Browse

Spatio-Temporal Variability of Satellite Chlorophyll-a Concentration in the East Sea: Focused on Mesoscale Eddies and Long-Term Variation
동해 위성 클로로필-a 농도의 시공간 변동성: 중규모 소용돌이와 장기 변동을 중심으로

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors
박지은
Advisor
박경애
Major
사범대학 과학교육과(지구과학전공)
Issue Date
2018-08
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 사범대학 과학교육과(지구과학전공), 2018. 8. 박경애.
Abstract
클로로필-a 농도는 해양생태계의 중요한 지표 중 하나이다. 위성 관측 클로로필-a 농도를 통해 해양에서 나타나는 장단기적인 생물학적 변화와 물리적 환경과의 관련성을 이해할 수 있다. 동해는 대양과 유사하지만 훨씬 짧은 순환 체계를 가지며 표층에서는 중규모 현상이 활발하게 일어나는 해역으로 기후변화에 빠르게 반응한다. 본 연구에서는 해색 위성 관측 클로로필-a 농도 자료를 활용하여 동해 중규모 소용돌이에서 나타나는 해양-대기 상호작용을 정량적으로 분석하고 장기 클로로필-a 변동 특성과 물리적 환경 변화와의 관련성을 이해하고자 하였다.

해색 위성 관측 클로로필-a 농도 자료를 분석에 활용하기 위하여 SeaWiFS, MODIS, GOCI 자료를 실측 자료와의 비교를 통한 검증 과정을 거쳤고, 극궤도 및 정지궤도 위성 자료에서 나타나는 스펙클 오차 제거를 위해 동해에 최적화된 각 해색 위성의 스펙클 탐지 및 제거 기법을 개발하여 적용하였다.

동해의 중규모 소용돌이에서 수시간 내에 일어나는 해양-대기의 상호작용을 규명하기 위하여 GOCI 클로로필-a 농도 영상으로부터 시계 방향으로 회전하는 중규모 소용돌이 표층 해류장을 산출하였다. 중규모 소용돌이 내부의 해류 속력은 방사 방향으로 증가하다 가장자리로 갈수록 다시 줄어드는 종상 형태의 구조 가지며 평균적으로 중심으로부터 가장자리까지의 거리가 0.75되는 위치에서 최대값을 가졌다. 표층 해류장의 속력은 구조를 유지한 채 시간에 따라 속력의 크기가 변화하는 것을 발견하였다. 중규모 소용돌이 내부 표층 해류의 시간에 따른 속력의 변화는 바람의 변화와 2차식의 관계를 보였다.

해양-대기 상호작용으로 인해 나타나는 중규모 소용돌이 내부의 단기적인 생물학적 반응은 위성 산란계 해상풍 자료 및 위성 해수면 온도 자료를 통해 조사했다. 시계 방향으로 회전하는 중규모 소용돌이 위에서 해상풍은 해양 대기 경계층의 안정성 변화로 인해 약 30 %의 풍력 강화 효과가 나타났다. 중규모 소용돌이에 의해 변형된 풍속장은 바람이 불어가는 방향의 왼쪽과 오른쪽에서 각각 양과 음의 에크만 펌핑(Ekman pumping, EKP) 분포를 보였다. EKP는 바람 응력항에 따라 상대 응력 유도항, 와류 구배 유도항 및 해수면온도 구배 유도항 등 세 가지 구성 요소로 분리하였다. 클로로필-a 농도의 단기 변화는 EKP 분포와 양의 상관관계를 보였다. 또한 동해 소용돌이 내부에서 해수면온도 구배로 인해 유도 된 EKP는 EKP 전체 변동의 약 76 %를 차지하며 이는 대양과 비교하여 높은 비율이다.

동해 클로로필-a 농도의 경년 변동과 그 원인을 파악하기 위하여 SeaWiFS, MODIS 클로로필-a 농도를 활용하여 1998년부터 2017년까지 20년간의 시공간 변동성을 분석하였다. 전체적인 클로로필-a 농도는 1998-2007년 사이 보다 2003-2015년 사이에 그 값이 증가하였다. 공간 변동성은 SeaWiFS 기간과 MODIS 기간 사이 러시아 연안 해역에서 큰 차이가 있었다. SeaWiFS 기간 4-5월에 크게 변동하던 것이, MODIS 기간에는 3-4월로 앞당겨졌다. 이러한 클로로필-a 변동폭의 변화는 기후변화와 관련이 있었다. 봄철 번성의 시작 및 최대 번성 시기는 해마다 변화했고 번성 시작 시기는 2월달의 바람 크기와 양의 상관관계가 있었다. 클로로필-a 농도 장기 변동 추세의 공간 분포는 많은 변화를 보였다. 두 기간 공통적으로 동해 서쪽 연안 및 훗카이도 해안에서 높은 양의 추세를 보였고, MODIS 관측 기간에는 SeaWiFS 관측 기간과 달리 한반도 남부의 연안에서 음의 추세와 북부와 러시아 프리모리에 연안 부근에서 높은 양의 추세를 보였다. 이러한 변화는 해상풍과 성층화의 영향인 것으로 나타났다.

이 연구는 해색 위성 클로로필-a 농도 자료를 활용하여 동해 중규모 소용돌이 내의 표층 해류 속력 구조 및 일 변화와 바람과의 관계를 분석하였고 짧은 시간 동안 중규모 소용돌이에서 나타나는 해양-대기 상호작용에 대한 생물학적 반응을 최초로 밝혔다. 또한 지난 20년 동안의 동해 클로로필-a 농도 변동은 기후변화 및 물리적 환경과 밀접한 관련이 있음을 보였다. 이는 클로로필-a 농도를 산출하는 해색 위성의 거의 전 운용기간을 포함하는 기간으로 적절한 합성 기법을 통해 다른 연구에 비하여 클로로필-a 농도의 시공간 변동성을 보다 면밀하게 살필 수 있었다. 이를 토대로 중규모 해양 현상의 기작을 이해하는 연구와 기후 변화에 따른 동해 해양 생태계 변화 예측 연구에 중요한 진전이 있을 것으로 기대된다. 한편 다양한 경우의 중규모 소용돌이에 대한 분석과 다종 위성 자료를 합성하는 기법에 대해서는 추후 연구가 필요하다.
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/143270
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Education (사범대학)Dept. of Science Education (과학교육과)Earth Science (지구과학전공)Theses (Ph.D. / Sc.D._지구과학전공)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse