[표지] 1
제출문 3
참여진 4
요약문 5
Summary 8
목차 12
제1장 연구의 개요 19
1. 연구의 목적 19
(1) 배경 및 필요성 19
(2) 연구추진체계 20
(3) 세부수행 계획 21
(4) 기대효과 23
제2장 해양과학기지 활용 해양-대기 상호작용 핵심 관측기술 개발 및 활용 연구 24
1. 해양-대기 간 운동량-열 교환 관측기술 개발 24
(1) 기준고도 풍속으로의 변환 24
(2) 항력계수 산출을 위한 기초 자료 조사 37
(3) 이어도 해양과학기지 기준고도에서의 온습도 관측 방안 39
2. 해양-대기 결합 수치모델을 이용한 극한현상 재현성 평가 42
(1) 대기-해양 결합 및 난류혼합 모수화 방안에 따른 민감도 평가 42
(2) 수치모델을 이용한 태풍 사례 중심의 극한현상 재현성 평가 51
3. 지구시스템 모델의 해양-대기 난류혼합 모수화 방안 개선 60
(1) 지구 시스템 모델의 해양-대기 난류혼합 모수화 방안 분석 60
(2) 개선된 해양-대기 난류혼합 모수화 방안 적용 62
(3) 해양-대기 난류혼합 모수화 방안 개선 효과 평가 및 결과 63
제3장 해양과학기지 주요 관측자료 품질개선 및 활용 연구 65
1. 해양과학기지에서 생산된 주요 관측자료(수온, 염분 등)의 문제 원인별·시기별 통계 자료 산출 65
(1) 해양과학기지 관측자료 품질개선 및 활용 65
(2) 관측자료 품질처리 결과 통계 분석 78
(3) 품질처리 방법 개선 81
2. 이어도 해양과학기지 주요 관측체계 및 품질 개선안 마련 104
(1) 이어도 해양과학기지 관측체계 현황 및 운영상 한계점 104
(2) 국내외 사례 조사 및 관측 장비 보강 방안 112
(3) 염분 자료의 보정 기법에 관한 국내외 사례 조사 및 적용 가능성 평가 118
(4) 이어도 해양과학기지 최적 관측자료 생산 방법 설계 121
3. 해양과학기지 주요 관측자료 활용 및 효율적 취득 방안 제시 124
(1) 해양-대기 상호작용 현상 연구 방안 124
(2) 간접 관측자료의 정확도 평가 및 변환 관계식 125
(3) 이어도 해양과학기지 주변 정기 및 비정기 관측 방안 136
제4장 결론 및 제언 141
1. 해양과학기지 활용 해양-대기 상호작용 핵심 관측기술 개발 및 활용 연구 141
2. 해양과학기지 주요 관측자료 품질개선 및 활용 연구 143
참고문헌 145
부록 149
부록1. 자문의견서 149
부록2. 인포그래픽 160
판권기 163
〈표 2.1.1〉 방위각 85°에서 185°까지 10° 단위로 구분한 풍향과 2 m/s 간격으로 구분한… 34
〈표 2.1.2〉 방위각 85°에서 185°까지 10° 단위로 구분한 풍향과 2 m/s 간격으로 구분한… 34
〈표 2.1.3〉 방위각 85°에서 185°까지 10° 단위로 구분한 풍향과 2 m/s 간격으로 구분한… 35
〈표 2.1.4〉 기존 문헌에서 제시된 거칠기길이 매개변수화식 37
〈표 2.1.5〉 기존 문헌에서 제시된 항력계수 매개변수화식 38
〈표 2.2.1〉 도메인별 세부 구성 43
〈표 2.2.2〉 이어도 해양과학기지 관측자료 관측고도 44
〈표 2.2.3〉 교환 대상 변수 목록(음영은 파랑 접합을 통해 새롭게 교환하는 변수) 52
〈표 2.2.4〉 민감도 실험 요약 53
〈표 2.2.5〉 최근 3년간 한반도에 영향을 미친 태풍 54
〈표 2.3.1〉 모수화 방안에 따른 풍속 범위와 운동속 전달 매개변수 실험식 61
〈표 2.3.2〉 Meteo-France에서 개발한 SURFEX의 해표면 운동속, 열속, 습도 전달계수… 62
〈표 3.1.1〉 관측항목별 1차 자동 품질처리 규격 66
〈표 3.1.2〉 2차 품질처리 규격(통계처리, 분석방법 상세설명) 67
〈표 3.1.3〉 해양과학기지 자료 제공 기간 67
〈표 3.1.4〉 해양과학기지 최근 3개년(2018~2020년) 표층/중층 수온 및 염분 자료 현황 72
〈표 3.1.5〉 해양과학기지 표층/중층/저층 수온 및 염분 자료 현황 74
〈표 3.1.6〉 이어도 해양과학기지 변수별 자료 현황 78
〈표 3.1.7〉 연도별 표층/중층 수온 및 염분 자료 결측률 79
〈표 3.1.8〉 월별 표층/중층 수온 자료 결측률 79
〈표 3.1.9〉 월별 표층/중층 염분 자료 결측률 80
〈표 3.1.10〉 해양과학기지별 표층/중층 수온 1차 품질처리 과정 80
〈표 3.1.11〉 해양과학기지별 표층/중층 염분 1차 품질처리 과정 81
〈표 3.1.12〉 품질처리 방법 비교 82
〈표 3.1.13〉 이어도 해양과학기지 품질처리 결과 정량적 비교 100
〈표 3.1.14〉 신안가거초 해양과학기지 품질처리 결과 정량적 비교 100
〈표 3.1.15〉 옹진소청초 해양과학기지 품질처리 결과 정량적 비교 100
〈표 3.2.1〉 이어도 해양과학기지 기상관측 장비 현황 105
〈표 3.2.2〉 풍향, 풍속, 최대순간풍속 관측 장비 106
〈표 3.2.3〉 기온 및 상대습도 관측 장비 106
〈표 3.2.4〉 기압 관측 장비 107
〈표 3.2.5〉 강우량 관측 장비 107
〈표 3.2.6〉 일사량 관측 장비 108
〈표 3.2.7〉 일조 관측 장비 108
〈표 3.2.8〉 이어도 해양과학기지 해양관측 장비 현황 109
〈표 3.2.9〉 조위, 유의파고, 유의파주기 관측 장비 109
〈표 3.2.10〉 유의파고, 유의파주기, 최대파고, 파향 관측 장비 110
〈표 3.2.11〉 수온, 염분 관측 장비 110
〈표 3.3.1〉 Thermistor String 센서별 추정 위치 130
〈표 3.3.2〉 운항 선박을 활용한 정기 관측 방안 137
〈표 3.3.3〉 별도 연구선을 활용한 비정기 관측 방안 제안 140
〈그림 1.1.1〉 이어도 해양과학기지 해역의 해양-대기 상호작용 20
〈그림 1.1.2〉 연구추진체계 모식도 21
〈그림 1.1.3〉 해양-대기 상호작용 핵심 관측기술 개발 및 활용 연구 모식도 22
〈그림 1.1.4〉 주요 관측자료 품질개선 및 활용 연구 모식도 23
〈그림 2.1.1〉 풍동실험을 이용하여 분석한 (a) Point 2, 3과 (b) Point 4의 위치 25
〈그림 2.1.2〉 기준 풍속이 (a) 9 m/s, (b) 12 m/s, (c) 15 m/s일 때 풍동실험을 이용하여… 25
〈그림 2.1.3〉 기준 풍속이 15 m/s일 때 풍동실험을 이용하여 분석한 Point 6에서 풍향별… 26
〈그림 2.1.4〉 기준 풍속이 (a, b) 12 m/s와 (c, d) 30 m/s일 때 CFD 실험으로 분석한… 27
〈그림 2.1.5〉 기준 풍속이 (a) 12 m/s와 (b) 30 m/s일 때 CFD 실험으로 분석한 RD에서… 27
〈그림 2.1.6〉 이어도 해양관측기지에서 (a) 활용 가능한 풍속계의 설치 위치, 2011년 8월… 28
〈그림 2.1.7〉 이어도 해양관측기지에서 (a) 옥상데크와 (b) 10 m에 적용할 풍향에 따른… 28
〈그림 2.1.8〉 이어도 해양관측기지에서 하층데크(BD)와 중간데크(ID) 사이의 사다리에… 30
〈그림 2.1.9〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 10 m(빨간… 31
〈그림 2.1.10〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 10 m(빨간… 31
〈그림 2.1.11〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 (a) 10 m와… 32
〈그림 2.1.12〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 (a) 장애물… 33
〈그림 2.1.13〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 관측된 (a)… 35
〈그림 2.1.14〉 이어도 해양관측기지에서 2021년 6월 25일부터 8월 11일까지 (a) 계산된… 36
〈그림 2.1.15〉 (a) Cursic and Haus (2020), (b) Peng and Li (2015)에서 제시한 풍속에… 38
〈그림 2.1.16〉 (a) WHOI ASIMET 관측망의 센서 설치 사진. HRH가… 39
〈그림 2.1.17〉 NOAA PMEL에서 운영하고 있는 (a) 부이의 설치 사진… 40
〈그림 2.1.18〉 기상청에서 운영하고 있는 (a) 원반형과 (b) 선반형 부이 사진 40
〈그림 2.2.1〉 COAWST의 도메인 범위와 수심 43
〈그림 2.2.2〉 실험 흐름도 45
〈그림 2.2.3〉 태풍 경로 및 중심기압 46
〈그림 2.2.4〉 이어도 해양과학기지 지점에서 (a) 해면기압, (b) 10 m 풍속,… 47
〈그림 2.2.5〉 이어도 해양과학기지 지점에서 수심과 시간에 따른 CPL 모의 결과 48
〈그림 2.2.6〉 Monin(CPL), Monin(ATM), COARE(MET)과 이어도 해양과학기지… 49
〈그림 2.2.7〉 Monin(CPL), COARE(CPL), COARE(MET)과 이어도 해양과학기지… 50
〈그림 2.2.8〉 COAWST의 구성 모델 간에 교환하는 변수에 관한 정보 51
〈그림 2.2.9〉 태풍 솔릭의 이동 경로와 그 중심의 기압 및 최대 풍속에 대한 시계열 55
〈그림 2.2.10〉 이어도 지점에 해수면 온도(SST)의 시계열 56
〈그림 2.2.11〉 이어도 지점에 난류운동에너지(TKE)의 연직 시계열 변화 56
〈그림 2.2.12〉 이어도 지점에 해수면 온도(SST)의 연직 시계열 변화 57
〈그림 2.2.13〉 이어도 지점에 풍속과 거칠기 길이 등의 시계열 변화 57
〈그림 2.2.14〉 풍속, 유의파고, 유의 파주기의 시계열 및 풍속과 거칠기 길이 간의 산포도 58
〈그림 2.2.15〉 이어도 지점의 수온 프로파일 및 태풍 솔릭과 룸비아의 이동 경로 59
〈그림 2.2.16〉 자료동화 기법을 적용해 장기분석자료 생성 과정 59
〈그림 2.3.1〉 각 모수별 계산된 NINO3.4 지수에 회귀한 SST 64
〈그림 3.1.1〉 국립해양조사원 해양과학기지 자료 품질처리 과정 65
〈그림 3.1.2〉 이어도 해양과학기지 최근 3개년(2018~2020년) 변수별 자료 제공률 68
〈그림 3.1.3〉 신안가거초 해양과학기지 최근 3개년(2018~2020년) 변수별 자료 제공률 68
〈그림 3.1.4〉 옹진소청초 해양과학기지 최근 3개년(2018~2020년) 변수별 자료 제공률 68
〈그림 3.1.5〉 국립수산과학원 실시간 해양환경 어장정보 13개 지점… 69
〈그림 3.1.6〉 기상청 해양기상부이 17개 지점 최근 3개년(2018~2020년) 변수별 자료… 70
〈그림 3.1.7〉 기상청 파고부이 58개 지점 최근 3개년(2018~2020년) 변수별… 70
〈그림 3.1.8〉 이어도, 신안가거초, 옹진소청초 해양과학기지의 1차 품질처리를 거친 (위)… 71
〈그림 3.1.9〉 이어도, 신안가거초, 옹진소청초 해양과학기지의 2차 자동 및 수동 품질처리를… 72
〈그림 3.1.10〉 해양과학기지 (좌)표층/중층 수온, (우)표층/중층 염분 자료 수집률 및 자료… 72
〈그림 3.1.11〉 이어도 해양과학기지 수온 및 염분 자료 현황 (상)표층, (중)중층, (하)저층 73
〈그림 3.1.12〉 이어도 해양과학기지 (좌)수온, (우)염분 자료 수집률 및 자료 제공률 74
〈그림 3.1.13〉 이어도 해양과학기지 기온 품질처리 현황… 75
〈그림 3.1.14〉 이어도 해양과학기지 풍속 품질처리 현황… 76
〈그림 3.1.15〉 이어도 해양과학기지 유의파고 품질처리 현황… 77
〈그림 3.1.16〉 이어도 해양과학기지 표층 수온 (좌) 2010년, (우) 2016년… 83
〈그림 3.1.17〉 신안가거초 해양과학기지 중층 수온 (좌)실시간 제공 자료, (우)통계 자료… 84
〈그림 3.1.18〉 옹진소청초 해양과학기지 표층 수온 (좌)실시간 제공 자료, (우)통계자료… 85
〈그림 3.1.19〉 SNU 품질처리 방안 제안 87
〈그림 3.1.20〉 해양과학기지별 위성자료 기반 수온 지역적 범위 88
〈그림 3.1.21〉 2010년 이어도 해양과학기지 지역적 범위 적용… 89
〈그림 3.1.22〉 2013년 이어도 해양과학기지 지역적 범위 적용… 89
〈그림 3.1.23〉 해양과학기지별 염분 지역적 범위 91
〈그림 3.1.24〉 해양과학기지별 수온 기후값 범위… 92
〈그림 3.1.25〉 해양과학기지별 염분 기후값 범위… 93
〈그림 3.1.26〉 이어도 해양과학기지 표층 수온 품질처리 결과 비교… 95
〈그림 3.1.27〉 이어도 해양과학기지 전 기간 표층 수온 품질처리 결과… 96
〈그림 3.1.28〉 신안가거초 해양과학기지 전 기간 중층 수온 품질처리 결과… 98
〈그림 3.1.29〉 옹진소청초 해양과학기지 전 기간 표층 수온 품질처리 결과… 99
〈그림 3.1.30〉 이어도 해양과학기지 표층 염분 품질처리 결과… 101
〈그림 3.1.31〉 신안가거초 해양과학기지 중층 염분 품질처리 결과… 102
〈그림 3.1.32〉 옹진소청초 해양과학기지 표층 염분 품질처리 결과… 103
〈그림 3.2.1〉 이어도 해양과학기지 관측체계 현황 모식도 104
〈그림 3.2.2〉 이어도 해양과학기지 최근 5개년 자료 제공 비율 111
〈그림 3.2.3〉 이어도 해양과학기지에서 측정된 상층 수온과 염분 시계열의 예.... 111
〈그림 3.2.4〉 30개월 후 장비 회수 당시 생물오손 비교 사진 112
〈그림 3.2.5〉 총 30개월 동안 모든 장비에서 관측된 전기전도도 시계열 자료 113
〈그림 3.2.6〉 염분 센서 장착 통이 닫힌 상태 113
〈그림 3.2.7〉 염분 센서 부착 통이 열린 상태 114
〈그림 3.2.8〉 생물오손이 심한 해역에서 약 1개월 계류 기간 동안 3개 염분… 114
〈그림 3.2.9〉 UV 광선을 이용한 전기전도도 센서 보호를 위해 OceanTech사의 자체… 115
〈그림 3.2.10〉 옹진소청초 해양과학기지 염분 측정 시험 기간 동안 얻어진 두 센서의 염분… 115
〈그림 3.2.11〉 2020년 이어도 해양과학기지에서 UV 광선을 이용한 전기전도도 센서… 116
〈그림 3.2.12〉 2020년 8월 1일 수치모델로 모의된 표층 염분… 117
〈그림 3.2.13〉 2012년 이어도 해양과학기지의 상층, 중층, 하층에서 측정된 염분… 117
〈그림 3.2.14〉 품질 처리된 과거 9년(2012~2020년) 기간의 염분 기후 평균… 118
〈그림 3.2.15〉 울릉해저간극 중앙부 EC1 장기 계류 시계열 관측 전기전도도 및… 119
〈그림 3.2.16〉 울릉해저간극 중앙부 EC1 장기 계류 시계열 관측 염분 자료 보정 사례 120
〈그림 3.2.17〉 하와이 해양 시계열(HOT) 프로그램의 우즈홀 해양연구소… 121
〈그림 3.2.18〉 이어도 해양과학기지 염분 관측 개선(안) 122
〈그림 3.2.19〉 신뢰성 높은 해표면수온(SST) 시계열 자료 생산 및 혼합층 수심… 123
〈그림 3.3.1〉 이어도 해양과학기지 관측 수온 시계열 자료를 활용한 태풍… 124
〈그림 3.3.2〉 이어도 해양과학기지 관측 시계열 자료를 활용한 해양-대기… 125
〈그림 3.3.3〉 이어도 기지 상층(3 m) 수온과 MODIS-Aqua 위성 해표면수온 시계열 비교 126
〈그림 3.3.4〉 이어도 기지 상층(3 m) 수온과 OSTIA 분석장 해표면수온 시계열 비교 126
〈그림 3.3.5〉 이어도 기지 상층(3 m) 수온과 OSTIA 분석장 해표면수온 상관 분포… 127
〈그림 3.3.6〉 열화상카메라 컴퓨터 교체 및 2019~2021년의 표면 수온 관측자료 취득현황 128
〈그림 3.3.7〉 Thermistor String 센서별 수온 시계열 그래프 128
〈그림 3.3.8〉 Thermistor String의 2번 센서와 3번 센서의 수온 차이와 조위를 통해… 129
〈그림 3.3.9〉 Thermistor String의 모든 센서에서 측정한 수온의 시간 변화와 SST… 130
〈그림 3.3.10〉 Thermistor String SST, TIR SST, 기온의 시계열 그래프 131
〈그림 3.3.11〉 Thermistor String SST, TIR SST를 기온으로 보정한 수온의… 132
〈그림 3.3.12〉 Thermistor String 기반의 표면수온 추출 및 동일 기간 동안의 CT 및… 133
〈그림 3.3.13〉 Thermistor String 기반의 표면 수온 자료와 열화상 카메라… 133
〈그림 3.3.14〉 (i) 기온(계절), (ii) 풍속, (iii) 상대습도에 따른 열화상카메라 표면 수온 및… 134
〈그림 3.3.15〉 식 3.3.5와 식 3.3.6의 관계식을 통해 도출된 표면 수온 값과 직·간접 관측… 135
〈그림 3.3.16〉 운항선박 이동 경로 상 TSG 관측을 통한 열염전선… 136
〈그림 3.3.17〉 선정 정점에서 uCTD 연속 프로파일링 관측을 통한… 137
〈그림 3.3.18〉 이어도 해양과학기지 인근 해역의 온누리호 활용… 138
〈그림 3.3.19〉 이어도 해양과학기지를 가로지르는 십자형… 139
〈그림 3.3.20〉 이어도 해양과학기지 인근 내부파 단면을… 139