• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.23-60
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• 2016

The major objective of this study was to develop further understanding of 3D nearshore hydrodynamics under a variety of wave and tidal forcing conditions. The main tool used was a comprehensive 3D numerical model - combining the flow module of Delft3D with the WAVE solver of XBeach - of nearshore hydro- and morphodynamics that can simulate flow, sediment transport, and morphological evolution. Surf-swash zone hydrodynamics were modeled using the 3D Navier-Stokes equations, combined with various turbulence models (${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES). Sediment transport and resulting foreshore profile changes were approximated using different sediment transport relations that consider both bed- and suspended-load transport of non-cohesive sediments. The numerical set-up was tested against field data, with good agreement found. Different numerical experiments under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were run to test the model's capability to reproduce 3D flow, wave propagation, sediment transport and morphodynamics in the nearshore at the field scale. The results were interpreted according to existing understanding of surf and swash zone processes. Our numerical experiments confirm that the angle between the crest line of the approaching wave and the shoreline defines the direction and strength of the longshore current, while the longshore current velocity varies across the nearshore zone. The model simulates the undertow, hydraulic cell and rip-current patterns generated by radiation stresses and longshore variability in wave heights. Numerical results show that a non-uniform seabed is crucial for generation of rip currents in the nearshore (when bed slope is uniform, rips are not generated). Increasing the wave height increases the peaks of eddy viscosity and TKE (turbulent kinetic energy), while increasing the tidal amplitude reduces these peaks. Wave and tide interaction has most striking effects on the foreshore profile with the formation of the intertidal bar. High values of eddy viscosity, TKE and wave set-up are spread offshore for coarser grain sizes. Beach profile steepness modifies the nearshore circulation pattern, significantly enhancing the vertical component of the flow. The local recirculation within the longshore current in the inshore region causes a transient offshore shift and strengthening of the longshore current. Overall, the analysis shows that, with reasonable hypotheses, it is possible to simulate the nearshore hydrodynamics subjected to oceanic forcing, consistent with existing understanding of this area. Part II of this work presents 3D nearshore morphodynamics induced by the tides and waves.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.61-97
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• 2016

This is the second of two papers on the 3D numerical modeling of nearshore hydro- and morphodynamics. In Part I, the focus was on surf and swash zone hydrodynamics in the cross-shore and longshore directions. Here, we consider nearshore processes with an emphasis on the effects of oceanic forcing and beach characteristics on sediment transport in the cross- and longshore directions, as well as on foreshore bathymetry changes. The Delft3D and XBeach models were used with four turbulence closures (viz., ${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES) to solve the 3D Navier-Stokes equations for incompressible flow as well as the beach morphology. The sediment transport module simulates both bed load and suspended load transport of non-cohesive sediments. Twenty sets of numerical experiments combining nine control parameters under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were simulated. For each case, the general morphological response in shore-normal and shore-parallel directions was presented. Numerical results showed that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ and H-LES closure models yield similar results that are in better agreement with existing morphodynamic observations than the results of the other turbulence models. The simulations showed that wave forcing drives a sediment circulation pattern that results in bar and berm formation. However, together with wave forcing, tides modulate the predicted nearshore sediment dynamics. The combination of tides and wave action has a notable effect on longshore suspended sediment transport fluxes, relative to wave action alone. The model's ability to predict sediment transport under propagation of obliquely incident wave conditions underscores its potential for understanding the evolution of beach morphology at field scale. For example, the results of the model confirmed that the wave characteristics have a considerable effect on the cumulative erosion/deposition, cross-shore distribution of longshore sediment transport and transport rate across and along the beach face. In addition, for the same type of oceanic forcing, the beach morphology exhibits different erosive characteristics depending on grain size (e.g., foreshore profile evolution is erosive or accretive on fine or coarse sand beaches, respectively). Decreasing wave height increases the proportion of onshore to offshore fluxes, almost reaching a neutral net balance. The sediment movement increases with wave height, which is the dominant factor controlling the beach face shape.

• 한국제4기학회지
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• 제23권1호
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• pp.25-37
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• 2009

제주도 주변해역에 분포하는 퇴적물의 기원을 밝히기 위해 이곳 표층 및 주상 퇴적물의 지화학적 조성과 점토광물 분석연구를 하였다. 해양에 점토광물의 분포는 주로 퇴적물 공급지 와 해양순환 패턴에 의해 지배를 받는다. 스멕타이트는 남황해 북서쪽 지역과 외대륙붕의 니토대 분포지역에 8% 이상의 높은 함량분포를 보이는데, 이는 세립질 부유퇴적물을 많이 함유한 중국의 황하강계로부터 주로 공급되고 있음을 의미한다. 비교적 높은 함량의 고령토는 북동쪽의 연안역과 양자강 하구역에 가까운 남서쪽 지역에 분포하는데 이는 양자강과 한국의 강들로부터 공급된 것으로 보인다. $^{210}Pb$ 동위원소를 이용한 제주도 주변해역의 퇴적율은 0.20~0.54cm/yr 혹은 $0.15{\sim}0.42g/cm^2{\cdot}yr^{-1}$의 범위를 보였고 서쪽에서 동쪽을 향함에 따라 퇴적율이 점차 감소하는 경향을 보이는데, 이는 황하와 양자강 기원 부유퇴적물이 제주도 주변해역까지 이동되고 있음을 의미한다. 지화학적 구분지수 도표에서 제주도 주변해역은 중국의 강들 중 황하강기원 퇴적물이 주를 이루나 북동쪽 지역은 한국의 강과 제주 기원 퇴적물이 일부 분포하고 있다.

• 한국수산과학회지
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• 제35권6호
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• pp.568-577
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• 2002

본 연구에서는 한국 남해안의 적조발생상황을 기초자료로하여 적조생물의 증식과정, 해수순환의 물리학적인 과정 및 영양염류를 고려한 생물학적인 과정 등을 동시에 고려한 적조발생모델을 구축하여 적조발생상황을 수치모델로써 재현하고자 하였다. 수치모델을 통하여 해류를 재현한 결과, 거제도 남쪽해역에서 나타나는 반원형의 해류분포는 그 해역에서의 급격한 수심변화에 의해서 생성되는 것으로 조사되었다. 조류와 해류를 동시에 고려한 해수순환모델 결과, 제주해협에서는 남해로 유입되는 동향류가 우세한 반면에 남해에서 서해쪽으로 유출되는 서향류의 세기는 미약한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 고흥연안에서 최초로 발생한 적조가 제주해협을 통하여 서해쪽으로 이동하기 어렵게 만드는 원인중의 하나라고 판단된다 조류와 해류가 적조발생분포에 미치는 영향을 수치실험을 통하여 조사하였는데, 적조발생분포가 왕복성조류의 형태와 해류에 의한 외해쪽으로의 이동양상을 모두 포함하고 있었다. 그러나, 계산결과는 실제 적조 발생분포를 잘 재현하지는 못하였다. 그러나. 한국 남해연안에서 부는 서남서방향의 가상바람을 적용하여 계산한 결과. 전체적인 적조의 발생 범위와 이동시기는 비교적 유사하게 재현할 수 있었다. 또한, 적조의 이동 및 확산분포에 가장 큰 영향을 미치는 것은 서남서 방향의 바람의 영향으로 연구되었다.

• 한국지구과학회지
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• 제41권5호
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• pp.490-503
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• 2020

해류와 해양 순환은 지구의 에너지를 분배하는 조절자로서 중요한 역할을 하고 있다. 2015 개정 교육과정에 기반한 중등학교 과학 및 지구과학 교과서에는 한반도 주변 해류 중 북한한류의 계절변동성에 대한 오개념을 포함하고 있는 것으로 드러났다. 이를 분석하기 위하여 중학교 5종, 고등학교 6종 교과서에 제시되어 있는 북한한류와 관련된 교과내용을 수집하였으며, 중등학교 과학교사 30인을 대상으로 해류와 북한한류에 관한 설문 조사를 실시하였다. 설문 내용은 교과서에서 북한한류에 대해서 언급하고 있는지, 북한한류의 시간변동성에 대한 개념의 오류가 있는지에 관한 질문으로 구성하였고, 북한한류와 관련된 자유로운 의견을 수집하였다. 교과서에서는 북한한류의 유속이 겨울에 강하다고 제시되어 있는데, 이는 그동안 장기간의 과학계의 연구 결과와는 정반대로 배치되는 결과이다. 북한한류의 세기는 여름에 강함에도 불구하고 겨울에 강하다고 교과서에서 제시하고 있는 것에 대한 오개념의 원인과 형성 과정을 조사하였다. 교사대상 설문을 분석한 결과, 대부분의 교사들이 북한한류의 세기가 겨울에 강하다는 지식 오류를 가지고 있었다. 이는 교사들이 가지고 있는 용어에 대한 오개념에서 출발하여 교사들의 확고한 지식으로 각인되어 있었다. 이러한 오개념은 교사 자신이 중등학교 재학시절부터 획득한 지식에서 기원하였고, 교과서의 오개념은 수정되지 않은 상태로 오랫동안 교사와 학생들에게 전달되고 있었다. 이러한 상황은 향후 학생들의 오개념을 재생산하는 구조를 가질 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 교사 및 학생들이 가지고 있는 북한한류의 계절변동성에 관한 오개념을 단절하기 위하여 기존의 과학적 연구 결과들의 요약하였고, 교과서 수정의 필요성과 교사 전문성 신장을 위한 재교육의 필요성을 제안하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.434-449
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• 2019

파형의 왜도, 저류 외에도 구속 모드의 외중력파, 경계층 streaming이 반영된 개선된 횡단표사 모듈이 제시되었으며, 개선된 모듈에서는 단위 관측기간 내에서 출현하기 마련인 개별 파랑도 고려된다. 이어 불규칙한 개별 파랑이 표사이송에 미치는 영향을 확인하기 위해 단조해안에서의 비선형 천수과정과 해변변형을 수치모의 하였다. 모의결과 최근 적용범위가 쇄파역으로 확대된 주파수 영역 Boussinesq Eq.은 쇄파역에서 흔히 관측되는 치근 모양의 파형, 구속 모드의 외중력파, 경계층 streaming의 모의가 가능한 것으로 판단된다. 또한 연 최대 고파랑이라는 해양환경을 등가 비선형 규칙파[Cnoidal wave]로 해석하는 경우 최대 횡단표사 이송률은 불규칙 파랑에서 관측되는 이송률의 세 배에 달할 정도로 지나치게 과다하게 모의되었으며, 이는 외빈과 원빈의 과다한 침식으로 이어졌다. 또한 연안 표사 이송과 관련된 free parameter K를 최적화하기 위해 맹방해빈의 2017.4.26부터 2018.4.20까지의 해안선 변화를 수치모의 하였으며, 최적화 과정에는 실측된 해안선 위치를 활용하였다. 모의 결과 맹방 표사계의 경우 최적화된 K는 0.17로 보이며, 이 경우 10월 말에 연이어 내습한 최대 고파랑에 의해 침식된 해안이 동절기와 춘절기의 너울에 의해 점진적으로 복원되는 대순환 과정을 거쳐 해안선이 맹방해안 남단과 북단에서는 18 m, 맹방 해안 중앙부에서는 2.4 m 내외로 전진하는 관측결과에 상당히 근접한 수치모의가 가능한 것을 확인하였다.

• 한국광물학회지
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• 제26권3호
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• pp.151-160
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• 2013

유기탄소와 Cr(VI)와의 반응을 연구하여 위하여 컬럼 실험을 실시하였다. 컬럼 실험은 거름토의 유기탄소와 수용액 속의 Cr(VI)와의 반응 후 시간별로 채취한 컬럼의 유출수와 반응 후 컬럼에 남은 고체물질에 대하여 화학분석과 SEM 관찰을 실시하였다. 컬럼에 공급된 Cr(VI)은 초기 유출수에서는 검출되지 않다가 약 8 PV (pore volume) 후 급격한 농도 증가를 보이며 공급수의 농도(20 mg/kg)까지 높아져 본 실험 조건에서 초기에 유기탄소와 Cr(VI)과의 반응에 의하여 일정 기간 동안 제거됨을 보인다. 전반적으로 유출수에서 측정된 양이온과 음이온의 농도는 $PO_4$를 제외하고 초기에 증가하였다가 시간이 지나면서 감소하는 경향을 보인다. 대부분의 이온들이 공급수에는 검출되진 않았거나 매우 낮은 농도임을 감안하면 이 이온들은 주로 유기탄소에서 유출된 것으로 판단된다. SEM 관찰결과 Cr은 유기탄소 표면에 Fe와 함께 공침되었음을 보이고 일부 침전물에 Mn, Ni, Co 등과 같은 금속들이 함께 함유되어있음을 보여준다. 이는 유기탄소 표면의 환원환경에서 Cr(VI)가 환원이 되어 $Cr(OH)_3$로 침전되면서 $Fe(OH)_3$와 같이 공침하였음을 보여주며 Fe의 존재가 Cr의 침전에 있어서 매우 중요함을 지시한다. 추후 용해성 Fe와 Mn과 같은 원소들이 더 이상 용출되지 않으면 Cr(VI)는 더 이상 침전 반응으로 제거되지 않는다. 다른 이온들과 달리 $PO_4$의 경우 초기 유출수에서 감소를 보이고 추후에 농도가 증가하는데 이는 유기탄소에 포함되어 있던 $PO_4$가 유출된 후에 Cr과 Fe의 침전물에 효과적으로 흡착이 되고 침전물이 더 이상 생성되지 않게 되면 원래 유기탄소로부터 용해되어 나온 $PO_4$의 농도로 회귀되어 일정한 값을 보이는 것으로 생각된다.

• 수산해양기술연구
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• 제39권3호
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• pp.197-210
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• 2003

무부자망은 망구의 전개 및 예망시 중저층에서의 예방수심 조절이 효과적이었지만, 표층～30m에서는 예망이 어렵다는 것이 확인되었다. 따라서 본 연구는 이것을 극복하기 위하여 카이트(Kite)의 적용을 검토한 것으로 무부자 쌍끌이 중층망의 뜸줄에 연결된 대형망목부에 부분적으로 카이트를 부착하여 회류수조에서 모형실험으로 그 전개성능을 비교 조사하고 우리나라 쌍끌이 중층망에 적용 가능성을 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 예망수심은 카이트망이 기준형과 무부자망보다 유속별 예망수심이 모두 상승하였으며, 실제 조업시의 예망속도 4.9knot일때는 기준으로 2개의 카이트를 부착했을 때는 약 20m였고, 4개의 카이트를 부착했을 때는 약 5m였다. 또한, 카이트망의 추와 날개 끝 추의 무게가 증가함에 따른 예망수심의 변화는 거의 없었으며, 발줄의 깊이만 각각 약15m와 10m 침강하였다. 그리고, 아래끌줄의 길이(dL)의 증가에 따른 예망수심의 변화는 없었고, 발줄의 깊이만 약 22m 침강하였다. 2. 유체저항은 유속이 2.0～5.0knot로 증가함에 따라 거의 직선적으로 증가하였으며, 그 증가율은 유속이 증가함에 따라 커지는 경향을 보였다. 또, 카이트망의 유체저항은 무부자망과 기준형에 비해 약 5～10ton 더 컸다. 그리고, 카이트망의 유체저항은 4.0knot를 기준으로 추의 무게가 1.40～3.50ton 으로 증가할 때 약 3ton, 날개끝 추의 무게가 0～1.11ton으로 증가할 때 약 4ton 증가하였으며, 아래끌줄의 길이(dL)가 0～40m로 증가할 때 유체저항은 약 5.5ton 증가하였다. 3. 망고는 4.0knot를 기준으로 카이트의 면적이 $2,270mm^2(2kite)에서; 4,540mm^2(4kite)$로 증가할 때 약 10m 증가하였으며, 카이트의 면적이 $4,540mm^2$(4kite)일 때 기준망보다는 약 50m, 무부자망보다는 약 30m 증가하였다. 망폭의 변화는 모든 경우에서 유속의 변화에 따라 5m 내외로 거의 일정하였다. 4. 여과량은 카이트망이 기준형과 무부자망에 비해 유속이 2.0knot일 때는 약 28%, 34% 더 컸으며, 3.0knot일 때는 약 42%, 41%이었고, 4.0knot일 때는 약 62%, 45%이었으며, 5.0knot일 때는 약 74%, 54%로 더 컸다. 각 어구별 적정 예망속도는 뜸이 있는 기준형은 약 3.0knot, 무부자망은 4.0knot이상 이였으며, 카이트망은 5.0knot 이상에서도 가능한 것으로 판단된다. 5. 망구면적당 유체저항의 비는 기준형, 무부자형, 카이트망의 순으로 전개효율은 카이트망이 가장 우수하였으며 다음으로 무부자망, 기준형의 순이었다. 실제 예망속도인 4.0knot를 기준으로 카이트망은 기준형에 비해서는 약50%, 무부자형에 비해서는 약 25%로 더 효율적인 것으로 나타났다.

• 수산해양기술연구
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• 제39권3호
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• pp.189-196
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• 2003

무부자 쌍끌이 중층망은 유속에 관계없이 뜸줄은 거의 일직선으로 유지되고 뜸줄의 깊이 변화가 없었다 또한, 뜸이 없기 때문에 부력은 작용하지 않지만 아래 끌줄의 길이를 조절함으로써 망고를 유지할 수 있었다. 그리고, 무부자 썽끌이 중층망의 전개성능은 발줄의 침자 외에도 추(Front weight)와 날개끝 추(Wing-end weight)의 침강력을 증가시킴으로써 더욱 향상될 수 있었다. 연구는 회류수조에서의 모형실험을 통하여 무부자쌍끌이 중층망의 추와 날개끝 추의 무게에 따른 전개 성능을 규명하고 그 결과를 기준형과 비교 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 유체저항은 유속이 2.0∼5.0knot로 증가함에 따라 거의 직선적으로 증가하였으며, 느린 유속에서는 저항의 증가폭이 작지만, 유속이 빠를 때는 저항의 증가폭이 커지는 경향을 보였다. 추의 무게 및 날개끝 추의 무게의 증가함에 따라서도 유체저항은 증가 하였다. 2. 망고는 유속이 증가함에 따라 거의 직선적으로 감소하는 경향을 나타내었으며, 망고의 감소율은 기준형보다 무부자망이 낮았다. 추의 무게가 0.70ton 에서 1.75ton으로 증가할 때 각 단계별로 약 2m씩, 날개끝 추의 무게가 0.28ton에서 1.11ton으로 증가할 때 각 단계별로 약 1m씩 각각 망고가 증가하였다. 망폭은 기준형보다 모든 무부자망이 약 10m 정도 더 컸으며, 추와 날개끝 추의 무게가 증가햄에 따라 그 변화폭은 2m 내외로 거의 일정하였다. 3. 망구면적은 추의 무게가 1.75ton 일 때, 날개끝 추의 무게가 1.11ton일 때 최대가 되었고 유속이 2.0∼3.0knot에서는 무부자망이 기준형보다 작았으나, 4.0-5.0knot에서는 무부자망이 기준형보다 더컸다. 4. 여과량은 기준형에서는 3.0knot일 때, 무부자망에서는 4.0knot일 때 각각 최대가 되었으며, 추의 적정무게는 1.40ton이었다. 팀은 환자가 원하는 영적 간호를 실시하도록 체계적인 접근 방법을 강구해야 할 것으로 사료된다.된다. 통하여 움직임 감소 장치를 사용함으로써 내부 장기 중 횡격막 움직임의 범위가 감소함과 동시에 CTV-PTV 마진이 크게 줄어드는 결과를 확인하였다. 이 결과를 통하여 흉부 또는 복부에 종양을 가진 환자 치료 시 더욱 질 높은 방사선 치료가 실현될 것으로 기대한다. 30∼40％ 정도 느렸고, 퍼레니얼라이그라스도 퍼레니얼라이그라스 100％ 단일종류에 비해 20∼30％정도 늦었다. 따라서, 뗏장 재배시 여러 종류의 초종을 천편일률적으로 혼합하여 파종하는 것은 바람직하지 않으며, 컨셉에 따라 적절하게 초종 및 품종을 선택해서 사용하는 것이 필요하다. 5. 뗏장의 뿌리 형성 능력은 퍼레니얼라이그라스가 가장 좋았고, 가장 저조한 초종은 켄터키블루그라스였다. 톨훼스큐는 켄터키블루그라스와 퍼레니얼라이그라스의 중간정도로 나타났다. 혼합구의 뗏장 형성 능력은 초종의 혼합비에 따라 뿌리 형성력 차이가 다르게 나타났는데, 특히 퍼레니얼라이그라스 혼합비율이 많을수록 뿌리 형성 능력은 증가하였다. 6. 뗏장 수확시 잔디 품질은 단일 초종구의 품질이 혼합구에 비해 양호하였는데 가장 우수한 초종은 켄터키블루그라스였고, 톨훼스큐는 켄터키블루그라스 다음으로 중간정도, 그리고 퍼레니얼라이그라스는 가장 저조하였다. 켄터키블루그라스는 균일한 잔디 면, 고밀도 및 예초 후 상태가 우수한 특성으로 품질이 양호하였고, 퍼레니얼라이그라스의 품질이 저조하였던 것은 초장이 길어 잔디 면이 누운 상태로 나타나 균일도 저하 및 예초 후 품질이 켄터키블루그라스나 톨훼스큐 보다 떨어지기 때문이다. 그리고 혼합구의 품질은 여러 종류가 혼합됨으로 인해 색상 및 밀도의 균일도가 떨어지고, 또한 예초 시 물결처럼 불균일하게 깎여 잔디 표면이 불량하였기 때문이었다. 7. 골프장이나 경기장 기본 설계 시 초기 피복도 및 뿌리 형성력이

• 한국지구과학회지
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• 제32권7호
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• pp.832-859
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• 2011

해류는 기후변화와 지구상의 에너지 균형에 중요한 역할을 하고 있어 정확한 해류와 순환에 대한 과학 교육의 중요성이 점점 더 강조되어 왔다. 본 연구의 목적은 교과서 해류도의 오류를 분석하고, 가능한 원인에 대하여 토의하며, 학생들에게 동해에 관한 통일된 해류도를 어떻게 제안할 것인지 방안을 제시는 것이다. 제 7차 교육과정에 근거한 27종의 교과서를 기존의 문헌과 최근의 과학적 지식과 비교함으로써 동해 해류도의 특성을 정량적으로 분석하고 조사하였다. 서로 다른 도법을 바탕으로 제작된 교과서 해류도들을 위치 정보를 이용하여 디지털 영상자료로 변환한 후 메르카토르 도법을 사용하여 새로운 영상으로 전환하였다. 대한해협에서의 대마난류 분지 양상과 대마난류의 근해 분지가 일본 연안에 얼마나 근접하여 북상하는지를 정량적으로 조사하고, 동해 극전선 이남에서 사행하는 대마난류의 외해 분지의 양상을 면밀히 분석하였으며, 우리나라 동해안을 따라 북상하는 동한난류의 북상 범위, 이안 위도도 조사하였고, 난류의 유출 양상을 쓰가루 해협과 소야 해협 부근에서 분석하였다. 또한 리만해류와 북한한류가 시작하는 위도, 남하하는 범위, 연안에 근접한 정도에 대하여 분석하였다. 이외에도 교과서 해류도에 대한 잘못된 표현도 제시하였다. 이러한 분석들은 교과서 해류도의 문제점을 드러내었으며, 이는 학생들에게 오개념을 일으킬 수 있다. 본 연구는 최신의 과학적 연구 결과를 가지고 있는 과학자들과 교육 자료가 필요한 교육자들 사이에 연결 고리의 필요성도 강조하였다.