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ISSN : 1229-3431(Print)
ISSN : 2287-3341(Online)
Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety Vol.22 No.7 pp.836-845
DOI : https://doi.org/10.7837/kosomes.2016.22.7.836

Variation and Structure of the Cold Water Around Ganjeol Point Off the Southeast Coast of Korea

Hyo-Sang Choo*
*Faculty of Marine Technology, Chonnam National University, 50, Daehak-ro, Yeosu, Jeonnam, 59626, Korea
choo@jnu.ac.kr, 061-659-7144
December 5, 2016 December 25, 2016 December 28, 2016

Abstract

The variation and structure of the cold water mass around Ganjeol Point during the summer of 2011 were studied using data from CTD observations and temperature monitoring buoys deployed at 20 stations off the southeast coast of Korea. There was a –12°C surface temperature difference between the cold water mass and normal water during the monitoring period. Variations in the isothermal lines for surface temperature along the coast showed that the seabed topography at Ganjeol Point played an important part in the distribution of water temperature. Cold water appeared when the wind components running parallel to the coast had positive values. The upwelling -response for temperature fluctuations was very sensitive to changes in wind direction. Vertical turbulent mixing due to the seabed topography at Ganjeol Point can reinforce the upwelling of cold bottom water. From wavelet analysis, coherent periods found to be 2-8 days during frequent upwelling events and phase differences for a decrease in water temperature with a SSW wind were 12-36 hours.


하계 용승현상에 따른 간절곶 주변해역의 냉수역 구조와 변동

추 효상*
*전남대학교 해양기술학부

초록

본 연구에서는 하계 한국 남동해 간절곶 주변해역의 냉수대 구조와 변동을 CTD 관측과 수층별 수온 장기 연속 모니터링 자료 를 이용하여 분석하였다. 냉수대의 표층수온은 냉수기 이전과 -12°C 의 차이를 보였으며 해저지형 효과로 간절곶에서 냉수대 세력이 가 장 컸다. 남북해역 간 등온선의 시계열분포에 간절곶을 경계로 공간변화가 발생해 간절곶 주변 해저지형이 언덕(hill)역할을 하고 있음이 추정되었다. 냉수대는 해안에 평행한 풍속이 양(+)의 값일 때 출현하는 연안용승반응을 나타냈고, 수온의 감소와 상승은 풍향이 바뀐 후 하루 이내에 반응하였다. 간절곶 주변은 얕은 수심 주위에서 발생하는 와류효과가 결합하여 바람에 의한 용승효과가 강화되었다. 수온변 화는 2~6일 주기의 바람변동에 민감하였으며, 수온감소는 12~36시간의 위상차를 나타냈다. 냉수대가 출현한 7월은 2~3일 주기, 8월은 3~8 일 주기에서 바람-수온변화의 상관성이 컸다.


    Chonnam National University

    1.서 론

    울산광역시 울주군 서생면 대송리에 위치하는 간절곶은 우리나라 육지에서 해가 가장 먼저 뜨는 장소로 인해 최근 일반인들에게 많이 알려진 곳으로, 동해남부 해역인 울기(등 대)에서 남남서방향 약 16.6 km, 부산(남항)에서 북동방향 약 39 km에 위치한다. 간절곶은 육지에서 바다로 돌출된 형상 으로 인해 주변해역의 수심은 Fig. 1과 같이 50 m 등심선을 기준으로 해저가 융기된 듯한 형상의 얕은 구릉으로 존재하 며, 남서-북동방향으로 형성된 등수심선 남측과 북측 해역의 수심에 비해 얕다. 간절곶은 우리나라 동해남부 해역인 울 기나 울산-감포해역 인근에 위치해 이들 해역을 중심으로 하계에 종종 출현하는 냉수대(cold water mass)가 자주 나타나 는 장소(An, 1974; Lee, 1983; Byun, 1989)로, 표층수온보다 상 대적으로 –5°C 이상 낮은 중, 저층의 저수온수가 표층에 분 포한다(NIFS, 1997; 1998).

    동해 남부해역의 냉수대 출현과 그 기원에 관한 연구는 이제까지 주로 울기~감포를 중심으로 한 수온분포(Lee and Na, 1985; Lee et al., 1998; Suh et al., 2001)나 위성 영상자료 (Suh, 2001; Kim et al., 2008) 또는 수치실험(Seung, 1984; Kim and Kim, 2008) 등에 의해 이루어져 왔다. 그 주요 성과로는 냉수대 출현기원이 북한한류(Kim and Kim, 1983)이거나 남서 풍에 의한 저층수의 연안용승(Seung, 1974; Lee, 1983), 해저지 형에 의한 등온선의 상승(baroclinic tilting, Lee and Na, 1985; Lee et al., 1998), 해양구조와 최소바람역적(wind impulse, Byun, 1989)과의 관련성 등이 제시되었으며, 냉수대의 주된 원인으 로 하계 동 해역에 3일 이상 지속적으로 부는 남서풍에 의 한 용승효과(Lee, 1983; Lee et al., 2003)와 해역 내 해저지형 과 바람과의 상호작용(Lee and Na, 1985; Lee et al., 1998) 등이 주장되었다. 또 Byun(1989)은 3층 해양의 해석모델과 Seung (1984)Kim and Kim(2008)은 수치모델 실험으로 한국남동 해역의 냉수출현에 미치는 요인이 바람에 의한 Ekman 수송, 해안선 구조, 해저지형(수심)과 관련이 있음을 관측결과와 비교하였다.

    한편, 지금까지 한국 남동해의 하계 냉수출현 및 그 변 동에 관한 대부분의 연구는 국립수산과학원의 울기, 감포 해역의 연안 일일 정지관측 또는 정선 관측, 동해연안 정 점(거제~속초)의 일 수온관측자료(Suh et al., 2001) 등이 활 용되어, 울기(울산) 이남 해역에 출현하는 냉수대의 구조나 변동 또는 1일 이하 단주기적 바람과 수온변동의 관계 등 에 대해서는 조사되어진 예가 드물다. 최근 Lee(2011)는 하 계 해운대에서 출현하는 냉수를 CTD 관측과 1개 고정 부 이에서 연속 측정된 수온과 풍속자료로 바람-수온변동의 주기와 용승과정을 분석해 2~8일 주기에서 상관성이 크고 수온이 풍향에 매우 민감하게 반응함을 제시하였다. 본 연 구는 한국 남동해 간절곶 주변해역을 중심으로 20개 정점 을 설정해 수온·염분 및 수층별 수온 장기 연속 모니터링 조사를 실시해 하계 냉수대 출현 전후의 해양구조와 바람 변화에 따른 표, 중, 저층수온의 용승반응 및 그 시공간적 변동을 파악하였다.

    2.자료 및 방법

    간절곶 주변의 수온·염분 변동을 파악하기 위해 Fig. 1과 같 이 간절곶 연안 20개 정점에서 2011년 계절별로 대조와 소조 2회씩 CTD(IDRONAUT 사, OceanSeven 304 model, 압력; 0.05 % full scale, 수온; 0.002°C, 전도도; 0.003 mS/cm) 조사를 실시하 였는데, 이 시기 중 하계 8월에 냉수현상의 일부가 관측되었 다. 또한 CTD 조사와 더불어 해당 정점에서의 수온을 장기 모니터링하기 위해 각 시기 1달이상의 수온연속 관측을 실 시해, 이 중 7월 25일~ 9월 8일(45일)의 하계 모니터링 기간 중, 냉수대의 출현과 소멸과정이 측정되었다. CTD 관측은 조석, 조류에 의한 영향을 최소화하기 위해 조사영역을 남 과 북으로 나누어 2개 선박으로 각 10개 정점씩 만조시각을 기준으로 1시간 30분 이내에 관측하였고, 2개 닻을 이용한 부표에서의 수온모니터링은 각 정점의 0~1 m(표층) 그리고 Fig. 1의 U1-line 5개 정점(T-5, T-8, T-11, T-15, T-20)과 U2-line 의 T-23 정점에서는 표층과 더불어 해저 위 약 1~2 m(저층) 그리고 정점 수심 1/2 지점(중층)에도 수온계를 설치하였다.

    각 정점의 수온계(RBR 사 TR-1060 model, 수온측정범위: -5~35°C, 정밀도; ±0.002, 분해능; 0.00005°C)는 30초 간격으로 자료를 수신하였으며, 연속 측정된 수온자료를 10분 평균자 료로 변환 후 이들 연속시계열자료의 조석, 조류 및 기타 단 주기적 변동성분을 제거하기 위해 40시간 Low-pass filtering 을 하였다. 동 해역은 조석·조류에 의한 반일과 일일주기 또 는 바람 등에 의한 변동으로 야기될 수 있는 관성주기(19~21 시간) 그리고 그 밖의 준 관성주기(내부파)로 알려진 약 1.7 일(40시간)의 주기가 존재할 수 있다. 따라서 40시간 low-pass filtering은 이러한 단주기 성분의 제거를 위한 것이다(Lee et al., 1992; Roy and Heston, 1981; Thompson, 1983).

    한편, 국지풍과 수온의 변화관계를 보기위해 울산시 울주 군 서생면 대송리에 위치한 간절곶 AWS(고도 24 m)에서의 10분 평균 바람자료를 Hellman 식을 사용해 표준고도인 10 m 높이 풍속으로 환산 후 필터링을 실시하였다. 해안과 평행 한 성분의 바람은 좌표축을 시계방향 30°회전시켜 양(+)의 y 축을 간절곶 주변 해안선 방향(북북동)으로 설정하여 계산 하였다. 해역 내 수온구조는 수평 및 Fig. 1의 U1, U2-line에 서의 연직분포도를 작성하였으며 밀도 파악을 위해 T-S 다 이어그램을 작성하였다. 또한 하계 냉수역 출현시기의 한국 남동해역 표면수온 위성적외선 자료(국립수산과학원 제공) 도 이용하였다. 한편, U1, U2-line을 따르는 수온 시계열자료 의 시간변동 및 T-8, T-15, T-20 정점의 표층과 저층 수온 그 리고 바람자료 시계열을 시간영역에서 서로 비교하였으며, 수온과 바람 간 상관성 분석을 위해 Grinsted et al.(2004)의 wavelet coherence 방법을 사용하였다. 이 방법은 주파수영역 에서 시계열 내 변동의 탁월주기가 시간에 따라 일정하지 않을 경우 유용하다. 연안용승에 따른 냉수대기간은 간절곶 연안에 평행한 바람성분(남남서)에 의해 수온이 하강했다 다시 상승할 때까지로 하였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.CTD 관측

    간절곶 주변에 냉수대가 출현한 2011년 8월 1일과 8월 21 일의 표면수온 수평분포를 Fig. 2에 나타냈다. 8월 1일과 21 일은 Fig. 6에서 알 수 있듯이 7월 하순과 8월 중순 동 해역 에 매우 강력한 냉수가 출현한 2~3일 이후의 시기(NIFS, 2011)로, 두 시기 모두 표면에 냉수의 흔적이 남아있다. 8월 1일은 일부 정점들을 제외하고 20~21°C, 8월 21일은 20~22°C 의 분포였다.

    표면수온은 8월 1일 20°C이하의 냉수가 간절곶을 중심으 로 연안에서 외해로 후퇴하는 듯한 등온선 분포를 나타냈 고, 간절곶(대송리)~신리연안에 일부 남아있다. 신리 남쪽 2 1°C 전후의 수온은 북동방향으로 냉수가 물러난 연안을 따 라 간절곶 북서 진하와 강양 연안에도 존재하였다. 그러나 8 월 21일은 8월 1일과 달리 간절곶 북쪽에 20°C 이하의 수온 이 분포했고 간절곶 남쪽은 22°C 전후의 수온수가 분포했다. 특히 간절곶을 중심으로 남북으로 3°C 이상의 수온경도가 형성되어, 해역 내 급격한 등심선 변화(Fig. 1)를 가지는 얕은 수심의 간절곶 주변이 일종의 해저언덕(hill) 역할을 수행하 고 있음을 보여주며, 8월 1일 수온분포에서도 다소 나타난 다. Park et al.(2003)은 수중에 솟아 오른 초(礁)나 퇴(堆)와 같 은 언덕주변은 전면부에서 조류나 해류의 유속이 감소하고, 후면부는 와류증가로 유속이 증가해 저층수의 상승과 같은 용승현상이 발생할 수 있음을 수치실험을 통해 재현하였다. 이와 같이 간절곶 주변은 하계 바람에 의한 연안용승이 발 생하는 해역에 위치함과 더불어, 해저 지형적 요인에 의한 이류차단과 저층수의 연직혼합으로 연중 냉수가 발생하는 역학구조를 가진 해역임을 하계 냉수출현 시기 외 계절의 수온·염분과 수온장기관측 결과(Choo and Jang, 2014)를 통해 서도 파악할 수 있다.

    8월 1일과 21일의 U1-line과 U2-line에서의 수온 연직단면을 Fig. 3에 나타냈다. Fig. 2의 표층수온 분포와 달리 8월 1일은 저층에 10°C 이하의 냉수가 존재하나, 8월 21일엔 13°C 이하 의 저층수가 분포해, 8월 1일의 수온구조가 냉수세력의 흔적 이 상대적으로 더 강했던 시기에 측정되었던 것임을 알 수 있다. 냉수세력이 강했던 8월 1일은 U1과 U2-line의 수심 10~20 m 부근에 약한 수온약층이 형성되나 세력이 약했던 8 월 21일은 수심 0~10 m 부근에 8월 1일보다 강한 약층이 형 성되었다. 이는 용승해역이 아닌 해역의 하계 저층수온이 낮을 때 상층의 수온약층이 일반적으로 강하게 나타남과 비 교할 때, 용승현상에 의한 냉수가 해역의 표층까지 미치게 되면 냉수소멸이후 전 수층의 수온저하가 일어난 후, 다시 표층수온이 재 상승하는데 상당시간이 소요되는 것으로 판 단될 수 있다. 한편, 8월 21일 냉수에 의해 간절곶 북쪽 해역 에 남아 있던 19°C 전후의 표층 혼합수는 T-13, T-15 ~ T-17 정점에서 남쪽의 성층이 이루어진 해역과 분리되는 분포를 나타냈다. 이러한 수온구조는 등온선들이 해당 정점 주변에 서 전체적으로 표면을 향해 상승한 8월 1일의 수온분포에서 도 뚜렷하게 나타나, 간절곶의 해저지형이 동 해역의 수온 분포에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

    하계 두 시기의 염분과 밀도구조를 이해하기 위해 Fig. 4에 T-S 다이어그램을 나타냈다. 밀도(σt)는 18.5~25.5, 염분(psu) 은 28~33 psu의 범위로, 수온과 함께 그 변화가 매우 컸다. 냉 수세력이 컸던 8월 1일은 10°C 이하 저수온과 30.5 psu 이상 의 염분이 나타나나, 8월 21일은 냉수의 약화와 더불어 상층 의 30.0 psu 이하 저염분이 특징적이었다(Fig. 4, Choo and Jang, 2014). 동 해역은 간절곶 북쪽 강양 하구에 위치한 회야강 하 천수 영향(Oh and Han, 1986)이 큰 해역이다. 따라서 냉수대 출현과 표층염분의 관계를 직접 비교하기는 어려우나, 저층 의 저온, 고염분수가 상층으로 운반되는 용승현상의 출현이 연안의 표층염분을 상승시키는 효과를 주고 있음을 추정할 수 있다.

    등온선 분포와 함께 제시된 8월 15일의 위성영상자료(Fig. 5)는 Fig. 6에서 볼 수 있듯이 간절곶 주변 냉수세력이 큰 시 기 한국 남동해역에서 촬영된 해수표면수온 분포이다.

    간절곶 연안은 구름 영향으로 등온선이 명확하지 않으나, 주변해역의 전반적 수온형태로 볼 때, 20°C 전후의 냉수대가 호미곶~울기~간절곶~기장연안까지 분포하고 있음을 추정할 수 있다. 이 시기 한국 남동해역인 부산에서 포항 인근 연안 까지 25°C 이하 저수온이 출현해 있음을 볼 때(Lee, 2011), 간 절곶 연안 냉수대는 지금까지 울산-감포 해역을 중심으로 발생하는 하계 연안용승의 일부임을 알 수 있다. 그러나 이 러한 간절곶 주변 저수온이 바람에 의한 연안용승현상에 의 한 것인지는 해당해역의 바람과 수온 연속자료의 검토를 통 해 확인할 필요가 있다.

    3.2.수온 장기연속 관측

    Fig. 1에 나타낸 20개 수온 모니터링 정점 중 U1과 U2-line 을 따라서의 2011년 7월 25일~9월 8일(45일 간) 측정된 표층 수온 변동을 Fig. 6에 나타냈다. 그림 속 자료의 공백은 장기 연속 측정 중 자료수집에 문제가 있거나 연안 선박에 의한 수온계 소실로 측정 자료가 없거나 자료에 이상이 발생된 부분이다. 뚜렷한 냉수대 현상은 7월 하순과 8월 중반 두 차 례 출현하였다. 냉수대 세력이 강했던 시기는 7월 30일~31일, 8월 10~11일, 16일~18일로, 이 시기 전 해역에서 12~14°C의 수온분포를 보여 냉수대 이전 혹은 이후 표면수온 24~26°C 에 비해 –12°C의 차이를 보였다. 냉수대 중 가장 낮은 수온 분포를 보인 곳은 간절곶 주변 T-15 ~ T-18 정점이었다. 두 line 수온의 시간변동은 대체로 유사하나 U1-line의 수심이 더 얕아 냉수의 세기와 출현은 U2-line보다 다소 앞섰다. U1 과 U2-line냉수세력이 타 해역보다 간절곶을 중심으로 더 강 해진 것은 Fig. 3에서와 같이 간절곶 지형으로 인한 연직혼 합이 더해진 효과로 판단된다. 또 측정해역을 따라서의 등 온선 시계열 분포가 간절곶을 경계로 굴절 혹은 변곡되는 현상이 나타나, 간절곶 주변에 솟아오른 해저지형이 동 해 역의 해황구조에 일종의 언덕(hill) 역할을 하고 있음을 추정 할 수 있다.

    표, 중, 저층의 수온관측이 동시에 이루어진 U1-line 정점 에서 측정기간 중 자료수집이 정상적으로 이루어진 간절곶 남쪽, 간절곶, 간절곶 북쪽 해역 T-8(수심 33 m), T-15(수심 12 m), T-20(수심 15 m) 정점의 수온변화와 바람과의 관계를 비교하 기 위해 Fig. 7에 해당기간의 풍속벡터와 표층수온 시계열을 함께 나타냈다. 바람은 남서~남남서풍(벡터방향 북동~북북 동), 북~북북동풍(남~남남서 방향)이 관측기간 중 교대로 불 었으며, 북풍계열 바람이 좀 더 우세하였다. 남서풍계열 바 람이 불기 시작한 후 세 정점의 수온은 모두 급격히 하강하 기 시작하였으며, 북풍계열 바람으로 바뀐 이후 점차 수온 이 상승하는 형태를 보여, 풍향 변화에 따른 수온변동이 두 드러졌다.

    세 정점의 표(Tsur), 중(Tmid), 저층(Tbot)에 대한 수온변화와 간절곶 해안에 평행한 바람성분(Wy)의 변동을 Fig. 8에 나타 냈다. 간절곶 정점 T-15의 중층수온은 일부구간에 이상이 발 견되어 표층과 저층수온 변화만 제시하였다. 북북동 해안에 평행한 성분의 바람(남남서풍)은 관측기간 중 A, B, C로 표시 한 3차례 기록되었으며, 최대 9.2 m/s, 상위 30 % 평균 6.4 m/s, 평균 4.5 m/s의 크기를 나타냈다. A와 B 기간은 약 4.5일과 11일이었다. 바람변동에 따른 표~저층수온의 상승과 하강이 Fig. 7의 비교에서 보다 더 뚜렷하게 풍속이 양(+)의 값이면 수온하강, 음(-)일 경우 수온이 상승하는 바람-수온 역상관의 패턴을 보여, 동 해역에 출현한 냉수대가 해안에 평행한 성 분의 바람에 의한 연안용승현상의 결과임을 알 수 있다. Lee(1983)는 1973~1979년 한국 남동해안에 출현한 표면수온의 하강과 풍속과의 통계에서 평균적으로 연안에 평행한 성분의 4 m/s 바람이 10일 동안 지속적으로 불 때 –2.9 ~ –4.9°C의 연 안용승효과가 발생함을 지적한 바 있으며, 해에 따라 2.9~6.2 m/s 풍속과 3~33일의 취송시간에 연안용승현상이 현저함을 조사하였다. 또 Lee(2011)는 하계 냉수대 기간 동안 수온의 변동이 풍향변화에 민감하게 반응하는 것은 연안용승효과 에 의한 것임을 연속수온측정결과로 제시하였다.

    남남서풍이 4.5일 동안 분 A 기간 중 표층수온은 25°C에서 13°C까지 약 12°C 감소하였으며, T-15 정점에서 수온하강이 가장 컸다. 중, 저층수온도 약 22°C에서 9~12°C까지 하강해 전 층에서의 수온감소가 현저하였다. 남남서풍 취송에 따른 수온변화는 수온의 감소가 하루 이내에 반응했고, 풍향이 북북동으로 바뀌면 하루 이내에 다시 상승하는 패턴을 세 정점 모두에서 보였다. A 기간 이후 수온은 점차 상승해 용 승반응 이전 수온으로 복귀해, 8월 7일부터 11일 동안의 B 기 간 중 남남서풍에 다시 냉수현상을 나타냈다. 이 기간 중 바 람-수온의 변화는 최초 바람이 불기 시작한 후 수온이 12°C 전후로 급격히 감소하는 것은 A 기간과 유사하나, 8월 7 일~18일 남남서풍 세기의 변화에 따라 일시적 수온상승과 이후 지속적 수온하강 상태가 지속되었다. 그러나 A 기간과 달리 8월 18일 이후 풍향이 북북동으로 바뀐 이후는 약 2일 동안 저수온이 유지되다가 수온이 급히 상승하였다. 이는 B 기간이 A 기간에 비해 남남서풍의 취송이 약 3배 정도 연속 으로 길게 작용해 용승에 따른 냉수 세력이 매우 강했기 때 문이 아니었나 생각된다. 9월 6일 이후의 C 기간도 남남서풍 을 기록했으나 수온 측정기간이 짧아 A와 B 기간과 같은 풍 향 변환 후 1일 이내의 두드러진 표층수온하강은 찾아 볼 수 없었다. 그러나 북북동풍이 B~C 기간 사이 19일간(8월 18 일~9월 6일) 부는 동안 세 정점의 표층수온은 수온상승 후 별다른 변화가 나타나지 않았던 반면, 중, 저층에서는 남남 서풍이 아님에도 불구하고 9월 1~2일에 수온감소가 나타났 다. 특히 T-8과 T-20 정점의 저층수온은 9월 1일 경 북북동풍 의 풍속이 더 강해지는 시기를 전후해 5°C 가량 수온감소를 보였다. 이러한 수온감소는 남남서풍 취송에 의한 냉수보다 상대적으로 수온은 높았으나, 그 반응이 저층에서 더 민감 하고 표층으로 갈수록 약화되었다. 이 같은 현상은 특히, 수 심이 깊은 T-8 정점에서 남남서풍과 북북동풍에 의해 발생 한 수온감소의 표~저층 간 반응을 서로 비교할 때 대조적으 로 나타나 흥미롭다. Seung(1974)에 의하면 냉수대 발생의 주 원인이 바람과 해역의 수심에 따른 상호작용으로 표층수와 하층수의 속도차에 의해 나타나며, 남서풍이 불 때 저층에 남향류가 생성될 수 있음(Seung, 1984)을 주장하였다. 따라서 남남서풍에 의한 연안용승이 수심이 얕은 연안의 강한 성층 구조에서 연안 측 등온선이 상승해 표층수온이 하강하는 것 과 달리, 북북동풍이 갑자기 강해질 때는 저층냉수의 남하 와 연안 표층수의 침강현상이 발생해 중, 저층으로 갈수록 수온하강이 커질 수 있을 것으로도 생각되나, 향후 자료 분 석을 통한 좀 더 면밀한 분석이 필요할 것으로 판단된다.

    세 정점에서 바람에 따른 수온변화의 공통적 특징은 풍향 이 남남서풍으로 전환될 때 바로 수온감소가 나타났는데, 이는 Byun(1989)이 한국 남동해 표면냉수 출현과 바람응력의 연구에서 3층 구조 성층해양의 용승에 minimum wind impulse (3.2일 동안 7 m/s)가 필요하다는 해석적 주장과 달리, Lee (1983; 2011)나 Lee et al.(2003)의 관측 및 분석에서 제시된 취 송 후 하루 이내(3~18시간)에 즉각적으로 수온이 하강한다는 결과와 잘 일치하였다. 한편, 간절곶 정점 T-15 표, 저층(수 심 12 m)의 바람에 의한 수온변화는 타 정점의 수층 내 변화 보다 변동양상과 위상이 거의 동일해 간절곶의 해저지형 요 인이 에크만 수송에 의한 연안용승효과를 강화시킨 것으로 추정되었는데, 이는 한국 남동해 주변의 해저지형이 용승강 도에 영향을 미친다는 Lee and Na(1985)Lee et al.(1998)의 주장과 일치한다. 그러나 대상으로 한 해역의 공간규모가 다르고 수심변화도 Fig. 1과 같이 간절곶 주변 소규모 해역 에 국한되어, 수심변화에 따른 수층 간 평형상태 유지에 의 한 것 보다는 해역 내 솟은 해중산이나 언덕 주위에 발생하 는 와류에 의한 용승효과(Park et al., 2003; Kim et al., 2007)가 결합해 용승이 강화되어 진 것으로 생각된다.

    간절곶 해안에 평행한 풍속(Wy)과 간절곶 주변 T-8, T-15, T-20 정점 표층수온 변화의 관계를 주파수영역에서 분석한 후, 해당 주기(주파수의 역수) 변동에 대한 coherence(상관도) 로 나타낸 wavelet coherence 결과를 Fig. 9에 나타냈다. 그림 속 color는 붉은 색으로 갈수록 상관도는 크며, 화살표들은 두 시계열 변화의 위상을 표시하는데 화살표 방향이 오른쪽 (→)이면 위상이 일치(풍속증가-수온증가)하고 왼쪽(←)이면 반대(풍속증가-수온감소)이다. 따라서 남남서풍에 대해 왼쪽 에서 시계방향 각도만큼 수온감소의 위상차가 발생함을 의 미한다. 분석에는 용승현상에 의한 수온감소 뿐만 아니라 북북동풍에 따른 수온증가도 포함되어 있다. color 영역(cone) 바깥은 분석 불가능 영역이며, 굵은 실선으로 표시된 내부 는 95 % 이상 신뢰도영역이다. 한편, 분석에 사용된 시계열 이 40시간 이하 단주기성분이 50 % 이상 감소되도록 필터링 한 것이므로 1~2일 주기의 결과는 물리적으로 의미가 적다. 2일 주기 이상 95 % 신뢰도영역에서 화살표는 세 정점 모두 대체로 위쪽(북서~북동)을 향하고 있어, 풍속증가-수온감소 가 2일 주기변동에 12시간, 2~3일 15시간, 3일 18시간, 4일 24 시간, 6일 36시간 전후의 위상차를 갖는 것으로 해석되었다. 바람에 대한 수온반응의 결과로 Lee et al.(2003)은 울산주변 에서 바람이 2.4일 주기일 때 수온은 17시간, 4~5.4일 주기에 서 27~37시간의 시간차를 가지고, 해운대 연안에서는 2일 주 기 때 12시간, 4일 주기에 24시간 이내의 위상차를 나타낸다 고 제시하였다(Lee, 2011). 바람과 수온감소 반응의 이러한 연구결과는 간절곶 주변에서의 분석과 대체로 일치하고 있 으며, 하계 남서풍 취송에 따른 수온감소가 12~36시간 이내 에 반응하고 있음을 알 수 있다. 한편, 상관성은 7월 하순이 2~3일 주기, 8월 상순~중순이 3~8일(특히 6일) 주기에서 컸 다. 2~3일 주기 변동은 8월 하순~9월 초순에도 풍속증가-수 온증가의 위상에서 비교적 높은 상관성을 나타냈다. 이 시 기의 높은 상관성은 Fig. 8에서와 같이 바람에 대해 수온의 증가, 감소가 현저하고 민감했기 때문으로 판단된다.

    용승에 의한 수온감소기간 중 T-8, T-15, T-20 정점 표, 중, 저층의 수온변화와 해안에 평행한 풍속과의 관계를 Fig. 9의 방법으로 분석한 다음, 2일, 2~3일, 3일, 4일, 6일 주기변동 각각에 대한 위상차를 Table 1에 나타냈다. 2일 주기변동은 대체로 12~15시간의 위상차를 가졌으나, 수심이 상대적으로 깊은 T-8 정점의 중, 저층에서 다소 늦었다. 2~3일 주기변동 은 15~18시간의 위상차였으나, T-20 정점에서 다소 작았다. 3 일 주기변동은 18시간 전후, 4일 24~27시간, 6일 36시간 전후 로, 정점과 수심에 따라 3~6시간의 차이를 보였다. 간절곶 주변 T-8, T-15, T-20 정점은 약 4 km 간격의 비교적 좁은 범 위 해역으로, 바람변동이 정점들에 미치는 영향에 큰 차이 가 없을 것으로 판단되나, Fig. 2, 3과 같이 수심, 주변지형, 성층구조가 해역에 따라 다르므로 이에 따른 위상 차를 고 려하면, 수심이 얕은 T-15, T-20 정점이 T-8 정점에 비해 바 람과 수온변동의 위상차가 작았다. 표~저층 간은 T-8 정점이 표층에서 저층으로 갈수록 위상차가 다소 커졌으나, 연직 혼합이 컸던 T-15 정점에서는 위상차가 거의 나지 않았다. 그러나 전체 주기에서 세 정점 간 또는 수층 간 위상차는 최 대 6시간 이내로 그리 크지 않았다.

    4.요약 및 결론

    하계 한국 남동해 간절곶 주변해역의 냉수대 구조와 변 동을 CTD 관측과 수층별 수온 장기 연속 모니터링 자료를 이용하여 연구하였다. 표층수온은 간절곶 북쪽의 20°C 이 하 혼합역, 간절곶 남쪽의 22°C 전후의 성층역으로 간절곶 을 중심으로 남북방향 3°C 이상의 수온경도가 형성되었다. 수온약층은 냉수세력이 강한 시기 수심 10~20 m, 약한 시기 0~10 m 부근에 존재하였으며, 냉수세력이 강할 때 표층염분 은 상승하였다. 표면에서 –12°C의 차이를 보인 냉수대는 간절곶 주변 해저지형 효과로 인한 연직혼합이 더해져 간 절곶에서 냉수대 세력이 가장 컸다. 또 간절곶을 경계로 남북해역 간 등온선의 시계열분포에 공간변화가 발생해, 동 해역 해황구조에 간절곶 주변 해저지형이 언덕역할을 하고 있음을 추정할 수 있다.

    바람과 수온과의 분석에서 해안에 평행한 바람은 4.5~11일 동안 평균 4.5 m/s였으며, 풍속이 양(+)의 값이면 수온하강, 음(-)일 경우 수온이 상승하는 역상관의 패턴을 보여, 냉수대 출현이 바람에 의한 연안용승현상임을 알 수 있었다. 수온 의 감소와 상승은 풍향이 바뀐 후 하루 이내 반응하여 풍향 변동에 매우 민감하였다. 북북동풍이 강해질 때는 저층에서 수온하강이 나타나, 주변 냉수의 유입과 침강이 수온감소를 일으킬 수 있음을 알 수 있었다. 간절곶 주변은 타 해역에 비해 얕은 수심(언덕) 주위에서 발생하는 와류효과가 결합 되어 바람에 의한 연안용승효과가 강화되었다. 수온변화는 2~6일 주기의 남남서풍 변동에 민감하였으며, 수온감소는 2 일 주기에서 12~15시간, 2~3일 주기 15~18시간, 3일 주기 18 시간, 4일 24~27시간, 6일 36시간 전후의 위상차를 나타냈다. 위상차는 수심이 얕은 정점에서 작았으며, 표층에서 저층으 로 갈수록 커지는 경향을 보였다. 연직혼합이 큰 간절곶 주 변은 표, 저층 간 위상차가 나지 않았다. 바람과 수온변화의 상관성은 7월 하순이 2~3일 주기, 8월 상순~중순이 3~8일 주 기에서 컸다.

    감사의 글

    이 논문은 2016년도 전남대학교 학술연구비 지원에 의하 여 연구되었습니다. 본 연구에 필요한 자료를 제공해 주신 전남대 장덕종 교수님과 심사위원님의 노고에 감사드립니다.

    Figure

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    Maps of bottom topography (left) and CTD observation and temperature monitoring stations (right) in the studied area off the southeast coast of Korea. Contours denote the depth in meters. U-1 line and U-2 line designate stations for vertical profiles.

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    Horizontal distributions of surface temperature on 1 (left) and 21 (right) August 2011.

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    Vertical distributions of temperature at U-1 line (left panel) and U-2 line (right panel) on 1 and 21 August 2011.

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    A T-S diagram of water masses observed on 1 and 21 August 2011.

    KOSOMES-22-7-836_F5.gif

    Satellite (NOAA-18) infrared imagery off the southeast coast on 15 August 2011 (Satellite Ocean Information Lab. NIFS, Korea).

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    Variations of 10-minute mean low-passed surface water temperature along the U-1 line (left) and U-2 line (right) from 25 July to 8 September 2011.

    KOSOMES-22-7-836_F7.gif

    Changes in low-passed wind velocity (m/s) and surface water temperature (°C) at station T-8, T-15 and T-20 from 25 July to 8 September 2011.

    KOSOMES-22-7-836_F8.gif

    Comparisons of alongshore wind (Wy) and water temperatures of surface, mid and bottom layers at station T-8 and T-20 and surface and bottom layers at station T-15. A to C designate wind events favorable for declines of water temperatures.

    KOSOMES-22-7-836_F9.gif

    Squared wavelet coherences between the alongshore wind velocity and surface water temperature at station T-8, T-15 and T-20. The 95 % confidence level is shown as thick contour. Coloured areas depict the con of influence.

    Table

    Phase differences (in hours) at 2~6 days period analysed from squared wavelet coherence between the alongshore wind velocity and water temperature at surface, middle and bottom layers of T-8, T-15 and T-20 station

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