함평 조간대 내부 온도 변동 특성과 예측에 관한 연구 = A study on the variability and prediction of sediment temperature in the Hampyong intertidal flat, southwestern coast of Korea

국문 초록 (Abstract)

전라남도 서해안에 위치한 함평만은 전체 면적의 약 절반이 조간대로 구성되어 있고 해안선이 복잡한 반 폐쇄된 만이다. 본 연구에서는 조간대 내부 온도의 변화 특성을 파악하고 지온예측과 검증을 위하여 2005년 1월 11일부터 2005년 11월 28일까지 함평만조간대에서 각 계절별로 약 45일 동안 노출률이 다른 4개 정점에서 조간대 내부 7개의 층에서 지온을 관측하였으며, 동시에 조간대 지면 5cm 위에서 수온을 관측하였다. 기상자료는 목포기상대에서 관측한 자료를 사용하였다.
관측된 내부 온도는 표층 2 cm에서 약 -2.7~39.6 ℃의 변화를 보이고 저층 44 cm에서 약 2.2~28.5℃ 보인다. 조간대는 조석에 따라 노출 시 대기와 열 교환을 하고, 침수 시에는 해수와 열 교환을 한다. 따라서 조간대 내부온도는 노출 시에는 기상조건(일사량, 기온, 습도 등)에 침수 시에는 수온의 영향을 받는다. 조간대 퇴적물 열용량은 표층에서는 3.48×10^(6) J/m^(-3)K^(-1), 저층에서는 3.06×10^(6) J/m^(-3)K^(-1) 이며 열확산계수는 8 cm에서는 약 0.63×10^(-6) m^(-2)s^(-1), 32 cm에서는 약 0.98×10^(-6) m^(-2)s^(-1)이다.
관측된 온도를 경계조건으로 열 확산방정식을 이용해 해석해와 수치해 두 가지 방법으로 내부 온도를 예측하였고 그 결과를 관측된 지온과 비교하였다. 수치해 방법은 해석해 방법에 비해 비교적 간단한 조건만으로 실제 내부 온도 변화를 유사하게 구현하였다.
조석에 따라 조간대 표면이 노출 시에는 대기와의 열 교환양을, 침수 시에는 해수와의 열 교환양을 계산하여 이를 경계조건으로 사용해 수치해 방법을 이용하여 조간대 내부 온도를 예측하였으며, 이를 관측된 각 층별 지온과 비교하였다. 예측된 조간대 내부 온도는 실제 관측한 온도와 비교하여 결정계수(R²)가 0.8~0.9 이상의 높은 상관관계를 보였다. 이러한 결과는 기상자료와 수온자료만으로 조간대의 내부 지온 변화를 예측할 수 있는 가능성을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Hampyong Embayment, a semidiurnal tide-dominated bay, located on the west coast of Korea has a well-developed macro intertidal flat.
The aim of this study is to understand characteristics of vertical sediment temperature change and its prediction of vertical thermal structures. Four intertidal stations with different exposure rates were selected. Vertical sediment temperatures were measured for forty five days in each season (from Jan. 2005 to Oct. 2005). Meteorological data were measured at the Mokpo meteorological station.
Sediment temperature fluctuates from -2.7 to 39.6℃ at a 2 cm layer and from 2.2 to 28.5℃ at a 44 cm layer. Intertidal flat exchanges heat with air during exposure and with sea water during inundation. Consequently, vertical sediment temperatures were changed by atmospheric conditions (i.e. solar radiation, air temperature and humidity) during exposure and by sea water temperature during inundation.
A finite difference model (FDM) is used to predict vertical soil temperatures. Further, the temperatures calculated by FDM are compared to those calculated by an analytical model (AM). The predicted sediment temperatures by FDM using simple conditions show better results than those by AM.
The volumetric heat capacity used was 3.48×10^(6) J/m^(-3)K^(-1) at the surface layer and 3.06×10^(6) J/m^(-3)K^(-1) at the low layer and the thermal diffusivity used was 0.63×10^(-6) m^(-2)s^(-1), ×10^(-6) m^(-2)s^(-1) at the 8 cm layer and 0.63 at the 32 cm layer.
The surface boundary sediment temperature is calculated by the amount of heat exchange between tidal flat and air and tidal flat and sea water during exposure and inundation. The vertical soil temperatures are also predicted by FDM the using calculated surface boundary soil. The predicted vertical soil temperatures are in good agreement with the observed soil temperatures (R²>0.8~0.9). Therefore this study clearly shows that it is possible to predict vertical soil temperature profile from observed meteorological data and sea water temperature data.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅰ
• List of Tables = ⅱ
• List of Figures = ⅲ
• 국문 초록 = ⅵ
• 1. 서론 = 1
• 2. 연구지역 = 3
• 3. 관측 및 연구 방법 = 7
• 가. 관측방법 = 7
• 나. AM과 FDM = 9
• 다. 조간대 내부 온도 예측방법 = 11
• 1) 열 교환양 계산 = 12
• 2) 경계조건 계산 = 13
• 4. 결과 및 토의 = 15
• 가. 조간대 내부 온도 변화 = 15
• 1) 계절변화 = 15
• 2) 노출과 침수의 변화 = 22
• 3) 정점별 변화 = 24
• 나. 퇴적층의 열적특성 = 28
• 다. AM과 FDM의 비교 = 31
• 1) 예측한 온도 비교 = 31
• 2) FDM의 경계조건변화 = 34
• 라. 열 교환양을 이용한 조간대 내부 온도 예측 = 37
• 1) 노출시 열교환 = 37
• 2) 침추시 열교환 = 40
• 3) 조간대 내부 온도 예측 = 41
• 4. 결론 = 46
• 참고 문헌 = 48
• Abstract = 52