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2006~2010 년 기간 동안 대한해협 서수도에서 관측된 해수 물성의 변동
민홍식
1*·박재훈
1·최아라
2·박영규
1·신경순
3·장풍국
31한국해양연구원 기후·연안재해연구부 (426-744) 경기도 안산시 상록구 해안로 787
2과학기술연합대학원대학교 해양환경시스템과학과 (305-350) 대전광역시 유성구 가정로 217
3한국해양연구원 남해분원
(656-830) 경상남도 거제시 장목면 장목1길 41
Observation of Water Property Variations in the Western Channel of the Korea Strait During 2006-2010
Hong Sik Min
1*, Jae Hun Park
1, A-Ra Choi
2, Young-Gyu Park
1, Kyoungsoon Shin
3, and Pung-Guk Jang
31
Climate Change & Coastal Disaster Research Department, KORDI Ansan P.O. Box 29, Seoul 425-600, Korea
2
Marine Environmental System Science, UST Daejeon 305-350, Korea
3
South Sea Branch, KORDI Geoje 656-830, Korea
Abstract : Seasonal to inter-annual variations of water properties in the western channel of the Korea Strait are investigated using quasi-monthly hydrographic observations collected during 2006-2010. Weak vertical temperature and salinity gradients are observed during the winter months and these remain until May. At the upper layer, temperature increases from March and reaches a maximum in August, while salinity decreases during the same period. Near-bottom water shows low temperatures during late winter and fall with a minimum peak in September. Korea Strait Bottom Cold Water produces thick layers (>20 m) in 2006 and 2010, while it is observed very near the bottom with relatively high temperature in 2008 and 2009.
Key words : Korea Strait, Korea Strait Bottom Cold Water, hydrographic observation, interannual variation, western channel
1. 서 론
동해의해수물성의특징은극전선을경계로 확연하게 대비되어북쪽의냉수역과남쪽의난수역으로나뉜다
.
울릉분지와야마토분지가포함되는 난수역의해양환경은 대마난류의경로와 대마난류수의 분포에의해크게 좌우 된다
.
동중국해로부터동해로유입되는대마난류수의이동통로인대한해협은대마도를경계로 동수도와서수도
로나뉜다
.
동수도는120 m
보다얕음에비해서수도의깊은골에서는그수심이
200 m
에이른다(Fig. 1).
대마난류*Corresponding author. E-mail : [email protected]
Fig. 1. Hydrographic station (solid circle) and bottom topography of the Korea Strait. Areas deeper than 140 m are shaded
Fig. 2. Temperature profiles for the period of weak stratification (December~May); a) 2006, b) 2007, c) 2008, d) 2009,
e) 2010
수를수송하는대마난류는동수도를통과하는지서수도를 통과하는지에따라그경로가다르다
.
동수도를통과하는대마난류는일본의북서해안을따라흐르지만서수도를 통과하는대마난류는대마도북쪽에서 일부가동쪽으로 흐르는 것을제외하면 대부분 울릉분지 쪽으로 흐른다
(Teague et al. 2002
의Fig. 6, Takikawa et al. 2005
의Fig.
2).
따라서울릉분지의상층부해양환경은대한해협서수도를통과하여유입되는 대마난류수의분포에의해좌우 된다
.
대마난류의지류인동한난류는울릉분지에 대마난류수 를공급하는주된해류로서그형성이대한해협서수도에 나타나는냉수의구조에의해지배를받는것으로보고되 었다
(Isobe 1997; Cho and Kim 2000).
대한해협 서수도에서따뜻한대마난류수 아래에존재하는이 대한해협저
층냉수는 여러 연구의 관심 주제였다
(Lim and Chang
1969; Cho and Kim 1998; Johnson and Teague 2002; Na
et al. 2010).
대한해협저층냉수는 여름에 가장많이확장되고그수온도여름에가장낮다는보고
(Lim and Chang
1969)
가있는반면Johnson and Teague (2002)
는1999
년5
월~2000
년3
월동안관측된바닥수온자료에서대한해협저층냉수가여름에가장 발달하고겨울에 약한연변화 는보이지않았고대신
5
월~6
월과12
월~1
월에대한해협저층냉수의지속적인관입이있었다고보고했다
.
그러나Johnson and Teague (2002)
의주장은1
년도되지않는짧은기간의관측을토대로한것으로여러해동안관측한 결과에서보이는 평균적인대한해협저층냉수의 변동과는 거리가있다
.
대다수의대한해협저층냉수에대한연구가격월로관측된자료를바탕으로한것에비해
Min et al.
(2006)
은1982
년~1992
년의11
년동안해저케이블로매월관측된바닥수온을분석하여서수도의바닥수온이평균적 으로
4
월무렵에하강하기 시작하여9
월무렵에최소가됨을밝혔다
. Min et al. (2006)
은4
월~9
월동안보이는바닥수온의하강외에
11
월경에보이는하강을근거로대한해협저층냉수가여름에만발달하지않고겨울에도다시 발달한다고주장하였다
. Kim et al. (2006)
은 대한해협저층냉수의계절변화를대한해협에서보이는해류의순압 성분과경압성분의변화와연관지었다
.
즉대한해협저층냉수가여름에발달하는것은남서향경압성분이여름에 최대인점과관련이있는것으로해석하였고성층이약한 겨울에대한해협저층냉수가다시발달하는것은대마난류 의수송량이최소인점과관련된순압적반응으로해석하 였다
.
이제까지의대한해협저층냉수에 대한연구는 월변화를 분석하기에부족한격월로수행된정선 관측자료를이용 한연구가대부분이었다
.
이에비해Min et al. (2006)
이나Johnson and Teague (2002)
가이용한바닥수온자료는시간간격이조밀하여대한해협저층냉수의 수온의시간 변 화를세밀하게분석하는데이용될수있지만대한해협저 층냉수의두께등구조에대한정보를제공하지못한다
.
이연구에서는
2006
년부터2010
년까지격월간격보다시간적으로조밀하게관측한자료를분석하여대한해협저층 냉수의시간적변화와수직구조를조사하였다
.
그리고울릉분지상층의해수물성과깊은연관이있는대한해협 서수도로유입되는대마난류수의물성도조사하였다
. 2. 결 과
이연구에서는대한해협서수도의깊은골의서쪽사면 에해당하는위치
(Fig. 1
의●)
에서2006
년3
월부터2010
년
11
월까지5
년 동안CTD (SBE 911plus)
를 이용하여관측한해수물성자료를이용하였다
.
관측점의수심은약110 m
이며CTD
를100 m
보다깊게내려CTD
와바닥과의거리가
10 m
이하가되도록바닥 가까이까지관측하였다
.
관측간격은격월보다조밀하도록한달에1
회이상관측하였으나
2006
년12
월, 2008
년2
월과11
월~12
월, 2009
년2
월~3
월과7
월, 2010
년5
월과8
월에는관측을하지못하였다
.
관측된자료는CTD
후처리과정(Kim et al.
2000;
최등2010)
을거쳤으나2008
년1
월관측자료는CTD
이상으로인해 후처리과정을통해서도자료의질이개선되지않아 분석에서제외하였다
.
12월~5월의 수온·염분구조
대부분해에서
5
월까지는표층부터바닥까지수온의차이가크지않았고염분도표층에저염수가나타나는여름 에비해서연직차이가크지않았다
(Fig. 2, Fig. 3). 12
월관측은
2007
년에2
회(6
일, 20
일), 2009
년에1
회(22
일)
수행되었다
. 2007
년12
월6
일관측에서는표층부터약55 m
까지수온과염분이일정한구조가보였고
75 m
아래에서 다시수온과 염분이 일정한 구조가 보였다
. 2007
년12
월20
일에는수온과염분이일정한층이14
일전인6
일보다깊게 표층부터약
95 m
까지 나타났으며그수온은16.8
oC
로1
oC
정도낮았다.
또한6
일관측에서는보이지않았던구조인바닥근처
95 m
아래에서바닥까지 수온이 낮아지고 염분이 증가하는 구조가 보였다
. 2009
년12
월22
일에는표층부터50 m
까지수온이약17.7
oC,
염분이
34.4
인 매우 균일한 해수가 존재하였고 그 아래로수심이증가할수록수온과염분이감소하는 구조가나타 났다
.
1
월에관측이수행된2007
년, 2009
년, 2010
년에표층의수온은
16
oC
이하이고바닥수온은12
oC
이상으로연직수온차이가
4
oC
이하였다.
위3
년중에는2007
년1
월의표층수온이
15
oC
이하로가장낮았다.
특히, 2007
년1
월에는관측이
2
회(10
일, 18
일)
수행되었는데1
월10
일에는수온이표층부터 약
60 m
까지14.7
oC
로 거의일정하고그아래에서는깊어질수록약간감소하는구조가보였다
. 1
월18
일의 수온은 표층부터60 m
까지는1
월10
일(8
일전
)
의수온과거의동일하지만60 m
아래에서는수온이더 감소하여 바닥에서 약
12
oC
였다.
염분은 표층에서60 m
까지는약34.1
로1
월10
일과18
일에거의같았으나1
월10
일에는60 m
아래의 염분이 상층보다 약간 낮은반면
1
월18
일에는60 m
부근을경계로하층의염분이34
이하로상층과하층의차이가더뚜렷해졌다. 1
월10
일과
18
일의수온과염분이60 m
위에서는같지만60 m
아래에서는다르고
, 1
월18
일의수온과염분구조가60 m
를경계로
2
층구조인점으로미루어60 m
아래의해수가염분이낮고 수온이낮은 해수로 바뀐것으로판단된다
. 2007
년1
월18
일에나타난상층과하층의뚜렷한2
층구조
(
수온과염분이높은상층과수온과염분이낮은하층
)
는2008
년3
월에도나타난다. 2008
년3
월에는70 m
를경계로두층으로나뉘며상층의수온은하층보다
1
oC
이상높고염분은
0.1
정도높다.
관측된3
월수온중에서는2006
년의수온이가장낮고2007
년의수온이가장높은데2006
년3
월8
일의 수온이2007
년3
월13
일의수온에비해상층에서는
1.5
oC
정도낮고하층에서는1.5
oC
이상낮다
.
그렇지만2006
년3
월17
일의수온구조는바닥근처의수온은
3
월8
일의수온과거의비슷하지만표층에서약
20 m
까지1
oC
이상높고65 m
에서 약95 m
까지는0.5
oC
정도높아9
일만에상층수온이1
oC
이상변했다.
따라서이관측자료만으로해에따른
3
월의상층수온의높고 낮음을논하기는어렵다
.
2006
년4
월에는3
회(6
일, 17
일, 27
일)
관측이 있었다. 4
월6
일에는깊이가40 m
보다깊고수온이15
oC
보다낮은표면혼합층이관측되었는데
4
월17
일에는표면혼합층의 깊이가
25 m
정도로4
월6
일에 비해 얕고 수온도0.5
oC
이상높았으며4
월27
일에는표면혼합층이더얕아그깊이가
20 m
정도였으나수온은4
월17
일에 비해낮았다
.
그반대로50 m
보다깊은수심에서수온은4
월6
일에가장높았고
4
월17
일에낮아졌다가4
월27
일에다시Fig. 3. Salinity profiles for the period of weak stratification (December~May); a) 2006, b) 2007, c) 2008, d) 2009, e)
2010
높아졌다
.
연직수온구배는4
월17
일에 가장컸다.
한편염분은
4
월6
일에 가장높았고4
월17
일에 가장낮았다. 2006
년4
월6
일에관측된것처럼표면혼합층이40 m
보다 깊은 구조는
2007
년4
월6
일과2008
년4
월28
일, 2010
년4
월30
일관측에도나타났다. 2008
년4
월28
일의표면혼합층수온은
2006
년4
월6
일의수온과비슷하지만2007
년4
월6
일과2010
년4
월30
일의수온은14
oC
이하로
1
oC
정도더낮았다.
시기적으로20
일이상차이가남에도
2006
년4
월6
일과2008
년4
월28
일, 2007
년4
월6
일과
2010
년4
월30
일의표면혼합층의수온이비슷하고오히려더늦게 관측된
2010
년4
월30
일의 수온이2006
년4
월6
일의 수온보다1
oC
정도 낮은것은 유의할만하다.
대부분
70 m(2006
년4
월6
일에는85 m)
부터바닥까지수온이일정한 층이관측되었으며 그층의 수온은
2006
년4
월17
일에11
oC
정도로가장낮았고2008
년4
월28
일에13
oC
이상으로가장높았다.
염분은전층에서34
이상이었으며
2006
년과2008
년이2007
년, 2009
년, 2010
년에비해전층에서높았다
.
해에 따른
5
월의표층수온은 그차이가1
oC
이하로작은 데비해 저층에서의수온은
2
oC
이상 차이가나기도 한다
. 2009
년5
월에는 수온과 염분의구조에서 특이한형태가보인다
.
즉, 60 m
부터수심이깊어지면서수온과염분이계단형태로같이감소하는모습이보이다가 바닥근처에서수온과염분이증가하는형태가보인다
.
이러한 구조는저층에서 활발한해수의 유동이 있음을 암시한다
.
6월~11월의수온·염분구조
표층부터저층까지수온차이와염분차이가크지않는 겨울에비해여름에는상층에고온저염의해수가존재하 여수온과염분의연직구배가컸다
(Fig. 4, Fig. 5).
즉,
여름으로가면서상층의수온은올라가고염분은낮아졌다
. 6
월의상층수온은2006
년6
월20
일에관측된 수온이가장낮았고염분도표층에서
33
이하인2006
년에가장낮았다
.
수온이높고염분이낮은상층아래약50 m
부터90 m
까지의중층에서는연직으로수온과염분이상대적Fig. 4. Temperature profiles for the period of strong stratification (June~November); a) 2006, b) 2007, c) 2008,
d) 2009, e) 2010
으로일정한구조가모든해에있었다
.
이층의해에따른수온 차이는
1.5
oC
보다 작았고 염분 차이는 가장 작은2009
년과가장높은2008
년이약0.4
정도였다. 90 m
수심 아래 저층의 수온과 염분은
2006
년과2008
년에는90 m
수심 위 중층의 수온이나 염분과 유사함에 비해2007
년, 2009
년, 2010
년에는 바닥근처에서 수온이급격하게감소하는 구조가있었다
.
7
월, 8
월에는6
월보다 상층의수온이더올라가고염분은낮아져성층화가심해졌다
. 8
월관측이결여된2010
년을제외하면모든해에표층수온은
8
월이1
년중에가장높았다
. 8
월다음으로는9
월에표층수온이높았으며10
월은
9
월보다 낮았다.
2006
년8
월29
일과9
월4
일에95~100 m
부근에서수심이증가할수록수온이
5
oC
이상급격하게감소하여바닥근처에서수온이
9
oC
이하였다. 2006
년9
월28
일에는수온이약
11.5
oC
로8
월말~9
월초보다수온이높은대한해협저층냉수가
90 m
부터바닥까지존재했으며10
월10
일에는
8
월말~9
월초보다는높지만9
월말보다는낮은9.5
oC
정도의수온을 보이는대한해협저층냉수가
85 m
부터 바닥까지존재하여두께가가장 두꺼웠다
. 10
월10
일에는염분도
34
이하로낮아관측기간동안여름에관측된대한해협저층냉수의염분중에가장낮았다
.
한편10
월10
일에는표층의저염수밑에수온이
15
oC
정도이고염분이34.5
정도인대마난류중층수가관측되지않았고대신60 m
부근의저염수 밑
70~80 m
부근에염분이33.2
인해수가관측되어수온
-
염분관계가대한해협에서 일반적으로관측되는 수온
-
염분 관계에서 벗어나는 형태를보였다(Fig. 6).
2006
년7
월7
일에는바닥근처에서중층보다1.5
oC
정도낮은수온이관측되었으나
6
월20
일과7
월24
일에는관측되지 않았다
.
이와 유사하게2007
년7
월26
일에는95 m
보다깊은수심에서중층보다2
oC
정도낮은수온이관측되었으나
8
월16
일에는관측되지않았고8
월26
일에다시관측되었다
. Johnson and Teague (2002)
는1999
년8
월~10
월기간동안바닥수온이짧은주기로변하는것을관측하였으며 그이유로 냉수의경계에서는 수온의수평
Fig. 5. Salinity profiles for the period of strong stratification (June~November); a) 2006, b) 2007, c) 2008, d) 2009,
e) 2010
구배가매우크고이수평구배를조류나짧은주기의해 류변화가관측기기를가로질러이송하기때문이라고추 정하였다
.
이러한경계의이동에의해수온이짧은기간안에변하는것처럼
2006
년6
월~7
월과2007
년7
월~8
월에중층보다낮은수온이바닥근처에서관측되거나관측 되지않거나한이유는용승등에 의해상대적으로낮은 수온의해수가관측점의 바닥근처에서유동하기때문인 것으로판단된다
.
2007
년9
월~10
월에바닥근처의수온은7
월~8
월보다4
oC
이상낮은9
oC
이하였다. 7
월~8
월에는저층의염분은중층과거의비슷하였지만
9
월~10
월에는수온이낮아지는수심에서염분도같이낮아져저층의염분이중층보다 낮았다
. 9
월~10
월에관측된바닥근처의냉수는뚜렷하게낮은수온과중층과의염분 차이로보아 대한해협저층냉 수라고판단된다
. 11
월에도바닥근처에서수온이감소하는구조가보이지만수온은
10
월에비해높아13
oC
이상이었다
.
한편2007
년10
월에는20
oC
이상되는수온범위에서수심에따라수온이감소하지않고오히려증가하는 수온역전구조가여러번보인다
.
수온-
염분 관계도(Fig.
6)
에서보이는바와같이수온이증가할때염분도같이증가하여 수온 역전에 의해 밀도 역전은 일어나지 않았 다
.
비교적단순한수온-
염분구조를보이는대마난류중층수와달리 대마난류중층수위의상층에서보이는 이러한 복잡한수온
-
염분구조는상층에서물성이다른여러해수가섞이고 있음을추정케한다
.
이러한구조(
수심에 따라수온과염분이같이증가했다가같이감소하는형태를 반복하는구조
)
는2007
년보다2006
년에더오랫동안관측되었는데
2006
년에는8
월~11
월관측에서이러한구조가보였다
.
2008
년6
월부터9
월초까지표층의고온저염수아래에대마난류중층수가약
50 m
부터거의 바닥까지차지했으며대한해협저층냉수가관측되지않았다
. 9
월23
일에비로소대마난류중층수아래바닥근처에수온이
12
oC
이하인해수가관측되었다
. 10
월6
일에는대마난류중층수아래저층수의수온이
9
월보다1
oC
정도높고두께도 얇게관측되었다
.
2009
년에는6
월에대마난류중층수아래바닥근처에서대마난류중층수의수온보다낮은수온이관측되긴하였으 나
12
oC
이상으로수온이비교적높았다. 8
월, 9
월에는대마난류중층수가바닥까지차지하고있어저층의냉수가
관측되지않았다
. 10
월에95 m
부근부터수온이감소하여바닥에서
11
oC
정도의 수온이 관측되었으며11
월에는10
월보다10 m
정도얕은85 m
부근에서수온이감소하였다
.
2010
년에는6
월에대마난류중층수아래수온이감소하는 구조가보인 이후 계속해서 저층의 냉수가관측되었 다
. 7
월에는다른해의7
월에관측되지않은낮은수온인10
oC
정도의냉수가95 m
정도까지존재하는것이 관측Fig. 6. Relationship between temperature and salinity for the period of strong stratification (June~November); a) 2006,
b) 2007, c) 2008, d) 2009, e) 2010
되었다
. 9
월에는7
월보다더낮은수온인8
oC
정도의수온을갖는대한해협저층냉수가
90 m
아래에존재하는것이관측되었다
. 10
월과11
월에는바닥근처에서수온이일정한층이 관측되었으나그수온은
9
월에 비해높았고두께도얇았다
.
수온
-
염분의시간 변화수온과염분의 시간에따른 변화를
Fig. 7
과Fig. 8
에나타내었다
.
표층부터110 m
까지수심에따른수온과 염분의변화를표시하였으며
CTD
관측수심이110 m
보다얕은경우는가장깊은관측수심까지만표시하였다
.
또한Fig. 7. Temperature as a function of depth and time; a) 2006, b) 2007, c) 2008, d) 2009, e) 2010. The time period between two consecutive observations longer than 60 days is blanked
Fig. 8. Salinity as a function of depth and time; a) 2006,
b) 2007, c) 2008, d) 2009, e) 2010. The time
period between two consecutive observations
longer than 60 days is blanked
연속된두관측이
60
일이상 차이가나는 기간은도시하지않았다
. 17
oC
이상이되는수온은5
월이전에는보이지않고
6
월이후에나타났다.
표층수온은3
월이후에꾸준하게증가하여
8
월에최대를보였다.
표층수온이올라갈때표층염분도낮아져
5
월이후에는표층염분이34
이하로되며
8~9
월에최소였다.
20
oC
등온선의수심은대부분10
월까지깊어져수온이20
oC
이상인해수가차지하는부분이10
월까지커짐을알수있다
.
앞에서 언급한 복잡한 구조가 나타난2007
년10
월을제외하면수온이20
oC
이상인해수의염분은34
이하였다
.
즉,
상층에수온이높고 염분이낮은 표층수가10
월까지증가했다. 10
월이후에관측이실시된2007
년, 2009
년, 2010
년에서10
월이후에는상층의수온이감소하고염분이증가하는양상이 나타났으며
12
월에는고온저염의표층수가 사라졌다
.
여름에보이는대한해협저층냉수의발달은해에따라
차이가컸다
. 2008
년과2009
년에는냉수가바닥가까이에서만보였고그수온도높았으나
2006
년, 2007
년, 2010
년에는
10
oC
이하인 냉수도 관측되었으며 특히2006
년10
월과2010
년9
월에는냉수의두께가20 m
이상이었다. 2009
년9
월에대한해협저층냉수가관측되지않은점을제외하면대한해협저층냉수는
8
월~10
월에수온이가장낮았다
.
이는Min et al. (2006)
이대한해협서수도에서바닥수온이
9
월에가장낮다고보고한것과일치한다.
대마난류중층수가관측되지않았던
2006
년10
월10
일을제외하면여름철대한해협저층냉수는대마난류중층수아래에존 재하였고염분이대마난류중층수보다낮았다
.
대체적으로대한해협저층냉수의염분은냉수의수온이낮을수록더 낮았다
.
이는대한해협저층냉수가상대적으로염분이낮은해수임을의미한다
.
대한해협저층냉수에대한이전연구에서는주로격월로 수행된정선관측자료를이용하였다
.
이연구에서처럼매월관측한자료를이용한경우와격월로관측한자료를 이용한경우를비교하기위하여격월관측수온의시간 변화를조사하였다
(Fig. 9).
조사에사용된자료는한국해양자료센터
(KODC)
에서제공하는국립수산과학원의207
관측선의
3
번정점의수온이다. 207
관측선의3
번정점은관측점과 수심이 비슷하고 관측점에서 북동쪽으로 약
20 km
떨어진 곳이다.
표층의 대마난류표층수의 수온이8
월에최대인점은 격월관측자료에도나오지만9~10
월경에대마난류표층수하부의수심이깊은형태가
2006
년과
2008
년에는비슷하게보이지만2010
년에는파악되지않는다
.
대한해협저층냉수부분에서는여름에저층에서수온이낮은형태가일부보이긴하지만대한해협저층냉 수의수온과발달시기가제대로표현되지않는다
.
즉,
대한해협저층냉수의수온은
9
월에가장 낮은데8
월과10
월에관측이 이루어지기때문에
9
월의발달 형태가파악되지않는다
.
관측과모형 비교
관측점의위치가서수도깊은골의서쪽사면에해당하 여깊은골의 해황과약간차이가 있겠지만깊은골에서