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문제 정의
- 그러나 아표층 결과는 다음절에 언급될 연직 단면도 검증 부분에서 보완이 될 것이라 판단하여, 연구 논문의 분량을 고려해서 본 연구에서는 표층 결과만 수평 분포도로 제시하였다. 또한 AVISO로 도출된 유속 자료는 표층만 존재하기 때문에 유속 및 해면 고도 결과의 효율적 비교를 위해 수온의 검증 범위를 표층으로 국한시켰다. 그러나 향후 다양한 수심에서의 검증 결과를 종합적으로 비교할 필요가 있다고 판단된다.
- 본 연구에서는 동아시아 해역을 대상으로 구축된 MOHID 지역 순환 모델 결과를 검증하였다. 수온, 해면 고도 편차, 표층 유속의 수평 분포를 확인하였으며, 국립수산과학원에서 제공하는 104, 205, 308정선 라인의 연직 수온 분포를 비교하였다.
- 본 연구에서는 동아시아 해역을 대상으로 서로 다른 해상도를 가지는 두 해역에 대해 모델을 구성하였다. 첫 번째는 동아시아 해역(117.
가설 설정
- , 1998). 또한, 3차원 비압축성 유체에 대한 방정식을 계산하며, 정수압가정은 부시네스크 근사(Boussinesq approximation)와 레이놀즈(Reynolds) 근사를 가정하며, 직교 좌표계에서 모델의 x, y 방향의 운동 방정식, 연속 방정식, 정수압 방정식은 각각 다음과 같이 정의된다.
제안 방법
- MOHID 순환 모델의 혼합층 깊이는 T02 및 D003으로 정의된 혼합층 깊이로 각각 분리하여 계산하였으며, 본 연구에서는 2월과 8월의 결과만을 제시하였다.
- 이에 본 연구에서는 추가적으로 MYOCEAN 자료를 초기 및 경계 자료로 한 MOHID 모델 결과를 HYCOM 자료를 초기 및 경계 자료로 한 MOHID 모델 결과와 동일한 기간에 대해 수행하여 그 결과를 추가로 비교하였다. MYOCEAN, HYCOM 자료를 경계자료로 사용한 모의 결과와 ARMOR3D 자료를 이용하여 2월과 8월의 표층 수온 공간 분포 및 편차 분포도를 Fig. 17과 Fig. 18에 제시하였다. ARMOR3D 자료와 HYCOM, MYOCEAN 자료를 경계조건으로 부여한 표층 수온을 비교한 결과, RMSE는 2월에 각각 0.
- 또한 모델과 수온의 객관 분석 자료는 수층별로 자료가 존재하기 때문에 다양한 표준 수심에서의 모델 검증이 가능하다. 그러나 아표층 결과는 다음절에 언급될 연직 단면도 검증 부분에서 보완이 될 것이라 판단하여, 연구 논문의 분량을 고려해서 본 연구에서는 표층 결과만 수평 분포도로 제시하였다. 또한 AVISO로 도출된 유속 자료는 표층만 존재하기 때문에 유속 및 해면 고도 결과의 효율적 비교를 위해 수온의 검증 범위를 표층으로 국한시켰다.
- 재분석 자료를 생산하기 위해서는 관측 자료수집, 품질 관리, 수치 모델링 및 자료 동화라는 일련의 과정이 필요하며 단계별로 발생하는 다양한 요인의 오차 때문에 그 검증 과정이 매우 복잡하다(Chang, 2015). 그러므로 고해상도 자료 동화 결과를 이용한 모델 검증은 우선적으로 다양한 자료 동화 모델의 상호 비교가 이루어 진 후에 후속 연구로 진행될 수 있으리라 판단되며, 본 연구에서는 관측 자료를 기반으로 한 객관 분석 자료만을 이용하여 모델 검증을 실시하였다.
- 본 연구에서는 동아시아 해역을 대상으로 구축된 MOHID 지역 순환 모델 결과를 검증하였다. 수온, 해면 고도 편차, 표층 유속의 수평 분포를 확인하였으며, 국립수산과학원에서 제공하는 104, 205, 308정선 라인의 연직 수온 분포를 비교하였다. 또한, 혼합층 깊이 및 Taylor Diagram 검증을 실시하여 모델성능을 검증하였다.
- 1). 수집된 두 현장 관측 자료는 기본적인 품질 관리를 모두 거쳤으며(Limand Chang, 2016), 한 시간 간격으로 선형 내삽을 적용하여 모델 자료와 비교하였다. 정량적인 비교를 위해 관측과 모델 사이의 변동비(Normalized Standard Deviation) 및 상관 계수(Correlation coefficient)를 같이 표현하여 종합적으로 고찰할 수 있는 Taylor diagram을 제시하여 모델 성능을 정량적으로 평가하였다.
- 수평적으로 직교(cartesian) 또는 직교곡선(orthogonalcurvilinear) 격자체계를 사용하며, 수직적으로 시그마 좌표계와 Z-Level 좌표계를 개별 또는 혼합 사용할 수 있는 일반화연직좌표(General Vertical Coordinate, 이하 GVC) 시스템의 적용이 모두 가능하며, 본 연구에서는 직교 좌표와 GVC 시스템을 적용하였다. 공간적으로 유한체적법(finite volume technique, Martins et al.
- 본 연구에서는 동아시아 해역에 대해 고해상도 3차원 모델인 MOHID (MOdelo HIDrodinâmico) 모델을 적용하여 2016년 해황 변동을 재현하였다. 연구 해역에서 수집할 수 있는 수온, 염분, 유속, 해면 고도 및 혼합층 두께 변화 등 모든 가용한 관측 자료를 이용하여 종합적 검증 체계를 구축하여 그 결과를 제시하였다.
- , 2013). 이에 본 연구에서는 추가적으로 MYOCEAN 자료를 초기 및 경계 자료로 한 MOHID 모델 결과를 HYCOM 자료를 초기 및 경계 자료로 한 MOHID 모델 결과와 동일한 기간에 대해 수행하여 그 결과를 추가로 비교하였다. MYOCEAN, HYCOM 자료를 경계자료로 사용한 모의 결과와 ARMOR3D 자료를 이용하여 2월과 8월의 표층 수온 공간 분포 및 편차 분포도를 Fig.
- 25oN)의 수평 3 km 아격자(nested grid)자료인 Level 2 결과를 이용하였다. 정량적인 검증을 위해 각 관측이 시행된 동일한 시간에 대해 공간적으로 가장 일치되는 격자점(best matchup point)의 모델 자료를 추출하여 검증을 실시하였다.
- 정량적인 분석을 위해 MOHID 순환 모델 결과와 3종류의 객관 분석장(EN4, ARMOR3D, AVISO) 자료에 대해 2016년 자료만을 대상으로 시간 해상도는 월평균으로 공간 해상도는 0.25°×0.25°로 재격자화(regriding)하였다.
- 수집된 두 현장 관측 자료는 기본적인 품질 관리를 모두 거쳤으며(Limand Chang, 2016), 한 시간 간격으로 선형 내삽을 적용하여 모델 자료와 비교하였다. 정량적인 비교를 위해 관측과 모델 사이의 변동비(Normalized Standard Deviation) 및 상관 계수(Correlation coefficient)를 같이 표현하여 종합적으로 고찰할 수 있는 Taylor diagram을 제시하여 모델 성능을 정량적으로 평가하였다.
- 해면 고도와 표층 유속은 인공위성 고도계 기반의 객관 분석 자료인 AVISO (Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data, https://www.aviso.altimetry.fr/)의 0.25°×0.25° 공간 해상도의 1일 간격의 해면 고도 편차(Sea Level Anomaly, 이하 SLA)와 표층 유속 자료를 이용하여 검증하였다.
대상 데이터
- Level 1 모델의 수평 분포도 검증을 위한 수온 관측 자료로는 준 실시간으로 생산되어 제공되는 Argo 기반의 전지구 객관 분석장 자료인 EN4 (Ensemble version 4, http://hadobs.metoffice.com/en4/downloaden4-2-1.html/)와 ARMOR3D 자료를 사용하였다. EN4는 유럽 Met Office에서 제공하는 자료로 1999년 이후부터 Argo 자료를 포함시켜 매해 월평균 수온, 염분 자료를 제공한다.
- 남해의 205 Line은 6개 정점, 최대 깊이는 80 m 이며 2016년 3월과 8월의 관측 자료를 사용하였다. MOHID 모델 자료는 한반도 주변 해역의 고해상도 결과를 제공하고 있는 한반도 주변 해역(122.75oE-132.75oE, 30.75oN-40.25oN)의 수평 3 km 아격자(nested grid)자료인 Level 2 결과를 이용하였다. 정량적인 검증을 위해 각 관측이 시행된 동일한 시간에 대해 공간적으로 가장 일치되는 격자점(best matchup point)의 모델 자료를 추출하여 검증을 실시하였다.
- SIO 자료는 수평 분포도 검증에서 설명된 바와 동일하게 2016년 자료를 대상으로 동아시아 해역(117.5°E-143.5°E, 23°N-47°N)에 대해 0.25°로 재구성하여 검증자료로 사용하였다.
- 기상청에서 운영하는 표층 해양기상부이는 황해 7지점(덕적도, 인천, 외연도, 부안, 칠발도, 신안, 추자도), 남해 5지점(거제도, 통영, 거문도, 서귀포, 마라도), 동해 5지점(동해, 울릉도, 울진, 포항, 울산)으로 전 해역에 골고루 분포되어 있으며, 모든 지점에 대해 2016년 1월 1일 00시부터 2016년 12월 31일 23시까지 매시간 자료를 수집하였다. 국립해양조사원에서 제공하는 표층 수온, 조위 자료 또한 2016년 1월 1일 00시부터 2016년 12월 31일 23시까지 매 시간 간격의 자료를 사용하였으며, 총 46개 지점 중 수온, 조위를 모두 관측하는 24개 지점(가덕도, 거문도, 거제도, 고흥(발포), 군산, 모슬포, 목포, 묵호, 부산, 삼천포, 서귀포, 성산포, 안산, 어청도, 여수, 완도, 울릉도, 울산, 제주도, 진도, 추자도, 통영, 후포, 흑산도)만을 사용하여 검증에 이용하였다(Fig. 1). 수집된 두 현장 관측 자료는 기본적인 품질 관리를 모두 거쳤으며(Limand Chang, 2016), 한 시간 간격으로 선형 내삽을 적용하여 모델 자료와 비교하였다.
- kr/koofs/)에서 제공하는 SST 및 조위 자료(Tide gauge)를 이용하였다. 기상청에서 운영하는 표층 해양기상부이는 황해 7지점(덕적도, 인천, 외연도, 부안, 칠발도, 신안, 추자도), 남해 5지점(거제도, 통영, 거문도, 서귀포, 마라도), 동해 5지점(동해, 울릉도, 울진, 포항, 울산)으로 전 해역에 골고루 분포되어 있으며, 모든 지점에 대해 2016년 1월 1일 00시부터 2016년 12월 31일 23시까지 매시간 자료를 수집하였다. 국립해양조사원에서 제공하는 표층 수온, 조위 자료 또한 2016년 1월 1일 00시부터 2016년 12월 31일 23시까지 매 시간 간격의 자료를 사용하였으며, 총 46개 지점 중 수온, 조위를 모두 관측하는 24개 지점(가덕도, 거문도, 거제도, 고흥(발포), 군산, 모슬포, 목포, 묵호, 부산, 삼천포, 서귀포, 성산포, 안산, 어청도, 여수, 완도, 울릉도, 울산, 제주도, 진도, 추자도, 통영, 후포, 흑산도)만을 사용하여 검증에 이용하였다(Fig.
- 동해의 104 Line은 12개 정점, 최대 깊이는 500 m이고, 황해의 308 Line은 10개 정점, 최대 깊이는 75m이며 2016년 2월과 8월의 관측 자료를 사용하였다. 남해의 205 Line은 6개 정점, 최대 깊이는 80 m 이며 2016년 3월과 8월의 관측 자료를 사용하였다. MOHID 모델 자료는 한반도 주변 해역의 고해상도 결과를 제공하고 있는 한반도 주변 해역(122.
- kodc)에서 제공하는 정선 관측 자료를 사용하였다. 동해, 황해, 남해의 중심에 위치하며 주요 해류가 통과하는 지점 중에 가용 관측 자료가 가장 많은 동해 104 Line, 황해 308 Line, 남해 205 Line을 대표적으로 선정하여 검증 결과를 제시하였다(Fig. 1). 일반적으로 NIFS/KODC 관측은 2, 4, 6, 8, 10, 12월의 격월 단위로 수행되어 자료가 제공된다.
- 일반적으로 NIFS/KODC 관측은 2, 4, 6, 8, 10, 12월의 격월 단위로 수행되어 자료가 제공된다. 동해의 104 Line은 12개 정점, 최대 깊이는 500 m이고, 황해의 308 Line은 10개 정점, 최대 깊이는 75m이며 2016년 2월과 8월의 관측 자료를 사용하였다. 남해의 205 Line은 6개 정점, 최대 깊이는 80 m 이며 2016년 3월과 8월의 관측 자료를 사용하였다.
- 풍속 자료로는 기상청 지역대기예측모델의 결과를 사용하였다. 또한 표층 열속 계산을 위해 추가적으로 기상청 모델의 기압, 기온, 단파복사, 장파복사, 습도 등의 실시간 분석 자료를 입력자료로 사용하였다.
- 본 모델의 개방 경계 및 초기 자료는 모두 HYCOM 재분석 자료를 사용하였다. 지역 해양 모델의 성능을 개선하기 위한 방법 중 가장 중요한 부분은 나은 초기 및 경계 자료를 찾는 것이다.
- 해양/대기 상호작용이 직접 일어나며 해양 상층부의 난류 경계층에 해당하는 혼합층의 특성을 규정짓는 가장 중요한 요소는 혼합층 깊이(Mixed Layer Depth, 이하 MLD)이다. 본 연구에서는 이러한 혼합층 깊이 검증을 위해 미국 스크립스 해양 연구소(Scripps Institution of Oceanography, 이하 SIO,http://mixedlayer.ucsd.edu/)에서 제공하는 Argo 기반의 월평균 기후 평균 자료(http://mixedlayer.ucsd.edu,Holte et al., 2017)를 이용하였다. SIO에서 제공하는MLD는 2000년 1월부터 2017년 2월까지 1,385,000개 이상의 Argo 자료를 수집하여 품질 관리(Quality Control, 이하 QC)를 수행 후 10 m 층의 기준 수온과 0.
- 연직 단면도 검증은 한반도 주변 해역(동해, 황해, 남해)에서는 국립수산과학원 한국해양자료센터(National Institute of Fisheries Science/Korea Oceanographic Data Center, 이하 NIFS/KODC, http://www.nifs.go.kr/kodc/index.kodc)에서 제공하는 정선 관측 자료를 사용하였다. 동해, 황해, 남해의 중심에 위치하며 주요 해류가 통과하는 지점 중에 가용 관측 자료가 가장 많은 동해 104 Line, 황해 308 Line, 남해 205 Line을 대표적으로 선정하여 검증 결과를 제시하였다(Fig.
- 정점 시계열 검증은 기상청 국가기후데이터센터(Korea Meteorological Administration/National Climate Data Service System, 이하 KMA/NCDSS, http://sts.kma.go.kr/jsp/home/contents/main/main.do)에서 제공하는 해양기상부이의 표층 수온 자료(Sea Surface Temperature, 이하 SST)와 국립해양조사원(Korea Hydrographic and Oceanographic Agency, 이하 KHOA, http://www.khoa.go.kr/koofs/)에서 제공하는 SST 및 조위 자료(Tide gauge)를 이용하였다. 기상청에서 운영하는 표층 해양기상부이는 황해 7지점(덕적도, 인천, 외연도, 부안, 칠발도, 신안, 추자도), 남해 5지점(거제도, 통영, 거문도, 서귀포, 마라도), 동해 5지점(동해, 울릉도, 울진, 포항, 울산)으로 전 해역에 골고루 분포되어 있으며, 모든 지점에 대해 2016년 1월 1일 00시부터 2016년 12월 31일 23시까지 매시간 자료를 수집하였다.
- 첫 번째는 동아시아 해역(117.5°E-143.5°E, 23°N-47°N, 이하 Level 1)으로 수평 해상도는 9 km, 연직으로는 19개층으로 구성하였으며, 두 번째는 한반도 연근해 주변 해역(122.5°E-132.5 E, 30.75°N-40.25°N, 이하 Level 2)에 대해 수평 해상도는 3 km, 연직으로 19개층으로 구성하였다(Fig. 1).
- 초기 자료는 HYCOM (Hybrid Coordinate Ocean Model, Bleck, 2002; Chassignet et al., 2007) 자료를 이용하여 Level 1 영역에 대해 2015년 12월 28일부터 3일간 spin-up을 실시하였으며, 동쪽 및 남쪽의 개방 경계도 HYCOM 자료를 동일하게 적용하였다. 본 연구에서는 시공간적으로 변화하며 물리적으로 안정한 HYCOM 결과를 이용하여 측면(해면 고도, 수온, 염분, 유속) 및 표면(열속, 바람, 기온) 경계 조건을 처리하였기 때문에 장기 spin-up 과정이 필요 없이 빠르게 초기 안정성이 확보되었으며, spin-up 기간에 따라 모델 결과에서 큰 차이가 없는 것으로 확인하였다.
- 는 해면상 10 m 지역에서의 풍속 벡터이다. 풍속 자료로는 기상청 지역대기예측모델의 결과를 사용하였다. 또한 표층 열속 계산을 위해 추가적으로 기상청 모델의 기압, 기온, 단파복사, 장파복사, 습도 등의 실시간 분석 자료를 입력자료로 사용하였다.
데이터처리
- Level 2는 Level 1의 결과 자료를 한 방향 아격자(one-way nesting) 기법으로 처방하여 구동하였다. 2016년 1월 1일부터 12월 31일까지 1년 동안의 모델 수행 결과를 Level 1 영역에 대해 수평 분포도와 혼합층 깊이 검증을 실시하였으며, 고해상도의 Level 2 영역은 한반도 근해 정선 관측 자료와 부이 관측 자료를 이용하여 연직 분포도 검증 및 시계열 Taylor diagram 검증을 실시하였다(Taylor, 2001). 더욱 자세한 자료 및 분석 방법은 다음 절에 기술하였다.
- 수온, 해면 고도 편차, 표층 유속의 수평 분포를 확인하였으며, 국립수산과학원에서 제공하는 104, 205, 308정선 라인의 연직 수온 분포를 비교하였다. 또한, 혼합층 깊이 및 Taylor Diagram 검증을 실시하여 모델성능을 검증하였다.
- 모델에서 계산된 표층 유속은 AVISO에서 제공하는 해면 고도로부터 계산된 표층 유속 자료와 비교하였다. Level 1 영역인 동아시아 전체 해역의 2016년 2월과 8월 평균 표층 유속 분포를 분석한 결과는 Fig.
- 모델에서 계산된 해면 고도 편차와 AVISO에서 제공하는 해면 고도 편차 자료는 평균 해수면 기준을 통일하기 위해 모두 2016년 평균값을 기준으로 고도편차 값(Sea Level Anomaly, 이하 SLA)을 산출하여 비교하였다. Fig.
이론/모형
- Level 2 영역인 한반도 주변 해역의 MOHID 자료에 대한 정점 별 표층 수온 및 해수면 고도 편차의 비교 결과는 Fig. 16과 같이 Taylor diagram 을 사용하여 제시하였다. Taylor diagram은 관측 자료와의 표준 편차 비율(normalized standard deviation)과 서로간의 상관 계수의 통계 값을 구하여 여러 지점에서의 모델과 관측 값의 유사성을 정량적으로 비교하는데 매우 유용한 도구이다.
- Level 2는 Level 1의 결과 자료를 한 방향 아격자(one-way nesting) 기법으로 처방하여 구동하였다. 2016년 1월 1일부터 12월 31일까지 1년 동안의 모델 수행 결과를 Level 1 영역에 대해 수평 분포도와 혼합층 깊이 검증을 실시하였으며, 고해상도의 Level 2 영역은 한반도 근해 정선 관측 자료와 부이 관측 자료를 이용하여 연직 분포도 검증 및 시계열 Taylor diagram 검증을 실시하였다(Taylor, 2001).
- 수평적으로 직교(cartesian) 또는 직교곡선(orthogonalcurvilinear) 격자체계를 사용하며, 수직적으로 시그마 좌표계와 Z-Level 좌표계를 개별 또는 혼합 사용할 수 있는 일반화연직좌표(General Vertical Coordinate, 이하 GVC) 시스템의 적용이 모두 가능하며, 본 연구에서는 직교 좌표와 GVC 시스템을 적용하였다. 공간적으로 유한체적법(finite volume technique, Martins et al., 1999, 2000)을 사용하며, 시간적으로는 반 암시적 ADI (Alternate Direction Implicit) 알고리즘을 사용하여 계산상의 안정성 제약을 최소화 한다.
- 본 연구에서는 동아시아 해역에 대해 고해상도 3차원 모델인 MOHID (MOdelo HIDrodinâmico) 모델을 적용하여 2016년 해황 변동을 재현하였다.
- 해저면에서도 가로지르는 이류의 흐름은 없으며, 운동량의 확산은 quadratic law 를 이용한 non-slip 방법으로 계산된 해저 마찰을 고려한다.
성능/효과
- RMSE는 0.14 m로 나타났으며(Fig. 5c, Table 1), 2월과 8월의 결과를 보면 공통적으로 쿠로시오 해류 사행 및 확장 부근에서 MOHID 모델이 객관 분석장보다 해면 고도 편차가 작게 나타났다.
- 8월 14일의 KODC 수온 관측 자료와 비교할 때, MOHID 모델은 128.15°E 부근의 상층을 제외하고 모든 정점의 0-80 m에서 6℃ 이상으로 높게 나타났으며, RMSE 또한 5.47℃로 3월 보다 높게 나타나, 황해에서 모의한 결과와 유사하게 성층 현상에 대한 재현성이 미흡한 것으로 나타났다(Fig. 13, Table 2).
- 18에 제시하였다. ARMOR3D 자료와 HYCOM, MYOCEAN 자료를 경계조건으로 부여한 표층 수온을 비교한 결과, RMSE는 2월에 각각 0.72℃(HYCOM 경계), 1.11℃ (MYOCEAN 경계), 8월에 각각 0.64℃ (HYCOM 경계), 0.71℃ (MYOCEAN 경계)로 나타나 MYOCEAN 자료 보다 HYCOM 자료를 경계 조건으로 사용하였을 때, 수온의 수평 분포를 상대적으로 잘 모의하였다. 따라서, 향후 우리나라를 포함한 동아시아 해역의 해황을 보다 정확하게 모의할 수 있도록 MOHID 모델의 수직 해상도 조정, 혼합 계수의 보정, 실시간 하천수 유량 입력자료 및 다양한 모수화 기법 적용 등 모델 자체 성능 개선 연구가 요구된다.
- ARMOR3D자료와 모델의 수온을 비교한 결과 RMSE는 2월에 0.72℃, 8월에는 0.64℃로 나타나 비교적 잘 일치하였다. EN4 자료와의 비교 검증에서는 RMSE가 2월에는 1.
- 3d, Table 1). EN4 자료와 비교하였을 때, 편차의 공간 분포는 ARMOR3D 비교 결과와 일치하였으며, RMSE는 1.38℃로 ARMOR3D보다 높게 나타났다(Fig. 3e, Table 1).
- 64℃로 나타나 비교적 잘 일치하였다. EN4 자료와의 비교 검증에서는 RMSE가 2월에는 1.53℃, 8월에는 1.38℃로 ARMOR3D에 비해 비교적 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 두 자료와 황해에서 다소 차이가 나는 것을 확인할 수 있는데, 이는 비교 대상으로 선정한 ARMOR3D와 EN4가 Argo 관측 자료 기반의 분석 장이나, Argo의 공간 해상도, 품질 관리 기법, 객관분석 알고리즘 등의 차이로 다양한 오차 요인이 발생하기 때문인 것으로 판단된다.
- EN4 자료의 공간 해상도는 1° 간격으로 모델 및 ARMOR3D 분석장 보다 낮은 해상도로 인하여 수온 분포는 위도에 평행하는 비교적 단순한 형태로 나타났으며(Fig. 2c), 특히 한반도 주변 해역의 연안에서는 신뢰하기 힘든 분포를 보인다.
- KODC에서 제공하는 동해 관측라인 중 하나인 104 Line의 2월 22일-23일까지의 수온 관측 자료와 비교할 때, MOHID 모델의 연직 구조는 전체적으로 유사하나, 동해 중부 해역의 난수역은 관측 자료에서는 130.8°E 부근, MOHID 모델에서는 130.3°E 부근에 나타나 공간적으로 다소 차이를 보였다.
- KODC에서 제공하는 황해 관측 라인 중 하나인 308 Line의 2월 20일, 22일의 수온 관측 자료와 비교할 때, MOHID 모델은 전체적으로 연직 혼합 과정을 잘 모사하나, 126.2°E 부근의 연안역에서는 1.8℃ 이상으로 MOHID 모델 결과가 높게 계산되었으며, RMSE는 0.33℃로 계산되었다(Fig. 10, Table 2).
- 16a는 기상청에서 제공하는 17개의 지점과 국립해양조사원에서 제공하는 24개의 지점에서 각각 관측한 연안 표층 수온 자료와 같은 시각과 위치에서 추출된 MOHID 순환 모델의 표층 수온 자료간의 Taylor diagram 도식 결과이다. 검증 결과 모든 정점에서 모델과 두 관측 자료(KMA 자료, KHOA 자료) 간의 상관계수가 0.9 이상으로 높게 나타났으며, 표준 편차의 비는 0.85-1.15 사이의 값으로 나타나 모델의 연안 표층 수온과 두 관측 자료(KMA 자료, KHOA 자료)가 매우 유사하게 나타남을 확인 할 수 있었다. 모든 검증 지점에서의 자료간 상관 계수 및 표준 편차 비율은 Table 3에 정리하여 나타내었다.
- 2, 3과 같다. 관측 기반의 객관 분석 자료와 비교해 볼 때, MOHID 모델 결과는 2월과 8월 모두 공간적 상관계수가 0.89 이상의 매우 유사한 해수면 평균 온도 분포를 모의하고 있는 것으로 확인되었다(Figs. 2, 3). 그러나 ARMOR3D와의 편차를 살펴보면 2월에는 0.
- 동아시아 해역 전체에 대한 동향류와 북향류의 평균 RMSE는 0.14-0.15 m s−1, 유속 절대값의 RMSE는 약 0.13 m s−1 정도로 계산되었다(Fig. 6c, 6d, Table 1).
- 동아시아 해역 전체에 대한동향류와 북향류의 평균 RMSE는 0.16-0.17 m s−1, 유속 절대값의 RMSE는 0.16 m s−1 정도로 2월 보다 높게 나타났다(Fig. 7c, 7d, Table 1).
- 또한 모델에서 계산된 해면 고도 편차는 AVISO와의 비교 검증 결과, RMSE가 2월에는 0.11 m, 8월에는 0.14 m로 나타났다. 표층 유속은 쿠로시오 해류의 사행 및 재순환류, 다양한 중규모 소용돌이를 잘 모의하는 것으로 확인되어 본 연구에서 사용된 MOHID 모델은 향후 동아시아 해역의 해황 변동을 모의하는데 적절한 모델이라고 판단되었다.
- 14c), 동해 연안 및 황해에 자료가 없어 비교가 불가능 하지만, 일본 남해 쿠로시오 해류 확장 부근에서 모델과 동일하게 최대 200 m 이상 깊게 혼합층이 발달 한 것을 볼 수 있다. 모델과 SIO 간의 편차를 살펴 보면(Fig. 14d, Fig. 14e), 동해에서 수온(T02) 및 밀도(D003) 차로 정의된 모델의 혼합층 깊이는 SIO의 혼합층 깊이 보다 전체적으로 깊게 나타났으며, 북서 태평양에서는 SIO보다 일부 쿠로시오 사행 해역을 제외하고 전체적으로 낮게 모사하는 것을 확인 할 수 있었다.
- 따라서, 향후 우리나라를 포함한 동아시아 해역의 해황을 보다 정확하게 모의할 수 있도록 MOHID 모델의 수직 해상도 조정, 혼합 계수의 보정, 실시간 하천수 유량 입력자료 및 다양한 모수화 기법 적용 등 모델 자체 성능 개선 연구가 요구된다. 본 연구를 통해 검증된 MOHID 모델은 향후 이러한 개선 과정을 거쳐 동아시아 해역의 해황 변동을 정확히 재현하고 예측할 수 있는 모델로 발전될 가능성을 확인하였다.
- , 2007) 자료를 이용하여 Level 1 영역에 대해 2015년 12월 28일부터 3일간 spin-up을 실시하였으며, 동쪽 및 남쪽의 개방 경계도 HYCOM 자료를 동일하게 적용하였다. 본 연구에서는 시공간적으로 변화하며 물리적으로 안정한 HYCOM 결과를 이용하여 측면(해면 고도, 수온, 염분, 유속) 및 표면(열속, 바람, 기온) 경계 조건을 처리하였기 때문에 장기 spin-up 과정이 필요 없이 빠르게 초기 안정성이 확보되었으며, spin-up 기간에 따라 모델 결과에서 큰 차이가 없는 것으로 확인하였다.
- 16b는 해수면 고도 편차에 대해 모델과 KHOA에서 제공하는 24개의 지점간의 Taylor diagram이다. 상관계수는 24개의 지점에서 0.8 이상으로 높게 나타났으며, 표준 편차의 비는 0.85-1.1 사이의 값으로 나타나 연안 표층 수온과 마찬가지로 모델 자료가 KHOA 관측 자료와 매우 유사하게 나타나면서 해수면 고도에 대한 모의를 잘 하고 있음을 확인 할 수 있었다(Table 3). 이는 전반적으로 모델에서 모사된 연안 표층 수온 및 해면 고도의 변동폭은 관측자료와 큰 차이가 없으며, 그 변동 경향도 비교적 일치한다고 해석할 수 있다.
- 위성 자료와 모델 결과 모두 일본 남해 및 북서태평양 해역에서 쿠로시오 해류의 사행 및 재순환류 그리고 다양한 소용돌이들은 비교적 잘 모의하고 있으나, MOHID 모델의 유속이 상대적으로 약하게 나타났다. 동아시아 해역 전체에 대한 동향류와 북향류의 평균 RMSE는 0.
- 9, Tabel 2). 이는 2월 결과와 동일하게 본 연구에서 적용한 MOHID 모델이 동해 중부 해역에서 수온 약층의 연직 분포를 정확하게 모사하는데 다소 미흡한 것으로 평가된다.
- 14b), 겨울철 러시아 연안 및 일본 남해 쿠로시오 해류 사행 지점에서 혼합층 깊이가 최대 250 m 이상 깊게 발달 한 것을 볼 수 있다. 전체적으로 수온 차로 정의된 모델의 혼합층 깊이(T02)보다 밀도 차로 정의된 모델의 혼합층 깊이(D003)가 낮게 모의하는 것을 알 수 있다. Argo 자료를 기반으로 한 SIO의 혼합층 깊이는(Fig.
- 모델과 ARMOR3D에서 모의하는 겨울철 황해 난류수의 확장과 관련하여 황해 중앙을 따라 높은 표층 수온이 형성되는 형태를 전혀 모의하지 못하며, 이로 인하여 한국 및 중국 연안에서는 음의 편차가, 중앙에서는 양의 편차가 나타나는 것으로 판단된다. 평균 RMSE는 1.53℃로 ARMOR3D 비교 결과보다 상대적으로 큰 오차가 나타났으며(Fig. 2e), 이는 EN4 자료의 공간 해상도에 따른 영향으로 평가된다. Table 1은 월별 RMSE를 계산하여 나타낸 결과이다.
- 14 m로 나타났다. 표층 유속은 쿠로시오 해류의 사행 및 재순환류, 다양한 중규모 소용돌이를 잘 모의하는 것으로 확인되어 본 연구에서 사용된 MOHID 모델은 향후 동아시아 해역의 해황 변동을 모의하는데 적절한 모델이라고 판단되었다. 그러나 8월의 연직 수온 분포를 보면 황해와 남해에서 현장 관측 자료에 나타나는 강한 성층 효과가 모델에서는 잘 모의되지 않는 것으로 나타났다.
- 그러나 8월의 연직 수온 분포를 보면 황해와 남해에서 현장 관측 자료에 나타나는 강한 성층 효과가 모델에서는 잘 모의되지 않는 것으로 나타났다. 혼합층 깊이는 비교자료의 해상도 문제 때문에 많은 영역을 비교하지는 못했지만 전체적인 공간 분포는 유사하게 나타났으며, T02보다 D003기준을 사용하였을 때 좀 더 SIO 결과와 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Taylor Diagram에서 표층 수온 및 해면 고도 편차를 비교 분석한 결과, 모델의 결과가 실제 자료와 상당히 유사하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
후속연구
- 또한 AVISO로 도출된 유속 자료는 표층만 존재하기 때문에 유속 및 해면 고도 결과의 효율적 비교를 위해 수온의 검증 범위를 표층으로 국한시켰다. 그러나 향후 다양한 수심에서의 검증 결과를 종합적으로 비교할 필요가 있다고 판단된다.
- 특히 황해를 포함한 한반도 주변 해역은 관측 자료가 매우 부족하므로 정확한 분석장이라고 판단하기에는 무리가 있다. 그러므로 객관 분석장과의 비교 결과가 정확한 모델의 성능을 대표할 수는 없음을 유의해야 할 것이다.
- 71℃ (MYOCEAN 경계)로 나타나 MYOCEAN 자료 보다 HYCOM 자료를 경계 조건으로 사용하였을 때, 수온의 수평 분포를 상대적으로 잘 모의하였다. 따라서, 향후 우리나라를 포함한 동아시아 해역의 해황을 보다 정확하게 모의할 수 있도록 MOHID 모델의 수직 해상도 조정, 혼합 계수의 보정, 실시간 하천수 유량 입력자료 및 다양한 모수화 기법 적용 등 모델 자체 성능 개선 연구가 요구된다. 본 연구를 통해 검증된 MOHID 모델은 향후 이러한 개선 과정을 거쳐 동아시아 해역의 해황 변동을 정확히 재현하고 예측할 수 있는 모델로 발전될 가능성을 확인하였다.
- 또한 모델과 수온의 객관 분석 자료는 수층별로 자료가 존재하기 때문에 다양한 표준 수심에서의 모델 검증이 가능하다. 그러나 아표층 결과는 다음절에 언급될 연직 단면도 검증 부분에서 보완이 될 것이라 판단하여, 연구 논문의 분량을 고려해서 본 연구에서는 표층 결과만 수평 분포도로 제시하였다.
- 25°로 재격자화(regriding)하였다. 본 연구에서 사용된 모델은 최소 9 km 이하의 고해상도 모델이기 때문에 기본적으로 고해상도의 검증 자료가 필요하다. 현재까지 주로 많이 사용되고 있는 고해상도 자료로는 HYCOM, MYOCEAN(Parnet et al.
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