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1. 서 론

 동해는 북서태평양의 연해로 대양의 축소판이다. 평균 수심은 1,684 m이고 최심부는 3,762 m에 이르며 면적은 약 100만km²로 연안에서 심해까지 다양한 해양학적 특성을 가지고 있다. 동해 남서해역에서는 우리나라 동해 연안을 따라서 북쪽으로부터 북한한류, 남쪽으로부터 동한난류 그리고 깊이 200 300 m층에 염분 최소층을 형성하는 중층수가 있으며, 울릉분지에서는 울릉 난수성 소용돌이나 독도 냉수성 소용돌이가 형성되고 있다(Lie and Byun, 1985; Isoda and Saitho, 1993; Choi and Cho, 1997; Kim and Kim 1999; Chang et al., 2002; Kim et al., 2004; Shin et al., 2005; Mitchell et al., 2005a; Mitchell et al., 2005b).

 동해안의 죽변-축산 연안에서는 북한 한류가 침강하여 저층수를 형성하며(NFRDI, 2001), 울릉분지 내에서는 난수성 소용돌이나 냉수성 소용돌이가 시공간적으로 변하며 복잡한 해황을 보인다(Kim et al., 1991; Isoda and Saitho, 1993; Lie et al., 1995). 특히 울릉 난수성 소용돌이는 울릉분지의 지형적인 효과에 의해 생성되어 동한 난류로부터 기원된 수괴로 말미암아 고온 고염한 특성을 나타낸다(Isoda and Saitho, 1993; Shin et al., 2005). 또한 난수성 소용돌이와 더불어 전선의 사행으로 인하여 고리 모양으로부터 발달하는 독도 냉수성 소용돌이는 독도의 남서쪽에 주로 존재하며 냉수성 소용돌이와의 상호 작용으로 울릉분지의 해황을 결정하는 요소로 작용하기도 한다(Mitchell et al., 2005a; Mitchell et al., 2005b). 한편, 연안의 해양학적 현상이 외양에 미치는 현상으로, 감포나 울기 연안에서 발생하는 연안 용승이 외양으로의 흐름에 편승하여 울릉도 해역이 높은 생산력을 보이는 경우가 있다(Kim et al., 2007; Yoo and Park, 2009). 그러나 식물플랑크톤 생물량에 미치는 와류의 영향은 계절에 따라 다르다(Kim et al., 2007). 이와는 반대로 우리나라 동해에서 외양의 물리적 현상으로 말미암아 연안에 영향을 미치는 경우도 있으리라 생각된다.

본 연구는 다양한 해양학적 현상들이 서로 상호작용하는 동해에서, 외양의 물리적 현상에 의한 연안역의 성층 형성과정을 이해하고자 하였다. 그 결과, 울릉 난수성 소용돌이의 연안 접안으로 인하여 연안역의 해황 변동에도 영향을 주고 있음을 밝혔다. 

2. 자료 및 방법

 국립수산과학원에서 수행하는 동해 해양 정선 조사는 8개 정선의 69개 정점으로 이루어져 있다. 이 정점들은 대부분 한국퇴(Korea Plateau)와 울릉분지(Ulleung Basin)에 대해서 조사가 이루어지고 있으며, 현재의 관측점들은 1961년 쿠로시오 합동조사(Cooperative Study of Kuroshio)때 한반도 근해에서 정해진 정점 위치가 그대로 이어져오고 있다.

연구 해역은 울릉도와 독도의 남서쪽에 위치하는 수심이 2000 m 이상인 울릉분지를 중심으로 한국 동해안을 따라서 200 m 이하의 대륙붕이 해안선에 평행하게 좁은 띠를 이루는 해역이다. 또한 대한 해협을 통과한 쓰시마 난류가 동해로 유입하면서 연안을 따라서 동한 난류가 북상하는 흐름장을 형성하는 곳으로 북쪽의 한류와 만나서 복잡한 해황을 나타내는 곳이다. 특히 우리나라 동해안의 북쪽 해역인 속초와 중부 해역인 죽변 그리고 남부 해역인 감포 해역은 한류역, 혼합역, 그리고 난류역으로 구분될 수 있는 각각의 지역적 특징을 나타내는 곳으로 각각의 해황을 구분지어 보기에 알맞은 연구 해역이라고 할 수 있다(Fig. 1). 

Fig. 1. Hydrographic stations in the studied area, stations of serial oceanographic observation (left) and monitoring stations of climate change adaptation (right). Contours denote the depth in meters.

본 연구에 사용된 자료는 2013년 2월 16 28일까지 R/V 탐구 3호(369 M/T)에 의해서 동해 정선 관측에서 행해진 69개의 근해 정점의 CTD(SBE 911) 자료와 R/V 탐구 12호(70 M/T)에 의해서 기후변화 거점 모니터링에서 얻어진 속초(2월 17일), 죽변(2월 26일), 감포(2월 28일) 연안의 각각 3개 지점의 CTD(SBE 19) 자료를 이용하여 수온, 염분 및 밀도에 대한 단면도로서 해황을 살펴보았다(Fig. 1). 그리고 정선 107선과 104선에 대해서 수온 편차를 계산하여 이상 해황을 살펴보았으며, 동해 근해역의 흐름을 보기 위하여 지형류(Geostrophic current)를 계산하였다.

3. 결 과

Fig. 2는 속초, 죽변, 감포의 연안 관측으로 얻어진 수온, 염분 그리고 밀도(σ_t) 단면도를 나타낸 것이다. 수온은 속초에서 5.0 6.0 ℃, 죽변은 5.0 11.0 ℃, 감포는 10.0 12.0 ℃ 였다. 속초와 감포는 연직적으로 혼합된 수온 단면을 보이는 반면, 죽변은 표층과 저층의 수온 차이가 6.0 ℃이상으로 성층이 강하게 형성되어 있었다. 염분은 속초에서 34.0 내외였고, 죽변과 감포는 34.2 내외로 속초에서 염분이 낮았다. 그리고 밀도는 수온과 유사한 분포를 보였다. 동해 중부역인 죽변 연안에서 북부와 남부에 비해서 수온과 밀도 성층이 강하게 형성되어 있었다. 

Fig. 2. Vertical distributions of temperature (upper pannel), salinity (middle pannel) and sigma-t (lower pannel) in Sokcho (left pannel), Jukbyon (middle pannel) and Gampo (right pannel), respectively.

Fig. 3은 국립수산과학원에서 수행하는 동해 정선 조사 중에서 107선, 104선 그리고 209선의 수온, 염분 및 밀도(σ_t) 단면도를 나타낸 것이다. 수온 단면도에서 연안에 가장 가까이 위치하는 107선의 1점에서 0 m(6 ℃)와 100 m(4 ℃)의 수온차이는 약 2.0 ℃, 104선의 4점에서 0 m(10.0 ℃)와 100 m(5.0 ℃)의 수온 차이는 약 5.0 ℃, 209선의 4점에서 0 m(12.0 ℃)와 100 m(10.0 ℃)의 수온 차이는 약 2.0 ℃로 동해 중부역인 죽변 연안에서 북부와 남부에 비해서 성층이 강하게 형성되어있었다. 104선에서는 정점 9를 중심으로 10.0 ℃의 난수성 소용돌이가 200 m층까지 존재하였다. 염분은 107선에 33.9 이하의 저염이었고, 209선에서는 34.2의 고염이었다. 104선은 34.0 34.2였다. 밀도는 수온과 유사한 분포를 보였다. 

Fig. 3. Vertical distributions of temperature (upper pannel), salinity (middle pannel) and sigma-t (lower pannel) in line 107 (left pannel), 104 (middle pannel) and 209 (right pannel), respectively.

 Fig. 4는 동해 해양 정선 조사에서 얻어진 자료를 가지고 나타낸 2013년 2월의 표층, 50 m, 100 및 200 m의 수온 수평분포도이다. 200 m층에서 울릉 난수성 소용돌이의 중심은 10℃를 나타내었으며 이러한 중심핵의 10.0 ℃는 100 m에서 점점 넓어지고 표층에서는 동해의 중부 전 해역에서 10 ℃를 나타내고 있었다. 특히 37 °N(죽변)에서는 10.0 ℃가 연안과 접하고 있었다.

Fig. 4. Horizontal distributions of temperature at the depth of 0 m, 50 m, 100 m and 200 m, respectively.

Fig. 5는 속초, 죽변, 감포의 연안 정점에서의 T-S도와 동해 해양 정선 조사의 107선, 104선 209선의 T-S도를 함께 나타낸 것이다. 연안 정점(속초, 죽변, 감포)들과 정선 정점(107선, 104선, 209선)들에서 염분은 33.9 ~ 34.2의 분포였다. 그러나 수온은 연안 정점들에서 4.0 ~ 13.0 ℃, 정선 정점들에서 0.5 ~ 13.0 ℃로 정선 정점들의 분포 범위가 넓었다. 이것은 관측깊이에 따른 차이로 연안 정점들의 관측 수심은 100 m 내외였으나, 정선 정점들의 관측 수심은 500 m 이었기 때문에 수온의 분포 범위가 넓었다. 그리고 연안의 속초 정점들과 정선의 107선에서는 수온이 4.0~5.0 ℃이고 염분이 33.9 내외의 저온 저염한 수괴가 분포하였다. 

Fig. 5. T-S diagrams for the monitoring stations of climate change adaptation (left) and lines of serial oceanographic observation (right).

 Fig. 6은 표층, 20 m, 50 m 그리고 100 m층의 수온 편차(Temperature anomaly)의 수평 분포도를 나타낸 것이다. 37 °N에 위치한 죽변 연안에서는 표층 50 m 이하에서 양의 수온편차를 보였다.

Fig. 6. Horizontal distributions of temperature anomaly at the depth of 0 m, 20 m, 50 m and 100 m, respectively.

 Fig. 7은 속초의 107선과 죽변의 104선에 대한 수온 편차(Temperature anomaly)를 나타낸 것이다. 속초의 107선의 연안 정점 1에서는 음의 편차가 나타났다. 정선 104선의 연안 정점 4에서는 2.0 ℃이상의 양의 수온 편차를 보였다. 10.0 ℃등온선이 가장 깊이 나타나고 있는 정점 9와 10에서는 수온편차가 4.0 ℃로 가장 높았다.

Fig. 7. Vertical distributions of temperature anomaly in line 107 (left), 104 (middle) and 209 (right). Hatched area denote negative value.

 Fig. 8은 동해 해양 정선 조사의 107선과 104선에서 500 m를 기준면으로 하여 계산한 지형류(Geostrophic current)를 나타낸 것이다. 연안에서는 모두 북향류를 보였고, 외양에서는 모두 남향류를 보였다. 107선에서는 정점 5를 중심으로 유향이 반대를 보이고, 104선에서는 정점 10을 중심으로 유향이 반대였다.

Fig. 8. Geostrophic flow (cm/s) in line 107 (left) and line 104 (right). Hatched area denote southward flow.

4. 고 찰

 2013년 2월에 관측된 한국 동해안은 죽변 연안에서 강한 성층이 발달되어 있었다(Fig. 2). 성층은 저층의 저온·저염수와 표층의 고온·고염수로 분리되어 뚜렷한 2층 구조를 보였다. 외양에서는 죽변 연안에서 외양쪽으로 관측된 정선 104선에서 난수성 소용돌이가 형성되어 있었다(Fig, 3). 난수성 소용돌이는 200 m 수층에서 뚜렷하게 관측되며, 동해 중부해역의 표층에서는 난수성 소용돌이의 중심핵(Core)의 수온과 같이 전해역이 10.0 ℃이상이었다(Fig. 4).

 NFRDI(2001)에 따르면, 한국 동해 연안은 남쪽으로부터 고온·고염의 쓰시마 난류와 북쪽으로부터 저온·저염의 북한 한류와의 상호 작용으로 인하여 복잡한 해황을 나타낸다. 그리고 남하하는 북한 한류는 강원도 남부 연안까지 흐르며 경상북도 연안부터는 침강하여 하층류를 형성한다고 하였다. 또한 Lie and Byun(1985)은 속초와 주문진 연안에서는 70 cm/s에 달하는 강한 남향류가 있음을 보고하였다. 이러한 사실들은 죽변 연안의 2층 구조가 남하한 북한 한류수가 따듯한 고온·고염의 표층수 밑에 하강하여 형성된 것이다.

 Kim et al.(1991)에 의하면, 동해 중층수의 특성인 염분 최소층은 수온이 1.1 ~ 2.7 ℃이고 염분은 34.0 ~ 34.1의 범위내에서 변하지만, 한국 동해안의 연안 관측점에는 예외적으로 4.3 ℃의 고온과 33.9의 저염이 있다고 하였다. 또한 Yang et al.(1994)은 동해 남부연안에서 65 ~ 120 m 수층에 수온이 2 ~ 6 ℃의 범위를 보이는 냉수괴는 북한 한류수라고 하였다. 이처럼 죽변 연안에서 수온이 5 ℃내외이고 염분이 33.9 ~ 34.0인 저염수는 북한 한류수임을 나타내고 있다(Fig. 5).

 Lie et al.(1995)은 울릉분지 내에서는 동한 난류의 사행과 다양한 크기의 시계방향과 반시계 방향의 와류가 존재하며, 시계 방향의 와류가 속초와 동해시 사이의 연안역에서 관측되었다고 보고하였다. 본 연구에서도 울릉 난수성 소용돌이가 나타났던 울릉도 남서해역에서 100 m 층은 양의 수온 편차를 보였으며 표층역에서도 10.0 ℃가 분포하는 고수온역에서 양의 수온 편차 값을 나타내었다(Fig. 6). 이것은 특히 104선의 수온 편차의 단면도에서도 200 m층의 강한 양의 수온편차값이 연안 정점의 표층과 연속되어 양의 편차를 보였다(Fig. 7). 이러한 양의 편차 값은 난수성 소용돌이가 연안에 접안하여 나타난 것과 관련이 있음을 나타낸다(Fig. 8).

울릉 난수성 소용돌이는 대한 해협에서 기원된 열전선이 한국 동해안을 따라서 발달하여 직경 약 100 km로 봄부터 여름까지 울릉분지 내로 관입되어 이미 존재하는 울릉 난수성 소용돌이와 상호 작용하게 된다(Isoda and Saitoh, 1993). 울릉분지 내 시계방향의 순환은 해저 지형에 의해 형성되며(Kim et al., 1991; Lie et al., 1995), 울릉 난수성 소용돌이는 표층에서 깊이 250 m까지에 이르고, 속도는 30 60 cm/s에 이른다. 동한 난류와 울릉 난수성 소용돌이는 울릉도 근해에서 합쳐지며 동한 난류는 울릉 난수성 소용돌이에 고온·고염수를 공급하는 역할을 한다(Shin et al., 2005). 그러나 동한 난류는 항구적이지 않고 간헐적이다(Kim and Legeckis, 1986; Isoda and Saitoh, 1993). 울릉분지 내에서 울릉 난수성 소용돌이와 상호 작용하는 독도 냉수성 소용돌이는 독도의 남서쪽에서 극전선의 사행에 의해서 형성되며 직경이 약 60 km 정도이다. 또한 독도 냉수성 소용돌이는 시공간적으로 변하며 서쪽으로 진행하여 한국 연안에서 북쪽으로부터 기원된 냉수와 합쳐진다(Mitchell et al., 2005a; Mitchell et al., 2005b). 위와같은 사실들은 울릉분지 내에서 형성된 난수성 소용돌이가 해황의 변동에 따라서 죽변 연안으로 접안하였기 때문에 강한 성층이 형성된 것임을 시사하고 있었다. 

5. 결 론

 2013년 2월 동해 연안의 3개 지점(속초, 죽변, 감포)에서 CTD 관측을 수행하였다. 북쪽 해역인 속초와 남쪽 해역인 감포 연안에서는 표층과 저층이 혼합되어 균질한 수층을 나타내었다. 그러나 중부 해역인 죽변 연안에서는 강한 성층을 형성하였다. 국립수산과학원의 해양 정선 관측에서도 107선(속초에서 외양쪽으로 관측한 정선), 104선(죽변에서 외양쪽으로 관측한 정선) 그리고 209선(감포에서 외양쪽으로 관측한 정선)의 수온, 염분 그리고 밀도 단면도의 연안 정점에서 연안 3개 지점의 해황과 유사하였다. 104선(죽변정선)에서는 연안에서 외양쪽으로 4.0 ℃이상의 양의 수온편차를 보였으며, 104선의 정점 9를 중심으로 10 40 cm/s의 속도로 시계 방향의 소용돌이가 형성되어 있었다. 이러한 사실들은 죽변 연안의 성층이 울릉 난수성 소용돌이의 접안에 의해서 형성된 것임을 시사하고 있다. 난수성 소용돌이의 변화는 동해에서 대구와 같은 냉수성 어종의 이동에 장애물 역할을 할 수도 있어 수산 자원과의 관련성을 밝히는 것도 필요하리라 생각된다.

 울릉 난수성 소용돌이의 접안 및 이안을 일으키는 요인은 대한 해협을 통과하는 쓰시마 난류의 강도 및 한국 동해안을 따라서 흐르는 동한 난류의 세력에 영향을 받을 것이다. 또한 독도 냉수성 소용돌이의 생성 및 변화 등에 따라서 달라질 것이다. 그러므로 이후에 장기간의 해황을 분석하여 살펴 보는 것도 좋은 과제가 되리라 사료된다.

사 사

 본 연구는 ‘동해 연안 어업 및 환경 생태 연구(과제번호:13-FE-02)’ 결과의 일부입니다. 자료 수집에 도움을 주신 탐구 3호 및 탐구 12호의 승무원 및 과제 관련 연구원들께 감사드립니다.