Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety Research Paper Vol. 19, No. 6, pp. 561-569, December 31, 2013, ISSN 1229-3431(Print) / ISSN 2287-3341(Online) http://dx.doi.org/10.7837/kosomes.2013.19.6.561 한국연안일평균조위편차의시공간적변동특성 김호균 * 김영택 ** 국립해양조사원해양과학조사연구실 Characteristics of Spatio-temporal Variability of Daily averaged Tidal Residuals in Korean Coasts Ho-Kyun Kim * Young-Taeg Kim ** Ocean Research Division, Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, 351 Haeyang-ro Yeongdo-gu Busan 606-806, Korea 요약 : 본연구에서는우리나라연안의 2003~2009 년해수면자료로조위편차를산출하고, 일평균조위편차의시공간적변동을 EOF 분석, 해면기압과바람이조위편차변동에얼마나영향을미치는지를상관성분석을통해알아보았다. 일평균조위편차는전체변동량의 68 %( 제1모드 ) 가동시승강하였고, 전체변동량의 21 %( 제2모드 ) 는서해안이상승할때남해안과동해안이하강하는교차승강을하였다. 해역별로조위편차에영향을주는주요요인을보면, 서해안은남-북방향의바람성분이었고, 남해안은동해안으로갈수록해면기압의영향이우세하였다. 핵심용어 : 조석, 조위편차, EOF 분석, 상호상관함수, 바람 Abstract : EOF analysis of tidal residual derived from 2003~2009 tide data was used to identify the spatio-temporal variability. The effect of sea surface air pressures and winds on the tidal residual was also investigated by the correlation analysis. The first mode accounting for 68 % of the total variance represented concurrent sea level rise or fall, and the second mode accounting for 21 % of the total variance explained alternative sea level rise and fall between West Sea coast and both South Sea and East Sea coasts. While northerly and southerly winds dominated the tidal residual in the eastern coast of Yellow Sea, the effect of sea surface air pressures on the tidal residual increased along the coastal regions from South Sea to East Sea. Key Words : Tide, Tidal residual, EOF, Cross-correlation function, Wind 11. 서론해양관광, 해양레저, 해상교통, 해상구조물설치등인간의연안활동이증가함에따라안전에위협이되는조위편차예측이중요해지고있다. 해수면관측치를조석조화분해하여평균해면과조위를해수면관측치에서제거한것을조위편차라고하며, 조위편차중에서큰양 (+) 의값을가지는것을해일고라부른다 (Pugh, 1987). 조위는조석조화분해를통해구한조화상수를이용하여분조의합성으로예측이가능한반면, 조위편차는바람, 기압, 해수밀도변화등에의해만들어지기때문에불규칙한변동을하므로예측이쉽지않다. 선박이항구에접안하거나바다갈라짐체험및낚시등 Corresponding Author : hokyun1001@korea.kr, 051-400-4361 레저활동을할때예기치못하게발생할수있으므로조위편차는연안에서인간활동에위협이될뿐아니라해상구조물및항만설계등에중요한기초자료가된다. 폭풍해일에의한조위편차로발생한피해사례를살펴보면태풍루사 (2002.8.30.) 때사망 / 실종 246명, 재산피해가 5조 1천억원이었고, 태풍매미 (2003.9.20.) 는사망 / 실종 131명과재산피해 4조2천억원을일으켰다 (NTC, 2003). 또한, 이상파랑에의해 2007년 3월 31일전남영광및고창에서사망 4명, 부상 3명, 2008년 5월 4일충남보령죽도방파제에서사망 9 명, 부상 14명의인명피해가발생했다 (KHOA, 2010). 우리나라연안의조위편차와해일고에관한연구를보면, Cho and Kang(2012) 은비모수적방법인 Kernel 함수로연안조위편차의확률밀도함수를추정ㆍ제안하고조위편차자료의분포와다양한극값추정에도높은수준의정도를보였
다. 해일고와관련하여서남해안에서예측고조위가증가하는경향 (Kang et al., 2008) 과 20개조위관측소의자료분석을통해국내연안해일강도특성 (Kang et al., 2011) 이보고되었다. Kwon et al.(2008) 은속초와묵호항에서연간최대해일고의장기간변동성을고찰한바있다. 그러나앞의연구들은조위편차발생의주요요인인해면기압이나바람등의분석이미약하고, 통계적분석으로극치값의예측에국한되어있거나, 조위잔차에일시적으로영향을준태풍이나폭풍에의한해일고산정에한정되어있다. 불규칙하게변동하는조위편차를예측하기위해먼저변동특성과변동에기여하는요인별상관성연구가선행되어야한다. 따라서한국연안의조위편차의변동특성, 시공간적인변동을알아보고, 조위편차의변동에영향을주는기상요인인해면기압과바람의변동과의상관성을파악하고자한다. 2. 자료및방법본연구에사용된자료는 2009년기준으로국립해양조사원이운영하고있는조위관측소중에서설치시기와자료의결측정도를고려한 11개조위관측소 (Fig. 1) 를선정하여 2003년부터 2009년까지 7년동안관측한매 10분해수면자료이다. 또한, 조위편차의변동요인과의상호상관성분석을위하여기상청에서수집한같은기간의매시간풍향ㆍ풍속및매 3시간기압자료를수집하여분석에사용했다. 조위편차는각조위관측소에대하여관측된해수면자료로부터매년조석조화분해하여예측조위를생성하고해수면자료로부터예측조위를제거하여산출한다. 조위편차와바람, 조위편차와해면기압의상호상관성과시공간적변동을알아보기위해모든자료는일평균값으로변환하여분석한다. 왜냐하면바람이나해면기압의일시적인변동에대한조위편차의반응보다는지속적인변동에대한조위편차의반응을파악하기위해서이다. 10분간격의조위편차자료에대하여하루 144개자료중에서 90 % 이상인 130개자료가취득된경우에조위편차의일평균을계산하며, 그렇지않으면결측으로처리한다. 해면기압의잔차성분을구하기위하여하루 8개자료를평균하여일평균자료를만들고연변동과반년변동주기에대하여조화분해하여연변동과반년변동치를산출한후, 이를해면기압으로부터제거한다. 바람은동방성분 (U) 과북방성분 (V) 으로분리후, 해면기압과마찬가지로각각연변동과반년변동을제거하여산출한다. 조위편차의시ㆍ공간적인변동을알아보기위하여 EOF (Empirical Orthogonal Function, 경험직교함수 ) 분석을수행하였다. EOF 분석을위하여결측자료는 SPLINE 보간방법을이용하여조위편차추정치로대체한다. Fig. 1. Location of tide stations. 3. 결과및고찰 3.1 조석과조위편차해수면변동은아래식과같이평균해면, 주기적이고예측가능한조석과불규칙적으로변동하는조위편차의합으로구성된다. cos 여기서,, 와 는각각해수면변동, 평균해면, 조석과잔차즉, 조위편차이고 은시간에관계없이일정하다고가정한다. 는달의공전주기인 18.61 년동안달의적위에따라변하는노달팩터 (nodal factor), 아래첨자 는 번째분조, n은분조의개수, 는각속도, 는시간, 는위상이다. 조위편차를구하기위하여연구에사용된 11개지점조위관측소의해수면자료를자료수집기간인 2003년에서 2009 년까지국립해양조사원에서사용하는 TIRA 프로그램을이용하여조석조화분해하고매년 62개분조에대한조석조화상수를얻었으며, 조석주요 4대분조 (M 2, S 2, K 1, O 1 ) 에대하여 7년평균한조석조화상수를 Table l에보였다. 조석의크기를나타내는분조의진폭은황해중부에서, 황해남부, 남해서부, 남해동부를거쳐동해안으로갈수록작아지며, 조석파의진행을알수있는위상은진폭과반대로동해안, 남해동부, 남해서부, 황해남부, 황해중부로갈수록커진다.
Table 1. Tidal harmonic constants for 4 major cosnstituents. H and g represent an amplitude in cm and a phase in degree( ) M 2 S 2 K 1 O 1 St. H g H g H g H g IC 286.6 130.2 115.1 187.3 39.2 302.5 28.6 264.4 BR 227.0 95.6 89.0 149.7 35.2 285.1 26.4 248.7 GS 221.7 85.8 86.2 139.1 34.9 280.0 26.3 243.8 MP 143.6 35.5 48.9 85.9 30.6 250.5 23.4 217.6 SG 74.5 282.8 32.9 315.6 24.1 210.3 17.6 179.6 WD 103.4 295.4 44.0 328.2 26.8 204.7 19.3 172.2 YS 95.3 257.3 43.6 292.5 18.9 181.6 12.7 148.3 TY 76.7 252.3 35.2 287.3 14.7 179.8 9.7 137.7 PS 37.9 240.8 17.7 276.9 4.4 147.2 1.6 107.0 US 15.7 210.8 7.3 251.8 3.1 48.6 2.9 346.7 PH 3.1 117.4 0.7 167.2 3.9 6.9 4.1 322.4 Table 2. Statistics of daily averaged tidal residuals St. mean RMS Amp. Max. Min. UR* (cm) (cm) (cm) (cm) (%) IC -0.005 9.8 50.1-47.7 0.08 BR -0.026 9.2 42.8-47.4 0.74 GS -0.008 8.4 37.3-42.6 0.04 MP 0.007 7.5 34.7-25.7 0.31 SG -0.001 6.3 36.1-21.3 0.00 WD -0.030 7.2 33.7-26.4 0.08 YS 0.008 6.5 32.2-31.2 0.23 TY 0.000 6.1 23.7-23.2 0.00 PS 0.000 6.4 29.9-25.4 0.00 US 0.000 6.4 25.5-24.0 0.00 PH 0.000 6.4 33.2-20.8 0.00 UR* : Unmeasured Rate 2003년부터 2009년까지각조위관측소별일평균조위편차를산출하고결측자료에대하여 SPLINE 보간방법을사용하여보간한결과를 Fig. 2에나타내었다. RMS(Root Mean Square) 진폭에의한조위편차의변동크기와최대치와최소치의변동폭은 Table 2에보였다. 일평균조위편차는불규칙하게변동하며분조들의진폭크기와마찬가지로서해안에서남해안, 동해안으로갈수록변동이작아진다 (Table 1). 결측률은 0.00~0.74% 로보령에서최대 19일결측이발생했다. 조석주요 4대분조진폭의합은평균해면으로부터변동하는조석의최대크기를의미하는데, 우리나라에서는평균해면으로부터이값만큼아래에위치한이면을약최저저조 Fig. 2. Time series of daily tidal residuals(2003~2009). 면이라하고조석관측기준이자해도에표기하는수심의기준으로사용하고있다. 특히, 약최저저조면은항해하는선박의안전을위하여조석에의해해면이낮아질수있는수심을고려한것이다. 그러나만약에큰음의조위편차가발생하면해수면은약최저저조면보다아래로내려갈수있으며이때, 수심이얕은곳에서좌초의위험이있어선박의안전을위협할수있다. Table 1, Table 2와 Fig. 2로부터조석이큰지점에서조위편차도크다는것을알수있으며, 이결과는 Kang et al.(2011) 과 Cho and Kang(2012) 의결과와일치한다. 3.2 조위편차의변동과정일평균조위편차의변동특성을알아보기위해조위편차의크기에따른변동과정을 Table 3~13에백분율로나타내었다. 조위편차의크기는일반화를위해각자료의표준편차 (± ) 를이용하여 ±3, ±2, ± 를기준으로 8개구간을 1 r -3, 2-3 <r -2, 3-2 <r -, 4 - <r 0, 5 0<r, 6 <r 2, 7 2 <r 3, 8 r 3 와같이정했다. 여기서 r은조위편차를의미한다. 어느구간의 I 번째날조위편차 ( 가로 1 8) 가 I+1 번째날어떤구간의값 ( 세로 1 8) 으로전환되는가를백분율로나타내었으며이를일평균조위편차의전환행렬 (TRANS MATRIX) 이라명명한다. 연구대상 11개전지점에서일평균조위편차는약 60% 가표준편차 (± ) 내에서전환되며, 조위편차의절대값이 2 이상에서같은부호로절대값 2 이상으로의전환은최대 1.22% 를넘지않는다. -2 이하 (, ) 에서 2 이상 (, ) 또는 2 이상 (, ) 에서 -2 이하 (, ) 로전환되는경우는서해안에서최대 0.12% 인반면에남해안과동해안은거의없다. 특히, 조위편차의극단적인변동을나타내는 1에서 8로전환은인천에서 0.08% 로 2회, 에서로변동은보령에서 0.04% 로 1회발생했다. Fig. 2에보인바와같이조
위편차가전지점에서불규칙한변동을하지만 ±2 이상에서 ±2 이상으로거의전환되지않는다. 인천, 보령과군산에서 -2 이하 (, ) 가나머지지역에비해상대적으로높고, 2 이상 (, ) 은황해 3 개지점보다높다. 인천, 보령과군산의일평균조위편차는양의구간 (5~8) 에서전구간 (1~8) 으로전환이음의구간 (1~4) 에서전구간 (1~8) 으로전환보다우세하다. 이것은위 3 지점에서양의조위편차지속성이음의지속성보다강하다는것을의미하며, 음의조위편차가크게발생할수있는가능성을나타낸다. 나머지지점은세지점과현상은반대이다. Table 6. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at MP MP( =±7.5 cm) 1 0.00 0.04 0.08 0.04 0.00 0.04 0.00 0.00 2 0.08 0.35 0.43 0.74 0.43 0.16 0.00 0.04 3 0.08 0.82 3.79 4.73 1.96 0.51 0.00 0.00 4 0.04 0.70 6.22 19.64 9.27 1.64 0.20 0.04 5 0.00 0.23 1.10 10.68 15.88 4.66 0.55 0.08 6 0.00 0.08 0.23 1.80 5.05 4.66 0.63 0.04 7 0.00 0.00 0.04 0.08 0.55 0.82 0.39 0.04 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 0.00 0.16 0.12 Table 3. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at IC IC( =±9.8 cm) 1 0.12 0.16 0.20 0.35 0.35 0.16 0.04 0.00 2 0.00 0.08 0.39 0.43 0.70 0.39 0.04 0.04 3 0.27 0.39 1.33 2.78 2.62 0.78 0.23 0.08 4 0.31 0.82 3.48 18.43 10.52 2.35 0.31 0.08 5 0.47 0.43 2.43 11.74 19.13 3.91 0.67 0.04 6 0.08 0.16 0.63 2.39 4.62 2.62 0.39 0.00 7 0.00 0.04 0.04 0.20 0.82 0.63 0.12 0.00 8 0.08 0.00 0.00 0.04 0.04 0.04 0.04 0.00 Table 7. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at SG SG( =±6.3 cm) 1 0.08 0.16 0.00 0.04 0.00 0.00 0.04 0.00 2 0.08 0.35 0.39 0.20 0.23 0.00 0.00 0.00 3 0.12 0.59 6.34 4.54 0.74 0.23 0.04 0.04 4 0.04 0.16 5.05 21.95 8.76 0.78 0.08 0.00 5 0.00 0.00 0.82 9.62 19.52 4.42 0.59 0.12 6 0.00 0.00 0.00 0.43 4.93 4.66 0.86 0.20 7 0.00 0.00 0.00 0.04 0.74 0.90 0.47 0.12 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.16 0.08 0.20 0.08 Table 4. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at BR BR( =±9.2 cm) 1 0.16 0.08 0.16 0.39 0.31 0.20 0.00 0.04 2 0.08 0.04 0.39 0.67 0.67 0.31 0.00 0.00 3 0.31 0.70 1.49 2.31 2.11 0.98 0.23 0.04 4 0.27 0.74 3.44 18.70 10.80 2.39 0.27 0.04 5 0.35 0.43 2.23 11.85 18.51 4.15 0.59 0.04 6 0.12 0.12 0.43 2.35 5.01 3.05 0.39 0.04 7 0.04 0.00 0.04 0.39 0.70 0.35 0.23 0.04 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 0.08 0.08 0.00 Table 8. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at WD W D( =±7.2 cm) 1 0.00 0.00 0.08 0.08 0.04 0.00 0.00 0.04 2 0.08 0.55 0.59 0.35 0.12 0.04 0.00 0.00 3 0.08 0.74 4.66 5.24 1.13 0.20 0.04 0.00 4 0.04 0.39 5.83 20.34 9.23 1.13 0.23 0.12 5 0.04 0.04 0.74 10.21 17.72 4.85 0.55 0.08 6 0.00 0.00 0.16 1.06 4.93 4.23 0.86 0.16 7 0.00 0.00 0.00 0.08 0.86 0.82 0.47 0.12 8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.20 0.12 0.20 0.16 Table 5. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at GS GS( =±8.4 cm) 1 0.12 0.08 0.16 0.27 0.23 0.12 0.00 0.00 2 0.00 0.12 0.27 0.74 0.63 0.20 0.04 0.04 3 0.23 0.43 1.76 3.29 2.46 0.82 0.12 0.00 4 0.31 0.59 4.69 17.96 10.41 2.03 0.35 0.12 5 0.16 0.59 1.96 11.89 18.23 4.15 0.63 0.04 6 0.12 0.16 0.23 2.11 5.05 3.48 0.47 0.04 7 0.04 0.04 0.08 0.16 0.59 0.82 0.16 0.00 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 0.04 0.12 0.00 Table 9. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at YS YS( =±6.5 cm) 1 0.04 0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.08 0.59 0.70 0.39 0.08 0.00 0.00 0.00 3 0.08 0.78 5.24 5.05 0.78 0.16 0.04 0.04 4 0.00 0.23 5.32 20.85 9.19 0.86 0.20 0.04 5 0.00 0.04 0.82 9.35 19.68 4.73 0.67 0.12 6 0.00 0.04 0.08 0.90 4.77 3.79 0.86 0.16 7 0.00 0.00 0.00 0.12 0.86 0.94 0.51 0.16 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.04 0.12 0.31 0.00
Table 10. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at TY TY( =±6.1 cm) 1 0.04 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.08 0.51 1.02 0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 3 0.12 0.86 5.75 5.28 0.51 0.04 0.04 0.00 4 0.00 0.16 5.24 21.21 9.12 0.78 0.12 0.04 5 0.00 0.04 0.51 9.15 18.31 5.13 0.51 0.00 6 0.00 0.00 0.08 0.82 5.24 4.89 1.02 0.08 7 0.00 0.00 0.00 0.00 0.47 1.17 0.51 0.35 8 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.12 0.31 0.00 3.3 조위편차의시공간적변동 (EOF 분석 ) 일평균조위편차의시공간적인변동을알아보기위하여 EOF(Empirical Orthogonal Function, 경험적직교함수 ) 분석을수행하여그결과를 Fig. 3(a)~(c) 에나타내었다. 제1모드는전체변동량의 68.1 % 를차지하며, 조위편차가 11개전지점에서동시에상승 (+) 하거나동시에하강 (-) 하는변동을보이는데 (Fig. 3a), 해면기압과바람이우리나라와주변해역에대하여거의동시에광범위하게영향을주기때문으로생각된다. Table 11. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at BS PS( =±6.4 cm) 1 0.04 0.08 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.08 0.35 0.82 0.08 0.00 0.00 0.00 0.00 3 0.04 0.82 6.26 5.63 0.43 0.12 0.00 0.00 4 0.00 0.04 5.52 22.89 8.76 0.78 0.04 0.00 5 0.00 0.04 0.59 8.49 17.53 4.77 0.39 0.00 6 0.00 0.00 0.08 0.90 4.66 5.20 1.33 0.12 7 0.00 0.00 0.00 0.04 0.39 1.25 0.63 0.27 8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.16 0.20 0.12 Table 12. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at US US( =±6.4 cm) 1 0.04 0.08 0.04 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.08 0.82 0.63 0.20 0.04 0.04 0.00 0.00 3 0.04 0.67 6.26 5.16 0.67 0.00 0.00 0.00 4 0.04 0.20 5.36 22.46 8.80 0.86 0.04 0.00 5 0.00 0.04 0.47 9.08 17.72 4.66 0.47 0.08 6 0.00 0.00 0.04 0.78 4.85 5.20 1.10 0.12 7 0.00 0.00 0.00 0.04 0.39 1.33 0.67 0.08 8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.23 0.08 Table 13. TRANS MATRIX of daily tidal residuals at PH PH( =±6.4 cm) 1 0.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 0.04 0.47 0.94 0.16 0.04 0.00 0.00 0.00 3 0.00 0.86 6.34 5.28 0.63 0.12 0.00 0.00 4 0.00 0.23 5.20 20.46 9.59 0.94 0.04 0.00 5 0.00 0.04 0.67 9.59 18.31 4.62 0.51 0.04 6 0.00 0.00 0.04 0.94 4.62 4.81 1.10 0.23 7 0.00 0.00 0.04 0.08 0.51 1.13 0.67 0.16 8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.12 0.27 0.12 Fig. 3. EOF analysis of daily tidal residual shows (a)1st mode (68.1%) of concurrent sea level rise and fall over the whole stations, (b)2nd mode(21.3%) of alternative rise and fall between Yellow Sea~Southern Sea and East Sea, and (c)3rd mode(4.4%) of alternative rise and fall among Mid-Yellow Sea, Southern Sea, and East Sea.
그러나해역별로조위편차의변동크기는다른데서해안 중부에서남해안, 동해안으로갈수록조위편차의변동은작 아진다. 이것은조차가큰서해안에서조위편차가크고남 해서부, 남해동부, 동해안으로갈수록조차가작아지는데조 위편차도작아지는 Table 1 과 Table 2 에보인것과같다. 제 2 모드는전체변동량의 21.3 % 를차지하며조위편차가 서해안에위치한인천, 보령, 군산, 목포에서상승 ( 하강 ) 할 때남해안과동해안나머지 7 개지점에서하강 ( 상승 ) 하는교 차승강을보여준다 (Fig. 3b). 제 2 모드의교차승강은조위편차 변동과정이서해안과남해안 동해안이다른것을의미한 다. 즉, 해면기압과바람의변동이서해안과남해안 동해안 에각각다르게작용하는성분으로인한조위편차변동이 제 2 모드에나타난것이다. 이러한변동의요인으로바람과 기단의이동을고려할수있다. 북풍은해수를황해연안으 로이동시켜해수면을상승시키고남해안 동해안의해수를 외해쪽으로이동시켜해수면을낮추는작용을하는것으로 보이며또한, 서쪽으로부터동쪽으로이동하는기단이원인 인것으로추측된다. 제 1 모드와제 2 모드변동량의합은조위 편차전체변동량의약 90 % 를차지함으로써조위편차변동 의대부분을설명한다. 제 3 모드는전체변동량의 4.4 % 를차지하며서해안인천, 보령, 군산 3 개지점과부산과동해안 2 개지점이상승 ( 하강 ) 할때목포와남해안에위치한 5 개지점들이하강 ( 상승 ) 하는 교차승강을나타낸다 (Fig. 3c). 이런결과는바람이나해면기 압의변동성분중에서해안과동해안과달리남해안에작 용하는성분이있을것으로추정된다. 3.4 해면기압변동 일평균해면기압의연변동과반년변동조화상수를 Table 14 에나타내었다. 해면기압의연평균은군산에서 1016.6 hpa Table 14. Harmonic constants(a: Amplitude, P: Phase) of annual and semi-annual variations using daily mean sea surface pressure(hpa) St. AVG. (hpa) A a (hpa) P a ( ) A sa (hpa) P sa ( ) Residual((hPa) Max. Min. STD. IC 1015.9 9.37 3 1.01 166 13.8-23.0 4.5 BR 1016.3 9.50 4 0.94 183 13.8-21.9 4.4 GS 1016.6 9.51 4 0.90 186 13.8-21.5 4.4 MP 1016.2 9.34 5 0.89 193 13.3-20.0 4.3 SG 1015.5 8.34 6 0.90 248 13.7-17.8 4.2 WD 1016.0 9.09 5 0.87 246 14.0-19.4 4.2 YS 1016.0 8.41 4 0.93 248 14.8-19.4 4.3 TY 1015.6 8.14 4 0.94 242 14.9-19.5 4.4 PS 1015.5 7.86 4 1.01 237 15.1-20.0 4.6 US 1015.4 7.97 4 1.07 232 15.4-20.2 4.6 PH 1015.5 7.99 1 1.04 228 15.8-21.5 4.6 로최대, 울산에서최소 1015.4 hpa를보이며, 연진폭은군산에서 9.51 hpa로최대, 부산에서최소 7.86 hpa이다. 해면기압은모든지점에서매년 1월초에최대를나타낸다. 연변동과반년변동이제거된일평균해면기압 (Fig. 4) 의최대치는서해안, 남해안, 동해안순서로커지며최소치는서해안에서남해안으로갈수록커지다가동해안으로갈수록작아진다. 해면기압의반년진폭은울산에서 1.07 hpa로최대, 완도에서최소 0.87 hpa로연진폭에비해매우작다. Fig. 4. Time series of daily sea surface air pressure with annual and semi-annual variations removed(2003~2009). 3.5 바람변동바람의일평균동-서성분 (U) 과남-북성분 (V) 에대한연변동과반년변동조화상수를 Table 15에나타내었다. 바람의동-서성분연진폭은목포에서최소 0.41 m/sec 부터여수에서최고 1.46 m/sec 까지이다. 동-서성분의연위상은최소 189 에서최대 313 으로 7월초에서 11월중순에최대값이나타난다. 바람의남-북성분의연진폭은서귀포에서최소 0.60 m/sec 부터완도에서최고 2.20 m/sec 까지이다. 남-북성분의연위상은포항 210 (8 월초순 ) 을제외하고 337 에서 21 까지변하는데, 이것은 12월초에서다음해 1월하순에해당한다. 바람의동-서성분과남-북성분의연변동과반년변동이제거된바람의잔차성분을합성하여 Fig. 5에나타내었다. 일평균바람잔차성분이가장큰곳과가장작은곳은각각여수약 3 m/sec, 보령 1.2 m/sec이며일평균최대풍속은여수에서 2005년 9월 5일에 14.3 m/sec 를나타낸다.
Table 15. Harmonic constants(a: Amplitude, P: Phase) of annual and semi-annual variation using daily mean wind(m/sec) St. U V AVG. A a P a ( ) AVG. A a P a ( ) IC -0.66 0.51 295 0.41 1.20 1 BR -0.11 0.44 313 0.09 0.90 343 GS -0.41 0.57 283 0.53 0.61 21 MP -0.09 0.41 281 0.97 1.87 4 SG 0.09 0.60 247 0.24 0.60 340 WD -0.50 0.97 217 0.73 2.20 8 YS -0.34 1.46 223 0.99 1.80 353 TY 0.09 0.29 258 0.51 1.46 346 PS -0.43 0.71 220 0.49 1.26 337 US -0.27 0.71 189 0.54 0.68 343 PH -0.64 0.87 191-0.41 0.64 210 Fig. 5. Time series of daily wind with annual and semi-annual variations removed(2003~2009). 3.6 조위편차-해면기압-바람의상관성조위편차와이에영양을미치는기상요인인해면기압 (P) 과바람 (U, V) 에대하여상관성을알아보기위하여상호상관함수를 11개지점에대하여 Fig. 6에나타내었다. 해면기압에의한해수면의변동은해면기압이높으면해수면이낮아지고해면기압이낮으면높아지는역수은주현상으로설명된다 (Pugh, 2004). 조위편차와해면기압사이의상관성은인천과보령에서해면기압과하루늦게대응되는지연시간 1일때 -0.45 정도로역상관이가장크며, 나머지 9개지점은지연시간이 0에서역상관이가장큰데상관계수는 0.5 이하이다. Fig. 6. Cross-correlations between tidal residual and sea surface air pressure (upper), east-west component of wind (middle), and north-south component of wind (lower) with vertical axis of correlation coefficient and horizontal axis of time lag between -10 and 10 days.
지연시간이 0일때상관계수는서해안, 남해안, 동해안순으로커지며, 통영, 부산, 울산과포항에서상관계수가 -0.5 이상이다 (Fig. 6, 각지점그림상 ). 조위편차와바람의동-서성분 (U) 의상관성은서해안의인천, 보령과군산에서지연시간 -1에서가장높지만상관계수는 0.3 이하이며, 서귀포, 완도와여수는지연시간 0에서상관계수가 0.4이상이다. 남동해안과동해안에위치한통영, 부산, 울산과포항에서지연시간이 3일때상관성이가장높으며상관계수는 0.3 이하이다 (Fig. 6, 각지점그림중 ). 동- 서성분의바람은전연안에서조위편차와양의상관을보이지만상관성은매우낮다. 이것은서풍이해수면을상승시키고동풍은하강시키는것을의미하며, 동-서성분의바람은남해안, 서해안, 동해안순서로영향을미친다. 조위편차와바람의남-북성분 (V) 상관성은서해안의인천, 보령, 군산, 목포와서귀포에서지연시간 0에서역상관성이가장높으며상관계수는 -0.4 이하이다. 남해안과동해안에위치한완도, 여수, 통영, 부산, 울산과포항은지연시간 0에서양의상관을보이지만상관계수는 0.2 이하이다 (Fig. 6, 각지점그림하 ). 즉, 북풍은해수를남쪽으로이동시켜서해안과서귀포의해수면을하강시키지만남풍은해수를북쪽으로이동시켜남해안과동해해안의해수면을상승시킨다. Hsueh and Romea(1983) 은황해연안을따라해면변동이 0.17과 0.36 cpd에서남-북성분의바람에높은상관성을보인다고했다. 그리고우리나라의서쪽해안을따라남쪽으로해수면이상승하는것은한반도끝부분에수심이낮은대륙붕의해수보다상대적으로바람의영향을덜받는외해심층수가존재하기때문이다 (Hsueh et al., 1986). 따라서, 조위편차와상관성이높은순서는서해안에서바람의남-북성분, 해면기압, 바람의동-서성분이며, 남해안에서해면기압, 바람의동-서성분, 바람의남-북성분순서이고동해안에서일평균조위편차는해면기압과상관성이매우높고바람과는상관성이상대적으로낮다는것을보여준다. 조위편차에영향을주는연변동과반년변동이제거된해면기압과바람의변동을자세히알아보기위하여연구기간중서해안에서조위편차가가장크게발생했던 2009년 2월 13일을전후하여 90일동안인천, 보령, 군산 3 지점의해면기압 (P), 바람의남-북성분 (V) 과조위편차 (T) 의변동을 Fig. 7에나타내었으며, 3개지점에서각각거의동일한변동을보인다. 2009년 2월 13일에인천, 보령, 군산에서조위편차가양의값을가지며각각 50 cm, 43 cm, 37 cm이고, 해면기압은 3 지점모두 -20 hpa이며, 남풍은각각 4.9 m/sec, 5.0 m/sec, 4.1 m/sec 이다. 역수은주현상을고려하면해면기압의영향을받는조위편차는 3 지점에서모두 20 cm이고, 남풍의영향으로 추정되는조위편차는인천, 보령, 군산에서각각 30 cm, 23 cm, 17 cm이다. 따라서, 인천과보령에서 2009년 2월 13일에발생한양의최대조위편차는남풍에의한영향이해면기압보다우세하며, 군산에서미약하게해면기압의영향이남풍보다크다. 또한, 2009년 1월 23일음의조위편차는인천, 보령, 군산에서각각 46 cm, -44 cm, 43 cm인데미약한저기압상태에서 2 m/sec 이상의북풍영향으로발생한것으로추정된다. 결과적으로서해안에서조위편차에영향을주는것은해면기압보다남-북성분의바람이다. 이것은 3.6절의결과와일치한다. Fig. 7. Time series of sea surface air pressure(upper), north-south component of wind(middle), and tidal residual(lower) before and after the maximum tidal residual occurred(feb. 13, 2009) at IC(a), BR(b), and GS(c).
4. 결론 2003년에서 2009년까지한국연안의일평균조위편차의시공간적변동을파악하고변동요인인해면기압과바람과의상관성을알아보았다. 일평균조위편차는아래와같이시공간적으로, 해역별로뚜렷한변동특성을가진다. ± 보다작은일평균조위편차가다음날에도 ± 이하로변동하는것은전체자료의약 60 % 이다. 일평균조위편차가 -2 이하에서 2 이상또는 2 이상에서 -2 로전환되는경우는서해안에서 0.04~0.12 % 로써큰변동이발생하는반면에남해안과동해안에서 0.04 % 이하로큰변동이거의발생하지않는다. 일평균조위편차의시공간적인특성은전체변동량의 68.1 % 가전지점에서동시승강하고, 전체변동량의 21.3 % 는서해안과남해안ㆍ동해안이교차승강하며전체변동량의 4.4 % 가서해안ㆍ동해안과남해안이교차승강한다. 황해는남쪽이트인반폐쇄만이고, 남해와동해는각각북쪽과서쪽에육지가있다. 이러한지형적인특징이해역별조위편차변동의주요요인을달라지게한다. 북풍 ( 남풍 ) 은해수를남쪽 ( 북쪽 ) 으로이동시켜서해안의조위편차를하강 ( 상승 ) 시키지만, 남해안에서동해안으로갈수록일평균조위편차의변동에해면기압의변동이바람보다밀접하게영향을미친다. 본연구는일평균조위편차의시공간적인변동특성을파악하였으며조위편차예측을위한선행연구이다. 실질적인조위편차의예측을위해해수면자료의관측간격과분석기간을달리하여분석하는연구가필요하다. Southwestern Coast, Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 20, No. 1, pp. 14-24. [5] Kang, J. W., Y. S. Kim, H. Y. Cho and J. Shim(2011), Characteristics of Nearshore Surge-Intensity, Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 23, No. 6, pp. 458-465. [6] KHOA(2010), Korea Hydrographic and Oceanographic Adminstration, 2010 Technical Reports of Oceanographic Research, p. 483. [7] Kwon, S. J., I. Moon and E. Lee(2008), A Study on the Long-Term Variations of Annual Maximum Surge Heights at Sokcho and Mukho Harbors, Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 20, No. 6, pp. 564-574. [8] NTC(2003), National Typhon Center, http://typ.kma.go.kr/. [9] Pugh, D. T.(1987), Tides, Surges and Mean Sea-Level, A handbook of Engineers and scientists. John Wiley & Sons (Reprinted with corrections June 1996), p. 472. [10] Pugh, D. T.(2004), Changing Sea Levels, Effect of Tides, Weather and Climate, Cambridge University Press, p. 280. 원고접수일 : 2013년 10월 01일원고수정일 : 2013년 12월 12일게재확정일 : 2013년 12월 26일 References [1] Cho, H. and J. W. Kang(2012), Probability Density Function of the Tidal Residuals in the Korean Coast, Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 24, No. 1, pp. 1-9. [2] Hsueh, Y., R. D. Romea and P. W. Dewitt(1986), Wintertime Winds and Coastal Sea-Level Fluctuations in the Northeast China Sea, Part II: Numerical Model, Journal of Physical Oceanography, Vol. 16, No. 2, pp. 241-261. [3] Hsueh, Y. and R. D. Romea(1983), Wintertime Winds and Coastal Sea-Level Fluctuations in the Northeast China Sea, Part I: Observation, Journal of Physical Oceanography, Vol. 13, No. 11, pp. 2091-2106. [4] Kang, J. W., S. J. Park and M. W. Park(2008), Rising Tendencies of both Tidal Elevation and Surge Level at the