1.서 론

서해 중부에 위치하는 보령연안(36°25’~36°12’N, 126°18’~ 126°31’E)은 북으로 안면도, 효자도, 원산도 등의 섬들로 둘 러싸인 반 폐쇄성 내만인 천수만과 만 내 여러 인공호수(간 월, 부남, 홍성, 보령 방조제), 남으로 금강하구와 같은 다양 한 수리환경이 존재하고, 주변에 대천천 하구, 삽시도, 장고 도, 고대도, 불모도, 용도와 같은 크고 작은 여러 섬과 천수 만 남쪽 입구의 좁고 깊은 협수로가 존재해 매우 복잡한 해 저지형(수심 10~30 m)을 형성한다(Fig. 1).

보령연안의 얕은 수심과 복잡한 해저지형은 큰 조차(보령 항 대조차 약 634.0 cm)와 빠른 조류(안면도~보령항 협수로 약 200 cm/s)가 특징적이며, 해상에는 1.2~1.4 m/s 풍속의 북서 (동계)~남서(춘계)풍 계열이 탁월하다(KHOA, 2015). 또한 동 해역은 해양생물의 산란 및 성육에 적합한 천수만, 패류나 갑각류 서식에 접합한 간석지, 풍부한 유기물을 운반하는 금강과 대천천, 방조제 등의 존재로 어업 및 수산자원이 다 양하다(NIFS, 2000).

보령연안을 포함한 서해 중부해역은 복잡한 해저지형과 강한 조류, 기온, 바람과 같은 대기요소 등의 계절적 환경변 화로 조석전선(Choo and Cho, 1984; Seung et al., 1990; Choi et al., 1998)이 형성되고 금강으로부터의 하천수는 여름철 천수만 입구까지 확장되기도 한다(Lee et al., 1999; Choi et al., 1999). 또 천해이기 때문에 상대적으로 적은 저열량(heat storage)으 로 기상변화에 민감하고, 외부에서 유입되는 열과 담수 등 에 의해 수온, 염분의 변화가 초래된다(Kang, 1983).

수온, 대기요소, 해황 등은 연안역의 매우 중요한 환경변 수로, 수온은 국지적 태양복사나 담수뿐만 아니라 바람과 해·조류에 의해서도 영향을 받는다. Choo and Yoon(2015)은 연안해역 수온의 주기 변동에 조류를 비롯한 대기요소가 영 향을 주고 있음을 지적하였고, Lim et al.(2008)은 서해중부 연안의 수온을 비롯한 수질인자들의 시공간적 변화는 조석, 하천수 방출, 기온, 바람의 변동에 의한 것임을 제시하였다. 또 Choi et al.(2002b)은 서해중부 금강하구 연안해역 조사에 서 수주의 성층과 혼합이 조석, 담수유입, 바람에 영향을 받 고 조석주기나 탁월풍 등의 물리과정이 해역의 수온과 영양 염 전선에 변동을 일으킴을 주장하였다. Go et al.(2006)은 동 계 수심이 얕은 서해연안은 외해보다 해황변동이 크며 기온 과 수온 사이에 정(+)의 상관관계가 있고, Jang et al.(2000)과 Cho et al.(2007)은 수온과 기온의 변동에 상관도가 매우 높고 (상관계수 0.9이상), 표면수온은 기온에 비해 약 2~3주 정도 지연됨을 분석하였다. 또 Yang et al.(2012)은 하계 수온변동 에 일일과 반일의 조석 단주기변동이 출현하고, Lee et al.(2007)은 기상(기온, 바람)과 수온 간에 수온-기온은 정(+), 수온-풍속은 역(-)의 상관이 있음을 나타내었다. 이와 같이 서해연안의 수온은 얕은 수심과 복잡한 해저지형, 주변 하 천수 방출 등으로 강우량, 기온, 바람과 같은 기상요소와 조 류의 영향을 상대적으로 많이 받는다. Park and Kim(2012)은 CTD 조사로 천수만의 수온분포를 파악해, 천수만은 대기냉 각, 강한 조류에 의한 대류현상으로 연직혼합이 활발하고 방조제 주변이나 담수방류량이 늘어나는 장마 시는 수온분 포가 큰 차이가 있음을 지적하였다.

서해연안의 이러한 기 조사결과는 넓은 공간스케일에서의 하천수 유출이나 수질환경에 초점을 맞춘 단기 1회성 관측 이거나 혹은 국립수산과학원의 정선, 연안정지 관측지점 자 료를 활용한 서해 전역에 대한 수온과 대기의 장기변동에 대해 주로 다루고 있어 특정해역 수온의 장, 단기적 시간스 케일에 대한 세부적 변동양상을 파악하기 어렵다. 또 해역 내 수온의 이러한 구조적변동이 어떤 원인으로 발생하는지 에 대한 관점이 결여되어, 연안역 수온변동에 직접적 영향 을 주는 환경요소에 대한 시의적절한 조사나 다양한 고찰이 이루어지지 못했다.

서해 보령연안은 협수로를 포함한 복잡한 해저지형, 강한 조류, 하천수, 방조제 방류수, 온배수 방류와 대기의 영향 등 으로 서해 연안 중 계절별 해양환경변화가 매우 큰 해역 중 하나이다. 해역의 환경변동을 파악하기 위해서는 해역 내 수온변동 특성이 가장 먼저 파악되어야 하고, 이를 위해서 는 세부 해역의 수온 장기 연속모니터링 자료가 필요하다. 따라서 이 연구는 보령 천수만 남쪽입구~무창포(해역크기 약 14 km × 20 km) 연안의 시·공간적 수온변동특성을 세부적(해 역 모니터링 간격 약 2~3 km)으로 파악하기 위해 계절별로 1 달 동안 1년간 장기 수온연속관측을 실시해 보령연안 47개 관측지점에서 수온시계열을 작성하였다. 또 해역의 물리환 경조건을 감안한 시계열분석 기법을 사용해 세부적 수온변 동과 그 탁월주기를 파악하고, 수온변동에 영향을 주는 조 석, 하천수 배출, 대기요소(기온, 바람)의 관측과 자료조사를 수온모니터링과 동시에 시행해 수온변동과의 관련성을 정 량 평가하였다. 이 연구는 서해 보령연안 해황에 직접적으 로 관여하는 연안해역의 수온변화를 정량 규명해, 수온의 세부구조와 변동을 파악하는 것을 목적으로 하였다.

2.자료 및 방법

보령연안의 표층수온 분포와 그 변화특성을 조사하기 위 해 계절별로 2011년 8월 13일~9월 12일(하계)과 11월 12일~12 월 11일(추계), 2012년 1월 19일~2월 18일(동계)과 5월 1일~31 일(춘계)의 각 1개월 동안 Fig. 2에 나타낸 47개 정점에서 수 온 장기연속관측을 실시하였다. 조사영역은 동쪽연안이 송 도~대천항~무창포항~독산, 북쪽은 안면도 남단~천수만 남쪽 입구, 서쪽외해는 장고도~삽시도~불모도~용도, 남쪽해역은 용도~독산 연안까지로 하였다. 정점은 대천항을 중심으로 효자도, 원산도, 고대도, 장고도, 삽시도, 불모도, 용도 등의 크고 작은 섬들과 폐쇄성 내만인 천수만 입구 그리고 보령 방조제, 대천천 같은 하천수 해역 등이 포괄적으로 포함되 게 적절히 배치하였다.

수온측정은 스테인리스 하우징(housing)을 제작하여 해수 면으로부터 50 cm 깊이(표층)에 수온계가 위치하도록 하였 다. 수온계는 주변 항로부이나 양식장 등의 인공구조물 또는 직접 제작한 ϕ 540 mm × 890 mm의 스티로폼부이(styrofoam buoy) 하부에 온도계를 설치하였다. 이들 부이는 2개 닻을 이 용하여 고정 계류시켰다. 사용된 기기는 Magic-T100(GnC Bio Co.) 모델의 소형 수온측정계로 0.005℃(±0.02℃정확도)까지 분해가 가능한 정밀수온계이다. 각 정점에서 1분 간격으로 연속 측정된 수온자료는 내외부적 잡음제거를 위해 매시 평 균(mean)값을 산출한 다음, 연속시계열 자료로 사용하였다.

기상자료는 대천항 AWS(충남 보령시 신흑동)와 삽시도 AWS(충남 보령시 오천면 삽시도리) 지점(Fig. 2)에서 측정된 10분 간격 해면기압, 기온, 풍향, 풍속자료(기상청, 2011~2012) 를 매시 평균자료로 환산한 후 분석에 사용하였다. 보령연 안의 하천수역은 천수만 입구 보령방조제와 대천항 인근 대 천천으로, 수온측정시기의 해당 방류량 자료(한국농어촌공 사·보령시시설관리공단, 2011~2012)를 활용하였다. 수온측정 과 함께 무창포항(36° 15' 02"N 126° 31' 45"E)에 조위계를 설 치하여 조석변화를 측정하였다. 조위는 매 10분 간격으로 측 정한 후, 매시 평균값을 추출해 분석하였다. 한편, 보령항 (36° 24' 23"N 126° 29' 10"E) 검조소의 해당시기 조위측정자 료도 활용하였다.

수온측정 중 일부기간은 기기측정오류와 자료이상이 발견 되어 자료 분석에서 제외되었고, 몇몇 정점은 관측기간(특히 하계) 중의 기기 유실로 자료를 얻을 수 없었다. 자료의 결 측 비율(자료이상 정점 수/전체 관측 정점 수)은 하계 23 %, 추계 15 %, 동계 2 %, 춘계 8.5 %였다. 취득된 자료는 통계분 석을 통해 평균수온과 분산의 공간분포가 조사되었고, 최소 자승법을 이용한 1년 및 반 년 주기분석(Kang, 2000)으로 수 온과 대기요소의 계절변동을 파악하였다. 또 조화분석법 (Foreman, 1978; Pawlowicz et al., 2002)으로 수온과 조위 분조 의 진폭과 지각을 구해 조석변화에 따른 수온변동을 조사하 였다.

한편, 각 정점 시계열자료의 장, 단주기 변동분석에 40시 간 low-pass 필터링과 40시간 및 30일 high-pass 필터링을 실 시하였다. 조석·조류가 강한 보령연안은 반일과 일일주기변 동이 탁월하고, 이 변동으로 야기되는 관성주기(약 19~21시 간)와 그 밖의 약 1.7일(40시간)로 알려진 준 관성주기(내부 파)가 존재할 수 있다. 따라서 40시간 low-pass 필터링은 이 러한 조석·조류에 의한 단주기 성분의 제거를 위한 것이다 (Walters and Heston, 1981; Rory, 1983). 표층수온과 대기요소, 조위변화와의 상관관계를 파악하기 위해 시계열자료의 공 간분포, 스펙트럼 밀도분석, coherence(상관성)분석 등을 시행 하였다.

3.결과 및 고찰

3.1.수온의 계절변동

계절별 수온 변동을 보기 위해 해역 내 최대한 결측 없이 사계절 모두 조사된 천수만 남쪽 입구(St.34, 1. 여기서 St.1은 St.34 인근 정점으로, 하계 St.34의 일부구간에 결측이 있어 선정), 원산도~안면도(St.6), 장고도~삽시도(St.11, 12. St.12는 St.11 대체 정점으로, 동계 St. 11의 일부구간에 결측이 있어 선정), 대천항~원산도(St.22), 불모도~용도(St.16), 해역중앙(St. 28), 대천항~무창포(St.44), 용도 남동쪽(St.31) 정점들에 대한 시계열을 Fig. 3에 나타낸다. 수온은 매시간 평균자료이다. 해당 정점들은 해역 전역(47개 정점)을 부분적으로 대표하는 지점으로 선정은 임의적이다.

계절에 따라 수온시계열은 8~9월(하계)에 최대, 1~2월(동 계)에 최저, 11~12월(추계)에 하강, 5월(춘계)에 상승의 패턴 을 나타낸다. 수온은 반일 또는 일일의 단주기 변동이 전 계 절에 탁월하나, 대체로 하계와 춘계에 더 현저하다. 반일주 기 단주기변동의 진폭이 두드러진 시기와 정점은 8월 하 순~9월 상순의 St.16이다. 전 계절에 걸쳐 단주기 변동이 상 대적으로 약한 해역은 원산도~대천항의 St. 22와 해역중앙 St. 28이다. Yang et al.(2012)은 연안의 연속 표층수온 조사에 서 단주기변동이 하계에 뚜렷하고 일일, 반일주기가 탁월함 을 제시하였으며, 단주기 변동진폭이 하계에 큰 것은 작은 시기(추계)보다 수온수평구배가 더 크기 때문이라는 사실을 위성적외선 자료로 확인한 바 있다. 한편, 동 해역의 계절별 평균 표층수온 수평분포(Fig. 4)에 나타난 전반적 수온수평구 배는 하계와 춘계가 타 계절보다 컸다.

Fig. 4에 계절(월) 평균 표층수온의 수평분포를 나타낸다. 하계 표층수온은 23.8~24.9℃의 분포로, 수온이 낮은 곳은 서 쪽 장고도~삽시도 해역이고, 높은 곳은 보령항 주변에서 대 천항~무창포항으로 연결되는 연안이다. 따라서 동쪽 연안으 로 갈수록 수온이 상승하는 형태이다. 수산과학원의 정선관 측자료 분석에 의한 서해중부 해역의 표층수온은 하계(8월) 23~26℃ 분포로, 연안이 낮고 외해는 높은데(Go et al., 2006) 이러한 하계 서해의 광역수온분포는 조석전선(Choo and Cho, 1984)에 의한 것으로 알려져 있다. 한편, Fig. 4는 한 달 동안 (8월 13일~9월 12일) 평균된 표층수온이며, 인근연안에서 배 출되는 온배수의 영향도 고려되어졌다. 추계는 삽시도, 고대 도, 원산도, 안면도 연안과 무창포 주변이 13.0℃ 이하이나, 불 모도~용도 13.4℃ 이상, 천수만~대천항 주변에 13.2~13.3℃의 수온이 분포한다. 이러한 분포는 해역 남서쪽의 수온이 높 고, 인근 섬과 육지 주변은 얕은 수심으로 수온이 낮으며, 천수만 남쪽(보령항)~대천항 연안은 온배수의 영향이 나타 나는 형태이다. 추계(11월) 서해중부 태안반도~곰소만 연안 의 수온분포(Lim et al., 2008)는 연안이 낮고 외해로 갈수록 증가하며, 정선관측에 의한 서해중부의 수온분포(Go et al., 2006)는 해역 남쪽으로 갈수록 증가하는 형태이다.

동계수온은 불모도~용도가 4.5℃, 안면도 연안과 무창포 주변 3.1~3.3℃, 보령항~대천항 주변 3.9~4.0℃로, 추계보다 수온은 낮으나 분포형태는 유사하다. 한편, 동계(2월) 서해 중부 전역이나 태안반도~곰소만의 수온분포는 추계와 유사 하고 연안에서 외해로 갈수록 수온이 높아지는 형태이다(Go et al., 2006, Lim et al., 2008). 춘계는 등온선이 남북으로 분 포하고 수온은 10.9~14.2℃ 분포로, 서쪽 삽시도 주변이 수온 이 낮고, 동쪽 대천항~무창포항 연안에서 수온이 높다. 이러 한 분포는 하계까지 이어져, 동 해역의 수온상승기(춘계~하 계)특징을 보여주며, 연안에서 외해로 갈수록 수온이 낮아 지는 이러한 공간변화는 Lim et al.(2008)의 결과에서도 나타 난다.

Fig. 4의 수온분산 값은 해당정점 수온 연(사계절)평균치 로부터의 편차의 정도를 나타낸다. 수온분산이 큰 시기는 추계로, 서쪽에서 동쪽 연안을 향해 2.3~4.0으로 증가한다. 안면도와 원산도, 보령항~무창포항 연안을 따라 분산이 크 고, 삽시도 남쪽에서 작다. 분산의 이러한 공간변화는 봄, 여 름에 발달한 조석전선과 성층이 가을의 북서풍과 수온하강 으로 점차 소멸되는 과정에 해역의 수심차(10~30 m, Fig. 1)로 인해 나타난 것으로 추정되나 확실하지 않다. 춘계는 전 해 역이 1.8~2.4의 분포로 해역 남쪽이 크다. 하계는 0.3~1.1, 동 계는 0.6~1.3으로 동, 하계의 수온분산은 비슷하다. 동계는 St.38을 제외하면 전 해역이 0.6~0.8로 거의 균일한 분산을 나 타낸다. St.38은 대천항 북쪽 정점으로 인근 대천천에 의한 하천수, 북쪽 천수만 만내수, 보령항 주변의 온배수 영향 등 이 복합적으로 출현할 수 있는 해역이다.

수온의 시공간적 변동을 보기위해 Fig. 5에 천수만 남쪽 입구에서 원산도~대천항 수로를 따라 용도 주변해역까지의 정점라인(St. 34-35-36-37-38-23-22-25-26-28-29-30-32-33을 기준 으로 하나, 만약 계절에 따라 이 라인정점의 자료에 이상(결 측)이 있으면 그 정점과 가장 가까운 정점을 선택)에서 40시 간 low-pass 필터링으로 수온단주기 변동을 제거한 수온변화 를 나타낸다.

Fig. 5에서 하계 수온은 23~25℃로, 가장 높은 시기는 8월 중순 대천항 북쪽 대천천 하구에서 25.5℃이다. 그러나 이 시기 St.27 이남은 대체로 0.5~1.0℃ 낮다. 하구역 주변은 하 천수의 영향으로 연중 하계에 높고 동계에 낮으며, 외해수 와 사이에 수온·염분 등의 수평 및 연직 차이가 크다(Choi et al., 2002b). 하계수온의 공간변화는 St.27~28에서 크다. 추계 는 16~10℃의 수온분포로, 11월 19~25일 15.5℃에서 12.5℃까 지 하강(약 0.5℃/day)하고 이러한 변화는 라인 정점을 따라 대체로 균일하다. 동계는 2월 9일까지 5.5℃에서 2.0℃까지 수온이 하강한 다음, 점차 상승한다. 최저수온이 출현한 곳 은 하계와 같이 대천천 하구 St.38이다. 동계 수온은 Fig. 4와 같이 대천천 주변(St.38)의 저 수온에 북쪽 천수만(St.35~37) 과 남쪽 외해(St.30~33)의 상대적 고수온이 주기적으로 출현 하는 형태이다. 이 고수온은 St.28 주변에도 나타나고, 대체 로 7일간 지속된다. 이후 수온은 라인 정점을 따라 균일해진 다음 다시 반복된다. 이 기간(약 7일) 수온은 약 1.0℃ 하강 또는 상승한다. 한편, 수온의 이러한 7일 전후 변화는 추·동 계의 바람변동(Fig. 9, Table 4)에도 나타나, 이에 따른 변화로 추정되나 확실하지 않다. 10.5~16.0℃까지 상승하는 춘계(5 월)는 수온이 점차 하강하는 추계와 그 변동형태가 유사하 다. 대천천 하구(St.38)와 남쪽 외해(St.29~33)의 수온이 주 변보다 약간 높은 상태를 유지하며 전 정점이 3일 주기로 0.5℃씩 상승한다. 대천천 하구 St.37~39 주변은 수온 상승기 에 최대수온이 출현한다. 하구역의 이러한 계절수온 특성은 금강하구의 해황특성에서도 잘 나타난다(Choi et al., 2002b, Lim et al., 2008).

수온변동과 기온을 비교하기 위해 장지도~삽시도(St.12), 용도 남동쪽(St.32), 원산도~대천항(St.22) 그리고 천수만 입구 (St.34)의 표층수온과 해당해역 주변(보령시 신흥동 대천항 AWS와 보령시 오천면 삽시도리 삽시도 AWS) 기온의 연 변 화를 Fig. 6에 나타낸다. 그림 속 수온과 기온의 연 변동 곡 선은 연주기 조화분석(Kang and Lee, 1984; Jang et al., 2000)을 통해 구하였다. 4~7월은 기온이 수온보다 1.5~3.0℃ 높으나 10~2월은 기온이 수온보다 5.0~7.0℃ 정도 낮은데, 이는 해양 의 열용량이 대기에 비해 커 연평균적으로 해양에서 대기로 현열(sensible heat)이 공급되고 있음을 시사한다. 한편, 이러 한 온도차의 원인으로 동계 보령연안은 조류의 해저마찰과 계절풍에 의한 해수면의 강한 냉각으로 해수 전 층이 효과 적으로 혼합되나(Lim et al., 2008), 하계는 표층의 성층과 부 유물질 등으로 태양열이 깊이 유입되지 못해 일어난 것이 그 요인으로 추정된다. 기온과 수온이 같아지는 시기는 8월 초~중순과 3월 중~하순이다. St.12는 다른 정점보다 수온상 승기(3월 중순~8월 중순)에 기온과 수온 차가 크나, St.22와 34는 수온하강기(8월 초순~3월 하순)에 크다. 두 해역 간의 이러한 특징은 AWS 정점 간 기온차가 크지 않다면 St.22와 34의 표층수온이 주변수의 영향으로 St.12보다 연중 약간 높 게 형성되었기 때문이며, St.22와 34의 기온과 수온의 연변동 곡선이 서로 만나는 시기가 St.12보다 다소 빠른(10일 정도) 것도 이 영향에 의한 것으로 생각된다.

표층수온과 기온의 연 주기와 반년주기 분석을 실시하여 각각의 조화상수를 Table 1에 나타낸다. 기온의 연변동과 반 년변동 진폭은 평균 12.9℃, 0.7℃인데 반해, 수온은 평균 10.9℃(기온의 84 %), 0.3℃(43 %)로 변동 폭이 작다. 기온과 수온의 연변동 최고치 위상은 8월 2일(349.2°)과 8월 22일 (9.3°)로 기온이 20일 정도 빠르다. Jang et al.(2000)은 우리나 라 동, 서, 남해 연안 9개 정점의 표면수온과 기온의 상관관 계 연구에서 수온과 기온의 진폭비는 지역에 따라 다르나 기온의 진폭이 수온보다 1.5배 더 크고, 위상은 2~3주 정도 더 빠름을 조사하였다. 수온의 연변동 진폭이 큰 정점은 원 산도~안면도(St.1~2, 7), 원산도~대천항(St.21~22, 25), 대천항 남서 해역(St.29, 30) 및 무창포연안(St.44~45)으로, 원산도와 대천항 연안을 따라 크다. 수온의 연변동 진폭은 수심이 깊 은 외해보다 육지영향이 큰 천해나 연안에서 크게 나타나는 경향이 있다(Jang et al., 2000).

연변동 위상은 무창포연안이 5.0~5.5°로 가장 빠르고, 다음 이 천수만입구, 원산도~대천항, 대천항 남서 해역의 8.0~10.0°, 원산도 서쪽, 삽시도 남쪽의 11.0~15.0°로, 보령연안에서 서 쪽 외해로 갈수록 점차 늦다. 연변동 위상은 육지영향이 큰 연안이나 천해일수록 기온과의 차이가 크지 않다. Table 1과 Fig. 6에 나타낸 4개 정점의 연주기 수온변동 차이를 Fig. 7에 비교한다. Fig. 7의 정점은 기상관측지점과의 거리와 해역의 대표성을 고려해 임의적으로 선정되었다. 수온은 수온하강 기인 8월~12월 하순까지 St.22, 34가 St12, 32보다 높고, St.12 는 가장 낮다. St.32는 그 중간이다. 1월~2월은 다소 차이는 있으나 대체로 유사하다. 수온상승기인 3월~7월 St.22, 34는 St.32와 거의 같거나 약간 낮으며, St.12는 수온상승기에도 가 장 낮다. 천수만 입구~보령항 인근 St.22, 34 수온이 타 정점 보다 연중 높은 상태가 유지되는 것은 주변 온배수의 영향 으로 추정되나 확실하지 않다.

3.2.조석과 바람, 담수 유출에 의한 수온변동

조석변화에 의한 수온변동을 파악하기 위해 각 수온 시계 열에서 조석변동의 주기와 진폭을 조화분해로 구하였다. Table 2은 각 정점에 출현한 일일 이상 장주기(MSf조 1개 분 조), 일일(K1, O1조를 포함한 9개 분조), 반일(M2, S2조를 포 함한 5개 분조) 및 1/3~1/10일(M4, S4조를 포함한 17개 분조) 성분들의 진폭을 계절 평균한 후, 전체주기 진폭에 대한 일일 이상, 일일, 반일, 반일이하 주기성분 진폭들의 백분율을 각각 나타낸 것이다. 일일주기성분이 차지하는 비율은 19.4~35.4 %, 평균 25.3 %로 높은 편이나 반일주기 성분은 8.9~28.9 %, 평균 16.1 %로 낮다. 일일주기 비율이 큰 정점은 대천항(St.38~39) 과 무창포항(St.42~45) 주변으로 31.9~35.9 %이나, 반일주기는 9.7~13.2 %로 다른 주기보다 낮다. 반일주기 조석이 우세한 해역의 표층수온에 일주기 변동이 우세한 것은 태양복사에 너지에 의한 일변동이 수온변동에 큰 영향을 주고 있음을 의미한다. 반일주조 비율이 큰 곳은 불모도~용도의 St.16~18로 21.3~28.9 %이다. 반일주조 비율이 20 % 이상인 곳은 St.3~4, 10, 13, 19, 36~37의 원산도 주변이다. 불모도~용도, 원산도 주변은 섬과 섬 사이 협수로역으로 조류가 매우 강한 해역 으로 알려져 있다(Lee et al., 2008).

천해조를 포함한 반일 미만 주기성분은 16.8~32.3 %, 평균 22.3 %로 반일주기보다 비율이 높다. 반일미만 주기성분 비 율이 가장 높은 곳은 일일주기와 같이 대천천 하구 St.38이 다. 하구부근이나 지형이 복잡한 다도해의 수심변화가 큰 해역은 천해조석이 발달되는 경향이 있다(Kang and Moon, 2001). 일일 이상 장주기는 20.4~45.8 %, 평균 36.2 %로 정점별 차이는 그리 크지 않다. St.38에서 비율이 가장 낮다.

단주기조석에 의한 계절별 수온변동을 파악하기 위해 Fig. 8 에 St.11, 31, 22, 1 정점 수온의 4대 주기성분 합(M2+S2+K1+O1) 에 의한 반일주기 진폭과 위상을 나타낸다. 수온과 함께 동 일시기 무창포항에서 측정된 조위의 진폭과 위상을 점선으 로 표시하였다. 수온변화는 정점별 차이는 있으나 11~12월 (Nov.), 1~2월(Jan.)은 조석과 대체로 동 위상이며, 이후 점차 바뀌어 5월(May)엔 4~5시간의 위상차, 8~9월(Aug.)은 역 위상 을 나타낸다. 이는 수온 하강기(11월~2월) 창조시 유입되는 외해수에 의해 수온이 상승하고, 낙조시 하강하며, 수온 상 승기(5월~9월)는 반대로 창조시 낮은 수온의 외해수 유입으 로 수온이 하강하고 낙조시 수온이 상승하는 현상으로 설명 할 수 있다(Choi et al., 2002a).

수온변동 폭은 St.22가 0.5℃ 이하이고 나머지 정점은 1.0℃ 미만이다. 계절별로는 11~2월이 작고, 5~9월에 점차 커진다. 조차는 수심이 얕은 연안으로 갈수록 증가하므로 조석에 의 한 수온변동 폭은 커진다. 또 해역의 연직방향 수온차는 수 온하강기에 작아지고 수온상승기는 표층수온 상승으로 점 차 커진다. 따라서 수온변동폭도 수온하강기에 작아지고 상 승기에 커진 것으로 추정된다.

바람과 기온에 따른 수온변동을 보기위해 Fig. 9에 조석성 분을 제거한 St.12(11), 32(31), 22, 34(1)의 수온시계열과 대천 항에서 측정된 기온, 바람벡터 시계열을 40시간 low-pass 필 터링 처리한 후 나타냈다. 바람은 하계 남~남서풍(2 m/s)이후 북~북북동계열(1 m/s), 동계는 북풍계열(2~5 m/s)이 2~3일 주 기로 분다. 춘계는 남풍 또는 북풍계열이 약하게(1 m/s 전후) 분다. 추계는 11월 하순 북서풍(5~7 m/s)과 남동풍(2~4 m/s)이 교대로 부나, 12월부터 점차 북서풍이 우세하다.

수온과 풍향·풍속 관계에서 하계에 남풍이 5~6일 연속할 때, 추계에 3~5일 주기로 풍향이 남남동으로 바뀔 때, 동계 3~4일 주기로 부는 북풍계열 바람이 약해질 때 그리고 춘계 에 약한 남풍이 수일 이상 지속적으로 불 때 표층수온은 전 반적으로 하강한다. 반대로 하, 추, 동계에 장기간(5~10일) 북~북북동풍이 불거나 또는 추계 3일 정도 부는 북풍에서 수온은 대체로 상승한다. 기온은 표층수온과 유사하게 풍향 의 변동주기로 변동하는 패턴을 보인다. 바람변동으로 수온 변화가 두드러진 해역은 연안과 가까운 St.22와 34이다. 바람 세기가 큰 추계엔 수온변동이 크나 춘계는 약한 바람으로 수온변동도 대체로 작다.

하천수 유출 또는 방류가 보령연안의 수온변동에 미치는 영향을 보기 위해 인근 보령방조제와 대천천에서 방출되는 하천수 유량과 주변 5개 정점의 수온변동을 Fig. 10에 제시 한다. 방출 하천수량은 주로 하계 7~8월에 집중되고, 이 시 기 가장 많은 양이 배출된다. Lee et al.(2012)은 2009년 11 월~2011년 8월 동안 천수만 내 담수 방츌량은 여름 집중호 우기인 7~8월에 집중되며, 2010년엔 연간 방출량의 76 %가 7~9월, 2011년은 83 %가 6~8월에 집중됨을 조사하였다.

보령방조제는 연 220× 10⁶m³ 의 유량으로 사계절 고루 방 출하고, 대천천은 일평균 0.05× 10⁶m³ , 연 19× 10⁶m³ 으로 매일 소량 배출된다. 2011년 8월 13일~9월 12일 한 달 동안 방출된 양은 보령방조제 14× 10⁶m³ , 대천천 4× 10⁶m³ 이다. Fig. 10은 방출유량이 집중된 장마기 2011년 8월 17~29일의 보령방조제와 대천천의 방출유량과 보령연안 정점의 수온 변화이다. 정점수온은 조석과 계절변동 성분을 제거한 자료 를 사용하였다.

8월 17~19일 담수방출이 시작된 후 방출지점과 가까운 St.35, 37의 표층수온은 대체로 상승 후 하강 또는 하강 후 상승하는 형태의 수온변동을 나타낸다. 이러한 수온변동은 수 시간 후 대천항 주변 St.39에 출현하나, St.28, 31에는 그 흔적이 명확하지 않다. 8월 27일의 방출은 8월 17~19일 같은 수온변동현상이 St.35, 37, 39 정점에서 현저하지 않아, 하천 수 유출경로는 해역의 유동조건에 영향을 많이 받는 것으로 생각된다. 하천이나 방조제 하구역의 표층수온은 해역에 부 는 바람 외에 하천수 방류나 유출로 인한 밀도류 그리고 염 분경사나 하구전선의 시공간적 변동 등에 따라 변화가 일어 날 수 있다(Mcclimans, 1988).

3.3.수온변동의 탁월주기

조석·조류에 의한 주기변화를 포함한 30일 이내 표층수온, 해면기압, 기온, 풍속, 풍향의 변동특성을 조사하기 위해 30 일 high-pass 필터링 된 각 정점의 탁월주기 분석결과를 Table 3과 4에 나타낸다. Table에 제시된 탁월주기 빈도는 스펙트 럼 밀도분석에서 최대 1~3위의 밀도를 가지는 주파수를 주 기로 환산한 다음, 각 주기가 해당정점에 출현한 횟수를 가 리킨다. 수온의 탁월주기(Table 3)는 0.5, 1.0, 7.5, 10, 15일 전 후로, 해역 내 조석주기로 운동하는 조류탁월변동인 0.5, 1.0 일 및 월령에 따른 15일 주기와 기온, 바람 등과 같은 대기 요소에 의한 것으로 추정되는 1.0일, 7~10일 전후 변화주기 에서 에너지밀도가 높다.

반일주기 수온변동은 조석이 탁월한 해역의 여러 연구 (Kang, 2013; Lim, 1991; Lee et al., 1992)에서 내부조석파와 관 련되어진 것임이 밝혀져 있다. 또한 수온의 일일주기 변동 은 기온변화와 같은 태양복사에너지(Choi et al., 2002a)나 바 람에 의한 준관성 주기(관성주기 20.3시간 보다 주기가 길 다; Nam, 2006)에 의한 가능성이 크다. 수심이 얕은 해역의 수층 내 연직 속도차는 성층안정도를 떨어뜨려 수층혼합을 야기하므로 조류, 바람, 해면기압 등 외력에 의한 표층수온 의 변동과 진폭은 성층발달 정도에 따라 관성주기 바깥(1.0 일 이상)에서 다양하게 나타날 수 있다. 또 수로나 섬, 리아 스식 해안으로 수심이 급격히 변하는 해역은 등수심선에 수 직한 해·조류성분에 의한 내부조석파의 발생(Baines, 1986)과 파의 불안정으로 인한 혼합, 해면냉각, 계절풍과 같은 외부 기상요인에 의한 혼합효과(Matsuyama, 1985) 및 수층상태와 지형적 복합작용에 의한 비선형효과(Ippen and Harleman, 1966; Friedrichs and Aubrey, 1988) 등이 혼재할 수 있어 이에 따른 여러 주기변동이 다양하게 나타날 수 있다. 그러 나 동 해역 주변의 수온 반일 및 일일주기 변동원인에 대해서는 아직 구체적으로 연구된 바가 없다.

동해역의 수온탁월변동주기와 내부조석 등에 관한 향후의 연구가 필요할 것으로 사료된다. 가장 자주 출현한 탁월주기 는 15일 전후이다. 이는 조류가 강한 해역 특성상 보름 전후 주기의 조류유속 차에 따른 성층상태 변화가 해역에 영향을 준 결과로 판단된다. 1.0, 7.5, 10, 15일의 변동주기는 대체로 전 정점에서 고루 출현하나, 0.3, 0.5, 5.0~6.0일은 정점별 출현 빈도가 다르다. 특히 대천항을 기준으로 남쪽의 무창포 연안 (St.40, 42~47)은 0.5일 주기변동이 전혀 출현하지 않았으나 1.0일과 5.0일 전후 주기의 빈도가 타 정점보다 높다. 그러나 대천항 북쪽 송도연안(St.35~38)은 0.5일 주기변동이 2~4회로 출현빈도가 높지만 1.0일과 5.0일 전후는 없거나 매우 낮다.

해면기압과 기온, 바람의 변동에 나타난 주기(Table 4)는 0.5~17.4일이나, 1.0일과 4.9~9.6일 주기에서 출현빈도가 높다. 대기요소는 태양복사에 의한 1.0일, 해륙풍에 의한 0.5일 주 기변화가 탁월하며, 따라서 비조석 성분인 기온, 바람과의 상관성에 의한 1.0일과 0.5일주기의 수온변동도 예상된다. 4.9~9.6일 주기변동은 해역 내 바람의 주기변동(Fig. 9)과 대 체로 일치하며, 이는 7~10일 전후의 수온변동(Table 3)과 관 련성이 있어 보인다.

Jung et al.(2013)은 천수만 중앙부의 조류조사에서 비조석 성분으로 3~6개의 유의한 주기가 2~8일 주기에 포함되어 있 음을 스펙트럼과 상관성 분석으로 제시하고, 이러한 주기성 분이 바람에서도 나타나고 있음을 밝혔다.

장고도~삽시도(St.11), 용도 남동쪽(St.31), 원산도~대천항 (St.22), 천수만 입구(St.34)와 그 외 정점들 간의 단주기 수온변 화에 대한 상관성과 위상차를 파악하기 위해 40시간 high-pass 필터링 된 수온변화 주기(T = 1 / f , f 는 주파수)별 상관성 (coherence; 0~1.0)과 위상차(θ)에 의한 시간지연(τ , τ = θ / 2 π f) 결과를 분석하였다. 각 계절 결과는 평균되어졌다. 정점 St.11, 31, 22, 34와 나머지 정점들 간 교차스펙트럼에 의한 주기는 12.3 시간변동에 가장 탁월했고, 다음으로 24.4, 23.8, 12.5시간이었다. Table 5에 탁월 12.3시간 변동에 대한 상관성 과 시간지연 결과를 나타낸다. 분석에서 시간지연이 음(-)인 경우는 St.11, 31, 22, 34에 비해 각 정점들의 수온변동 위상 이 느린 것을 의미한다.

St.11에 대한 반응은 삽시도~용도 주변(St.12, 13, 15, 18)이 0.9로 상관성이 높으나, 원산도~대천항(St.22, 25, 26, 29)에서 0.3으로 낮다. 송도~무창포항 연안(St.36~47)은 0.5 전후이다. St.31은 해당해역 주변(St.18, 27, 30, 32)이 0.7~0.9로 높으나, 원산도~대천항(St.21~26), 송도~무창포항(St.36~47)이 0.2~0.4로 낮다. St.22는 원산도 북쪽(St.1, 3, 4, 6)과 원산도~대천항(St.20, 21, 23, 25)주변이 0.6~0.7로 다소 높으나, 용도~독산연안(St.28 ~33)과 대천항~무창포항(St.39~42, 45~46)에서 0.2~0.3으로 낮 다. St.34는 안면도~원산도(St.1, 2, 6, 8, 19), 삽시도 주변(St.11, 17, 18)에서 0.7로 높다. 그러나 원산도 남쪽(St.26, 28, 29)과 무창포 연안(St.45, 46)에서 0.2~0.3으로 낮다.

따라서 수온변동 특성을 상관성분포로 분류해보면 첫째, 원산도 남동연안의 혼합수역(St.3~6, 19~26)으로 구분이 되며, 이곳은 천수만 만내수, 보령항 주변 온배수, 대천천 하천수, 대천항~무창포항 연안수, 용도~독산의 남쪽 외해수, 삽시 도~장고도 사이를 유출입하는 서쪽 외해수들이 혼합되는 해 역이다. 둘째는 삽시도~용도, 장고도~삽시도, 장고도~안면도 남쪽의 서쪽 외해수역(St.1, 2, 6, 8, 34, 11~18), 셋째는 용도~ 독산의 남쪽 외해수역(St.27~33), 넷째로 수심이 얕은 송도~ 대천항~무창포항의 조간대 연안수역(St.35~47)으로 구분할 수 있다. 그러나 St.35~38 주변은 원산도 남동쪽 혼합수역과 도 상관성을 가진다.

한편, 위상차에 따른 시간지연은 St.22가 St.13에서 최대 -2.2 시간 등 대부분의 정점들에서 음(-)이고 St.19~20, 36~37에서 양(+)의 값을 보여, 원산도 남동해역은 위상에서 서쪽외해나 남쪽외해 보다 앞서고 천수만 입구 보다는 느린 중간에 위 치한다. St.34는 일부정점을 제외하면 대체로 음(-)이다. 그러 나 St.31과 11은 부분적으로 음(-)의 값을 가지는 정점이 존 재하나 대부분 양(+)으로 나타나 이들의 수온변동위상은 St.22, 34보다 늦음을 보여준다.

4.결론 및 요약

보령연안의 수온은 반일 또는 일일의 단주기 변동이 전 계절에 탁월하고 하계와 춘계에 현저하다. 하계수온은 서쪽 외해가 낮고 동쪽연안이 높다. 추계는 삽시도 남쪽외해의 수온이 높고 섬 주변과 육지연안에서 낮다. 천수만 입구~대 천항은 주변 온배수의 영향을 받는다. 동계는 추계 수온형 태와 유사하다. 춘계는 등온선이 남북으로 분포하며 하계와 같이 서에서 동으로 갈수록 수온이 높아진다. 수온분산은 추계에 크고 서쪽외해에서 동쪽연안을 향해 커진다. 동계는 전 해역에서 균일하다. 대천천 하구는 수온 하강기에 최저, 상승기에 최대수온이 출현한다. 기온의 연변동 진폭은 평균 12.9℃, 수온은 평균 10.9℃로 기온이 수온보다 크다. 기온과 수온의 연변동 최고위상은 8월 2일과 8월 22일로 기온이 20 일 정도 앞선다. 수온의 연변동 진폭은 원산도와 대천항 연 안이 타 해역보다 크고, 위상은 보령연안에서 서쪽 외해로 갈수록 늦어진다.

표층수온변동에 일일주기 성분이 우세하고, 이 성분들은 대천항과 무창포항 주변에서 탁월하다. 반일주조 성분이 탁 월한 곳은 조류가 강한 원산도 주변 섬과 섬 사이 수로이다. 대천천 하구는 일주조성분과 천해조성분 비율이 가장 높다. 추계와 동계의 일 수온변화는 조석과 동 위상이나, 춘계는 4~5시간의 위상차, 하계는 역 위상을 나타낸다. 표층수온이 하강하는 시기는 하계에 남풍이 5~6일 연속 불거나, 추계에 3~5일 주기로 풍향이 남남동으로 바뀌거나, 동계 3~4일 주기 의 북풍계열 바람이 약해질 때 그리고 춘계에 약한 남풍이 수일 이상 지속적으로 불 때이다. 수온과 기온은 대체로 풍 향 변동주기에 따라 변동한다. 하천수방출로 표층수온은 상 승 후 하강 또는 하강 후 상승하는 형태를 나타낸다.

수온탁월주기는 조석과 관련된 0.5일, 1.0일, 15일 주기와 기온, 바람 등 대기요소에 의한 것으로 추정되는 1.0일 7~10 일 전후 주기에서 에너지밀도가 높다. 0.5일 주기는 내부조 석파나 해륙풍, 1.0일 주기는 태양복사에너지의 변화나 바람 에 의한 준관성 주기에 의한 것으로 판단되나, 수온변동과 내부조석과의 관련성을 보다 구체적으로 파악하기 위한 연 구가 필요하다. 15일 주기는 보름 전후 조류유속 차에 의한 성층상태의 변화가 원인이 되었을 가능성이 크다. 정점 간 교차 스펙트럼 결과로 분류한 수온변동은 ①원산도 남동연 안의 혼합수역 𤘐삽시도~용도, 장고도~삽시도, 장고도~안면 도 남쪽의 서쪽 외해수역 ③용도~독산의 남쪽 외해수역 ④ 송도~대천항~무창포항의 조간대 연안수역으로 구분된다. 정 점 간 위상은 원산도 남동연안이 서쪽외해나 남쪽외해 보다 앞서고 천수만 입구 보다 느린 중간에 위치한다.