께 고려하였다. 계산결과를 관측결과와 비교하여 파랑 후측모의의 정확도를 검증하였다. 본 연구의 전반적인 계산 결과의 정확도는 만족할 수준이지만, 계산영역 크기 한계로 S계열의 너울성 장주기파를 제대로 재현하지 못해 황해역 유의파주기의 정확도가 낮게 나타났다. 그러나 이들 장주기파의 파랑에너지가 크지 않아, 극치 파랑분석에의 영향은 작아 극치파랑의 유의파주기는 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 황해역 파랑 특성을 파악하기 위해 KOGA-W01 파랑관측자료를 분석하고, 이를 바탕으로 파랑 후측모의 실험을 수행하였다. 파랑관측자료 분석에 따르면, 파랑관측지점이 연안역에 비교적 가까이 위치해 있음에도 불구하고 fetch length가 짧아 심해파 출현율이 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 Chun and Ahn(2017a, b)의 계산영역을 황해역으로 확장하여 파랑계산을 수행하였는데, 황해역에서의 정확한 파랑계산을 위해 조석 및 조류의 효과도 함께 고려하였다. 계산결과를 관측결과와 비교하여 파랑 후측모의의 정확도를 검증하였다. 본 연구의 전반적인 계산 결과의 정확도는 만족할 수준이지만, 계산영역 크기 한계로 S계열의 너울성 장주기파를 제대로 재현하지 못해 황해역 유의파주기의 정확도가 낮게 나타났다. 그러나 이들 장주기파의 파랑에너지가 크지 않아, 극치 파랑분석에의 영향은 작아 극치파랑의 유의파주기는 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다.
In the present study, wave measurements at KOGA-W01 were analyzed and then the numerical wind waves simulations have been conducted to investigate the characteristics of wind waves in the Yellow sea. According to the present analysis, even though the location of the wave stations are close to the co...
In the present study, wave measurements at KOGA-W01 were analyzed and then the numerical wind waves simulations have been conducted to investigate the characteristics of wind waves in the Yellow sea. According to the present analysis, even though the location of the wave stations are close to the coastal region, the deep water waves are prevailed due to the short fetch length. Chun and Ahn's (2017a, b) numerical model has been extended to the Yellow Sea in this study. The effects of tide and tidal currents should be included in the model to accommodate the distinctive effect of large tidal range and tidal current in the Yellow Sea. The wave hindcasting results were compared with the wave measurements collected KOGA-W01 and Kyeockpo. The comparison shows the reasonable agreements between wave hindcastings and measured data, however the model significantly underestimate the wave period of swell waves from the south due to the narrow computational domain. Despite the poorly prediction in the significant wave period of swell waves which usually have small wave heights, the estimation of the extreme wave height and corresponding wave period shows good agreement with the measurement data.
In the present study, wave measurements at KOGA-W01 were analyzed and then the numerical wind waves simulations have been conducted to investigate the characteristics of wind waves in the Yellow sea. According to the present analysis, even though the location of the wave stations are close to the coastal region, the deep water waves are prevailed due to the short fetch length. Chun and Ahn's (2017a, b) numerical model has been extended to the Yellow Sea in this study. The effects of tide and tidal currents should be included in the model to accommodate the distinctive effect of large tidal range and tidal current in the Yellow Sea. The wave hindcasting results were compared with the wave measurements collected KOGA-W01 and Kyeockpo. The comparison shows the reasonable agreements between wave hindcastings and measured data, however the model significantly underestimate the wave period of swell waves from the south due to the narrow computational domain. Despite the poorly prediction in the significant wave period of swell waves which usually have small wave heights, the estimation of the extreme wave height and corresponding wave period shows good agreement with the measurement data.
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문제 정의
이처럼 한반도 서해안에서도 파랑에 의한 해난사고가 발생하고 있어, 본 연구에서는 파랑관측자료 분석 및 파랑후측모의 실험을 통해 황해역의 파랑특성을 파악하고자 한다. 본 연구에서는 한반도 서단에서 관측된 파랑자료분석을 통해 황해역 파랑특성을 조사하였다. 이 때 얻은 파랑관측자료 분석 결과를 바탕으로, Chun and Ahn(2017a)의 파랑후측모의 실험의 계산영역을 황해역으로 확장하여 파랑 후측모의 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 황해역의 폭풍파랑 및 태풍파랑의 발달 특성을 보기 위해 2013년 3월 및 2014년 7월의 계산결과를 관측결과와 비교하였다. 이에 따르면, 폭풍파랑 및 태풍파랑의 유의파고를 정확히 계산하고 있는 것으로 나타나고 있다.
이 외에 본 연구에서는 조석 및 조류가 광역 파랑계산에 미치는 영향을 보기 위해 이를 배제한 경우에 대해서도 수치모의 실험을 수행하였다. 조석 및 조류 효과를 배제한 경우에 대해서도 동일하게 수치모의 실험을 수행하고 이 계산결과를 관측결과와 비교하였다.
이처럼 한반도 서해안에서도 파랑에 의한 해난사고가 발생하고 있어, 본 연구에서는 파랑관측자료 분석 및 파랑후측모의 실험을 통해 황해역의 파랑특성을 파악하고자 한다. 본 연구에서는 한반도 서단에서 관측된 파랑자료분석을 통해 황해역 파랑특성을 조사하였다.
제안 방법
2장에서 언급한 것처럼 KOGA-W01에서 폭풍파랑과 태풍파랑이 관측되었는데, 이들 극한파랑을 중심으로 황해역에서의 폭풍파랑 및 태풍파랑의 발달을 살펴보았다. KOGA-W01에서는 2013년 3워 9일 16시에 4.
9. Time series plot of calculated and measured waves at Kyeockpo; present numerical simulation (solid line), numerical simulation without tide and tidal currents (dotted line), and measurements (solid line with cross).
9에 나타내었다. 격포 파랑관측자료는 KOGA-W01, KOGA-E01과 달리 Nortek사의 Range finder로 관측 된 것으로, 이 장비는 육상에서 초음파를 해면에 투사하는 방식으로 수위를 관측한다. 이러한 관측 방식 때문에 다른 파랑관측자료에 비해 비교적 천해에 가까워 조석 및 조류 효과가 상대적으로 크게 나타나고 있다.
먼저 본 연구에서는 KOGA-W01 지점의 유의파고 Hs 및 유의파주기 T1/3의 분포 특성을 보기 위해 각각을 Generalized Gamma 분포 함수과 Box-Cox 변환 함수에 적용하였다. 이들의 수식은 식(1), (2)에 각각 나타내었다.
본 연구에서는 한반도 서단에서 관측된 파랑자료분석을 통해 황해역 파랑특성을 조사하였다. 이 때 얻은 파랑관측자료 분석 결과를 바탕으로, Chun and Ahn(2017a)의 파랑후측모의 실험의 계산영역을 황해역으로 확장하여 파랑 후측모의 실험을 수행하였다. Chun and Ahn(2017a)의 파랑후측모의 실험이 광역격자에 대해서도 수행되었지만, 천해역 파랑 또한 정확히 계산된 바 있다.
이러한 이유로 본 연구에서는 Chun and Ahn(2017a)의 계산 영역을 확장하여 파랑 계산을 수행하였다. 황해역은 조석 및 조류의 영향이 크기 때문에 Chun and Ahn(2017a)에 Matsumoto et al.
또한 남쪽의 계산 영역이 대한해협에 비교적 가까운 편인데도, 대한해협에 영향을 미친 춘계 S계열 폭풍파랑도 정확히 재현한 바 있다(Chun and Ahn, 2017b). 이러한 이유로 본 연구에서는 효과적인 파랑계산을 위해 광역격자 파랑 계산을 수행하고 그 결과를 관측결과와 비교하였다. 본 연구의 파랑계산은 2010년부터 2014년까지 5년에 대해서 수행되었다.
이는 황해역 극치 파랑의 주기를 과소 산정하는 가능성이 있음을 의미한다. 이에 본 연구에서는 KOGA-W01에서의 계산 결과를 바탕으로 유의파고 및 유의파주기 관계식을 구하였는데, 이는 T1/3 = #와 같다. 이를 관측치와 비교하여 Fig.
이에 본 연구에서는 효과적인 파랑 계산을 위해 Chun and Ahn(2017a)의 수치모의 실험을 황해역으로 확장하여 파랑 계산을 수행하였다.
본 연구의 파랑 후측모의 실험 기간이 길지는 않지만, 해당 기간 동안 한반도 서해안에 피해를 끼친 태풍들이 포함되어 있다. 태풍파랑 외에 계절풍에 의한 주요 폭풍파랑 또한 해당 기간에 포함되어 있어 본 연구의 파랑후측모의 실험을 통해 황해역의 극치 파랑도 파악할 수 있다.
한편, 본 연구에서는 광역 격자 파랑 모형에서 조석 및 조류의 효과를 보기 위해 조석 및 조류를 포함하지 않고 동일 기간에 대해 파랑 계산을 수행하고, 이 결과를 Table 3에 나타내었다.
대상 데이터
파고계 KOGA-W01, 부안 격포(Kyeockpo), KOGA-E01에서의 수심은 각각 1036 m, 5 m, 63 m로 해도에 제시어있다. Fig. 5의 수심자료는 미해양대기국(National Oceanic and Atmospheric Administrator, NOAA)의 ETOPO5의 자료를 이용하여 구성하였다. Fig.
이러한 이유로 본 연구에서는 효과적인 파랑계산을 위해 광역격자 파랑 계산을 수행하고 그 결과를 관측결과와 비교하였다. 본 연구의 파랑계산은 2010년부터 2014년까지 5년에 대해서 수행되었다. 본 연구의 파랑 후측모의 실험 기간이 길지는 않지만, 해당 기간 동안 한반도 서해안에 피해를 끼친 태풍들이 포함되어 있다.
1). 본 파랑관측자료는 네덜란드 Datawell사의 MOSE-G1000 센서가 탑재된 부이형 파고계로 관측되었다. 이 파랑관측장비는 2 Hz 간격으로 해수면에서의 3차원 해수면 가속도를 측정하는 방법으로 방향성 파랑 관측을 수행한다(Datawell, 2009).
이 때 사용된 부이형 파고계의 파랑 분석과정은 Chun(2012)에 제시되어 있어, 본 논문에서 이에 대한 기술을 생략한다. 본 파랑관측자료의 기간은 2011년 12월 1일부터 2014년 10월 31일까지이지만, 이 중 2012년 5월부터 2012년 11월까지 파랑이 결측되어 실제 파랑관측 기간은 27개월 정도 된다. 해당 파랑관측기간 동안 서해안에 큰 영향을 끼친 태풍 파랑이 관측되지 않았으나, 주요 폭풍파랑은 관측되어 황해역의 파랑 특성을 파악하는데 유용하다.
데이터처리
검증 본 연구에서는 수치모의 실험의 검증을 위해 KOGA-W01, 격포, KOGA-E01에서의 계산 유의파고 및 유의파주기를 파랑관측결과와 비교하고 이를 Fig. 8에 나타내었다.
마지막으로 파향별 파랑발달 특성을 보기 위해 유의파고 및 첨두주기의 관계를 JONSWAP 관계식과 함께 비교하였다(Fig. 4). 여기서 JONSWAP 관계식은 Hasselmann et al.
(2000)의 조화상수를 이용하여 조석 및 조류를 생성하여 파랑계산에 반영하였다. 본 연구의 파랑계산은 2010년부터 2014년까지 5년에 대해서 수행하고, 계산결과 얻은 유의파고 및 유의파주기를 KOGA-W01, 격포, KOGA-E01에서의 관측결과와 비교하였다. 여기서 유의파주기는 Chun and Suh(2018)의 식을 이용하여 산정하였다.
이 외에 본 연구에서는 조석 및 조류가 광역 파랑계산에 미치는 영향을 보기 위해 이를 배제한 경우에 대해서도 수치모의 실험을 수행하였다. 조석 및 조류 효과를 배제한 경우에 대해서도 동일하게 수치모의 실험을 수행하고 이 계산결과를 관측결과와 비교하였다. 본 연구에 따르면 조석 및 조류 조건 포함에 관계없이 유의파고 및 유의파주기는 큰 차이가 나지 않고 있다.
이론/모형
황해역은 조석 및 조류의 영향이 크기 때문에 Chun and Ahn(2017a)에 Matsumoto et al.(2000)의 조화상수를 이용하여 조석 및 조류를 생성하여 파랑계산에 반영하였다. 본 연구의 파랑계산은 2010년부터 2014년까지 5년에 대해서 수행하고, 계산결과 얻은 유의파고 및 유의파주기를 KOGA-W01, 격포, KOGA-E01에서의 관측결과와 비교하였다.
파랑 모형을 구동하여 파랑 스펙트럼 S(f)을 얻게 되는데, 이로부터 유의파고 Hs 및 유의파주기 T1/3를 계산한다. 본 연구에서 유의파주기는 Chun and Suh(2018)의 식을 이용하여 계산하는데, 그 식은 다음과 같다.
본 연구에서는 황해 파랑 특성 연구의 일환으로, KOGA-W01 파랑관측자료를 분석하였다(Fig. 1). 본 파랑관측자료는 네덜란드 Datawell사의 MOSE-G1000 센서가 탑재된 부이형 파고계로 관측되었다.
이에 본 연구에서는 효과적인 파랑 계산을 위해 Chun and Ahn(2017a)의 수치모의 실험을 황해역으로 확장하여 파랑 계산을 수행하였다. 본 연구의 파랑계산에 사용된 수치모형은 수정 WAM 모형인데, 이에 대한 자세한 내용은 Chun et al.(2008)에 기술되어 있어 본 논문에서는 이에 대한 설명을 생략한다.
본 연구의 파랑계산은 2010년부터 2014년까지 5년에 대해서 수행하고, 계산결과 얻은 유의파고 및 유의파주기를 KOGA-W01, 격포, KOGA-E01에서의 관측결과와 비교하였다. 여기서 유의파주기는 Chun and Suh(2018)의 식을 이용하여 산정하였다. 이에 따르면 계산 유의파고는 위치에 관계없이 잘 일치하는 것으로 나타나고 있으나, 계산 유의파주기는 계산 유의파고보다 정확도가 다소 낮은 것으로 나타났다.
이 파랑관측장비는 2 Hz 간격으로 해수면에서의 3차원 해수면 가속도를 측정하는 방법으로 방향성 파랑 관측을 수행한다(Datawell, 2009). 이 후 관측 3차원 가속도 정보는 보정을 거쳐 해수면 변위 자료로 최종 변환되어 제공되는데, 본 연구에서는 이 자료에 개별파랑분석법(zero-crossing analysis)과 스펙트럼분석법(FFT: Fast Fourier Transform)을 적용하여 파랑 정보를 얻었다. 이 때 사용된 부이형 파고계의 파랑 분석과정은 Chun(2012)에 제시되어 있어, 본 논문에서 이에 대한 기술을 생략한다.
(2000)의 조석 및 조류에 대한 조화 상수를 사용하였는데, 효과적인 파랑 계산을 위해 주요 조화 상수인 M2, S2, K1, O1의 분조들을 사용하였다. 한편, 본 연구에서는 이에 따른 조위자료를 United Kingdom Hydrographic Office(2003)의 ATT(Admiralty Tide Table)을 이용하여 생성한 조위자료와 비교하여 Fig. 6에 나타내었다. 이에 따르면 생성 조위의 Pearson 상관관계 계수는 0.
성능/효과
2장의 파랑분석 결과에 의하면 황해역에서는 심해파 출현율이 높은 것으로 나타났다. 이에 본 연구에서는 효과적인 파랑 계산을 위해 Chun and Ahn(2017a)의 수치모의 실험을 황해역으로 확장하여 파랑 계산을 수행하였다.
76으로, 상대적으로 높은 편이다. Pearson 상관관계 계수와 skill의 차이는 앞서 언급한 것처럼 skill이 outlier에 덜 민감해, Pearson 상관관계 계수보다 skill이 더 높은 결과이다. 한편 격포는 KOGA-W01과 동일하게 황해역에 위치해 있지만, 유의파주기의 Pearson 상관관계계 수는 낮지 않다.
12에 제시하였다. 당시 최대 유의파고의 관측값과 계산치는 3.89 m, 4.35 m와 각각 같아, 본 연구의 수치모의 실험에서 당시의 태풍파랑을 잘 재현한 것으로 보인다. 그리고 당시 시점에 대한 유의파주기의 관측값과 계산값은 8.
본 연구의 계산 결과에 따르면, 남측의 계산 영역이 제한 되어 있음에도 황해역에서의 폭풍 및 태풍에 의한 유의파고를 잘 재현하고 있다. 특히 계산 영역 밖에서 활동하는 태풍에 의한 유의파고도 비교적 정확하게 재현하고 있다.
여기서 유의파주기는 Chun and Suh(2018)의 식을 이용하여 산정하였다. 이에 따르면 계산 유의파고는 위치에 관계없이 잘 일치하는 것으로 나타나고 있으나, 계산 유의파주기는 계산 유의파고보다 정확도가 다소 낮은 것으로 나타났다. 특히 KOGA-W01의 Pearson 상관관계 계수가 낮은데, 이는 본 연구의 수치모의 실험에서 S 계열의 너울성파랑을 정확히 고려하지 못한 결과이다.
이 주기에 대한 심해파 한계 수심은 12 m로, 파고계의 위치가 연안역에 비교적 가깝긴 하지만, 주기가 짧아 심해파 성향이 강한 것으로 판단된다. 이후 파향별로 유의파고 및 유의파주기의 분포를 분석하면, 계절풍의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 구체적으로 WNW~N 계열 파랑의 출현율은 31.
3에서 분석된 결과와 유사하다. 전체 파랑자료에 대한 이들 파랑의 출현율은 약 10.9%로, 유의파고가 작은 너울성 파랑이 S 및 SSW 방향으로 황해역에 진입하고 있는 것으로 파악된다.
후속연구
95보다 작다. 이는 태풍 상륙 시점을 전후해서 나타나는 장주기파가 계산영역 밖인 동중국해 및 필리핀해에서 태풍이 발생한 다음, 당시의 너울성 파랑이 황해역으로 진입하였는데, 본 연구 계산 영역의 한계로 이를 재현하지 못하였다. 이와 유사하게 2014년 7월 9일 T1408 NEOGURI에 의한 약 12 s에 이르는 유의파주기도 본 연구의 수치모의 실험에서 이를 잘 재현하지 못한 것이다.
이를 정리하자면, 본 연구의 수치모형이 동중국해에서의 태풍에 의한 태풍 파랑의 유의파 주기를 잘 재현하지 못하고 있으나, 이의 유의파고는 크지 않아서 본 연구의 계산결과로부터 구한 유의파고 및 유의파 주기 관계식을 극치 파랑에 대해서도 적용가능하다고 볼 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
황해의 면적은?
황해(Yellow Sea)는 한반도와 중국 사이의 해역으로, 북위 33o17'를 기준으로 동중국해(East China Sea)와 구분된다. 황해의 면적은 380,000 km2 으로 동해에 비해 38.9% 정도 된다. 이에 더해 황해역의 평균 수심은 44 m로, 동해 평균 수심의 2.
황해란?
황해(Yellow Sea)는 한반도와 중국 사이의 해역으로, 북위 33o17'를 기준으로 동중국해(East China Sea)와 구분된다. 황해의 면적은 380,000 km2 으로 동해에 비해 38.
계산 유의파주기의 정확도가 낮게 나온 이유는?
계산결과를 관측결과와 비교하여 파랑 후측모의의 정확도를 검증하였다. 본 연구의 전반적인 계산 결과의 정확도는 만족할 수준이지만, 계산영역 크기 한계로 S계열의 너울성 장주기파를 제대로 재현하지 못해 황해역 유의파주기의 정확도가 낮게 나타났다. 그러나 이들 장주기파의 파랑에너지가 크지 않아, 극치 파랑분석에의 영향은 작아 극치파랑의 유의파주기는 잘 재현하고 있는 것으로 나타났다.
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