1.서 론

진주만은 남으로 남해도와 창선도 북으로 하동, 사천, 삼 천포에 둘러싸인 거의 폐쇄적 내만으로 남북거리 약 30 km, 동서방향 약 14 km에 달한다. 진주만 해역은 북쪽의 사천만 과 남쪽의 강진만을 포함한 해역을 지칭하며, 조간대가 전 체 해역의 약 25 %를 차지하는 매우 복잡한 해저지형을 가 진다. 진주만은 서쪽의 노량수로, 동쪽의 대방수로(삼천포수 로), 남쪽의 지족수로(창선수로) 등 3개 수로를 통해 만외수 와 해수교환이 이루어지며, 노량수로는 서쪽에 위치한 여수 해만과 광양만, 대방수로와 지족수로는 동쪽으로 사량도가 있는 남해와 연결된다. 한편, 진주만 동쪽 대방수로 부근은 수심 20 m 이상이며, 창선도 서쪽 강진만 해역은 수심 5 m 내외로 얕은 편이다. 노량수로의 수심은 30~36 m로 지족수로 보다 깊으며 폭이 좁은 곳은 약 600 m 정도(지족수로 폭 약 500 m)이다(Fig. 1).

진주만의 해수유동은 조류가 지배적으로 동, 서, 남 3개 수 로를 통해 창조시 만외수가 유입되고, 낙조시 창조와 반대 현상의 순환이 발생한다(Choo, 2007). 진주만으로 유·출입하 는 주된 흐름은 대방수로와 노량수로이며 대방수로를 통한 수송량이 노량수로보다 많다(Kim et al, 2010). 한편, 폭이 좁 은 노량수로와 지족수로의 유속은 평균 1.2 knot, 최대 8 knot 로 유사한 편이나, 지족수로가 노량수로보다 폭이 더 좁고 수심이 얕아(5~10 m) 조류로 인한 연직혼합이 강하다(Cho, 2005b). 진주만의 해수순환에 관한 연구로는 Cho(2005a), Ro et al.(2007), Chae et al.(2009), Kim(2010) 등이 조석, 조류, 수 온·염분 관측 등을 고려한 수치실험으로 해수순환 형태를 재현하였으며, Kang et al.(2011)은 3차원 모형을 이용해 강진 만 내 해수가 노량수로~ 대방수로 중간 해역에서 해수가 수 렴, 발산되고 표, 저층 간 서로 다른 순환을 제시하였다. 특 히 이들은 남강댐 방류로 인한 진주만 순환모형에서 방류수 의 만외 유출과 저층 만외수의 만내 유입이 진주만의 조석 잔차류에 크게 영향을 미치고 있음을 지적하였다.

이와 같이 진주만 해역은 담수로 인한 영향이 크고, 만 입 구가 좁아 외해수와의 혼합이 제한되는 지형 구조를 갖기 때문에 상대적으로 강우량, 기온, 바람과 같은 대기의 영향 을 많이 받는다. Cho(2005a)는 계절별 수온·염분조사를 통해 진주만 표층수는 주변 광양만보다 여름 고온 저염에 의한 성층증가가, 겨울은 해면냉각에 의한 연직혼합이 활발함을 밝혔다. 또 이러한 영향이 해수순환에도 영향을 주어 여름 철 진주만의 해수면이 상승해 노량수로의 표층수는 서향하 고, 저층은 표층과 반대의 동향하는 경압류가 발생함을 지 적하였다. 또 Ro and Jung(2005)은 강진만은 수온이 1.9~29.2°C 범위에서 연교차가 20°C 이상 큰 해역이며, Jung and Ro(2010) 은 바람을 부과한 수치실험에서 풍향, 풍속이 진주만 수층 내 유속변화를 일으켜 상하층간 혼합에 크게 기여하고 있음 을 연구한 바 있다.

진주만에 관한 이러한 기 연구 조사결과는 주로 단기관측 과 수치실험을 통한 만내 순환구조와 남강댐으로부터의 담 수유출영향에 중점이 맞추어져 수행되어져 왔다. 그러나 조 석·조류와 함께 계절적 하천수량변동과 대기에 큰 영향을 받는 진주만의 해양환경변화를 파악하기 위해서는 해역 내 수온변동 특성이 파악되어야 하고, 이를 위해서는 장기간 연속적으로 관측한 자료가 요구된다. 본 연구는 진주만 입 구 3곳의 수로를 포함한 만 전역의 시·공간적 수온변동 특 성을 파악하기 위해 약 1년간 장기연속 표층수온 관측을 실 시하였다. 관측된 수온시계열 자료를 이용하여 해역에 따른 장, 단주기적 수온변동과 계절특성을 조사하고 해수유동, 조석, 대기조건 등이 수온변동에 미치는 영향에 대해 논하 였다.

2.자료 및 방법

Fig. 2의 진주만 내 17개 정점에서 표층 수온분포 및 변화 특성을 조사하기 위해 2010년 11월~2011년 10월 1년 동안 수 온 장기 연속관측을 실시하였다. 수온측정은 스테인리스 하 우징(housing)을 제작하여 해수면으로부터 50 cm 깊이(표층) 에 수온계가 위치하도록 하였으며, 가로, 세로단면 3×3 m와 2.4×1.1 m의 두 가지 형태 부표(barge)를 제작해 하부에 온도 계를 설치하였다. 부표는 2개 닻을 이용하여 각 정점에 고정 계류시켰다. 측정에 사용된 기기는 Magic-T100(GnC Bio Co.) 모델의 소형 수온측정계로 0.005°C(±0.02°C 정확도)까지 분해 가 가능한 정밀수온계이다. 각 정점에서 매 60초 간격으로 연속 측정된 수온자료는 내외부적 잡음을 제거하기 위해 10 분 평균(mean)값을 산출하여 연속시계열 자료로 사용하였다.

한편, 진주만 표층수온과 더불어 St.1 인근 금남AWS(하동 군 금남면 덕천리), St.9 인근 삼천포AWS(사천시 대방동), St.16 인근 남해AWS(남해군 이동면 다정리) 지점(Fig. 2)에서 측정된 10분 간격 기온, 풍향, 풍속, 해면기압 자료(기상청, 2010~2011)를 분석에 이용하였다. 또한 수온측정과 함께 2011년 4월 16일~5월 18일(33일)과 7월 22일~8월 10일(20일) St.3 정점 북쪽 St.CL 지점(Fig. 2)에 ADCP를 설치해 유향·유 속과 조위를 매 60초 간격으로 측정한 후, 10분 평균값을 추 출하여 노량수로 주변 유동분석에 활용하였다. 수온 연속측 정 중 몇몇 정점(St.2, 4, 6, 7, 10, 11, 13)의 일부기간에 기기 트러블과 자료이상이 발견되어 분석 시 해당기간의 자료는 제외하였다.

자료 분석은 10분 간격 St.1~17 정점의 표층수온, 3개 AWS 지점의 대기요소(기온, 풍향, 풍속, 해면기압), St.CL 정점의 유향·유속자료에서 장, 단주기 변동특성을 위해 각 시계열 자료의 40시간 low-pass 필터링(장주기 변화)과 40시간 및 30 일 high-pass 필터링(단주기 변화)을 실시하였다. St.CL 지점 의 조석은 조화분석(Bell et al., 1999)을 통해 4대 분조(M2, S2, K1, O1)를 포함한 34개 조화상수를 구하였다. 표층수온 변동과 대기요소, 유동, 조위변화의 관계를 파악하기 위해 각 시계열자료의 공간분포, 스펙트럼 밀도분석, coherence분 석, 상호상관계수 분석을 시행하였다.

3.결과 및 고찰

3.1.수온의 장주기변동

진주만 해역의 연중 표층수온 변동을 보기 위해 해역 내 17개 정점 중, 만 동-서 라인 (St.1, 2, 3, 4, 6, 7, 9)과 남-북 라 인(St.5, 6, 11, 12, 13, 15, 16, 17) 정점들에 대한 수온 시계열 을 Fig. 3에 나타낸다. 수온은 조석에 의한 일일 및 단주기 변동들을 제거하기 위해 10분 평균수온에 40시간 low-pass 필터링한 자료를 사용하였다. 한편, Table 1에 이들 필터링된 자료의 최저, 최고, 연평균 및 평균편차를 정점별로 나타낸 다. 측정기간 중 자료의 결측이 있었던 지점은 정점번호에 * 표식을 붙였으며, 10분 평균수온 자료에 대한 최저, 최고 수 온은 괄호와 함께 제시하였다.

Fig. 3에서 수온은 계절변동과 함께 동계 1월 말 최저, 하 계 8월 초 최대를 나타낸다. Table 1의 진주만 내 연중 최저 치는 0.3(-0.3)~4.3(3.6)°C로 만 북쪽이 크고, 만 중앙과 남쪽 으로 갈수록 점차 작아져 St.15에서 가장 낮다. 만 북쪽과 남 쪽 간 최저수온 차는 약 4°C이다. 최고수온은 만 북쪽이 26.3(27.7)°C, 만 중앙~남쪽이 27.2(28.7)°C로 남쪽으로 갈수록 점차 높아진다. 최고수온의 남북 간 차이는 약 1°C이다. 한 편, 만 남쪽 지족수로(St.17)는 인접해역(St.16)보다 1.6°C 낮은 25.8(26.6)°C의 수온을 보인다. 결측 정점들의 최고수온은 산 정에서 제외하였다. 이러한 동, 하계의 수온하강과 상승에 따른 만 내 최저, 최고수온 분포는 만 북쪽이 중앙과 남쪽보 다 수온의 계절변동 영향을 상대적으로 적게 받고 있음을 보여준다. 한편, 최고수온이 매우 낮은 만 남쪽 지족수로 해 역은 서쪽 노량수로와 동쪽 대방수로에 비해 수로 폭이 상 대적으로 좁고(최소 폭 375 m) 얕은 수심(최대 수심 10 m) 그 리고 수로 중앙을 따라 매우 불규칙하게 분포하는 2.5~3.5 m 의 얕은 수심역이 존재한다. 따라서 지족수로를 통과하는 빠른 조류(대조 최대유속 4 m/s)와 해역 내 수심차이가 표, 저층수 간 혼합을 일으켜 최대 수온상승기에도 표층수온을 낮게 유지시키는 것으로 생각한다. 하계 최고수온의 최저치 와 최고치가 인접 두 정점 St.17과 16에 출현한 것은 이 시기 두 정점 사이에 조석전선(tidal front)이 형성되어져 있을 가능 성을 시사하고, 따라서 연직혼합역인 지족수로 해역은 강한 조류의 지속적 소란(disturbance)으로 영양염류 공급과 식물플 랑크톤 번식이 활발해져 생물생산이 큰 해역이 된다(Gong et al. 2010). 실제 이들 주변은 멸치 생산이 활발한 죽방염 어장 이 집중적으로 분포되어 있는 해역이기도 하다(Cho, 2005b).

Table 1의 평균수온은 St.1이 15.8°C로 가장 높고 동쪽과 남 쪽으로 갈수록 점차 낮아져 남쪽 St.17에서 가장 낮은 14.4°C 를 나타낸다. St.1과 17 정점은 진주만과 외부를 연결하는 폭 이 좁은 수로해역으로 조류 유·출입에 따른 흐름 세기가 만 내 타 정점에 비해 큰 해역이다. 따라서 St.1의 노량수로 해 역도 St.17처럼 평균수온이 낮을 것으로 예상되었으나, 만 북 부나 중앙의 평균수온과 유사한 분포를 보인다. 이는 노량 수로 수심이 평균 30 m(최대수심 39 m)로 지족수로 수심보다 깊고, 진주만 북부와 중앙해역이 하계 표면 열속과 담수유 입에 의한 성층화가 진행되어 노량수로에 경압적 흐름(Cho, 2005a)이 발생해 표, 저층 간 조류혼합이 약해져 나타난 현 상으로 추정된다.

진주만 내 표층수온의 평균편차(S.D.)가 가장 큰 곳은 남 쪽 St.16, 가장 작은 지점은 만 동쪽 St.9로, St.5를 제외한 만 북쪽 St.1~9 정점에서 작다. St.6 주변은 만 북쪽 노량수로 (St.1)와 대방수로(St.9)를 통해 남해 외해수가 조류를 따라 유입되어 만나는 지점(Choo, 2007)으로 알려져 있다. 또 진주 만은 남해 외해수와 달리 하계 가열과 동계 냉각으로 인한 수온 연변동이 큰 해역(Cho, 2005a)으로, 수심(2~5 m)이 얕은 만 중앙과 남쪽(St.12~17)은 북쪽보다 수온변동이 더 크다. 한편, 만 가장 북쪽 St.5에서 표준편차가 큰 것은 정점(사천 연안)의 수심이 주변보다 얕고 좌우 양측 수로에서 유입되 는 외해수의 직접적 영향을 받지 않기 때문인 것으로 판단 되며, St.9의 수온 평균편차가 전체 해역 중 가장 작은 것은 St.1의 경우와 같이 수로 내 빠른 조류에 의한 수층 간 활발 한 연직혼합 영향이 작용한 것으로 보인다.

Fig. 3의 만내 연간 수온시계열분포는 기온과 같은 대기영 향에 따른 계절변화가 현저한데, 이러한 특징은 만 북쪽 동- 서 라인 정점들(Fig. 3 좌측)과 만 중앙 남-북 라인 정점들 (Fig. 3 우측) 모두에서 잘 나타난다. 남-북 라인 St.15의 수온 은 동-서 라인 St.1이나 St.9보다 수온이 하강하는 9월 중순~4 월 중순 2°C 정도 수온이 더 낮고, 수온 상승기인 4월 하 순~9월 초순 1.5°C 정도 더 높다. 특히 1월 하순은 3.5°C이상 낮다. 동-서 라인 정점의 수온은 수온상승기 St.1에서 St.7로 갈수록 4~5일 전후의 수온변동은 점차 감소한다(시계열 곡 선의 매끈한 형태). 한편, 남-북 라인 정점은 남쪽으로 갈수 록 단주기 수온변동이 증가하는 경향을 보이고 특히, 만 중 앙(St.13)~지족수로(St.17)에서 변동이 크다. 만 서쪽 St.1과 동 쪽 St.9, 남쪽 St.17의 수온변동과 정점 인근 AWS 지점에서의 기온, 해면기압, 바람과의 관계를 보기위해 Fig. 4에 이들 시 계열분포를 나타낸다.

Fig. 4의 St.1, 9, 15 정점 표층수온은 대체로 기온변화에 따 른 변동을 보이나, 만 남쪽 St.15의 수온 시계열이 St.1, 9에 비해 수온변동 fluctuation이 기온과 좀 더 잘 반응하는 시계 열분포를 나타낸다. 기온은 연평균 13.8°C로 세 지점 모두 유사한 변동을 보인다. 해면기압은 동계에 높고 하계에 낮 은 분포로 기온의 계절변화와 반대경향을 보이고, 연평균 1015.6 hPa, 994.2~1034.7 hPa의 변화를 나타낸다. 바람은 세 지점 모두 동계 서~북서, 하계 남서~남동계열 바람이 불고, 풍속은 춘, 하계가 동계보다 더 크다. 상위 30 % 평균풍속은 2.02~2.99 m/s로 외해에 상대적으로 개방된 St.9(삼천포 AWS) 에서 크고, 풍속변동을 나타내는 표준편차도 St.9에서 1.24 m/s 로 가장 크다.

Fig. 4의 세 정점 표층수온 변동과 가장 잘 일치하는 대기 요소는 기온으로, 외해수 영향이 작은 St.15에서 기온에 따른 동계 해면냉각과 하계 가열에 의한 변동이 현저하다. 바람 도 남해도와 창선도 사이에 위치한 지형적 요인으로 풍속과 그 변동이 세 지점 중 가장 작아 파랑에 의한 영향도 작을 것으로 판단된다. St.1과 St.9는 외해수와 소통이 원활한 해역 으로 수온의 단주기변동은 St.15보다 작으나 고수온기 두 정 점에서 다소 차이를 보인다. 이는 성층이 형성되는 시기 두 정점이 위치한 수로주변 수심과 폭에 의한 흐름세기 그리고 풍속 차이에 따른 표층의 혼합정도가 영향을 준 것으로, St.9 에서 표층수온 변동이 가장 작다.

조류 유·출입으로 외해수 영향을 직접 받는 St.1의 표층수 온과 조석·조류변동과의 관계를 보기위해 2011년 4~5월, 7~8 월 St.CL 정점에서 측정된 10분 평균 조위기록과 표층(1 m) 유속의 40시간 low-pass 필터링 된 결과를 해당기간의 풍속 시계열(Fig. 4)과 함께 Fig. 5에 나타낸다. 해당 지점의 탁월 조류와 바람은 주로 동-서 방향이라 그림 속 유속과 풍속좌 표는 시계방향 90도 회전하였다.

조위 조화분해에 의한 St.CL 정점의 조석은 평균고조위 268.8 cm, 평균해면 171.1 cm, 대조차 283.7 cm로 전체 분조(34 개) 중 M2, S2, K1, O1 4대 분조가 차지하는 비율이 66 %, 이 중 반 일주조인 M2, S2 분조가 전체의 54 %를 차지해 해당 해역의 조석은 반일주조가 우세한 혼합조 형태를 나타낸다. 평균해면은 2003년 6~7월 조사된(Choo, 2007) St.6 정점 주변 292.9 cm(평균고조위 276.9 cm, 대조차 179.1 cm)보다 낮다. 표 층조류는 통계분석에서 창조시 동향, 낙조시 서남서 방향 (창, 낙조 평균유속 13.1~13.4 cm/s)이며, 측정기간 중 낙조류 방향 2.2~2.6 cm/s의 항류를 가져 진주만에서 노량수로를 향 하는 흐름이 우세하다. 이 결과는 노량수로 내(St.1) 유속측 정에서 나타난 표층의 낙조류 우세와 일치하며(Choo, 2007; Kwak et al., 2014), 표층가열과 하천수(남강) 유입으로 성층이 형성된 시기 진주만의 표층 항류 수치실험결과(Cho, 2005a) 에서도 재현되었다.

2011년 4월 17일~5월 18일 St.1의 표층수온은 13.4~16.1°C로 완만히 증가하나, A와 B 구간에서 약 2°C 상승하는 수온변 동을 나타낸다. 또한 7월 23일~8월 10일도 C구간에서 23°C에 서 3°C 상승한 다음 다시 하강하고, 이후 완만히 25.9°C까지 상승한다. 수온상승기 이러한 단주기적 2~3°C 수온변동은 Fig. 3에 제시된 수온시계열 분포에서와 같이 St.1에서 가장 현저하고, 만내로 갈수록 점차 변동 폭이 작아져 St.6 이후 동쪽 정점들에서는 나타나지 않는다. 이 현상은 동, 추계와 같은 수온하강기는 현저하지 않고 만 중앙~남쪽 정점들에서 나타나지 않는다. 한편, 이러한 A, B, C, D 기간의 단주기 표 층수온변동은 조차가 작아지는 소조기 서풍이 강해지는 시 기와 일치한다. 또한 40시간 이하 주기성분이 제거된 항류에 서도 동향류가 현저하다. 노량수로(St.1, 2)의 흐름은 지금까 지 조사 연구된 결과에 따르면 표층과 중층에서의 창, 낙조 류 지속시간이 달라 일정시기 표, 중층 간 유향이 서로 반대 가 되며(Choo, 2007), 수로 내 표층 항류는 수치실험에서 조 석 잔차류, 진주만 내 하천수 유출, 대기열속 조건에 따라 동-서 방향 세기가 달라지고, 북서풍이 강해 표층 취송류가 발달하면 표층유속이 약한 해역 및 수로에서 전반적으로 동 향류가 발생하는 것으로 알려져 있다(Cho, 2005a). 한편, 이러 한 실험결과는 조석조건이 고려되지 않아 진주만의 일반적 흐름특성으로 제시되었지만, Fig. 4의 결과에 의하면 조류가 약해지는 소조기 서풍계열 바람이 만 서쪽으로부터 동향류 를 일으켜 진주만 내 표층수온변동을 일으키고, 이 변동은 Fig. 3의 수온시계열 공간분포에서와 같이 만 북쪽 일부해역 에 분포한다. 만 북쪽 동-서 라인 정점(St.1~9)에서 40시간 low-pass 필터링 된 계절별 표층수온 시계열 변화를 Fig. 6에 제시한다. Fig. 6내 2011년 8~10월 자료공백은 일부 정점의 자료이상이 발생한 부분이다.

2010년 11월(추계)은 전 정점에서 17~12°C로 점차 수온이 감소하나, St.3은 타 정점보다 1~2°C가량 높거나 낮다. St.1과 9는 만 내부 정점에 비해 수온이 다소 높고 St.5~6은 수온차 가 크게 나지 않는다. St.3은 지형적으로 노량수로에 유·출입 하는 조류가 발산 또는 수렴하는 지점으로, 흐름세기나 대 기열속에 따라 약한 와류가 출현하고 수치실험에서도 경계 조건에 따른 유향변화가 매우 큰 곳이다(Cho, 2005a). 따라서 수온하강기 St.3을 중심으로 외해(St.1)에서 유입된 고수온수 와 만내수 혼합이 활발히 일어나, 주변의 표층수온보다 높 거나 낮아지게 된다. 한편, 만내 St.5, 6은 좌우 양 수로 역 보 다 수온이 낮은 만내수 특성을 보인다.

2010년 12월~2011년 2월(동계)은 수온이 더욱 하강해 12~ 3°C까지 하강한다. 가장 낮은 시기는 1월 하순이며 St.6에서 최저수온이 출현한다. 동계는 St.6 또는 St.4~6을 중심으로 St.1에서 4, St.9에서 7을 향해 수온이 점차 낮아지는 분포이 고 10~20일 주기로 전 동-서 라인의 수온이 균일해지는 경향 을 보인다. 2011년 3월~5월(춘계)은 8~17°C로 수온이 점차 상 승하고, St.1~4에서 1°C이상 높은 난수의 만내유입이 약 보름 주기로 출현하는 현상이 특징적이다. 이 현상은 Fig. 3의 St.1, 2, 3, 4, 6과 Fig. 5의 St.1 수온시계열 분포에서도 확인된 다. 이러한 수온상승은 일부시기엔 St.7까지 영향을 미치나 대체로 St.4~6 주변까지로, St.1에서 유입되는 표층난수영향 이 St.4~6까지 미치고 있음을 의미한다. 다시 말해 만내수온 이 균일하게 낮은 시기, 노량수로(St.1)부터의 난수로 St.4~6 의 표층에 약한 수온전선이 형성되고, 그 위치는 조류세기 에 따라 이동되어짐을 시사한다. 그러나 2011년 5월 말부터 2011년 6월~8월(하계) 만내수온이 St.1이나 9보다 높아질 때 이러한 경향은 나타나지 않고, St.1~3에 만내보다 저온, 고온 의 표층수가 번갈아 출현하는 형태가 된다. 외양수 영향역 인 만 동쪽 St.7~9 표층수온이 하계 만내 수온보다 낮음을 감안하면, 노량수로(St.1) 바깥 하동연안에 진주만 표층수보 다 상대적으로 고온인 표층수가 존재하고, 이들이 만내로 동쪽방향 항류나 취송류에 의해 주기적으로 유입되어질 수 있음을 의미한다. 향후 하동연안 해역의 조사 자료를 포함 한 좀 더 유기적인 수온변화를 고찰할 필요가 있을 것으로 판단된다.

3.2.대기요소와 수온의 탁월주기

연중 조석·조류에 의한 주기적 변화를 포함한 30일 이내 표층수온변동과 대기요소인 해면기압, 기온, 풍속, 풍향변동 과의 관계를 보기위해 30일 high-pass 필터링된 진주만 내 각 정점의 탁월주기 분석결과를 Table 2에 그리고 대기요소들 에 대한 분석결과를 Table 3에 나타낸다. Table 2와 3에 제시 한 탁월주기에 대한 빈도는 스펙트럼 밀도분석에서 최대 1~3위의 밀도를 가지는 주파수를 주기로 환산한 다음, 각 주 기가 해당 정점에서 연중 출현한 횟수를 나타낸다. 정점의 탁월한 주기(Table 2)는 1/2일, 1일, 15일 전후, 17일 전후, 21 일 전후로, 진주만 해역 내 조석주기로 운동하는 조류탁월 변동인 반일주기나 월령변화에 따른 주기, 기온, 바람에 따 른 변화주기에서 에너지밀도가 높다. 반일주기 수온변동은 조석이 탁월한 해역의 여러 연구조사(Kang, 2013; Lim, 1991; Lee et al., 1992)에서 내부조석파와 관련되어진 것임이 밝혀 져 있다. 한편, 수온의 일주기변동은 동 해역의 관성주기 (21.1시간)가 일주기보다 작아 일주기 성분에 의한 내부조석 파가 발생, 전파될 가능성이 희박하므로(Baines, 1973) 바람에 의한 준관성 주기(관성주기보다 고주파; Nam, 2006) 또는 기 온변화와 같은 태양복사에너지에 의한 것(Choi et al., 2002)일 가능성이 크다. 얕은 수심해역의 수층 내 연직 속도차는 성 층안정도를 떨어뜨려 수층혼합을 야기하므로, 해수에 주어 지는 조류, 바람, 해면기압 등 외력에 의한 표층수온의 변동 과 진폭은 성층발달 정도에 따라 관성주기 바깥에서 다양하 게 나타날 수 있다. 또한 수로와 섬, 리아스식 해안으로 수 심이 급격히 변하는 해역은 등수심선에 수직한 해·조류성분 에 의한 내부조석파의 발생(Baines, 1986)과 파의 불안정으로 인한 혼합, 해면냉각, 계절풍과 같은 외부 기상요인에 의한 혼합효과(Matsuyama, 1985) 및 수층상태와 지형적 복합작용 에 의한 비선형효과(Ippen and Harleman, 1966; Friedrichs and Aubrey, 1988) 등이 혼재할 수 있는 해역으로 알려져 있다.

St.1~3은 7~20일 전후의 장주기 변동이 탁월하다. 이는 노량 수로 특성상 조석, 기온보다 장주기적 조류 유속차에 따른 성층상태 변화에 더 큰 영향을 받기 때문인 것으로 보인다.

St.9, 10, 13, 17이 위치한 창선도 서쪽연안과 지족수로에서 는 장주기성분 외 반일주기 단주기변동이 탁월해 조석과 반 일주기 대기영향이, 만 중앙 정점인 St.4, 5, 6, 11, 12, 14, 15, 16은 장주기와 일일주기 변동이 탁월해 대기요소에 의한 영 향이 상대적으로 더 크다. 3개 지점 대기요소의 변동주기 (Table 3)는 0.5~26일까지 다양하게 출현한다. 이 가운데 비교 적 빈도가 큰 주기는 0.5일과 1일로, 해면기압을 제외한 기 온, 풍향, 풍속에서 탁월하다. 풍향, 풍속의 1일 변동은 주변 섬과 육지로 둘러싸인 진주만의 폐쇄적 지형구조로 해륙풍 이 발달해 있음을 시사한다. 한편, 해륙풍에 의한 풍속변화 는 일출과 일몰 전후의 고요를 포함해 하루 중 2회 발생하 므로 기온과 풍속에 반일주기변동이 출현한다. 따라서 표층 수온에 탁월한 일주기와 반일주기 변동은 기온과 바람 변동 에서도 탁월하게 나타나, 동 해역의 표층수온변동과 기온, 바람의 상관성은 매우 큰 것을 알 수 있다. 해면기압, 기온, 바람의 7일 이상 장주기변동은 Table 2의 유사 주기역에서도 탁월해, 대기요소가 해수와의 상호반응을 통해 진주만의 표 층수온에 영향을 주고 있음을 알 수 있다.

3.2.수온의 단주기변동

진주만 내 3개 수로주변 St.1, 9, 17 수온과 그 외 정점들 간의 단주기 수온변화에 대한 상관성과 위상차를 보기위해 Table 4에 40시간 high-pass 필터링된 수온변화 주기(T = 1/f , f 는 주파수)별 coherence(0~1.0)와 위상차(θ)에 의한 시간지 연(τ, τ = θ/2πf ) 결과를 분석하였다. 해당 정점 St.1, 9, 17 과 나머지 정점들 간의 교차 스펙트럼에 의한 주기는 24.4 시간변동에서 가장 탁월했고, 다음으로 12.2, 13.1, 6.1 시간이 었다. Table 3에 탁월 24.4 시간변동에 대한 coherence와 시간 지연 결과를 제시한다. 분석에서 위상이 음(-)인 경우는 St.1, 9, 17에 비해 나머지 정점들의 수온변동 위상이 느린 것을 나타낸다.

St.1에 대한 반응은 바로 옆 St.2에서 coherence가 0.95로 크 고, 그 외 0.8 이상을 보인 정점은 St.4, 6, 10, 11, 13, 14, 16 이 다. 0.5 이하의 낮은 coherence를 보인 정점은 St.3과 대방수로 앞 St.9이다. St.3은 모든 정점 간 비교에서 가장 낮은 coherence를 보였다. coherence가 낮은 St.9는 진주만 내 조류 가 유입되는 동쪽수로에 해당하며, 0.6의 coherence를 보인 St.17도 St.9에 이어 coherence가 낮다. 한편, 위상차에 따른 시 간지연은 양(+)의 값을 보인 St.4, 9, 11을 제외하고 –0.01 ~ -1.8 시간으로 나타나 St.1의 위상이 앞선다. St.11과 15는 0.02, –0.01 시간으로 위상차가 매우 작다. St.10과 지족수로 St.17은 –1.8 시간으로 위상이 가장 늦다. St.13은 –1.2 시간이 다. 동쪽의 St.9는 0.6 시간으로 서쪽 St.1보다 위상이 30분 이 상 빠른 것으로 나타난다.

St.9는 주변 St.8과 10 그리고 St.2에서 0.8 이상의 coherence 를 나타내며, St.12에서도 0.7로 크다. 그러나 남쪽 St.17과는 0.2의 낮은 값을 보인다. 한편, 노량수로 내 위치한 St.2는 동 (St.9), 서(St.1), 남(St.17) 수로 내 정점과 0.7 이상의 높은 coherence를 나타내, 노량수로의 수온변화가 대방 및 지족수 로의 수온변화와 서로 관련이 있음을 보여준다. 그러나 대 방과 지족 두 수로 사이는 서로 coherence가 낮아, 동쪽 대방 수로의 수온변동이 만 서쪽과 중앙 일부에만 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 위상차는 St.1, 5, 8, 12, 14, 15, 16, 17에서 –0.6 ~ -1.4 시간으로 느리고, 나머지 정점은 0.1 ~ 2.6 시간 빨라 대방수로에서 진주만 내 유입된 수온변동은 노량수로 와 서로 위상차를 가지며 혼재되어 있음을 추정할 수 있다. 위상은 만 남쪽(St.17)으로 갈수록 –1.3 시간 이상 느리다. St.17과 0.8 이상의 coherence를 보인 정점은 인근 St.16과 11 이다. St.11은 St.1과도 coherence가 큰 정점으로, 노량수로의 수온변동이 만 남쪽 지족수로 해역까지 영향을 주고 있음을 시사한다. 위상차는 St.1이나 St.9와 달리 대부분 0.2 ~ 1.8 시 간의 양(+)의 값을 보여 수온변동이 만 서쪽과 동쪽에서 중 앙을 거쳐 점차 남쪽으로 진행하고 있음을 나타낸다. 가장 위상이 빠른 곳은 St.1이다.

해역 내 정점들 간의 단주기 수온변동에 따른 상관도 비 교를 위해 각 정점 간 상호상관계수를 Table 5에 제시한다. 분석에 사용된 수온시계열은 Table 4에 사용된 자료이다. 상 관계수는 계절에 따라 다소 차이를 보였으나, 연 평균적 유 사도 평가를 위해 계절 평균치를 사용하였다. 정점 간 최대 상호상관계수는 0.9로, 0.5 이상의 값에서 유의성이 있다고 판단하였다. 0.9의 상관도를 보인 정점은 St.1~4로, 노량수로 인근 정점들이다. 한편, 주변과 상관성이 매우 낮은 정점은 St.1, 9, 17로 모두 진주만 내 외해수가 유·출입하는 수로해역 이다. 이들 St.1, 9, 17 정점은 인근해역 주변 3개 정점에서만 0.5이상 상관을 가져 외해수 특성이 인근에 한정되어짐을 보 여준다. St.1은 St.2~4까지, St.9는 St.7, 8, 10, St.17은 St.10, 13, 16이다. 노량수로 내 St.1~2의 수온변동은 St.3~5, 11까지 상 관이 커 수온변동으로 본 노량수로 영향역은 St.1~5와 11까 지 임을 알 수 있다. 대방수로의 St.9는 St.6을 제외한 만 동 쪽 St.7~10에서 상관이 커, 이들이 대방수로 영향역임을 나타 낸다. 한편, 만 북쪽 중앙에 위치하는 St.6은 서쪽 노량수로 와 동쪽 대방수로 영역의 중간으로 두 영역의 수온변동과는 다른 특징을 보인다. St.6 정점 주변은 유동관측(Choo, 2007) 과 조류수치실험(Kim and Ro, 2004; Ro et al., 2007; Chae et al., 2009; Kang et al., 2011)에서 노량수로와 대방수로에서 유입되 는 창조류가 합류 수렴되고 낙조시 이와 반대로 분류 발산 되는 지점으로 알려져, 이러한 유동특성이 만 북쪽 해역의 연중 수온변동에도 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 한편, 정점 St.6과 상관이 큰 정점은 St.4~5, 7~8로 만 북쪽 사천 연 안에 분포한다. 이는 St.6에서 수렴, 발산된 해수가 사천 연 안을 따라 북서(St.4~5)와 북동(St.7~8)방향에 영향을 주나, 인 접한 남쪽 St.11과는 상관이 적음을 말해 준다. 따라서 수온 변동 상관관계로 본 진주만 북쪽 해역은 St.6 중심의 수렴발 산역, 서쪽 St.1 중심의 노량수로역, 동쪽 St.9 중심의 대방수 로역 세 영역으로 구분된다. 한편, 만 남쪽 지족수로 내 St.17은 창선도 서쪽 연안을 따르는 정점 St.10, 13, 16에서만 상관이 크고 그 외 정점들과는 낮은 상관을 보여 창선도 연 안수역으로 구분할 수 있다.

St.12는 만 북쪽에서 진주만 서쪽 남해도 연안을 따라 만 중앙 St.14까지 상관이 커 노량수로 영향역 일부가 만 서쪽 을 따라 중앙까지 미침을 보여준다. 만 중앙 St.13~14는 만 서쪽과 동쪽 일부를 제외한 북쪽~중앙~남쪽 대부분의 정점 들과 0.5이상의 상관을 보여 중앙혼합수역으로 구분할 수 있 다. 또한 만 남쪽 St.15~16은 인접 정점 및 중앙 St.13~14와 상관성을 공유해 대체로 폐쇄적인 중앙내만수역으로 구분 할 수 있다. 이러한 수온변동에 의한 해역구분은 기존 유동 측정결과(Choo, 2007; Ro, 2007; Kim et al., 2010)나 수온·염분 분포를 재현한 모형실험결과(Cho, 2005a; Chae et al., 2009; Kang et al., 2011)의 정성분석을 통해 어느 정도 설명할 수 있다. 그러나 Table 5에 제시한 진주만 전역의 상관계수 분 포는 대기요소와 조석·조류 영향을 받는 표층수온의 연중 실측자료를 바탕으로 한 것이므로 진주만 해역의 유사도 구 분에 보다 정량화된 지표로 활용될 수 있다.

4.요약 및 결론

진주만 해역의 장기 연속 수온시계열 자료에 의한 표층 수온분포와 변화 및 해수유동, 조석, 대기자료 간 분석을 통 해 진주만 수온의 시공간적 변동특성을 규명하였다. 수온은 계절변동과 함께 동계 1월 말 최저, 하계 8월 초 최고를 나 타내고 만 북쪽이 중앙과 남쪽보다 계절변동이 작다. 하계 최고수온의 최저와 최고가 지족수로 주변에 출현해 지족수 로를 경계로 조석전선이 형성되어져 있을 가능성이 있다. 수온변동은 조류 유·출입에 따른 수층 간 연직혼합으로 노 량수로와 대방수로에서 작다. 그러나 외해수 영향이 작은 만 남쪽 해역은 연중 기온변화에 따른 동계 해면냉각과 하 계 가열에 의한 변동이 현저하다.

동계 서~북서, 하계 남서~남동계열 바람이 불고, 동계보다 춘, 하계에 풍속이 더 크다. 바람은 지형적 요인으로 대방수 로 주변이 강해 조류와 함께 이 해역 표층의 혼합정도에 큰 영향을 준다. 만내수온이 균일하게 낮은 시기에는 노량수로 부터의 난수유입이 일어나 만 북쪽 중앙에 약한 수온전선이 형성된다. 이 현상은 소조기 서풍이 강해지는 시기와 일치 하고 이때 동쪽방향 항류가 출현한다. 그러나 하계 만내수 온이 높아지면 이러한 경향은 나타나지 않고 저온, 고온의 표층수가 번갈아 출현해, 노량수로 바깥 하동연안에 고온인 표층수가 동쪽방향 항류나 취송류에 의해 만내로 유입되어 짐이 추정된다.

표층수온의 주기변동은 노량수로 해역에서 7~20일 전후 장주기, 창선도 서쪽연안과 지족수로는 장주기와 반일주기, 만 중앙은 장주기와 일일주기 성분이 우세하고 기온, 바람, 해면기압의 변동에서도 동일주기가 탁월해, 조류를 비롯한 대기요소가 표층수온변동에 영향을 준다. 노량수로의 수온 변동은 만 내 정점과 coherence가 크고 위상이 대부분 앞서나 대방수로보다 느리다. 대방과 지족수로는 서로 coherence가 작아, 대방수로의 수온변동은 만 서쪽과 중앙 일부에만 영 향을 준다. 정점 간 상호상관계수로 본 진주만 해역은 노량 수로역, 만 북쪽 수렴발산역, 대방수로역, 창선도연안수역, 만 중앙혼합수역, 만 중앙내만수역으로 분류된다.