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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.31 No.1 pp.11-21
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2025.31.1.011

Occurrence of Cold-water Masses Along the Ulgi Coast due to a Change in the Path of the East Korean Warm Current

Ho-San Seo*, Tai-Gwan Ryu**, Dong-Sun Kim***†
*Researcher, Research Center for Ocean Industrial Development, Pukyong National University, Busan 48513, Korea
**C.E.O., 506-A85, 104, Baegyanggwanmun-ro, Busanjin-gu, Busan 47157, Korea
***Professor, Major of Big Data Convergence, Pukyong National University, Busan 48513, Korea

* First Author : sasa9668@nate.com


† Corresponding Author : kimds@pknu.ac.kr, 051-629-4611
January 9, 2025 February 24, 2025 February 25, 2025

Abstract


In this study, the frequency of occurrence of cold water masses along the east coast of Korea was analyzed using long-term data on water temperature and current velocity, and the correlation between the occurrence of cold water masses and the variability of the path of the East Korean Warm Current (EKWC) moving northward along the coast was investigated. The highest frequency of cold-water masses in August was found in Ulgi (45 %), followed by Gampo (33%) and Busan (22%) in the southern East Sea region. The EKWC, which flows northward along the southern East Sea coast, showed route variations as it passed 36.5°N. The primary route variations of the EKWC can be divided into three patterns. The first is when the EKWC flows northward near the coast (on-coastal); the second is when it flows northward along the 129.7°E line, approximately 40 km from the Hupo coast (normal); and the third is when the current moves northward along a path far from the coast (off-coastal). The probability of a cold-water mass occurring at the Ulgi coast for each of these three EKWC route variations was 22% when the current flowed northward near the coast (on-coastal), 0% when it flowed northward without route variation (normal), and 91% when it moved northward offshore (off-coastal). In addition, an analysis of the flow characteristics at each point along the Hupo line (H-01 to H-10) and their contribution to water temperature at the Ulgi coast showed that changes in the EKWC path along the Hupo coast contributed significantly to the occurrence of cold-water masses along the Ulgi coast. The Coherence current velocity in the Hupo coastal area (H-01 to H-03) and Ulgi water temperature were greater than 0.7, whereas they were less than 0.5, in the offshore areas (H-06 to H-10). Therefore, the occurrence of cold-water masses on the Ulgi coast is highly correlated with variations in the EKWC flow on the Hupo coast.


Water temperature , Velocity , East Korea Warm Current (EKWC) , Cold water mass , Coherence

동한난류의 경로 변동과 울기 연안의 냉수대 발생

서호산*, 유태관**, 김동선***†
*국립부경대학교 해양산업개발연구소 연구원
**㈜이윤이앤지 대표
***국립부경대학교 빅데이터융합전공 교수

초록


본 연구에서는 장기간 수온 및 유속자료를 이용하여 한국 동해 연안의 냉수대 출현 빈도를 파악하고, 연안을 따라 북상하는 동한난류(East Korea Warm Current, EKWC)의 경로 변동과 냉수대 출현과의 상관관계를 파악하였다. 8월 울기 앞바다에서 냉수대 출현빈도는 45%로 가장 높았고, 감포(33%)와 부산(22%)이 순으로 동해남부 지역에서 냉수대 출현했다. 동해 남부 연안을 따라 북쪽으로 흐르는 EKWC는 북위 36.5°를 지나면서 경로 변동이 나타난다. EKWC 주요 경로 변동은 세 가지 형태로 나누어 진다. 첫 번째는 해안에 인접하여 북향하는 EKWC의 경우(On-coastal), 두 번째는 후포해안에서 약 40km 떨어진 129.7°E선을 따라 북향하는 경우(Normal), 그리고 세 번째는 해안에서 멀리 떨어진 경로를 통해 북쪽으로 진행하는 경우(Off-coastal)이다. EKWC의 세 가지 경로 변화에 따른 울기연안에서 냉수대가 출현 확률은 해안에 인접하여 북상 할 때 22%, 경로 변동없이 북상 할 때 0%, 그리고 외해역으로 북상할 때 91%였다. 또한 후포라인의 각 정점(H-01~H-10)의 유동특성과 울기해안 수온과의 상호 기여도를 분석한 결과 후포 연안의 EKWC 경로의 변화는 울기연안의 냉수대 출현과 높은 기여도가 나타났다. 후포 연안해역(H-01~H-03)에서 유속과 울기 수온의 Coherence는 0.7보다 높고 외해역(H-06 ~ H-10)에서는 0.5보다 낮은 Coherence를 보인다. 따라서 울기연안 냉수대 출현은 후포연안에서 EKWC 유동 변동과 연관성이 높은 것으로 나타났다.


수온 , 유속 , 동한난류 , 냉수대 , Coherence

    1. 서 론

    한국 동해로 유입되는 주 해수 유입원은 쿠로시오난류 (Kuroshio Current, KC)의 지류인 쓰시마난류(Tusuhima Warm Current, TWC)이다. TWC는 대한해협을 통해 북동향하여 한국 동해안으로 유입된다. 대한해협으로 유입된 TWC는 동해안의 대륙붕단을 따라 북향하는 동한난류(East Korea Warm Current, EKWC)를 형성한다. 그리고 북쪽으로부터 한국 동해 연안을 따라 남향하는 북한한류(North Korea Cold Current, NKCC)가 존재한다. 이 두 EKWC와 NKCC는 북위 37~41° 부근에서 만나게 되며 사행하는 형태로 극전선을 형성한다. 이 흐름은 동향하여 울릉도와 독도 방향으로 진행한다. 이와 같이 한국 동해 연안해역은 지형특성, EKWC와 NKCC의 상호작용과 기상(바람·태풍 등) 등의 다양한 환경 요소에 의해 복잡한 해황이 나타나며 냉수대 형성 및 연안용승 출현하는 특징이 있다(Fig. 1).

    특히 한국 동해 연안에서 주변 해역에 비해 수온이 급격하게 낮아지는 냉수대가 춘계에서 하계까지 빈번히 나타난다. 특정 해역의 수온이 주변 수온보다 5℃ 이상 낮은 수온을 가질 때 냉수대가 출현했다고 정의하며 국립수산과학원 에서는 냉수대 주의보를 발령한다. 그리고 10℃ 이상 차가운 수온을 가지는 수괴가 출현할 때 냉수대 경보를 발령한다 (NIFS, 2022).

    냉수대는 한국 동해 전 연안에서 출현하는데 해역마다 출현 빈도가 다르며 특히 동해남부 연안에서 하계에 집중 출현한다. 주로 하계에 출현하고 소멸과 생성을 반복하여 일일 3∼5℃의 수온 변화가 나타나기 때문에 조류나 양식어류의 대량 폐사를 일으키기도 한다. 뿐만 아니라 냉수대 출현으로 발생하는 해무는 교통 및 선박사고를 유발하기도 한다 (Hahn et al., 1995). 반면 동해 연안역에 출현하는 냉수대는 생산성이 높은 해수로 해류를 따라 외해로 확장하여 동해의 생산량을 높이는 긍정적인 영향 또한 크다(Lee et al., 2004;Yang et al., 1998).

    한국 동해안에서 출현하는 냉수대 현상은 규칙적인 주기를 가지지 않고 출현한다. 현재까지 냉수대 출현과 관련하여 진행되어 온 대부분의 연구들은 특정 시기와 지역에서 나타나는 현상에 국한되어 있기 때문에 장기적인 자료 분석 및 광범위한 공간 규모에 대한 관점으로 볼 때 다소 부족한 부분이 있다. 그리고 대부분의 연구에서는 바람에 의한 효과가 냉수대를 출현시키는 가장 중요한 요인이라 보고 냉수대의 출현 원인이 동해 남부 해역의 하계 남서 계절풍에 의해 나타나는 연안용승의 결과라는 주장이 지배적이다. 하지만 Suh et al.(2001)의 연구결과에 따르면 1990년의 울기 연안에서 용승이 출현할 수 있는 바람 강도를 가진 남풍 계열의 바람이 일정 기간동안 충분히 불었음에도 불구하고 이 시기의 10℃ 등온선은 125m의 깊은 수심에 형성되며 냉수대가 거의 출현하지 않았다. 따라서 용승을 출현시킬 수 있는 바람 조건을 충족하는 시기라도 성층 형성수심이 깊으면 용승이 출현하지 않을 수 있다.

    KC의 지류인 TWC는 대한해협을 통해 한국 동해로 유입되는 유일한 난류수이며 동해 연안의 해양환경 변화에 지대한 영향을 미치는 요소이다. 그러나 지금까지 TWC의 수송량 및 수괴 특성에 대한 연구는 비교적 짧은 조사 기간 동안의 수송량을 산정에 대한 연구에 국한되어 있다. 냉수대가 출현하는 시기에 맞추어 현장 관측을 시행하는 것이 매우 어렵기 때문에 관측된 자료 또한 부족한 실정이다.

    이와 같이 부분들을 보완할 수 있도록 본 연구에서는 장기간 수온 및 유속자료를 이용하여 동해안을 따라 북상하는 EKWC의 경로 변화에 따른 동해 남부 해역의 표층 수온 변화를 밝혀 냉수대 출현 특성을 파악하고자 하였다.

    2. 자료 및 방법

    2.1 수온 및 유동 자료

    수온은 국립수산과학원(NIFS) 한국해양자료센터에서 제공하는 연안정지 관측자료의 동해안 13개 정점(부산, 기장, 울기, 감포, 호미곶, 포항, 영덕, 후포, 죽변, 동해, 주문진, 속초, 거진) 자료이다(Fig. 2). 수온자료는 1967년부터 2018년까지 총 52년간 1일 1회(오전 10시) 측정한 표층 수온 값이다. 52년간 하계 8월에 나타나는 냉수대 출현 유무와 그 빈도를 파악하기 위하여 월 평균수온 및 최저수온 자료를 사용하였다. 또한 유속자료와의 스펙트럼 분석을 실시하기 위하여 동일한 시간 간격인 월 평균자료로 변환하여 사용하였다.

    쓰시마난류(TWC)와 동한난류(EKWC)의 강도와 경로변동을 파악하기 위하여 CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) 수온 및 유동의 재분석자료 GLORYS12V1를 이용하였다. GLORYS12V1 자료의 수평 격자 해상도는 1/12°(약 8km)이고 연직 50개 층이다. 여기에서 수집한 자료는 28년간(1993∼2020)의 월 평균 수온 및 해류 유속 자료를 이용하였다. 수집된 자료 중 하계(8월) 수온 및 유속 자료를 이용하여 수평 및 연직분포도를 도시하여 시공간적 수온 및 해류 구조를 파악하였다.

    2.2 스펙트럼 분석

    냉수대 출현역의 수온과 난류의 상호관계를 파악하기 위해 스펙트럼 분석을 실시하였다. 일반적으로 해양의 시계열 자료는 눈으로 보아 주기성을 찾기가 어렵기 때문에 시간 영역이 아닌 주파수 영역에서 분석하면 수온의 주기와 변화 요인을 쉽게 파악할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 수온 변화를 일으키는 요인을 알아보기 위하여 어떤 시간대의 주파수가 peak가 나타나는지 파악하기 위해 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용한 power spectrum 분석을 하였다. Power spectrum 분석 방법에 의한 주파수 영역은 시계열 주기와 크기에 대한 spectrum분석을 용이하게 해준다(Ingle and Proakis, 1999). 또한 특정 시각의 관측치와 어느 시간 간격만큼 떨어진 관측치 사이의 주파수 관계가 어느 정도인지를 알기 위해 자기상관함수(Auto Correlation Function)를 계산한다(Cho et al., 2005). 또한 수온(냉수대 출현 해역)과 유속(EKWC) 두 변수의 상관성을 파악하기 위하여 Coherence 추정 방법을 사용하였다. Coherence 함수(Thomson and Emery, 1998)는 주파수 영역에서 수온과 유속 두 변수 간의 상관계수를 나타내는 함수로, Fourier 변환을 통해 구할 수 있다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 냉수대 출현 빈도

    국립수산과학원 연안정지 관측자료를 이용하여 1967년부터 2017년까지 하계 8월 동해 연안 표층 평균 및 최저수온 시계열분포를 Fig. 3에 나타내었다. 동해 연안(부산∼죽변)의 8월 평균수온의 범위는 15∼29℃ 로 나타난다. 포항과 호미곶 연안의 평균 수온이 높게 나타나고 그 북쪽과 남쪽의 수온이 낮게 나타나며, 호미곶 남쪽에 위치한 감포 울기 해역에서 북쪽에 위치한 고위도 해역보다 낮게 나타나는 특징을 보인다. 1970년 후포 연안, 1971년 죽변 연안, 그리고 1995년 울기와 감포 연안에서 수온은 주변 해역에 비해 5℃ 이상 낮은 평균수온이 나타나 냉수대가 출현한 시기라고 볼 수 있다. 1987년은 남쪽의 부산 연안부터 북쪽의 죽변 연안까지 평균수온이 낮게 나타나는데 1988년부터 동해 연안의 수온이 점차 상승하는 특성을 보이고 있다.

    최저 수온 시계열을 보면 냉수대가 발생한 해역과 년도가 평균 수온 시계열에 비해 명확히 나타난다. 동해 연안(부산 ∼죽변)의 8월 최저수온의 분포 범위는 10∼25℃ 이다. 위도가 낮은 울기와 감포 연안에서 위도가 높은 타 연안에 비해 최저수온이 대부분 낮게 측정되어 냉수대 출현이 빈번한 것으로 판단된다.

    국립수산과학원의 연안정지 관측자료의 월 최저수온 시 계열자료와 한국 동해연안의 냉수대 출현을 다룬 선행 연구 논문들을 기반으로 1967년부터 2017까지 동해 연안에서 나타난 냉수대 출현 빈도를 파악하였다.

    하계 8월의 월 최저수온 시계열분포도에서 주변 해역에 비해 5℃ 낮게 나타나는 냉수대가 출현 년도와 장소에 대하여 원형으로 표시하였다(Fig. 4). 51년간(1967∼2017) 동해 연안 지역별로 냉수대 출현으로 표시된 원형 갯수를 카운팅 하였다. 울기 연안에서 23개 년도에 냉수대가 출현하여 냉수대 출현 빈도는 45%로 가장 높게 나타났고, 감포(33%)와 부산(22%) 순으로 호미곶 남쪽에 위치한 동해 남부해역의 출현 빈도가 타 연안역에 비해 높게 나타났다. 호미곶 북쪽의 해역 중에서 죽변 연안에서 6개 년도에 냉수대가 출현하여 출현빈도는 12%로 나타났다.

    3.2 냉수대 출현역의 연직 수온 분포

    GLORYS12V1 자료의 수온 자료를 이용하여 냉수대 출현 빈도가 가장 높은 동해남부 울기라인(Fig. 2 : U-01∼U-10)에서 냉수대 출현년도(1995, 1997, 2006, 2010년 및 2013년)와 냉수대 미출현 연도(1993, 2004, 2009, 2012년 및 2016년)의 8월 평균 연직 수온분포도를 도시하였다(Fig. 5).

    울기 라인에서 연직 수온분포를 보면 연안역에서 등수온선 간격이 좁아 수온 변화가 크게 나타나고 외양으로 갈수록 수심이 깊어짐에 따라 수심 변화에 따른 수온의 변화가 작다. 100m 이상 수심층에서는 14℃ 이하의 차가운 냉수가 나타나며 그 형태 또한 수심 변화와 유사한 형태로 나타난다. 냉수대 출현 시기의 경우 연직 수온분포를 보면 연안역 수심 10m 이내에서 나타나는 등수온선 간격이 좁아 수온의 변화가 8℃ 이상 크게 나타난다. 특히 2006년의 경우 연안 수심 10m 이내에서 약 12℃ 수온차가 나타난다. 이와 같이 냉수대 출현 시기에는 연안역의 수온 성층 형성수심대가 얕으며 수온 경계층경사도가 크게 나타난다. 그러나 냉수대 미출현 시기의 경우 냉수대 출현 시기에 비해 등수온선의 간격이 넓어 수심에 따른 수온 변화가 작고 성층의 형성수심이 냉수대 출현 시기에 비해 깊어 차가운 해수가 표층까지 도달하지 못한다.

    냉수대 출현 시기와 냉수대 미출현 시기의 수온 경사 차이를 파악하기 위하여 울기 라인 연직 수온분포도에서 수평 거리(129.5°E∼129.9°E)에 따른 18℃ 등수온선이 나타나는 수심의 변화량을 계산하여 Table 1에 나타내었다. 18℃이하의 수온역에서 등수온선 간격이 급격히 넓어져 수온약층의 성격이 나타나지 않기 때문에 18℃ 등수온선을 기준으로 계산 하였다.

    냉수대 출현 시기인 5개 년도 중 연안과 외양의 18℃ 등 수온선의 평균 수심의 변화량은 2006년과 2010년에 24m로 최저값이 나타났고 1997년 30m로 최고값이 나타났다. 냉수대 미출현 시기의 경우 수심의 변화량은 1993년과 2012년 19m로 최저로 나타나고 2009년 24m로 최고로 나타난다. 냉수대 출현 시기와 냉수대 미출현 시기의 평균 수심의 변화량은 각각 25.2m, 20.8m이다. 냉수대 출현 시기의 18℃ 등수 온선의 수심의 변화량이 냉수대 미출현 시기에 비하여 1.21배 크게 나타난다.

    실제로 냉수대가 발생하는 시기에 현장에서 정선 수온관측을 실시하면 연안쪽 표층 수온이 Fig. 5의 8월 평균 연직 수온분포에서 나타나는 연안쪽 표층 수온에 비해 더 낮고, 연직 수온 분포에서 나타나는 연직 수온 경사도가 더 크게 나타난다. Lee and Kim(2018)은 2018년 울기에서 냉수대 발생한 하계 CTD를 이용한 현장 조사 결과를 연직 수온 분포도 에서 연안 표층에 14℃의 수온이 나타났다고 하였다. 해마다 냉수대 발생 강도가 다르지만 Fig. 5의 경우 냉수대가 발생한 년도의 연안 표층에 22℃ 이상의 비교적 높은 수온이 나타난다. GLORYS12V1 자료 특성상 1/12°(약 8km) 해상도를 가지고 있기 때문에 연안 최근접점의 수온값을 특정할 수 없고, 월 평균 수온자료이기 때문에 냉수대 발생 년도와 와 발생하지 않은 년도의 수온 및 경사도 차이가 다소 작게 나타난 것으로 볼 수 있다.

    3.3 유속 자료 검증

    GLORYS12V1의 28년간(1993∼2020년) 재분석자료는 위성 자료를 기반으로 하기 때문에 표층에서의 재현성은 높다고 볼 수 있으나 표층 이외 수심의 자료는 실제의 수온과 해류 분포를 사실적으로 재현하고 있는지 여부는 명확하게 파악하기 어렵다. 따라서 GLORYS12V1 재분석자료의 유속 자료를 이용하여 TWC 수송량을 계산한 결과와 과거 선행 연구 에서 실측한 TWC 수송량과의 비교 검증을 실시하였다.

    먼저 GLORYS12V1의 1993년부터 2020년까지 자료를 이용하여 대한해협의 서수도(부산-대마도)와 동수도(대마도-후쿠 오카) 각각의 난류 수송량을 계산하였다(Table 2). 대한해협 서수도를 지나는 TWC의 월 평균 수송량은 동계인 2월에 1.11Sv로 가장 작고 하계인 8월에 2.24Sv로 가장 크다. 대한 해협 동수도를 지나는 TWC의 월 평균 수송량은 동계인 1월에 0.83Sv로 가장 작고 하계인 8월에 1.41Sv로 가장 크다. 서수도와 동수도를 합산한 TWC전체 수송량은 동계인 1월에 1.97Sv로 가장 작고 하계인 8월에 3.65Sv로 가장 크게 타나난다. 따라서 대한해협을 통과하는 TWC의 수송량은 하계인 8월에 가장 크고 동계인 1월에 가장 적게 나타난다.

    도플러 유속계 ADCP를 TRBM(Trawl-Resistant Bottom Mount)방식으로 해저면에 저층 계류하여 층별 유속 측정을 통해 TWC 수송량을 계산한 Teague et al.(2002)의 연구에 의하면 1999년 5월부터 2000년 3월까지의 대한해협을 지나는 TWC의 월 평균 수송량은 2.7Sv으로 본 연구에서 사용된 GLORYS12V1 재분석자료로 계산한 동일 시기 월 평균 수송량 3.1Sv에 비해 13% 작다. 또한 부산-후쿠오카 페리에 부착한 도플러 유속계 ADCP를 이용하여 1997년 2월부터 2007년 2월까지 10년간의 TWC수송량을 계산한 Fukudome et al.(2010) 의 연구결과에 의하면 대한해협의 서수도와 동수도에서에서 TWC 수송량은 각각 1.45Sv, 1.20Sv로 나타났다. GLORYS12V1 재분석자료로 계산한 동일 시기의 대한해협 서수도와 동수도의 월 평균 TWC 수송량은 각각 1.65Sv, 1.21Sv로 서수도와 동수도의 수송량 오차는 각각 11%, 0.8%이다. 현장에서 직접 조사한 결과 값과 실측치와 위성 자료를 기반으로 모델을 통해 계산된 차이가 있기 때문에 이를 고려하면 GLORYS12V1 재분석자료와 선행 연구결과에서 계산된 TWC 수송량의 오차는 크지 않은 것으로 판단된다.

    3.4 동해 유동 분포 특성

    GLORYS12V1의 유속 자료를 이용하여 냉수대 출현 빈도가 가장 높은 동해남부 울기 연안에서 냉수대 출현년도 (1995, 1997, 2006, 2010년 및 2013년)와 냉수대 미출현년도(1993, 2004, 2009, 2012년 및 2016년)에 대한 8월 평균 표층 유속 벡터도를 도시하였다(Fig. 6).

    TWC는 부산 연안에 비해 대마도 연안에서 강한 유속특성을 보이며 동해남부 연안을 따라 북상하는 EKWC는 호미곶 부근에서 1.2m/s 이상의 가장 강한 유속값이 나타난다. 냉수대 출현 연도의 유속은 냉수대 미출현 연도에 비해 약 14% 강하게 나타났다. 동해 남부 연안에서는 EKWC가 해안선을 따라 진행하는 반면 호미곶을 지나 북상하는 EKWC는 36.5°N 을 지나게 되면서 연안측으로 붙어서 진행하거나 외해로 이격되어 진행하는 등의 형태의 진행 경로 변동이 발생한다. Fig. 6 좌측의 냉수대 출현 연도와 우측의 냉수대 미출현 연도의 유동 벡터도를 보면 EKWC 북향하는 경로가 다르게 나타난다. 즉 2006년과 2013년(냉수대 출현)과 같이 북동향하는 흐름의 힘을 가지고 계속하여 북동향하여 진행한다. 1993 년과 2016년, 냉수대 미출현 연도의 EKWC는 정북향으로 진행하다가 북동향하여 외해로 진행한다. 한편 1997년, 2010년의 냉수대 출현 연도의 EKWC는 북동향하던 흐름이 다시 북서향으로 전향되면서 속초 연안으로 인접하여 진행하지만, 2009년과 2012년의 냉수대 미출현 연도의 EKWC는 36.5°N 부근에서 바로 후포 연안에 인접하여 북상하는 다양한 형태의 EKWC 흐름 특성이 나타난다.

    EKWC의 경로 변동이 발생하는 후포 및 죽변 연안의 국지적인 유동 분포 특성을 살펴보면 후포 연안(36.75°N)에서 죽변 연안(37.0°N) 부근까지 냉수대 출현 연도유동은 후포퇴가 위치한 129.7°E 라인 동쪽에 EKWC의 중심축을 가지고 북상하고 있다. 한편 냉수대 미출현 연도의 EKWC 유동은 129.7°E 라인의 서쪽에 EKWC의 중심축을 가지고 북상하는 유동 분포의 차이를 나타내고 있다. 또한 후포(36.75°N)에서 죽변(37.0°N)까지의 연안 유속 분포를 보면 냉수대 미출현시 EKWC가 연안에 인접하여 북상하기 때문에 냉수대 출현 연도에 비해 연안쪽 유속이 강하게 나타난다. 또한 냉수대 출현 연도의 북향 성분의 유속을 보면 후포와 죽변 연안에서 -0.2∼0.2m/s로 남향하는 성분이 나타난다. 그러나 냉수대 미출현 연도의 경우 후포와 죽변 연안에서 북향성분 유속 범위는 0.3∼0.5m/s로 냉수대 출현 연도보다 유속은 강하였으나 남향하는 흐름은 나타나지 않는다.

    따라서 동해 연안을 따라 북상하는 EKWC가 호미곶을 지나게 되면서 난류의 중심축 변동이 나타나는 결과를 확인할 수 있었다. 냉수대 출현 유무에 따라 EKWC가 129.7°E를 기준으로 냉수대 출현 연도에 후포 연안에서 떨어져 외측 해역을 따라 북상하였고, 냉수대 미출현시에는 후포 연안에 인접하여 북상하는 유동 분포 특성을 볼 수 있다.

    3.5 EKWC와 냉수대 출현해역의 수온과의 상호관계

    울기 연안의 수온과 냉수대 출현시기와 미출현시기 EKWC 경로가 변동하는 후포에서의 북동방향 유속의 연관성을 파악하기 위하여 Power spectrum 분석을 실시하였다 (Fig. 7). 후포퇴가 위치한 H-05에 가깝게 위치한 H-04∼H-07 에서의 Power spectrum을 보면 12개월 주기에서 Peak가 잘 나타나고 특히 H-05에서 가장 뚜렷하게 나타난다. 따라서 전 기간에 대한 EKWC의 주 경로는 연안에서 약 40km 떨어진 H-05를 지난다고 볼 수 있다. 후포 라인 EKWC주 경로인 H-05를 기준으로 후포 연안에 가까운 해역인 H-01∼H-04에서 4개월과 6개월 주기에서 뚜렷한 Peak가 나타나고 그 외 정점에서는 Peak가 나타나지 않는다. 후포 라인 외해측에 위치한 H-08∼10 정점에서는 상징적인 Peak를 볼 수 없다.

    후포 라인(H-01∼H-10) 각 정점에 대한 표층 북향성분 유속 자료와 울기 연안의 월 평균 수온 자료의 동일한 주기에 대한 상호 상관성을 파악하기 위하여 Coherence 그래프를 도시하였다(Fig. 8). 12개월 주기에서 Coherence는 후포 연안에 가까운 해역인 H-01∼H-03 정점에서 Coherence는 0.72∼0.79 으로 나타난다. EKWC의 중심축이 진행하는 H-05 정점에 가까운 H-04∼H-07 정점에서 12개월 주기의 Coherence는 0.85∼ 0.95로 상관성이 가장 높게 나타난다. 그리고 외해역 H-10으로 갈수록 Coherence는 0.62까지 감소한다. 후포 라인의 H-01 에서 H-05까지 연안에 가까운 해역에서는 4개월 주기에서 Coherence는 각각 0.79, 0.72, 0.71, 0.69 그리고 0.61로 나타나고 H-06에서 H-10까지 외해역에서는 Coherence는 0.6 이하로 상관성이 낮다.

    3.6 난류의 경로변동과 냉수대 출현

    연안의 냉수대 출현 여부에 따른 후포 연안의 유속 분포 특성을 비교하기 위하여 전 기간의 자료를 분석하였다(Table 3). 냉수대 출현 시기는 12개 년도(1995, 1996, 1997, 1999, 2001, 2005, 2006, 2007, 2010, 2013, 2015, 2017) 그리고 냉수대 미출현 시기는 13개 년도(1993, 1994, 1998, 2000, 2002, 2003, 2004, 2008, 2009, 2011, 2012, 2014, 2016)이다.

    후포 라인에서 25개 년도(1993∼2017년)의 정점별 북향 유속 평균값을 분석해본 결과, 북향 유속이 가장 크게 나타나는 정점은 연안에서 약 40 km 떨어진 곳에 위치한 정점 H-05이며 유속은 0.51m/s로 가장 빠르다. 냉수대가 출현한 12개 년도와 냉수대가 출현하지 않은 13개 년도의 북향 유속 평균값이 가장 크게 나타나는 정점은 각각 H-06(0.62m/s)와 H-04(0.61m/s)이다. 또한 냉수대가 출현한 년도에서 연안에 가장 가깝게 위치한 H-01 정점에서는 -0.03m/s로 남향하는 흐름이 나타났다. 이와 같은 흐름은 Fig. 6의 냉수대 출현 시기 후포 연안의 유동 벡터가 남향하는 결과에서도 확인되며, 북쪽에 존재하는 낮은 수온의 해수를 남하시키거나 연안에 체류시키는 역할을 하여 후포 연안의 수온을 감소시킬 수 있다.

    EKWC의 중심축 변화에 따라 냉수대 출현 확률을 계산해 보기위하여 1993년부터 2017년까지 25개 년도를 대상으로 울기 연안의 냉수대 출현 유무에 따라 후포 연안에서 나타나는 북향하는 EKWC 중심축의 경로와 유속을 계산하였다. 그리고 후포 연안으로부터 약 40km 떨어진 정점 H-05를 기준(EKWC 중심축, 129.7°E)으로 연안에 인접하여 북향하는 경우(On-coastal), H-05 따라 북향하는 경우(Normal) 그리고 129.7°E를 기준으로 연안에서 떨어진 외측 해역을 따라 북향하는 경우(Off-coastal)의 크게 세 가지로 나누어 분석하였다 (Fig. 9).

    (1) On-coastal

    후포 라인에서 8월 EKWC의 진행 경로가 H-05 정점 기준으로 연안에 인접하여 북상하는 시기로 9개 년도(2004년, 2008년, 2009년, 2011년, 2012년, 2014년, 2015년, 2016년, 2017 년)가 해당된다. 이 시기의 EKWC 주 축의 북향성분 유속은 0.6∼0.9m/s범위로 평균 0.73m/s로 나타난다. 9개 년도 중 2015년과 2017년에 울기 연안에 냉수대가 출현하였으며 그 외 7개 년도에서는 냉수대가 나타나지 않았다. 따라서 후포 연안에서 EKWC의 진행 경로가 On-coastal 로 진행하는 경우 냉수대 출현 확률은 22%로 낮다.

    (2) Normal

    후포 라인에서 8월 EKWC의 진행 경로가 H-05 정점을 지나가는 시기로 5개 년도(1993년, 1994년, 1998년, 2000년, 2003 년)가 해당된다. EKWC 주축의 북향성분 유속은 0.5∼0.8m/s 범위로 평균 0.66m/s로 나타난다. Normal 경로로 EKWC가 진행하는 연도에는 냉수대 출현을 볼 수 없었다.

    (3) Off-coastal

    후포 라인에서 8월 EKWC의 진행 경로가 H-05 정점 기준으로 하여 외측 해역을 따라 북상하는 시기로 11개년도(1995년, 1996년, 1997년, 1999년, 2001년, 2002년, 2005년, 2006년, 2007년, 2010년, 2013년)가 해당한다. 이 시기의 EKWC 중심축의 북향성분 유속은 0.6∼0.8m/s 범위로 평균 0.69m/s로 나타난다. 11개 년도 중 2002년만 울기 연안에 냉수대가 출현하지 않았으며 그 외 10개 년도에서는 냉수대가 출현하였다. 따라서 후포 연안에서 EKWC의 진행 경로가 Off-coastal로 진행할 경우 냉수대 출현 확률은 91%로 아주 높게 나타났다.

    이상의 결과와 같이 냉수대 출현 시기 EKWC가 동해 연안에서 떨어진 외측을 통해 강하게 북상하게 되면서 상대적으로 연안의 유속이 약해지면서 남향하는 흐름이 출현한다. 즉 EKWC의 off-coastal 흐름은 북쪽에 존재하는 낮은 수온의 해수를 연안을 따라 남쪽으로 밀어주거나 연안에 트래핑 시키는 현상이 나타나는 것으로 볼 수 있다. 냉수대 출현은 바람의 영향 이전에 강한 난류가 형성되어 찬물이 연안쪽에 존재 할 수 있도록 baroclinic tilting 효과로 연안에 차가운 해수를 트랩핑 하는 조건이 형성한다. TWC의 강한 북상의 흐름이 북쪽에 있는 냉수와 맞나 baroclinic tilting을 커지게 한다고 하였다(Lee and Na, 1985). 또한 Ann(1974), Seung(1984), Byun(1989), Lee et al.(2003) 연구에서도 TWC 강화에 의한 baroclinic tilting의 형성이 냉수대 출현 원인으로 역할을 한다고 하였다. 이와 같은 현상은 본 연구의 냉수대 출현 빈도에서도 알 수 있듯이 울기 연안에 냉수대가 출현하는 연도에 후포 연안의 수온이 비교적 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 따라서 울기 연안에서 냉수대가 출현하는 연도에 후포 연안에서 또한 냉수대 출현 가능성이 높아질 수 있다고 판단된다. 한편, 본 연구에서 울기 연안의 냉수대 출현과 후포 연안의 표층에서 나타나는 EKWC 경로 변동의 관계에 대해 분석하였으나 저층에서 나타나는 해수의 흐름은 파악하지 못했다. 동해 연안의 해류를 수심별로 다르게 분석해 보면 해저면에서 남쪽으로 향하는 역류가 나타나기도 한다 (Takikawa et al., 2005). 저층의 역류 또한 계절변동이 강하게 나타나기 때문에 향후 시간 변화에 따른 동한난류의 3차원적 유동 변화를 함께 분석할 필요하다고 생각된다.

    현재까지 바람에 의한 용승현상으로 인해 냉수대가 출현한다는 선행 연구결과가 가장 많다. 그러나 Suh et al.(2001)의 연구결과와 같이 울기 연안에서 용승이 발생할 수 있는 바람 강도를 가진 남풍 계열의 바람이 일정 기간 동안 불었음에도 불구하고 냉수대가 출현하지 않았다는 결과도 있다. 하계 남풍계열의 바람에 의한 외해로 향하는 취송류의 효과로 인하여 EKWC의 주축이 외해로 이격했을 가능성 또한 있겠으나 본 연구에서는 바람에 의한 효과를 고려하지 않아 았다. 냉수대를 발생시키는 주 요인으로 바람에 초점을 둔 기존 연구들과는 다르게 해류의 유동 특성과 동해안을 따라 북상하는 EKWC의 경로 변화에 따른 동해 남부 해역의 냉수대 발생 특성을 파악하기 위하여 해류 자료를 이용한 분석에 중점을 두었다. 추후 이러한 부분들까지 고려하여 분석을 진행 한다면 보다 완성도 높은 결과를 도출할 수 있을것으로 판단된다.

    4. 결 론

    장기 수온 및 유속 자료를 이용하여 한국 동해 연안의 냉수대 출현 특성을 파악하고, 동해 연안을 따라 북상하는 동한난류(East Korea Warm Current, EKWC)의 경로 변화에 동해 남부 해역의 냉수대와의 관계를 분석하였다.

    먼저 장기 수온 관측자료를 기반으로 동해 연안에서 나타난 냉수대 출현 빈도를 파악하였다. 하계 8월 울기 연안에서 냉수대 출현 빈도가 45%로 가장 높게 나타났고, 감포(33%)와 부산(22%) 순으로 호미곶 남쪽에 위치한 동해 남부 해역의 냉수대 출현 빈도가 타 연안역에 비해 높게 나타났다.

    냉수대 출현 빈도가 가장 높게 나타난 8월 울기 연안수온의 연직 분포의 특성을 보면 냉수대 출현 시기에는 연안역의 수온 성층 형성수심대가 얕으며 수온 경계층경사가 크게 나났다. 냉수대 미출현 시기의 수온 분포는 연안의 등수온선의 간격이 넓게 분포하여 수심에 따른 수온 변화가 작다. EKWC는 동해남부 연안을 따라 북향하고 후포 연안을 지나면서 경로 변동이 출현하는데 이에 따라 울기 연안의 냉수대 출현 확률이 달라진다. 후포 라인의 각 정점(H-01∼H-10) 별 유동 특성과 울기 연안 수온과의 상호 상관성을 분석한 결과 냉수대 출현 주기와 일치하는 4개월 주기의 Coherence는 연안에 가까운 해역(H-01∼H-03)에서 0.7 이상으로 높게 나났다. 반면 외해역(H-06∼H-10)에서는 Coherence는 0.5 이하로 낮게 나타난다. 이와 같이 울기 연안의 냉수대 출현과 후포 연안에 가까운 정점 에서의 유동 변화 특성 간 상호 상관성이 높음을 알 수 있었다.

    동해 남부 울기 연안에서 나타나는 냉수대의 출현과 EKWC의 경로 변동과의 연관성을 분석하였다. 후포 연안에서 EKWC 주 경로가 연안에 인접한 경우(Case 1 : On-coastal) 냉수대 출현 확률은 22%로 나타났다. 그리고 EKWC 주 경로가 129.7°E를 따라 북향할 경우(Case 2 : Normal) 냉수대 출현 확률은 0%이다. 그리고 EKWC 주 경로가 연안에서 떨어진 외측 해역을 진행할 경우(Case 3 : Off-coastal) 냉수대 출현확률이 91%로 가장 높았다. 따라서 EKWC의 경로가 후포 연안에서 외측 해역을 따라 북향할 때 울기 연안의 냉수대 출현 확률이 가장 높게 나타났다.

    사 사

    본 논문 부경대학교 자율창의학술연구비(2023년)에 의하여 연구되었음.

    Figure

    KOSOMES-31-1-11_F1.gif

    Bottom topography and type of currents in East Sea of Korea (KHOA : Schimatic current map). (TusuhimaWarm Current, TWC; East Korea Warm Current, EKWC; North Korea Cold Current, NKCC; Numbers : depth, m)

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    Location of used data points in the study area.

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    Time-series distribution of average (upper) and mimimum(lower) August water temperature by region along the coast of the East Sea.

    KOSOMES-31-1-11_F4.gif

    Time series distribution of the minimum water temperature in August by region along the East Sea. Cold-pool occurrences indicated by circles.

    KOSOMES-31-1-11_F5.gif

    Vertical distribution of water temperature in August of the years between occurrence (left) and non-occurrence (right) of cold water mass.

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    Horizontal distribution of sea surface velocity in August of the years between occurrence (left) and non-occurrence (right) of cold water mass. (Hupo line : solid line, longitude 129.7° : dotted line).

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    Power spectrum of Ulgi water temperature and northward velocity at Hupo line (H-01∼10).

    KOSOMES-31-1-11_F8.gif

    Coherence of Ulgi water temperature and northward velocity at Hupo line (H-01∼10).

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    Probability of Cold water mass occurrence according to EKWC main path variation range.

    Table

    Baroclinic tilting in August of the years between occurrence (left) and non-occurrence (right) of Cold water mass

    Average monthly TWC volume transport (1993∼2020)

    Changes in EKWC's main path in the Offshore of Hupo and the occurrence of cold water mass in Ulgi Coast for 25 years (1993-2017)

    Reference

    1. An, H. S. ( 1974), On the cold water mass around the southeast coast of Korean peninsula, J. Oceanol. Soc. Korea, Vol. 9, No. 2, pp. 10-18.
    2. Byun, S. K. ( 1989), Sea surface cold water near the southeastern coast of Korea: Wind effect, The journal of the oceanological society of Korea, Vol. 24, No. 3, pp. 121-131.
    3. Cho K. D., C. H. Hong, K. H. Lee, J. H. Yoon, S. K. Yang, Y. K. Choi, D. S. Kim, K. W. Cho, H. D. Kim, and S. W. Kim ( 2005), Descriptive Physical Oceanography, Pukyong National University Press, pp 119-121.
    4. Fukudome, K. I., J. H. Yoon, A. Ostrovskii, T. Takikawa, and I. S. Han ( 2010), Seasonal volume transport variation in the Tsushima Warm Current through the Tsushima Straits from 10 years of ADCP observations. Journal of oceanography, 66(4), pp. 539-551.
    5. Hahn, S. D., Y. S. Suh, and Y. H. Ahn ( 1995), Mapping cold water zone and warning service for aquaculture groups at the southeastern coast of Korean peninsula. In International Symposium on Remote Sensing, Vol. 11, pp. 67-74.
    6. Ingle, V. K. and J. G. Proakis ( 1999), Digital signal processing using MATLAB, Thomson-Engineering, pp. 139-190.
    7. KHOA : Schimatic Current Map (https://www.khoa.go.kr/)
    8. Lee, C. R., C. Park, and C. H. Moon ( 2004), Appearance of cold water and distribution of zooplankton off Ulsan-Gampo area, eastern coastal area of Korea. Journal of the Korean Society of Oceanography, 9(2), pp. 51-63.
    9. Lee, J. C. and J. Y. Na ( 1985), Structure of upwelling off the southeast coast of Korea, J. Oceanol. Soc. Korea, Vol. 20, No. 3, pp. 6-19.
    10. Lee, J. C. and D. H. Kim ( 2018), Physical Envirionment Associated with Upwelling off the Southeast Coast of Korea. Korean J Fish Aquat Sci, 51(5), pp. 579-589.
    11. Lee, J. C., D. H. Kim, and J. C. Kim ( 2003), Observations of coastal upwelling at Ulsan in summer 1997. Ocean Science Journal, 38(3), pp. 122-134.
    12. National Institute of Fisheries Science(NIFS) ( 2022), https:// www.nifs.go.kr/main.do.
    13. Seung, Y. H. ( 1984), A numerical experiment of the effect of coastline geometry on the upwelling along the east coast of Korea. J. Oceanol. Soc. Korea, 19(1), pp. 24-30.
    14. Suh, Y. S., L. H. Jang, and J. D. Hwang ( 2001), Temporal and spatial variations of the cold waters occurring in the eastern coast of the Korean Peninsula in summer season. Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 34(5), pp. 435-444.
    15. Takikawa, T., J. H. Yoon, and K. D. Cho ( 2005), The Tsushima warm current through Tsushima Straits estimated from ferryboat ADCP data. Journal of Physical Oceanography, 35(6), pp. 1154-1168.
    16. Teague, W. J., G. A. Jacobs, H. T. Perkins, J. W. Book, K. I. Chang, and M. S. Suk ( 2002), Low-frequency current observations in the Korea/Tsushima Strait. Journal of Physical Oceanography, 32(6), pp. 1621-1641.
    17. Thomson, R. E. and W. J. Emery ( 1998), Data analysis methods in physical oceanography. Newnes., Pergamon Press, pp. 468-487.
    18. Yang, H. S., S. J. Oh, H. P. Lee, C. H. Moon, M. S. Han, and B. K. Kim ( 1998), Distribution of particulate organic matter in the Gampo upwelling area of the southwestern East Sea. Ocean Science Journal, 33(4), pp. 157-167.
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