해양환경 기반 한국 연근해 어장 민감도 평가 기술 개발

주희태 ( Huitae Joo ),유만호 ( Manho Yoo ),윤상철 ( Sang Chol Yun ),김창신 ( Chang Sin Kim ),이민욱 ( Min Uk Lee ),김상일 ( Sangil Kim ),박경우 ( Kyoung Woo Park ),황재동 ( Jae-dong Hwang ),오현주 ( Hyun Joo Oh ),윤석현 ( Seok-hyu 한국수산과학회 2021 한국수산과학회지 Vol.54 No.4

Although scientist have been reporting recently that changes in ocean environment influence the species composition, movements, and growth of fish in Korea waters. Previous studies on fish vulnerability owing to climate changes are insufficient to explain the effect of fluctuating ocean environments on fisheries ground. In this study, we suggested a method for the assessment of fisheries sensitivity to various factors in ocean environments in Korean waters. To evaluate the fisheries sensitivity, catch data (Chub mackerel, Hairtail, Common squid, small yellow croaker) from National federation of fisheries cooperatives in Korea (1991-2017) and oceanographic data from Korea Ocean Data Center (KODC; 1960-2017) were normalized using the z-score method. Thereafter, the fisheries sensitivity was calculated using the difference between the catch data and the oceanographic data. Finally, the fisheries sensitivity was evaluated based on evaluation grade ratings. Result revealed that in the south sea, variability in catch data was obviously higher than environmental fluctuation (evaluation grade 1), indicating that catch variability in response to environmental change is most sensitive in the south sea among Korean waters in 2017. These results would be helpful for fishery management and policy for sustainable yield in Korean waters.

Potential Overestimation in Primary and New Productions of Phytoplankton from a Short Time Incubation Method

이상헌,주희태,이장한,강재중,임재현,윤미선,이재형,강창근 한국해양과학기술원 2015 Ocean science journal Vol.50 No.3

A short (4–5 hour) incubation method for a 13C-15N dual isotope tracer technique has been widely applied for the measurements of daily primary and new productions of phytoplankton. However, there has been no research conducted to determine if there are any differences in the estimated daily productions between short incubation periods and 24 hour incubations. Based on hourly uptake rates estimated from a 4 hour incubation at a coastal site in the East/Japan Sea, the daily carbon and nitrogen uptake rates of total phytoplankton were approximately 60% overestimated compared to those derived from a 24 hour incubation. Especially for large phytoplankton, the daily carbon uptake rates based on the 4 hour incubation were greatly overestimated (> 200%). In contrast, the daily rates of small phytoplankton were not significantly different between the two different incubations. This is mainly because the daily carbon and nitrogen uptake rates of large phytoplankton were significantly correlated with light intensity. Consequently, the contributions of small phytoplankton were underestimated whereas large phytoplankton contributions were overestimated in daily carbon and nitrogen uptake rates based on a 4 hour incubation. Further investigations into these potential overestimations in daily carbon and nitrogen uptake rates of phytoplankton, especially for large size cells, will be needed to be carried out in order to obtain better estimations of annual primary and new productions.

한반도 주변해역에서의 NOAA-20/VIIRS 해수면온도 검증과 오차 특성

김희영,박경애,주희태,이준수,양준용 한국지구과학회 2023 한국지구과학회지 Vol.44 No.5

본 연구에서는 미국 해양 대기청 (NOAA)의 NOAA-20 위성에 장착된 차세대 고해상도 복사계인 VIIRS로부터산출된 적외 해수면온도의 자료를 수집하고 , 실측 자료와의 일치점을 생산하여 한반도 주변 해역에서의 정확도를 검증하였다 . 2020년 5월부터 2023년 6월까지 최근 3년간의 자료를 사용하였고 , 총 75,700개의 일치점을 생산하였다 . NOAA-20/VIIRS 해수면온도는 표층 뜰개 부이 관측 해수면온도와 비교해보았을 때 약 0.52K의 평균 제곱근 오차와 –0.12 K의 평균 편차를 보였고 , 이는 전구 해역을 대상으로 한 기존의 정확도 검증 연구 결과값을 상회하는 수치였다 . NOAA-20 해수면온도의 오차 특성 분석 결과 겨울과 봄에는 음의 편차가 , 여름철에는 양의 편차를 보이는 계절적 특성이 나타났으며 , 15-16시에 최대 평균 제곱근오차 , 최대 양의 편차 및 22-24시에 최소 평균제곱근오차 , 최소 편차를가지는 일간 변화를 보였다 . 이외에도 NOAA-20 해수면온도의 오차는 풍속 , 위성 천정각 , 연안으로부터의 거리 , 해수면온도의 공간 구배 크기에 영향을 받아 변동하는 특성이 나타났다 . 전반적으로 위성 해수면온도의 편차값은 14ms1 이상의 풍속 범위에서 풍속이 커질수록 양의 방향으로 증가하는 경향을 보였으며 , 5 m s1 이하의 낮은 풍속 범위에서는풍속이 약해질수록 낮/밤 자료에 따라 각각 양의 방향 , 음의 방향으로 편차가 증가하였다 . 위성 천정각이 커질수록 해수면온도의 오차 범위는 급격하게 증가하였으며 , 연안에 근접할수록 (<300 km) 위성 해수면온도의 오차가 증가하는 것을 확인할 수 있었다 . 해수면온도의 공간 구배는 그 크기가 커질수록 위성 해수면온도의 평균 제곱근 오차를 증폭시키는 경향이 나타났다 . 국지적인 해역에서의 위성 해수면온도 정확도 및 오차 특성은 전구 해역에서의 전반적인 특성과는다르게 나타날 수 있다는 점을 고려할 때 본 연구는 향후 한반도 주변해에서 VIIRS 해수면온도를 활용하기 위한 선행연구로 해수면온도 오차의 변동 특성 및 분포에 대한 깊은 이해가 필요함을 시사한다 . In this study, data of infrared Sea Surface Temperature (SST) obtained from the next-generation high-resolution radiometer VIIRS on the NOAA-20 satellite were collected and collocated with in-situ measurements toverify accuracy in the seas around the Korean Peninsula. Data spanning from May 2020 to June 2023 were utilized,resulting in the generation of 75,700 match-up points. The NOAA-20/VIIRS SST showed a mean Root-Mean-Square-Error (RMSE) of approximately 0.52 K and a mean bias of -0.12 K when compared to SST observations fromsurface buoys. These values exceeded the accuracy of VIIRS SST reported in previous studies conducted in globaloceans. Analysis of NOAA-20 SST error characteristics revealed seasonal variations, with negative biases observed inwinter and spring, while positive biases were prominent during the summer. Additionally, diurnal variations wereobserved, with maximum RMSE and maximum positive biases occurring around 15-16 hours, and minimum RMSEand minimum biases around 22-24 hours. Furthermore, the errors in NOAA-20 SST were influenced by factors suchas wind speed, satellite zenith angle, distance from the coast, and the gradient magnitude of SST. Generally, themean bias of SST tended to increase positively with wind speeds above 14 m s1 and increase positively or negativelywith decreasing wind speeds below 5 m s1, depending on daytime or nighttime. Additionally, a larger satellite zenithangle led to a significant expansion of the SST error range. The proximity to the coastline (within 300 km) wasassociated with increased SST errors. Larger spatial gradients of SST amplified the average RMSE of satellite SST. Considering the distinct characteristics of SST accuracy and error patterns in regional seas, especially in the seasaround the Korean Peninsula, this study emphasizes the need for a deeper understanding of the variations anddistribution of SST errors. This preliminary research serves as a foundation for the future utilization of VIIRS SSTin the seas around the Korean Peninsula.

한반도 주변해 GMI 마이크로파 해수면온도 검증과 환경적 요인

김희영,박경애,곽병대,주희태,이준수 한국지구과학회 2022 한국지구과학회지 Vol.43 No.5

Sea surface temperature (SST) is a key variable that can be used to understand ocean–atmosphere phenomenaand predict climate change. Satellite microwave remote sensing enables the measurement of SST despite the presence ofclouds and precipitation in the sensor path. Therefore, considering the high utilization of microwave SST, it is necessaryto continuously verify its accuracy and analyze its error characteristics. In this study, the validation of the microwaveglobal precision measurement (GPM)/GPM microwave imager (GMI) SST around the Northwest Pacific and KoreanPeninsula was conducted using surface drifter temperature data for approximately eight years from March 2014 toDecember 2021. The GMI SST showed a bias of 0.09K and an average root mean square error of 0.97K compared tothe actual SST, which was slightly higher than that observed in previous studies. In addition, the error characteristics ofthe GMI SST were related to environmental factors, such as latitude, distance from the coast, sea wind, and water vaporvolume. Errors tended to increase in areas close to coastal areas within 300 km of land and in high-latitude areas. Inaddition, relatively high errors were found in the range of weak wind speeds (<6 m s−1) during the day and strong windspeeds (>10 m s−1) at night. Atmospheric water vapor contributed to high SST differences in very low ranges of <30 mmand in very high ranges of >60 mm. These errors are consistent with those observed in previous studies, in which GMIdata were less accurate at low SST and were estimated to be due to differences in land and ocean radiation, wind induced changes in sea surface roughness, and absorption of water vapor into the microwave atmosphere. These resultssuggest that the characteristics of the GMI SST differences should be clarified for more extensive use of microwavesatellite SST calculations in the seas around the Korean Peninsula, including a part of the Northwest Pacific. 해수면온도는 해양-대기의 현상을 이해하고 기후변화를 예측하기 위해 사용되는 중요한 변수이다. 마이크로파영역의 인공위성 원격탐사는 구름과 강수와 같은 기상현상 위성 관측 측기의 경로에 존재하더라도 해수면온도 획득을가능하게 한다. 따라서 마이크로파 해수면온도의 높은 활용도를 고려하면 위성 해수면온도를 정확도를 지속적으로 검증하고 오차 특성을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 2014년 3월부터 2021년 12월까지 약 8년 동안 Global PrecipitationMeasurement (GPM)/GPM Microwave Imager (GMI) 마이크로파 해수면온도의 정확도를 표층 뜰개 부이 수온 자료를사용하여 검증하였다. GMI 해수면온도는 실측 해수면온도에 비해 0.09 K의 편차와 0.97 K의 평균 제곱근 오차를 보였고, 이는 기존 연구 결과에 비해 다소 높게 나타났다. 이외에도 GMI 해수면 온도의 오차 특성은 위도, 연안과의 거리,해상풍 및 수증기량과 같은 환경적 요인과 관련성이 있다. 오차는 육지에서 300 km 이내의 거리에서 해안 지역에 가까운 지역과 고위도 지역에서 증가하는 경향이 있다. 또한 낮에는 약한 풍속(<6 m s−1), 밤에는 강한 풍속(>10 m s−1) 범위에서 상대적으로 높은 오차가 나타났다. 대기 수증기는 30 mm 미만의 매우 낮은 범위 또는 60 mm보다 큰 매우 높은범위에서 높은 해수면온도 차이에 기여했다. 이러한 오차들은 저수온에서 GMI 자료의 정확도가 떨어지는 기존 연구와일치하며, 연안으로부터의 거리, 풍속, 수증기량에 의한 오차의 경우 육지와 해양의 방사율 차이 및 바람에 의한 해수면 거칠기 변화, 수증기의 마이크로파 대기 흡수에서 기인하는 것으로 추정된다. 이는 한반도 주변해에서 마이크로파위성 계산 SST를 보다 광범위하게 활용하기 위해서는 GMI 해수면온도 오차의 특성에 대한 이해가 필요함을 시사한다.

2023년 태풍 카눈 통과에 따른 한국 남해 통영해역 수온 변동 연구

황재동,안지숙,김주연,주희태,민병화,남기호,이시우 해양환경안전학회 2024 해양환경안전학회지 Vol.30 No.1

한국 남해 동부 해역인 통영해역에 설치된 연안 수온 분석 결과, 태풍이 남해안에 상륙하기 전에 수온이 급격하게 상승한 것으로 나타났다. 수온 상승은 표층(5m)은 물론 저층(15m)까지 같이 발생하였다. NOAA 위성에서 관측한 표면수온자료 분석 결과, 태풍이 상륙하기 전 한국 남해 동부 해역의 동쪽 해역에 30℃의 수온을 가지는 해수가 존재하였다. 한국 남동해역은 대마난류에 의해 서쪽에서 동쪽으로 해류가 우세한 지역이나 위성 자료 분석 결과, 30℃의 해수는 동쪽에서 서쪽으로 이동한 것으로 나타나 태풍 상륙 전에 태풍에 의한 에크만 수송의 영향을 받은 것으로 나타났다. 또한 남해 동부 해역은 한국 동해 해역과 달리 수심이 깊지 않기 때문에 바람에 의한 연직 혼합으로 인해 전 수층의 수온이 일정하게 나타날 수 있다. 수층별 수온 상승이 같은 날에 발생하였기 때문에 저층 수온 상승은 연직 혼합에 의한 결과라 볼 수 있다. 따라서 한국 남동해역은 태풍의 접근 방향과 고수온의 형성 위치에 따라 에크만 수송에 의해 수온이 급 상승할 수 있는 해역임을 알 수 있다. An analysis of the coastal water temperature in the Tongyeong waters, the eastern sea of the South Sea of Korea, revealed that the water temperature rose sharply before the typhoon made landfall. The water temperature rise occurred throughout the entire water column. An analysis of the sea surface temperature data observed by NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration) satellites, indicated that sea water with a temperature of 30℃ existed in the eastern waters of the eastern South Sea of Korea before the typhoon landed. The southeastern sea of Korea is an area where ocean currents prevail from west to east owing to the Tsushima Warm Current. However, an analysis of the satellite data showed that seawater at 30℃ moved from east to west, indicating that it was affected by the Ekman transport caused by the typhoon before landing. In addition, because the eastern waters of the South Sea are not as deep as those of the East Sea, the water temperature of the entire water layer may remain constant owing to vertical mixing caused by the wind. Because the rise in water temperature in each water layer occurred on the same day, the rise in the bottom water temperature can be considered as owing to vertical mixing. Indeed, the southeastern sea of Korea is a sea area where the water temperature can rise rapidly depending on the direction of approach of the typhoon and the location of high temperature formation.

동해 고수온 발생현황 및 기상요소와의 관계

안지숙,김상우,임진욱,박명희,김주연,오승열,주희태,황재동,오현주 한국환경과학회 2019 한국환경과학회 학술발표회 발표논문집 Vol.2019 No.11

A Review on the Macromolecular Compositions of Phytoplankton and the Implications for Aquatic Biogeochemistry

P. S. Bhavya,김보경,조나은,김관우,강재중,이재형,이다빈,이장한,주희태,안소현,김예원,민준오,강민구,윤미선,강창근,이상헌 한국해양과학기술원 2019 Ocean science journal Vol.54 No.1

Biochemical composition of phytoplankton is a key indicator of the physiological and nutritional status of phytoplankton. A balanced biochemical pattern represents a healthy and productive metabolism in the autotrophic levels which can facilitate proper functioning of higher level organisms. The estimation of biochemical compositions was initiated in the early 1970’s. However, there has been a significant set of modifications in the extraction method and improvements in the sampling and analysis techniques since then. Similarly, the extent of biochemical measurements from various aquatic ecosystems around the globe has also increased. Recently, biochemical patterns are being used as a tool to track the changes in the physiological status of phytoplankton as a response to climate change. Such investigations are also forming part of research works on marine food webs and the nutritional status of ecosystems. This article is a brief review of research works carried out so far in an attempt to understand the biochemical compositions of phytoplankton in the global oceans and the implications with regard to changing environmental conditions.