Oceanic response to changes in wind and surface heating off the southern coast of the Korean Peninsula

Abstract

The oceanic response to changes in wind and surface heating off the southern coast of the Korean Peninsula was investigated. Unprecedented coastal upwelling off the southern coast of the Korean Peninsula was reported during the summer of 2013. The upwelling continued for more than a month after a plunge in upwelling-favourable winds and had serious impacts on fisheries. Coastal upwelling was induced by an upwelling-favourable wind in July, resulting in the dynamic uplift of deep, cold water. The dynamic uplift decreased the steric sea level in the coastal region. The sea level difference between the coastal and offshore regions produced an intensified cross-shore pressure gradient that enhanced the surface geostrophic current along the coast. The strong surface current maintained the dynamic uplift due to geostrophic equilibrium. This positive feedback between the dynamic uplift and geostrophic adjustment sustained the coastal upwelling for a month following a plunge in the upwelling-favourable wind. Numerical experiments were conducted to evaluate the effects of surface heating on coastal upwelling intensity. Offshore transport, isopycnal slope, and the sea surface temperature (SST) difference between coastal and offshore regions, which represent the upwelling intensity, were estimated. Surface heating decreases Ekman transport but increases Ekman pumping by changing air-sea stability conditions. However, offshore transport does not change significantly with surface heating. Experimental results revealed that the increase in surface heating decreases the isopycnal slope but increases the SST difference. Both the isopycnal slope and SST difference are closely related to the change in the surface boundary layer. Strong surface heating thins the surface-mixed layer, which decreases the vertical eddy viscosity. The decreased vertical eddy viscosity thins the surface boundary layer and enhances its offshore velocity. Despite the same offshore transport, the isopycnal slope weakens because of the thin surface boundary layer, while the SST difference becomes stronger because of the enhanced offshore velocity. Coastal wind-driven asymmetric response of the alongshore surface currents over a bank was observed in 2019. The alongshore currents displayed greater variability over the upstream part of the bank than those over the downstream. The main cause of this asymmetry is the difference in ageostrophic motion, which depends on the depth-averaged surface stress. The asymmetric distribution of sea level induced by the difference in ageostrophic motion resulted in larger variability in the alongshore currents over the upstream part of the bank. Offshore currents have a significant impact on the alongshore currents and sea level distribution over the bank. In the case of easterly winds, the westward currents linger and propagate over the upstream part of the bank in the eastward direction. The sea level distribution shows a minimum sea level near the bank head. On the other hand, in the case of westerly winds, the offshore currents intensify the asymmetry in alongshore currents and sea level distribution.

한반도 남해안에서 바람과 표층 가열의 변화에 대한 해양의 반응에 대해 연구하였다. 2013년 여름 남해안에 전례없는 용승이 발생하였다. 용승은 바람이 멈춘 후에도 약 한 달 가량 지속되었으며 양식장에 큰 피해를 입혔다. 2013년 여름의 용승은 7월 강한 바람에 의해 발생하였고 깊은 수심의 차가운 물을 연안 지역으로 상승시켰다. 연안 지역의 차가운 물은 연안 지역의 해수면을 낮추며 외해와 연안의 압력구배를 크게 하였고 이로 인해 연안을 따라 동쪽으로 흐르는 지형류가 강화되었다. 이렇게 강화된 지형류는 다시 지형류 평형을 통해 깊은 수심의 차가운 물을 연안 지역으로 상승시켰고 이러한 반복 작용으로 인해 바람이 멈춘 후에도 용승이 오래 지속될 수 있었다. 표층 가열이 용승 세기에 미치는 영향을 알아보기 위해 수치 실험을 수행하였다. 용승 세기를 정량적으로 나타내기 위해 외해수송량, 등밀도선 기울기, 그리고 외해와 연안의 수온차이를 계산하였다. 표층 가열은 해양-대기 안정도를 변화시키며 에크만 수송을 감소시키는 한편, 에크만 펌핑을 증가시켰지만 에크만 수송과 에크만 펌핑의 합인 총 외해수송량의 변화는 미미하였다. 표층 가열은 등밀도선 기울기를 완만하게 하고 외해와 연안의 수온차이는 증가시켰다. 등밀도선 기울기와 외해와 연안의 수온차이는 표면경계층의 변화와 큰 관련이 있었다. 강한 표층 가열은 수직와점성계수를 감소시켜서 표면경계층의 두께를 줄이고 표면경계층 내의 외해로 향하는 유속의 세기를 증가시킨다. 총 외해수송량의 변화가 없더라도 얇아진 표면경계층의 두께로 인해 등밀도선의 기울기는 완만해지고 표면경계층 내의 외해로 향하는 빠른 유속으로 인해 외해와 연안의 수온차이는 증가한다. 2019년 남해안의 퇴(bank) 지형에서 바람에 의한 비대칭적 반응이 관측되었다. 외해의 해류를 기준으로 하류보다는 상류쪽에서 연안을 따르는 흐름의 변동성이 더 크게 관측되었다. 이러한 비대칭성의 가장 주요한 원인은 수심 평균 응력에 따라 결정되는 비지균 성분의 움직임이었다. 한편, 퇴 지형에서 연안을 따르는 흐름과 해수면의 분포는 외해의 해류에 크게 영향을 받았다. 외해의 해류가 존재할 때 동풍이 부는 시기에는 퇴 지형의 상류쪽에서 서향류가 오래 지속되고 심지어는 동쪽으로 전파되는 모습을 보였다. 해수면 분포에서는 퇴의 머리 부분에서 최소 해수면의 형태가 나타났다. 반면 서풍이 부는 시기에는 외해의 해류가 연안을 따르는 흐름과 해수면 분포의 비대칭성을 더욱 강화시켰다.