2005 년도한국해양과학기술협의회공동학술대회 Topex/Poseidon 및 NOAA 위성자료를이용한제주도주변해역의중국대륙연안수영향에관한연구 윤홍주, 조한근 ( 부경대학교위성정보과학과 ) A study on the influence of the China Coastal Waters nearby Jeju Island by Topex/Poseidon and NOAA Satellite Data Hong-Joo Yoon, Han-Keun Cho (Departement of Satellite Information Sciences, Pukyong National University) 본연구는한국과학재단특정기초연구 (R01-2002-000-00369-0) 지원으로수행되었음 ABSTRACT CCW(China Coastal Water) is different each year. It appears clearly from June to October in the neighboring sea of Jeju island. It appears in June, and it's strong most in August, after tat disappears in October. In SLA by Harmonic Analysis, amplitude of eastern part of Jeju island(8~9.5cm) is lower about 5cm than amplitude of western part of Jeju island(above 13cm). Annual phase of eastern part of Jeju island(267⁰:the end of August) is faster 8⁰ than western part of Jeju(275⁰:the beginning of September). In SST by Harmonic Analysis, amplitude of eastern part of Jeju island(7~8.5 ) is lower about 2 than amplitude of western part of Jeju island(5.5~6 ). Annual phase of eastern part of Jeju island(242⁰:the beginning of August) is faster 6⁰ than western part of Jeju(236 :the end of June). SLA and SST appear annual variation, semi-annual variation and seasonal variation from power spectral density. SLA appeared that summer and fall of 1996 and 1999 is higher than other years. It seem to be being the relationship which is close with the severe rain strom. Temperature distribution of sea surface according to season is different, but clearly water temperature boundary divides this area into Yellow Sea and East China Sea. It considered that CCW follow according to boundary of temperature. Sea level variation appears above 25cm highly from south-western part of Jeju island expect China coastal by Kuroshio current, and south-eastern part of Jeju island appears above 25cm by CCW. Correlation of SLA and SST account for a high value with 0.72 between Yangtz estuary and western part of Jeju island. The variation which it follows at time of SLA and SST is faster about one month to three month at Yangtz. Key Words : SLA, SST, CCW, harmonic analysis, correlation 1. 서론 제주도주변해역은기본적으로제주도남쪽해역에서북상하는대마난류수의영향을받고 (Rho, 1985), 제주도해협의북쪽에는한국남해안연안수가영향을미치며 (choi, 1989) 그리고하계표층은고온및저염인중국대륙연안수의영향을받는다 (Kim and Rho, 1994). 이처럼제주도주변해역은다양한이질수괴가출현하고이들이질수괴의경계역엔계절에따라복잡한해양학적특성이나타난다 (Yang et al., 1998). 또한한국남서해및동중국해북부해역에출현하는수온전선은동계에는대마난류및황해난류, 황해냉수, 한국남서해연안수등이출현하고, 하계에는고온저염의중국대륙연안수가표층을점유하면서중 저층에는황해저층냉수, 한국남서해연안수, 대마난류수등이출현하여이러한이질수괴들이시기와계절별로서로상접하여복잡한해황을형성한다 (Nakao, 1977; Kim and Rho, 1994; Rho, 1985; Kim, 1995; Zhang et al., Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 2, April, 2005
1996;Yoon and Byun, 2004). 이러한외해역환경에영향을받는제주도연안천해역의환경은이들수괴의세력변화에의해크게좌우되지만이외에도제주도의강수량, 기온, 북서계절풍등과같은기상상태나육수유입, 파랑, 조석상태등에의해서도시 공간적차가생길수있다 (Go et al., 2003). 그중양자강배출수가주원인이되는중국대륙연안수는하계가되면동중국해를거쳐확장해오기때문에 ( 宇田, 1934, 1936; 井上, 1974) 제주도주변해역은물론한국남해및동해남부해역까지염분을매우저하시키고, 해수면의높이를상승시키는것으로알려져있다 (Kang, 1971, 1974; Moriyasu, 1972; Lim, 1976). 중국대륙연안수의흐름에관해서는宇田 (1936) 등에의해동중국해해류계와표층염분분포로부터동중국해에서이연안수의이동경로가추정되었고, 또 Beardsely et al.(1983), Le(1983), Limeburner et al.(1983) 등은양자강배출수는처음에는중국대륙연안을따라남쪽으로흐르다가대만해류수와혼합된후에는그방향을바꾸어제주도방향인북동쪽으로흐른다고했다. 본연구는하계중국대륙연안수에의한제주도주변해역의염분농도, 해수면온도, 해면변화를파악하고, 그리고중국대륙연안수의출현및소멸시기등을이해하는데그목적을두었다. 2. 본론 2.1 자료및방법본연구의대상해역은 Fig. 1에나타낸바와같이양자강하구에서부터한국남해및제주도주변해역이다. 이해역은쿠로시오해류, 양자강에서흘러나오는중국대륙연안수, 황해냉수의영향을받는지역이며북위 31 ~35, 및동경 120 ~129 의범위에위치한다. 본연구에서는편의상임의로제주도를중심으로서쪽해역을 Je_W, 동쪽부분을 Je_E로구분하였고, 양자강하구와제주도중간해역을 AA( 북위 32 05 ~33 45, 동경 124 ~125 ) 로설정하였다. 그리고 station a(32 55'N, 124 E), station b(32 55'N, 125 E), station c(32 55'N, 126 E), station d(32 55'N, 127 E) 에서각각해수면온도, 해면변화, 염분농도의시계열변화를조사하고해면변화와해수면온도에대해서는스펙트럼분석을하였다. Yangtze Estuary AA station b Korea Peninsula Jeju Island station a station c station d Fig. 1. Map showing the studied area 연구기간은 1995년부터 1999년에걸쳐서조사를수행하였다. 이기간중에 1996년은이례적으로제주도서부해역에대체로 30.0psu 이하의폭넓은저염분역이형성되었으며, 저염분코아 (core) 는제주도서쪽약 30해리지점에서 20.0이하로나타났다. 그리고 1998년에는중국대홍수로인하여양자강유역에주요우기 (6월 ~ 8월 ) 동안 700mm ~ 900mm를기록하였으며, 또한 1999년에도 6월에중국양자강유역에 400mm 이상의폭우가내리기로했다. 위성자료로서본연구에사용한해수면변화자료는 Topex/Poseidon의고도계자료로서프랑스 CNES/AVISO에서제공한다. 해수면자료는 NOAA/AVHRR의자료를사용하였다. 현장관측자료인염분자료는국립수산과학원의해양관측정선중제주도주변해역에위치하고있는 203 ~ 209 및 214라인그리고 311 ~ 316 라인에서의표층염분자료를각각사용하였다. 연구대상지역에서의해수면변화를파악하기위하여 RMS(Root Mean Sqare) 공식을이용하였다. RMS는중규모스케일에있어서의주요한해양역학적현상들에대한변화특성을잘이해할수있게해준다. RMS 식은다음과같이주어진다.
1 S (i, j ) = Σ (h (i, j ) h (i, j ))2 N 여기서 h (i, j ) 는고려된픽셀 (pixel) 에서의해수면온도 ( 혹은해수면변화 ) 의시간에따른변화값, h (i, j ) 는고려된픽셀 (pixel) 에서의해수면온도 ( 혹은해수면변화 ) 의변화를평균한값, 그리고 N은변화값의개수이다. 해수면온도와해수면변화의계절적특성을파악하기위해서조화분석을행하였다. 즉, 해수면온도혹은해수면변화에대한각각의조화함수를 X (t) 라고하면, X (t ) = X + X 1 cos (w 1 t φ 1 ) + X 2 cos (w 2 t φ 2 ) X는평균, X 1 과 X 2 는연변화및반년변화의진폭, w 1 와 w 2 는연변화및반년변화의각속도, φ 1 와 φ 2 는연변화및반년변화의위상그리고 t는조사간격을나타낸다. 연구에설정된계절은봄 (4월 ~ 6월 ), 여름 (7월 ~ 9월 ), 가을 (10월 ~ 12월 ), 겨울 (1월 ~ 3월 ) 으로각각구분하였다. 1) 해수면편차 (Sea Level Anomaly) 해수면편차의평균값은계절에따라서뚜렷하게구분되어서나타난다. 특히 1996년과 1999년에여름과가을의해수면높이가조사기간의다른해들에비해서높게나타났다 (1996년, 여름 : 14.46cm, 가을 : 15.80cm; 1999년, 여름 : 14.44cm, 가을 : 15.99cm). 즉 1996년은중국대륙연안수에의한저염분수의유입으로, 그리고 1999년은중국양자강유역에서발생한큰폭우로인한영향으로사료된다. Fig. 2 Seasonal variations of SLA(1996) Fig. 3 Seasonal Variation of Sea Level Valiability(1996) 365 days 153 days 60 days 100 days Fig. 4 Power Spectral Density of SLA at station b
Fig. 3을보면대체로중국연안에서 RMS분포해수면변화가다른해역에서보다높게 (30cm 이상 ) 나타남을알수있다. 그리고중국연안을제외한제주도남동부분은쿠로시오의영향으로 25cm 이상의높은값을나타내었고, 제주도남서쪽은중국대륙연안수의영향으로 25cm 이상의높은값을각각나타났다. Fig. 4는제주도와양자강하구의중간지점 (station b) 에서의해수면편차에대한파워스펙트럼분석을나타낸것이다. 그결과연주기가약 365일, 반년주기가약 153일로뚜렷하게나타났고약 100일및 60일주기도각각 100일과 60일의 peak들은중국대륙연안수와쿠로시오해류에의해관계되는것으로사료된다. 2) 해수면온도 (Sea Surface Temperature) Fig. 5. Seasonal variations of SST(1996) Table 2. Variations of SST according to seasons year(1996) year spring winter 1995 13.12~22.59 12.66~21.34 1996 13.12~23.07 6.25~19.54 1997 14.89~23.71 7.08~20.23 1998 14.77~24.15 7.62~21.05 1999 14.83~24.08 8.52~22.05 year summer autumn 1995 23.99~28.61 14.23~24.24 1996 23.66~28.74 14.77~24.66 1997 24.44~27.68 15.24~24.48 1998 24.76~29.14 15.68~25.70 1999 23.49~27.96 15.52~24.95 Fig. 5에서해수면온도에대한 color bar의설정은계절에따라다르게나타냈다. 즉여름과겨울의온도차이가크기때문에같은 colorbar로나타내면각계절별온도분포특성을잘파악할수없다. 따라서 color bar를봄 (13~24 ), 여름 (23~29 ), 가을 (14~25 ), 겨울 (6~20 ) 으로각각구분하여나타내었다 (Table 2). 그결과전계절에서온도분포경향은비슷하게나타났다. Fig. 5에나타낸점선을기준으로상대적으로위쪽 ( 황해해역 ) 은낮은온도를아래쪽 ( 동지나해역 ) 은높은온도분포를나타낸다. 이때점선의아래쪽은고온인쿠로시오의영향으로높은온도분포를보인다. 또한황해해역과동지나해역의경계를이루는온도분포해역은중국대륙연안수의영향으로형성된것으로바리게이트적역할을하는것으로사료된다. 그리고계절별해수면온도는전조사기간에대해그분포양상이서로비슷하게나타났다. 점선의위쪽과아래쪽의바리게이트의형성도해에따라서약간은다른위치에서나타나지만크게다르지는않았다. 따라서이러한바리게이트가나타나는지역이중국대륙연안수의흐름을나타내는것으로추측되었다. Table 3. Seasonal range of SST RMS(1996) Je_W Je_E 봄 9~12 2~8 가을 4~11 2~6 여름 14~18 10~12 겨울 12~18 9~12 Fig. 6 Seasonal variations of Sea surface valiability(1996)
Fig. 6에서 RMS분포해수면온도값은계절별로뚜렷하게구분되어나타났다. 낮은수심과위도적으로위쪽에위치해있는황해의여름과겨울철에는높은값이나타났다. 반면봄과가을에는여름과겨울보다상대적으로낮은값을보였다. 제주도를기준으로제주도서쪽해역을 Je_W라하고동쪽해역을 Je_E라고했을때계절별온도분포는 Table 3. 과같다. Fig. 7은제주도와양자강하구의중간지점 (station b) 에서해수면온도에대한파워스펙트럼분석을나타낸것이다. 해수면편차의파워스펙트럼분석과비슷하게연주기가약 365일, 반년주기가약 180일이나타났다. 그외의주기약 80일과약 43일주기가각각강하게나타났다. 365 days 180 days 43 days 80 days Fig. 7 Power Spectral Density of SLA at station b 3) SLA and SST 의조화분해 제주도주변해역의계절변화를보기위하여해수면편차와해수면온도대한조화분석결과 ( 연진폭, 연위상 ) 을 Fig. 8. 에각각나타내었다. 제주도동부해역의해수면온도의진폭은 7~8.5 로나타났으며이때의위상은보통 242 (8월초 ) 이다. 제주도서쪽해역의해수면온도의진폭은 5.5~6 이며, 이때의위상 236 (7월말 ) 이다. 따라서제주도의동쪽해역이서쪽해역보다약 6일정도빠르게나타난다. 제주도동쪽해역의해수면편차의진폭은 8~9.5cm이며, 이때의위상은 267 (8월말 ) 이고, 서쪽해역의진폭은 13cm 이며, 이때의위상은 275 (9월초 ) 로서동쪽해역이서쪽해역보다약 8일정도빠르게나타난다. Table 4. Harmonic Analysis of SLA and SST Je_E Je_W SLA SST 진폭 8~9.5cm 7~8.5 위상 267 (8월말 ) 242 (8월초 ) 진폭 13cm 이상 5.5~6 위상 275 (9월초 ) 236 (7월말 ) Fig. 8. Harmonic Analysis 제주도를기준으로동부해역 (Je_E) 와서부 (Je_W) 로구분하여해수면편차와해수면온도의진폭과위상값을 Table 4에나타내었다. Table 4에서처럼제주도동쪽해역과서쪽해역에서의해수면편차는해수면온도보다약한달정도늦게최대값이나타남을알수있었다. Fig. 9 AA(32 05'E~33 45', 124 E~125 E) 의해수면편차와해수면온도를공간평균하여시계열변화를나타낸것이다. Fig. 9에서보는것처럼중국대륙연안수의영향을받는부
분에서는해수면편차는해수면온도보다약두달정도의 Time Lag가나타났다. 또한이지역에서의해수면편차와해수면온도의상관계수값은 0.72로서두인자간의높은상관값을나타내었다. Fig. 9 Time Series of SLA and SST.(AA) 4) 염분 전조사기간의염분분포중 1996년의염분이제주도서남쪽부분에가장낮은염분이분포함을알수있었다. 그시기는 6월 (32psu) 부터낮아지기시작하여 8월 (22psu 이하 ) 에가장낮았고, 그후 10월 (31psu) 로접어들면서다시염분이높아졌다. 이것은제주도주변해역에서의중국대륙연안수가 6월에출현하기시작하여 8월에가장큰세력을나타냈다가 10월로접어들면서그세력이점차소멸하는것으로추정할수있었다. 다른해도마찬가지로 1996년의 8월만큼낮은염분농도를보이지않았지만보통 1996년과같이제주도의서남해해역이 6월부터염분이낮아지기시작하여 8월에가장낮은염분분포를보이다가 10월에다시염분이높아지는것을보이고있었다. Table 5. Salinity distribution 6월 8월 10 월 Je_W Je_E 1995 32 33.8 28 28 31 33 1996 32 34 22 30 31 34 1997 30 32 30 32 31.8 33 1998 33 31.8 28 31 31 33 1999 31.8 34 28 33 32 32 Fig. 10 Distribution of Salinity(1996) Fig. 10. 의 8월에서제주도서쪽해역은동쪽해역보다약 9psu 정도낮은염분분포를보였다. 염분농도의분포가서쪽해역부터중국대륙연안수의영향이나타나서동쪽을진행하는형상을보이며, 점차그세력이약해짐을알수있었다. 이러한원인은제주도와일본사이를흐르는고염의쿠로시오해류의영향으로생각된다. Table 5는 1995년부터 1999년까지의 6월, 8월, 10월의제주도서쪽해역과동쪽해역의최저염분을나타낸것이다. 이표에서알수있던것처럼제주도의서쪽해역은동쪽해역보다 1 ~ 3psu 정도의낮은염분분포를보였다. 3. 결론
위성자료를이용하여제주도주변해역에나타나는중국대륙연안수를파악하고자해수면편차, 해수면온도, 염분농도자료를사용하여조사하였다. 해수면편차의평균값은계절에따라서뚜렷하게구분되어서나타났다. 특히 1996년과 1999년에여름과가을의해수면높이가조사기간의다른해들에비해서높게나타났다. 즉 1996년은중국대륙연안수에의한저염분수의유입으로, 그리고 1999년은중국양자강유역에서발생한큰폭우로인한영향으로사료된다. 중국연안에서 RMS 해수면변화가다른해역에서보다높게 (30cm이상) 나타남을알수있었다. 중국연안을제외한제주도남동부분은쿠로시오의영향으로 25cm 이상의높은값나타내었고, 제주도남서쪽은중국대륙연안수의영향으로 25cm 이상의높은값이나타났다. 전계절에서해수면온도분포경향은비슷하게나타났다. 보통점선을기준으로상대적으로위쪽 ( 황해해역 ) 은낮은온도를아래쪽 ( 동지나해역 ) 은높은온도분포를나타냈다. 이때점선의아래쪽은고온인쿠로시오의영향으로높은온도분포를보인다. 또한황해해역과동지나해역의경계를이루는온도분포해역은중국대륙연안수의영향으로형성된것으로바리게이트적역할을하는것으로이곳으로중국대륙연안수가흐르는것으로사료된다. 해수면온도의 RMS 값은계절별로뚜렷하게구분되어나타났다. 또한제주도서부해역과동부해역이비슷한범위의 RMS 값을나타냈다. 조사대상해역중양자강하구와제주도주변해역의중간지점 (station b) 에서의파의방향과주기에중국대륙연안수가미치는영향을알아보기위해해수면편차와해수면온도에대해파워스펙트럼분석을행하였다. 그결과두인자모두연주기 ( 약 365일 ), 반년주기 ( 약 180일 ) 가뚜렷하게나타났다. 해수면편차의조화분해에의한분포는제주도동부해역의진폭값 (8~9.5cm) 이서부해역의진폭값 (13cm 이상 ) 보다약 5cm 정도낮은값을보였고, 연위상은동부해역 (267-8월말 ) 이서부해역 (275-9월초 ) 보다약 8 정도빠르게나타났다. 해수면온도의조화분해는제주도동부해역의진폭값 (7~8.5 ) 이서부해역의진폭값 (5.5~6 ) 보다약 2 정도높은값을보였고, 연위상은동부해역 (242-8월초 ) 이서부해역 (236-7월말 ) 보다약 6 정도늦게나타났다. 전조사기간의염분분포중 1996년의염분이제주도서남쪽부분에가장낮은염분이분포함을알수있었다. 그시기는 6월 (32psu) 부터낮아지기시작하여 8월 (22psu 이하 ) 에가장낮았고, 그후 10월 (31psu) 로접어들면서다시염분이높아졌다. 이것으로중국대륙연안수의출현시기및소멸시기등을파악할수있었다. 참고문헌 [1] Yoon, H. J., 2001. On Climatic Characteristics in the East Asian Seas by satellite data(noaa, Topex/Poseidon), Jounal of the Korean Envion. Sci. Soc., 10(6): 423-429. [2] Chiswell, S. M., 1994. Variability in sea surface temperature around New Zealand from AVHRR images, New Zealand Jounal of Marine and Freshwater Research, 28(2):179-192. [3] Zhang, Q.L and A.C. Weng, 1996. Analysis of water masses in the south Yellow Sea in spring. The Yellow Sea, 2(1) : 74~82. [4] Guo, Y.J. and Y.S. Zhang, 1996. Characteristics of phytoplankton distribution in Yellow Sea. The Yellow ea, 2(1) : 90~103. [5] AVISO, 1995. Aviso Users Handbook : Sea Level Anomaly files, Technical Report, AVI-NT-011-312-CN, Edition 1. [6] Yoon, H.J., 2003. Sea Level Observation in the Korean Seas by Remote Sensing, j. KIMICS, Vol. 1, No 4. [7] Kim, I.O. and Rho, H.K. 1994. A Study on China Coastal Water Appeared in thje Neighbouring Seas of Cheju Island. Bull.Korean Fish. Soc.27(5), pp. 515~528. [8] Ko, J.C, Kim, J.T. Kim, S.H. and Rho, H.K. 2003. Fluctuation Characteristic of Temperature and Salinity in Coastal Waters around Jeju Island. J.Kor. Fish. Soc 36(3), pp. 306~316 [9] Kim, S.H. and Rho H.K. 2004. Oceanographic Conditions in the Neighboring Seas of Cheju Island the Appearance of Low Salinity Surface Water in May 2000. J.Kor. Fish. Soc 37(2), pp. 148~158.