17(4)-05(21-변도성).fm

The Sea Journal of the Korean Society of Oceanography Vol. 17, No. 4, pp. 225 242, November 2012 http://dx.doi.org/10.7850/jkso.2012.17.4.225 Free Access 인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 최병주ㆍ변도성 1, *ㆍ이강호 2 군산대학교 해양학과 1 국립해양조사원 해양과학조사연구실 2 (주)해양정보기술 해양사업부 Satellite-altimeter-derived East Sea Surface Currents: Estimation, Description and Variability Pattern BYOUNG-JU CHOI, DO-SEONG BYUN 1, * AND KANG-HO LEE 2 Department of Oceanography, Kunsan National University, Gunsan 573-701, Korea 1 Ocean Research Division, Korea Hydrographic and Oceanographic Administration, Incheon 400-800, Korea 2 Ocean Observation Team, Marine Information Technology, Seoul 153-778, Korea 이 연구는 인공위성 고도계로 관측한 해수면 높이 자료를 이용하여 동해 표층해류를 생산하고, 동해 전체 영역에 대하여 동시성 있는 표층해류 분포를 동해 해류 정보 사용자에게 제공하기 위한 최초의 시도이다. 동해 전 영역에 서 인공위성 고도계와 연안 조위관측소의 해수면 높이 자료를 동시에 얻을 수 있으므로 준실시간으로 넓은 해역에 대하여 동시성 있는 표층 지형류의 산출이 가능하다. 산출된 동해 표층 지형류로부터 주요 해류의 위치와 세기 그 리고 중규모 이상의 소용돌이 발달 양상을 살펴볼 수 있다. 따라서 이들 해류의 이름과 평균적인 위치를 알 수 있 도록 동해 해양지명에 대한 명칭과 위치를 기술하고, 개념적인 해류도를 제시하였다. 동해 해류정보가 실제 실용화 될 수 있도록 인공위성 고도계 자료를 이용하여 산출한 지형류의 월 계절 연도별 해류 분포 예를 들고, 각 해류 분 포를 설명하였다. 또한 시 공간적으로 변화하는 동해 표층해류 분포 형태를 객관적으로 분류하기 위하여 16년 (1993~2008년)간의 표층해류 자료를 경험직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF)를 이용하여 분석하였다. EOF분석 제1모드(mode)는 주로 한국 동해안을 따라 북쪽으로 흐르는 동한난류와 야마도분지 남서부 시계방향 순 환의 강화 또는 약화를 나타냈다. 제2모드는 동한난류가 동해 남부를 가로지르며 사행하는 정도를 나타냈으며, 해 류 사행의 파장은 약 300 km이었다. 제1모드와 제2모드가 모두 해류의 연간 변동성을 나타냈으며, 제1모드와 제2 모드의 시간계수에 따라 동해 표층해류 분포를 관성 경계류 패턴(pattern), 대마난류 패턴, 사행 패턴, 외해분지류 패 턴으로 분류할 수 있다. Abstract This is the first attempt to produce simultaneous surface current field from satellite altimeter data for the entire East Sea and to provide surface current information to users with formal description. It is possible to estimate surface geostrophic current field in near real-time because satellite altimeters and coastal tide gauges supply sea level data for the whole East Sea. Strength and location of the major currents and meso-scale eddies can be identified from the estimated surface geostrophic current field. The mean locations of major surface currents were explicated relative to topographic, ocean-surface and undersea features with schematic representation of surface circulation. In order to demonstrate the practical use of this surface current information, exemplary descriptions of annual, seasonal and monthly mean surface geostrophic current distributions were presented. In order to objectively classify surface circulation patterns in the East Sea, empirical orthogonal function (EOF) analysis was performed on the estimated 16-year (1993-2008) surface current data. The first mode was associated with intensification or weakening of the East Korea Warm Current (EKWC) flowing northward along the east coast of Korea and of the anti-cyclonic circulation southwest of Yamato Basin. The second mode was associated with meandering paths of the EKWC in the southern East Received November 5, 2012; Revised November 15, 2012; Accepted November 15, 2012 *Corresponding author: dsbyun@korea.kr 225

226 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 Sea with wavelength of 300 km. The first and second modes had inter-annual variations. The East Sea surface circulation was classified as inertial boundary current pattern, Tsushima Warm Current pattern, meandering pattern, and Offshore Branch pattern by the time coefficient of the first two EOF modes. Key words: East Sea, surface geostrophic currents, satellite altimeter data, spatial surface current patterns, description on surface currents 서 해류정보는 해상 물류수송의 안전과 효율을 높이고, 어업생산 활동의 증대와 관리 및 군사 작전 등에 필요한 기초정보이다. 최 근 빈번해진 육상과 해상 사고로 인해 해양으로 유입한 방사성물 질과 유류오염물질에 대한 이동 경로에 대한 관심뿐만 아니라, 바 다쓰레기, 해파리 또는 적조 생물의 이동 경로를 파악하는데 있어 서 해류정보의 중요성은 날로 커지고 있다(Pittman and McAlpine, 2003; Yoon et al., 2008). 대양의 특성을 갖는 동해는 북서태평양과 동중국해로부터 대한 해협을 통해 고온 고염의 대마난류가 유입된다(Fig. 1a). 대마난류 수가 대한해협에서 쓰가루해협과 소야해협으로 이동하는 동안 동 해 내부에서 해류들을 만들고, 이 해류들이 사행하며 소용돌이 (eddy)를 형성한다. 그 동안 동해의 표층 순환을 이해하기 위하여 해류병, 계류식 해류계, 초음파 유속계, 인공위성 추적 표층뜰개들 을 이용한 많은 관측이 이루어져왔다(Chang et al., 2004; Lee and Niiler, 2005; Morimoto et al., 2009). 그러나 현장 해류관측은 현 실적으로 관측범위가 제한되어 국지적인 해류의 공간적인 분포나 한 지점의 시간변화만을 제공하였다. 이러한 현장 해류 관측을 통 해서는 전체적인 동해 표층 순환을 동시에 살펴보기 어려웠다. 최 근 수치모델기법 및 고속연산 컴퓨터의 발달로 해수유동도 비교 적 정확하게 예측 가능하게 되고 있을 뿐만 아니라, 해수면 높이 변화를 관측하는 고도계(altimeter)를 탑재한 인공위성들이 동해 전체를 관측함으로써 여러 위성들에서 관측한 해수면 높이 자료 들의 합성(merging)과 내삽(interpolation)을 통하여 동시성이 있는 표층 지형류 분포를 관측 후 1~2일 이내에 준실시간(near-real time) 으로 생산할 수 있게 되었다(Lee et al., 2009). 인공위성에 탑재된 고도계를 이용하여 관측한 해수면 높이 자 료로부터 추산된 표층해류를 웹서비스하고 있는 대표적인 국외 기 관으로 미국 해양기상청(National Oceanic and Atmospheric Administration), 프랑스 해양과 수권 지형센터(Centre of Topography of the Oceans and the Hydrosphere), 일본 해상보안청 등이 있다 (Bonjean and Lagerloef, 2002; Sudre and Morrow, 2008). 미국 해양기상청의 해양 표층해류 분석(Ocean Surface Currents Analyses) 은 1 o 1 o 수평격자 간격으로 전지구 해역을 대상으로 5일마다 생 산된 해류정보를 서비스하고 있으며, 프랑스 해양과 수권 지형센 터는 0.25 o 0.25 o 격자 간격으로 전지구 해역을 대상으로 매일 생 산된 해류정보를 서비스하고 있다. 반면에 일본 해상보안청은 동 해와 동중국해를 포함한 북서태평양을 대상으로 0.5 o 0.5 o 격자 간 격으로 매일의 표층해류도를 서비스하고 있다. 우리나라의 경우, 국가 해류조사 및 해류정보 서비스 업무를 담당하고 있는 국립해 양조사원(과거 해군 수로국 또는 교통부 수로국)에서 한국해양지 리도 (HD, 1953)와 한국해양환경도 (OHA, 1995)를 간행하여 우 리나라 주변해역의 월별 표층해류 분포를 제시하였다. 현재는 인 론 공위성 고도계자료를 이용하여 매일 준실시간으로 동해와 북서태 평양의 표층해류도를 웹서비스하고 있다(http://www.khoa.go.kr/). 또한 1993년부터 2010년까지 표층수온 분포와 함께 월 계절 년별 동해 표층해류도도 홈페이지를 통해 제공하고 있어 변동성이 큰 동해 표층해류순환을 한 눈에 파악할 수 있게 되었다. 인공위성 고도계 자료를 이용하여 추정한 표층 지형류가 동해 표층해류도 에 사용되며, 이 해류자료는 2005년 동해 남서부 해역에서 선박 장착 초음파 해류계(Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP)로 관측한 해류 자료와 비교 검증하였다(Lee et al., 2009). 군 작전 전문가, 수산업 전문가, 해양환경 전문가, 파랑 전문가 및 기후 전문가들은 동해의 전체 해양순환에 대한 실시간 정보를 필 요로 한다. 사전적으로 정보란 관찰이나 측정을 통하여 수집한 자료를 실제 문제에 도움이 될 수 있도록 정리한 지식 또는 그 자료 로 정 의하고 있다(http://krdic.naver.com). 이러한 관점에서 정확한 해류 도 생산과 함께 이용자들에게 실질적으로 도움을 줄 수 있도록 이 해하기 쉬운 해류정보 전달방법 개발에 대한 노력이 필요하다. 앞 에서 언급한 국외기관들과 마찬가지로 국립해양조사원의 동해 표 층해류도에는 구체적인 해류에 대한 설명이 없어 동해 해류분포와 그 변동성을 이해하기 위해서는 이용자가 직접 기초 정보를 모으고 종 합하여 판단해야한다(Park et al., 2011). 따라서 일반인들이 이해하 기 쉽고 체계적이고 정형화된 설명의 틀을 갖추고 있는 일기예보 처럼 준실시간 해류 정보도 국민들에게 보다 친숙하게 다가가기 위 해서 체계적이고 정형화된 기술(description)과 설명이 필요하다. 이 연구의 목적은 동해 해류정보 이용자를 위하여 인공위성 고 도계 자료로 표층해류를 추정하는 방법을 소개하고 동해 표층해 류를 추정하며, 매년 변화하는 동해 표층해류 분포를 그 특성에 따라 객관적으로 분류할 수 있는 기준을 찾는 것이다. 동해의 표 층해류는 연간 변동성이 크고 표층해류 분포 패턴(pattern)을 객관 적으로 구분하는 것이 어렵다(Katoh, 1994; Mitchell et al., 2005; Lee and Niiler, 2010). 이 연구에서는 동해 전체 동시성 있는 표 층해류 자료를 경험직교함수(Empirical Orthogonal Function, EOF)를 이용하여 분석한 최초의 연구이다. 또한 이 연구에서는 동 해 해류에 관한 기존 연구 논문들과 관측 자료를 토대로 동해의 해양지명과 주요해류를 정리하였으며, 인공위성 고도계 자료를 이 용하여 추정한 동시성 있는 동해 표층해류 정보를 기존 동해 해 류 연구자들의 설명 방법에 따라 기술하였다. 2절에서는 인공위성 고도계 자료를 이용하여 표층해류를 산출 하는 방법을 간략히 소개하였다. 3절에서는 동해 해양지명(해협, 분지, 천퇴 등)과 잘 알려진 동해 표층해류, 소용돌이, 극전선의 위치와 특성을 정리하였으며 표층해류 모식도를 제시하였다. 4 절에서는 인공위성 고도계 자료를 이용하여 산출한 준실시간 동 해 표층해류를 소개하였고, 동해 표층해류 연구자들이 사용하던 정형화된 설명방법에 따라 월별, 계절별, 연별 해류 분포를 설명 하는 예를 제시하였다. 5절에서는 동해 표층해류의 공간분포를 객

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 227 Fig. 1. Bathymetry and ocean features including strait, basin, rise, bank, island, bay and peninsula in the East Sea. (a) Contour lines denote 1000, 2000 and 3000 m isobaths. KS stands for Korea Strait, TS Tsugaru Strait, SS Soya Strait, TTS Tatar Strait, UD Ulleungdo, DD Dokdo, UB Ulleung Basin, KP Korea Plateau, GP Gangwon Plateau, UP Ulleung Plateau, JB Japan Basin, YB Yamato Basin, EKB East Korea Bay, YR Yamato Rise, OB Oki Bank, NP Noto Peninsula, and OI Oki Islands. (b) Ocean features around Ulleungdo. 관적으로 분류하기 위하여 16년 동안의 표층해류 자료를 경험직교 함수를 이용하여 분석하여, 해마다 변화하는 동해 해류 분포를 객 관적으로 구분하는 기준을 제시하였다. 끝으로 6절에서는 이 연구 내용을 요약하고 앞으로 더 필요한 연구들을 제안하였다.

228 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 2. 동해 표층해류 추정 방법 2.1 지형류 계산 이 연구에서는 1993년부터 2008년까지 7일 간격으로 동해의 표 층해류를 추정하였으며, 대상 해역은 위도 34.25 o N~48.25 o N, 경도 127.5 o E~142.25 o E이다(Fig. 1). 동해의 지형류를 추정하기 위하여 프랑스 AVISO에서 지연 시간(Delayed Time) 모드(mode)로 생산 되는 0.25 o 격자간격의 해수면 고도계 편차(sea level anomaly, SLA) 자료를 사용하였다. 0.25 o 격자간격으로 해수면 고도계 자료 를 시 공간적으로 내삽할 때 관측 기간 내에 두 대의 인공위성으 로부터 측정한 자료만(reference data)을 사용하였다. 인공위성 고 도계 자료는 연안 50 km 이내의 해역과 수심 500 m 미만인 연안 근처에서는 오차가 50% 이상으로 크고 그 정확도가 줄어든다. 그 이유는 인공위성의 복사계(radiometer)가 복사 값을 받아들일 때 육지로부터 오는 부정확한 복사 값도 함께 받아들이고, 이 부정확 한 복사 값을 인공위성 고도계 자료를 보정할 때 사용하기 때문 이다. 또한 수심이 얕은 곳은 해수면 높이 자료에서 조석성분을 정확히 제거하기 어렵기 때문이다. 그 결과 연안 50 km 이내의 해수면 고도 편차 자료에는 오차 값이 크게 나타나며, 이 해수면 고도계 편차 자료로부터 구해진 연안의 표층해류도 오차가 커질 수밖에 없다. 수심이 얕고 인공위성 고도계 자료의 오차율이 높은 연안 50 km 이내의 격자점에서는 인공위성 고도계의 해수면 고 도 편차 값을 사용하지 않고, 동일한 지점에 연안 조위 관측소의 해수면 높이 자료와 외해지역 인공위성 고도계 자료를 이용하여 보간한 값을 사용하였다(Saraceno et al., 2008). 연안조위관측소 자료는 현재 이용이 가능한 한국 동해안과 일본연안 자료만을 사 용하였다. 그러나 외해에 위치해 있어서 주변 수심이 깊고 섬의 크기가 상대적으로 작은 울릉도와 독도 주변해역에서는 인공위성 고도계 자료만을 사용하였다. 해양에서 공간적인 해수면 높이(Sea Surface Height, SSH) 차 이를 알면 정수압 방정식(p=ρgh)을 이용하여, 식 (1)의 지형류 방 정식으로부터 지형류(u, v)를 계산할 수 있다. u ---- 1 p g = ----- = -- ----- h, v = ---- 1 p ----- = g -- h ----- (1) ρf y f y ρf x f x p p 여기서, ρ는 밀도, h는 전체 수층의 두께, ----- 와 ----- x y 는 각각 x방향 과 y방향의 수압경도, f 는 코리올리 인자 2Ωsinφ(Ω는 지구자전 각속도, φ는 위도)이다. 이러한 해수면 높이 즉, 전체 수층의 두께 (h)는 식 (2)와 같이 평균 해수면(Mean Sea Surface, MSS)과 해 수면 고도 편차(Sea Level Anomaly, SLA)를 더하여 구할 수 있다. SSH(x,y,t) = MSS(x,y)+SLA(x,y,t) = Geoid(x,y) + MDT(x,y) + SLA(x,y,t) = Geoid(x,y) + ADT(x,y,t) (2) 여기서, t는 시간을 나타낸다. 평균 해수면은 인공위성에서 관측한 수년간의 해수면 고도 자료의 평균값이며, 지오이드(Geoid)면에 평균 역학적 지형(Mean Dynamic Topography, MDT)을 더한 값 이다. MDT에 해수면 고도 편차를 더하면 절대 역학적 지형(Absolute Dynamic Topography, ADT)이 된다. 이 역학적 지형에 지형류 방 정식을 적용하여 해수의 흐름을 구할 수 있다. 인공위성 고도계 자료로부터 해수면 고도 편차를 얻을 수 있으므로, 지형류를 구하 기 위해서는 정확한 MTD가 필요하다. 이 연구에서는 수심이 500 m 이상인 곳은 열 염분 해수면 높이(steric height)를 이용하여 산출 한 MTD를 사용하였으며(Choi et al., 2004), 수심이 500 m 보다 얕은 곳은 자료융합형 해양순환 수치모델(data assimilative ocean circulation model)의 MTD를 사용하였다(Kim et al., 2009; Lee et al., 2009; Lee, 2010). MDT는 3가지 방법으로 구할 수 있다. (1) 지오이드(Geoid) 모 델과 평균해면 모델을 사용하여 구할 수 있으며(Yun and Lee, 2006), (2) 수 년 이상 수행된 3차원 해양수치모델의 평균 해수면 높이를 이용하여 구할 수도 있다(Morimoto and Yanagi, 2001; Kozai, 2003). 첫 번째 방법은 지오이드 모델 결과에 오차가 많이 포함하고 있으며, 두 번째 방법은 수치모델 마다 각각 수치모델 고유의 오차를 가질 수 있다. 이 연구에서는 (3) 수심 500 m을 기 준으로 열 염분 해수면 높이를 계산하여 MDT를 구하였다. 이 경우 500 m 보다 깊은 곳에서 유속의 연직적 차이(velocity shear)가 작 고 또한 유속(barotropic current)이 매우 작다는 가정 하에 구하였다 (Park et al., 2004; Senjyu et al., 2005; Watts et al., 2006). 수심 500 m 아래 심층 해류는 일시적으로 큰 흐름을 가질 수 있으나 평균 값은 1~4 cm/s이다(kim et al., 2008). 그러나 해저면 경사가 급 한 곳에서는 심층 해류의 평균 크기가 5 cm/s 이상 되는 곳도 있 다(Takematsu et al., 1999; Chang et al., 2004). 2.2 울릉도와 독도 주변 해역 표층해류 비교 울릉분지와 한국대지 해역은 선박들의 해상활동이 활발하며 군 작전에 중요한 지역이다. 이 해역에 대한 상세한 해류 분포를 살 펴보기 위하여 인공위성 고도계 자료로 추정한 표층 지형류의 공 간적인 분포와 같은 시기에 국립해양조사원에서 투하하여 이 해 역을 통과한 6시간 간격으로 내삽된 인공위성 위치추적 표층뜰개 (Surface Velocity Program-type)의 이동 궤적을 함께 표시하여 비 교하였다(Fig. 2). 표층뜰개의 이동궤적은 표층 지형류가 추정된 날의 전후 약 15일 동안의 위치이다. 2003년 8월 14일에 표층뜰 개(번호 41132)가 한국 동해안을 따라 북상하다가 강원대지를 경 유하여 동한만까지 북상하여 8월 31일에 방향을 바꾸어 야마토천 퇴로 이동하였다. 그 동안 표층뜰개의 평균 이동속력은 약 0.59 m/s이었다. 인공위성 고도계자료를 이용하여 추정한 동해의 표층 해류는 동한난류의 주축을 선명하게 보여주며, 표층뜰개는 이 주 축을 따라 이동하였다. 표층 지형류의 공간적인 분포를 살펴보면 2003년 8월 20일에 동한난류가 한국 동해안을 따라 발달하여 포 항 동쪽에서 130 o E를 따라 계속 북상한다. 북상하던 동한난류가 강원대지에 이르러 약 39.4 o N에서 동쪽으로 방향을 바꾸어 울릉 대지 쪽을 향해 남동쪽으로 흐른다. 울릉도 북쪽에는 시계방향으 로 순환하는 소용돌이가 형성되고, 울릉분지에는 반시계방향으로 순환하는 소용돌이가 형성된다. 2004년 6월 24일에 두개의 표층뜰개가 한국 동해안을 따라 북 상하였다. 첫 번째 표층뜰개(번호 41114)는 강원대지에서 북동쪽 으로 이동한 후에 7월 4일에 일본분지로 이동하였다. 이때의 평균 이동속력은 0.65 m/s로 상대적으로 빨랐다. 두 번째 표층뜰개(번 호 41109)는 강원대지에서 울릉대지로 이동하여 다시 울릉도 동 쪽을 지나 울릉분지로 이동하였다. 표층뜰개의 평균 이동속력은

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 229 Fig. 2. Surface geostrophic currents (vectors) estimated from satellite altimeter and coastal tide gauge data and surface drifter trajectories (line with dots) in August 2003 and June 2004. Drifter position is plotted every six hour. First and last days (month/day) of drifter position are denoted. Fig. 3. Comparison of surface geostrophic currents estimated from satellite altimeters and Lagrangian observation by surface drifters in the Ulleung Basin from 2002 to 2005. (a) Eastward component and (b) northward component. 약 0.46 m/s였으며 인공위성 고도계자료를 이용하여 추정한 동한 난류의 주축을 따라 이동하였다. 표층 지형류의 공간적인 분포를 살펴보면 2004년 6월 30일에는 동한난류가 한국 동해안을 따라 동해시(약 37.5oN)까지 북상하였다가 이안하여 북동쪽으로 향하여 강원대지 쪽으로 흐른다. 울릉대지 북쪽에 도착한 동한난류의 일 부는 울릉대지 북동쪽으로 흘러가고, 다른 일부는 다시 방향을 바 꾸어 남서쪽으로 흘러서 울릉도 동쪽해안을 지나서 다시 울릉분 지로 내려온다. 인공위성 고도계 자료와 연안 조위관측소 자료를 활용하여 표 층해류를 추정한 후에 그 정확도를 살펴보기 위하여 울릉분지에 서 표층뜰개로 관측한 라그랑지(Lagrangian) 해류 속도와 비교하 였다(Fig. 3). 인공위성 고도계 자료는 시간적으로 약 42일 동안의 자료를 시 공간적으로 내삽하여 구한 자료이므로 해수면 높이와 해류의 장주기(low frequency) 변화에 대한 정보만을 제공한다. 이 러한 이유때문에 인공위성 고도계 자료로 추정한 해류를 표층뜰 개로 관측한 해류와 비교할 때 뜰개 해류 자료를 4일 이동평균

230 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 (moving average)한 후에 사용하였다. 동해에서 1987년부터 1998 년까지 동해 표층을 자유롭게 이동한 96개의 표층뜰개로부터 구 한 라그랑지 자기상관성 시간의 크기(Lagrangian autocorrelation time scale)가 3일이다(Lee et al., 2000). 인공위성 고도계 자료로 추정한 해류를 표층뜰개로 관측한 해류와 비교해보면, 표층뜰개 자료를 약 3일 이동평균부터 5일 이동평균 자료를 사용하였을 때 인공위성 고도계 자료로 추정한 해류와 가장 큰 상관성을 가졌다. 두 해류 자료를 비교하기 위하여 인공위성 고도계 자료가 생산된 매 7일 간격으로 비교하였다. 표층뜰개 자료는 7일마다 기준 일자를 중심으로 4일 이동평균하여 사용하였으므로 각 표본마다 독립성 이 있다. 인공위성 고도계 자료를 이용하여 추정한 표층해류와 표층뜰개의 이동궤적을 이용하여 계산한 해류의 제곱 평균 제곱근 편차(root mean square difference, RMSD)는 동서방향성분(u)에 대하여 약 0.12 m/s이다. 두 해류 자료 사이의 상관계수는 0.80로서 상대적 으로 높은 상관관계를 나타냈다. 두 자료를 선형으로 회귀(linear regression)하였을 때 회귀선의 기울기가 1.31이다. 즉, 표층뜰개 궤적으로부터 구한 해류 속력이 인공위성 고도계 자료로 구한 해 류 속력 보다 약 30% 빠르다. 남북방향성분(v)에 대해서는 두 해 류 자료가 약 0.13 m/s의 RMSD를 가지며, 상관계수는 0.77이다. 두 자료를 선형으로 회귀하였을 때 회귀선의 기울기가 1.17이므로 표 층뜰개 이동궤적으로부터 구한 유속이 인공위성 고도계 자료로 구 한 해류 속력보다 약 17% 빠르다. 또한 Lee et al. (2009)의 연구 결과에 의하면, 2005년에 인공위성 고도계 자료를 이용하여 구한 표층해류와 울릉분지 서쪽에서 선박장착 초음파 해류계로 관측한 해류의 상관계수가 0.58~0.73이였으며, 두 자료의 제곱평균 제곱 근 편차는 0.17~0.22 m/s이었다. 위의 두 가지 비교 결과에서 보 여주듯이, 인공위성 고도계 자료를 이용하여 구한 표층해류와 표 층뜰개로 관측한 해류의 RMSD가 초음파 해류계로 관측하여 비 교한 결과보다 상대적으로 작은 이유는 표층뜰개로 관측한 해류 는 4일 이동 평균한 값이고 선박장착 초음파 해류계로 관측한 유 속값은 관측선이 항해하며 관측한 순간 관측값이기 때문이다. 3. 동해 해양 해저 지명과 표층해류 시 공간적으로 변하는 동해 표층해류는 육상지명과 함께 해도에 표기된 해양과 해저의 지명을 기본적으로 이용하고, 과거 여러 연 구자들에 의해 제시된 표층해류의 발생위치, 특성과 변동성을 이 용하여 설명할 수 있다(Chang et al., 2004; Lee and Niiler, 2005; Park et al., 2011). 먼저, 동해의 해양 해저 지명을 이용한 방법에 관해 자세히 살펴보면, 해안 가까이에 위치한 해역의 해류를 기술 할 때 인근 육지나 섬의 지명(육상지명)을 이용하여 해류의 위치 와 공간적 변동성을 설명할 수 있다. 또한 연안에서 멀리 떨어진 외해의 경우, 잘 알려진 해면 위나 해저의 지형에 대한 지명을 이 용하면 해류의 변화 특성을 수평 공간적 위치에 따라 설명하기가 쉽다. 즉, 해양, 해협, 만, 수로 등 해면위의 지형에 관련된 지형의 명칭인 해양지명(sea surface names)과 해저 협곡, 해저 분지, 해 저 산맥, 해령과 해구 등 해저 지형의 명칭인 해저지명(undersea features names)을 이용하여 해류를 기술할 수 있다. 동해의 대표적인 육상지명에는 독도(Dokdo)와 울릉도(Ulleungdo) 등이 있으며, 해저 지형은 크게 네 개의 해협(strait), 세 개의 분지 (basin)와 한 개의 천퇴(rise)로 구성되어 있다(Fig. 1a). 해수의 유 출입 통로인 해협은 남해에서 동해로 표층해류가 유입되는 대한 해협(Korea Strait, KS) 입구의 폭이 동해에 있는 네 개의 해협 중 에서 가장 넓다. 동해의 표층 해수가 북서 태평양으로 빠져나가는 쓰가루해협 (Tsugaru Strait, TS)과 소야해협(Soya Strait, SS)이 있다. 또한 오 호츠크해로부터 동해 북쪽 해역으로 들어오는 길목에 위치한 타 타르해협(Tatar Strait, TTS)이 있다(Yanagi, 2002). 이처럼 동해는 해류의 입출구격인 이들 해협을 통해 동중국해, 북서태평양, 오호 츠크해와 연결된다. 동해에는 주위보다 수심이 깊고 평탄한 해저지형인 분지(basin) 가 세 개 존재한다. 울릉도 남쪽에 수심이 약 2,000~2,300 m인 울 릉분지(Ulleung Basin, UB)와 독도 동쪽에 평균 수심이 2,500~ 2,700 m인 야마토분지(Yamato Basin, YB), 그리고 북쪽 해역에 약 3,500~3,700 m인 수심과 200~300 km의 폭을 가진 동해에서 가장 깊고 평탄한 일본분지(Japan Basin, JB)가 넓게 발달되어 있 다. 이들 세 개 분지 중앙에는 수심이 280~550 m로 상대적으로 얕은 야마토천퇴(Yamato Rise, YR)가 있다(Lee, 1999; Chough et al., 2000). 강원도 동측에서부터 울릉도 북부 해역에 수심 약 1,500 m의 주변 해저보다 높게 솟아 있고 넓고 평평한 해저지형이 형성 되어 있는데 이를 한국대지(Korea Plateau, KP)라 부른다. 이 한 국대지의 서편에 강원대지(Gangwon Plateau, GP)가 있으며 동편 에는 울릉대지(Ulleung Plateau, UP)가 있다(Fig. 1b). 해저 융기 부의 일부분이 갈라져서 생긴 틈인 해저 간극은 울릉도 서측과 강 원대지 사이에 울릉 서해저간극(West Gap of Ulleung, WGU)이 있으며, 울릉도 동측과 울릉대지 사이에 울릉 동해저간극(East Gap of Ulleung, EGU)이 있다. 한국대지와 일본의 오끼퇴(Oki Bank, OB) 사이에 한국해저간극(Korea Gap, KG)이 있으며, 이것은 울 릉 서해저간극이나 울릉 동해저간극보다 규모가 훨씬 크다. 또한 경북 울진 후포 앞바다 해저에 형성된 수심 150 m의 비교적 얕고 평탄한 정상부를 갖는 후포퇴(Hupo Bank, HB)가 있다(NORI, 2006). 한국대지의 북서부에 동한만(East Korean Bay, EKB)이 있 으며, 동한만에는 수심 1,000~2,000 m의 길고 가는 함몰대인 원 산해곡(Wonsan Trough, WT)이 있다. 그 밖에 우산해곡, 안용복해산 (457 m), 이규원해산(892 m), 김인우해산(868 m), 심흥택해산(146 m), 이사부해산(136 m), 해오름해산(849 m) 등이 있으며, 더 자세 한 우리나라 바다에 대한 표준화된 해양지명과 해양지명의 정의 및 분류 등에 대한 설명은 각각 우리바다 우리지명 (NORI, 2005; 2006)과 해양지명 표준화 편람 (KCMGN, 2004)을 참고하기 바 란다. 동해 표층해류 분포를 이해하기 쉽도록 개념적으로 표현하려는 노력들이 여러 연구자들에 의해 시도되었다(Uda, 1934; Naganuma, 1973; Yarichin, 1980; Katoh, 1994; Lee and Niiler, 2005; Danchenkov et al., 2006). 동해의 표층해류는 크게 삼분지설(triple-branch theory)과 사행설(single-meander theory)로 설명되었다(Naganuma, 1973; Katoh, 1994). 삼분지설(Fig. 4a)에서는 일본 연안을 따라 흐 르는 첫 번째 분지를 일본연안분지류(Japan Nearshore Branch, JNB), 두 번째 분지를 외해분지류(Offshore Branch, OB) 그리고 한국의 동해안을 따라 흐르는 세 번째 분지를 동한난류(East Korea

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 231 Fig. 4. Schematic surface currents in the East Sea. (a) Triple branch view (b) single meander view (Naganuma, 1973; Katoh, 1994), (c) surface circulation map from concurrent observations in May and June 1932 by Uda (1934), (d) meandering triple branch and cold currents modified from Senjyu (1999), Choi et al. (2004), Lee and Niiler (2005), Danchenkov et al. (2006) and Talley et al. (2006). Warm Current, EKWC)라 부른다. 동해에서 일본연안분지류는 대 한해협을 통과한 대마난류의 연장이라는 측면에서 대마난류라고도 부른다(Senjyu, 1999; Talley et al., 2006; Lee and Niiler, 2010). 대한해협(KS)을 통과한 대마난류(Tsushima Warm Current, TWC)가 동해로 유입되어 형성되는 동해의 난류는 삼분지설과 같 이 뚜렷하게 세 개의 분지로 나누어지는 경우도 있지만, 사행설과 같이 세 개의 분지가 서로 만나서 사행하는 모습을 보일 때도 있 다(Fig. 4b). 여름철에는 동해의 북쪽과 북서쪽 경계를 따라서 리 만한류(Liman Cold Current, LCC)와 북한한류(North Korea Cold Current, NKCC)가 남쪽으로 흐르며, 해류들이 사행하는 중간에 여러 개의 소용돌이들이 발달한다(Fig. 4c-4d). 난수 소용돌이 (eddies)는 그 중앙에 주위보다 따뜻한 물이 존재하며 일반적으로 중앙을 중심으로 시계방향으로 흐름이 발달하고, 냉수 소용돌이는 그 중앙에 주위보다 차가운 물이 존재하며 일반적으로 중앙을 중 심으로 반시계방향으로 흐름이 발달한다(Lee and Niiler, 2005; Mitchell et al., 2005). 그리고 39~40oN 사이에 극전선(Polar Front, PF)이 형성되어 남쪽의 따뜻한 물과 북쪽의 찬물의 경계가 된다(Isoda et al., 1991; Park et al., 2004). 동한난류가 이 극전선

232 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 Table 1. Summary of terminologies and descriptions used in explaining surface currents in the East Sea Terminology Description Reference TWC enters East Sea through the Korea Strait. TWC takes three paths toward the Tsugaru Strait such as EKWC, OB and JNB after entering the East Sea. Uda (1938), Tsushima Warm Current (TWC) 대한해협을 통해서 동해로 들어오는 난류이다. 이 난류로 한국 동해안을 따라 Moriyasu (1972), 대마난류 흐르는 동한난류, 대한해협에서 동해 내부 북동쪽으로 흐르는 외해분지류, 대 Talley et al. (2006) 한해협에서 일본 연안을 향해 이동하여 일본 연안을 따라 흐르는 일본연안분 지로 나누어진다. EKWC flows northward along the east coast of Korea and separates from the coast around 37~38 East Korea Warm Current o N. It passes the northern Ulleung Island and flows eastward along the Polar Front toward the Tsugrau Strait. Seung (1992), (EKWC) 한국의 동해안을 따라서 북쪽으로 흐르는 해류이며, 37~39 동한난류 o N 부근에서 해안 Cho and Kim (1996) 을 떠나 동쪽으로 이동하여 울릉도 북쪽 해역을 지나 쓰가루해협 쪽으로 극전 선을 따라 흐른다. Offshore Branch (OB) 외해분지류 Japan Nearshore Branch (JNB) 일본연안분지류 North Korea Cold Current (NKCC) 북한한류 Liman Cold Current (LCC) 리만한류 Polar Front (PF) 극전선 Ulleung Warm Eddy (UWE) 울릉 난수 소용돌이 Dokdo Cold Eddy (DCE) 독도 냉수 소용돌이 East Korea Bay Eddy (EKBE) 동한만 소용돌이 OB is variable in space and time and appears mostly in summer. A part of TWC passing through the western channel of the Korea Strait becomes OB. Upon leaving Suda and Hidaka the western channel OB flow northeastward toward the Tsugrau Strait. (1932), Byun and 대마난류에서 나누어지는 흐름으로 항상 존재하지는 않으며, 여름철에 주로 Chang (1984), 나타난다. 대한해협의 왼편 수도에서 북동 방향으로 흘러 곧장 동해 내부로 흘Katoh (1994) 러들어가는 해류이다. JNB flows northeastward along the west coast of Japan. It flows along the 100-m depth contour. It is often denoted by TWC in schematic surface current map. Matsuyama (1990), 대한해협을 통해 들어온 대마난류가 일본 연안을 따라 북동쪽으로 흐르는 흐 Katoh (1994), 름이다. 수심이 약 100 m 내외의 등수심선을 따라 흐른다. 해류모식도에서는 Morimoto et al. (2009) 주로 TWC로 표현한다. NKCC flows southward along the east coast of North Korea, characterized by narrow width and intensifying flow during summer. 북한의 동쪽 연안을 따라 남쪽으로 흐르는 해류이며, 폭이 좁고 주로 여름에 강하게 남하한다. LCC flows southwestward along the south coast of Russia. 러시아의 남쪽 해안을 따라서 남서쪽으로 흐르는 해류이다. PF is a boundary between the warm water in the south and the cold water in the north. It is positioned along 39-40 o N and strong current flows along the front. 동해 남쪽의 따뜻한 해수와 북쪽의 차가운 해수가 만나는 경계이다. 약 39~40 o N에 동서 방향으로 형성된다. UWE is the warm cyclonic eddy developed in the north or south of Ulleungdo (Ulleung Island). It holds warm water inside and forms an anticyclonic circulation around it. 울릉도의 북쪽이나 남쪽 해역에서 시계방향으로 원을 그리며 흐르는 소용돌이 모양의 흐름이며, 소용돌이 안쪽에는 난수를 담고 있어 주변보다 해수면이 높다. DCE is the cold anticyclonic eddy observed at the south of Dokdo (Dok Island). 독도 남쪽에서 관측되는 반시계 방향의 순환이며 소용돌이 안쪽에는 냉수를 담고 있어 주변보다 해수면이 낮다. EKBE is the anticyclonic eddy developed near the east of the East Korea Bay. It is clearly generated during winter and spring. Occasionally a cold eddy with cyclonic circulation forms in autumn. 동한만에서 관측되며 원산의 동쪽에 형성되는 시계방향의 순환으로 겨울과 봄에 뚜렷하게 형성된다. 그러나 반시계방향으로 순환하는 냉수소용돌이가 발생하기도 한다. Kim and Kim (1983), Kim and Min, (2008), Kim et al. (2009) Martin and Kawase (1998) Isoda et al. (1991), Park et al. (2004), Talley et al. (2006) Kang and Kang (1990); Kim (1991); Gordon et al. (2002) Mitchell et al. (2005) Lee and Niller (2005) Park et al. (2004) Morimoto et al. (2000) 을 따라 일반적으로 서쪽에서 동쪽으로 흐르며 사행하는 경우가 많다. 주요 표층해류의 이름, 위치와 특성, 전선, 소용돌이들을 Table 1에 간략하게 정리해 놓았다. 또한 이에 대한 참고문헌을 정 리해두어 필요한 경우 더 자세한 내용들을 확인할 수 있도록 하였다. 4. 동해 표층해류 설명 동해의 해류와 해황 변화를 살펴본 기존 연구들에서 동해 해류를 설명하는 데 사용했던 방법들을 동해 해류정보 이용자들을 위하 여 다음과 같이 정리하였다(Preller and Hogan, 1998; Lee and Niiler, 2010; Park et al., 2011). 현장에서 관측된 자료를 사용한 해류정보는 대부분 동해 일부분에 대한 정보였으나, 인공위성 고 도계 자료로 생산한 표층해류 자료는 동해 전체에 대하여 동시성 있는 해류의 분포와 변동성을 보여준다(Katoh, 1994; Chang et al., 2004). 4.1 동해 표층해류 기술 순서 앞에서 제시한 표층해류에 관한 일반적인 정보를 바탕으로 주

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 233 요 해류의 위치와 그 특성, 극전선의 위치와 변동성, 주요 소용돌 이 위치와 그 특성을 순서대로 설명하여 동해 표층해류 흐름을 기 술할 수 있다. 먼저 주요 해류의 위치와 그 특성(난류 또는 한류) 을 설명한다. 대한해협을 통해서 동해로 들어오는 해류는 모두 난 류이다. 따라서 한국 동해안을 따라 흐르는 동한난류, 대한해협에 서 동해 내부 북동쪽으로 흐르는 외해분지류, 그리고 대한해협에 서 일본연안을 향해 이동하여 일본연안을 따라 흐르는 일본연안 분지류(대마난류)는 난류이다. 동한난류, 외해분지류, 일본연안분 지류(대마난류) 중에서 어느 해류가 더 큰 세기를 갖는가가 동해 의 해황을 설명하는데 있어서 중요한 요소 중에 하나이다. 러시아 연안을 따라 남서쪽으로 내려오는 리만해류는 한류이다. 그리고 북한 연안을 따라 여름에 한국 동해안을 따라 남쪽으로 내려오는 폭이 좁은 북한해류도 한류이다. 두 번째로 극전선의 위치와 변동성을 설명한다. 동해의 남부는 따뜻한 물이 분포하고 그 북부는 상대적으로 찬물이 차지하고 있 다. 동해에서 남쪽의 따뜻한 물과 북쪽의 찬물의 경계가 되는 39~40 o N에 동서방향으로 형성된 극전선을 따라 동쪽으로 흐르는 해류가 형성된다(Talley et al., 2006). 이 해류는 북쪽해역에서 반 시계 방향으로 순환하는 냉수의 흐름과 남쪽해역에서 시계방향으 로 순환하는 난수의 흐름이 만나서 형성되는 해류로 동쪽으로 흘 러서 쓰가루해협과 소야해협을 통해 북서태평양으로 빠져 나간다. 동 서방향으로 위치한 극전선은 항상 어느 위도에 나란하게 위치하 는 것이 아니다. 극전선을 따라 흐르는 해류는 사행하며 극전선의 위치가 남북으로 변한다. 해표면에 나타나는 극전선은 주로 바람 이 강하고 태양복사량이 적은 가을, 겨울과 봄에 관측된다. 이러 한 시기에는 해표면 수온이 뚜렷한 수평수온구배를 나타내어 극 전선의 위치를 인공위성 복사계를 통하여 관측할 수 있다(Isoda, 1991; Park et al., 2004). 극전선 중에서 야마토천퇴 동쪽부분은 가을, 겨울과 봄 모두 뚜렷하게 나타나며, 야마토천퇴와 두만강을 잇는 선을 따라 나타나는 극전선 북서부분(northwestern branch) 은 가을과 겨울에만 뚜렷하다(Park et al., 2004). 여름에는 태양에 의한 표층 가열로 인해 해표면 수온의 구배로 극전선의 위치를 찾 기가 어렵다. 여름철 극전선의 위치는 수심 25~50 m에서 수평수 온의 구배가 뚜렷하게 나타난다(Uda, 1938; Choi et al., 2009). 동해의 북쪽 찬물과 남쪽 따뜻한 물의 경계는 동해를 동서로 가 로질러 흐르는 동한난류의 진로에 따라 결정된다. 극전선은 동해 중앙에서 동한난류가 고온고염수를 공급하는 북쪽 경계가 된다. 이 경계는 50 m 수심의 수온 구배에서는 모든 계절에 나타난다. 인공위성 고도계가 측정하는 해수면 높이는 표층의 열용량(또는 해표면부터 약 200 m 수심까지의 평균 수온)을 나타내므로 그 구 배가 큰 곳의 북쪽 경계가 극전선이 될 수 있다(Kim et al., 2002). 동해 동쪽에서는 극전선의 위치가 해마다 크게 변화하지 않으나, 동해 서쪽에서는 극전선의 위치가 해마다 남북방향으로 크게 변 화한다. 이 극전선의 위치에 따라 동해 서쪽 해역의 표층 및 상층 의 수온분포가 달라진다(Kim et al., 2002; Choi et al., 2009). 세 번째로 주요(난수 또는 냉수) 소용돌이 위치와 그 특성을 설 명한다. 동해에 발생한 소용돌이들이 시간적으로 그 위치가 이동 하기 때문에 여러 해를 평균한 해류분포에는 소용돌이의 발생 모 습이 잘 표현되지 않는다. 그러나 준실시간으로 짧은 기간 동안 관측한 해류 분포에는 다양한 소용돌이들이 발생하고 이동한다 (Isoda, 1994; Lee et al., 2000). 소용돌이가 가장 뚜렷하게 발생 하는 곳이 울릉도 남쪽에 위치한 울릉분지와 오끼군도 동쪽의 야 마토분지이다(Isoda, 1994). 울릉도의 동쪽, 북동쪽 및 남동쪽에 형성되어 시계방향으로 원을 그리며 흐르는 소용돌이 모양의 흐름은 울릉 난수 소용돌이(Ulleung Warm Eddy, UWD)로 알려져 있으며, 그 안쪽 중앙에 주위보다 따뜻한 물을 담고 있어서 주변보다 해수면이 높다(Kim, 1991; Mitchell et al., 2005). 야마토분지에서도 시계방향으로 순환을 만 드는 난수 소용돌이가 발생하여 서쪽으로 이동한다(Isoda, 1994). 이 소용돌이는 오끼군도(Oki Islands)의 동쪽에서 발생하여 동쪽 으로 이동하다가 노토반도(Noto Peninsula, NP)를 지나서 소멸된다. 동해에는 냉수 소용돌이들도 존재한다. 독도 주위에 나타나는 반시계방향으로 회전하는 흐름은 독도 냉수 소용돌이(Dokdo Cold Eddy, DCD)로 알려져 있으며, 중앙에 주위보다 차가운 물이 존재 한다(Mitchell et al., 2005). 동한만에 만들어지는 반시계방향(또 는 시계방향)으로 순환하는 소용돌이는 아직 그 이름이 정식으로 정해지지 않았으나 동한만 소용돌이(East Korea Bay Eddy, EKBE) 라고 명명할 수 있다. 소용돌이 중앙에 수온 관측값이 없으나 반 시계방향(시계방향)의 순환일 때는 역학적 균형을 따져보면 그 중 앙에서의 수온은 주위보다 낮(높)으리라 예상된다(Lee and Niller, 2005; Morimoto et al., 2000). 4.2 동시성 있는 동해 표층해류 분포 동해의 표층해류는 시간적인 변화가 활발하여 해마다 또는 달 마다 해류의 위치와 세기가 다르다(Kim et al., 2002; Choi et al., 2009; Lee and Niiler, 2010). 앞에서 제시한 동해의 해양 해저 지 명, 표층해류의 평균적 위치와 표층해류 설명순서를 바탕으로 임 의의 월 계절 해에 대한 동해의 표층해류와 해황을 예시로 설명해 보았다. 월별 평균 표층해류 분포의 예시로 2004년 1월, 4월, 7월 11월의 월평균 해류도를 선택하였다(Fig. 5). 소용돌이들은 일반적으로 그 위치가 시간적으로 변하므로, 연이나 계절 평균된 표층해류 분포 에서는 소용돌이들의 발생과 이동 모습이 뚜렷하게 나타나지 않 으나 월별 표층해류 분포도에는 소용돌이들과 주요 해류들의 사 행 경로가 더 잘 나타난다. 각 해류 분포도는 인공위성 고도계와 동해 연안 조위관측소에서 관측한 약 42일 동안의 해수면 높이 자 료들을 최적보간(optimal interpolation)하고, 그 공간적인 해수면 높이 정보에 지형류 방정식을 적용하여 산출하였다. Fig. 5에 제 시한 표층해류는 약 42일 동안의 평균 표층해류로 생각할 수 있 다. 즉 2004년 1월 14일의 표층해류(Fig. 5a)는 1월 14일 기준으 로 전후 21일 동안의 평균적인 해수의 흐름을 나타낸다. 2004년 1월(Fig. 5a)에는 동한난류가 한국 동해안을 따라 북상 하여 동해 북서쪽에 난수를 공급한다. 그러나 부산에서 동해시 (37.5 o N)까지는 한국연안을 따라 북상하는 해류가 매우 약하다. 대 한해협을 통하여 들어오는 난수가 대부분 일본연안 쪽으로 유입 된다. 울릉도 북서쪽, 야마토분지, 야마토천퇴의 남서쪽과 동해 북 서부(131 o E, 41 o N)에 시계방향으로 순환하는 소용돌이들이 발달 한다. 독도 냉수 소용돌이(Dokdo Cold Eddy; DCE)가 크게 발달 하여 울릉도와 독도 사이에 반시계방향의 순환을 형성한다. 2004년 4월(Fig. 5b)에는 동한난류가 129 o E를 따라서 북상하여

234 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 Fig. 5. Surface currents (m/s) estimated from satellite altimeter data and satellite-borne sea surface temperature (oc) in 2004: (a) January, (b) April, (c) July and (d) November. 후포 연안(36.5oN)에서 이안한다. 이안한 해류는 대부분 일본연안 분지류와 합류하여 오끼군도까지 발달한다. 후포에서 강릉까지 한 국연안을 따라 북상하는 해류는 약하다. 울릉도 북쪽에 시계방향 으로 순환하는 해류가 있으며, 이 해류의 대부분은 남쪽으로 흘러 서 울릉도 쪽으로 내려와 큰 소용돌이를 형성하지만, 일부 해류는 북쪽으로 흘러서 극전선(PF)을 따라 흐른다. 야마토분지에 시계방 향으로 순환하는 소용돌이가 형성된다. 2004년 7월(Fig. 5c)에는 동한난류가 약화되어 포항 근처에서 북쪽으로의 난수 공급이 중단되어 있다. 그 대신 외해분지류와 일 본연안분지류가 발달하여 많은 양의 난수가 야마토분지로 공급되

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 고 있으며, 해류가 대한해협에서 쓰가루해협까지 연결되어 강하게 사행하면서 흐른다. 비록 연안을 따라 흐르는 해류가 없어서 남쪽 과 연결성이 끊어지기는 했으나 울릉도 북쪽에서는 동한난류가 계 속 북동쪽으로 흐르고 있다. 러시아연안에 리만한류가 발달하고 또한 북한한류도 강화된다. 동한만에 동한만 소용돌이도 발달한다. 235 6월과 7월 초에 동한난류가 한국 동해안을 따라 강하게 발달하여 울릉도 북쪽해역에 많은 양의 난수를 공급하였다. 그리고 7월에 울릉도 북서쪽에 동쪽으로 흐르는 해류가 존재하여 그 주위에 39oN 를 따라서 여러 개의 소용돌이들이 형성되어있다. 2004년 11월(Fig. 5d)에는 동한난류가 발달하지만 한국 동해안 Fig. 6. Seasonal mean surface currents (m/s) estimated from satellite altimeter data and satellite-borne sea surface temperature (oc) in 2003: (a) spring (Mar.-May), (b) summer (Jun.-Aug.), (c) autumn (Sep.-Nov.) and (d) winter (Dec.-Feb.).

236 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 에 약간 떨어진 외해에서 북상하여 동한난류의 대부분은 38 o N에 서 울릉도 남쪽으로 방향을 전환한다. 동한난류의 일부는 울릉도 북동쪽으로 북상하여 41 o N까지 난수를 공급한다. 동해 남부지역 은 대한해협에서 쓰가루해협까지 한 개의 해류가 크게 사행하며 흐르는 형태를 보인다. 일본연안분지류는 상대적으로 약화되었다. 동해 북부해역에는 극전선을 따라 비교적 넓은 폭의 해류가 동쪽 으로 흐른다. 야마토천퇴 남쪽과 쓰가루해협 북쪽(140 o E, 44 o N)에 시계방향의 소용돌이가 발달한다. 이어서, 계절별 동해 표층해류의 변동성을 설명하기 위한 예시 로 2003년 봄, 여름, 가을 및 겨울의 평균 표층해류도를 선택하였 으며(Fig. 6), 봄은 3월부터 5월, 여름은 6월부터 8월, 가을은 9월 부터 11월, 그리고 겨울은 12월부터 다음해 2월까지이다. 계절별 로 각 해역의 해류 발달 상황을 볼 수 있으며, 연평균 해류분포도 보다 더 많은 소용돌이들을 발견할 수 있었다. 2003년 봄(Fig. 6a)에는 한국 동해안을 따라 북상하는 동한난류 가 점점 발달하여 해안을 따라 38 o N까지 올라가다 북동쪽으로 이 안한다. 동한난류는 동해 북서쪽에 난수를 공급하기 시작한다. 동 한만 앞에 반시계 방향으로 순환하는 동한만 소용돌이가 발달한 다. 울릉도 북쪽과 야마토분지 서쪽에 두 개의 시계방향으로 순환 하는 소용돌이들이 뚜렷하게 발달하지만, 외해분지류와 일본연안 분지류는 아직 발달하지 못한 상태이다. 2003년 여름(Fig. 6b)에는 한국 동해안을 따라 북상하는 동한난 류가 강화되어 폭이 넓어지고, 129 o E를 따라 북상하기 때문에 봄 보다 더 남쪽(37 o N)에서 이안한다. 동한난류의 일부가 해표면 극 전선을 따라서 39~41 o N 부근에서 동쪽으로 흐른다. 동한난류가 야마토천퇴 남쪽에 시계방향으로 순환하는 소용돌이를 형성한다. 일본연안분지류도 동시에 일본연안을 따라 발달한다. 동해 중앙부 와 남서쪽에 4개의 시계 방향 순환 소용돌이들이 형성된다. 동한 만에 동한만 소용돌이가 더 강화되고, 독도주변에 독도 냉수 소용 돌이도 형성된다. 2003년 가을(Fig. 6c)에는 동한난류가 강화되어 표층 유속이 증 가하고 129 o E를 따라 고위도로 난수를 공급하며 40 o N까지 북상한 다. 일본연안분지류도 계속적으로 난수를 야마토분지에 공급한다. 가을이 되어 야마토천퇴 주변 동해 중앙부의 표층 수온이 점차 낮 아진다. 야마토천퇴 서쪽에 난수 소용돌이는 동한난류로부터 난수 의 공급이 줄어들었지만 그 형태를 계속 유지하고 있다. 독도 냉 수 소용돌이가 남쪽으로 이동하였다. 2003년 겨울(Fig. 6d)에는 대한해협 왼편 수도를 따라 난수의 공급량이 줄어들어 동해안을 따라 흘러 북상하는 난수의 공급량 이 줄어들며 동한난류가 약화된다. 울릉도 북서쪽에 시계방향으로 순환하는 울릉 난수 소용돌이가 크게 형성된다. 일본연안분지류는 지속적으로 난수를 야마토분지에 공급한다. 동해 북서부 냉수역, 야마토천퇴 남부 그리고 야마토분지에 난수 소용돌이가 존재한다. 가 을에 야마토분지 서쪽에 위치하던 소용돌이가 동쪽으로 더 이동 하여 노토반도쪽으로 접근하고 있다. 마지막으로 연평균 표층해류 분포의 예시를 보여주기 위하여 해 류 변동 특성에 차이를 보이는 2002년과 2005년의 연평균 해류도 를 선택하였다(Fig. 7). 연평균 해류도를 보고 해석할 때 주의해야 할 점은 연평균 해류도에 나타난 해류가 일년 동안 꾸준히 현재 의 위치에 존재한 것이 아니라 특정 시기에 강하게 발생하였다가 다른 시기에는 그 세기가 약해질 수 있다는 것이다. 즉 모든 해류 들이 동시에 나타나지 않고 특정시기에는 어떤 해류가 강하고 다 른 시기에는 다른 해류가 강하게 나타났을 것으로 해석해야한다. 2002년에는 동한난류가 발달하여 38 o N에서 해안선을 떠나 북 동쪽으로 흐르며 40 o N까지 난수를 공급한다. 울릉도 북쪽에 강한 시계방향의 순환이 형성되며, 독도를 중심으로 반시계방향의 순환 Fig. 7. Annual mean surface currents in 2002 and 2005. Vectors represent surface current speed (m/s) and direction, while background color represents satellite-borne sea surface temperature ( o C).

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 237 이 존재한다. 외해분지류가 발달하며, 외해분지류는 오끼군도 북 쪽을 지나서 북동쪽으로 강한 흐름을 형성하여 야마토분지에 난수 를 공급한다. 야마토분지의 북쪽에 강한 시계방향의 순환이 형성되 어 동해 남부의 순환은 하나의 해류가 크게 사행하는 분포를 보인다. 동한난류와 외해분지류가 만나서 야마토분지 북쪽에 넓은 해류를 형 성한다. 해표면 극전선을 따라 동쪽으로 흐르는 해류도 발달한다. 2005년에는 동한난류가 크게 북상하지 못하고 약 37 o N에서 해 안을 벗어나 울릉도를 끼고 돌아 남쪽으로 내려온다. 일본 연안 분 지가 발달하여 많은 양의 난수를 야마토분지에 공급한다. 울릉 난수 소용돌이가 울릉도 남쪽에 발달한다. 야마토분지에서는 시계방향으 로 순환하는 소용돌이가 발달하지 못하고 오히려 일본연안분지류가 오끼군도를 지나서 동쪽으로 일본연안을 따라 흐른 후에 해안을 벗 어나 야마토분지 중앙으로 가로질러 북동방향으로 흐른다. 표층해류 자료를 얻었다. 각 지점에서 1993년부터 2008년까지 일 주일 간격으로 835개의 표층해류 시계열 자료가 있으며, 이 시 공 간 자료를 EOF 분석하면 835개의 모드가 만들어진다. Fig. 8은 가장 에너지가 큰 여섯 개의 모드별 고유값(eigenvalue) 분포이며, 제 1모드와 제2모드의 고유값은 그 오차(sampling error)를 고려하였 을 때 서로 겹치지 않고 떨어져 있으므로 통계적으로 서로 독립 임을 알 수 있다(North et al., 1982). 그러나 제3모드와 제4모드 는 고유값이 서로 떨어져 있지만 오차 범위를 고려하였을 때 서 로 겹쳐서 통계적으로 독립적인 모드가 아닐 가능성이 있다. 각 5. 동해 표층해류 경험직교함수 분석 앞 절에서 설명한 바와 같이 동해의 표층해류는 시공간적으로 크게 변화한다. 동해 표층해류의 변동성을 객관적으로 기술하고, 해류의 공간분포를 분류하여 설명하기 위하여 1993년부터 2008 년까지 16년 동안 일주일 간격 표층지형류 자료를 EOF 분석하였 다(Kelly, 1988). EOF 분석은 시 공간적으로 존재하는 자료의 변 동성 중에서 통계적으로 에너지가 가장 큰 것부터 작은 것까지 공 간적 크기 분포 특성에 따라 모드로 나누고, 각 공간적 분포특성 의 시간적인 변동(amplitude time series 또는 time coefficient)을 찾아낸다(Morimoto and Yanagi, 2001; Choi et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 동해의 표층해류를 EOF 분석하기 위하여 각 지점에서 평균 해 류 값(mean current)을 제거하였으며, 아울러 선형 경향성(linear trend) 성분과 계절변화 성분을 제거하였다(Choi et al., 2004). 이 와 같이 표층해류 자료에서 평균, 선형 경향성, 평균 계절변화를 제거한 해류편차는 해류 변동성의 시공간적 정보를 포함하고 있 다. 동해 전체를 1/4 o 격자 간격으로 나누어 총 1585개 지점에서 Fig. 8. Eigenvalues with error bars for the first six major modes. Circle represents eigenvalue and vertical bar indicates sampling error for each mode. Fig. 9. Results of the two empirical orthogonal functions (EOFs) describing the nonseasonal component of surface geostrophic current. Vectors with speed larger than 5 cm/s are in red color.

238 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 모드가 전체 해류 변동성에서 차지하는 정도를 환산하면 제1모드 와 제2모드가 각각 6.7%와 6.0%를 차지한다. EOF 분석 제1모드는 야마토분지 남서쪽에 발생하는 시계방향 순환의 강화 또는 약화와 관계가 있으며 일본 서쪽 36~40 o N 구간 에서 북동쪽으로 흐르는 해류의 사행을 표현한다(Fig. 9a). 또한 동한난류가 한국 동해안을 따라 북상하는 세기를 나타낸다. 제1모 드의 시간계수(amplitude or time coefficient)가 양의 값이 되면 북 상하는 동한난류가 약 38 o N에서 이안(separation from the coast) 하여 북쪽으로 약 39.5 o N까지 올라간 후에 시계방향으로 순환하 여 다시 남쪽으로 흘러 울릉도 쪽으로 내려간다. 표층 지형류를 EOF 분석해서 얻은 제1모드는 해수면 높이 자료를 EOF 분석하 여 얻는 제1모드와 유사하다(Choi et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 동해 남서쪽 울릉분지와 동해 서쪽에서 동한난류의 이동뿐 만 아니라 야마도분지의 순환도 EOF 분석을 이용한 해류 패턴 분 류에 크기 기여한다. 제1모드의 시간계수는 연간변동성(inter-annual variation)을 보 이며 그 변동성의 크기는 2001년부터 상대적으로 더 커졌다(Fig. 10a). 제1모드 시간계수는 2001년 11월, 12월과 2007년, 2008년에 1.5 이상의 양의 값을 가지며, 2004년 9월과 2005년 11월, 12월에 -1.5 이 하의 음의 값을 갖는다. 표층 지형류를 EOF 분석하여 얻은 제1모 드 시간계수 시계열은 해수면 높이 자료를 EOF 분석하여 얻은 제 1모드 시간계수 시계열과 다르다(Choi et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 해수면 높이를 경험직교함수 분석한 경우에 제1모 드에 동해 전체 동시 해수면 상승과 하강성분(basin-wide oscillation, 80~150일 주기)과 연간변동성이 모두 포함되어 있어 전체 해수면 변동에 대한 제1모드의 기여도가 38~47.5%이나, 표층 지형류를 경험직교함수 분석한 경우는 연간변동성만 표현되어 전체 해류 변 동에 대한 제1모드의 기여도가 6.7%이다. 동해 전체 해수면이 동 시에 80~150일 주기로 상승과 하강하는 경우는 표층 해류 분포 변화에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. EOF 분석 제2모드는 동한난류가 한국 동해안 따라 북상하다 이 안한 후에 동해 남부지역을 사행하는 정도를 나타낸다(Fig. 9b). 이안한 동한난류가 남북으로 크게 사행하여 쓰가루해협을 향하여 Fig. 10. The amplitude time series of the first two EOF modes from 1993 to 2008. The time series have been normalized by their standard deviations. 동쪽으로 흘러가는 데 그 사행의 파장이 약 230 km이다. 표층 지 형류를 EOF 분석해서 얻은 제2모드는 해수면 높이 자료를 EOF 분석하여 얻은 제2모드와 매우 유사하다(Choi et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 제2모드 시간계수 시계열도 연간변동성이 나타나며, 그 변동성은 1993년부터 2000년까지 그 다음 기간 보다 상대적으로 더 크다 (Fig. 10b). 제2모드 시간계수 시계열은 1994년 8월, 1996년 11월, 1997년 9월에 -2.0 이하의 음수이며, 1999년 10월과 2001년 10월 그리고 2007년 12월에 약 2.0 이상의 양수이다. 표층 지형류를 경 험직교함수 분석해서 얻은 제2모드 시간계수 시계열은 해수면 높 이 자료를 경험직교함수 분석하여 얻는 제2모드 시간계수 시계열과 매우 유사하다(Choi et al., 2004). 동해 표층 해류는 1993년부터 2000년까지 제2모드가 상대적으로 강한 연간변동성을 만들었으며, 2001년 이후에는 제1모드가 강한 연간변동성을 만들었다. 6. 토의 및 요약 이 연구에서는 인공위성 고도계와 연안 조위관측소의 해수면 높 이 자료를 이용하여 추정한 표층해류와 인공위성 복사계를 이용 하여 관측한 해표면 수온 자료를 동해 해류정보 이용자에게 함께 제공하고, 주요 해류의 위치를 간략히 표현하여 동해 해류정보 이 용자가 준실시간으로 수온과 해류의 방향과 유속 정보를 알 수 있 도록 하였다(Fig. 5, 6, 7). 기존의 연구들을 종합하여 해양지명(Fig. 1), 주요 해류의 명칭 및 평균적 위치와 특성(Table 1)을 정리하였으나, 앞으로 더 체계 적인 정리와 합의가 이루어져야 동해 해류 전문가가 아닌 일반 사 용자들 사이에서도 동해 표층해류에 대하여 합의된 내용들이 통 용되고 사용되어질 수 있다(Park et al., 2011). 또한 표층뜰개 자 료와 인공위성 고도계 자료를 함께 활용하여 동해 전 영역에 대 해 동시성 있는 표층해류 자료를 생산하는 연구가 필요하다(Lee and Niiler, 2010). 또한 장기간 일정한 간격으로 만들어진 동해 표 층해류 분포 자료를 분석하여 기존에 제시된 동해의 평균 해류도 를 개선하는 연구가 필요하다. 동해에서 표층해류는 크게 지형류 성분과 표층 에크만 해류 성 분으로 나눌 수 있다. 이 연구에 사용된 실시간 표층해류는 인공 위성에서 관측한 해수면 높이를 이용하여 지형류 성분만을 표시 한 것이므로 동해에서 해표면으로부터 수심 약 200 m 정도의 평 균적인 해수의 순환을 표현한 것이다. 이러한 평균적인 해수의 흐 름은 동해의 표층 물성(수온과 염분)의 시간 변화를 일으키는 중 요한 요인이 된다. 그러나 해표면으로부터 수심 10 m 이내에서는 바람에 의한 표층 에크만 해류(surface Ekman current)도 중요한 역할을 한다. 인공위성 고도계로부터 얻은 해수면 자료에서 구한 지형류를 이용할 때는 사용자의 필요에 따라 바람 자료로부터 표층 에크만 해류를 구하여 지형류와 선형적으로 합성하여 사용하는 방 법에 대한 검토가 필요하다(Lagerloef et al., 1999; Sudre and Morrow, 2008). 인공위성 해수면 높이 자료와 표층뜰개 자료를 분석하여 동해 표층해류의 수평 분포를 객관적으로 분류하려는 연구들이 수행되 었다(Morimoto and Yangi, 2001; Choi et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 또한 동해의 남서쪽 해역에서 1976년부터 1990년까지 15

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 239 Fig. 11. Surface geostrophic currents with (a) amplitude maximum of the first mode (October 15, 2008) and (b) with amplitude minimum of the first mode (December 7, 2005). Spatial distribution of surface currents in (a) and (b) represent inertial boundary current pattern and Tsushima Warm Current pattern, respectively. Colors indicate sea surface temperature (oc). 년 동안 관측한 100 m 수심의 수온자료를 분석하여 표층해류 분 포 패턴을 구분하거나(Katoh, 1994), 1999년 6월부터 2000년 6월 까지 울릉분지에 PIES (Pressure-gauge equipped Inverted Echo sounders) 23개를 설치하여 울릉분지의 표층해류 패턴을 구분하였 다(Mitchell et al., 2005). 그러나 동해 전체 표층해류를 직접 경 험직교함수(EOF) 분석하여 표층 순환 패턴(pattern)을 분류한 연 구는 없었다. 또한 이전의 해류 패턴 분류 방법은 수온 수평 분포 자료나 표층 뜰개의 이동궤적을 유사한 것들끼리 임으로 분류한 것 들이다. 그러나 이 연구에서 사용한 방법은 객관적이며 통계적인 방 법으로 동해 전체의 해류 분포를 분류하여 제시하였다. 즉, EOF 분 석 제1모드 시간계수 시계열이 양수이면 동한난류가 39oN보다 북 쪽으로 북상하는 관성 경계류 패턴(inertial boundary current pattern) 을 보이며(Fig. 11a), 제1모드 시간계수 시계열이 음수이면 한국 동 해안을 따라 북쪽으로 흐르는 동한난류가 약화되고 대마난류 패턴 (Tsushima Warm Current pattern)이 된다(Fig. 11b). EOF 분석 제1모드 시간계수 시계열이 양의 극값(positive maximum) 을 가졌던 2008년 10월 15일의 경우에는 야마토분지 남서쪽에 반 시계방향의 순환이 크게 형성되었다. 한국 동해안을 따라 북쪽으 로 흐르는 동한난류 유속이 강화되고 약 38oN까지 북상하였다가 이안하여 북쪽으로 흐르다 시계방향으로 순환하여 다시 울릉도 쪽 으로 내려온다(Fig. 11a). 2003년부터 2006년까지 동해를 통과한 표층뜰개들을 이용하여 표층 해류 분포를 분석한 연구(Lee and Niiler, 2010)에서는 이러한 형태의 해류 분포를 관성 경계류 패턴 (inertial boundary current pattern)으로 분류하였다. 관성 경계류 패턴은 Katoh(1994)의 표층해류 패턴 A와 유사하며 또한 Mitchell et al.(2005)의 표층해류 패턴 5와 비슷하다. Lee and Niiler (2010) 는 표층 뜰개 자료로부터 대한해협 서쪽 수로에서 해류의 와도 (vorticity)가 양수일 때 동해의 해류 분포가 관성 경계류 패턴을 나타냄을 제시하였다. EOF 분석 제1모드 시간계수 시계열이 음의 극값(positive maximum)을 가졌던 2005년 12월 7일의 경우에는 야마토분지 남 서쪽에 시계방향의 순환이 형성되었으며, 한국 동해안을 따라 북 쪽으로 흐르는 동한난류 유속이 약화되고 약 37.5oN까지 북상하 였다가 이안하여 북동쪽으로 흘러 울릉도 주변해역을 가로질러 일 부는 동쪽으로 흘러 쓰가루해협을 향해 흐른다. 나머지 일부는 시 계방향으로 순환하여 남서쪽으로 흘러 울릉분지에 시계방향 순환 을 형성하며 일본연안분지류와 만나 일본연안을 따라 쓰가루해협 쪽으로 흐른다(Fig. 11b). 이때는 일본연안분지류가 상대적으로 강 화된다. Lee and Niiler(2010)는 이러한 형태의 해류분포를 대마 난류 패턴(Tsushima Warm Current pattern)으로 분류하였다. 대마 난류 패턴은 Katoh(1994)의 표층해류 패턴 C와 유사하며 또한 Mitchell et al.(2005)의 표층해류 패턴 2와 비슷하다. EOF 분석 제2모드 시간계수 시계열이 양수이면 동한난류가 동 해남부에서 큰 사행 패턴(meandering pattern)을 보이는 때이며 (Fig. 12a), 반대로 음수이면 외해분지류가 발달하는 외해분지류 패턴(Offshore Branch pattern)이 된다(Fig. 12b). 1992년부터 2002년 까지 인공위성 해수면 높이 자료를 EOF 분석 제2모드의 시간계 수 시계열이 최소값과 최대값을 가질 때 표층해류와 200 m 수심 에서 수온의 공간적분포를 살펴보면(Choi et al., 2004), 이 연구 에서 표층해류를 EOF 분석 제2모드의 시간계수 시계열이 최대와

240 최병주ㆍ변도성ㆍ이강호 Fig. 12. Surface geostrophic currents with (a) amplitude maximum of the second mode (October 20, 1999) and (b) with amplitude minimum of the second mode (September 17, 1997). Spatial distribution of surface currents in (a) and (b) represent meandering pattern and Offshore Branch pattern, respectively. Colors indicate sea surface temperature ( o C). 최소인 경우와 같다. Choi et al.(2004)은 제2모드의 시간계수 시 계열을 대한해협을 통과한 대마난류가 동한난류 또는 외해분지류 중 어떤 진로를 선택했는지를 보여주는 지표(index)로 생각하였다. EOF 분석 제2모드 시간계수가 양의 극값(positive maximum)을 가졌던 1999년 10월 20일의 경우에는 한국 동해안을 따라 북쪽으 로 흐르는 동한난류 유속이 강화되고 약 37.5 o N까지 북상하다가 이안한다. 일부는 울릉도 북쪽으로 난수를 공급하고 나머지 일부 는 울릉도를 끼고 시계방향의 순환을 하며 사행을 시작한다(Fig. 12a). 한국 동해안부터 야마토분지까지 동한난류가 사행할 때 그 파장이 약 300~315 km이며, 해류 사행의 마루부터 골까지 거리 는 약 250~380 km 이다(Moriyasu, 1972). 이와 같이 사행 패턴일 때는 대한해협 왼편 수도를 통해서 들어온 해류가 동한난류를 형 성하며, 동한난류가 한국 동해안을 따라 북쪽으로 흐르다 이안하 여 동해 남부에서 큰 사행을 하며 쓰가루해협 쪽으로 흘러간다. 표층뜰개를 이용하여 표층 해류분포를 분석한 연구(Lee and Niiler, 2010)에서는 수송량이 많은 울릉 소용돌이 패턴(Ulleung Eddy pattern with high transport)으로 분류하였다. 울릉 소용돌이 패턴 은 Katoh(1994)의 표층해류 패턴 D와 유사하며 또한 Mitchell et al.(2005)의 표층해류 패턴 1과 비슷하다. 제2모드의 시간계수 시계열이 음의 극값(positive maximum)을 가졌던 1997년 9월 17일의 경우에는 동한난류가 한국 동해안을 따라서 북상하지 못하고 약 36 o N에서 이안하여 대부분 북동쪽으 로 흘러가고 일부가 북쪽으로 흘러서 울릉도 주변에 약한 시계방 향 순환을 형성한다(Fig. 12b). 36 o N에서 이안하여 북동쪽으로 흐 르는 외해분지류는 상대적으로 작은 진폭을 갖고 사행을 하며 쓰 가루해협 쪽으로 흘러간다. 이와 같이 동해 표층해류 분포가 외해 분지류 패턴일 때는 대한해협 왼편 수도를 통해서 들어온 해류가 한국 동해안을 따라 북쪽으로 흐르지 못하고 약 36 o N에서 이안하 여 외해분지류를 형성한다. 표층뜰개를 이용하여 표층 해류분포를 분석한 Lee and Niiler(2010)에서는 외해분지류 패턴을 따로 독립 적인 패턴으로 분리하지 않았다. 외해분지류 패턴은 Katoh(1994) 와 Mitchell et al.(2005)의 분류에서는 나타나지 않았으나, 이 연 구에서는 외해분지류 패턴이 1994년 여름, 1996년 여름과 가을 그 리고 1997년 여름과 가을에 뚜렷하게 나타났다. 기존 해양순환 연구논문에서 해류 기술(description)에 사용된 해류분포 설명은 동해 해류정보 이용자들을 대상으로 한 것이 아 니라 대부분 해류 전문가들을 위한 해류 설명과 해황 설명이었다. 또 한 동해 일부 지역에서 관측한 해류 자료를 이용하거나 수치모델 결과를 이용한 해류분포 설명이었다(Preller and Hogan, 1998; Chang et al., 2004; Lee and Niiler, 2010). 이 연구는 인공위성 고도계로 관측한 해수면 높이 자료를 이용하여 동해 표층해류를 생산하고, 동해 해류 정보 이용자들을 대상으로 동해 전체 영역에 대하여 동시성 있는 표층해류 분포를 4.1절과 같이 설명한 최초의 시도이다. 이전에는 주로 수치모델결과를 이용하여 동시성 있는 동해 표층해류 분포를 설명하였다. 동해 표층해류를 산출할 때 사 용한 인공위성 고도계자료는 동해 전 영역에서 동시에 얻을 수 있 으므로 준실시간으로 넓은 영역에 대하여 동시성이 있는 해류의 분포를 볼 수 있는 장점이 있다. 주요 해류의 위치와 세기뿐만 아 니라 중규모 이상의 소용돌이의 위치와 이동도 살펴볼 수 있다. 이 연구에서는 동해를 대상으로 동해 해양지명(분지, 해협, 천퇴),

인공위성 고도계 자료로 추정한 동해 표층해류와 공간분포 변동성 241 잘 알려진 동해 표층해류의 위치와 그 특성(난류, 한류), 극전선의 위치 그리고 소용돌이들의 발생 위치와 그 특성(난수성, 냉수성) 을 분류하고 종합하였다. 가시화된 동해 해류정보를 동해 해류정 보 사용자들에게 보다 친숙하고 실용성 있게 제공하기 위해서 표 층해류와 해표면 수온 분포를 설명한 예들을 제시하였다. 또한 시 공간적으로 변화하는 동해 표층해류의 분포를 객관적으 로 분류하기 위하여 16년 동안의 표층해류 자료를 EOF 분석하였 다. 처음 두 개의 모드가 통계적으로 독립적 이었다. 제1모드와 제 2모드의 변동성이 전체 해류 변동성의 6.7%와 6%를 차지하였으 며, 이 두 개의 모드가 모두 해류의 연간 변동성을 나타냈다. 제1 모드는 주로 야마도분지 남서부의 시계방향 순환과 한국 동해안 을 따라 북쪽으로 흐르는 동한난류의 강화 또는 약화를 나타냈다. 제2모드는 동한난류가 동해남부에서 사행하는 경로와 관계가 있 었으며, 해류가 크게 사행하는 경우 파장은 약 300 km이다. 1993 년부터 2000년까지는 주로 제2모드가 동해 표층해류의 연간 변동 성에서 우세하였으며, 2001년부터 2008년까지는 제1모드가 동해 표층해류의 연간 변동성을 주로 지배하였다. 동해 표층해류를 경 험직교함수를 이용하여 분석하면 제1모드와 제2모드의 시간계수 크기에 따라 관성 경계류 패턴, 대마난류 패턴, 사행 패턴, 외해분 지류 패턴으로 분류할 수 있다. 이 연구에서는 아직 각 표층해류 패턴을 만들어내는 원인에 대해서 분석하지 못하였다. 따라서 향 후 관측 자료와 수치모델을 이용하여 각 패턴을 만드는 물리적 요 인들에 대하여 연구할 필요가 있다. 사 이 연구는 국토해양부 시험연구비(일반 2000-2033-307-210-13) 로 수행되었습니다. 또한 이 논문은 국토해양부의 재원으로 한국 해양과학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 운용해양(해양예보) 시스템 연구 의 일부입니다. 인공위성 고도계에서 관측한 해수면 높이 자료는 AVISO (http://www.aviso.oceanobs.com/)에서 제공 받았습니다. 동해순환 재분석 자료 중 해수면 높이 자료를 제공하 여주신 한국해양연구원의 김영호 박사와 국방과학연구소에 감사 드립니다. 표층뜰개 해류 자료는 NOAA/AOML (http://www.aoml. noaa.gov/)에서 제공받았습니다. 표층뜰개 자료가 생산되기까지 동 해에서 표층뜰개 관측을 실시한 국립해양조사원을 비롯한 국내외 여러 연구기관에 감사드립니다. 표층수온 자료는 NASA JPL에서 운영하는 Physical Oceanography Distributed Active Archive Center (PO.DAAC, http://podaac.jpl.nasa.gov)에서 공급받았습니다. 사 참고문헌(References) Bonjean, F. and G.S.E. 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