Observations of Bottom Currents in the Korea Strait

대한해협 저층해류의 관측

Abstract

A steady, strong southward flow was observed in the lower layer beneath the Tsushima Warm Current in the deepest trough of the Korea Strait. Known as the Korea Strait Bottom Cold Water (KSBCW), this bottom current had a mean velocity of 24 cm/s and temperatures below 8–10℃. The direction of the bottom current was highly stable due to the topographic effects of the elongated trough. To determine the path of the southward bottom current, ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) data from 14 stations between 1999 and 2005 were examined. Persistent southward flows with average speeds of 4–10 cm/s were observed at only three places to the north of the strait where the bottom depths were 100–124 m. The collected data suggest a possible course of the southward bottom current along the southeast Korean coast before entering the deep trough of the Strait.

서 론

대한해협은 태평양으로부터 동해로 대마난류가 유입되는 통로로서 중요한데 서수도의 저층에서는 반대로 동해 내부의 냉수괴가 남하하는 것으로 알려져 있다. 이 대한해협 저층냉수괴(KSBCW; Korea Strait Bottom Cold Water)는 10℃ 이하의 냉수로 정의되며(Lim and Chang, 1969), Lim (1973)은 3-5월을 제외한 모든 기간에 남하하는 것으로 보고하였다. 표층에서 냉수괴가 관측되는 곳은 주로 남동해안의 연안용승지역으로서, Kim and Kim (1983)은 북한한류의 남하 범위를 감포 근해라고 하였으나 Lee (2011)에 의하면 부산 해운대에 출현하는 냉수대 또한 남동해안의 연안용승에 기인한 것이기 때문에 북한한류의 남방한계는 더 확장될 여지가 있다. Lee and Na (1985)는 남동해안에서 용승하는 냉수괴도 북한한류수에 속하며 대한해협의 저층까지 남하하는 것으로 추정하였는데, 이 냉수괴가 수심이 얕은 한국 해안 쪽으로 치우쳐 있는 것을 대마난류와 동한난류의 지형류 효과인 baroclinic tilting effect 때문으로 설명하였다. Yun et al. (2004)에 의하면 저층냉수괴가 남하하는 원인은 4-5월에 동해 내부에서 냉수가 축적된 후에 수심이 얕은 대한해협으로 넘어오기 때문이며, 8-9월에 수온이 최소가 된다. 이 연구들은 주로 수온·염분 관측자료를 분석한 결과로서 보다 구체적으로 이해하기 위해서는 광범위한 해류관측이 요구된다.

그러나 해류계를 장기간 설치하여 관측 하는 것은 해류가 강하고 어업활동이 왕성한 대한해협에서는 특히 어려우므로 그 대안으로 예인형 ADCP의 실험(Kaneko et al., 1991)이 있었고 1997년부터는 부산-일본을 왕복하는 정기여객선에 장착된 ADCP를 이용하는 연구가 진행되었다(Takikawa et al., 2005). 후자의 경우에는 대마도 북단을 통과하기 때문에 대한해협 최심부의 저층 남향류가 관측되었는데, 이 연구는 유속의 단면 분포를 관측하기에는 유리하지만 일주일에 6회 왕복하기 때문에 시간적인 제약을 받는다. 한편, 연속적인 시계열자료의 획득을 위해서 Park et al. (1999)은 1995년 12월부터 39일간 대한해협 최심부에 ADCP를 계류하여 겨울에도 저층의 남향류가 지속적으로 흐름을 밝혔다. 그러나 미국 NRL (Naval Research Laboratory)은 1999년 5월부터 기존 조사 위치보다 북쪽인 울산 근해에서 일본까지 6 대의 ADCP를 설치하여 일년 가까이 해류관측을 하였지만 지속적인 저층 남향류는 기록되지 않았다(Johnson and Teague, 2002; Teague et al., 2002).

이와 같이 대한해협 가장 깊은 골짜기의 저층에는 지속적인 남향류가 확인되었지만 그 북쪽 해역에서는 관측이 충분히 이루어지지 않아서 경로를 정확하게 알 수가 없다. 특히 Kim and Lee (2004)는 화학적으로 용승 수괴가 북한한류수인 반면에 대한해협저층수는 3개 수괴(동해고유수, 동해중층수, 대마난류중층수)가 혼합된 결과라고 주장했기 때문에 그 경로 또한 다른 것으로 밝혀질 가능성이 있다. 그러므로 본 연구에서는 대한해협 깊은 골짜기의 북단(Fig. 1의 정점 ‘K’)에서 4개월 이상 관측한 ADCP 자료와 같은 기간의 CTD 관측 자료를 분석해서 해류의 구조와 저층 남향류의 특징을 설명하고 그 경로의 파악을 위해서 1999년부터 2005년 사이에 기타 지역의 14개 지점에 설치했던 ADCP의 자료들을 분석함으로써 지속적인 저층 남향류의 위치를 확인하였다.

Fig. 1.Station map with bottom topography in the Korea Strait. A thin dashed line off Busan depicts the track of CTD observations. Four crosses and solid circles represent the ADCP observations in 1999 and 2000-2005, respectively.

 

재료 및 방법

대한해협의 북부 지역에서 수행된 관측 지점들의 위치는 Fig. 1과 같으며 ADCP 관측점의 위·경도, 관측기간, 해저 수심 등이 Table 1에 요약되어 있다. 그림의 하단 중앙부에 대마도의 북단이 조금 보이고 그 서쪽에 수심 150 m 이상의 깊은 골이 형성되어 있다. 해협을 가로지르는 점선과 숫자들, 그리고 간절곶 남동방으로 기호 ‘+’로 표시된 네 곳은 1999년에 행해진 CTD 관측 및 ADCP 관측 정점들로서 그 중에서 ‘N0’, ‘N2’, ‘N3’의 세 정점은 미국 NRL이 관측한 곳이다. 나머지 ‘•’ 표시들은 2000-2005년에 이루어진 관측점인데 정점 번호 앞의 숫자는 관측 연도를 뜻한다. 2001년까지는 해저에 ADCP를 설치하였고 2004-2005년에는 모니터링 부이에 설치해서 관측을 하였다. 정점 ‘K’에서는 수심이 220 m로 깊기 때문에 RDI Broad Band 150 kHz 모델을 1년간 관측할 계획으로 1999년 6월에 설치했는데 10월 중에 유실되었다. 추후 회수된 장비의 수압 기록을 확인한 결과 두 차례의 수압 변동이 있었는데 초기 수압의 변동이 없었던 10월 초까지의 자료만을 ‘K’ 정점의 것으로 선택하였다. 나머지 다른 장소에서는 모두 Work Horse 300 kHz 모델을 사용했다. 관측의 수심 간격은 대부분 4 m로 하였다.

Table 1.Information of the ADCP deployment. Columns from left are the site name (* observed by NRL), position (latitude and longitude in degrees), period, length of the observation in days, bottom depth and time interval (Δt)

본 논문에서 저층유속은 ADCP를 해저에 설치한 경우에는 본체로부터 가장 가까운 거리에서 획득된 자료를, 그리고 부이에 설치한 경우는 결측이나 오차가 없이 관측된 가장 깊은 곳의 자료를 사용한 것이다. 유속자료는 10-30분 간격의 원래 자료를 조화분석 하여 조류 성분을 제거한 후에 40 시간 Low-pass filtering을 통해서 단주기 성분을 추가로 제거하였다. 정점 ‘K’의 자료는 유속 변화와 저층 수온, 경계층 수심 등과의 상관성을 분석하였고 해류의 연직 구조 특성을 연구했으며 수온·염분의 단면 구조와 당시의 평균 유속을 비교함으로써 저층 남서향류의 물성을 파악했다. 이러한 분석을 통해서 대한해협 최심부의 저층에서 지속적으로 흐르는 남향류의 특징을 알아낸 후에 나머지 지점들의 저층류 자료를 도시함으로써 지속적인 남향류의 존재 여부를 파악하고 그 경로에 해당하는 위치를 추정하였다.

 

결 과

대한해협 최심부 해류의 특징

대한해협의 깊은 골짜기 북단에 위치한 정점 ‘K’에서 1999년 6월 13일부터 10월 8일까지 127일간 ADCP 관측이 이루어졌는데 6시간 간격의 수심 별 유속이 Fig. 2에 나와 있다. 원래 자료는 4 m 간격으로 측정되었지만 그림에서는 중복을 피하기 위해서 24 m 간격으로(210 m는 예외) 하였다. 상층부에서 북동향류가 강하고 태풍 ‘Bart’의 영향을 받았던 9월 23-24일을 전후한 일부 기간을 제외하면 남향류는 기록되지 않았다. 상층 74 m까지의 북동향류는 6월 중순에서 7월 초에 약해졌다가 다시 강해져서 태풍 전까지 유지되는 장기 변동의 경향이 보인다. 연직 방향으로는 유속이 수심에 따라 약해지다가 146 m에서는 약해진 해류의 유향이 빈번하게 교차하고 하층부에서는 남서향류가 일관되게 흐르며 바닥에 가까운 210 m에서 유속이 감소하는 것은 해저 마찰의 영향인 것으로 판단된다. 따라서 전체적으로 이 지역의 해류는 2층류의 성격이 강한 특징을 가진다.

Fig. 2.Time series of the low-passed velocity vectors with depth at the Station-K. Vertical dashed lines indicate the period of the typhoon Bart’s influence.

Fig. 3a는 통계적인 특징인 수심 별 평균유속 벡터와 표준편차 타원을 12 m 간격으로 보여준다. 각 수심에서 표준편차 타원은 평균유속 벡터의 약 68%가 분포하는 범위를 가리킨다. 상층에서는 평균 유속이 상대적으로 크며 타원의 크기는 물론 두께도 커서 유향의 변동이 그만큼 심하다는 것을 의미한다. 평균 유속의 크기는 30 m에서 북동향 42 cm/s로 최대이고 100 m에서도 29 cm/s로 비교적 강하며 점차 감소하여 146 m에서 2 cm/s의 서향류로 작아진다. 하층부는 174 m에서 남서향 24 cm/s로 최대이고 210 m에서는 13 cm/s이다. 특히 하층부에서는 수심에 따른 평균 유향의 차이가 거의 없고 182-194 m에서는 타원의 두께도 얇아지므로 그만큼 유향의 시간적 변동도 작다는 것을 반영하는데, 이것은 대한해협의 깊은 골짜기를 따라서 흐르는 지형적인 영향 때문일 것이다. 평균 유향은 상층부에서 52-63°, 하층부에서 -123°에서 -130°의 범위를 가지며 모든 층의 평균 주축 방향은 54°로서 북동-남서 방향에 가깝다. 그러므로 모든 유속 자료의 좌표축을54° 반시계 방향으로 회전시켜서 구해지는 주축 방향의 유속 성분은 대부분의 수심에서 전체 분산의 90% 이상을 차지하므로 실질적으로 해류의 특성을 대변할 수 있다.

Fig. 3.Vertical distribution of (a) mean velocity vectors with standard deviation ellipses, (b) direction stability of current and variance ratio of the principal velocity to total variance, and (c) mean kinetic energy (MKE) and eddy kinetic energy (EKE) at the Station-K.

유향 변동의 경향은 Fig. 3b의 실선으로 표시되는 방향 안정도에서 확인된다. Rikiishi and Ichiye (1986)에 따른 방향 안정도는 상·하층에서 공통적으로 1에 가까워서 유향의 시간 변화가 작으며 유향이 자주 반전되는 146 m를 중심으로 안정도가 급격히 감소하는 것이 특징적이다. 이것은 해류의 변동에 따라 유향이 반전되는 수심, 혹은 유속이 0인 경계의 수심이 심하게 변동하기 때문에 나타나는 결과이다. 점선(Var-ratio)은 전체 분산에서 54°로 좌표 회전을 한 주축 성분이 차지하는 분산의 비율인데 상층부에서 그 비율이 상대적으로 작고 하층부에서 증가하며 특히 198 m 보다 깊은 곳에서 0.98까지 증가하므로 특히 저층에서 유향의 변동이 작고 주축 성분이 지배적으로 크다. Fig. 3c는 평균 유속의 운동에너지(MKE)와 와동운동에너지(EKE)의 분포를 보여준다. 평균 유속의 크기가 큰 30 m와 174 m 수심에서 MKE가 크고 146 m에서 최소이다. EKE는 대체로 MKE에 비해서 현저히 작으며 (a)의 표준편차타원이 큰 상층부의 값이 역시 크다.

Fig. 4는 주축 성분의 유속 분포를 보여주며 오른편 그림은 평균 주축 유속의 프로파일이다. 유속이 0인 등치선은 유속 경계에 해당하며 모든 층에서 5시간 동안 남향류가 기록되었던 9월 24일을 제외한 분포범위는 128.6-178.3 m이고 평균과 표준편차는 145.1±7.5 m이다.

Fig. 4.Contours of the principal velocity at the Station-K showing the variability of the current boundary. A graph in the right part is a profile of the average values.

대한해협의 2층류 구조에서 관심을 끄는 사항은 계절에 따른 장기 변동 외에도 상·하층 유속 변화의 상관관계와 저층 해류 변동의 원인, 그리고 저층 수온 변화와의 연관성 등이다. 이들에 대해 알아보기 위해서 Fig. 5에 상층과 하층에서 최강 유속을 가진 30 m와 174 m 수심의 주축 성분 유속, 유속 경계의 수심, ADCP의 수온센서로 관측한 저층 수온의 변화를 나타내었다. 우선 두 층의 주축 유속 변화를 보면 6월 18일까지 상층 유속이 강할 때 하층 남향류는 약했던 반면에 태풍의 영향을 받았던 9월 23-24일 경에는 두 층 유속의 크기가 함께 감소하여 증감의 방향이 일관되지 않으며 나머지 기간에도 상관성이 시각적으로 드러나지 않는다. 주파수 영역의 coherence 분석에서도 상관성이 보이지 않으므로 이에 대한 그림은 생략하였다. 이 결과는 하층 남향류의 변동이 상층 해류의 영향을 받지 않고 동해 내부의 냉수괴 축적 상태와 같은 다른 요인에 의해서 구동되기 때문으로 이해할 수 있겠다.

Fig. 5.A comparison of the principal velocities at the representative upper-lower layers, depth of current boundary and bottom temperature.

두 번째 그림은 유속이 0인 경계의 수심 변동으로서 하층의 두께와는 반비례 한다. 이것을 하층 유속(V174 )과 비교하면 상호 관련성이 쉽게 눈에 띄지는 않지만 6월 14일과 7월 8-12일, 9월 24-26일에 유속이 0에 가까워지면 경계 수심이 깊어져서 하층의 두께는 감소하며 7월 18일부터 8월 15일까지 남향류가 강한 기간에는 경계 수심은 대체로 얕은 상태를 유지하는 역상관성을 보인다. 음의 값을 갖는 저층 유속을 남서향류의 방향으로 부호를 바꾼 자료(−V174)와 경계 수심에 대한 주파수 영역의 상관성이 Fig. 6a에 도시되어 있는데 10일 이상의 장주기에서 0.7 이상, 특히 30일 주기에서 0.8의 상관성을 가지며 위상은 일관되게 180°에 가까워서 역상관 관계임을 말해준다. 저층 수온의 변화(Fig 5의 아래 그림)를 보면 6월 18일부터 한 달 동안 높은 수온이 유지되다가 7월 18일부터 갑자기 감소한 후에는 대체로 낮은 수온을 유지하며 10월 초에는 더욱 낮아진다. 저층 수온의 범위는 6월 18일의 8.6℃에서 10월 5일의 3.1℃까지이며 7월 중순부터 서서히 감소한다. 저층 남향류의 크기와 수온 변화를 시계열 곡선에서 비교하면 서로의 상관성을 거의 발견할 수가 없는데, 주파수 영역의 coherence (Fig. 6b)를 보면 8.7-17.4일 주기에서 0.6에 가까운 상관성이 보이지만 그리 높은 수준은 아니어서 위상에서도 일관된 경향이 나타나지 않는다. 직관적으로는 남향류가 강해질수록 저층 수온은 감소할 것으로 기대되겠지만 유속 보다 동해 내부의 성층 상태가 더 큰 영향을 주기때문으로 보인다. 경계 수심과 저층 수온의 비교에서도 역시 상호 관련성을 찾아볼 수 없었다.

Fig. 6.Coherence of the southward principal velocities (–V174) at 174 m versus (a) boundary depth (Z0) and (b) bottom temperature (Tb). Solid circles are the phases for the significant coherences.

해류의 연직 구조와 성층의 관계

해류의 연직 구조를 이해하기 위해서 주축 유속 자료에 대한 경험직교함수(EOF) 분석을 한 결과가 Fig. 7이다. 우선 각 모드의 분산 점유율을 보면 제 1 모드가 52.1%, 제 2 모드가 25.5%, 그리고 제 3 모드는 9.7%로서 첫 번째 모드의 지배력이 크지 않은 반면에 2-4 모드의 비중도 상당해서 대한해협의 해류 구조에 비교적 복잡한 요소들이 작용한다는 것을 말해준다. 참고로 동해의 울진과 후포 연안에서 제 1 모드는 각각 84%와 86%로 지배적이었고 제 3 모드 이하는 무시할 만큼 작아서 단순한 구조를 보였다(Lee and Chang, 2014; Lee, 2016). 해류의 연직 구조와 관련된 고유벡터의 분포(Fig. 7a)를 보면 제 1 모드는 150-170 m 사이에서 약간의 부호가 바뀌기는 하지만 기본적으로는 모든 층에서 같은 방향으로 흐르는 순압 성분과 수심에 따라 유속이 감소하는 경압 성분이 중첩된 구조이다. 제 2 모드는 66 m에서 유향이 바뀌는 2층류 구조이고 제 3 모드는 54 m와 138 m에서 유향이 반전되는 3층 구조이다. 각 모드의 진폭 변화는 Fig. 7b에 도시했는데 특정 시점의 값에 해당 모드의 고유벡터를 곱하면 유속의 연직 분포를 알 수 있다. 따라서 각 모드의 고유벡터와 진폭 변화를 동시에 고려하면 유속 구조의 시간 변화가 파악된다. 예를 들면 제 1 모드 진폭은 모두 양의 값이며 평균이 45.3 cm/s이므로 고유벡터 값이 큰 상층에서 강한 북동향류를 기록하게 된다. 하부 모드의 진폭 변화의 분산 점유율도 비교적 크지만 진폭의 평균도 제 2-4 모드에서 각각 -9.6 cm/s, -15.6 cm/s, 16.4 cm/s로 작지 않기 때문에 복잡한 구조를 갖는 하부 모드의 기여도를 무시하기 어렵다. 제 1-2 모드를 결합하면 분산의 78.6%를 차지하게 되며 평균 130 m 수심을 경계로 하는 단순한 2층류 구조가 되는데, 나머지 모드들은 여기에 복잡성을 더하는 요소로 작용한다.

Fig. 7.Normalized eigenvectors (a) and respective time amplitudes (b) for the principal velocity components.

Fig. 8은 1999년 6-8월에 대한해협에서 네 차례 CTD 관측을 한 수온·염분의 단면도이다. 마지막 관측을 제외한 1-3차 관측에서 수온은 대체로 40 m 정도에 계절수온약층이 형성되고 10-15℃ 구간에서 영구수온약층이 분포하며 대마난류의 지형류 효과로 인해서 부산 해안 쪽으로 등온선이 가파르게 상승함으로써 10℃ 이하의 냉수괴도 해안 쪽으로 쏠리는 현상이 나타난다. 마지막 관측인 8월 16일에는 불과 5일 전에 비해서 상층수가 균일해지고 등온선의 경사도 완만해진다. 염분에 있어서는 표층에 34.0 이하의 대마난류 표층수가, 그 밑으로 34.3 이상의 대마난류 중층수가 수온과 유사하게 해안 쪽으로 상승하면서 분포한다. 북한한류수로 정의되는 염분 34.05 이하의 저염수(Kim and Min, 2008)가 울산 근해까지는 발견되었지만(Lee et al., 2003) 이곳의 저층에는 존재하지 않는다.

Fig. 8.Vertical sections of temperature (left) and salinity (right) in the Korea Strait from June to August 1999.

CTD 정점 4번과 ADCP 설치 지점과의 거리는 불과 4.9 km로 가깝고 해류의 방향인 북동쪽에 위치하므로 두 자료를 비교하면 저층 남서향류의 물성을 알 수 있다. 그러므로 Fig. 9에 수온과 당시의 일평균 유속의 프로파일을 비교하였다. 그림에서 연직 점선과 유속 곡선이 교차하는 점이 유속 경계의 수심을 알려주며, 그 곳의 수온, 염분, 밀도는 Table 2와 같다. 여름철로 국한된 네 차례의 관측에서 경계 수심의 범위는 134-146 m이며 수온은 8.1-10.5℃로서 10.5℃ 이하로 정의되는 대한해협저층냉수의 기준에 대체로 부합된다. 염분은 34.23-34.28의 범위를 가진다.

Fig. 9.Profiles of the daily mean principal velocity at the Station-K and temperature at the CTD Station-4. Dotted lines indicate the depth of current boundary where V = 0.

Table 2.Depth of current boundary, temperature, salinity and density during the CTD observations

기타 지역의 저층해류 분포

대한해협 최심부의 바닥에 가까운 210 m에서는 평균 13 cm/s의 남서향류가 흐르고 174 m에서 가장 강한 24 cm/s의 평균 유속을 가지며 관측 기간 내내 지속적이었다. 이것은 울진 연안의 3 cm/s (Lee and Chang, 2014), 후포 연안의 2 cm/s (Lee, 2016)보다 훨씬 강한 유속으로서 이러한 저층 냉수가 동해 내부로부터 지속적으로 공급되는 경로가 반드시 있어야 한다. 이를 확인하기 위해서 사용 가능한 14개 지점의 저층 유속을 조사하였다. 관측 기간이 상이하여 동시 관측이 아니라는 문제가 있기는 하지만 ‘K’ 정점에서 관측된 저층류의 특징을 고려한다면 북쪽의 다른 지역에서 지속적인 저층류의 존재만 관측된다고 하더라도 그 경로를 인정할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다.

Fig. 10은 1999-2000년에 미국 NRL이 설치한 ADCP의 저층 유속이다. 울산에 가까운 ‘N0’ 정점에서는 1차 관측에서 장비가 유실되었기 때문에 2차 관측의 결과만 제시되었다. 이곳에서는 10월 말부터 2000년 2월 초까지 남향류가 많이 발생했지만 대한해협의 남향류에 필적할 만큼 지속성이 강하지는 않았다. 외해 쪽에 위치한 ‘N2’ 정점의 1차 관측에는 북서향류가 초기에 강하다가 후반에 약해지며 2차 관측에서는 북서향류가 우세한 가운데 유향의 변화가 심해지는 양상을 띤다. 여기에서도 남향류는 간헐적으로 나타날 뿐으로 지속성은 보이지 않는다. 대한해협 깊은 골짜기의 건너편에 위치한 ‘N3’ 정점에서는 전체적으로 저층 유속이 작고 유향의 변화도 심하므로 대마도의 후면에 많이 발생하는 소용돌이 때문으로 판단된다(Teague et al., 2002). 그러므로 비록 관측 기간은 1년 가까이로 길었지만 지속적인 저층 남향류는 발견되지 않았다고 결론 지을 수 있다.

Fig. 10.Time series of low-passed velocity of near-bottom currents measured by the NRL in 1999.

2000년부터 2005년까지 한국 남동해안 근해의 11개 지점에서 ADCP 관측을 수행하였는데, 저층 유속의 기록은 Fig. 11과 같다. 가장 북쪽에 위치한 ‘1A’ 정점과 ‘0A’ 정점에서는 각각 2001년과 2000년에 관측되었는데 남향류가 자주 발생했지만 지속적인 남향류가 기록되지는 않았다. 울산 근해인 ‘4A’ 정점에서는 남향류가 지배적으로 우세하기는 하지만 지속성은 결여되는 편이다. 보다 남쪽에 위치한 ‘1B’ 정점에서는 8월 3일부터 9월 22일까지 51일간 남서향류가 있었고 평균 유속은 8.1 cm/s였다. 간절곶 외해인 ‘4C’ 정점에서는 관측 기간이 비록 28일로 짧기는 했지만 남향류가 비교적 강하게 지속된 결과를 보여주는데, 평균 유속도 10.9 cm/s로 가장 컸다. 보다 해안 쪽에 위치한 ‘4B’ 정점에서도 평균유속 4.1 cm/s로 다소 약하기는 하지만 지속적인 남향류가 있었다. 그 외에 ‘5A’, ‘4E’, ‘4D’, ‘4F’ 정점에서는 모두 지속적인 남향류는 없었다. 한편 수심 147 m인 ‘4G’ 정점에서는 2004년 7월 18일부터 남서향류가 시작되어 관측 종료 시까지 33일간 지속되었지만 ‘K’ 정점의 남서쪽에 위치하므로 북쪽의 경로로 간주할 수는 없다. 이상의 결과를 종합하면 대한해협 최심부에서 관측되는 유속과 지속성이 강한 남향류는 남동해안의 14개 정점 중에서 ‘1B’, ‘4B’, ‘4C’의 세 정점을 포함하는 100-124 m 등심선을 포함하는 남동해안을 따라서 남하할 가능성이 높다. 다만, 현재의 자료에서는 지속성과 평균 유속이 ‘K’ 정점에 비해서 부족한 점이 문제로 남는데 저층 남향류가 남동해안의 비교적 평탄하고 넓은 지역을 지나서 해협 최심부의 좁은 골짜기로 남하하는 지형적인 영향도 고려될 필요가 있다. 또한 NRL 관측에서는 가장 깊은 곳이 제외되었기 때문에 추후에 이 곳은 물론 동해까지 연결되는 골짜기 지역의 조사가 필요하다.

Fig. 11.Time series of low-passed velocity of near-bottom currents observed from 2000 to 2005. Each graph title shows (1) year, (2) site name, (3) depth and (4) subsampling time-interval of the plot in hours. A map in the left part shows the positions of the ADCP sites.

 

고 찰

해저 수심 220 m인 대한해협의 깊은 골짜기에서는 상층에 강한 대마난류가 북동쪽으로 흐르고 그 아래의 하층부를 통해서 냉수괴가 지속적으로 남하한다. 이 저층 해류의 방향은 특히 안정적인데, 비교적 좁고 길게 뻗은 골짜기를 따라서 흐르는 지형적인 영향 때문으로 이해된다. 서로 반대 방향으로 흐르는 상·하층 해류의 변동은 서로 관련이 없는 것으로 나타났다. 이것은 동한난류의 강화에 따른 Rossby adjustment에 의해 남향류도 강해진다는 Seung (1986)의 2층류 모델이나 하층 남향류의 수송량은 상층의 수송량이 많을수록 증가한다는 Cho et al. (1997)의 모델과는 부합하지 않는 결과로서 대마난류의 지형류적 효과 보다 저층 남향류를 구동하는 원인의 영향이 더 크게 작용하기 때문일 것이다. Yun et al. (2004)는 저층 남향류의 원인을 동해 내부에 축적된 냉수괴가 대한해협으로 넘어오기 때문이라고 하였으므로 냉수괴의 축적 정도와 상태 변화의 영향을 받을 가능성이 크다. Cho and Kim (2000)은 대한해협 저층수가 두꺼울 때 동한난류가 강해진다고 하였으나 여기에서는 그 상관성이 보이지 않았고, 저층 남향류가 강해지는 것으로 나타났다.

Lyu and Kim (2005)은 대한해협 수송량이 동해의 기압 변화와 2-10일 주기에서 상관성이 높다고 하였으므로 두 층의 유속과 울릉도의 기압을 비교하였으나 유의한 상관성을 얻을 수 없었는데 동해 전체의 평균 기압을 사용하지 않았기 때문일 가능성이 있다. 그러나 본 논문의 주 목적이 저층 남향류의 경로 파악이기 때문에 더 이상 기압 자료의 분석은 하지 않았다. 바람의 영향은 9월 하순에 발생한 태풍 ‘Bart’의 경우를 제외하면 유속과의 상관성이 거의 나타나지 않았는데, 이는 바람이 강할 동안에만 영향이 나타나는 울진 연안의 관측 결과(Lee and Chang, 2014)와 같다. 특히 태풍의 영향으로 표층에서는 북향류의 급속한 약화와 함께 남향류가 발달하며, 동시에 저층에서는 반대로 북향류가 발생하는 것은 비록 단기간 외력에 의한 유속변동이라 하더라도 전형적인 2층류의 경압구조를 잘 반영하는 것으로 판단된다(Isobe, 1994; Isobe, 1999).

또한 Kim et al. (2006)은 해저케이블의 수온 자료와 여객선 ADCP 자료의 10일 평균치를 비교하여 저층 남서향류가 강해질수록 수온이 감소한다는 결과를 얻었는데, 본 논문에서는 9-17일 주기에서 약한 상관성이 있었으나 그 유의성이 낮아서 남서향류의 속도 외에도 동해 내부의 냉수 축적 상태 또한 중요한 요소가 될 수 있다는 해석이 가능하다. 저층 수온은 중규모의 변동과 함께 7월 중순부터 10월까지 서서히 감소하였는데, Min et al. (2006)이 해저케이블의 수온 자료를 통해서 대한해협 전체적으로 여름철에 수온이 감소한다고 발표한 결과와 유사하다.

대한해협 최심부의 저층에는 최대 평균 24 cm/s의 남서향류가 관측기간 내내 지속적으로 흐르는데 이러한 해류의 경로를 대한해협 북부 해역에서 발견하기 위해 총 14개 정점에서 관측한 ADCP 자료를 분석하였다. 비록 동시 관측은 아니라도 지속적인 남향류의 존재가 경로의 결정에 중요한데, 해저 수심이 100-124 m인 세 정점에서만 지속적인 남서향류가 기록되었다. 지속된 기간과 유속의 크기는 정점 ‘K’에 비해서 부족하다는 문제와 함께 수심이 비슷한 다른 정점에서 지속적인 남서향류가 관측되지 않은 경우도 있으므로 일관된 결론을 내리기에는 어려움이 있으나, Lee and Na (1985)의 주장과 같이 한국 남동해안을 따라 저층류가 남하할 가능성은 높은 것으로 판단된다. 또한 Kim and Lee (2004)가 남동해안의 용승수괴는 북한한류인 반면에 대한해협 저층 냉수는 동해고유수(40%), 동해중층수(36%), 그리고 대마난류중층수(24%)가 혼합된 수괴라고 하였으므로 외해쪽으로 경로가 더 있을 가능성을 배제할 수 없다. 정기여객선의 항로는 ‘K’ 정점보다 남쪽을 지나기 때문에 경로 파악에는 도움이 되지 않으므로 아직 이루어지지 않은 북쪽 골짜기 지역의 해류관측을 통한 검증이 더 필요하다.