초록 ▼

해류는 열과 염, 물질을 수송하기 때문에 기후변화와 해양생태계 변동성을 이해하는데 필요한 기초정보이며, 이 정보는 안전항해, 물류수송, 수산업, 군작전 등에 사용된다. 동해는 태평양과 대서양과 같은 대양의 특성을 모두 간직하고 있으며 작은 대양이라 일컬을 만큼 다양한 흐름이 존재한다(그림 1). 과거에 관측된 해류 자료들은 동해 전체를 동시에 관측하는 것이 어려웠을 뿐만 아니라 일정한 시간 간격으로 장기간 동안 관측하는 것이 불가능하였다. 인공위성을 이용한 원격탐사 기술이 발달하면서 동해의 표층 해류를 일정한 간격으로 동해 전체에

해류는 열과 염, 물질을 수송하기 때문에 기후변화와 해양생태계 변동성을 이해하는데 필요한 기초정보이며, 이 정보는 안전항해, 물류수송, 수산업, 군작전 등에 사용된다. 동해는 태평양과 대서양과 같은 대양의 특성을 모두 간직하고 있으며 작은 대양이라 일컬을 만큼 다양한 흐름이 존재한다(그림 1). 과거에 관측된 해류 자료들은 동해 전체를 동시에 관측하는 것이 어려웠을 뿐만 아니라 일정한 시간 간격으로 장기간 동안 관측하는 것이 불가능하였다. 인공위성을 이용한 원격탐사 기술이 발달하면서 동해의 표층 해류를 일정한 간격으로 동해 전체에 대하여 동시에 관측할 수 있게 되었다.
동해의 표층 해류는 프랑스 AVISO(Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data)에서 주 단위로 제공하는 지형류(Geostrophic current)에 의해 준 실시간으로 알 수 있다. 하지만 AVISO에서 제공하는 인공위성 고도계 자료는 연안 50 km 이내에서는 오차가 크기 때문에 정확도가 떨어진다. 또한 동해의 지리적 특성이 대양과 달리 반 폐쇄성 해역이므로 인공위성 해수면 고도 자료의 오차가 대양에 비해 상대적으로 크다(Morimoto et al., 2000). 이렇게 오차가 큰 해수면 고도 편차(Sea Level Anomaly, SLA)로부터 산출된 동해의 표층 해류도 연안에서 오차가 클 수밖에 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 1차년도 연구사업(국립해양조사원, 2008)에서 조위관측소 조위자료와 인공위성 고도계자료를 1차원선형 보간하여 연안의 해수면 고도 편차 계산을 처음으로 시도하였다.
이 연구에서는 1차원 선형 보간보다 더 정확한 동해의 표층 해류 추정을 위하여 한국과 일본 연안에 위치한 조위관측소(Tide Gauge, TG)의 해수면 높이(Sea Level, SL) 자료를 2차원 보간법을 사용하여 오차가 큰 연안의 인공위성 고도계 자료를 보정하였다. 산출된 연안 표층 해류정보를 선박장착 초음파 유속계(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP) 관측자료와 위성뜰개(surface drifter) 관측 결과와 비교 검증하였다. 이 연구에서 산출한 동해의 표층 해류와 실제 관측된 자료와의 비교를 통하여 그 정확성을 알아보고 동해 표층 해류의 특성과 변화 양상을 분석하였다. 또한 개선된 방법을 적용하여 15년 예년 동해 표층 해류도를 작성하였다. 마지막으로 인공위성자료로부터 산출된 해류와 해황을 설명할 수 있는 체계를 마련하였다.

목차 Contents

• 제 1 장 서론 ...11
• 제 1 절 동해 표층 해류 추정 ...11
• 제 2 절 자료 및 방법 ...12
• 제 3 절 지형류 ...13
• 1. 지형류 방정식 ...13
• 2. 평균 역학적 지형 ...14
• 제 4 절 인공위성 고도계 자료의 수집 및 분석 ...20
• 제 2 장 연안 조위관측소 자료와 인공위성 고도계 자료의 합성 ...24
• 제 1 절 인공위성 고도계 자료와 연안 조위관측소 자료의 2차원 합성 ...24
• 제 2 절 연안 조위관측소 자료의 대기압 보정 ...25
• 제 3 절 조위관측소 자료 검증 ...25
• 제 4 절 한국 연안의 조위관측소 자료 ...27
• 제 5 절 일본 연안의 조위관측소 자료 ...31
• 제 6 절 연안 격자의 2차원 보간법 ...36
• 제 3 장 추정된 표층 해류의 비교 및 검증 ...37
• 제 1 절 표층 뜰개 ...37
• 1. 자료 및 방법 ...38
• 2. 뜰개 자료를 이용한 표층 해류 검증 ...41
• 제 2 절 초음파 유속계 ...56
• 1. ADCP 자료 정리 및 분석 ...56
• 2. ADCP 자료를 이용한 표층 해류 검증 ...57
• 제 4 장 동해 평균 표층 해류도 작성 ...63
• 제 1 절 동해 예년 표층 해류도 ...63
• 제 5 장 동해 해류.해황 설명 ...68
• 제 1 절 동해 해류에 대한 기본 설명 ...68
• 1. 동해의 해저 지형과 지명 ...68
• 2. 동해의 표층해류 이름 ...68
• 제 2 절 해류의 안정도 및 변동성 ...71
• 제 3 절 해류 및 해황 설명 ...74
• 1. 동해의 연평균 표층해류 ...74
• 2. 동해의 계절 평균 표층해류(Seasonal mean surface current) ...77
• 3. 동해의 일별 표층해류 ...86
• 제 4 절 인공위성 고도계 자료의 오차 ...89
• 제 6 장 동해 표층 해류 서비스 개선 ...91
• 제 1 절 해외 기관의 표층 해류 서비스 ...91
• 1. 미국 CCAR ...91
• 2. 일본해상보안청 ...94
• 3. 미국해양기상청 OSCAR ...96
• 제 2 절 국립해양조사원의 표층 해류 서비스 ...98
• 제 7 장 결론 ...100
• 참고문헌 ...101
• APPENDIX A. 월평균 표층 해류도(1993~2007년) ...103
• APPENDIX B. 계절평균 표층 해류도(1993~2007년) ...133
• APPENDIX C. 연평균 표층 해류도(1993~2007년) ...148
• APPENDIX D. 지형류 구하는 프로그램 ...152
• APPENDIX E. 표층 뜰개 자료 비교 프로그램 ...165
• 그림목차
• 그림 1. 동해의 표층 순환에 대한 기존의 연구 그림들 ...11
• 그림 2. 인공위성 고도계의 원리와 관련 용어정의 ...14
• 그림 3. AVISO의 평균 역학적 지형(AV_MDT)과 이를 사용하여 구한 평균 해류 ...16
• 그림 4. 국립해양조사원(KHOA)이 사용하는 14년 동안 동해를 이동한 표층 뜰개들 (surface drifters)을 이용하여 구한 평균 해류장(SD_MSC) ...16
• 그림 5. 열.염분 해수면 높이(steric height)를 구하여 만든 평균 역학적 지형 ...18
• 그림 6. 관측 수온 자료와 해수면 편차자료를 동화하여 수행된 수치 모델들에서 구해진 평균 해수면 높이 ...18
• 그림 7. 역학적 고도를 이용하여 산출한 평균 역학적 지형(NSH-MDT)과 이를 사용하여 구한 평균 표층 해류 ...19
• 그림 8. 1992년 이후부터 사용되고 있는 고도계 탑재 위성과 관측 기간(AVISO) ...20
• 그림 9. 'T/P tandem period'에 동해를 관측한 4대의 탐사위성(Topex/Poseidon, Jason-1, GFO, Envisat)의 궤적 ...21
• 그림 10. 동해를 관측한 인공위성 고도계의 궤적과 관측 기간 및 주기 ...23
• 그림 11. AVISO에서 제공하는 동해 해역의 인공위성 고도계 자료 오차(2004년 1월 7일) ...24
• 그림 12. 울릉도 격자점에서 대기압 보정된 해수면 고도 편차(Adjusted Sea Level Anomaly)와 AVISO에서 생산한 해수면 고도 편차(AVISO Sea Level Anomaly) 자료의 비 교 ...26
• 그림 13. 울릉도 격자점에서 각각 31일(a)과 41일(b) 이동평균을 실시한 대기압 보정된 해수면 편차(Adjusted Sea Level Anomaly)와 AVISO에서 생산한 해수면 고도 편차(AVISO Sea Level Anomaly) 자료간의 상관계수(correlation coefficient)와 제곱근 평균 제곱 오차(RMS error), 최소제곱법(least-squares fitting)으로 산출한 선형회귀직선(linear regression line) ...27
• 그림 14. 한국 연안에 위치한 속초(Sokcho), 묵호(Mukho), 후포(Hupo), 포항 (Pohang), 울산(Ulsan), 부산(Busan)의 조위 관측소 위치 ...28
• 그림 15. 2002년부터 2005년까지 속초(Sokcho), 묵호(Mukho), 후포(Hupo), 포항 (Pohang), 울산(Ulsan), 부산(Busan)의 조위관측소 격자점에서 보정된 해수면 고도 편차(Adjusted Sea Level Anomaly) 비교 ...29
• 그림 16. 2002년부터 2005년까지 각각 속초(Sokcho), 묵호(Mukho), 후포(Hupo), 포항(Pohang), 울산(Ulsan), 부산(Busan)의 조위관측소 격자점에서 보정된 해수면 고도 편차(KHOA+ECMWF) 자료와 인공위성 고도계 해수면 고도 편차(AVISO) 자료의 비교 ...30
• 그림 17. 일본 연안에 위치한 모지(Moji), 하마다(Hamada), 사카이(Sakai), 마이주루(Maizuru), 노토(Noto), 토야마(Toyama), 아와시마(Awashima), 후카우라(Fukaura), 타피(Tappi), 요시오카(Yoshioka), 오타루(Otaru), 왓카나이(Wakkanai)의 조위관측소 위치 ...31
• 그림 18. 2002년부터 2005년까지 모지(Moji), 하마다(Hamada), 사카이(Sakai), 마이 주루(Maizuru), 노토(Noto), 토야마(Toyama), 아와시마(Awashima), 후카우라(Fukaura), 타피(Tappi), 요시오카(Yoshioka), 오타루(Otaru), 왓카나이(Wakkanai)의 조위관측소 격자점에서 보정된 해수면 고도 편차(Adjusted Sea Level Anomaly) 비교 ...32
• 그림 19. 2002년부터 2005년까지 각각 모지(Moji), 하마다(Hamada), 사카이(Sakai), 마이주루(Maizuru), 노토(Noto), 토야마(Toyama)의 조위관측소 격자점에서 보정된 해수면 고도 편차(JODC+ECMWF) 자료와 인공위성 고도계 해수면 고도 편차(AVISO) 자료의 비교 ...34
• 그림 20. 2002년부터 2005년까지 각각 아와시마(Awashima), 후카우라(Fukaura), 타피 (Tappi), 요시오카(Yoshioka), 오타루(Otaru), 왓카나이(Wakkanai)의 조위관측소 격자점에서 보정된 해수면 고도 편차(JODC+ECMWF) 자료와 인공위성 고도계 해수면 고도 편차(AVISO) 자료의 비교 ...35
• 그림 21. 한국 연안의 인공위성 고도계 자료(solid circle)와 조위관측소 자료(solid square)를 이용하여 연안 해역의 해수면 고도 편차(open circle) 값을 보간 ...36
• 그림 22. 일본 연안의 인공위성 고도계 자료(solid circle)와 조위관측소 자료(solid square)를 이용하여 연안 해역의 해수면 고도 편차(open circle) 값을 보간 ...36
• 그림 23. (a) 표층 뜰개(Surface drifter)가 바다에 투하되기 전의 모습. (b) 바다의 표층에 투하 되었을 때의 모식도 ...37
• 그림 24. 2002년부터 2005년까지 동해에 투하된 145개의 표층 뜰개 중 35660번(a)과 56703번(b) 표층 뜰개의 궤적 ...38
• 그림 25. 2002년부터 2005년까지 동해에 투하된 145개의 표층 뜰개 궤적 ...39
• 그림 26. 뜰개 관측 자료를 평균한 일 수(1~9일)에 따른 (a) NSH-MDT_UV와 (c) SD_MSC_UV의 상관계수(correlation coefficient)와 이들(b, d)의 제곱근 평균 제곱 오차(RMS error)의 비교 ...40
• 그림 27. 추산된 표층 해류(AV_MDT_UV, NSH_MDT_UV)와 표층 뜰개의 이동 궤적을 이용하여 측정한 표층 해류(SD4 UV) 자료의 비교를 위한 두 영역 (Domain 1은 동해 남부 전 영역 Domain 2는 울릉분지 해역) ...42
• 그림 28. Domain 1에서 Case 1 방법(AV_MDT와 AVISO SLA사용)으로 추정한 표층 지형류(AV_MDT_UV)와 4일 간격으로 평균한 표층 뜰개로부터 추산한 해류(SD4_UV)의 비교 ...43
• 그림 29. Domain 1에서 Case 2 방법(NSH_MDT와 AVISO SLA사용)로 추정한 표층 지형류(NSH_MDT_UV)와 4일 간격으로 평균한 표층 뜰개로부터 추산된 해류(SD4-UV)의 비교 ...44
• 그림 30. Domain 1에서 Case 3 방법(NSH_MDT와 AVISO SLA 그리고 연안 조위 관측소 자료를 사용)으로 추정한 표층 해류(NSH-MDT_UV)와 표층 뜰개로부터 추산한 해류(SD4_UV)의 비교 ...45
• 그림 31. Domain 2에서 Case 1로 추정한 표층 지형류(AV_MDT_UV)와 표층 뜰개로 관측된 해류(SD4_UV)의 비교 ...47
• 그림 32. Domain 2에서 Case 3로 추정한 표층 지형류(NSH_MDT_UV)와 표층 뜰개로 관측된 해류(SD4_UV)의 비교 ...48
• 그림 33. 표층 뜰개의 이동 궤적을 이용하여 계산한 표층 해류(SD_UV)와 추정된 AV_MDT_UV와 S_MSC_UV 표층 해류의 비교를 위한 3가지 경우의 영역 ...49
• 그림 34. AV_MDT와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류(AV_MDT_UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5_UV)의 비교 ...50
• 그림 35. Case 1에서 SD_MSC와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류 (SD MSC UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5_UV)의 비교 ...51
• 그림 36. Case 2에서 AV_MDT와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류 (AV MDT UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5_UV)의 비교 ...52
• 그림 37. Case 2에서 SD_MSC와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류 (SD_MSC_UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5_UV)의 비교 ...53
• 그림 38. Case 3에서 AV_MDT와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류 (AV_MDT_UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5_UV)의 비교 ...54
• 그림 39. Case 3에서 SD_MSC와 AVISO SLA 자료를 사용하여 추정한 표층 해류 (SD-MSC UV)와 표층 뜰개로 관측한 해류(SD5-UV)의 비교 ...55
• 그림 40. 선박 장착형 초음파 유속계(ADCP)의 해류 관측 횡단선 ...56
• 그림 41. 평균 역학적 지형은 NSH_MDT를 사용하고 해수면 고도 편차는 AVISO 자료와 연안 조위관측소 자료를 합성하여 추정한 표층 해류 (NSH_MDT_UV)와 ADCP로 관측한 수심 15 m 해류와의 비교 ...57
• 그림 42. Case 1로 추정된 표층 지형류(AV_MDT_UV)와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...58
• 그림 43. Case 2-1로 추정된 표층 지형류(NSH_MDT_UV)와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...59
• 그림 44. Case 2-2로 추정된 표층 지형류(SD_MSC_UV)와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...60
• 그림 45. Case 3-1로 추정된 표층 지형류(NSH_MDT_UV)와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...61
• 그림 46. Case 3-2로 추정된 표층 지형류(SD_MSC_UV)와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...61
• 그림 47. 예년(1993~2007년) 동해 표층 해류도 ...63
• 그림 48. 예년 월별 동해 표층 해류도(1월~4월) ...64
• 그림 49. 예년 월별 동해 표층 해류도(5월~8월) ...65
• 그림 50. 예년 월별 동해 표층 해류도(9월~12월) ...66
• 그림 51. 예년 계절별 동해 표층 해류도 ...67
• 그림 52. 동해의 해역 명칭과 해저 지형 ...69
• 그림 53. 2002년과 2005년 동해의 표층 해류 분포, 화살표는 해류의 크기와 방향이고 색은 표층 수온($^{\circ}C$)이다 ...70
• 그림 54. 벡터는 2002년부터 2005년까지의 평균 표층 해류이고, 타원은 2002년부터 2005년까지의 표층 해류 변동성을 나타낸다 ...71
• 그림 55. 각 판넬의 벡터는 2002~2003년의 평균 표층 해류이고, 타원은 표층 해류 변동성을 나타낸다 ...72
• 그림 56. 각 판넬의 벡터는 2004~2005년의 평균 표층 해류이고, 타원은 표층 해류 변동성을 나타낸다 ...73
• 그림 57. 2002년과 2003년의 연평균 표층 해류도와 연평균 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...75
• 그림 58. 2004년과 2005년의 연평균 표층 해류도와 연평균 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...76
• 그림 59. 2002년 봄과 여름 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...78
• 그림 60. 2002년 가을과 겨울 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...79
• 그림 61. 2003년 봄과 여름 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...80
• 그림 62. 2003년 가을과 겨울 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...81
• 그림 63. 2004년 봄과 여름 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...82
• 그림 64. 2004년 가을과 겨울 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...83
• 그림 65. 2005년 봄과 여름 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...84
• 그림 66. 2005년 가을 평균 표층 해류도와 표층 수온($^{\circ}C$) 분포 ...85
• 그림 67. 동해의 2002년 1월 16일과 7월 17일의 지형류와 해표면 수온($^{\circ}C$) 분포 ...86
• 그림 68. 동해의 2003년 1월 15일과 7월 16일의 지형류와 해표면 수온($^{\circ}C$) 분포 ...86
• 그림 69. 동해의 2005년 1월 12일과 7월 13일의 지형류와 해표면 수온($^{\circ}C$) 분포 ...87
• 그림 70. 동해의 2004년 1월 14일과 7월 14일의 지형류와 해표면 수온($^{\circ}C$) 분포 ...88
• 그림 71. 2003년의 인공위성 고도계 편차자료의 오차(%) ...89
• 그림 72. 2004년과 2005년의 인공위성 고도계 편차자료의 오차(%) ...90
• 그림 73. 미국 CCAR의 해류제공 시스템으로부터 산출된 동해 표층 해류도 ...91
• 그림 74. 미국 CCAR 표층 해류 서비스 웹페이지 ...92
• 그림 75. 일본 해상 보안청(Japan Coast Guard)의 표층 해류 서비스 웹페이지 ...94
• 그림 76. 일본 해상 보안청(Japan Coast Guard)의 해류정보 서비스 메뉴화면 ...95
• 그림 77. 일본 해상 보안청(Japan Coast Guard)의 영문 홈페이지에서 제공되는 동해표층 해류정보 ...95
• 그림 78. 일본 해상 보안청(Japan Coast Guard) 홈페이지로부터 표층 해류정보 획득과정 ...96
• 그림 79. 미 해양기상청 OSCAR(Ocean Surface Currents Analyses)의 표층 해류 서비스 웹페이지 ...97
• 그림 80. 미 해양기상청 OSCAR 홈페이지에서 서비스되는 표층 해류도 ...97
• 그림 81. 국립해양조사원 동해 평균 표층 해류정보 웹서비스 화면 ...99
• 그림 82. 향후 국립해양조사원 동해 표층 해류정보 서비스 방법안 ...99
• 표목차
• 표 1. 동해에서 고도계를 이용하여 해수면 고도 편차를 관측한 인공위성(Topex/Poseidon, Jason-1, GFO, Envisat)들의 특징 ...22
• 표 2. 일본 연안 12지점에서 인공위성 고도계로 관측한 해수면 고도 편차자료와 보정된 해수면 고도 편차자료의 오차 ...33
• 표 3. 평균 역학적 지형과 해수면 고도 편차자료의 합성 방법에 따른 3가지 경우의 표층 해류 ...42
• 표 4. Domain 1에서 3가지 경우로 추정한 표층 해류와 뜰개로 관측된 해류의 비교 ...46
• 표 5. Domain 2에서 2가지 경우로 추정한 표층 해류(AV_MDT_UV, NSH_MDT_UV)와 표층 뜰개로 관측된 해류(SD4_UV)의 비교 ...48
• 표 6. 세 가지 경우에 대하여 5일 평균 뜰개 자료와의 상관성 비교(위의 3줄은 AVISO 지형류, 아래 3줄은 추정된 표층 해류) ...55
• 표 7. 평균 역학적 지형과 해수면 고도 편차자료의 합성 방법에 따른 5가지 경우의 표층 해류 ...58
• 표 8. 5가지 경우로 추정한 표층 지형류와 ADCP로 관측한 수심 56 m 해류의 비교 ...62
• 표 9. 미 CCAR 해류제공 시스템의 주요 기능 설명 ...93
• 표 10. 미 해양기상청 OSCAR 해류제공 시스템의 주요기능 설명 ...98