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이학석사 학위논문

대한해협 저층냉수의 유입에 미치는 조석의 영향에 관한 수치실험

Numerical simulations of tidal effects on bottom cold water intrusion from the southwestern East Sea into the Korea Strait

지도교수 이 호 진

2014년 2월

한 국 해 양 대 학 교 대 학 원

해양생명환경학과

김 예 솔

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본 논문을 김예솔의 이학석사 학위논문으로 인준함.

위원장 공학박사 박 재 훈 (인) 위 원 이학박사 박 영 규 (인) 위 원 이학박사 이 호 진 (인)

2013년 12월 12일

한국해양대학교 대학원

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- i -

목 차

List of Tables··· ⅱ List of Figures··· ⅲ Abstract ··· ⅴ

1. 서 론 ··· 1

2. 모델 및 입력자료 2.1 모델개요 ··· 3

2.2 입력자료 ··· 5

3. 결 과 3.1 모델 검증 ··· 6

3.1.1 모델 안정화 ··· 6

3.1.2 조석 검증 ··· 11

3.1.3 조류 검증 ··· 14

3.2 대한해협 수온 및 유속에 미치는 조석의 효과 ··· 15

3.2.1 수평 수온 분포 ··· 15

3.2.2 연직 수온 분포 ··· 18

3.2.3 연직 유속 분포 ··· 24

3.3 저층냉수 유입에 미치는 주요 요인 ··· 30

3.3.1 주요 분조별 영향 ··· 30

3.3.2 지형효과 ··· 36

3.3.3 모델 해상도 ··· 39

4. 결 론 ··· 42

참고문헌 ··· 44

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List of Tables

Table 1. Differences of tidal amplitudes between ADCP data and TIDE CASE. ··· 12 Table 2. Differences of tidal phases between ADCP data and TIDE CASE.

··· 13 Table 3. Description of model cases. ··· 30

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- iii -

List of Figures

Fig. 1. Model domain and bathymetry. Shaded areas are deeper than 150 m. Solid triangles indicate ADCP mooring locations deployed by Teague et al.(2002). ··· 4 Fig. 2. Monthly-mean sea surface temperatures from model results. ···· 7 Fig. 3. Monthly-mean sea surface temperatures from AVHRR. ··· 8 Fig. 4. Monthly-averaged current vectors at 18 m depth from model

results. ··· 9 Fig. 5. Monthly averaged current vectors at 18 m depth from

observations adopted from Takikawa et al.(2005). ··· 10 Fig. 6. Tidal current ellipses of the four major tidal constituents. Red

solid line is for TIDE CASE and blue dashed line is for observations adopted from Book et al. (2004). ··· 14 Fig. 7. Horizontal sections of monthly mean temperatures at a depth of

100 m for TIDE CASE. ··· 16 Fig. 8. Same as Fig. 7 but for NOTIDE CASE. ··· 17 Fig. 9. Vertical sections of monthly mean temperature along solid line in

Fig. 1 for (a) TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE. ··· 19 Fig. 10. Vertical sections of the climatological monthly mean temperatures

from 1932 to 1942 (adopted from Kim et al., 2006). ··· 20 Fig. 11. Temperature variability as a function of depth and time for ((a)

TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE. ··· 22 Fig. 12. Vertical sections of temperature distribution along dashed line in

Fig. 1 for (a) TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE. ··· 23 Fig. 13. Monthly averaged velocities (cm/s) on the vertical section along

the ferry track from Feb 1997 to Aug 2002. The velocities are normal to the section, and positive velocities are toward the East Sea (adopted from Takikawa et al., 2005). ··· 25

(7)

Fig. 14 Monthly averaged velocities on the vertical section along the ferry track for TIDE CASE. The velocities are normal to the section, and positive velocities are toward the East Sea. ··· 26 Fig. 15. Same as in Fig. 14 but for NOTIDE CASE. ··· 27 Fig. 16. Same as in Fig. 14 but for difference between TIDE CASE and

NOTIDE CASE. ··· 29 Fig. 17. Vertical Temperature distribution of CASE 1 (snapshot in initial,

30th and 60th day respectively from left panel). ··· 32 Fig. 18. Same as in Fig. 17 but for CASE 2. ··· 32 Fig. 19. Same as in Fig. 17 but for CASE 3 ··· 32 Fig. 20. Internal tidal wave for 3 cases of model from 46 days to 60

days. ··· 33 Fig. 21. Vertical Temperature distribution of CASE 1 (snapshot in initial,

30th and 60th day respectively from left panel). ··· 35 Fig. 22. Same as in Fig. 21 but for CASE 2. ··· 35 Fig. 23. Same as in Fig. 21 but for CASE 3. ··· 35 Fig. 24. Model bathymetry for (a) CASE 1, (b) CASE 4. Shaded areas are

deeper than 125 m. ··· 36 Fig. 25. Vertical Temperature distribution of CASE 4 (snapshot in initial,

30th and 60th day respectively from left panel). ··· 38 Fig. 26. Internal tidal wave for CASE 4 from 46 days to 60 days. ··· 38 Fig. 27. 60th day snapshot of vertical Temperature distribution for four

cases of model having different resolution. ··· 40 Fig. 28. Internal tidal wave for four cases of model having different

resolution from 46 days to 60 days. ··· 41

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- v -

Numerical simulations of tidal effects on bottom cold water intrusion from the southwestern East Sea into

the Korea Strait

Yesol Kim

Division of Marine Environment and Bioscience,

Graduate School of Korea Maritime University, Busan 606-791, Korea

Abstract

The Korea Strait Bottom Cold Water (KSBCW) indicates lower than 10 ℃ of sea water observed in the Western Channel of the Korea Strait. The intrusion of KSBCW is maximum in Summer (August or September) and second maximum in Winter (December or January). However, its mechanism and origin is not revealed yet.

This study investigates mechanisms of KSBCW intrusion using 3-dimensional high resolution ocean circulation model and focuses on effects of tides. ROMS(Regional Ocean Model System 3.4 version) is used for ocean model and study area covers the Korea Strait and part of East Sea, 126.9-132°E and 33.3-36.5°N.

Two experimental cases(considering tides or not) were compared. It could be seen that results from experiment involving tides showed better agreement with the observed temperature and velocity. Tides act to enhance the intrusion of KSBCW.

Additionally, we study main factors to simulate KSBCW intrusion in

(9)

numerical ocean model. Firstly, we find semi-diurnal constituents (M2, S2) play important role in generating the intrusion of KSBCW. Because the amplitude of semi-diurnal tidal waves are larger than diurnal tidal wave(K1, O1), deep and cold water in the Ulleung Basin can flow into the Korea Strait. Secondly, numerical models need to exhibit bathymetry of the western channel trough to simulate KSBCW intrusion, which is associated with the resolution of model. After the cold waters in the Ulleung Basin cross over the Korea Strait shelf break, it flows along the Western Channel bottom slope.

(10)

1

제 1 장 서 론

대한해협은 우리나라 남동부와 일본 규슈사이에 있는 해협으로 동해 및 동중 국해로 연결된다. 대한해협의 너비는 약 180 km, 길이는 약 330 km이며 평균 수심은 약 100 m이다. 대한해협의 가운데에는 대마도가 위치하고 대마도 북동 쪽 부근을 기준으로 서수도와 동수도로 구분된다. 서수도와 동수도의 너비는 각각 40 km와 140 km이며 주로 서수도를 통하여 비교적 따뜻하고 염분이 높 은 대마난류수가 동해로 유입된다. 동수도는 평균 수심이 100 m 내외로 폭이 비교적 넓고 완만한 반면 상대적으로 경사가 급한 서수도에서는 수심 200 m이 상의 골 (trough)이 나타난다. 그리고 이 서수도 골의 바닥에서는 10 ℃ 이하의 찬물이 관측되며 이를 대한해협 저층냉수라 일컫는다.

대한해협에서는 1917년부터 시작하여 현재까지 오랜 기간 동안 해양조사가 수행되고 있으며 이에 따라 대한해협 저층냉수에 관한 많은 연구들이 이루어졌 다. Cho and Kim (1998)은 1991년 CTD 관측자료를 바탕으로 대한해협 저층냉 수에 대하여 연구하였으며 저층냉수는 8월에 가장 온도가 낮고 그 두께가 가장 두꺼워진다고 보고하였다. 그리고 일반적인 저층냉수의 두께는 20~50 m 정도이 며 연안에서 50 km 이내에 위치한다고 하였다. Yun et al. (2004)의 논문에서도 8월 또는 9월 경 대한해협 가장 깊은 곳의 바닥에서 최저 수온이 관측되며 대 한해협 대륙붕단 부근의 등수온선이 돔 형태를 띤다고 하였다. 그리고 Kim et al. (2006)은 저층냉수가 5월부터 1월까지 대한해협으로 흘러 들어가며 8월 또 는 9월에 그 온도가 가장 낮고 최대 유입이 일어난다고 하였다. 그러나 이전의 두 연구와는 달리 12월 또는 1월에는 두 번째 최저 수온 및 최대 유입이 나타 난다고 보고한 바 있다.

이외에도 대한해협 저층냉수에 관한 많은 연구들이 있으며 (김윤배, 2002; 김 일남과 이동섭, 2004; 민홍식 등, 2011; 조양기 등, 1997; Min et al., 2006; Shin

(11)

et al., 2006) 이상을 정리하면, 대한해협 저층냉수는 일반적으로 여름철인 8월 또는 9월에 최저 수온 및 최대 유입을 보인다. 그리고 대한해협 대륙붕단 부근 에서 등온선이 돔의 형태를 띠며 울릉분지로의 찬물이 대한해협으로 넘어오며 12월 또는 1월에는 두 번째 최대 유입이 일어난다.

하지만 대한해협 저층냉수의 기원 및 유입기작에 대해서는 아직까지도 명확 히 밝혀진 바가 없다. Lim and Chang (1969)은 울릉분지 내의 동해고유수로가 흘러 들어간 것이라고 주장하는 반면 Cho and Kim (1998)과 Kim et al. (1991) 은 염분 최소층의 물이 유입된 것이라고 하였다. 그러나 동해고유수와 염분 최 소층의 물을 뚜렷하게 구분 짓기는 힘들며 Min (1994)은 동해 연안을 따라 남 하하는 찬물에서 온 것이라 하였다. 그러나 대부분의 연구는 격월로 이루어진 관측을 바탕으로 수행되었기 때문에 저층냉수의 기원 및 메커니즘을 파악하기 에는 다소 어려움이 따를 것으로 보인다.

따라서 본 연구에서는 수치모형을 통해 대한해협 저층냉수의 유입기작에 대 하여 조사하였으며 그 중에서도 저층냉수의 유입에 미치는 조석의 효과에 초점 을 맞추어 연구하였다. 그 이유는 연구대상 해역인 대한해협은 조류와 해류의 크기가 비슷하게 존재하는 지역으로 해양에서 조류에 의한 혼합은 해수의 밀도 구조를 변화시키는 역할을 하므로(Lee et al., 2011) 결국 이 지역의 해류는 조 류에 의한 영향을 크게 받을 것이라 판단되기 때문이다.

이처럼 대한해협 저층냉수에 미치는 조석의 영향을 살펴보기 위하여 수치모 델의 개방경계에서 조석을 고려한 경우(TIDE CASE)와 조석을 고려하지 않은 경우(NOTIDE CASE)로 나누어 모델을 계산하였다. 조석 모델 검증을 위하여 TIDE CASE를 조화 분석하여 관측과 비교하였으며 TIDE CASE와 NOTIDE CASE의 결과를 비교․분석함으로써 대한해협 수온 및 유속에 미치는 조석의 효 과에 대하여 연구하였다. 더불어 저층냉수 유입에 미치는 주요 요인에 대하여 추가 수치 모형을 계산하여 살펴보았다.

(12)

3

제 2 장 모델 및 입력자료

2.1 모델개요

본 연구에서는 3차원 고해상도 해양 모델을 이용하여 대한해협 저층냉수를 모사하였다. 해양 모델은 The Regional Ocean Modeling System (ROMS) 3.4 version에 기초하였다. ROMS는 3차원 자유수면 원시방정식을 기본으로 하는 수 치모델로 정역학 근사와 부시네스크 근사를 이용한다. 수평격자는 Arakawa-C 격자 체계로 각 격자의 중심에서 밀도, 수심 등을 정의하고 각 격자의 좌우 방 향에서 유속의 U 성분을, 상하 방향에서 유속의 V 성분을 정의하여 계산한다 (Arakawa and Lamb, 1977). 수직격자는 S-좌표계 (stretched terrain -following coordinates)를 사용함으로써 다양한 지형의 표현이 가능하다 (Song and Haidvodel, 1994). S-좌표계는 수온약층이나 바닥 경계층과 같은 관심 영역의 해상도를 향상시킬 수 있어 지형에 강한 민감도를 보이는 압력구배오차를 줄일 수 있기 때문이다 (Shchepetkin and McWilliams, 2005).

모델 영역은 위도 33.3°N ~ 36.5°N, 경도 126.9°E ~ 132°E 로 대한해협 및 동해 일부 지역을 포함한다 (Fig. 1). 수평격자 간격은 1/108°로 약 1 km의 해상도를 가지며 수직격자는 20개의 층으로 설정하였다. 또한 혼합층을 잘 재 현하기 위하여 해표면 근처 격자의 해상도를 증가시켜 주었다.

연직 확산계수는 Mellor-Yamada 난류확산 모형 (Mellor and Yamada, 1982)을 이용하여 계산되며 수평 확산계수는 모델의 격자크기와 수평 전단속도에 따라 계수를 산정하는 Smagorinsky (1963)식으로 계산된다. 해표면에서의 열·염분 및 운동량 교환은 Fairall et al. (1996)의 Bulk Parameterization 방법을 이용하 여 계산한다. 이 방법은 바람에 의한 표층의 운동, 현열, 잠열 등의 요소를 이 용하여 열수지를 계산하는 방법이다.

(13)

Fig. 1. Model domain and bathymetry. Shaded areas are deeper than 150 m.

Solid triangles indicate ADCP mooring locations deployed by Teague et al.

(2002).

개방경계 조건으로 해수면 변위는 Chapman (1985) 조건, 수심 평균된 2차원 유속은 Flather (1976) 방사 (Radiation) 경계조건을 사용한다. 3차원 유속과 수 온·염분은 Marchesiello et al. (2001)의 방사경계 조건을 사용하여 계산한다.

수온과 염분의 경우에는 경계조건과 더불어 관측 값의 입력 (Nudging)을 함께 사용하며 Nudging 시간간격은 1일이다.

(14)

5

2.2 입력자료

모델에 입력된 수심 자료는 한국해양과학기술원의 30초 간격의 수심자료이며 모델 계산을 용이하게 하기 위하여 수심구배에 대한 보정을 하였다. 최소 수심 은 2 m로 설정하였으며, 최대 수심은 2020 m이다. 대기 강제력은 1/2°간격의 ECMWF (European Centre for Medium Weather Forecast) 예보 자료 중 12시 간 간격의 1999년 ~ 2008년 자료를 월 평균하여 사용하였다. 모델 수행에 사용 된 ECMWF 변수는 강우, 구름, 기온, 기압, 단파복사, 바람, 상대습도이다.

모델에서 고려한 강은 낙동강과 섬진강으로 국가수자원관리 종합정보시스템 (http://www.wamis.go.kr)에서 제공하는 자료 중 1999년부터 2008년까지의 강 유 량을 월 평균하여 사용하였다.

개방경계에서 입력되는 수온, 염분 및 유속자료는 1/15°간격의 해상도를 가 지는 큐슈 대학의 응용 역학 연구소의 실시간 북서태평양 해양예보 결과 중 2001~2010년 결과를 월 평균하여 입력하였다 (http://www.riam.kyusuhu-u.ac.jp).

모델의 초기조건은 개방경계에 입력되는 자료와 동일하며 그 중 월 평균된 1 월 자료를 이용하였다. 조석을 고려한 모델의 경우 Oregon 주립 대학에서 제공 하는 1/12°간격의 조석모델 결과 (OTIS Regional Tidal Solutions)를 개방경계에 서 입력해주었으며 총 10개 분조 (M2, S2, K1, O1, N2, K2, P1, Q1, M

f

, M

m

)를 포 함한다.

(15)

제 3 장 결 과

3.1 모델 검증

3.1.1 모델 안정화

대한해협 저층냉수를 재현하기에 앞서 모델 안정화를 위해 월 평균 대기 자 료를 이용하여 10년 간 시간 적분하였다. 이 후 모델 결과를 검증하기 위해 모 델에 의해 계산된 마지막 1년 동안의 표층 수온 및 해류를 관측 값과 비교하였 다.

Fig. 2와 Fig. 3은 각각 모델과 위성 관측된 표층 수온을 월 평균하여 나타낸 것이다. 이 때 사용된 위성 자료는 AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) Pathfinder Version 5 데이터로 4 km의 해상도를 가진다. 1월부터 4월까지는 두 결과에서 모두 대한해협에는 약 16 ℃의 해수가 존재하며 울릉분 지 부근에는 14 ℃이하의 물이 분포한다. 그러나 5월부터는 대한해협의 표층 수온이 AVHRR에 비하여 모델이 더 높게 계산되었으며 울릉분지에서는 오히려 낮게 모사되었다. 이러한 결과는 모델의 개방 경계에서 입력되는 수온 값이 위 성 관측 값에 비하여 낮기 때문이며 북쪽의 개방 경계부근을 제외하면 전반적 인 수온의 분포는 관측과 유사한 것으로 판단된다.

Fig. 4와 Fig. 5는 수심 18 m에서‘카멜리아호’의 ADCP 관측 단면에 수직한 유속성분을 비교하여 나타낸 것이다. 모델 유속 결과의 경우 관측에 비하여 우 리나라 연안 부근에서 유속의 세기가 다소 약하지만 모델과 관측결과에서 모두 서수도와 동수도의 가운데에서 유속이 가장 강하게 나타났다. 그리고 여름철에 그 세기가 가장 세지며 대마도의 북동쪽 부근에는 반류가 나타나는 것을 볼 수

(16)

7

Fig. 2. Monthly-mean sea surface temperatures from model results.

(17)

Fig. 3. Monthly-mean sea surface temperatures from AVHRR.

(18)

9

Fig. 4. Monthly-averaged current vectors at 18 m depth from model results.

(19)

Fig. 5. Monthly averaged current vectors at 18 m depth from observations adopted from Takikawa et al. (2005).

(20)

11 3.1.2 조석 검증

모델 안정화가 끝난 후에 개방경계에서 조석을 고려한 모델 (TIDE CASE)과 조석을 고려하지 않은 모델의 경우 (NOTIDE CASE)로 나누어 1년 간 모델을 수행하였으며 이때는 12시간 간격의 1999년 실시간 바람장을 고려하였다.

모델에서 재현된 조석 결과를 검증하기 위해 TIDE CASE의 조위와 조류결과 를 조화분석하여 관측과 비교하였다. 여기서 사용된 관측 값은 Fig. 1에서 검은 색 삼각형으로 표시한 총 12개의 ADCP 정점에서 측정되었으며 관측 기간은 1999년 5월부터 2000년 3월까지로 압력과 해류가 측정되었다. 다만 N1, S5, S6 정점에서는 장비 또는 데이터의 유실로 인하여 관측 기간이 상대적으로 짧다.

Fig. 2는 Book et al. (2004)에 의해 관측으로부터 계산된 4대 분조의 조위의 진폭과 위상을 모델 결과와 비교한 그림이다. 모델은 관측과 동일한 정점에서 1년 동안 계산된 해수면높이 결과를 분석한 것으로 그래프의 검은 실선에 가까 이 위치할수록 모델 결과와 관측 값이 일치하는 것을 의미한다. 4대 분조의 진 폭과 위상 값이 모두 그래프의 실선 위에 놓여있는 것으로 보아 모델에서 조석 이 잘 모사된 것으로 판단되며 모델과 관측 값의 차이를 정량적으로 비교하기 위하여 그 값을 Table 1과 Table 2에서 수치로 나타내었다.

진폭의 경우 대마도를 기준으로 남쪽에 위치한 S1~S6 정점에서 M2 분조의 진 폭의 크기는 모두 70 cm이상으로 4대 분조 중 가장 크게 계산되었으며 관측과 평균 오차는 약 2% 정도로 나타났다 (Table 1). S2 분조의 경우도 관측과의 오 차가 약 4%로 거의 일치하였으며 K1과 O1 분조의 경우 오차가 15%정도로 모델 이 관측에 비해 작게 모사되었다.

위상의 경우 N1 정점에서 모델에서 계산된 K1과 O1 분조가 관측에 비하여 각 각 18°와 15°작게 계산되었다 (Table 2). 이러한 결과는 N1 정점이 다른 정점 에 비하여 육지와 가장 가까이 위치해 있어 다소 오차가 많이 포함된 것으로 판단된다. 그러나 4대 분조의 관측과의 평균 오차는 3% 미만으로 관측과 거의 유사하므로 모델에서 조석이 실제와 가깝게 계산된 것으로 볼 수 있다.

(21)

M2 S2 K1 O1

모델(cm) 관측

(cm) 오차

(%) 모델

(cm) 관측

(cm) 오차

(%) 모델

(cm) 관측

(cm) 오차

(%) 모델

(cm) 관측

(cm) 오차 (%) S1 85.73 86.20 0.55 41.02 40.10 2.29 16.43 19.90 17.44 11.45 14.30 19.93 S2 79.50 80.10 0.75 38.26 37.50 2.03 15.34 18.40 16.63 10.88 13.30 18.20 S3 75.42 76.10 0.89 36.42 35.80 1.73 14.85 17.90 17.04 10.80 13.30 18.80 S4 72.78 73.90 1.52 35.20 34.80 1.15 14.86 17.80 16.52 11.19 13.60 17.72 S5 71.49 72.10 0.85 34.58 33.00 4.79 15.53 18.60 16.51 12.12 14.80 18.11 S6 71.20 72.90 2.33 34.36 34.30 0.17 16.64 20.00 16.80 13.41 16.10 16.71 N1 15.08 16.30 7.48 7.77 9.20 15.54 1.29 1.30 0.77 2.03 2.20 7.73 N2 17.27 17.10 0.99 8.93 9.30 3.98 0.77 1.00 23.00 1.99 2.30 13.48 N3 17.52 18.30 4.26 9.21 10.00 7.90 2.25 2.60 13.46 3.16 3.70 14.59 N4 19.25 19.90 3.27 10.00 10.70 6.54 3.65 4.30 15.12 4.41 5.10 13.53 N5 20.90 21.30 1.88 10.94 11.00 0.55 5.26 6.40 17.81 5.84 6.90 15.36

Table 1. Differences of tidal amplitudes between ADCP data and TIDE CASE.

(22)

13

M2 S2 K1 O1

모델(°) 관측

(°) 오차

(%) 모델

(°) 관측

(°) 오차

(%) 모델

(°) 관측

(°) 오차

(%) 모델

(°) 관측

(°) 오차 (%) S1 0.38 1.80 0.79 25.11 26.10 0.55 52.43 58.50 3.37 26.16 34.70 4.74 S2 359.77 0.90 0.63 24.32 25.20 0.49 59.70 65.80 3.39 35.46 44.10 4.80 S3 358.97 0.10 0.63 23.50 24.20 0.39 66.96 73.30 3.52 44.46 53.40 4.97 S4 358.19 359.00 0.45 22.66 23.30 0.36 74.19 80.20 3.34 52.84 61.30 4.70 S5 357.58 357.40 0.10 21.91 21.50 0.23 81.18 87.50 3.51 60.23 68.70 4.71 S6 356.87 358.00 0.63 21.14 22.20 0.59 87.27 93.40 3.41 66.17 74.70 4.74 N1 333.45 333.00 0.25 5.19 4.00 0.66 248.65 266.70 10.03 179.01 194.20 8.44 N2 342.93 344.00 0.59 12.28 12.70 0.23 208.17 206.50 0.93 160.43 171.10 5.93 N3 0.48 357.80 1.49 27.60 23.70 2.17 158.26 165.60 4.08 140.23 150.80 5.87 N4 9.72 7.20 1.40 35.46 31.20 2.37 154.79 160.50 3.17 135.60 144.40 4.89 N5 18.59 14.40 2.33 43.33 36.90 3.57 157.96 162.30 2.41 136.07 144.00 4.41 N6 26.82 23.90 1.62 50.62 45.00 3.12 161.93 166.30 2.43 137.91 144.90 3.88

Table 2. Differences of tidal phases between ADCP data and TIDE CASE.

(23)

Fig. 6. Tidal current ellipses of the four major tidal constituents. Red solid line is for TIDE CASE and blue dashed line is for observations adopted from

3.1.2 조류 검증

Fig. 3은 관측과 모델에서 계산된 조류의 크기와 방향을 비교하여 조류타원도 이다. 조석의 진폭과 마찬가지로 M2 분조의 조류의 크기가 가장 크게 나타났으 며 대부분의 정점에서 관측과 비교하였을 때 M2 분조의 장·단축의 오차는 1 cm/s 내외, 기울기의 차이는 3°미만으로 관측과 거의 일치하였다. 그리고 N1 정점에서 N6정점으로 갈수록 이심률이 증가하는 패턴도 잘 재현되었다. 다만 S6 정점에서 모델이 계산한 장축의 기울기와 단축의 길이가 다소 크게 모사되 었다. 그러나 모델이 모사한 주요 4대 분조의 조류타원을 관측과 비교하였을 때 장축 길이의 오차는 대부분 3 cm/s 미만이며 기울기의 오차는 5°미만으로 모델이 연구 대상해역의 조류를 잘 재현한 것으로 판단된다.

(24)

15

3.2 대한해협 수온 및 유속에 미치는 조석의 효과

3.2.1 수평 수온분포

김과 이(2004)에 의하면 대한해협 저층냉수의 두께는 약 20~30 m정도이며 수심 120 m부근에서 나타난다고 보고하였다. 이에 따라 모델에서 재현된 저층 냉수의 수평분포를 살펴보기 위하여 수심 100 m에서 월 평균한 수평 수온분포 를 나타내었다 (Fig. 7와 Fig. 8).

TIDE CASE는 울릉분지에서 연중 내내 상대적으로 차가운 10 ℃이하의 물이 분포하고 있다 (Fig. 7). 찬물의 분포 범위는 시간에 따라 변하며 5월부터 울릉 분지의 찬물이 연안을 따라 대한해협 서수도까지 이어진다. 이는 울릉분지의 찬물이 남하하여 대한해협 서수도로 유입된 것으로 판단된다. 또한 Kim et al.

(2006)이 5월부터 1월까지 저층냉수의 유입이 일어난다고 보고한 사실과도 일 치한다. 이 기간 중 찬물은 9월에 가장 넓게 분포하고 있으며 9월 이후부터 11 월까지는 연안을 따라 내려오는 찬물이 감소하였다가 12월에 다시 증가한다.

이는 9월과 12월에 저층냉수의 유입이 최대로 나타나는 관측과 관련이 있는 것 으로 보인다.

반면 NOTIDE CASE에서는 4월에서 6월 사이 울릉분지의 차가운 물이 대한해 협 서수도 골까지 내려온다 (Fig. 8). 하지만 관측에서 저층냉수의 유입이 일어 나는 시기와는 다소 차이가 있으며 이 기간을 제외하면 저층냉수의 유입이 일 어나지 않은 것으로 판단된다.

(25)

Fig. 7. Horizontal sections of monthly mean temperatures at a depth of 100 m for TIDE CASE.

(26)

17

Fig. 8. Same as Fig. 7 but for NOTIDE CASE.

(27)

3.2.2 연직 수온분포

Fig. 9은 대한해협을 가로지는 방향 (Fig. 1의 검은색 실선)을 따르는 월 평균 연직 수온분포를 비교한 그림이다. TIDE CASE (Fig. 9의 (a))와 NOTIDE CASE (Fig. 9의 (b)) 모두 연중 내내 10 ℃이하의 물이 바닥에 존재한다. 특히 TIDE CASE 결과에서는 8월과 12월에 연안을 따라서 저층냉수의 유입이 두드러지게 나타나며 그 온도도 4℃이하로 가장 낮게 모사되었다. 저층냉수의 두께는 8월 에 약 75 m정도로 가장 두꺼워진다. 조양기 등 (1997)에서는 저층냉수의 두께 는 수심에 따라 변하며 약 20~70 m 정도라 보고한 바 있으며 이러한 사실과 비교하였을 때 TIDE CASE에서 저층냉수의 두께가 다소 두껍게 재현된 것으로 판단된다. 반면 NOTIDE CASE에서는 냉수의 두께가 대부분 10 m정도로 관측에 비하여 상대적으로 매우 얕게 모사되어 오차가 다소 크게 나타났다.

Fig. 10은 Kim et al. (2006)에 의하여 1932년부터 1942년까지 장기간 수온 관 측 결과를 월 평균하여 나타낸 것이다. 여름철인 8월과 겨울철인 12월과 1월에 저층냉수의 유입이 많이 일어난 것으로 판단되며 8월의 저층냉수의 두께는 약 50 m정도이다. 그리고 같은 기간 동안 저층냉수는 연안에서 60 km 정도 떨어 진 곳까지 분포한다. 이러한 결과를 Fig. 9의 두 모델 결과와 비교하였을 때 TIDE CASE가 현실에 더 가까운 것으로 사료된다.

(28)

19

Fig. 9. Vertical sections of monthly mean temperature along solid line in Fig. 1 for (a) TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE.

(29)

Fig. 10. Vertical sections of the climatological monthly mean temperatures from 1932 to 1942 (adopted from Kim et al., 2006).

(30)

21

Fig. 11은 Fig. 1에서 검은색 별표로 표시한 정점에서의 수심과 시간에 따른 월 평균 수온 변화를 보여준다. 상단의 그림은 TIDE CASE이고 하단의 그림은 NOTIDE CASE 결과이다. 두 경우 모두 겨울철의 혼합층이 잘 모사되었으며 8~9월에는 표층수온이 약 25 ℃이상으로 가장 높게 나타났다. 하지만 이 기간 동안 TIDE CASE 에서는 바닥에서의 수온이 8 ℃이하로 표층에 비하여 상당히 낮게 나타났다. 이러한 결과는 Lim and Chang (1969)과 Yun et al. (2004)에서 언급한바와 같이 표층 수온이 가장 높아지는 9월에 바닥에서의 수온이 가장 낮 게 나타나는 사실과 일치한다. 그리고 12월 또는 1월에 저층냉수의 두 번째 최 대 유입이 일어나는 현상도 잘 재현되었다. 반면 NOTIDE CASE 결과에서는 오 히려 5~6월에 바닥의 수온이 가장 낮게 나타나 현실과는 다소 거리가 먼 것으 로 판단된다.

다음은 수심이 급격히 깊은 울릉분지로부터 차가운 물이 대한해협 서수도로 유입되는 과정을 보기 위하여 대한해협과 평행한 방향 (Fig. 1의 점선)을 따르 는 연직수온 분포를 나타내었다 (Fig. 12). 그림은 NOTIDE CASE에서 저층냉수 의 유입이 나타나는 4월에서 6월까지와 TIDE CASE에서 저층냉수의 유입이 두 드러지는 시기인 8, 9월과 12월의 월 평균 수온을 비교하였다. 4 ℃ 등수온선을 기준으로 보았을 때, TIDE CASE에서는 5월부터 저층냉수의 유입이 일어나는 것으로 보이며 특히 8월에는 대륙붕단 부근에서 등수온선이 볼록한 돔의 형태 를 띠고 있다.

반면 NOTIDE CASE에서는 6월에 찬물의 유입이 최대가 되며 이 때 등온선은 TIDE CASE에서 와는 달리 울릉분지내의 찬물이 증가하면서 넘어 온 것으로 보 인다. 또한 관측에서 저층냉수의 유입이 두드러지는 8,9월과 12월 동안은 저층 냉수가 넘어오지 않는 것으로 나타났다.

(31)

Fig. 11. Temperature variability as a function of depth and time for ((a) TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE.

(32)

23

Fig. 12. Vertical sections of temperature distribution along dashed line in Fig. 1 for (a) TIDE CASE and (b) NOTIDE CASE.

(33)

3.2.3 연직 유속분포

Fig. 13은 Takikawa et al. (2005)의 논문에서 발췌한 것으로

카멜리아

호의 ADCP 관측 단면을 따르는 월 평균 유속성분을 나타낸 그림이다. 관측은 1997 년 2월부터 2002년 8월까지 이루어졌으며 그림은 관측 단면에 수직한 유속성분 을 나타낸 것으로 양의 값은 대한해협에서 동해로 유입되는 것을 의미한다. 대 한해협 서수도의 표층에서는 북동쪽을 향하는 대마난류가 지나 동해로 유입된 다. 반면 서수도의 깊은 골에서 나타나는 저층냉수의 흐름은 표층과는 반대로 남서방향으로 흐르는 반류의 형태를 띤다. 저층냉수의 유속은 2월에서 4월 사 이에 가장 약하며 시간이 지날수록 점점 증가하여 8월과 9월에 가장 빨라지며 반류가 나타나는 지역의 범위도 가장 넓다. 이후 11월까지 반류의 세기가 점점 약해지다가 12월에 다시 증가하는 것을 볼 수 있다. 이는 저층냉수의 유입이 최대가 되는 시기와 일치하므로 유입이 가장 많이 일어날 때 그 유속도 가장 빠르게 나타나는 것을 알 수 있다.

Fig. 14은 TIDE CASE의 연직 유속분포로 Fig. 13과 동일한 지역에서의 유속 을 보여준다. 1년 내내 서수도 골에서 반류가 존재하며 우리나라 연안에 치우 쳐 발달한 것을 볼 수 있다. 4월에는 반류의 세기와 반류가 나타나는 지역의 범위가 가장 작았으며 이후 7월 까지는 반류의 세기 점점 강해진다. 8월 또는 9월에는 저층냉수의 유입이 최대가 되는 시기이나 7월에 비하여 반류의 세기가 다소 감소하였지만 반류가 나타나는 지역은 가장 넓게 확대되었다. 이후 11월 까지는 반류의 유속이 점점 감소하다가 12월에 다시 증가하는 것으로 보아 대 한해협 저층냉수의 두 번째 최대 유입이 일어난 것으로 사료된다. 이러한 특징 은 Fig. 13의 관측 결과와도 잘 일치한다.

반면 NOTIDE CASE에서는 전반적으로 반류의 흐름의 세기가 0.1 m/s 이하로 관측에 비하여 약하게 나타났다 (Fig. 15). 5월에는 반류가 우리나라 연안 쪽을 따라 약 50 m 깊이까지 올라왔으나 5월의 관측결과에서는 약 수심 150 m 보다 깊은 지역까지 나타나는 것으로 차이가 크게 모사되었다. 또한 저층냉수의 유 입이 최대가 되는 9월에는 반류의 분포 지역이 매우 좁으며 유속도 약 0.05

(34)

25

Fig. 13. Monthly averaged velocities (cm/s) on the vertical section along the ferry track from Feb 1997 to Aug 2002. The velocities are normal to the

section, and positive velocities are toward the East Sea (adopted from Takikawa et al., 2005).

(35)

Fig. 14. Monthly averaged velocities on the vertical section along the ferry track for TIDE CASE. The velocities are normal to the section, and positive

(36)

27

Fig. 15. Same as in Fig. 14 but for NOTIDE CASE.

(37)

Fig. 16은 Fig. 14과 Fig. 15의 유속 차이를 정량적으로 살펴보기 위하여 TIDE CASE에서 NOTIDE CASE의 유속분포를 뺀 것이다. 4월을 제외하면 TIDE CASE 에서는 서수도 골의 반류가 연중 내내 NOTIDE CASE보다 강하게 나타났다. 특 히 여름철인 7월부터 9월까지 그 차이가 가장 크게 계산되었으며 서수도의 표 층에서 동해로 유입되는 흐름의 세기도 TIDE CASE에서 더 빠른 것으로 나타났 다.

지금까지 TIDE CASE와 NOTIDE CASE의 수온 및 유속을 비교한 결과 조석을 고려한 경우가 관측에 훨씬 가깝게 나타났다. 따라서 조석이 저층냉수 유입을 강화시키는 주요한 메커니즘 중 하나로 판단되며 다음 장에서는 조석의 영향을 구체적으로 살펴보기 위하여 저층냉수 유입에 미치는 주요 분조 및 그 외의 요 인에 대하여 연구하였다.

(38)

29

Fig. 16. Same as in Fig. 14 but for difference between TIDE CASE and NOTIDE CASE.

(39)

3.3 저층냉수 유입에 미치는 주요 요인

3.3.1 주요 분조별 영향

저층냉수 유입에 미치는 주요 요인 중 조석에 의한 효과를 좀 더 자세히 살 펴보기 위하여 먼저 주요 분조별로 나누어 추가적으로 모델을 수행하였다. 모 델은 각각 주요 4대 분조 (M2, S2, K1, O1), 반일주기 분조 (M2, S2), 일주기 분조 (K1, O1)를 포함하는 3가지 경우로 나누어 2달간 실시하였다. 각각의 경우는 앞 에서부터 CASE 1에서부터 CASE 3까지로 정하였으며 아래에서 표로 다시 한 번 정리하였다 (Table 3).

추가로 수행된 모델에서는 해류와 외력에 의한 영향은 배제하고 조석에 의한 효과만을 보기 위하여 개방경계에서는 해류를 해표면에서는 바람을 고려하지 않았다. 또한 초기조건 및 개방경계의 수온·염분 자료는 기존의 큐슈대학의 응용 역학 연구소의 실시간 북서태평양 해양예보 결과 중 울릉분지 내의 2001 부터 2010년 까지 결과를 연 평균하여 모델 전 영역에 수평으로 균일하게 입력 해주었다.

Fig. 17~19는 모델의 케이스에 따른 수온 결과로 Fig. 1의 점선을 따르는 연 직수온 분포를 시간에 따라 나타낸 것이다. CASE 1~3의 초기 수온 분포를 살 펴보면 10 ℃이하의 찬물이 수심 120 m보다 깊은 울릉분지와 대한해협 서수도 에 존재하며 모두 동일한 초기 조건임을 확인할 수 있다.

모델 모델에 포함된 분조

CASE 1 4대 분조 포함 (M2, S2, K1, O1) CASE 2 반일주기 분조 포함 (M2, S2) CASE 3 일주기 분조 포함 (K1, O1) Table 3. Description of model cases.

(40)

31

이후 30일 째 CASE 1의 결과에서는 기존에 대한해협에 존재하던 찬물이 감 소하고 울릉분지의 찬물이 상대적으로 주변의 수심보다 얕은 대륙붕단 부근에 서 볼록한 돔의 형태를 띠며 수심 100 m 정도까지 올라온다 (Fig. 17). 또한 중 간 과정의 그림은 생략하였으나 시간이 지날수록 대륙붕단을 넘어 대한해협으 로 유입되는 찬물의 양이 증가하며 마지막 60일 째의 결과에서는 찬물이 대한 해협으로 완전히 넘어 온 것을 볼 수 있다.

CASE 2에서도 30일 째부터 울릉분지의 찬물이 대한해협으로 유입되며 60일 째에도 여전히 찬물의 유입이 일어나지만 유입량은 CASE 1에 비하여 적다 (Fig. 18). 반면 CASE 3은 찬물이 유입되지 않으며 시간에 따른 수온 구조에 변 화가 거의 없어 초기 수온과 60일 째 수온 분포가 거의 비슷하게 나타났다 (Fig. 19).

위의 3가지 케이스의 모델 결과를 정리하면 울릉분지의 찬물이 대한해협으로 유입된 경우는 CASE 1과 CASE 2로 이 두 모델에서 공통적으로 포함된 분조는 반일주기 분조 (M2, S2)이다. 그러나 CASE 3에서는 시간에 따른 수온 분포가 거 의 변하지 않으므로 연직 혼합이 거의 일어나지 않아 찬물이 유입되지 못한 것 으로 추측된다.

이를 뒷받침하기 위해 분조에 따른 내부 조석파의 크기를 비교하였다. Fig.

20은 대륙붕단 부근의 정점 (129.95°E, 35.60°N)에서 계산된 수온의 변위를 시간에 따라 나타낸 것으로 그림은 46일 째부터 모델의 마지막 계산 시간인 60 일 째까지 14일 동안의 케이스별 모델 결과를 1시간 간격으로 보여준다.

3가지 케이스의 모델에서 모두 대조기와 소조기가 나타나며 CASE 1과 CASE 2에서는 그 구별이 뚜렷해진다. 특히 대조기 때는 CASE 1과 CASE 2에서 10

℃ 등온선이 수심 100 m부근까지 올라왔으며 내부 조석파의 크기는 약 50 m이 다. 대한해협 대륙붕단의 깊이가 약 120 m이므로 울릉분지의 찬물이 대륙붕단 보다 얕은 지역으로 넘어와 대한해협 서수도로 유입된 것으로 추측된다.

반면 일주기 조석만 포함된 CASE 3에서는 10 ℃의 등수온선이 항상 120 m 보다 깊은 곳에 위치하여 찬물이 대륙붕단보다 얕은 곳까지 올라오지 못한 것 으로 보인다. 또한 내부파의 진폭도 10 m이하로 가장 작게 나타났다.

(41)

Fig. 17. Vertical Temperature distribution of CASE 1 (snapshot in initial, 30th and 60th day respectively from left panel).

Fig. 18. Same as in Fig. 17 but for CASE 2

.

Fig. 19. Same as in Fig. 17 but for CASE 3

.

(42)

33

Fig. 20. Internal tidal wave for 3 cases of model from 46 days to 60 days.

(43)

Fig. 21~23은 대한해협 서수도를 가로지르는 방향 (Fig. 1의 검은 실선)을 따르 는 연직수온 분포로 각각 초기 수온 및 30일, 60일째 수온 결과를 모델의 케이 스 별로 나타낸 그림이다.

3가지 케이스 모델의 초기수온 분포에서는 바닥에서 10 ℃이하의 찬물이 동 일하게 존재한다. 그러나 30일이 지난 후 CASE 1에서는 초기에 존재하던 바닥 의 찬물이 더 이상 보이지 않으며 60일 째 다시 나타난 것을 볼 수 있다. 이 때 60일 째 보이는 찬물은 Fig. 10의 관측결과와 유사하게 연안을 따라서 분포 하며 Fig. 17의 CASE 1에서 보여주는 바와 같이 울릉분지로부터 대한해협으로 유입된 찬물이 나타난 것으로 추측된다.

CASE 2에서는 30일 째 그림에서 기존의 찬물이 아직 남아있는 것처럼 보인 다. 그러나 중간 과정의 그림은 생략하였으나 바닥에서의 찬물은 약 20일 이후 부터 감소하다가 30일 경부터 다시 증가한 것으로 Fig. 18의 30일째 결과에서 저층냉수의 유입이 일어난 것과 관련 있는 것으로 보인다.

반면 CASE 3에서 모델을 수행한 60일 내내 바닥에 찬물이 존재하며 이는 울 릉분지로부터 유입된 것이 아니라 처음부터 존재하던 찬물이 그대로 머물러 있 는 것으로 Fig. 19에서도 확인할 수 있다.

이와 같이 각 분조별로 나누어 실시한 수치 모델 결과를 비교․분석한 결과, 반일주기 조석이 포함되었을 때 대한해협으로 저층냉수의 유입이 일어나는 것 을 확인 할 수 있다. 그 이유는 반일주기가 가지는 내부 조석파의 크기가 일주 기 내부 조석파에 비하여 훨씬 크기 때문에 울릉분지의 찬물이 주변보다 수심 이 얕은 대한해협 대륙붕단을 넘어올 수 있었다.

(44)

35

Fig. 22. Same as in Fig. 21 but for CASE 2

.

Fig. 23. Same as in Fig. 21 but for CASE 3

.

Fig. 21. Vertical Temperature distribution of CASE 1 (snapshot in initial, 30th and 60th day respectively from left panel).

(45)

Fig. 24. Model bathymetry for (a) CASE 1, (b) CASE 4. Shaded areas are deeper than 125 m.

3.3.2 지형 효과

저층냉수 유입에 미치는 주요 요인 중 두 번째로 고려한 것은 지형 효과이 다. 대한해협 저층냉수의 유입이 일어나는 서수도의 골은 바닥의 경사가 가파 르며 수심이 급격히 깊어지는 지형적 특징을 가지고 있기 때문이다. 만약 반일 주기 조석에 의한 효과를 포함하더라도 서수도의 지형적 특징을 배제한다면 저 층냉수의 유입은 여전히 일어날 것인가?

이에 대한 해답을 얻기 위해 CASE 1에서 수심을 제외한 모든 조건을 동일하 게 설정한 후 수치 모형을 수행하였으며 CASE 4라 정하였다. CASE 4의 수심 은 대한해협에서 125 m보다 깊은 지역의 수심을 모두 125 m의 깊이가 되도록 임의로 수정해주었다. Fig. 24는 기존에 수행된 모델의 수심도와 CASE 4의 수 심도를 비교하여 보여준다. 회색으로 표시된 영역은 수심 125 m보다 깊은 지역 으로 원래의 서수도 골이 더 이상 나타나지 않고 편평하게 바뀐 것을 볼 수 있 다.

(46)

37

Fig. 25는 Fig. 17의 그림 조건과 동일한 것으로 CASE 1에서는 대륙붕단의 수 심이 주변보다 약간 얕고 볼록한 형태의 지형을 띠고 있지만 CASE 4에서는 대 한해협 대륙붕단에서 서수도 골까지의 수심이 거의 일정하게 바뀌었다.

그 결과 60일이 지난 후에도 울릉분지의 찬물은 대한해협으로 유입되지 않았 다. 그러나 내부 조석파의 크기는 CASE 1과 비교하여 거의 유사하며 10 ℃의 등온선도 대륙붕단보다 얕은 수심 100 m 부근까지 올라온다 (Fig. 25). 그럼에 도 불구하고 저층냉수의 유입이 일어나지 않는 이유는 서수도의 바닥면이 완만 하여 대륙붕단을 넘어온 찬물이 바닥 경사면을 따라 이동하지 못한 것이라 추 측된다.

CASE 1과 CASE 4의 모델의 조건은 대한해협의 수심에 대한 차이 밖에 없 는 것으로 보아 모델에서 대한해협 저층냉수의 유입을 재현하기 위해서는 서수 도의 골을 재현해내는 것, 즉 지형 또한 중요한 역할이 될 수 있음을 확인할 수 있다.

(47)

Fig. 25. Vertical Temperature distribution of CASE 4 (snapshot in initial, 30th and 60th day respectively from left panel).

Fig. 26. Internal tidal wave for CASE 4 from 46 days to 60 days.

(48)

39 3.3.3 모델 해상도

수치 모형에서 모사되는 지형을 실제에 가깝게 담아내는 것은 모델이 가지는 해상도에 의해 크게 좌우된다. 모델의 해상도가 낮을수록 실제 지형을 모사하 는데 한계가 따르며 본 연구에는 1/108°간격의 고해상도 모델을 사용함으로써 대한해협 저층냉수의 유입을 재현해 내는 것이 가능하였을 것으로 판단된다.

3.3.3절에서는 앞 절에서 살펴본 지형효과에서 나아가 모델의 해상도에 따른 지형 및 대한해협 저층냉수 유입의 재현에 대해 살펴보겠다. 기존에 1/108°의 해상도를 가지는 CASE 1을 기준으로 하여 1/54°, 1/36°, 1/12°의 해상도를 가지는 모델을 추가적으로 수행하였다. 모델은 CASE 1과 마찬가지로 모두 4대 분조를 고려해주었으며 개방경계 및 초기조건 또한 모델과 동일하다.

Fig. 27은 서로 다른 해상도를 가지는 모델의 마지막 60일 째 수온 결과를 비 교한 것으로 해상도에 따라 모델의 수심에도 약간씩 차이가 있는 것을 볼 수 있다. 특히 1/12°해상도 모델의 경우 CASE 4와 지형이 거의 유사하다. 이는 모델의 격자를 구성하는 중 왜곡이 발생할 수 있는 평활화(smoothing) 과정을 거치지 않은 경우에서도 CASE 4의 지형과 차이가 거의 없다. 60일 째 수온 결 과에서 울릉분지의 찬물이 대한해협으로 넘어온 경우는 1/108°와 1/54°모델 의 경우이다. 반면 1/36°모델의 경우 서수도 골의 모사되었음에도 불구하고 저 층냉수의 유입은 일어나지 않았다.

이러한 결과를 Fig. 28의 내부조석파의 크기와 관련지어 살펴보았다. 우선 내 부조석파의 크기는 모델의 해상도가 높을수록 약간씩 커지지만 모두 동일하게 4대 분조를 포함하므로 거의 유사한 크기를 가진다. 그러나 10 ℃ 등수온선을 기준으로 보았을 때 등수온선이 나타나는 깊이는 1/12°모델을 제외하면 해상 도가 낮을수록 깊어진다. 이로 인하여 1/36°모델에서 대한해협 저층냉수의 유 입이 모사되지 못한 것으로 보인다. 다만 1/12°모델에서는 동일한 정점에서 수 심 또한 얕게 모사되어 10 ℃ 등수온선이 100 m보다 얕은 곳까지 올라왔으나 서수도의 바닥 경사면이 재현되지 않아 찬물이 서수도로 유입되지는 않는다.

이는 Fig. 25에서 보여준 결과와 같은 이유로 여겨진다.

(49)

Fig. 27. 60th day snapshot of vertical Temperature distribution for four cases of model having different resolution.

(50)

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Fig. 28. Internal tidal wave for four cases of model having different resolution from 46 days to 60 days.

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제 4 장 결 론

본 연구에서는 3차원 고해상도 해양순환모델을 이용하여 대한해협 저층냉수 의 유입에 미치는 조석의 효과 및 주요 요인에 대하여 연구하였다. 대한해협 저층냉수는 여름철인 8월 또는 9월에 그 유입이 최대가 되고 온도도 가장 낮아 진다. 그리고 겨울철인 12월 또는 1월에 두 번째 최대 유입을 보이기도 한다.

본 연구에서 수행한 모델 중 개방경계에서 조석을 고려한 경우 관측과 유사 한 계절 변동성을 보이며 조석을 고려하지 않은 모델 결과와 비교하였을 때 대 한해협의 수온 및 유속을 관측에 훨씬 가깝게 모사하였다. 조석모델에서 재현 된 저층냉수는 여름철인 8~9월과 겨울철인 12월에 저층냉수의 최대 유입을 보 이며 그 온도도 가장 낮게 나타났다. 이러한 특징은 관측 결과와도 잘 일치하 며 조석이 대한해협 저층냉수의 유입을 강화시키는 메커니즘 중 하나로 사료된 다.

나아가 저층냉수의 유입에 미치는 주요 요인에 대하여 검토하였다. 첫 번째 로 조석의 효과를 좀 더 자세히 살펴보기 위하여 4대 분조 (M2, S2, K1, O1), 일 주기 분조 (K1, O1), 반일주기 분조 (M2, S2)를 포함하는 경우로 나누어 조석모델 을 실시한 결과 반일주기 분조를 포함하는 경우에만 대한해협 저층냉수의 유입 이 재현되었다. 이는 반일 주기 내부 조석파의 크기가 일주기 내부 조석파에 비하여 훨씬 크기 때문에 울릉분지의 찬물이 대한해협으로 넘어올 수 있었다.

두 번째로 지형 효과를 조사하기 위하여 모델에서 서수도의 골을 편평하게 수정하여 모델을 실시하였으며 이 경우에는 반일주기 조석을 포함하더라도 저 층냉수의 유입이 재현되지 않았다. 실제 서수도는 수심이 가파르지만 모델에서 지형이 완만하도록 왜곡되어 울릉분지로부터 넘어온 찬물이 바닥 경사면을 따

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나아가 모델에서 실제 지형을 모사하는 것은 모델 해상도와도 직접적인 관련 이 있으므로 서로 다른 해상도를 가지는 수치 실험을 실시하여 모델의 해상도 가 저층냉수의 유입을 재현하는데 미치는 영향을 살펴보았다. 모델은 각각 1/108°, 1/54°, 1/36°, 1/12°의 해상도를 4가지의 경우로 나누어 수행되었으 며 그 결과 1/54°이상의 해상도를 가지는 모델의 경우에만 대한해협 저층냉수 가 모사되었다. 이와 같이 수치모형을 이용하여 대한해협 저층냉수를 모사하기 위해서는 모델의 해상도를 신중히 고려하여 수행해야 할 것이다.

향후 연구에서는 개방경계 조건의 민감도 분석을 통해 조석 모델의 저층냉수 의 유입이 관측에 비하여 다소 과장되어 모사된 점을 개선할 예정이다. 또한 대한해협 저층냉수가 계절변동성을 가지는 원인에 대해서도 추가 연구가 필요 할 것으로 판단된다. 동시에 저층냉수의 유입을 강화시키는 반일주기 조석의 계절 변동성과의 관련성을 찾는다면 대한해협 저층냉수의 유입에 관한 기원을 좀 더 명확히 제시할 수 있는 계기가 될 것이다.

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