[논문]Aquarius 염분 관측 위성에 의한 동해 저염수의 형성과 유동 연구

이동규

doi:10.5657/kfas.2018.0187

Aquarius 염분 관측 위성에 의한 동해 저염수의 형성과 유동 연구
Formation and Distribution of Low Salinity Water in East Sea Observed from the Aquarius Satellite 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.51 no.2, 2018년, pp.187 - 198

Abstract ▼ AI-Helper

The monthly salinity maps from Aquarius satellite covering the entire East Sea were produced to analyze the low-salinity water appearing in fall every year. The low-salinity water in the northern East Sea began to appear in May-June, spreading southward along the coast and eastward north of the subpolar front. Low-salinity water from the East China Sea entered the East Sea through the Korea Strait from July to September and was mixed with low-salinity water from the northern East Sea in the Ulleung Basin. The strength of the low-salinity water from the East China Sea was dependent on the strength of the southerly wind of the East China Sea in July-August. The salinity reaches a minimum in September with a distribution parallel to the latitude of $37.5^{\circ}N$. In October, low salinity water is distributed along the mean current path and subpolar front and the entire East Sea is covered with the low salinity water in November. Water with salinity larger than 34 psu starts to flow into the East Sea through the Korea Strait in December and it expands gradually northward up to the subpolar front in January- February.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 Lee(2016)는 동해를 둘러쌓고 있는 육지 및 위성이 대륙에서 바다로 비행할 경우 발생하는 주파수 간섭, 그리고 겨울철 해표면 수온이 낮은 관계로 인해 1 psu 이상의 큰 구조적 오차가 나타나는 것을 발견하여 CTD (conductivity-temperature-depth),Argo 뜰개 등에 의한 관측 자료와 HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) 재 분석 자료를 이용한 보정 기법을 개발하였다. 본 논문에서는 aquarius 염분 관측 프로그램의 미션 최종자료(version 5)를 Lee (2016)에 의해 개발된 보정 기법을 적용하여 관측 자료를 취득하기 어려운 동해 북부를 포함한 동해 전역의 월별 염분 분포를 관측 자료에 기반하여 처음으로 생산하였고 염분의 월별 분포를 통해 가을철에 나타나는 동해 저염수의 기원과 월별 유동 및 분포 등을 연구하였다.
Aquarius 미션은 2011년 8월 15일 시작하여 2015년 6월 7일까지 계속되어 6월에서 8월까지는 3년, 그 외는 4년의 월별 자료가 수집되어 저염수의 월별 년 변동 및 평균 월별 분포를 연구하는데 사용되었다. 월별 4년 평균으로는 동해에서의 평균적인 저염수 분포를 논의하기에 부족할 수 있어 본 논문에서는 World Ocean Atlas 2005-2012의 월 평균 염분 분포(www.nodc.noaa.gov/OC5/woa13)와도 비교 논의하였다. 기온 자료는 6시간 간격 European center for medium-range weather forecasts (ECMWF)의 ERA-interim 재분석 기온 자료를 사용하였고 national snow and ice data centre (nsidc.

제안 방법

내려 받은 aquarius 염분과 수정된 월별 평균 HYCOM 염분 자료를 1°×1° 격자에서 비교하여 격자 별평균 바이어스 값을 계산하여 Aquarius 염분을 격자 별로 수정하였다. 겨울철(12월-3월)에는 해표면 수온이 아주 낮고 강한 바람에 의해 해표면 거침도(roughness)가 커 평균 바이어스가 다른 계절에 비해 크게 다른 것으로 나타나 겨울철에만 적용하는 바이어스 값을 구하여 사용하였다. 또한 어떤 격자는 상승(ascending, 동해에서 아시아 대륙 방향으로 진행하는)궤도 만의 자료(SCIA)를 이용한 염분이 상승-하강 궤도의 모든 자료를 사용한 자료(SCI)보다 평균 바이어스가 작아 SCIA 자료를 사용한 바이어스 값으로 보정하였다.
gov/OC5/woa13)와도 비교 논의하였다. 기온 자료는 6시간 간격 European center for medium-range weather forecasts (ECMWF)의 ERA-interim 재분석 기온 자료를 사용하였고 national snow and ice data centre (nsidc.org/data)에서 해빙 분포 자료를 내려 받아 겨울철 동해 북부 해상의 해빙의 크기와 봄철 동해 북부의 저염수 형성과의 상관관계를 분석하였다.
내려 받은 aquarius 염분과 수정된 월별 평균 HYCOM 염분 자료를 1°×1° 격자에서 비교하여 격자 별평균 바이어스 값을 계산하여 Aquarius 염분을 격자 별로 수정하였다.
겨울철(12월-3월)에는 해표면 수온이 아주 낮고 강한 바람에 의해 해표면 거침도(roughness)가 커 평균 바이어스가 다른 계절에 비해 크게 다른 것으로 나타나 겨울철에만 적용하는 바이어스 값을 구하여 사용하였다. 또한 어떤 격자는 상승(ascending, 동해에서 아시아 대륙 방향으로 진행하는)궤도 만의 자료(SCIA)를 이용한 염분이 상승-하강 궤도의 모든 자료를 사용한 자료(SCI)보다 평균 바이어스가 작아 SCIA 자료를 사용한 바이어스 값으로 보정하였다. 4월에는 겨울철 보정 바이어스와 여름철 보정 바이어스의 평균값을 사용하여 보정하였다.
먼저HYCOM 자료와 실측 된 염분 자료와 비교하여 33.5 psu 이하의 HYCOM 염분은 (SH-32)×2.3446+29.983의 관계식을 이용하여 수정하여 사용하고 33.5 psu 이상의 HYCOM 염분은 수정없이 사용하였다.
2015년 6월 자료가 없어 확인할 수는 없으나 2015년 5월의 분포에서 2015년 6월에 저염수의 세력이 2014년보다 강하게 나타난다고 추정할 수 있다. 이 연 변동을 일으키는 원인을 찾기 위해 2012년-2015년 동안 블라디보스톡 근해에 형성된 해빙의 면적을 위성으로 관측된 해빙 관측 자료(ice coverage map)로부터 결빙된 해역(Fig. 7에 청색 원으로 표시된 해역 내의 적색으로 경계를 표시한 백색 해빙 영역)의 픽셀 수를 계산하여 블라디보스톡 연안의 1월 평균 기온과 함께 Fig. 8에 제시하였다. 2012-2013년에는 1월 평균 기온이 낮아 결빙된 면적이 컸으나 2014-2015년에 1월 평균 기온이 높아 결빙된 해역이 작아졌다.

대상 데이터

2011년 9월부터 2015년 5월까지 위경도 1°×1°의 격자 자료이며 Lee (2016)의 보정 기법을 적용하여 사용하였다.
Aquarius 미션은 2011년 8월 15일 시작하여 2015년 6월 7일까지 계속되어 6월에서 8월까지는 3년, 그 외는 4년의 월별 자료가 수집되어 저염수의 월별 년 변동 및 평균 월별 분포를 연구하는데 사용되었다. 월별 4년 평균으로는 동해에서의 평균적인 저염수 분포를 논의하기에 부족할 수 있어 본 논문에서는 World Ocean Atlas 2005-2012의 월 평균 염분 분포(www.
413 GHz) 대역 해표면 복사파 계측기를 이용하여 측정한다. 본 연구에 사용된 자료는 physical oceanography distributed active archive center (podaac.jpl.nasa.gov/aquarius)에서 내려 받은 Level 3V5.0의 평활 매핑 된(smoothed standard mapped) 염분 자료이다. 2011년 9월부터 2015년 5월까지 위경도 1°×1°의 격자 자료이며 Lee (2016)의 보정 기법을 적용하여 사용하였다.

성능/효과

Aquarius 위성에 의해 관측된 염분은 표층 수 cm 깊이의 염분을 나타내나 동해에서는 혼합 층의 두께가 보통 10 m 이상이고 월평균 염분이어서 강수나 강물의 유입 등에 의한 단기적으로 받는 영향은 아주 적어, 본 연구에 제시된 실측 자료로 보정된 HYCOM 재분석 자료를 이용한 바이어스 수정 방법은 유용하다고 본다. 수정된 aquarius 염분과 실측 자료와의 비교가 가능한 두 해역에서 염분을 비교한 결과 평균 바이어스가 0.
2 psu 이하의 정확도인 aquarius염분 관측 위성의 특성 상 염분의 수직 변동이나 밀도 변화 등을 통한 미세 현상을 연구할 수는 없으나 염분의 연도별-월별 시공간적 변동을,특히 염분 변동이 다른 어떤 해역보다 큰 동해에서 연구하기에는 적합하다고 본다. 동해 북부 해역을 포함한 동해 전역을 커버하는 월별 염분 관측 자료가 본 연구를 통하여 처음으로 생성되었으며 이 자료를 통해 동해 저염수의 생성-확산-소멸을 분석할 수 있었다.
염분 보정에 사용된 각 격자에서의 계절 별 바이어스를 Table 1에 제시하였다. 동해 전역에서 바이어스 보정 전의 aquarius 염분은 HYCOM 염분에 비해 1.0 psu 이상의 높은 바이어스를 보였으나(Fig. 2a) 바이어스 보정 후에는 0.1 psu 이하의 바이어스(Fig. 2b)를 보여 실측 값에 보다 근접한 값을 얻을 수 있었다.
0 자료에 비해 오차가 작게 나타났다. 보정된 aquarius 염분과 CTD에 의한 실측 염분과의 평균 바이어스는 격자 N에서는 0.15 psu이었으며 격자 J에서는 0.03 psu로 aquarius 미션 목표 오차 범위보다 작은 바이어스를 얻었다.
(2009)의 부산-하카다 간 정기 운행 선박을 이용한 장강희석수의 동해 유입 연구에서 장강희석수의 동해 유입은 본 연구에서 나타난 바와 같이 7월부터 시작하였으나, 동해에 유입되는 양은 대한해협 동수도를 통한 것보다 서수도를 통한 양이 크다고 하였다. 본 연구에 제시한 4년 평균 저염수 분포를 보면 7월(Fig.10b)에는 서수도에 의한 영향이 크나 8월에는 동수도에 더 낮은 저염수가 분포하고 9월(Fig.10c)에는 위도에 거의 평행하게 분포하였다. 평균적으로 대한해협 서수도를 통해 유입되는장강희석수는 동수도 보다 염분은 낮고(Senjyu et al.
Aquarius 위성에 의해 관측된 염분은 표층 수 cm 깊이의 염분을 나타내나 동해에서는 혼합 층의 두께가 보통 10 m 이상이고 월평균 염분이어서 강수나 강물의 유입 등에 의한 단기적으로 받는 영향은 아주 적어, 본 연구에 제시된 실측 자료로 보정된 HYCOM 재분석 자료를 이용한 바이어스 수정 방법은 유용하다고 본다. 수정된 aquarius 염분과 실측 자료와의 비교가 가능한 두 해역에서 염분을 비교한 결과 평균 바이어스가 0.14psu 이하로 나타났고, 이를 통해 수치 모델에 의해 재분석된 염분을 사용한 수정 기법이지만 신뢰할 만한 염분 자료가 생산되었다. 염분 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Aquarius 염분 관측 미션의 목표는 무엇인가?	그러나 2011년 9월부터 2015년 5월까지 인공위성을 이용한 염분 관측 프로그램(Aquarius)이 진행 되었다. Aquarius 염분 관측 미션의 목표는 위경도 1°×1°의 격자에서 월별 평균한 관측 값이 0.2 psu 이내의 정확도를 갖는 것이다. 그러나 Lee(2016)는 동해를 둘러쌓고 있는 육지 및 위성이 대륙에서 바다로 비행할 경우 발생하는 주파수 간섭, 그리고 겨울철 해표면 수온이 낮은 관계로 인해 1 psu 이상의 큰 구조적 오차가 나타나는 것을 발견하여 CTD (conductivity-temperature-depth),Argo 뜰개 등에 의한 관측 자료와 HYbrid Coordinate Ocean Model (HYCOM) 재 분석 자료를 이용한 보정 기법을 개발하였다.
	동해 저염수의 유동에 대한 시공간적 특성이 잘 연구되지 않는 이유는 무엇인가?	이와 같이 동해에서는 동중국해에서 기원한 고온-저염의 장강희석수와 동해 북부 해상에서 기원한 저온-저염의 동해 북부 저염수가 가을철 동해 남서부 해상에서 섞여 남부 해역 전체의 표층에 저염수가 분포하게 되는, 전 세계의 다른 해역에서 찾아 보기 힘든 독특한 현상이 일어난다. 지정학적 이유로 동해 전역에 걸친 해수 특성 관측이 어려워 동해 저염수의 유동에 대한 시공간적 특성은 잘 연구되고 있지 않다. 그러나 2011년 9월부터 2015년 5월까지 인공위성을 이용한 염분 관측 프로그램(Aquarius)이 진행 되었다.
	5월-6월 북부 북한 연안의 저염수의 염분이 1-2월에 결빙되는 해빙의 면적과 음의 상관관계를 갖게하는 물리적 요인은 무엇인가?	5월-6월 북부 북한 연안의 저염수의 염분은 1-2월에 결빙되는 해빙의 면적(양)과 음의 상관관계를 가진다. 이에 대한 물리적 요인으로 결빙에 의한 염수 형성(brine formation)을 들 수 있다. 즉 많은 해수가 겨울에 결빙되면 결빙 과정에서 주변 해수의 염분이 높아져 해빙에 의한 저염수 형성 시 염분이 높은 해수가 형성될 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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