혼합층(Mixed layer)은 온도가 일정한 수심층으로, 해수표면에 작용하는 바람의 영향으로 인하여 해수가 위아래로 섞여 형성된다. 이러한 혼합층은 영양염의 순환과 산소의 공급 등과 함께 일차생산량을 결정하는 중요한 요인이 될 수 있으며 혼합층 두께의 변동은 양식 산업에 영향을 미칠 수 있다. 최근에는 기후변화로 인한 해수면 상승 및 해수온 상승 등이 지속되고 있으며, 이러한 현상은 해양생태계의 변화를 초래하여 수산업의 피해를 유발할 수 있다(강원연구원, 2017). 이에 국립수산과학원, 기상청, 국립해양조사원 등 유관기관에서는 정선해양 수온 관측 및 해수순환모델을 이용하여 혼합층의 분석을 수행하고 있으나 격자 구축 및 초기·경계장 설정의 한계가 존재하여 정밀하고 정확한 혼합층 분석에는 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 비정형격자를 사용하여 격자 구축에 제약이 없는 SCHISM (Semi-implicit Cross-scale Hydroscience Integrated System Model)을 이용하여 우리나라 연안해역의 계절변화 및 기후변동성에 따른 혼합층 두께의 변화를 검토하고자 한다. 연구대상지는 서해·동해·남해를 포함한 우리나라 전체 연안 해역(위도: 32°N ~ 39°N, 경도: 124°E ~ 132°E)으로 선정하였으며, 격자크기 100 ~ 3,000 m인 삼각격자로 격자를 구축하였다. 혼합층을 분석하기 위하여 수직격자 층은 50층으로 SZ(Sigma Z coordinate system)좌표계를 사용하였다. 초기·경계장은 FES(Finite Element Solution)2014, HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model) 및 대기모델 결과를 이용하여 설정하였다. 수치모형 검증을 위하여 수온관측소에서 수심별 측정한 수온 값과 SCHISM 결과 값을 비교하였고, 상대오차가 약 10% 이내로 나타나 모형의 정확도를 확인하였다. 최종적으로 해수면 상승 및 해수온 상승 시나리오를 고려하여 계절별 연안해역의 혼합층 두께의 변화 양상에 대하여 검토하였다. 향후에는 보다 정밀한 대기모델과의 혼합모형 구축 및 다양한 수심 별 관측자료를 활용한다면 실무에서 적용 가능한 혼합층 분석 및 수산업 피해 발생 지역에 대한 피해저감 대책 수립이 가능할 것으로 판단된다.
1970년대 이후 다양한 인공위성 원격탐사 기술의 발달과 관측 자료의 축적으로 위성 원격탐사 자료와 연안 퇴적환경과의 관계 분석을 통한 연안환경 모니터링 연구가 진행되고 있다. 하지만, 여러 기관에서 제공 중인 연안주제도 생성에는 위성영상을 활용한 연안주제도 제작방법이 포함되어 있지 않다. 특히, 현재 국가에서 제공 중인 해양공간정보들은 조사주기가 길고 재가공 자료가 대부분이며 관측자료의 경우 일부영역에 대해서만 권역별로 조사하기 때문에 연안변화에 대한 모니터링이 어렵다. 본 연구에서는 원격탐사자료로 생성이 가능 한 연안주제도 중 연안경계도, 연안지형도, 연안표층퇴적상분포도 조사를 통해 연안지역의 공간화 및 대축척 급 국가연안주제도 제작의 선진화 방향에 대해 알아보았다.
5년간의 시간별 풍속 자료를 이용하여 연안 표층풍의 일변화가 분석되었다. 특히 내륙으로 부는 바람 (onshore flow)이 지배적인 계절에는 야간 최대풍의 최대 출현 빈도가 자정에 나타났다. 연평균 남풍 계열을 갖는 야간 최대풍은 북풍 계열 보다 약 3배이상의 출현을 보여준다. 중림의 대기 안정도가 연안에 지배적이므로 바람이 해양에서 내륙으로 불 경우는 (offshore flow) 상승된 전선역전층과 지표역전층에 의해 형성된 전단력(shear flow)이 연안경계층으로 전이되어 야간 연안 최대표층풍이 형성된다.
불충분한 시인성에 기인한 안전사고가 연안지역에 많이 발생되고 있다. 그러므로 이러한 안전사고를 방지하기 위하여 시인성을 겸비한 안전시설이 요구되고 있다. 이와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 본 연구에서는 발광체 인입형 콘크리트(LESeCON)의 개념을 정립하고 이를 이용하여 연안지역에 적용하기 위한 콘크리트 경계블록을 개발 및 제작하였다. 개발된 콘크리트 경계블록의 역학적 및 기능적 성능을 검증하기 위하여 휨강도 실험과 시인성 실험을 실시하였다.
하구에서의 흐름은 하천의 담수와 바다에서부터 유입되는 염수, 조석, 파랑 등으로 인해 복잡한 흐름구조와 혼합 양상을 보인다. 특히 만 내에 하천이 있을 경우 만의 해류특성은 하구에서의 혼합과 이송에 지배적인 영향을 미치며, 하천에서부터 방류되는 입자들은 만의 해류특성 따라 만에서의 체류시간과 이송이 결정된다. 잔차류 특성에 의한 순 물질 플럭스의 방향과 조석비대칭에 따른 하구에서의 퇴적 형태들이 결정되며, 이로 인해 하구에서의 퇴적물 퇴적 및 물질의 집적 위치, 하구 인근과 만에서의 환경변화에 영향을 줄 수 있다. 따라서 만 내에서의 혼합과 입자의 이송확산, 하천 담수의 영향역 등과 같은 만과 하천의 흐름 특성을 이해하는 것은 연안 및 하구의 환경 및 관리에 중요하다. 본 연구에서는 영일만과 형산강을 대상으로 계절변화에 따른 영일만 내 흐름과 형산강 하구에서의 퇴적양상에 대해 수치모의를 통해 수행하였다. 수치모델로는 천수방정식으로 준 3차원 유동해석을 하는 Delft-3D Flow와 파랑모형인 SWAN 모델을 결합하여 형산강하구와 영일만의 유동을 해석하였다. 상류개방경계는 형산강하구 9 km, 하류개방경계는 영일만 외해 50 km로 설정하였고, 경계조건은 대상지역의 관측소 자료와 전지구 모형자료를 결합하여 구성하였다. 또한, 라그랑쥬 입자추적모델을 통해 형산강 상류에서 유입한 입자들의 영일만 내 체류시간과 집적 위치를 평가하였다.
국립수산과학원에서 수행한 국가해양환경측정망 운영 결과 중 생지화학적 자료를 이용하여 (1997∼2002, 6년간) 한국 남해 연안의 영양상태를 평가하였다. 비행열 다차원 척도법 분석결과로 남해연안은 3개의 영양 상태로 구분되었다. 빈산소 수괴가 형성되며 용존성 무기질소와 인농도가 매우 높은 마산만은 과영양 상태였으며, 강한 점원 오염원이 있는 울산만, 온산만, 부산 연안, 진해만은 부영양 상태로 추정되었다. 그리고 그 외 여수, 통영 , 목포 주변 연안과 제주도 연안은 중영양 상태로 나타났다. 실측 용존무기질소와 Redfield 비로 보정된 이론적 용존무기질소의 차이인 과잉 질소의 6년간 평균은 오염된 하천이 유입되는 울산, 온산, 부산 연안에서 큰 양의 값을 보였고 행암, 광양, 여수 연안이 음의 값을 나타내어 기초생산자의 성장 제한 물질이 서로 다르게 작용할 수 있음을 시사하고 있다. 또한 과잉 용존무기질소는 시계열 분석 결과 과-부영양화된 해역에서 점차 감소하였으나 중영양 해역은 점차 증가하고 있어 해역의 영양상태에 따라 질소 대 인의 비가 변화하고 있었다. 과-부영양화의 진행에 따른 저층 퇴적물의 유기물 오염은 질소와 인의 생지화학적 순환을 교란시킬 것으로 예상되며, 향후 더욱 정확한 연안 환경영향을 파악하기 위해서는 저층 경계면의 연구가 반드시 포함되어야 할 것으로 판단된다.
한반도 서ㆍ남해안은 크고 작은 만과 해빈, 삼각주, 하구, 조간대 등 다양한 연안해역이 잘 발달 되어 있다 평균조차는 서해안 남부에서 약 3m로 북쪽으로 갈수록 증가하여 군산 부근에 6m, 인천 부근에서 약 8m에 달하며, 남해안의 평균조차는 부산 1.2m, 진해 2.1m, 충무 2.6m, 삼천포 3.0m, 여수 3.3m, 완도 3.5m, 목포 3.7m로 조석 간만의 차가 크게 나타나서 연안해역에 폭넓은 조간대가 형성되어 있다. (중략)
한국 남서해 연안에서 여름에 발달했던 성층이 겨울철에 접어들면서 파괴되어 수직적으로 균일한 수온분포를 갖게 되는데 이러한 변화가 11월에 가장 활발하게 일어나는 것으로 나타났다. 이 변절기에 차고 염분이 낮은 연안 수괴가 대마난류와 접한 경계에 전선이 거의 수직으로 발달하며, 대마난류의 세력이 약한 제주해협의 중앙부를 제외하고는 수심 $70{\sim}90m$의 해역에서 수온전선과 염분전선의 위치는 일치하였다. 1980년 11월에 남해연안 중앙부에서 투하한 해류병이 주로 완도 근해에서 회수된 결과는 전선의 연안쪽에 있는 수괴가 서쪽으로 이동하는 남해연안반류의 존재를 뒷받침 해 주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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