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J. Kor. Soc. Environ. Eng., 36(8), 570~578, 2014 Original Paper http://dx.doi.org/10.4491/ksee.2014.36.8.570 ISSN 1225-5025 Local Winds Effects on the Water Surface Variation at the Shallow Estuary, Mobile Bay 이정우 윤상린 오혜철 김석구 이준 * Jungwoo Lee Sang-leen Yun Hye-cheol Oh Seog-ku Kim Jun Lee* 한국건설기술연구원환경연구실 * 한국기후변화대응전략연구소 Environmental Engineering Research Division, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology *Korea Research Institute of Climate Change Countermeasure Strategies (2014 년 7 월 31 일접수, 2014 년 8 월 29 일수정, 2014 년 8 월 29 일채택 ) Abstract : A three-dimensional ocean circulation model was applied to a shallow estuary, Mobile Bay, to study local wind setup and setdown. Tides started from the northern Gulf of Mexico propagates up to the Mobile River system which is located in the north of the Mobile Bay. However, the tides started in the south of Mobile Bay were distorted when travelling upstream while affected by river discharge and local winds. The water surface elevation was less/over predicted responding north/south winds, respectively, when winds only at the Dauphin Island station (DPI) were used. However, the model predicted water surface elevation better when using two local winds from DPI and Mobile Downtown Airport (MDA). Wind speeds were greatly reduced (~ 88%) in about 43 km distance between DPI and MDA, and the canopy effects may be the reason for this. For this reason, the local winds are greatly responsible for local surface elevation setup and setdown especially at the shallow estuary like Mobile Bay. Key Words : Local Winds, Shallow Estuary, Numerical Model, Skill Assessment, Water Surface Elevation 요약 : 수심이낮은하구에서바람이국부적인해수면상승 / 하강에미치는영향을연구하기위해 Mobile Bay 에 3 차원해수순환모델을적용하였다. Mobile Bay 의남단경계면, 즉 northern Gulf of Mexico 에서시작된조위는 Mobile River system 북부까지직접적인영향을준다. 그러나 Mobile Bay 남단에서발생한조위변화는 Mobile Bay 북부로이동하면서 Mobile River system 으로부터들어오는담수와국부적바람의영향으로왜곡된다. Mobile Bay 남단에위치한기상관측소에서의바람정보를 Mobile Bay 전체에적용하였을경우 Mobile Bay 북부에서실제보다강한바람의영향으로과대한수위상승과하강현상이발생하였다. 그러나 Mobile Bay 남단과중단에위치한두개의관측소에서측정된바람정보를활용하였을경우 Mobile Bay 북부에서의조위변화를보다정확하게재현하는것으로나타났다. 특히바람의강도가센경우 Mobile Bay 남단과북단의풍속이현저하게차이나는것으로나타났으며 (~ 88%), 이는 Mobile Bay 북단에서나무와건물등의영향으로바람의강도가급격하게줄어들었기때문으로판단된다. 따라서 Mobile Bay 와같이수심이낮고국부적으로풍속이다른하구또는만에서의수위변화재현또는예측을위해서는국부적인바람정보가매우중요한것으로연구되었다. 주제어 : 국부적바람, 얕은만, 수치모델, 모델오차평가방법, 해수면변화 1. 서론 하구 (estuary) 는두개의독특한특성을가진해수와담수가만나는지역으로써물리적으로또는생물학적으로중요한연구대상지역이다. 하구에서의수위변화는외해의조위변화, 강을통한담수의영향, 그리고바람에직접적인영향을받는다. 이중에서바람은국부적인변화의폭이상대적으로크기때문에하구에서의수위변화에매우중요한변수라고할수있다. 연안해안에서의물리화학적또는생태학적연구를위해물의거동을파악하는것은매우중요하며이를위해직접적인유동분포측정방법과수치모델을활용한방법이사용되고있다. 이중에서수치모델을활용한방법은실측방법이갖고있는시간과장소의한계에영향을덜받음으로써널리활용되고있다. 수치모델은현장실측자료와모델 의수치해를비교하여각각의연구지역에맞게수치모델을보정한다. 이때실측자료와모델의결과값을비교하여수치모델의정확도를예측하고평가한다. 1~3) 수치모델의보정시가정먼저선행되어야하는것은물리적일치성확인이다. 이를위해해수유동모델에서는조위를재현하는것이가장중요하다고할수있다. 하구에서의수위변화는다양한요소에영향을받지만다음과같은 3가지영향이가장크다고할수있다 : 지형학적요인, 담수의영향, 바람의영향. 이중에서지형학적요인은모델의격자와밀접한관련이있다. 따라서격자의구성은연구대상지역을최대한정확하게표현할수있도록이루어져야하며, 특히정확한수심의반영은조위의전파속도와밀접한관련이있어매우중요하다. 담수의영향은해수와담수가만나는지역에서특히중요하며이지역에서는밀도류의형성을통해유속장의변화에영향을줄수있다. 바람은표층의유속에직 Corresponding author E-mail: jungwoo33@kict.re.kr Tel: 031-995-0892 FAX: 031-910-0291

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 571 접적으로영향을미쳐해수순환에영향을주고해수면의수 위상승및하강에영향을준다. 특히수심이낮은연안해 안에서는그영향이크다고할수있다. 예로써 west Florida shelf에서관측된수위자료와수치모델결과를비교하여본 결과수심이상대적으로낮은만내부에서는수위와유속장이바람에직접적인영향을받는것으로연구되었다. 4~6) 특히바닥저항계수 (bottom drag coefficient) 는수심이 5 m 인지역이 55 m인지역보다약 1 order of magnitude 정도크고, 7) 수심이낮은연안해안에서는바람의방향에따라 wind setup 과 setdown 이발생하기때문에 8) 수심이낮은연 안해안에서바람의영향은해수면상승및하강에크게작 용한다고할수있다. 해수의유동은풍속뿐만아니라풍향에따라크게영향을받으며, 특히하구에서바람은조석 (tidal) 또는비조석 (subtidal) 수위및염분장에영향을크게미치는것으로많은 연구에서논의되어왔다. 9~11) 그런데연구대상지역의규모 와특징에따라풍향과풍속은크게차이가날수있으며, 이러한차이는동일한시스템안에서해수유동에크게영향을줄수있다. 특히수심이낮은하구에서는지역적인바 람의변화가해수유동과수위에직접적인영향을줄수있 다. 예를들어멕시코만의북쪽에위치한대부분의하구는 대체로수심이낮고담수의영향을많이받는지형학적특 징을갖고있다. 12) 이중에서도알라바마주의남단에위치 한 Mobile Bay 는만전체의수심이 3 m 내외로지역적인 바람의영향이수위변화에미치는영향이크다고할수있 다. 국부적바람의영향은담수의유입에의한영향이상대 적으로적은시기에더크다고연구된바있으며, 13) Cho 14) 는 Chesapeake Bay 연구에서 local wind 가 Chesapeake Bay 상 류에서 wind setup setdown 에대하여 remote wind 와상응 하는영향을끼치는것을밝혀낸바있다. 그러나대부분의 wind setup setdown 연구는아직까지 remote wind 에대응하 는 local wind 의역할에대한연구로국한되어있다. 즉, 해 수면의상승및하강에대한두개이상의국부적바람의 영향에대한직접적인연구는아직부족하다. 따라서본연 구에서는지역적인바람의영향이하구에서의수위변화에 미치는영향을평균수심이낮은 Mobile Bay 를대상으로 연구하였다. 2. 연구방법 2.1. 연구대상지역 Mobile Bay 는미국멕시코만 (Gulf of Mexico) 의북쪽에 위치하며알라바마주의최남단에위치하고있다 (Fig. 1). Mobile Bay는남북방향으로약 55 km, 동서방향으로약 17 km 되는종모양의형태를갖고있으며, 만전체의수 심이 3 m 내외로매우낮고미국에서 6 번째로큰유량을갖 고있는 Mobile River system 과 ( 평균유량 : 1,715 m 3 /s) 연 결되어있다. 15~18) 특히이지역은플로리다서부에서관측 Fig. 1. Map of Mobile Bay, Alabama. with the model grid. The seven red dots denote the seven tide stations in Mobile Bay. The + sign shows the Exxon Well tide station, and the water level at the station was used for the open boundary condition. 되는 semi-diurnal 특징이사라지고 diurnal system 을갖는 특징을갖고있다. Mobile Bay는남단에위치한 Main Pass 와 Pass-aux-Herons를통해멕시코만과연결되어있으며, 약 67-85% 의물순환이 Main Pass를통해이루어진다. 19) Mobile River system으로부터의비교적큰담수의영향 은바닥저항에의한혼합작용에도불구하고 Mobile Bay 에서비교적강한성층현상을연중나타나게한다. 16,20) 또 한 Gulf of Mexico 에서부터 Mobile Bay 의상류까지연결하 는뱃길은 ( 폭 : ~1.9 km, 수심 : ~15 m) 염수쐐기현상 (salt wedge) 을일으켜성층현상을더욱강화하는데일조한다. Mobile Bay에서의조위는 0.02 m (equatorial tides) 에서 0.8 m (tropic tides) 까지변하며주로 K 1 과 O 1 에가장강하게영 향을받는다. 21,22) 2.2. 모델의구성 본연구에서는 Mobile Bay 내에서의수위변화재현을위 해 3차원해수순환모델인 Finite-Volume Coastal Ocean circulation Model (FVCOM) 을사용하였다. FVCOM은 3차원 비격자구조 (unstructured-grid), 자유수면 (free-surface), 그리고 원시방정식 (primitive equation) 모델이며, 유한체적법 (finitevolume method) 을사용함으로써유한차분법 (finite-difference) 이나유한요소법 (finite-element method) 을사용하는모델에 대한환경공학회지제 36 권제 8 호 2014 년 8 월

572 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 이정우 윤상린 오혜철 김석구 이준 비해모델내에서질량보존에용이한장점을갖고있다. 23) 또한 FVCOM은 unstructured-grid를사용함으로써복잡한 지형을 structured-grid 를기반으로하는모델보다정확하게 표현할수있는장점이있다. 본연구를위해모델의격자를남쪽으로는 northern Gulf of Mexico, 서쪽으로는 eastern Mississippi Sound, 동쪽으로 는그리고북쪽으로는 Mobile River system 을포함하도록 구성하였다 (Fig. 1). 격자의북쪽경계는 Mobile River (Fig. 1의왼쪽강 ) 와 Tensaw River (Fig. 1의오른쪽강 ) 의합류 점상단에위치하게하였으며, 모델격자는 Grand Bay 와 Chacaloochee Bay 등 Mobile Delta 의중요한지형을최대한 포함하게구성되었다. 모델은 18,866개의격자점과 35,401 개의수평격자그리고총 5개의수직격자로구성되었다. 수 평격자는최소 67 m (at ship channels) 에서최대 4.5 km (at the southern boundary) 까지변하며, 특히 Mobile Bay의남 북을잇는 ship channel, Bon Secour Bay (Mobile Bay 의동 쪽남단에위치 ) 로향하는 ship channel, eastern Mississippi Sound에서 Mobile Bay로향하는 ship channel, 그리고 Bayou La Batre로향하는 ship channel 등모든 ship channel을최 대한정확하게묘사하였다. Mobile Bay는이들 ship channel 을제외한대부분의지역이매우얕아 (< 3 m) 이들 ship channel은물질의이동과파랑의전파에매우중요한영향 을미친다. 따라서이들 ship channel을모델내에정확하게표현하는것은매우중요하다. 12,24) 어떤현상을수치모델로재해석을위해서는각각의물질또는현상에대한초기값을주어야한다. 본연구의초점은 Mobile Bay 내에서수위변화에미치는바람의영향이다. 염 분장은물의흐름에직접적으로영향을주기때문에실제 대상연구지역에서의정확한해수순환을모의하기위해서 는염분의영향을고려하는것이바람직하다 (baroclinic simulation). 그러나염분장의영향은비록해수순환및성층 등에영향이크다고할수있지만해수면변화에대해서는바람의영향에비해작다고할수있다. 따라서해수순환에는중요하지만수위변화에는다소영향이적은염분의영향을배제한연구를진행하였다 (barotropic simulation only). 가장이상적인초기값은어떤시점에서의실측값을주는것이지만현실적으로초기상태에대한각각의실측값을구하는것은어렵다. 따라서본연구에서는초기수위와유속을평균해면 (zero elevation) 과정지상태 (cold start) 로가정하였다. 해수면의경계조건으로는 United States Army Corps of Engineers (USACE) 에서제공한 Exxon Well (EXW) 에서의실측자료를이용하였으며, EXW에서의수위자료는모든경계면에동일하게적용되었다. 단 EXW과모델의경계면과의거리를고려하여수위의위상차 (phase difference) 를계산하여보정된값을사용하였다. 또한 USACE의수위자료가없는때에는 National Oceanic Atmospheric Administration (NOAA) 의 Dauphin Island station (DPI) 에서제공하는수위자료를이용하였다. 모델의강경계조건입력자료는 United States Geological Survey (USGS) 에서제공하는 Caliborne Lock and Dam 에서의유량자료와 Coffeeville Lock and Dam( 두지점모두모델의경계북쪽에위치하여 Fig. 1에는표시하지않음 ) 에서의유량자료를합산하여이용하였다 (Fig. 2). 바람경계조건은 Mobile Bay에인접한두관측소 (DPI, Mobile Downtown Airport (MDA)) 에서의풍속및풍향자료를이용하였다. 풍속및풍향자료중관측이되지않은시간에대해서는 linear interpolation을이용하였다. 2.3. 오차평가방법본연구는 Mobile Bay내수위변화재현을위해 2000년 9월 16일부터 2000년 11월 29일까지 76일간의 (259-334 Julian Fig. 2. Daily river discharge at the upstream river boundary. Journal of KSEE Vol.36, No.8 August, 2014

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 573 days in 2000) 실측자료를이용하였다. Mobile Bay 내에는 7 개의수위관측소 (DPI, Cedar Point (CDP), Bayou La Batre (BLB), Middle Bay Light (MBL), McNally Point (MNP), Mobile State Dock (MSD), 그리고 Barry Steam Plant (BSP)) 가존재하며, 이들관측소위치에서모델결과와실측수위와의비교평가가이루어졌다. 모델의결과는 7개의관측소지점에대해한시간단위로추출되었으며, 비조석성분 (subtidal components) 비교를위해서는 Lanczos filter가적용되었다 ; Lanczos filter 적용시 cut-off frequency로는 48 시간이적용되었다. 해수유동모델의적용성또는정확도평가에는정량적 ( 예, Relative Absolute Average Error, Percentage Model Error) 또는정성적평가방법 ( 예, Correlation Coefficient, Reliability Index, Index of Agreement, Modeling Efficiency, Cost Function) 등다양한모델평가방법이사용되고있다. 25) 이외에도다양한평가방법이존재하나, 본연구에서는 Mean Error (ME), Mean Absolute Error (MAE), 그리고 Willmott에 26) 의해정의된 Predictive Skill (Skill, 또는 Index of Agreement) 을사용하였다. 이들평가방법은다음과같이정의된다 : (1) (2) (3) 여기서 M n 과 O n 은 n 번째수치해와관측값, N 은데이터의 총개수, 그리고 는관측평균값을나타낸다. Mean Error 는모델값이관측값과비교하여전체적으로크게예측되었는지 (ME > 0) 또는낮게예측되었는지를 (ME < 0) 나타내고, MAE는모델값과관측값의평균오차를나타낸다. Skill은모델값과관측값의일치성을나타내며, 최소값인 0일때는모델이관측값을전혀반영하지못하는것을의미하며최대값인 1일때는모델이관측값을정확하게예측하는것임을나타낸다. 3. 결과및고찰 3.1. 실측수위자료와수치해비교 (DPI wind only) 먼저 DPI 관측타워에서수집된바람자료만을이용하여 Mobile Bay에서의수위변화를재현하였다. Dauphin Island station은 Mobile Bay 남단에위치한 Dauphin Island의동쪽끝에위치하고있으며 (Fig. 1), 주변이바다로둘러싸여있어외해바람의영향을직접적으로받는다. 연구기간동안의 DPI 관측소에서의풍향은남 북풍이우세한것으로관측되었으며, 최대풍속은 281일낮에북풍이약 0.36 Pascal (Pa) 로수면에영향을주는것으로관측되었다 (Fig. 3). 또한 310일이후에는풍향과풍속이급격히변화되는것으로관측되었다. Dauphin Island station에서수집된바람자료를모델의전영역에동일하게적용했을경우수리모델은수위에대한 tidal 또는 subtidal components에대해 7개의수위관측소지점에서대체로잘 (ME ~ -3 cm) 재현하는것으로나타났다 (Fig. 4~5, Table 1). 특히모델의외해경계면과가까운지역일수록 ( 예, DPI, CDP, and BLB) 모델값은관측값을잘재현하는것으로나타났으며, 이는경계조건에서의수위변화가 Mobile Bay내부로전파되면서여러영향 ( 예, 바람, 지형, 또는강물의유입등 ) 에의해왜곡또는변화되기전에관측소가위치하기때문이다. 그러나 Mobile Bay 상류로이동할수록이들영향에의한왜곡현상이두드러짐을알수있 Fig. 3. Low-pass filtered wind stress at Dauphin Island station. A black and a blue (bold) lines denote the east-west and the northsouth component of the wind stress, respectively. 대한환경공학회지제 36 권제 8 호 2014 년 8 월

574 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 이정우 윤상린 오혜철 김석구 이준 Fig. 4. Surface elevation comparison between measured (*) and simulated (blue solid lines) values at seven tide stations. Only DPI winds were used. Fig. 5. Subtidal surface elevation comparison between measured (dotted lines) and simulated (solid lines) values at seven tide stations. Only DPI winds were used. 다 (Fig. 4~5). 특히최상류인 BSP 관측소지점에서는수위의왜곡현상이매우심하게 (MAE = 11 cm, Skill = 0.92 for the total component) 나타남을알수있다 (Table 1). 이러한수위의왜곡현상은위에서언급한바와같이모델의격자구성이지형을정확히반영하지못했을때 ( 특히수심의반영이잘못되었을때 ), 강물의영향을직접적으로받는경우, 또는바람에의한수위의상승 하강현상이나타날때가장크게나타난다고할수있다. 본연구의모델도메인이 Mobile Bay를잘반영하였다는전제를하면이와같은 모델값과관측값과의차이는크게강물의영향과바람의영향으로좁혀진다. 그러나가장오차범위가큰 281일경에강물의유입은그전 후와비교하여차이가크지않음을알수있다 (Fig. 2). 따라서모델값과관측값의오차의원인은바람의영향으로좁혀질수있다. 위에서언급한바와같이모델에의한수위예측값이관측값에비해 Mobile Bay 상류로갈수록오차가커지는현상이발생했다. 특히 281일경에는모델예측값이관측값보다 BSP 지점에서 80 cm 이상낮게나타났으며, 310일경에 Journal of KSEE Vol.36, No.8 August, 2014

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 575 Table 1. Error analysis for the surface elevation simulation Winds Station DPI only DPI & MDA ME (cm) Total component MAE (cm) Skill N Subtidal component ME (cm) MAE (cm) Skill BSP -4 11 0.92 1668-3 6 0.94 1572 MSD -5 6 0.96 1680-5 5 0.96 1632 MNP -2 5 0.98 1680-2 4 0.98 1632 MBL -2 4 0.99 1658-2 3 0.99 1579 BLB -1 3 0.99 1680-1 2 0.98 1632 CDP -2 3 0.99 1680-2 3 0.98 1632 DPI -3 3 0.98 1680-3 3 0.98 1632 Overall -3 5 0.97 11726-3 4 0.97 11311 BSP -0 7 0.97 1668-0 3 0.98 1572 MSD -2 4 0.99 1680-2 2 0.99 1632 MNP 1 5 0.99 1680 1 4 0.99 1632 MBL -2 3 0.99 1658-2 2 0.99 1579 BLB -1 3 0.99 1680-1 2 0.99 1632 CDP -2 3 0.99 1680-2 3 0.98 1632 DPI -3 3 0.98 1680-3 3 0.98 1632 Overall -1 4 0.99 11726-1 3 0.99 11311 는관측값보다높게예측되었고, 315~325 일사이에도모델 값이관측값보다낮게모의되었다 (Fig. 4~5). 이는 DPI 관 측소에서의풍향 풍속과밀접한관련이있음을 Fig. 3 을 통해알수있다. 즉, 모델값이관측값보다과대하게낮게또 는높게예측된날짜에상대적으로강한북풍과남풍이각 각분것을알수있다. 따라서 DPI 관측소의바람정보외 에연구대상지역에인접한다른지역 ( 특히 Mobile Bay 상류 를대변할수있는바람정보 ) 의바람정보를이용하는것이 바람직하다고판단되었다. 3.2. 실측수위자료와수치해비교 (DPI & MDA wind) Mobile Bay 내에위치한기상관측소는 DPI 관측소가유 일하다. 그러나 Mobile Bay 중 상류에위치한 MDA 관측 N 소에서도기상자료를제공하고있다. Mobile Downtown Airport에서서쪽으로는 Mobile Regional Airport에서기상자료를제공하며, BSP 상류지역에는인접한지역에기상관측소가존재하지않는다. 따라서앞에서언급한바람의영향으로인한수위의상승 하강문제를해결하기위해 DPI보다상류에위치하고 Mobile Bay에최대한가깝게위치한 MDA 관측소의바람자료를이용하였다. Mobile Downtown Airport에서의풍향은 DPI에서의풍향과매우흡사한것으로나타났다. 그러나풍속은 DPI에서약 43 km 떨어진 MDA에서현저하게낮게관측되었다 (Fig. 6). 최대북풍이분 281일낮에 MDA에서는북풍이 0.08 Pa로써 0.36 Pa인 DPI에비해약 88% 약하게관측되었다. 이는비교적 Gulf of Mexico에가까운 DPI 지점은바람이상대적으로강하고육지에가까울수록나무와건물등의영향을 (canopy effects) 많이받아약해지기때문으로판단된다. 모델에 DPI와 MDA관측소의바람을사용하기위해모델격자를세개의구역으로구분하였다 : (1) DPI 남쪽, (2) DPI~ MDA 구간, 그리고 (3) MDA 북쪽. 첫번째구간 ( 위도상으로 DPI 남쪽에위치한지점 ) 은모두 DPI 관측자료와동일하게사용하였으며, 두번째구간 ( 위도상으로 DPI와 MDA 사이 ) 은두관측소의위도를기준으로거리에대해 linear interpolation한값을이용하였다. 세번째구간 ( 위도상으로 MDA 북쪽 ) 에서는 MDA 관측자료와동일하게사용하였다. 따라서 Mobile Bay 상류는 DPI 관측자료만을이용한것에비하여바람의영향이상대적으로낮게적용되었다. 두관측지점 (DPI and MDA) 에서의바람자료를이용하였을경우 DPI에서의바람자료만을이용한결과에비해수위변화를더잘재현하는것으로나타났다 (Fig. 7~8). 특히 Mobile Bay 상류에서는 DPI 바람만을이용한결과보다수위변화예측에상당한개선효과가있었다. 가장상류에위치한 BSP 지점에서는 Skill값이 total component에대해 0.97 에서 0.99로, subtidal component에대해 0.94에서 0.98로개선되는것으로나타났다. 또한 DPI 바람만사용한경우평균약 3 cm 가량낮게예측되던것이 DPI와 MDA 관측소의 Fig. 6. Low-pass filtered wind stress at the Mobile Downtown Airport station. A black and a blue (bold) lines denote the east-west and the north-south component of the wind stress, respectively. 대한환경공학회지제 36 권제 8 호 2014 년 8 월

576 J. Kor. Soc. Environ. Eng. 이정우 윤상린 오혜철 김석구 이준 Fig. 7. Surface elevation comparison between measured (*) and simulated (blue solid lines) values at seven tide stations. Both DPI and MDA winds were used. Fig. 8. Subtidal surface elevation comparison between measured (dotted lines) and simulated (solid lines) values at seven tide stations. Both DPI and MDA winds were used. 자료를이용하였을경우약 1 cm 낮게예측되어대략 2 cm 정도정확도가향상되었다 (Table 1). 4. 결론 3차원해수유동모델을이용하여수심이낮은하구에서수면의상승 하강에대해바람이미치는영향을 Mobile Bay 내의수위변화해석을통해연구하였다. 하구에서의수위는외해의조위변화, 담수의유입, 또는바람등에직접적인영향을받는다. 이중바람은조위나강물의유입량에비해지역적인또는시간적인편차가심한특징을갖고있다. 특히하구에서는만의중심부에비해지형적영향으로바람이해수면에미치는영향이급격히줄어들수있다. 이는지역적인수위변화에직접적인영향을미치며, 바람의방향에따라국부적또는일시적수위상승 하강에영향 Journal of KSEE Vol.36, No.8 August, 2014

J. Kor. Soc. Environ. Eng. 577 을준다. 본연구에서는 Mobile Bay내에서의조위변화를재현함 에있어두가지바람정보를이용하였다. 먼저, 외해에가 까운관측소 (DPI 관측소 ) 에서측정된바람정보만을이용했 을경우관측소와인접한지역에서는모델이관측값을비 교적잘재현했지만관측소와멀리떨어진만의상류로갈 수록오차가커졌다 ( 관측소인접지역에서의 Skill = 0.99, N 상류에서의 Skill = 0.92). 상류로갈수록커지는오차의원 인은실제보다바람이크게상류에작용하여과대한수위 상승과하강을일으키기때문인것으로판단되었다. 따라서 만의중 상류에위치한관측소 (MDA 관측소 ) 에서측정된 바람정보를이용하여모델을재구성하였다. 결과적으로두 개의바람정보를이용하였을경우이전에상류에서발생하 였던과대한지역적인수위상승 하강현상이감소되었다 ( 관측소인접지역에서의 Skill = 0.99, 상류에서의 Skill = 0.97). 이러한결과는수심이낮은하구또는만에서바람의영향이조위변화에큰영향을주는것을나타낸다. 따라서해수 유동모델을이용하여하구또는만에서수위해석을할경 우국부적인바람정보의활용이반드시필요할것으로여 겨진다. Acknowledgement 본연구는한국건설기술연구원 2014년주요사업 (2014-0214-1-1) 의연구비로수행되었으며이에감사합니다. Reference 1. Haidvogel, D. B., Arango, H., Budgell, W. P., Cornuelle, B. D., Curchitser, E., Lorenzo, E. D., Fennel, K., Geyer, W. R., Hermann, A. J., Lanerolle, L., Levin, J., McWilliams, J. C., Miller, A. J., Moore, A. M., Powell, T. M., Shchepetkin, A. F., Sherwood, C. R., Signell, R. P., Warner, J. C. and Wilkin, J., Ocean forecasting in terrain-following coordinates: Formulation and skill assessment of the Regional Ocean Modeling System, J. Comput. Phys., 227(7), 3595~3624(2008). 2. Jolliff, J. K., Kindle, J. C., Shulman, I., Penta, B., Friedrichs, M. A. M., Helber, R. and Arnone, R. A., Summary diagrams for coupled hydrodynamic-ecosystem model skill assessment, J. Mar. Syst., 76(1-2), 64~82(2009). 3. Kim, T., Sheng, Y. P. and Park, K., Modeling water quality and hypoxia dynamics in Upper Charlotte Harbor, Florida, U.S.A. during 2000, Estuarine, Coastal Shelf Sci., 90(4), 250~263(2010). 4. Li, Z. and Weisberg, R. H., West Florida continental shelf response to upwelling favorable wind forcing: 2. Dynamics, J. Geophys Res., 104(C10), 23427~23442(1999). 5. Weisberg, R. H., Li, Z. and Muller-Karger, F., West Florida shelf response to local wind forcing: April 1998, J. Geophys. Res., 106(C12), 31239~31262(2001). 6. Weisberg, R. H., Liu, Y. and Mayer, D. A., West Florida Shelf mean circulation observed with long-term moorings, Geophys. Res. Lett., 36(19), L19610(2009). 7. Austin, J. A. and Lentz, S. J., The Inner Shelf Response to Wind-Driven Upwelling and Downwelling, J. Phys. Oceanogr., 32(7), 2171~2193(2002). 8. Parker, B. B., Sea Level As an Indicator of Climate and Global Change, Mar. Technol. Soc. J., 25(4), (1992). 9. Walters, R. A., Low-Frequency Variations in Sea Level and Currents in South San Francisco Bay, J. Phys. Oceanogr., 12(7), 658~668(1982). 10. Huang, W., Jones, W. K. and Wu, T. S., Modelling Wind Effects on Subtidal Salinity in Apalachicola Bay, Florida, Estuarine, Coastal Shelf Sci., 55(1), 33~46(2002). 11. Guo, X. and Valle-Levinson, A., Wind effects on the lateral structure of density-driven circulation in Chesapeake Bay, Continental Shelf Res., 28(17), 2450~2471(2008). 12. Kim, C.-K. and Park, K., A modeling study of water and salt exchange for a micro-tidal, stratified northern Gulf of Mexico estuary, J. Mar. Syst., 96-97, 103~115(2012). 13. Moller, O. O., Castaing, P., Salomon, J-C. and Lazure, P., The influence of local and non-local forcing effects on the subtidal circulation of Patos Lagoon, Estuaries, 24(2), 297~ 311(2001). 14. Cho, K-H., A Numerical Modeling Study on Barotropic and Baroclinic Responses of the Chesapeake Bay to Hurricane Events, ProQuest, p. 276(2009). 15. Stumpf, R. P., Gelfenbaum, G. and Pennock, J. R., Wind and tidal forcing of a buoyant plume, Mobile Bay, Alabama, Cont. Shelf Res., 13(11), 1281~1301(1993). 16. Ryan, H., Noble, M., Williams, E., Schroeder, W., Pennock, J. and Gelfenbaum, G., Tidal current shear in a broad, shallow, river-dominated estuary, Cont. Shelf Res., 17(6), 665~ 688(1997). 17. Dzwonkowski, B., Park, K., Ha, H. K., Graham, W. M., Hernandez, F. J. and Powers, S. P., Hydrographic variability on a coastal shelf directly influenced by estuarine outflow, Continental Shelf Res., 31, 939~950(2011). 18. Lee, J., Webb, B. M., Dzwonkowski, B., Park, K. and Valle- Levinson, A., Bathymetric influences on tidal currents at the entrance to a highly stratified, shallow estuary, Continental Shelf Res., 58, 1~11(2013). 19. Schroeder, W. W., Riverine influence on estuaries: A case study, Estuarine Interactions, Academic Press, New York, pp. 347~364(1978). 20. Park, K., Kim, C.-K. and Schroeder, W. W., Temporal Variability in Summertime Bottom Hypoxia in Shallow Areas of Mobile Bay, Alabama, Estuaries Coasts, 30(1), 54~65 (2007). 21. Seim, H. E., Kjerfve, B. and Sneed, J. E., Tides of Mississippi Sound and the Adjacent Continental Shelf, Estuar. Coast Shelf S., 25, 143~156(1987). 대한환경공학회지제 36 권제 8 호 2014 년 8 월

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