[논문]북극 스발바드섬 콩스피오르덴만의 여름(2006년 8월) 기간 해양광학적 특성 연구

문정언; 안유환; 양찬수; 박병권

북극 스발바드섬 콩스피오르덴만의 여름(2006년 8월) 기간 해양광학적 특성 연구
Characteristic of in-situ ocean optical data in Kongsfjorden, Svalbard during Arctic summer (August 2006) 원문보기

대한원격탐사학회 2007년도 춘계학술대회 논문집, 2007 Mar. 29, 2007년, pp.210 - 215

문정언 (한국해양연구원 해양위성연구단) , 안유환 (한국해양연구원 해양위성연구단) , 양찬수 (한국해양연구원 해양위성연구단) , 박병권 (한국해양연구원 부설 극지연구소)

초록
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북극 다산기지가 있는 니알슨 인근 해역인 Kongsfjorden만은 일부 해역이 해빙으로 덮혀 있는 반폐쇄적인 만으로 수심이 평균 200m 이상 된다. 이곳 북극 지방은 하절기 라도 태양의 고도가 낮아 해색위성분야의 극지활용에 대한 가능성 여부도 명확하게 알려져 있지 못하다. 따라서 본 연구에서는 북극 다산기지가 위치한 스발바드 군도의 니알슨 주변 해역(Kongsfjorden 해역)을 중심으로 2006년 8월 현장관측된 자료들을 유사한 시기의 한반도 주변 해역에서 현장관측된 자료들과 비교/분석하여 해양환경적 특성과 해수광학적인 특성이 어떤 차이가 있는지를 비교 분석하였다. 또한 북극 지방에서 인공위성을 이용한 해색위성자료의 극지활용이 가능한지를 검토하였다. 해수의 광 특성으로, 니알슨 주변 해역의 ${\alpha}^*_{ph}(440)$ 최대값은 $0.1m^2/mg$으로 한반도 주변해수의 ${\alpha}^*_{ph}(440)$ 최대값보다 약 2배정도 높게 측정되어 플랑크톤의 광 흡수효율이 중위도보다 상대적으로 높은 것으로 분석되었다. ${\alpha}^*_{ss}(440)$ 값은 $0.04-0.1m^2/g$으로 동중국해와 유사하며，한반도 주변해수보다 높은 값을 나타냈다. 이것은 Kongsfjorden 해역의 부유물질(SS) 구성성분이 동중국해와 유사한 무기광물 입자로 주로 구성되어 있음을 보여주고 있다. ${\alpha}_{dom}(400)$ 값은 $0.08-0.25m^{-1}$로 한반도 주변해수의 ${\alpha}_{dom}(400)$이 값과 유사하고 연안해역의 ${\alpha}_{dom}(400)$ 값보다 낮은 값을 나타냈다. $E_d(460)$의 평균값은 Konsfjorden 해역 $40mW/cm^2/{\mu}m$, 동중국해 $120mW/cm^2/{\mu}m$, 황해남부 $110mW/cm^2/{\mu}m$, 남해연안 $100mW/cm^2/{\mu}m$, 진해만 $100mW/cm^2/{\mu}m$이었다. 이와 같은 현장관측결과를 토대로 분석한 북극 다산기지 주변 해역의 해수광학적인 환경 특성은 용존유기물의 흡광도를 기준으로 볼 때 대양(Open Sea)의 광 특성과 유사하였다. 또한 북극지방에서 태양의 해수 입사 광량은 중위도의 약 40%정도이지만 해색위성자료의 극지활용이 가능하다고 판단되었다.

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문제 정의

따라서, 본 연구에서는 스발바드 군도의콩스피오르덴 만을 중심으로 해양환경적이고 해수광학적인 특성을 조사하여 한반도 주변 해역과의 차이점 등을 비교/분석하고 과연 북극 지방에서 인공위성을 이용한 해색위성자료의 극지활용이 가능한지를 알아보고자 한다.

가설 설정

여기서, Fr(λ, 0)는 Fresnel reflectance 값으로써, 파장(λ)과 입사각(θ)의 함수이지만 본 연구에서는 파장에 관계없이 입사각이 30°일 때의 값 0.025로 일정하다고 가정하였다';

제안 방법

90% 아세톤 10ml와 여과 시 사용된 필터(착색된 필터)를 유리병에 함께 넣고 약 4℃ 냉장상태에서 24시간 보관하였다. 24시 간이후에 원심분리기 또는 25nnn membrane PTFE type syringe filter 등을 사용하여 순수한 아세톤과 엽록소 혼합액을 추출하여 스펙트로 포토 미터 (spectrophotometer)로 파장에 따른 엽록소의 optical density(O.D)를 측정하였다. 사용한 스펙트로포토미터 모델은 Perkin-Elmer사의 Lambda-19 모델이다.
6일 동안의 관측기간 중 매일 6개 정점에서 해수 채수에 의한 엽록소농도(chlorophyll concentration, ), 총 부유물질 농도(total suspended solid particles concentration, SS), 식물플랑크톤(phytoplankton), 부유물질, 용존유기물 (dissolved organic matter, DOM) 에 의한 흡광계수(absorption coefficient, a)와 스펙 트로미 터 (spectroradiometer) 에 의 한 downwelling irradiance (Ed), water leaving radiance (Zw), sky radiance (LsG, remote sensing reflectance g 등을 측정하였다.
그림2에 묘사된 것과 같이 ASD사의 듀얼 스펙트로미터를 사용하여 Ed(0+), Lsky, Lsky,LwT(total radiance)를 측정하였다.
식물플랑크톤과 부유물질에 의한 흡광계수를 측정하기 위하여 25mm GF/F와 여과 시스템을 이용하여 채수한 표증 해수를 각 관측정점별로 평균 500ml를 여과하였다. 스펙트로포토미 터로 식물플랑크톤과 부유물질에 대한 0.
5001戒를 여과하였다. 여과할 때 사용된 필터의 무게 변화량을 이용하여 총부유물 농도를 계산하였다.
연구해역인 콩스피오르덴 해역에서 직접 채수한 표층 해수를 47mm GF/F (Glass Fiber Filter)와 여과시스템을 이용하여 각 관측정점별로 평균 1, 000ml를여과하였다. 90% 아세톤 10ml와 여과 시 사용된 필터(착색된 필터)를 유리병에 함께 넣고 약 4℃ 냉장상태에서 24시간 보관하였다.
용존유기물의 흡광계수 측정은 여과된 해수를 10cm optical cell에 넣고 부유 상태에서 스펙트로포토미터로 파장 400 -750nni까지 스캐닝하여 O.D를 측정하였다. 다음과 같은 식에 의해 측정된 0.

대상 데이터

그림에서 적색은 본 연구해역인 콩스피오르덴 해역에서 측정한 자료들이고, 청색은 2003년 8월에 적조 발생이 잦은 진해만 해역에서 측정한 자료들이고, 검정색은 2005년 6월 황해남부해역에서측정한 자료들이고, 주황색은 2005년 11 월 남해연안에서 측정한 자료들이고, 녹색은 2006년 8월 동중국해에서 측정한 자료들을 나타내고 있다. 그림7은 북극 다산기지에서 하루동안 1시간 간격으로 태양광의 세기 변화를 관측하여 중위도 지방인 우리나라 거제도 연안에서 측정한 태양광의 세기와 비교한 그림이다.
본 연구의 관측해역은 2006년 8월 6 일 - 11일 동안에 걸쳐서 북극 다산 기지 주변 해역인 스발바르(Svalbard)군도의 콩스피오르덴 만에서 현장관측을 실시하였다(그림 1). 6일 동안의 관측기간 중 매일 6개 정점에서 해수 채수에 의한 엽록소농도(chlorophyll concentration, <chl>), 총 부유물질 농도(total suspended solid particles concentration, SS), 식물플랑크톤(phytoplankton), 부유물질, 용존유기물 (dissolved organic matter, DOM) 에 의한 흡광계수(absorption coefficient, a)와 스펙 트로미 터 (spectroradiometer) 에 의 한 downwelling irradiance (Ed), water leaving radiance (Zw), sky radiance (LsG, remote sensing reflectance g 등을 측정하였다.
D)를 측정하였다. 사용한 스펙트로포토미터 모델은 Perkin-Elmer사의 Lambda-19 모델이다. Jeffrey and Humphrey(1975)-^1 식 에의해 엽록소 농도를 산출하였으며 그 식은 다음과 같다.

이론/모형

그림7. 북극 스발바드 군도의 콩스피오르덴 해역과 한반도 주변 해역인 거제도 연안해역에서 측정된 Ed 스펙트럼 비교표 1. 해역별 광특성 비교

성능/효과

이와 같은 현장관측결과를 토대로 분석한 북극 다산기지 주변 해역인콩스피오르덴 해역의 해수광학적인 환경 특성은 용존유기물의 홉광도를 기준으로 볼 때 대양(Open Sea)의 광 특성과 유사하였다. 또한 북극지방에서 태양의 해수 입사 광량은 중위도의 약 40% 정도 이지만 해 색 위 성 자료의 극지 활용이 가능하다고 판단되었다.
직접 채수한 표층 해수를 25mm GF/F와 여과 시스템을 이용하여 각 관측정점별로 평균 5001戒를 여과하였다. 여과할 때 사용된 필터의 무게 변화량을 이용하여 총부유물 농도를 계산하였다.

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