초록 ▼

III. 사업 결과
가. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 수립
○ 모델영역은 북태평양 전체를 포함하는 98°E-76°W, 20°S-65°N으로 설정하였으며 모델격자는 수평으로 1/10°(x방향 격자는 1861개, y방향 격자는 1068개)와 연직 30층으로 설정하였다.
○ 수심자료는 우리나라 주변해역에서는 성균관대학의 2분 수심자료와 나머지 외해에서는 NGDC(National Geographysical Data Center)에서 제공하는 5분 간격 수심자료를 사용하였고 해안선자료는 Global Self-c

III. 사업 결과
가. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 수립
○ 모델영역은 북태평양 전체를 포함하는 98°E-76°W, 20°S-65°N으로 설정하였으며 모델격자는 수평으로 1/10°(x방향 격자는 1861개, y방향 격자는 1068개)와 연직 30층으로 설정하였다.
○ 수심자료는 우리나라 주변해역에서는 성균관대학의 2분 수심자료와 나머지 외해에서는 NGDC(National Geographysical Data Center)에서 제공하는 5분 간격 수심자료를 사용하였고 해안선자료는 Global Self-consistent Hierarchical High-resolution Shorelines을 사용하였다.
○ 지형에 따라 연직간격이 변하는 좌표계를 사용하기 때문에 수심이 급변하는 지역에서 발생하는 압력경도력 오류(Horizontal Pressure Gradient Error)를 줄여주기 위해여 지형을 평활화(Smoothing)하는 과정이 필요하며 북태평양모델은 대부분의 수심에서 r-factor값이 0.2이하로 설정하였다.
○ COADS(Comprehensive Ocean Atmosphere Data, 해상도 0.5 × 0.5) 또는 NCEP (National Center for Environmental Prediction, 해상도 1.875° ×1.875°)에서 제공하는 대기 외력장(기온, 10m 바람, 해면기압, 습도, 태양열)을 사용하여 열수지를 계산하고 표층수온을 생산하였다.
○ Vörösmaity(1998) 자료를 이용하여 북태평양 해역에서 평균 유출량이 10,000 ton/sec 이상인 대표적인 큰 강(러시아의 아무르강, 중국의 양자강, 진주강)에 대해 강물 유입을 고려하였다.
○ 모델의 각 격자점에서 tidal potential을 입력시키는 방식으로 조석을 계산하였다.
○ sea ice가 접합(couple)된 모형을 도입하여 계산하였다.

나. 수립된 수치모델의 결과를 객관적으로 검증
○ AVISO(1/4°)의 해수면 경사로 계산된 연평균 해류(해양조사원 제공)와 모델의 연평균 해류를 비교하였다.
○ 2010년 해수면 높이를 월별로 AVISO의 ADT와 1/10° 모델로 계산한 SSH를 비교하였다.
○ 인공위성(AVHRR)으로 관측한 표면 수온과 모델 표면 수온을 2000년대(2000~2009)의 평균값으로 비교하였으며, 동경 180°, 서경 160°, 서경 140° 단면의 수온과 염분 분포를 관측(WOA05)과 비교하였고, 동중국해 PN-line에서 관측된 수온·염분의 수직 단면 분포를 모델 수온·염분의 수직 단면 분포와 비교하였다. 또한 북서태평양의 2011년 2월과 8월의 평균 표면 수온분포를 관측(BA SST)과 비교하였다.
○ 모델의 대한해협 월별 수송량을 관측 결과 및 기존 연구 결과와 비교하였다.
○ 저해상도(1/4°) 모델에 비해 고해상도(1/10°) 모델의 개선 정도를 보기 위해 두 모델의 결과를 관측(WOA)과 비교하였다.

다. 최적 내삽법을 이용한 표층수온 자료동화 수치모델 시험 구축
○ 최적 내삽법을 포함하여 인공위성으로 관측한 표층수온 자료를 수치모델에 적용하는 자료동화 방법을 구체적으로 설명하였으며, 2011년 9월 황해에서 SST nudging을 사용하여 자료동화를 한 결과를 보면 2011년 황해에 나타난 저수온 현상이 관측과 전반적으로는 유사하게 재현되었음을 볼 수 있다.
○ 2011년 7월 27일 고해상도 북태평양 모델을 통해 계산된 해수면 온도와 복합 위성 관측 자료인 GHRSST (Godae High Resolution Sea Surface Temperature)와 비교하였다. 그러나 자료동화로 인한 개선은 황해와는 달리 북태평양에서는 미미한 상태에 머물러 있는데 이것은 nudging 방법이 수심이 얕은 연안에서는 효과가 있으나 수심이 깊은 대양에서는 별 효과가 없다는 것을 말해 준다.

라. 후쿠시마 원전사고 방사성 물질의 확산·이동 경로 예측 결과
○ 2011년 1월 후쿠시마 원전사고에 의해 바다에 유출된 방사성 물질의 확산과 이동을 모의하기 위해서 추적자(passive tracer)와 뜰개(Lagrangian float의 두 가지 방법을 사용하였으며 모델로 계산된 결과를 관측과 비교하였다.
○ 후쿠시마 원전 사고 후 바다로 유출된 방사능 오염 냉각수에 의한 영향을 추적자(dye)로 계산하였다. 그 결과 오염수가 흘러가는 북태평양해류역의 농도는 대부분 자연상태의 농도였고 그 외의 태평양은 자연상태보다 농도가 낮았다

마. 북태평양 표층해류 모식도를 작성
○ 북태평양 표층 해류도를 모델의 2000년대 평균 해류를 참고하여 작성하였다.

바. 결론 및 제언
○ 이 사업은 국립해양조사원 해양예측 인프라 구축과 관련한 황·동중국해 및 동해 모델의 개방경계 입력용 자료 생산과 우리 해역에 영향을 미치는 북태평양 해역을 모의할 수 있는 고해상도의 북태평양 해양순환예측모델 수립에 그 목적이 있으며 이러한 필요에 의해 작년(2012년)의 저해상도(1/4°) 모델에 이어 올해 고해상도 (1/10°) 모델을 개발하여 보다 관측에 가까워진 결과를 얻을 수 있었다. 특히 해류는 고해상도에 의해 실제와 가깝게 선명해졌으며 이러한 결과를 바탕으로 북태평양 해류도를 만들 수 있었다. 이와 더불어 Tidal Potential을 사용하여 광역모델에서 조석을 계산할 수 있었고 sea ice를 계산하여 고위도 해역의 수온계산을 실제와 유사하게 할 수 있었다.
○ 그러나 많은 개선에도 불구하고 고해상도 모델을 사용하기 위해서는 매우 큰 메모리와 계산시간이 필요하다는 어려움이 있었다. 특히 어려웠던 점은 KISTI의 수퍼컴을 전용으로 사용하지 못하고 일반으로 사용하여 고해상도 모델에 따르는 여러 문제점들을 해결할 수 없었던 것이다. 특히 많은 실험이 필요하였던 자료동화는 SST Nudging으로 만족할 수밖에 없었다.
○ 본 사업을 통해 기존의 표층해류의 흐름도와 북태평양 고해상도 모델의 2000년대 평균 해류를 참고하여 북태평양의 해류도를 작성하였으나 앞으로 교과서에 실을 수 있는 보다 개선된 해류도를 만들 필요가 있다.

(출처 : 요약문 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 참여진 ... 3
• 요약문 ... 4
• 목차 ... 8
• 그림목차 ... 10
• 표목차 ... 13
• 제1장 개발 목적 및 목표 ... 14
• 1. 사업 배경과 필요성 ... 14
• 2. 개발 목적 ... 14
• 3. 개발 목표 ... 15
• 4. 추진 전략 ... 15
• 제2장 개발 내용 및 범위 ... 16
• 1. 개발 내용 ... 16
• 2. 개발 범위 ... 17
• 제3장 모델 개발 및 결과 ... 18
• 1. 고해상도 3차원 북태평양 해양순환 예측모델 수립 ... 18
• (1) 수평격자 크기 1/10˚과 연직 30층의 해상도 ... 19
• (2) 대기모델 결과를 이용한 해양/대기 열교환 계산 ... 22
• (3) 대표적인 큰 3강들의 강물 유입 효과 ... 28
• (4) 해양수치모델에 tidal potential 계산모듈 적용 ... 33
• (5) 해양수치모델에 sea ice 모듈 고려 ... 37
• 2. 수립된 수치모델의 결과를 객관적으로 검증 ... 40
• (1) 모델의 표층해류와 인공위성 고도계 자료로 추정한 해류 비교 ... 40
• 1) 2011년 평균 해류 ... 40
• 2) 2011년 2월과 8월 평균 해류 ... 42
• (2) 모델의 해수면 높이와 인공위성 해수면 높이 비교 ... 45
• (3) 모델의 수온·염분과 인공위성 관측 표층수온 및 WOA 비교 ... 49
• (4) 모델의 대한해협 월별 수송량과 관측 결과 및 기존 연구 결과 비교 ... 57
• (5) 저해상도 해양순환모델(1/4˚) 결과와 비교하여 개선 정도 제시 ... 60
• 3. 최적 내삽법을 이용한 표층수온 자료동화 수치모델 시험 구축 ... 62
• (1) 최적 내삽법을 포함한 자료동화 방법 ... 62
• (2) 내삽법 ... 66
• (3) 인공위성 SST의 내삽 결과 ... 67
• 4. 후쿠시마 원전사고 방사성 물질의 확산·이동 경로 예측 결과 ... 72
• 5. 북태평양 표층해류 모식도 작성 ... 75
• 제4장 활용 계획 ... 78
• 1. 저염수 예측 ... 78
• 2. 수온 예측 ... 78
• 3. 피해상항 발생 시 이동 예측 ... 78
• 제5장 향후 개선 사항 및 발전 방안 ... 79
• 1. Spin-Up ... 79
• 2. 확산계수와 점성계수 민감도 실험 ... 79
• 3. 자료 동화 ... 79
• 4. 북태평양 해류 모식도 개선 ... 79
• 5. Global Model ... 79
• 참고문헌 ... 80
• 끝페이지 ... 82