3.3 내부조석에 미치는 해류의 효과
3.3.2 내부 조석 에너지 전파
M2 내부조석이 생성되는 에너지의 양은 2월과 8월에 큰 차이를 보이지 않기 때문에(Table 2) M2 내부조석의 에너지 전파와 관련된 분석은 2월 결과에만 수 행하였다.
′′ (3)식 (3)는 내부조석 에너지가 생성되어 전파하는 플럭스를 계산한 식이다. 위의 식에서 는 중력가속도, ′는 perturbation density이고, ′은 perturbation pressure이다. T는 평균된 기간을 나타내며, 본 연구에서는 3일을 평균하였다.
Fig. 13의 왼쪽 그림은 Niwa and Hibiya (2004)에서 발췌한 M2 내부조석 에너 지 플럭스를 나타내며 오른쪽 그림은 2월 조석만 포함된 경우 M2 내부조석 에 너지가 전파하는 플럭스를 나타낸 그림이다. 두 결과에서 내부조석 에너지 플 럭스는 주로 Bashi/Luzon 해협에서 강하게 발산되어 북서태평양과 남중국해 쪽 으로 전파한다. 북서 태평양으로 전파하는 내부 조석에너지의 경우 모델에서 다소 크게 모사되었다. 이는 앞서 설명한 것과 같이 Niwa and Hibiya (2004)는 damping term을 사용하여 내부 조석의 전파를 인위적으로 감소시켰기 때문이 라 판단된다. Tokara Strait에서도 강한 내부조석이 발산하였고 모델의 경우 이 지역의 내부조석 에너지 플럭스는 Niwa and Hibiya (2004)에 비해 다소 작게 모사되었지만 남서쪽으로 전파하는 방향은 일치하였다.
Fig 14는 경도 115。E~138。E,위도 15。N~35。N의 영역에서 Case 1과 Case 2의 M2 내부 조석 에너지가 이동하는 플럭스이다. 해류의 영향으로 인해 내부 조석 전파 에너지가 큰 차이를 보이는 곳은 북서태평양 부근이며, 해류로 인해 태평양으로 전파되는 내부조석의 에너지가 다소 감소하였다.
Fig 13. 수심 적분된 M2 내부조석 에너지 플럭스. (왼쪽) Niwa and Hibiya (2004), (오른쪽) 2월의 Case 2 결과, 등수심선 1000m 간격으로 표시함
Fig 14. 2월의 수심 적분된 M2 내부조석 에너지 플럭스. (왼쪽) Case 1(Current + Tide), (오른쪽) Case 2(Tide)의 결과, 등수심선 1000m 간격으로 표시함
[Model] [Niwa and Hibiya,2004]
Westward Eastward Westward Eastward Case 1 2.3GW 2.5GW
4.2GW 3.2GW
Case 2 2.5GW 2.8GW
Table 4. Bashi/Luzon Strait에서 발산되는 M2 내부조석 에너지 플럭스 양
3.3.3 해역별 해류의 효과
해류의 영향으로 내부조석 에너지의 생성 및 전파의 변화가 뚜렷한 지역을 A ,B ,C 지역으로 나누어 분석하였다(Fig. 15). A와 C지역은 내부조석 에너지가 동 쪽과 서쪽으로 전파되는 Bashi/Luzon 해협 , B는 Tokara 해협으로 지정하였다.
지역 A
Table 4는 Bashi/ Luzon 해협(경도 120。E~121。E,위도 18。N~23。N)에서 양 쪽으로 발산되는 내부조석 에너지 플럭스의 양을 정량적으로 계산한 것이다. 2 월의 경우 Bashi/Luzon 지역에서 태평양 쪽(동쪽)으로 전파되는 에너지 플럭스 는 Case 1에서 2.3 GW이며, Case 2의 경우는 2.6 GW로 해류를 포함하면서 약 11%가 감소하였다. 이 지역에서 연안쪽(서쪽)으로 전파하는 내부조석 에너지 플럭스는 Case 1의 경우 2.1 GW이며, Case 2에서는 2.3 GW로 해류로 인해 약 8%가 감소하였다. Niwa and Hibiya (2004)의 경우 서쪽으로 전파되는 내부 조 석의 에너지 양은 4.2 GW이며 동쪽으로 전파하는 경우는 3.2 GW이다. Bashi/
Luzon 해협의 동쪽과 서쪽 단면을 통과하는 내부조석 에너지는 모델에서 다소 작게 계산되었으며, Niwa and Hibiya (2004)의 결과와는 반대로 서쪽으로 전파 되는 내부조석의 에너지 양이 더 작게 나타났다.
Fig 15. 2월 수심 적분된 M2 내부조석 에너지 플럭스와 수심 200m에서 쿠로시오 해류속도와 A,B,C 지역
위에서 설명한 것과 같이 Jan et al. (2012)은 이상적인 쿠로시오가 M2 내부 조석에너지의 생성뿐만 아니라 전파에도 어떠한 영향을 미치는지 살펴보았다. Fig.
16는 위도 19.5°N~ 21.5°N사이를 적분한 내부조석 에너지를 나타낸 것이며 (a)는 모델의 결과, (b)는 Jan et al. (2012)에서 발췌한 결과이다. 모델의 경우 Case 2의 최대값으로 정규화 하였고 Jan et al. (2012)은 M2A의 최대값으로 정 규화 한 결과이다. 양의 값은 동쪽으로 전파되는 내부조석의 의미하며, 음의 값 은 서쪽으로 전파되는 내부조석을 나타낸다. 쿠로시오가 없을 때(M2A)의 경우 양 방향으로 전파하는 내부조석의 크기는 쿠로시오가 오른쪽 골의 동쪽에 위치 할 경우(M2C)에만 감소하였다. Fig. 16(a)에서도 Jan et al. (2012)의 M2C의 경우 와 같이 해류를 포함하면서 양방향으로 전파되는 내부조석의 에너지가 감소하 였고, 내부조석의 에너지 감소량는 Bashi/Luzon 해협의 서쪽 부근에서 크게 나 타났다.
Fig. 17(a)는 Bashi/Luzon 해협(경도 120。E~121。E,위도 18。N~23。N)에서 Case 1과 Case 2의 2월 내부조석 에너지 플럭스를 나타내며 (b)는 2월의 수심 200m에서 쿠로시오의 흐름장을 나타낸다. 연안으로 전파하는 내부조석의 방향 은 조류만 포함된 경우에는 서쪽이며, 해류의 영향으로 내부조석의 전파방향이 북서쪽으로 변화하였다. Bashi/Luzon 해협의 위쪽(약 위도 22°N)은 내부조석 에너지의 전파 방향 (Westward)과 쿠로시오의 흐름 방향 (Eastward)이 반대 방 향이다. 이로 인해 서쪽으로 전파하는 내부조석 에너지 파장의 길이가 짧아지 고 내부조석의 전파 속도는 느려지는 것으로 추측할 수 있다. 반대로 Bashi/
Luzon 해협 아래 부분(위도 20°N)은 내부조석 에너지의 전파방향(Westward)과 쿠로시오의 흐름방향(Westward)이 평행하기 때문에 내부조석 에너지의 파장이 길어지고 이로 인해 내부조석의 전파 속도가 증가한다고 판단된다. Bashi/Luzon 해협의 위쪽은 내부조석 전파 에너지가 느리고 아래쪽은 상대적으로 빠르기 때 문에 아래와 위의 전파 속도 차이로 인해 내부조석의 진행방향은 서쪽 방향에 서 북서 방향으로 회절된 것이라 추측할 수 있다.
Fig 16 지역 A, 위도 19.5°~21.5°사이를 적분한 M2 Baroclinic energy (a) 2월 연구 모델 결과(Case1 Current + Tide, Case2 Tide), (b) Jan et al(2012)의 결과
Fig17. 지역 A (a) 2월 Bashi/Luzon Strait M2 내부조석 에너지 플럭스 ,(b) Bashi/Luzon Strait 2월 수심 200m 해류
지역 B
Figure 18(a)는 2월 Tokara 해협의 M2 내부 조석의 전파 방향과 크기를 나타 내며, (b)는 2월 수심 200m에서 쿠로시오의 흐름을 나타낸다. 이 지역에서도 쿠 로시오의 영향으로 인해 내부조석 에너지의 생성양과 전퍄양이 감소하였다. 특 히 위도 27°N~29°N,경도 131°E~133°E 부분은 해류의 흐름방향과 내부조석 의 전파 방향이 반대방향이며, 이 지역에서 전파하는 내부조석 에너지가 크게 감소하였다.
지역 C
지역 C는 Bashi/Luzon 해협으로 동쪽으로 전파하는 내부조석 에너지에 초점 을 두었다. Fig. 19(a)는 2월의 M2 내부 조석 에너지의 전파방향과 크기이며 (b) 는 수심 100m에서 쿠로시오를 나타낸다. Fig 20는 경도(124°E, 126°E, 128°E, 130°E)에 따른 위도 19°N~22°N 사이에서 내부 조석 에너지 차이 (Case 1 – Case 2)를 나타낸다. 위도 20°도 이상에서는 내부조석 에너지의 차 이가 대부분 음이기 때문에 해류에 의해 내부조석 에너지가 감소하였다. 특히, 위도 20°N~ 21°N 사이는 해류에 의한 내부조석의 에너지 감소가 큰 지역이 며, 경도에 따라 전파되는 내부조석의 에너지 감소가 크다.
위도 21°N이상에서는 eddy에 의해 해류는 서쪽으로 흐르며 내부조석 에너 지는 동쪽으로 전파한다. 해류 흐름 방향과 내부조석 에너지 전파 방향이 반대 이기 때문에 내부조석의 전파 에너지가 감소한다고 추측된다. 위도 21°N이하 에서는 해류 흐름과 내부조석의 전파 방향이 같기 때문에 내부조석의 전파 에 너지가 증가한다고 판단되며 이로 인해 내부조석의 전파 방향이 남쪽으로 변화 하였다고 판단된다.
Fig 18. 지역 B, (a)Tokara strait 2월의 M2 내부조석 에너지 플럭스 방향(화살표)과 내부조석 에너지 생성(색), (b) 2월 200m 해류
Fig 19. 지역 C, (a) 2월 M2 내부조석 에너지 전파 방향과 크기, (b) 수심 100m 쿠로시오 해류장
Fig 20. 지역 C, 경도별(124°~130°) 2월 M2 내부조석 에너지 차이 (Case 1 – Case 2)
Fig 21. 2월의 M2 내부조석 에너지의 크기. (a)는 Case 1(Current + Tide), (b)는 Case 2(Tide), 등수심 간격 1000m
Fig 22. 8월 M2 내부조석 에너지의 크기. (a)는 Case 1(Current + Tide), (b)는 Case 2(Tide), 등수심 간격 1000
제 4 장 결 론
본 연구에서는 3차원 고해상도 모형을 이용하여 해류와 조류 모두 포함한 Case 1과 조류만 포함한 Case2의 비교를 통해 동중국해에서 생성되는 M2 내부 조석에 해류가 미치는 영향에 대해 살펴보았다. 모델의 M2 내부 조석의 진폭과 위상, 조류타원도는 인공위성 관측 결과와 유사하여 모델이 연구 해역의 조류 를 잘 재현한다고 판단할 수 있다. Case1, Case2의 연직 단면의 유속 분포는 Bashi/Luzon 해협의 오른쪽 ridge에서 M2 내부 조석이 강하게 생성되어 전파하 는 것이 확인하였으며, 해류의 영향으로 인해 태평양으로 전파되는 내부조석의 에너지가 다소 감소하였다. 순압 조석에서 경압조석으로 에너지가 전환되는 주 요 지역은 Bashi/Luzon 해협과 Tokara 해협이며, 해류의 영향으로 인해 생성량 이 약 3 GW 감소한다. M2 내부조석이 주로 발생하는 지역인 Bashi/Luzon 해협 과 Tokara 해협으로 나누어 해류 흐름 방향으로 인한 M2 내부 조석 에너지의 생성 및 전파 변화를 살펴보았다. 해류의 영향으로 인해 내부조석 에너지의 전 파 크기는 감소 하였으며 전파 방향 또한 변화 하였다.
대부분의 연구에서는 조석 모델만으로 계산한 결과를 OGCM에 사용하였다.
하지만 본 연구에서는 해류와 내부조석의 상호작용을 고려하였고 해류로 인해 내부조석의 생성과 전파 에너지가 감소하였으며, 전파 방향이 변화하였다. 따 라서 전 지구 모형에 조석을 모수화 하여 사용할 경우 모델 내에서 조석과 해 류의 상호작용을 고려하지 않았기 때문에 내부조석의 생성이 과도하게 왜곡될 가능성이 있다.
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