General Characteristics of the East Sea Intermediate Water

Article

동해중층수의 일반적인 분포 특성

신창웅

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General Characteristics of the East Sea Intermediate Water

Chang-Woong Shin ¹

, Sang-Kyung Byun ¹ , Cheolsoo Kim ¹ , Jae Hak Lee ¹ , Bong-Chae Kim ¹ , Sang-Chull Hwang ¹ , Young Ho Seung ² , and Hong-Ryeol Shin ³

1 Marine Environment Research Department, KORDI Ansan, P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea

2 Department of Oceanography, Inha University Incheon 402-751, Korea

3 Department of Atmospheric Science, Health and Environment Institute Kongju National University, Gongju 314-701, Korea

Abstract : To obtain the overall distribution patterns and characteristics of the East Sea Intermediate Water (ESIW), the historical data obtained by the Japan Maizuru Marine Observatory (MMO) and the Korea Ocean Research and Development Institute (KORDI) were analyzed. To obtain water characteristics of the ESIW on isopycnal surfaces, temperature, salinity and dissolved oxygen were interpolated at every 0.01 interval of potential density. And then the interpolated values were averaged at the same potential density.

This potential density average method preserved the salinity minimum layer more clearly compared to the depth average method. The potential density ( σ

) range of the ESIW was 26.9~27.3. The representative potential density of the ESIW was found to be 27.2, because the characteristics of the ESIW was clear at this density. From the horizontal distributions of physical properties on the isopycnal surface of 27.2 ^σ

it is suggested that the low salinity ESIW circulates anticlockwise over the whole basin with the high salinity intermediate water. The low salinity intermediate water extended from the northwestern part to the east along the sub-polar front and to the Ulleung Basin along the east coast of Korea.

Key words : East Sea Intermediate Water, salinity minimum layer, potential density, isopycnal surface, Ulleung Basin

1. 서 론

동해는 38 ^o ~40 ^o N ^{의 극전선을 기준으로 남쪽의 난수역}

과 북쪽의 냉수역으로 나눌 수 있다 . ^{대마난류의 영향을}

받는 난수역의 수괴는 수직적으로 크게 4 ^{가지로 구분된다} (Kajiura ^{et al} . 1958; Moriyasu 1972). ^{수온과 염분이 계절}

에 따라 변하는 표층수와 그 아래에 고온·고염의 대마난 류 중층수 (T>14 ^o C, S>34.4) ^{가 존재하고 심층에는 수온}

*Corresponding author. E-mail : [email protected]

과 염분이 거의 일정 (T<1 ^o C, S~34.07) ^{한 동해고유수가}

존재한다 . ^{동해의 심층수는 대양의 같은 깊이의 해수와 비}

교하여 용조산소가 높아 (5.8~6.0 m ^l / ^l ) ^{재순환이 훨씬 빠}

르게 진행되는 것으로 보인다 (Hidaka 1966). ^{동해고유수}

와 대마난류수 중간에 수온은 1~4 ^o C ^{범위이고 용존산소}

가 최대로 나타나는 저염분수가 있다 . Kajiura ^{et al} .(1958)

은 이 수괴는 냉수역의 저염분의 표층수가 전선부근에서 침강하여 생성되었다고 보고하였다 .

동해중층수는 극전선 남쪽의 고온 , ^{고염의 대마난류수}

아래에 존재하여 염분최소층의 특징을 보이며 용존산소가 최대로 나타난다 (Kajiura ^{et al} . 1958; Moriyasu 1972;

Kim and Chung 1984; Kim ^{et al} . 1991). ^{동해중층수} (ESIW: East Sea Intermediate Water) ^{라는 이름은} Kim

and Chung(1984) ^{이 동해남서해역에서 대양과 비슷한 염}

분최소층을 보이고 용존산소가 최대로 나타나는 현상을 관측하고 명명하였다 . ^{이 현상은} Kim ^{et al} .(1991) ^{에 의해}

다시 확인되었다 . Kim ^{et al} .(1991) ^{은 염분최소가 나타나}

는 저염의 핵이 연안과 외양에서 동시에 나타나는 것을 관측하였다 . Cho and Kim(1995) ^{은 이것을 기원이 서로}

다른 염분최소층이 있다고 주장하였다 .

김 등 (1991) ^{은 울릉분지에서} CTD ^{관측과 동시에 겉보}

기산소활용 (AOU: Apparent Oxygen Utilization) ^{과 질산}

염 , ^인산염 , ^{규산염 등 화학성분들을 측정하여 염분최소층}

에서 그 위나 그 아래 깊이에 비하여 일관성 있게 작은 농 도가 나타나는 것을 보였다 . ^{염분감소에 따른 겉보기 산소}

활용 및 제영양염들의 감소 경향을 동해중층수의 특징으 로 규정할 수 있으며 , ^{이러한 화학성분들이 동해 해수의}

새로운 추적자로서 활용 가능성을 제시하였다 .

수치실험 결과에 의하면 동해중층수는 극전선 이북에서 표층 저염분수가 겨울에 냉각되어 형성되며 동해연안을 따라 남쪽으로 향하여 흐르다가 극전선을 만나 동쪽으로

향한다 (Yoon and Kawamura 2002). ^{극전선 남쪽으로는}

등밀도면을 따라 남쪽으로 퍼져나가서 고온·고염의 대마 난류수 아래에 염분최소층의 형태로 존재하게 된다 . ^동해

에 적용된 환기이론 (ventilation theory) ^{에 의하면 동해 중}

층수의 생성해역은 동해북서부해역으로 바람에 의하여 시 계반대방향의 순환을 하며 서안경계류의 형태로 극전선 남쪽의 대마난류 아래로 침투한 물은 위치와도 보존에 의 해 극전선을 가로질러 극전선 북쪽의 표층으로 노출된다

(Seung 1997). ^{따라서 극전선 이북의 시계반대방향의 순}

환을 하는 해역에서는 겨울에 동해중층수에 해당하는 밀 도층이 표층에 노출되어 동해중층수가 존재하지 않고 여 름에도 동해중층수에 해당하는 밀도층이 표층 가까이 존 재하고 염분최소층이 없는 형태로 존재하게 된다 .

동해중층수의 전체적인 분포 및 순환에 대한 연구는 주 로 수치모델 (Kim and Yoon 1999; Kim and Seung 1999;

Yoshikawa ^{et al} . 1999; Yoon and Kawamura 2002) ^에서

다루었으며 관측자료 분석 (Kim and Kim 1999; Senjyu 1999; Talley ^{et al} . 2004) ^{은 단편적이었다} . Senjyu(1999) ^는 1969 ^년 10 ^{월 자료를 이용하여 동해중층수의 공간분포를}

보여주었으나 , ^{중층수의 대표 밀도} ( ^σ θ ) ^로 27.28 ^{을 선정하}

여 동해 남서해역과 극전선 부근에 나타나는 염분최소층 수심보다 깊은 수심이었다 . Talley ^{et al} .(2004) ^은 1999 ^년

여름 관측자료를 이용하여 동해중층수의 공간분포를 그리

기 위해 대표 밀도 ( ^σ θ ) ^를 27.25 ^{로 선정하여 나타내었으나}

구체적인 서술이 없었다 . Kim and Kim(1999) ^은 1993 ^년

과 1994 ^{년의 국제공동 관측자료를 분석하여 저염의 중층}

수 (1<T<5 ^o C, S<34.065, 27.10< ^σ θ <27.32) ^{와 고염의}

중층수 (0.6<T<4 ^o C, S>34.070, 27.00< ^σ θ <27.32) ^{를 발}

견하였다 . ^{또한 등밀도면} ( ^σ θ = 27.2) ^{분석을 통하여 저염의}

중층수는 일본분지 서쪽에서 동쪽으로 흐르고 , ^{고염의 중}

층수는 일본분지 동쪽에서 서쪽으로 퍼져 나가며 저염의 중층수와 함께 시계반대방향의 순환을 한다고 보고하였다 .

본 연구는 관측 자료를 이용하여 동해 전체적으로 동해 중층수의 평균적인 특성과 분포를 기술하고자 하였다 . ^일

반적으로 유체는 주로 등밀도면을 따라 이류와 확산하지 만 실제 해양에서는 해수의 압축성 때문에 포텐셜 밀도면

보다는 중립면을 따라 흐른다 (McDougall 1987). ^그러나

동해중층수의 경우처럼 수심변화가 0~500 m ^{이내인 경우}

는 중립면은 포텐셜 밀도면과 큰 차이가 없으므로 여기서 는 등포텐셜밀도면에서의 해수특성 분포에 대하여 설명하 였다 .

2. 자료 및 처리방법

동해중층수는 동해 남부에서 염분 최소 용존산소 최대 층으로 정의된다 (Kim and Chung 1984). Shin ^{et al} .(1998)

은 동해 남서해역에서 동해중층수의 수온을 1~4 ^o C, ^염분

을 34.06 psu ^{이하로 정의하였고} , Kim and Kim(1999) ^은 1~5 ^o C, 34.065 psu ^{이하로 정의하였다} . ^{이상의 연구결과}

로 볼 때 과거 자료를 이용하여 동해 중층수의 순환에 대

한 연구를 하기 위해서는 염분의 정확도가 0.01 psu ^보다

높고 분해능도 0.01 ^{이상의 자료를 선택해야 한다} . ^여기서

는 여러 가지 자료 중 1964 ^{년 이후의 일본기상청 마이주}

루해양기상대 (Maizuru Marine Observatory, MMO) ^{의 자}

료를 선택하였다 .

자료의 질을 검정하기 위해 먼저 수온 염분관계를 그려 서 동해의 평균 해황과 현저하게 다른 자료는 제거 또는 내삽하였다 . ^{두 번째로는 안정도} ( ) ^{를 계산하여}

자료의 질을 검사하였다 . ^{안정도가 음의 값을 갖는 정점이}

많아서 , ^수심 0 m ^에서 50 m ^{사이와 그보다 깊은 수심의}

자료를 구별하여 한계 안정도 값을 적용하였다 . ^{과거 채수}

E 1

ρ--- ∂σ

--- ∂ z –

=

기를 이용하여 관측한 자료는 표층에서 , ^{특히 겨울에 관}

측에러가 많기 때문에 E 값이 − 1000 ^× 10 ⁻⁸ /m ^{보다 더 큰}

자료만 주변의 다른 자료와 비교하여 수정하였다 . ^수심

50 m ^{보다 깊은 자료는 수정을 적게 하기 위해 E 값이}

− 200 ^× 10 ⁻⁸ /m ^{보다 더 큰 자료에 대해서 보간하였다} . ^정점

별 자료가 표준수심 (0, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 700, 800, 1000, 1200, 1500,

2000, 2500, 3000, 3500 m) ^{별로 없는 경우에는 보간하였}

다 . ^{용존산소 자료를 이용하기 위해 용존산소} - ^염분 , ^용존

산소 - ^{수온의 관계를 그려서 용존산소가 수온이 높은 곳에}

서 비정상적으로 높게 나타나거나 수온이 낮은 곳에서 비 정상적으로 낮게 나타나는 자료는 보간하였다 .

일본기상청 자료는 관측정점이 전체적으로 동해의 모든 부분에 분포하지만 러시아와 북한 및 한국 근해에 대한 자료가 부족하다 . ^{한국연안에는 여름에 북한한류계수가}

나타나므로 ( ^{김과 김} 1983) ^{동해중층수의 전체적인 순환}

을 보기 위해서는 한국연안의 자료가 필요하여 한국해양 연구원에서 1990 ^년부터 1993 ^{년까지 동해남서부해역에서} CTD ^{를 이용하여 관측한 자료를 합하여 연구하였다} . CTD

자료는 수심에 대하여 연속적으로 있지만 일본기상청자료 와 같은 표준수심에 대한 자료만 선택하였다 . ^{다만 용존산}

소는 한국해양연구원의 자료에는 없으므로 일본기상청 자 료만 이용하였다 .

Fig. 1 ^{은 자료의 질에 대한 검사가 완료된 일본기상청자}

료와 한국해양연구원의 관측정점을 나타낸다 . ^{일본기상청}

Fig. 1. Distributions of hydrographic stations used in this study observed by Maizuru Marine Observatory (MMO) (a), and Korea Ocean Research and

Development Institute (KORDI) (b). Fig. 2. Potential temperature-salinity relations for the

data of MMO (a), and KORDI (b).

의 관측정점은 일본 서해안에서 북서쪽으로 향하고 , ^한국

해양연구원의 정점은 한국 동해안에서 동쪽 또는 남동쪽 으로 향하여 있다 .

일본기상청 자료와 한국해양연구원 자료의 수온 염분관 계를 각각 그려서 비교하였다 (Fig. 2). ^{동해고유수에 해당}

하는 수온 1 ^o C ^{이하에서 한국해양연구원 자료는 염분이}

34.05~34.10 ^{에 수렴되어는 있는 반면 관측해역이 넓은 일}

본기상청자료는 33.90~34.15 ^{에 존재한다} . ^{또한 염분최대}

가 나타나는 수온은 모두 14~15 ^o C ^{범위에 나타나 두 자료}

를 합하여 등밀도면의 분포특성을 나타내는 데 무리가 없 다고 판단된다 .

포텐셜 밀도 ( ^σ θ ) ^{를 기준으로 정렬된 평균 자료를 만들}

기 위해 두 가지 평균 방법에 대하여 검토하였다 . ^첫째는

수심기준 평균방법과 둘째는 밀도기준 평균방법이다 . ^수

심기준 평균방법은 임의의 격자 안의 관측자료들에 대하 여 수온 , ^{염분 및 수심을 이용하여 포텐셜 밀도를 계산한}

다음 , ^{같은 수심에 대하여 수온} , ^{염분 및 용존산소를 평균}

하여 하나의 수직적인 평균자료를 얻는다 . ^{이 수심을 기준}

으로 정렬된 평균자료를 밀도기준으로 바꾸기 위해 평균

된 수온 , ^염분 , ^{용존산소 및 수심을 포텐셜 밀도} 0.01 ^간격

으로 보간하는 방법을 수심기준 평균법이라고 하였다 . ^밀

도기준 평균방법은 임의의 격자 안의 자료들을 수심기준 평균방법과 같이 먼저 포텐셜 밀도를 계산한 다음 , ^밀도기

준 수직 자료들 얻기 위해 수심 , ^수온 , ^{염분 및 용존산소를}

포텐셜 밀도 0.01 ^{간격으로 보간한다} . ^{이 보간된 수심} , ^수

온 , ^{염분 및 용존산소 자료를 같은 밀도를 기준으로 평균}

하는 방법을 밀도기준 평균법이라고 하였다 .

Fig. 3 ^{은 평균하는 방법에 따라 평균된 염분이 서로 다}

르게 나타나는 예를 보여준다 . Fig. 3(a) ^{에서 관측} 1 ^{의 수}

온 1, ^염분 1 ^{의 수직 분포를 가는 실선과 굵은 실선으로}

나타냈고 , ^관측 2 ^{의 수온} 2 ^{와 염분} 2 ^{를 가는 점선과 굵은}

점선으로 나타냈다 . ^관측 1 ^{의 수온약층이 관측} 2 ^{의 수온약}

층보다 얕게 나타났으며 , ^{최대염분이 관측된 수심도 관}

측 1 ^이 50 m ^{로 관측} 2 ^의 75 m ^{보다 얕았다} . ^{또한 염분최소}

층의 수심도 관측 1 ^{과 관측} 2 ^에서 200 m ^와 400 m ^{로 서로}

다르게 나타났다 . ^{이러한 현상은 흔히 중규모 와류의 위}

치변화 또는 해류의 경로 변경 등에 의해서 발생될 수 있다 .

Fig. 3. An illustration that shows the difference between two average m ethods. One is the depth average m ethod that

averages variables at the same depth, then interpolates the averaged variables at every 0.01 interval of poten-

tial density. The other is the potential density average method that interpolates variables at every 0.01 interval

of potential density, then averages the interpolated variables at the same potential density. (a) Vertical profiles

of temperature and salinity of two observations. Thin and thick lines indicate temperature and salinity of

observation 1, respectively. Dotted thin and thick lines indicate temperature and salinity of observation 2,

respectively. Thermocline and salinity maximum depths differed from each other. (b) Averaged potential tem-

perature and salinity referred to an axis of potential density. Solid lines indicate temperature and salinity aver-

aged by using the potential density average method. Dotted lines indicate profiles averaged by using the depth

average method. (c) Magnified figure for the salinity minimum boxed area in the figure (b). The salinity min-

imum layer of the salinity profile calculated from the potential density average method is more clear than that

of the profile from the depth averaging method.

Fig. 3(b) ^{에서 실선은 포텐셜 밀도} ( ^σ θ ) 0.01 ^{간격으로 수}

온 , ^염분 , ^{용존산소를 보간한 다음 밀도를 기준으로 평균}

한 수온 ( ^{가는 선} ) ^{과 염분} ( ^{굵은 선} ) ^이며 , ^{점선은 수심을 기}

준으로 수온 , ^염분 , ^{용존산소를 평균한 다음 포텐셜 밀도} 0.01 ^{간격으로 보간한 수온} ( ^{가는 점선} ) ^{과 염분} ( ^{굵은 점선} )

을 나타낸다 . ^{최대 염분이 나타나는 수심} (50 m ^와 75 m) ^이

서로 다르기 때문에 수심을 기준으로 평균한 염분 ( ^굵은

점선 ) ^{은 피크가 상쇄되어 염분최대층의 염분이 감소되어}

나타났으나 포텐셜 밀도기준으로 평균한 염분 ( ^{굵은 실선} )

은 염분 피크가 더 잘 나타났다 .

Fig. 3(c) ^는 Fig. 3(b) ^{의 염분최소층을 표시한 영역을 확}

대하여 나타낸 것이다 . ^{염분이 최소로 나타난 수심} (200 m

와 400 m) ^{이 다르므로 염분최소층의 최소 염분이 포텐셜}

밀도를 기준으로 평균한 염분 ( ^{굵은 실선} ) ^{보다 수심을 기준}

으로 평균한 염분 ( ^{굵은 점선} ) ^{이 증가되었다} .

관측 1 ^{에서 최대염분이 나타나는 수심} 50 m ^{에서 관측} 1

과 관측 2 ^{의 포텐셜 밀도} ( ^σ θ ) ^차이는 0.532 ^이지만 , ^관측 1 ^의

수심 50 m ^{의 밀도와 관측} 2 ^{에서 최대염분이 나타나는 수}

심 75 m ^{의 밀도 차이는} 0.085 ^{로 서로 비슷한 밀도에서 염}

분이 최대가 됨을 알 수 있다 . ^{마찬가지로 최소염분이 나}

타나는 수심 간의 포텐셜 밀도 ( ^σ θ ) ^차이도 0.143 ^{으로 비슷}

한 밀도에서 최소가 나타난다 . ^{따라서 먼저 포텐셜 밀도를}

기준으로 수온과 염분을 보간한 다음 , ^{같은 밀도의 수온과}

염분끼리 평균하는 두 번째 방법인 밀도기준 평균법이 염

분 최대 및 최소층의 피크가 더 잘 보존된다 (Fig. 3(b), (c)

의 굵은 실선 ).

Fig. 4 ^는 Fig. 3(a) ^{의 관측} 1 ^{과 관측} 2 ^{의 자료를 두 가지}

방법 ( ^{수심기준 평균법과 밀도기준 평균법} ) ^{으로 평균한 수}

온과 염분자료를 이용하여 계산한 밀도와 기준이 되었던 밀도간의 편차를 보여준다 . ^{밀도 편차는 평균하는 방법에}

관계없이 ± 0.02 ^{범위 안에 있었다} . ^{이것은 일정한 간격의}

밀도를 기준으로 수온 및 염분을 보간할 때 선형적으로 계산하지만 실제로 밀도는 수온 및 염분과 선형적인 관계 가 아니며 , ^{계산된 수온과 염분을 소수점} 3 ^{자리로 제한하}

여 발생한 에러 (round-off error) ^{가 포함되었기 때문이다} .

본 연구에서는 염분 최소층의 피크가 보존되도록 먼저

포텐셜 밀도를 계산하고 , ^밀도 0.01 ^{간격으로 수온 및 염}

분 등을 선형적으로 보간하여 밀도를 기준으로 자료를 정 리하였다 . ^{등밀도면의 해수특성분포를 파악하기 위해 위}

도 1 ^{o ×경도} 1 ^{o 격자 안의 자료를 위도 및 경도 각} 0.5 ^{o 씩}

이동하면서 평균하였다 . ^{이 방법은} 0.5 ^{o 간격의 자료를 얻}

을 수 있고 자료를 부드럽게 하는 효과도 있다 .

3. 동해 중층수의 수직적 분포

동해 중층수의 밀도범위를 알아보기 위해 포텐셜 밀도 축으로 재배열하여 평균한 자료를 위도 2 ^{o 간격으로 동서}

단면 , ^경도 2 ^{o 간격으로 남북단면의 염분분포를 나타내었}

다 (Fig. 5, 6). ^{여기서는 염분최소층을 염분} 34.065 ^{의 등치}

선을 기준으로 구별하였다 . ^{동해 해수전체의 밀도범위에}

비하여 동해중층수의 밀도범위가 좁으므로 포텐셜 밀도

26.5 ^부터 27.4 ^{까지만 표시하였다} .

Fig. 5 ^{는 위도} 36 ^o N ^부터 44 ^o N ^까지 2 ^{o 간격의 염분의 동}

서 단면이다 . ^위도 36 ^o N ^{단면을 보면 염분} 34.065 ^이하의

염분최소층이 포텐셜 밀도 27.2~27.3 ^{범위에 존재한다} . ^한

국연안의 서쪽에서 염분이 더 낮고 동쪽으로 가면서 염분 이 높아져 135 ^o E ^{부근에서는 염분최소층의 구분이 어렵}

다 . ^{이보다 북쪽인} 38 ^o N ^{단면에서는 한국연안쪽의 염분이}

34.04 ^{로 낮아졌으며 염분최소층의 구분이} 136.5 ^o E ^{까지 가}

능하다 . ^{염분최소층의 최저염분의 포텐셜 밀도는 서쪽에}

서 27.0~27.2 ^{이고 동쪽으로 갈수록 밀도가 높아져} 27.3 ^으

로 접근한다 . ^북위 40 ^o N ^{의 단면은 서쪽의 자료가 없어 일}

본분지 서쪽인 131.5 ^o E ^{부터 시작된다} . ^서쪽에서 132.5 ^o E

까지는 표층의 염분이 낮아서 염분최소층이 존재하지 않 거나 구별하기 어렵고 그 이후 동쪽으로는 일본연안까지 염분최소층이 존재한다 . ^{이 단면에서도 염분최소층의 중}

심 밀도는 서쪽에서 동쪽으로 가면서 점차 높아진다 . 36 ^o N ^단면의 34.06 ^{염분선이 동쪽으로} 132 ^o E ^{에 미치지 못}

하고 있으나 북쪽으로 가면서 점차 동쪽으로 확장하여

38 ^o N ^에서는 134.5 ^o E ^까지 , 40 ^o N ^{에서는 동쪽 끝까지} , ^즉 ,

일본연안까지 뻗어 있다 . ^염분 34.04 ^{의 확장범위도} 36 ^o N

에서는 보이지 않다가 38 ^o N ^에서는 131.5 ^o E ^까지 , 40 ^o N ^에

Fig. 4. Potential density difference between the axis density and the density calculated by interpola- tion (dotted line: the depth average method, solid line: the potential density average method).

Data was the sam e as Fig. 3 used.

서는 134 ^o E ^{까지 확장되어 있다} .

극전선 보다 북쪽인 42 ^o N ^{의 단면은 밀도가 가벼운 상}

층의 염분이 동해중층수의 염분범위의 최대치인 34.065 ^보

다 낮아 염분최소층이 존재하지 않았으나 , 139 ^o E ^동쪽은

쏘야 해협으로 흘러가는 고염의 대마난류의 영향으로 염 분최소층이 존재하지만 서쪽처럼 염분최소층의 염분이 낮 게 나타나지 않는다 . ^가장북쪽 44 ^o N ^{의 단면은 일본분지의}

북동쪽에 위하여있다 . ^{러시아쪽과 일본쪽의 자료가 없어}

일부만 나타났지만 특이하게 138.5 ^o E ^{에서 포텐셜 밀도}

26.7 ^에서 27.1 ^{사이에 염분 최대층이 나타난다} . ^{이것은 최}

근의 관측에서도 나타는 고염분의 중층수로 생각되나 평 균자료에서 나타나는 밀도는 Kim and Kim(1999) ^{의 밀도} (27.00< ^σ θ <27.32) ^{보다 가볍다} . ^{고염분의 중층수가 나타}

나는 해역에서 염분최소층은 포텐셜 밀도 27.3 ^{을 중심으}

로 염분최대층 아래에 분포하고 있다 .

Fig. 6 ^{은 경도} 2 ^o E ^{간격의 염분의 남북단면이다} . ^가장

서쪽의 130 ^o E ^단면은 39.5 ^o N ^{이북의 자료가 없으나 남쪽}

에는 염분최소층이 잘 나타나 있다 . ^{북쪽에서는 염분최소}

층의 포텐셜 밀도 범위가 26.8~27.3 ^{에서 남쪽에서는} 27.1~

27.3 ^{으로 좁아진다} . 132 ^o E ^{단면의 극전선 북쪽인} 40 ^o N ^이

북에서는 염분최소층이 존재하지 않았으나 그 남쪽에는

35.5 ^o N ^{까지 염분최소층이 잘 나타나 있다} . 136 ^o E ^단면에

서도 40 ^o N ^{이북에서는 염분최소층이 존재하지 않았다} . ^염

분 34.04 ^{의 확장범위를 보면} 130 ^o E ^{단면에서는} 37 ^o N ^까지

존재하였으나 , 132 ^o E ^{단면에서는} 38 ^o N ^{에 미치지 못하고} , 134 ^o E ^에서는 40 ^o N ^{이남에서 염분최소층에 염분} 34.04 ^가

존재하지 않았다 .

136 ^o E ^단면은 134 ^o E ^단면같이 40 ^o N ^{이북은 염분최소층}

이 형성되지 않았고 이남은 36.5 ^o N ^{까지는 염분} 34.065 ^으

로 구별가능하나 그보다 더 남쪽은 34.065 ^{보다 염분이 높}

다 . 138 ^o E ^{단면은 극전선 이남은 염분최소층이 형성되어}

있으며 북쪽의 44 ^o N ^{부근의 포텐셜 밀도} 26.7 ^에서 27.2

사이에 염분최대층이 존재한다 . ^그러나 140 ^o E ^{단면에서는}

염분최대층이 나타지 않고 단지 43.5 ^o N ^{이남에서 남쪽으}

로 염분최소층이 포텐셜 밀도 27.2~27.3 ^{범위에 존재한다} .

이상의 결과를 요약하면 극전선 이남의 동해중층수의 특징인 염분최소층의 염분과 밀도는 북쪽과 서쪽으로 갈 수록 낮고 동쪽과 남쪽으로 갈수록 높아졌다 . ^{염분최소층}

Fig. 5. Zonal salinity section from 36

N to 44

N every 2 degree intervals in potential density-distance coor- dinate. Density lower than 26.5 σ

is om itted.

Dashed line indicates 34.065 psu.

Fig. 6. The same as Fig. 5 except meridional section for

salinity from 130

E to 140

E.

의 밀도 범위는 극전선 이남에서 26.9 ^에서 27.3 ^{으로 정할}

수 있으나 해역에 따라 다르다 . ^{극전선 이북은 염분최소층}

이 나타나지 않았고 , ^{일본분지 북동쪽에는 동해중층수보}

다 밀도가 가벼운 염분최대층이 나타나 고염분의 중층수 가 존재하였다 .

4. 등밀도면(σ θ = 27.2)에서 동해중층수의 분포

앞에서 언급한 바와 같이 극전선 이남에서 동해중층수 의 밀도 ( ^σ θ ) ^는 26.9 ^에서 27.3 ^{까지 변하므로 등밀도면에서}

의 해수특성분포를 기술하기 위해서 동해중층수를 대표할

수 있는 밀도를 선택해야 한다 . ^{동해 중부 서쪽에서는 염}

분 최소층의 밀도는 27.1 ^에서 27.2 ^{사이에 나타나고 동쪽}

및 남쪽에서는 27.2 ^에서 27.3 ^{으로 밀도가 높아진다} . ^따라

서 여기서는 동해중층수의 대표밀도로 27.2 ^{를 선택하였}

다 . 1964 ^년부터 1993 ^{의 자료를 평균한 후 포텐셜 밀도}

27.2 ^{의 깊이} , ^온위 , ^염분 , ^용존산소 , ^{겉보기산소활용} , ^포텐

셜 밀도 27.1 ^에서 27.2 ^{의 두께를} Fig. 7~9 ^{에 나타내었다} .

Fig. 7 ^{은 포텐셜 밀도면} 27.2 ^{의 깊이와 온위를 나타낸}

다 . ^수심 150 m ^{선은 대략적으로 극전선을 따라 분포한}

다 . 40 ^o N, 139 ^o E ^{를 기준으로 북서쪽은} 150 m ^{보다 얕고 남}

쪽과 동쪽은 깊다 . ^{즉 극전선의 북쪽과 서쪽으로 갈수록}

등밀도면 ( ^σ θ = 27.2) ^{의 깊이는 얕아지고 남쪽으로 갈수록}

깊어진다 . ^{특징적인 현상은 울릉분지와 야마토분지에서는}

등밀도면의 깊이가 250 m ^{이상으로 주변보다 깊게 나타}

나는데 이것은 동해중층수가 난수성 소용돌이의 아래에 존재하기 때문이다 . ^또한 133 ^o E ^동쪽부터 150 m ^{선을 중}

심으로 등치선의 간격이 서쪽보다 조밀한 경향이 있으며

남서쪽은 수심 175 m ^{선이 한국연안과 나란히 남쪽으로}

향하고 있다 . ^{이것은 동해 중층수가 남쪽으로 유입될 때}

수심이 급격히 변하는 해역보다는 비교적 완만하게 변하 는 해역으로 될 것이므로 133 ^o E ^{서쪽에서 한국연안을 따}

라 남쪽으로 유입됨을 뜻한다 .

포텐셜 밀도 27.2 ^{의 온위는 북서쪽이} 1.6 ^o C ^{이하로 가}

장 낮고 , ^남동쪽이 2.2 ^o C ^{이상이며 전체적으로는 서쪽에}

서 동쪽으로 가면서 온도가 높아진다 . 40 ^o N ^{이남의 등온}

선은 남서 - ^{북동방향으로 기울어져 있으며 온위가 증가한}

다 . ^{등밀도면의 수온변화는 염분변화와 함께 고려되어야}

한다 .

Fig. 8 ^{은 포텐셜 밀도면} 27.2 ^{의 염분과 용존산소를 나타}

낸다 . ^{염분의 분포경향은 수온분포와 매우 유사하다} . ^북서

쪽 , ^즉 , ^{북한 외해에서 염분이 가장 낮고 서쪽에서 동쪽으}

로 가면서 염분이 증가한다 . ^{극전선 남쪽의 등염분선은 온}

위의 경우와 같이 남서 - ^{북동방향이며 남쪽으로 가면서 염}

분이 증가한다 . ^{이것은 수직적 확산에 의해 시간이 경과함}

에 따라 염분최소층의 수온과 염분이 증가 (Min ^{et al} .,

2001) ^{하여 남쪽으로 갈수록 더 오래전에 생성된 동해중층}

수가 존재함을 뜻한다 . ^{동해북동부} 44~44.5 ^o N, 137.5~

139 ^o E ^{에서 염분이 주위의 다른 해역보다 높은} 34.065 ^이

상으로 나타났다 . ^{이것은 앞에서 설명했던 동해중층수보}

다 밀도가 가벼운 염분최대층의 일부 ( ^{고염분의 동해중층}

수 ) ^{가 나타난 것이다} .

수치실험 결과에 의하면 동해중층수는 러시아 연안의 염분이 낮은 물이 겨울에 침강하여 생성되며 극전선을 따 라 동쪽으로 흐르면서 등밀도면을 따라 극전선 남쪽으로 침투하여 염분최소층의 형태로 존재하게 된다 (Yoon and

Kawamura 2002). ^{본 연구 결과에서도 포텐셜 밀도} 27.2

Fig. 7. Distributions of depth (m) and potential temper-

ature (

C) on the isopycnal surface 27.2 σ

.

면의 깊이 , ^{온위 및 염분분포로 볼 때 동해중층수는 염분}

이 낮은 동해 북서쪽에서 극전선을 따라 동쪽으로 향하여 흐르고 일부는 남서쪽의 한국연안을 따라 남쪽으로 유입 되어 울릉분지에 이르는 것으로 보인다 . ^{이러한 결과는} 1993 ^년 8 ^월과 1994 ^년 7 ^{월의 관측 자료에서도 유사하게}

나타났다 (Kim and Kim 1999).

등밀도면의 용존산소분포에서 7.0 m ^l / ^{l의 등치선을 보면}

극전선 북쪽의 40~41 ^o N ^{과 평행하게 분포하다가} 138 ^o E ^에

서 북쪽으로 향한다 . ^{염분이 가장 낮은 곳에서 용존산소는}

7.2 m ^l / ^{l 이상으로 가장 높고 극전선 남쪽에서는 울릉분지}

쪽의 용존산소 (6.0<D.O.<6.2) ^{가 같은 위도의 동쪽보다}

높다 . ^{동해 북동쪽의 염분최대층이 나타나는 곳의 용존산}

소 (6.4<D.O.<6.6) ^{는 울릉분지에 나타나는 용존산소보다}

높다 .

용존산소는 물리적 변수인 해수의 온도 및 염분 변화에 따른 용해도의 차이에 의하여 그 값이 변할 수 있다 . ^따라

서 이러한 물리적 변수를 제거하고 순전히 호흡작용을 통 한 생물학적 변수로서 정의된 겉보기 산소활용은 용존산 소에 비하여 추적자로서의 장점을 가지고 있다 ( ^{김 등}

1991). ^{겉보기산소활용은 관측된 해수의 포텐셜 수온과 염}

분으로부터 계산된 용존산소의 포화농도에서 관측된 용존 산소의 농도를 뺀 값으로 정의하였다 (Pytkowicz 1971).

이것은 관측점의 용존산소와 그 수괴의 기원이 되는 해역 Fig. 8. Distributions of salinity and dissolved oxygen

(ml/l) on the isopycnal surface 27.2 σ

. Fig. 9. Distributions of A.O.U. (ml/l) on the isopycnal

surface 27.2 σ

and thickness (m) between 27.1-

27.2 σ

.

의 용존산소의 차이로 해석되며 해표면에서 침강하여 관 측점에 이르는 동안 산화에 활용되고 해수중에 확산되어 감소하게 된다 . ^{따라서 그 값이 클수록 수괴가 해표면에서}

침강하여 경과된 시간이 더 길다고 생각할 수 있다 .

Fig. 9 ^{는 포텐셜 밀도면} 27.2 ^{의 겉보기 산소활용과 등밀}

도면 27.1 ^과 27.2 ^{의 두께를 나타낸다} . ^{포텐셜 밀도} 27.2 ^의

겉보기 산소활용은 염분이 낮은 곳에서 값이 적고 극전선 남쪽으로 내려올수록 값이 커진다 . ^{전체적으로 등치선이}

서쪽에서 동쪽으로 가면서 전선이 위치한 위도와 평행하 게 138 ^o E ^{까지 분포하고 그 동쪽은 북쪽으로 향한다} . ^고염

분의 중층수가 나타나는 해역의 겉보기 산소활용 값은 울 릉분지보다 작지만 블라디보스토크 외해보다는 크게 나타 났다 .

유체의 흐름은 위치와도를 보존하려는 성질이 있으므로 동해중층수의 순환을 살펴보기 위해 포텐셜 밀도 27.1 ^과

27.2 ^{사이의 동해중층수의 두께를 그림으로 나타내었다} .

계절에 관계없이 모든 자료를 평균하였으므로 자료수가 가장 많은 여름철 특징이 많이 반영되어 극전선 이북의 일본분지 중앙에 두께가 상대적으로 얇은 해역이 존재한

다 . 35 m ^{이상의 두께를 보이는 해역을 빗금으로 표시하}

였는데 한국 동해안쪽과 극전선 바로 남쪽 및 일본분지 북동쪽에서 두껍게 나타나 전체적으로 일본분지를 중심으 로 원형으로 분포한다 . ^{그러나 자료가 부족하여 표시할 수}

없는 북한 연안과는 달리 자료가 충분한 일본 혼슈 북쪽

해역 (39 ^o N, 139 ^o E) ^{에서는 두께가 얇아져 고염분의 중층수}

가 나타나는 일본분지 북동쪽 해역 (44 ^o N, 138 ^o E) ^{과 연결}

되지 않아 저염분의 중층수와 고염분의 중층수의 기원이

서로 다른 것을 암시한다 . ^{또한 두만강 남쪽} (42.0 ^o N,

131.5 ^o E) ^{에서 극전선 남쪽의 동해중층수 주축과 연결되는}

35~50 m ^{의 두께를 갖는 통로는 저염분의 동해중층수가}

한국연안 외에 다른 통로가 있음을 의미한다 . ^{이상과 같이}

포텐셜 밀도 27.2 ^{의 용존산소 및 겉보기산소활용과 동해}

중층수의 두께분포 등은 수심 , ^{온위 및 염분의 결과와 함}

께 Seung(1997) ^{의 해석적 계산결과와 비슷하게 전체적으}

로 시계반대방향 순환 분포를 보여주고 있다 .

5. 결 론

일본기상청 마이주루해양기상대 (Maizuru Marine Observ-

atory) ^{의 자료와 한국해양연구원의 해수특성 자료를 합하}

여 동해중층수의 일반적인 분포특성을 연구하였다 . ^등밀

도면의 해수특성분포를 나타내기 위해 모든 자료를 먼저 포텐셜 밀도를 기준으로 보간한 다음 수온 , ^염분 , ^용존산

소를 평균하였다 . ^{이 방법은 수심을 기준으로 평균하는 방}

법보다 염분최소층을 잘 보존하였다 . ^{동해중층수의 포텐}

셜 밀도 ( ^σ θ ) ^{의 범위는} 26.9~27.3 ^{으로 나타났으며} , ^{본 연구}

에서 대표치는 염분최소층의 특성이 가장 잘 나타나는

27.2 ^{로 정하였다} .

등밀도 ( ^σ θ = 27.2) ^{면의 수심은 극전선의 북쪽은} 150 m

보다 얕고 남쪽은 깊었으며 극전선을 따라서 수심이 급격 히 변하였다 . ^{수온은 북서쪽 해역에서 가장 낮았으며 동쪽}

으로 퍼져나가는 형상을 나타내었다 . ^{염분도 수온과 마찬}

가지로 북서쪽 저염의 해수가 남쪽과 동쪽으로 퍼져가는 형상을 보였으며 일본분지 북동쪽에는 고염의 중층수가 나타났다 . ^{용존산소는} 5.8~7.4 m ^l / ^{l의 범위였으며} , ^극전선

을 경계로 남쪽으로 가면서 급격히 감소하였다 . ^{고염의 중}

층수가 나타나는 해역은 울릉분지보다 용존산소가 높게 나타났다 . ^{겉보기 산소활용 값은 저염의 동해중층수의 기}

원해역으로 추정되는 동해 북서쪽 해역과 일본분지에서 가장 낮고 (0.4~0.6 m ^l / ^l ) ^{극전선에서 증가하여 울릉분지에}

서는 1.6~1.8 m ^l / ^l , ^{고염분의 중층수가 나타나는 해역에서}

1.0~1.2 m ^l / ^{l로 나타났다} . ^{따라서 고염분의 중층수 기원해}

역이 저염분의 중층수 기원해역과 다르다는 것을 의미한 다 . ^등밀도 ( ^σ θ ) 27.1 ^에서 27.2 ^{사이의 두께는 극전선 바로}

남쪽에서 두꺼웠으며 동쪽에서 서쪽으로 35 m ^{이상의 두}

께를 유지하고 있었고 한국연안에서도 두껍게 존재하였 다 . ^{전체적으로는 일본분지를 둘러싸고 있는 형태이나 고}

염분의 중층수가 나타나는 해역과는 연결되어 나타나지 않았다 . ^{또한 두만강 남쪽에서 극전선 남쪽의 주축과 연결}

되는 통로도 나타났다 . ^{포텐셜 밀도} 27.2 ^{의 해수특성분포}

를 통한 이상의 결과는 동해중층수가 동해 전체적으로 시 계반대방향의 순환을 하는 것을 암시하며 기존의 관측 및 수치실험 결과와 일치하였다 .

본 연구는 계절에 관계없이 전체를 평균하였으므로 관 측자료가 많은 여름철의 특성이 더 강하게 반영되었을 것 으로 추측되며 계절변화와 경년변화 그리고 기후변화에 대한 경향이 무시되었다 . ^{따라서 앞으로 동해중층수의 계}

절변화와 장기변동에 대하여 연구해야할 필요가 있다 .

사 사

본 논문을 검토하여 주시고 조언 아끼지 않은 김철호 박사와 익명의 심사자에게 감사드립니다 . ^{본 연구는 한국}

해양연구원 연구사업 (PE97604, PE97603, PP07401) ^{의 일}

부 지원으로 수행되었다 .

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Received Mar. 5, 2007 Accepted Mar. 21, 2007