ADCP 표층유속 자료처리방법 개선을 통한 영산강 하구 표층 방류수 이류속도 산정

신현정,강기룡,이관홍,Shin, Hyun-Jung,Kang, Kiryong,Lee, Guan-Hong 한국해양학회 2014 바다 Vol.19 No.3

연안에서 관측된 Acoustic Doppler Current Profiler(ADCP) 유속자료의 10-20%는 음향반사 측면효과로 인하여 일반적으로 사용하지 않는다. 본 연구는 ADCP의 사용되지 않았던 자료를 복구하여 영산강 하구에서 저조시 방류되는 담수의 경계면 이류속도를 구하고 이를 통해 담수 유량과 수층의 역학적 안정도를 보다 정확하게 계산하여 하구 내 혼합 환경을 잘 이해하고자 한다. 현장관측은 2011년 8월 영산강의 하구언 전면과 고하도 부근 두 정점에서 한달 동안 실시하였으며, 방류수의 이류속도는 유효 유속 판정에 상관도, 퍼센트굿, 그리고 유속 히스토그램의 엄격한 기준을 적용한 ADCP 후처리방법을 적용하여 복원하였다. 또한, 같은 수로에 위치한 두 정점에서 이류하는 퇴적물의 농도피크시간을 토대로 퇴적물의 이류속도(Sediment Advection Speed)를 계산하여 방류수 이류속도를 비교 검증하였다. 퇴적물의 이류속도를 방류시 ADCP의 표층유속과 비교하였을 때, 방류량이 $2.0{\times}10^7$톤 보다 크면 두 속도값이 유사하고, 그보다 적을 경우에는 퇴적물의 이류속도가 약간 크게 산정되는 것을 볼 수 있었다. 방류가 발생할때 담수이류속도(Freshwater Advection Speed)는 바닥으로부터 $0.8{\times}$수심의 유속보다 평균 0.8 m/s 정도 크기 때문에, 방류가 증가하는 시기에 새롭게 계산된 방류수의 속도를 포함한 순유출량(=수심 및 조석주기로 적분된 흐름)을 계산하면, 그 방향이 하구언으로 들어오는 방향에서 빠져나가는 방향으로 바뀌는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 표층 담수의 속도가 더해짐으로써 표층 속도쉬어와 리차드슨 수의 분포가 바뀜을 관찰할 수 있었기 때문에 표층 해수의 안정도를 해석함에 있어 실제 방류수 유속의 중요성을 알 수 있었다. 향후 유속과 함께 수온과 염분의 장기적인 관측이 수행된다면 담수 방류에 따른 성층의 생성과 소멸, 그리고 관련 부유퇴적물의 변동에 대해서도 보다 정확하게 파악할 수 있을 것으로 생각된다. It has been customary to exclude top 10-20% of velocity profiles in the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) measurement due to side lobe effects at the boundary. To better understand the mixing in the Yeongsan estuary, the freshwater advection speed (FAS) was recovered from highly contaminated ADCP data near the surface. The velocity profiles were measured by using ADCP at two stations in the Yeongsan estuary during August 2011: one was located in front of the Yeongsan estuarine dam and the other was deployed near Goha Island. The FAS was recovered from the ADCP data set by applying rigorous post-processing methods and compared with the sediment advection speed (SAS). The SAS was determined by the peak time difference of suspended sediment concentration between two stations in the channel, divided by the distance of two stations. The FAS and the SAS showed very similar value when the freshwater discharge was greater than $2.0{\times}10^7$ ton and the SAS was a bit greater when the freshwater discharge was smaller. Since the FAS was on average about 0.8 m/s greater than the velocity at 0.8 of water depth from the bottom, the net discharge, estimated with recovered FAS and integrated over water depth and tidal cycle, was directed seaward during the high discharge contrary to the onshore direction of the net discharge estimated with 0.8 of water depth from the bottom. Moreover, the velocity shear and Richardson number changed when the FAS was used. Thus, the importance of the true FAS is appreciated in the investigation of the surface layer stability. If currents, temperature and salinity were observed for longer time in the future, it could be possible to more accurately understand the formation and decay of stratification as well as the suspended sediment transport processes.

2010년 여름 담수방류에 의한 영산강 하구의 염분 및 수온 분포 변화

박효봉,강기룡,이관홍,신현정,Park, Hyo-Bong,Kang, Kiryong,Lee, Guan-Hong,Shin, Hyun-Jung 한국해양학회 2012 바다 Vol.17 No.3

하구언이 설치된 하구의 여름철 환경변화는 방류되는 담수에 의해 결정된다. 본 연구에서는 영산강 하구언 담수방류에 의한 하구의 염분 및 수온 분포를 파악하기 위하여 2010년 6월 소규모 방류시와 8월의 집중방류 중 후로 3회에 걸쳐 8개 정점에서 관측한 CTD 자료를 분석하였다. 6월의 소규모 방류시 표층염분은 30~32.5 psu를 나타냈고, 수평구배는 고하도 근해에서 다른 해역에 비해 상대적인 큰 값을 보여주었다(0.25~0.32 psu/km). 그러나, 저층염분은 약 33 psu의 일정한 값을 보여 수평구배는 존재하지 않았다. 영산강 하구내 수온은 $19{\sim}21^{\circ}C$ 범위를 보이며 동서방향보다 남북방향의 구배가 상대적으로 크게 나타났다. 대규모 방류가 진행 중이었던 8월 12일의 경우 표층염분은 9~26 psu로 감소하였다. 또한, 고하도 북쪽 수로의 표층과 저층 수평구배가 각각 3.79 psu/km와 0.28 psu/km인 강한 염분전선이 형성되었다. 수온은 하구언에서 높고 멀어질수록 감소하는 경향을 보였으며, 고하도 북쪽수로 표층과 저층에서 각각 $-0.45^{\circ}C/km$와 $-0.12^{\circ}C/km$의 공간적 변화가 나타났다. 집중방류 후(3차 관측) 표층염분은 22~26 psu로 회복되었으나 고하도 주변해역에서 여전히 높은 수평구배가 나타났다. 저층염분은 26.5~27.5 psu의 범위로 전반적으로 감소하였으나 수평구배는 크지 않았다. 하구언 가까운 정점에서 관측한 염분과 수온 시계열 자료에 의하면, 상층의 고온저염수가 일시적으로 하강하였다가 빠르게 회복하는 패턴을 보여주었는데, $13{\times}10^6$ 톤 방류시 회복속도는 약 0.4 m/hr로 나타났다. 영산강 하구는 대규모 방류 후 전반적으로 저염화되고, 여름철의 강한 태양복사에 의해 표층수온은 증가하여 하구 내 성층구조가 강화되고 수직혼합이 억제되는 환경이 형성되었다. 담수방류에 따른 염분의 공간적인 분포특성을 볼 때, 수평구배가 높은 고하도 주변해역, 고하도에서 하구언까지 염분이 낮은 내측해역, 그리고 상대적으로 높은 염분을 보이는 고하도에서 연안까지 외측해역으로 구분할 수 있다. The short-term variation of salinity and temperature in a dyked estuarine environment is mainly controlled by the freshwater discharge from the dyke. We examined the distribution of salinity and temperature by the freshwater discharge in the Yeongsan River estuary using the CTD data obtained from 8 stations through three surveys in June (weak discharge) and August (intensive discharge), 2010. During the weak discharge in June, the surface salinity showed 30-32.5 psu and its horizontal gradient was relatively high around Goha-do (0.25~0.32 psu/km). On the other hand, the salinity of the bottom layer was almost constant in the range of 33 psu. Water temperature ranged $19{\sim}21^{\circ}C$ and displayed higher gradient in north-south direction than the gradient of east-west direction. During the intensive freshwater discharge on August 12, the salinity dropped to 9~26 psu. The maximum horizontal gradient of surface salinity reached 3.8 psu/km in the north of Goha-do where the strong salinity front was formed, and the horizontal salinity gradient of bottom layer was 0.28 psu/km. The horizontal gradient of water temperature was $-0.45^{\circ}C/km$ in the surface and $-0.12^{\circ}C/km$ in the bottom with high surface temperature near the dyke and decreasing gradually to the river mouth. After 3 days of the intensive discharge ($3^{rd}$ survey), the surface salinity increased to 22~26 psu. However, there still existed relatively high horizontal gradient around Goha-do. In the mean time, the bottom salinity decreased to 26.5~27.5 psu, but its gradient was not big as much as the surface gradient. According to time series of CTD profile near the dyke, the discharged fresh water jetted down temporarily and then recovered gradually with the recovering speed of 0.4 m/hour for the discharge case of $13{\times}10^6$ ton. Due to the combined effects of freshwater discharge and surface heating during the summer of 2010, the Yeongsan estuary, in general, underwent intensified vertical stratification, which in turn caused the inhibition of vertical mixing, especially inside area of estuary. Based on the spatial distribution of salinity and temperature, the Yeongsan estuary can be divided into three regions: the Goha-do area with strong horizontal gradient of salinity and temperature, inner estuary from Goha-do to the dyke with low salinity, and outer estuary from Goha-do to the coasts with relatively high salinity.

전지구 파랑 예측시스템의 민감도 분석

박종숙(Park, Jong Suk),강기룡(Kang, KiRyong) 한국해안해양공학회 2012 한국해안해양공학회 논문집 Vol.24 No.5

파랑 모델에서 시공간적인 해상도의 변경은 결과에 많은 영향을 끼친다. 본 연구에서는 모델 입력장의 해상도 변경, 파랑 모델의 해상도 변경 그리고 물리적 옵션에 따른 모델의 민감도를 분석하였다. 모델의 분석을 위해서 전지구 부이관측자료와 위성자료를 이용하였다. 고해상도의 입력장을 사용할 경우 유의파고를 과대 산정하는 경향을 보였고, RSME는 약간 감소하였다. 고해상도의 파랑 모델을 수행할 경우 평균편향 및 RMSE가 약간 증가하였다. 또한, 유효 해상풍 계수를 기존의 값인 1.4보다 작게 설정할 경우 편향과 RMSE가 모두 감소하였다. We studied the characteristics of spatial distribution of global wave height and carried out the modelsensitivity test by changing the input field, model resolution and physical factor (effective wind factor) since the spatial and temporal resolution in wind wave forecasting is one of most important factors. Comparisons among the different cases, and also between model, buoy and satellite data have been made. As a results of the wind-wave model run using the high resolution wind field, the bias of significant wave height showed the positive tendency and the Root-Mean Square Error(RMSE) was a bit decreased based on the comparison with buoy data. When the model resolution was changed to higher, the bias and RMSE was increased, and as the effective wind factor was smaller than default value(= 1.4) the bias and RMSE showed also decreasing pattern.

한국의 해양예측, 오늘과 내일

김영호,최병주,이준수,변도성,강기룡,김영규,조양기,Kim, Young Ho,Choi, Byoung-Ju,Lee, Jun-Soo,Byun, Do-Seong,Kang, Kiryong,Kim, Young-Gyu,Cho, Yang-Ki 한국해양학회 2013 바다 Vol.18 No.2

경제 발전에 따라 레저, 해운, 수산, 국방, 해난사고 등 해양을 이용하는 활동이 증가하면서 해양예보에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 기상에서 해양의 역할이 새롭게 인식되면서 정확한 기상 및 기후변화를 예측하기 위한 해양 예측의 필요성도 증가하고 있다. 사회적인 요구와 관련 기술의 발전에 힘입어 선진국을 중심으로 해양예측시스템이 수립되어 왔다. 이 연구에서는 세계적으로 해양예측시스템을 발전시키고 확산시킨 국제협력프로그램 GODAE(Global Ocean Data Assimilation Experiment)의 진행과정과 기여를 정리하였다. 그리고 현재 해양예측시스템을 운용 중인 미국, 프랑스, 영국, 이탈리아, 노르웨이, 호주, 일본, 중국이 해양예측시스템을 구축하면서 세웠던 목적과 비전, 역사, 연구 동향을 조사하고 각 나라의 해양예측시스템 현황을 비교하였다. 우리보다 앞서 해양예측시스템을 구축하여 사용하고 있는 나라들이 취한 개발 전략의 특징은 다음과 같이 요약해 볼 수 있다. 첫째, 국가적인 역량을 집중하여 성공적인 현업 해양예측시스템을 구축하였다. 둘째, 국제적인 프로그램을 통해 선진 기술을 공유하고 상호 발전시켰다. 셋째, 각 기관의 역할과 고유 목적에 따라 기여분야를 나눠가졌다. 국내에서도 최근 현업 해양예측시스템에 대한 수요가 증대되고 있다. 기상청, 국립해양조사원, 국립수산과학원, 국방과학연구소의 해양예측시스템 개발에 관한 현재 상황과 향후 장기적 계획을 조사하였다. 국지 해양예측 또는 기후예측 모델을 위한 개방경계 초기장 제공이 가능한 광역의 정확도 높은 해양예측시스템을 구축하기 위해서는 국내의 유관 기관 간 협력 관계가 필수적이다. 이를 위해 관련 기관과 연구자들이 함께 참여하는 컨소시엄 형성이 바람직하다. 컨소시엄을 통해 경쟁력 높은 예측 모델과 시스템을 구축할 수 있으며, 제한된 재원을 효율적으로 활용할 수 있고, 연구 개발 인력이 전문분야에 집중할 수 있으며, 중복 투자를 막고 각 기관은 고유 업무에 역량을 집중할 수 있다. 비록 해양예보에 있어 우리나라가 현 단계로는 국제적인 수준에 뒤쳐져 있지만, 각 유관 기관들이 고유 업무를 정립하고 국가적인 역량을 집중하여 현업 해양예측시스템을 공동 개발하면 곧 추격하여 해양예보 분야를 선도할 수 있을 것이다. National demands for the ocean forecasting system have been increased to support economic activity and national safety including search and rescue, maritime defense, fisheries, port management, leisure activities and marine transportation. Further, the ocean forecasting has been regarded as one of the key components to improve the weather and climate forecasting. Due to the national demands as well as improvement of the technology, the ocean forecasting systems have been established among advanced countries since late 1990. Global Ocean Data Assimilation Experiment (GODAE) significantly contributed to the achievement and world-wide spreading of ocean forecasting systems. Four stages of GODAE were summarized. Goal, vision, development history and research on ocean forecasting system of the advanced countries such as USA, France, UK, Italy, Norway, Australia, Japan, China, who operationally use the systems, were examined and compared. Strategies of the successfully established ocean forecasting systems can be summarized as follows: First, concentration of the national ability is required to establish successful operational ocean forecasting system. Second, newly developed technologies were shared with other countries and they achieved mutual and cooperative development through the international program. Third, each participating organization has devoted to its own task according to its role. In Korean society, demands on the ocean forecasting system have been also extended. Present status on development of the ocean forecasting system and long-term plan of KMA (Korea Meteorological Administration), KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration), NFRDI (National Fisheries Research & Development Institute), ADD (Agency for Defense Development) were surveyed. From the history of the pre-established systems in other countries, the cooperation among the relevant Korean organizations is essential to establish the accurate and successful ocean forecasting system, and they can form a consortium. Through the cooperation, we can (1) set up high-quality ocean forecasting models and systems, (2) efficiently invest and distribute financial resources without duplicate investment, (3) overcome lack of manpower for the development. At present stage, it is strongly requested to concentrate national resources on developing a large-scale operational Korea Ocean Forecasting System which can produce open boundary and initial conditions for local ocean and climate forecasting models. Once the system is established, each organization can modify the system for its own specialized purpose. In addition, we can contribute to the international ocean prediction community.

기후변화에 따른 북서태평양에서의 미래 파랑 전망

박종숙(Park, Jong Suk),강기룡(Kang, KiRyong),강현석(Kang, Hyun-Suk),김영화(Kim, Young-Hwa) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.5

HadGEM2-AO 기후모델의 기후변화 시나리오 자료와 파랑 모델을 이용하여 기후변화에 따른 북서태평양에서의 미래 파랑 기후를 전망하였다. 21세기말 북서태평양에서 연 평균 풍속이 현재보다 낮아질 것으로 전망됨에 따라 연 평균 유의파고도 낮게 전망되었다. 현재 기후에 비해서 21세기 말 연평균 유의파고는 RCP4.5 시나리오의 경우 2~7% 감소하고, RCP8.5의 경우 4~11% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 극한파랑의 경우도 유의파고 및 풍속이 현재에 비해서 감소할 것으로 전망되었다. 계절별로 분석한 결과 겨울철의 극한파랑은 연 극한 파랑과 비슷하게 감소하는 경향을 보인 반면, 여름철의 경우 북서태평양에서는 현재보다 증가할 것으로 나타나 미래에는 태풍의 강도가 강화 될 것으로 전망된다. This study projected the future ocean wave climate changes based on global climate change scenario using the coupled climate model HadGEM2-AO according to the emission scenarios and using regional wave model. Annual mean significant wave height (SWH) is linked closely to annual mean wind speed during the forthcoming 21st Century. Because annual mean speed decreased in the western North Pacific, annual mean SWH is projected to decrease in the future. The annual mean SWH decreases for the last 30 years of the 21st century relative to the period 1971-2000 are 2~7% for RCP4.5 and 4~11% for RCP8.5, respectively. Also, extreme SWH and wind speed are projected to decrease in the future. In terms of seasonal mean, winter extreme SWH shows similar trend with annual extreme SWH; however, that of summer shows large increasing tendency compared with current climate in the western North Pacific. Therefore, typhoon intensity in the future might be more severe in the future climate.

앙상블 지역 파랑예측시스템 구축 및 검증

박종숙(JongSook Park),강기룡(KiRyong Kang),강현석(Hyun-Suk Kang) 한국해안해양공학회 2018 한국해안해양공학회 논문집 Vol.30 No.2

해양파랑 예측에 있어 단일 수치모델의 불확실성을 보완하기 위하여 앙상블 기법을 적용한 지역 파랑예측시스템을 구축하였다. 기상청 전지구 대기 수치모델의 확률예측시스템에서 생산되는 24개 앙상블 해상풍을 입력자료로 이용, 87시간까지 파랑 예측자료를 생산하였으며, 기상청 계류부이 관측자료와 다양한 통계방법을 적용하여 검증을 수행하였다. 2일예측 이후의 앙상블 예측평균의 평균제곱근오차(RMSE)는 단일모델예측에 비하여 향상된 결과를 보였으며, 특히 3일예측의 경우 단일모델예측 대비 RMSE가 약 15% 정도 향상되었다. 이것은 앙상블 기법이 수치모델의 불확실성을 감소시켜 예측정확도 향상에 크게 기여한 것으로 보인다. ROC(Relative Operating Characteristic) 분석결과, 전체 예측시간에 대하여 ROC 영역이 모두 0.9 이상을 보여 확률예측 성능이 뛰어남을 보였으며, 앙상블 파랑예측 결과가 해상 확률예보에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다. In order to overcome the limitation of deterministic forecast, an ensemble forecasting system for regional ocean wave is developed. This system predicts ocean wind waves based on the meteorological forcing from the Ensemble Prediction System for Global of the Korea Meteorological Administration, which is consisted of 24 ensemble members. The ensemble wave forecasting system is evaluated by using the moored buoy data around Korea. The root mean squared error (RMSE) of ensemble mean showed the better performance than the deterministic forecast system after 2 days, especially RMSE of ensemble mean is improved by 15% compared with the deterministic forecast for 3-day lead time. It means that the ensemble method could reduce the uncertainty of the deterministic prediction system. The Relative Operating Characteristic as an evaluation scheme of probability prediction was bigger than 0.9 showing high predictability, meaning that the ensemble wave forecast could be usefully applied.

태풍 진로예측을 위한 다중모델 선택 컨센서스 기법 개발

전상희(Sanghee Jun),이우정(Woojeong Lee),강기룡(KiRyong Kang),윤원태(Won-Tae Yun) 한국기상학회 2015 대기 Vol.25 No.2

북서태평양 태풍의 여름과 가을철 예측시스템 개발과 한반도 영향 태풍 예측에 활용

최우석(Woosuk Choi),허창회(Chang-Hoi Ho),강기룡(KiRyong Kang),윤원태(Won-Tae Yun) 한국기상학회 2014 대기 Vol.24 No.4

이동속도와 방향을 고려한 수치모델의 태풍진로 예측성 평가

신현진(Hyeonjin Shin),이우정(WooJeong Lee),강기룡(KiRyong Kang),변건영(Kun-Young Byun),윤원태(Won-Tae Yun) 한국기상학회 2014 대기 Vol.24 No.4

NEMO 모델을 이용한 지역 폭풍해일예측시스템 개발 및 검증

라나리(Nary La),안병웅(Byoung Woong An),강기룡(KiRyong Kang),장필훈(Pil-Hun Chang) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.6

본 연구에서는 한반도 중심 해역을 포함하는 북서태평양 영역에서의 폭풍해일 예측을 위해 NEMO(Nucleus for European Modelling of the Ocean) 모형을 이용하여 지역규모의 폭풍해일 예측시스템을 구축하였다. 이 시스템 은 조석과 해일 예측으로 구성되어 있으며보다 정확한 폭풍해일을 예측하기 위해 수심자료와 대기-해양 경계에서의 모수화(parameterization) 최적화 과정을 수행하였다. 이를 통해 2018년 8~10월과 태풍 솔릭 사례에 대하여 국립해양조사원 조위 관측자료를 이용한 통계 방법을 적용하여 검증을 수행하고, 이를 POM(Princeton Ocean Model) 기반의 예측모델 결과와 비교하였다. 수행결과 NEMO 기반의 폭풍해일 예측시스템이 POM 기반의 예측결과에 비해 평균오차와 RMSE가 각각 약 29%와 약 2 0 % 감소한 것으로 나타났으며, 태풍 시기에도 NEMO 기반 예측결과에서 전반적으로 오차가 낮게 나타났다. In this study we established an operational storm-surge system for the northwestern pacific ocean, based on the NEMO (Nucleus for European Modeling of the Ocean). The system consists of the tide and the surge models. For more accurate storm surge prediction, it can be completed not only by applying more precise depth data, but also by optimal parameterization at the boundaries of the atmosphere and ocean. To this end, we conducted several sensitivity experiments related to the application of available bathymetry data, ocean bottom friction coefficient, and wind stress and air pressure on the ocean surface during August~September 2018 and the case of typhoon SOULIK. The results of comparison and verification are presented here, and they are compared with POM (Princeton Ocean Model) based Regional Tide Surge forecasting Model (RTSM). The results showed that the RTSM_NEMO model had a 29% and 20% decrease in Bias and RMSE respectively compared to the RTSM_POM model, and that the RTSM_NEMO model had a lower overall error than the RTSM_POM model for the case of typhoon SOULIK.