Nov. 4, 2011 추계학술대회 한국연근해고밀도표층해류장 관측망구축과활용방안 군산대학교 이상호
목차 1. 목표 2. 고밀도해류장관측망구축필요성과기술단계 3. 국내외 HFR 운용현황 4. HFR 관측망구축방안 5. 고밀도실시간표층해류정보활용
1. 목표 u 한국연근해고밀도표층해류장관측망구축 u 신뢰성높은해수유동실시간정보제공체계구축 해양영토관리, 연안재해 / 해난 / 오염대응, 삶의질증대 - 물리적현상분석및과정이해 / 해류 조류 해일예보 - 항만 해운 / 연안재해대응 / 인명수색 해난구조 / 환경변화감시 예측 / 어업 / 해양 ( 유류 적조 ) 오염방제 / 해양레져활동 / 군사활동등지원
2. 관측망구축필요성과기술단계 u What is HFR? 1. HF (high frequency) Radar 를이용하여표층해수유동에대해거리, 속도, 방향을측정하는레이더시스템 2. 광해역에대한고해상도의표층흐름장을실시간으로관측 사용주파수에따른관측범위와공간해상도 ( 정확도 : 2~10 cm/s) 제품 Long range Std range High Res. 주파수 4-6 MHz 12-14 MHz 24-27 MHz 40-44 MHz 3. 해안에설치 -> 반영구적사용, 장기 / 연속관측 4. 통신모듈 (T-login, Internet, 위성통신 ) 사용 Remote Site 원격제어 => 운영관리용이, 저비용 5. New technologies (CODAR) 반경 (km) 160-220 50 km - 90 30-45 15-25 해상도 3-12 km 2-3 km 0.75-2 km 0.3-1 km * Twin transmit antenna configuration: 관측범위확장 ( 50%) * Multi-static networks (ellipticals): 관측범위확장 + 관측유속정확도향상
2.1 HFR 관측망구축필요성 l 필요성 : 해양영토주권강화및관리정점해 조류관측의한계극복 - 표층수이동관측 : 기후 / 생태환경변화대응, 수치모델입력 / 예보검정, 인명 / 재 ( 해 ) 난대응, 오염물추적 / 방재, 적조감시, 항해안전, 군사활동지원 * 해류와조류는기상에서바람에해당하는요소임. * 수 km 간격, 시간단위해류장관측자료를요구함 - 해양영토확대 : 독도수역선점, 이어도 / 가거초종합기지, 도서활용 Ø 기존계류관측체계 / 방법한계 : - 저밀도분포 / 단기적관측자료생산 - 해양연구및이용자 ( 구난방재 / 해양관련사업 ( 산업 ) 종사자 / 해군등이요구하는시 공간적해상도수준의표층해류정보를제공못함. Ø 2020 MTRM(2011.10): 8 대핵심전략과제 해양종합관측시스템구축및활용 - 연안역고밀도표층해류장실시간관측망구축및운영
2.2 관측 / 운영 / 활용흐름도 : 상세기술단계 반복 최적선정 관측자료제공 / 공개 Radial Vector Observation Total Vector Producing Verification & Analysis Dynamics & Physical process Applications ( 탐색 / 설치 ) 실시간유동장정보생산 radar site 1 radar site 2 오차 / 신뢰도분석 Central site (Processing) l 실시간관측자료제공망완성 l 관측자료 QA/QC, l Gap Filling (Interpolation) Gap filling (Current Mapping) 대민자료제공단계 II 유동장특성분석 radar site 3 6. 유 / 무선통신내부망 ( 운영 / 분석 / 제공 ) ( 현상이해 / 정보활용 ) 외부 Web 망 III IV V VI VII Ø 활용 담수 / 오염확산추정 수색 / 구난 모델등등 l 물리적현상분석및과정이해 l 활용 : 환경예측 / 수색 / 어장 / 해난군사활동등 I
3. 국내외 HFR 운용현황 n 미국 (NOAA IOOS, National Surface Current Plan, 2009) v 현재 : 143 site 운영중 - 해안선 : 10,000 km + Alaska - RCOOS (Regional Coastal Ocean Observing system) partners 소유및운영체계 v 차후 : 5년동안 208 site 추가할계획 ü National Operational Network 구성예정 ü - 고려요소 : Gaps, 장비통제및체계, 운영기술 유지및운영자교육, 자료흐름및관리 자료관리및생산 - NOAA Data Assembly Center (DAC): 전천후, 실시간지원, Funding by NOAA IOOS
u 미국의수행구조 : 1) Data flow Sites : < 15 개 AOOS NANOOS --- 1 2 3 -- --- RCOOS 10 개 Regional Portal 2) Network Infrastructure SIO NDBC DAC Rutgers Data Node 운영및유지관리, 자료검정및생산, 통신망유지 : regional staff Technician community : Radio Operators Working Group sponsored by NOAA IOOS Long-range HFR: 주파수공유 by GPS time code synchronization IOOS : National network 프로그램주관및지원, RCOOS 조정, RCOOS : 지역적자료공개 / 제공, 주파수간섭해결, QA/QC, 예비기기유지관리등 Field Tech. : HW/SW 유지및검보정, 통신망유지, site outages/ failures 수리 / 보수 Tech. 교육 : On-the-job training with NOAA-sponsored workshop, University Course Work.
u Deepwater Horizon Oil spill( 멕시코만 ) April 20, 2010 HFR (Codar) Play Role in Gulf of Mexico Disaster Response April 27, 2010 20:10 100 km NOAA Oil Spill Forecast for June 3 Surface current maps from the National HF Radar network SeaSonde antenna operating in Alabama NOAA oil spill forecast for June 4
일본 : 21 sites 운영 Japan Radar #1 Data courtesy of Japan Coast Guard Kuroshio Radar #2 Tsushima Strait
국내 HFR 관측현황 / 수준, SWOT 서해안 : 군산대학교 (25Mhz) 한국해양연구원 동해안 : 서울대학교 (13 Mhz) (5 Mhz 시험중 ) 남해안 : 국립해양조사원 (25Mhz. 45 Mhz) 해양연구원 (13 Mhz) ( 재주해협시험운영 )
u 국내운영 / 인력현황및기술수준 구분설치 / 운영 기술 단계 인력 / 수준 비고기술 / 운영수준등 군산대 5 개소 2002-> 9 년 90 % (VI 단계 ) 고급 2 인중급 3 인 25 Mhz 실시간자료제공, 오차 / 신뢰도검정, 현상분석, Gap Filling 해양조사원 5 개소 2002-> 9 년 70 % (IV 단계 ) 중급 2 인기본 1 인 25, 45 Mhz 실시간자료제공, 오차 / 신뢰도분석 서울대 3 개소 2006-> 4 년 40 % (II 단계 ) 고급 1 인기본 1 인 13 Mhz 오차 / 신뢰도검정중 5 Mhz 시험중 해양연구원 2 개소 2010-> ½ 년 시험중 (I 단계 ) 중급 1 인기본 2 인 제주해협 13Mhz 시험운영중 포항공대 - - 기본 1 인레이더도입예정 부경대 0(3) 개소, 2001-> 4 년 - 고급 1인 25 Mhz 최초도입 2006년서울대와공동연구 오션테크 기술지원 80 % (IV 단계 ) 고급 3 인 Hard ware 지원설치 / 운영지원
u SWOT l 강점및기회요소 Ø 도서활용-> 관측영역확대 : 백령도 / 가거초 / 제주도 / 이어도 / 울릉 / 독도-> 해양영토효율적관리 Ø 최고수준의전력 / 통신망 Infra -> 실시간관측자료획득 / 제공가능, 운영비저렴 Ø 군사적위협지역지원 ( 서해 5 도 ), 잦은해난및유류유출사건대비책마련시급 Ø 해양 ( 해류 / 조류 / 파랑 / 해일 ) 관측, 예측및예보요구증대등 Ø HFR 운영경험축적과자료활용성에관심증대 (2020 MTRM 8 대핵심과제선정 ) l 약점및위협요소 Ø 설치운영, 기술및자료분석 / 처리인력부족 Ø 5-13 Mhz 레이더사용경험부족 Ø 외국산관측장비도입 / 사용으로인한고장수리에시간소모 Ø 높은장비가격 : > 1.5 억원 /site Ø 사용가능주파수조사및사용허가획득 (5 Mhz) Ø 인접국영해 /EEZ 관측자료획득통제예상 (WRC 규제예정 )
4. HFR 관측망구축방안 Ø 요구분석 : 광역에걸친고밀도해류장실시간정보 1) 공간규모 : 해양영토폭 100 km, 고밀도분포표층해류 - 연안 50 km 이내 : 1.5-3 km 격자, 50-150 km 범위 : 5-6 km 격자 - 항만, 군사접경지역등특수해역 : 1 km 이내격자 2) 시간적분해능 : 1 시간이하간격의실시간해수유동정보제공 3) 오차및신뢰도가검정된자료생산 ü 해수이동에대한예측 / 예보 - 관측자료를이용한시계열예보치생산및제공 - 자료동화기법을적용한수치모델예보 ( 수온염분 / 속도등에대한운용해양학 ) - 위성관측수온 / 해색 ( 천리안, NOAA) 등자료와융합을통한종합정보생산 ü 긴급상황대응능력배양
4.1 관측망 / 정보제공체계구축방안 B. M. : 미국 IOOS + RCOOS 체계 설치 운영 : R&D 과제로선정및지원 ( 대학 / 연구기관 ) National Network 유지관리지원 : Regional Portals +KHAO 우선순위에따른관측망설치운영 지역적특성에맞는주파수선정 Sites : < 15 개 /Unit 대학 서해남해동해 KHOA DAC Data Flow 연구기관 기상청 --- 7 Unit 미만 Regional Portal (4) 해군, 방재청관련기관 구분 ( 단계 ) 수행임무지원기관비고 기초관측망 : 대학 / 기관 지역망관리 : Portal Sites 국가망관리 : KHOA 1) HFR 설치, 주파수허가, 자료생산 제공 검정, 기술력확보 2) 운영 / 유지관리, 통신망유지, QA/QC, Data Center, 통신망유지, 지역대민업무, 주파수간섭해결, 예비기기유지관리등 QA/QC, DAC, Network 관리 / 지원, 인건 ( 교육 ) 비지원, 자료활용, 대민 / 관련기관협조, 정책주관 1) KIMST R&D 과제 2) KHOA KHOA 국토해양부, 기상청, 등 인하대, 군산대, 목포해양대, 전남대 ( 여수 ), 제주대, 부경대, 포항공대, 서울대 ( 동해 ), KORDI, KHOA 서해 : 군산대남해 : 여수대 / 부경대동해 : 서울대 /KORDI 직접운영 : 군사접경지역, 특수 항만지역
v HFR 관측망구축 / 관측해역예상도 u 기존관측해역 KU: 군산대, 25 Mhz, 5 기 H1: KHOA, 25 Mhz, 4 기 H2: KHOA, 45 Mhz, 2 기 SU: 서울대, 13 Mhz, 3 기 u 지역적설치예상해역 J : KORDI, 13 Mhz, 2 기 B : KHOA, 13 Mhz, 2 기 KHOA u 광역관측대상해역 W, SW, S, SE, E. NE : 5 / 13 Mhz u 주요항만구역 : 녹색점선 u 군사접경해역 : NW
4.2 고려사항 Ø 우선순위에따른관측해역선정 l 기존운영기관우선지원 : 기술력축적, 자료신뢰성및관측영역확대 l 국가수요및정책적요구에따른설치우선순위고려 - 항만, 해양영토확보및관리, 해난우려해역, 재난대비우선지역등 l 주파수허가가능영역대고려 - New Technology 를이용한관측영역확대가능성검토필요 Ø 지역적특성에맞는주파수 ( 공간적자료밀도 ) 선정 l 항만지역 : 45 Mhz 공간격자망 0.5-0.75 km, 연안 50 km 내측 : 25/13 Mhz 공간격자망 1-2 km 연안 50 km 외측 : 13/5 Mhz 공간격자망 3-6 km l 도서지역활용 : 관측영역확대, 자료정확도개선 l 주파수간섭 / 중첩고려관측영역확대및자료정확도개선 - Twin TX Antennas : 관측영역확대 (15-30% 증가 ) - GPS Share package : 주파수중첩해결, 동일주파수사용가능 - Multi-static Networks : 관측자료신뢰도향상, 관측영역확장
Ø HFR 확대설치 운영 l KIMST R&D 과제경쟁 운영기관선정 : 기기도입및운영능력제고, 관측자료생산및활용능력평가 : 자료질유지 l 해안에인접한선박보유대학및연구기관대상선정 : 유지관리용이 l 기술 ( 인 ) 력확보여부고려 Ø 지역 Portals l 동 / 서 / 남해각 1 개소지정 : KHOA 의운영지원 l 임무수행능력을고려한선정 : QA/QC, Regional Data Center, 통신망유지, l 관할구역내설치운영기관지원 지역대민업무, 주파수간섭해결, 예비기기유지관리등 l 지역 Portal 협의체구성하여기술인력교육, 자료활용연구 Ø KHOA: National Network 유지관리및기술교육지원 l QA/QC, DAC, Network 관리 / 지원및정책주관, l 자료활용, 대민 / 관련기관협조, l 설치운영기관에유지관리비지원, l 지역 Portal 에기술인력교육비 / 유지관리비지원
5. 실시간고밀도표층해류정보활용 v 표층해류정보활용분야 1) 삼면이바다인해양영토 : 연구 / 관리대상해양영토확보 / 관리, 해양예보모델입력 / 검정, 해양생물과생태관리, 적조예방, 자원개발등 2) 연안도시와공업단지확장 : 육상기원오염물질배츨증가에따른오염물의확장범위와이동추적 3) 연안재해예방 : 폭풍해일, 침수, 해빈침식 / 오염, 이안류 4) 해운증가 / 어업의요구 : 선박의대형화와대형해난사고방지대책수립필요 / 효율적어획 6) 해난사고에의한유류오염방지와방제 : 시프린스호, 태안유류오염사고 6) 해양레져활동증가 : 수변지역선호국민건강과삶의질향상, 인명탐색 / 구조활동지원, 7) 접경지역해양정보요구증가와해군활동지원 : 천안함사건, 서해 5 도방어, 동해잠수함침투, 링스헬기추락사례등
Ø긴급대응분야 환경오염 해운 / 항해안전 / 어업 수색구난 / 군사활동지원등 적조 서해해전 해운 / 항해안전 구난 연안오염 어업 유류사고 수색구조
감사합니다.
활용 1) 고밀도실시간해류장정보제공 미국서해안 : 폭 200 km * 길이 2000 km ü Coastal and Marine Weather ü Territorial sea and EEZ Monitoring and management ü Navigation safety, Maritime Operation, Ocean Routing ü Coastal inundation, Storm surge, Rip currents ü Larval/ecological transport ü Beach closure due to pollution ü HAB/sea wage spill, etc 복잡한연안역의동시적해류분포는 HFR 에의해서만관측될수있음
수치모델 / 자료동화 해운 : Japan Radar #1 Radar #2 Data courtesy of Japan Coast Guard Improvement in model current estimation after assimilating HFR data 90% of commercial cargo shipping traffic in Japan passes through this area dominated by a very strong, fluctuating current called the Kuroshio. The Japan Coast Guard monitors its movement closely with two Long-Range SeaSondes
활용 2) Pollutant / Oil Spill control planning
활용 3) Fisheries and Marine culture Fish and fish larvae found abundant in center of gyre moving through Santa Barbara Channel Data Courtesy of UC Santa Barbara Nishimoto, M. M. and L. Washburn, 2002: Patterns of coastal eddy circulation and abundance of pelagic juvenile fish in the Santa Barbara Channel, California, USA, Marine Ecological Progress Series, 241, 183-199.
활용 4) Cruise Safety, Search & Rescue NOAA, U.S. Coast Guard : New Ocean Current data to improve Search and Rescue Activities (NOAA news May 4,2009)