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문제 정의
- 본 연구에서는 Baek et al. (2018)에서 제시한 결과에 근거하여 강한 바람에 의한 연안 용승 및 섬효과를 구체적으로 파악하기 위해서 춘계 강한 저기압 통과 전후를 대상으로 식물플랑크톤의 군집조사와 함께 해양환경 및 물리적인 수직 구조의 특성을 파악하고자 한다. 특히, 울진-울릉도-독도주변해역에서 선행 보고된 식물플랑크톤 군집조성과 함께 인공위성자료에 의한 엽록소의 광역분포 특성을 비교하여 동해 남서부해역에서 일차생산기여 및 시간차 번성 특성에 초점을 두었다.
- 특히, 울진-울릉도-독도주변해역에서 선행 보고된 식물플랑크톤 군집조성과 함께 인공위성자료에 의한 엽록소의 광역분포 특성을 비교하여 동해 남서부해역에서 일차생산기여 및 시간차 번성 특성에 초점을 두었다. 또한 한반도 남동해역에서 기인된 용승에 의하여 발생한 식물플랑크톤이 동한난류에 편승해 이류하여 울릉도 독도 주변에 미치는 영향과 함께 섬효과에 의한 내용을 심도있게 토의하고자 한다.
제안 방법
- (2018)에서 제시한 결과에 근거하여 강한 바람에 의한 연안 용승 및 섬효과를 구체적으로 파악하기 위해서 춘계 강한 저기압 통과 전후를 대상으로 식물플랑크톤의 군집조사와 함께 해양환경 및 물리적인 수직 구조의 특성을 파악하고자 한다. 특히, 울진-울릉도-독도주변해역에서 선행 보고된 식물플랑크톤 군집조성과 함께 인공위성자료에 의한 엽록소의 광역분포 특성을 비교하여 동해 남서부해역에서 일차생산기여 및 시간차 번성 특성에 초점을 두었다. 또한 한반도 남동해역에서 기인된 용승에 의하여 발생한 식물플랑크톤이 동한난류에 편승해 이류하여 울릉도 독도 주변에 미치는 영향과 함께 섬효과에 의한 내용을 심도있게 토의하고자 한다.
- 식물플랑크톤의 현존량 및 종조성은 농축된 시료를 Sedgewick-Rafter counting chamber에 200~500 μL 분주하여 광학현미경하(100~400배 배율)에서 분석하였다.
- 그 후 5월 3일은 풍랑주의보로 현장조사를 수행할 수 없었고, 5월 4일 오후 울릉도 주변을 조사하였으나, 5월 5일은 기상악화로 조사를 수행할 수 없었다. 그 후 5월 6~7일은 울릉도에서 독도로 이어지는 구간을 조사하였다(Fig. 1). 수환경요인은 장목2호에 장착된 CTD (SBE911plus)를 활용하여 표층에서 최대 450 m까지 수심별 수온, 염분, 형광값(식물플랑크톤의 현존량)을 측정하였다.
- 1). 수환경요인은 장목2호에 장착된 CTD (SBE911plus)를 활용하여 표층에서 최대 450 m까지 수심별 수온, 염분, 형광값(식물플랑크톤의 현존량)을 측정하였다. 식물플랑크톤의 군집조성은 표층수를 버켓으로 채수한 뒤, 현장 선상에서 500 mL의 표층수에 Lugol’s solution (Sournia 1978)을 넣어 최종농도 3%로 고정하였고, 실험실에서 500 mL 시료를 50 mL로 농축시켰다.
- 4는 2016년 5월 2~9일 동안에 측정된 울진 죽변연안(DY1)-울릉도(DY8)-독도 동쪽(정점 20) 단면의 수심별 수온, 염분, 엽록소 형광값 분포를 나타내었다. 현장 관측은 울진 죽변연안(정점 DY1)-울릉도 단면인 DY1~DY8 정점은 (DY3, DY5, DY7은 강한 저기압 통과 이후인 5월 9일 관측)은 5월 2일에, 그리고 울릉도-독도 동쪽 단면은 강풍 시기이후인 5~8일에 걸쳐 이루어졌다. 표층수온은 울진 연안해역에서 13.
대상 데이터
- 현장조사는 한국해양과학기술원 연구조사선 장목2호를 이용하여 2016년 5월 2일부터 8일까지 총 7일에 걸쳐 수행되었다. 먼저 5월 2일 경상북도 울진 후포항을 출항하여 정점 DY1에서 DY7까지 조사한 후 울릉도 현포항에 입항하였다.
- 현장조사는 한국해양과학기술원 연구조사선 장목2호를 이용하여 2016년 5월 2일부터 8일까지 총 7일에 걸쳐 수행되었다. 먼저 5월 2일 경상북도 울진 후포항을 출항하여 정점 DY1에서 DY7까지 조사한 후 울릉도 현포항에 입항하였다. 그 후 5월 3일은 풍랑주의보로 현장조사를 수행할 수 없었고, 5월 4일 오후 울릉도 주변을 조사하였으나, 5월 5일은 기상악화로 조사를 수행할 수 없었다.
- 강풍에 의한 연안 용승 및 섬효과를 구체적으로 파악하기 위해서 춘계 강한 저기압 통과 전후인 2016년 4월 10일부터 5월 20일까지 매일 한국해양과학기술원 GOCI(Geostationary Ocean Color Imager) 위성으로 동해 광역해역의 엽록소 (1차 생산) 분포자료를 얻었다(http://kosc.kiost.ac.kr). 아울러, 2016년 4월 1일부터 5월 30일에 걸쳐 기상청 동해해양기상부이에서 관측된 30분 간격의 대기압, 풍향, 풍속, 최대파고 등을 활용하였다.
- kr). 아울러, 2016년 4월 1일부터 5월 30일에 걸쳐 기상청 동해해양기상부이에서 관측된 30분 간격의 대기압, 풍향, 풍속, 최대파고 등을 활용하였다. 해양기상부이는 울릉도에서 서쪽으로 약 75 km 떨어져 있고, 정점 DY4로부터 약 29 km 북쪽에 위치하고 있다(Fig.
- 아울러, 2016년 4월 1일부터 5월 30일에 걸쳐 기상청 동해해양기상부이에서 관측된 30분 간격의 대기압, 풍향, 풍속, 최대파고 등을 활용하였다. 해양기상부이는 울릉도에서 서쪽으로 약 75 km 떨어져 있고, 정점 DY4로부터 약 29 km 북쪽에 위치하고 있다(Fig. 1. 검정+심볼 참조).
- 이러한 정점은 흥미롭게도 모두 강한 저기압이 통과한 후에 관측된 정점들이다. 또한 정점 DY4의 경우, 강한 저기압의 통과 전(5월 2일)과 통과 후(5월 9일)에 비교관측을 하였는데, 저기압 통과 전에는 표층 바로 아래층 (8~22 m)에 엽록소 최대층이 형성된 반면에, 통과 후에는 표층 근처에(수심 8 m 내외)에서 저기압 통과 전보다 상대적으로 높은 값이 관측되었다(김윤배 미공개 자료). 저기압 통과 후에 관측된 울릉도 동쪽 정점의 경우에서도 수심 20 m 근처를 중심으로 높은 형광값이 관측되었다.
성능/효과
- 특히 광학현미경(Axioplane, Zeiss, Germany)에서 동정이 극히 어려운 종은 속 수준에서 동정하였으며, 10 μm 이하의 매우 작은 와편모조류는 하나의 미동정 와편모그룹으로 묶었고, 은편모조류(Crytophyceae) 또한 하나의 은편모그룹으로 묶어 동정 및 계수하였다.
- 본 조사기간 동안 대마 난류 기원 동한난류는 부산, 기장, 감포, 구룡포, 울진에 걸쳐 북상하여, 정점 DY1~DY2에서 우측으로 선회하여 울릉도방향으로 움직였고, 특히 울릉도 북쪽 38°N선에서 역포물선 변곡점을 형성하면서 다시 남하하여 독도인근으로 흐르는 특성을 보였다.
- 본 조사시기에도 이전의 연구와 유사하게 해류에 따른 수온 전선이 울릉도 북쪽 38°N에서 명확하게 구분되는 특성을 보였고, 이러한 수온 전선의 형성은 식물플랑크톤의 집적을 용이하게 하여, 식물플랑크톤의 높은 개체수밀도를 유지하는 데 유리하게 작용된다.
- 이러한 연안 용승은 남풍 계열의 바람이 3~4일 이상 지속적으로 강하게 우점할 때 해저 지형적 영향으로 동해, 울진, 포항, 울산, 기장, 부산, 거제도 해역에서 주로 발생한다. 본 연구에서도, 5월 3~7일 사이 남풍계열의 바람이 우점하였고, 특히 5월 3일에는 최저 987.3 hPa 규모의 강한 저기압이 관측 해역을 통과하였고, 최대 24.2 m s-1의 순간풍속과 최대 8.5 m의 최대 파고가 관측되었다(Fig. 3). 결과적으로 5월 3~4일 강한 남풍의 영향으로 한반도 남동해역에서 연안 용승이 발생하였고, 아울러, 연안 용승에 의해 대발생한 식물플랑크톤이 울릉도와 독도로 이동하면서 울릉도와 독도주변의 섬효과에 의하여 식물플랑크톤의 대발생이 가속화된 것으로 고려된다.
- 결과적으로 섬주변에서 강한 바람의 생성은 섬주변의 물리적 혼합을 유도할 수 있고, 그 결과 유광층 하부에서 상부로 영양영류의 공급을 가져와 일차생산의 증대를 야기하는 이른바 “섬효과(Island Effect) 현상”이 울릉도 및 독도 주변해역에서 빈번하게 발생할 수 있다는 것을 시사할 수 있다.
- 표층수온은 울진 연안해역에서 13.0°C인 반면에, Fig. 2의 표층수온 분포로 볼 때 동한난류의 주축의 영향을 주로 받는 DY5에서는 16.2°C로 높게 관찰되었고, 울릉도-독도에서는 조금 낮은 15°C 전후로 관찰되었다.
- 3). 결과적으로 5월 3~4일 강한 남풍의 영향으로 한반도 남동해역에서 연안 용승이 발생하였고, 아울러, 연안 용승에 의해 대발생한 식물플랑크톤이 울릉도와 독도로 이동하면서 울릉도와 독도주변의 섬효과에 의하여 식물플랑크톤의 대발생이 가속화된 것으로 고려된다. 실제, 국립수산과학원의 자료에 의하면(http://www.
- 2007). 하지만, 본 조사기간 동안 연안에서 200 km 정도 떨어진 독도인근해역에서 높은 엽록소 값이 관찰되었다. 이는 동해 남부해역의 연안 용승에 의하여 확산된 식물플랑크톤의 번성과 함께 울릉도와 독도주변의 섬효과에 의한 상하층 혼합 영향으로 중층수의 높은 영양염류가 유광층으로 공급되어 대증식한 결과로 사료된다(Kim et al.
- 5 psu로 가장 높은 염분이 나타나 동한난류의 주축에 의한 영향을 고려할 수 있다. 기존의 연구 결과에서 34.06 psu 미만의 염분과 염분최소층 그리고 비교적 높은 용존산소량을 특성으로 하는 동해 북쪽 기원의 동해중층수 혹은 북한한류수는 울진 연안에서는 150 m 내외로 비교적 얕게, 울릉도-독도 단면에서는 250 m 내외로 깊게 형성하며 상층의 고염수 아래층으로 분포하는 것으로 확인되었다.
- 5월 5에는 동해 중앙부근에서 광범위하게 높게 나타난 엽록소는 일주일 전 동해-울릉도-독도에 걸쳐 일정하게 나타난 엽록소가 해류에 편승해 공간이동하면서 성장하여 높게 유지된 것으로 판단된다. 현장조사 3주 후인 5월 17일에는 동해 중앙부근의 엽록소는 1 mg m-3 전후로 일정하게 낮게 유지되었으며, 5월 5일 동해 중앙해역(울릉도 북동쪽 300~400 km)에서 관찰되었던 5 mg m-3 전후의 높은 엽록소를 지속적으로 관찰되지 않았다. 흥미로운 것은 5월 11일에 추가적으로 동해연안해역에서 엽록소가 일정하게 나타났고, 그후 1일 경과된 5월 12일에는 포항-울진-울릉동-독도주변까지 역포물선의 형태로 5 mg m-3의 높은 엽록소가 관찰되었다.
- 즉 5월 12일 관찰된 높은 엽록소는 앞서 언급한 것과 같이 5월 2일에 관찰된 강한 저기압 통과 후 지속적으로 남풍계열의 바람이 우점에 의한 동해 연안의 용승효과와 더불어 시간차에 의한 식물플랑크톤의 대발생이 생성된 것으로 판단된다. 아울러 해류에 편승하여 공간 이동된 식물플랑크톤은 울릉도-독도주변의 섬효과에 의한 영양염류가 유광층 상부로 공급된 것이 일정하게 기여하여, 울릉도-독도주변해역에 걸쳐 높은 엽록소가 지속적으로 유지된 것으로 판단되었다.
- 특히, 위성에서 관찰된 5월 11일과 12일의 엽록소와 더불어, 5월 17일과 18일의 위성이미지 영상을 파악하면(Fig. 6), 동해연안(울진)-울릉도-독도로 이어지는 해역에서 식물플랑크톤이 증식하면서 공간이동 및 확산하는 것을 명확하게 파악할 수 있었다. 특히, 울릉도-독도해역에서는 점차적으로 식물플랑크톤이 확산되면서 일정량 희석되는 경향을 보였다.
- 특히, 울릉도-독도해역에서는 점차적으로 식물플랑크톤이 확산되면서 일정량 희석되는 경향을 보였다. 결과적으로 위성자료를 바탕으로 대마난류기원 동한난류의 영향으로 엽록소가 공간적으로 이동되면서 1일차의 간격으로 증식하는 특성을 규명할 수 있었다. 즉 해류에 의한 수평 이동과 함께 식물플랑크톤이 증식하여, 해역에 따라서는 5 mg m-3 전후의 높은 엽록소의 확장구간이 잘 반영되어 나타났다.
- 결과적으로 위성자료를 바탕으로 대마난류기원 동한난류의 영향으로 엽록소가 공간적으로 이동되면서 1일차의 간격으로 증식하는 특성을 규명할 수 있었다. 즉 해류에 의한 수평 이동과 함께 식물플랑크톤이 증식하여, 해역에 따라서는 5 mg m-3 전후의 높은 엽록소의 확장구간이 잘 반영되어 나타났다. 광역해역에서 위성엽록소의 공간 이미지 영상을 확보하기 위해서는 지정된 해역에서 구름이 없고, 화창한 날씨에만 관찰할 수 있는 단점이 있으나, 공간적으로 광역해역에 식물플랑크톤의 1차 생산의 분포 특성과 함께, 해류의 흐름과 연동시켜 식물플랑크톤의 증식 특성을 명확하게 규명할 수 있는 장점이 있다.
- 아울러, 5월 3일 강한 강풍 후 지속적으로 구름이 관찰되어, 이후 1주일 동안 위성엽록소 이미지를 확보할 수 없었지만, 5월 11일과 12일에는 광역에 걸쳐서 엽록소 이미지 영상을 명확하게 구분할 수 있었다. 추가로 5월 17일과 18일에 위성이미지 영상이 명확하게 구분된 것은 구름이 관찰되지 않았다는 것을 의미할 수 있고, 이는 5월의 높은 광량이 광역해역에 걸쳐 2일간 지속적으로 유지되어, 대만난류와 동한 난류의 영향에 의한 해류의 공간이동과 함께 지속적으로 식물플랑크톤이 빠르게 증식한 흔적을 명확하게 구분할 수 있었다.
- (2007) 연구에서도 동해에서 춘계 강한 폭풍(남풍계열)이 발생한 후 1~2주의 시간차(time lag)를 두고 식물플랑크톤의 대발생을 보고하였고, 특히, 강한 바람을 동반한 수층혼합은 식물플랑크톤의 수직분포의 임계심도를 깊게 하여 표층부 집적을 둔화시켜, 대발생 (bloom)을 지연시키는 중요한 역할을 한다고 시사하였다. 결과적으로 본 조사시기 5월 7일에 독도 인근에서 높은 엽록소가 관찰된 것은 5월 2일에 통과한 저기압의 영향이 큰 것으로 사료되었고, 특히 강풍 2일 경과 후 독도주변해역에서는 전 수층에 걸쳐 엽록소 형광값이 관찰된 것은 섬효과에 의한 수층혼합의 영향을 강하게 받는 것을 시사할 수 있었다. 이는 위성엽록소영상에서도 명확하게 관찰되었듯이, 저기압 통과 10일 경과후인 5월 12일까지 울릉도-독도주변해역에서 높은 엽록소가 지속적으로 유지된 것을 알 수 있었다.
- (2018) 보고에서는 위성자료가 제공되지 않아 시/공간적으로 식물플랑크톤 기인의 엽록소 거동을 명확하게 제시할 수 없었고, 그 결과, 저기압 통과 후 2~3일의 시간차 (time lag)로 독도인근해역에서 식물플랑크톤이 빠르게 증식하여 대발생 시간차가 크지 않은 것에 관해서 언급하였다. 하지만, 본 연구에서 위성영상을 추가하여 해석한 결과, 5월 12일 최고치의 엽록소가 울릉도-독도 전 해역에 관찰되었으며, 이는 이벤트성 강풍(5월 2일)과 춘계 식물플랑크톤의 대발생 사이에는 적어도 10일 시간차가 있다는 사실을 새롭게 알 수 있었다. 이러한 결과는 Kim et al.
- 울진과 울릉도 사이 정점 DY2, DY4, DY6에서는 규조류가 80% 이상으로 극우점하였다. 반면, 울릉도주변해역 정점 46과 울릉도와 독도의 중간 정점 50에서는 침편모조류 Heterosigma akashiwo가 60% 이상으로 높게 관찰되었고, 상대적으로 규조류 비율은 낮게 유지되었다. 특히 독도주변 정점 20에서는 H.
- 반면, 울릉도주변해역 정점 46과 울릉도와 독도의 중간 정점 50에서는 침편모조류 Heterosigma akashiwo가 60% 이상으로 높게 관찰되었고, 상대적으로 규조류 비율은 낮게 유지되었다. 특히 독도주변 정점 20에서는 H. akashiwo가 80%로 높은 비율을 차지하였고, 반대로 정점 30에서는 규조류가 90%로 나타났다. Talley et al.
- 5×106 cells mL-1)를 유지하였을 가능성이 높다. 결과적으로 위성 엽록소에서 파악된 광역해역의 시공간적인 자료는 동해 남서해역의 울릉도 독도 주변의 일차생산을 파악하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있었다. 특히, 동한난류 주측의 흐름이 시시각각으로 변화하는 물리적인 특성에 따라서 편승하는 식물플랑크톤의 군집조성 및 생물량에도 일정하게 영향을 미치는 것으로 판단되었다.
- 결과적으로 위성 엽록소에서 파악된 광역해역의 시공간적인 자료는 동해 남서해역의 울릉도 독도 주변의 일차생산을 파악하는 데 중요한 정보를 제공할 수 있었다. 특히, 동한난류 주측의 흐름이 시시각각으로 변화하는 물리적인 특성에 따라서 편승하는 식물플랑크톤의 군집조성 및 생물량에도 일정하게 영향을 미치는 것으로 판단되었다.
후속연구
- 하지만, 최근 기후변화에 의한 동해 해류 분포의 변화에 따라 가끔씩 북위 40°N 근처에서 수온 전선이 형성되는 시기가 있어, 추후 지속적으로 수온 전선대 형성 위치를 모니터링할 필요가 있다.
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