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초고해상도 둥지격자 수치모델을 이용한 울릉도-독도 해역 해양순환 모의

Simulation of the Ocean Circulation Around Ulleungdo and Dokdo Using a Numerical Model of High-Resolution Nested Grid

최영진|최병주|권석재|김대혁|신홍렬|최민범|서광호|강분순
한국해안,해양공학회|2020.12|한국해안·해양공학회논문집 (Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)|제32권 제6호|pp. 587-601|DOI https://doi.org/10.9765/KSCOE.2020.32.6.587

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동해the East SeaROMS(Regional Ocean Modeling System)초고해상도 해양 수치모델둥지격자기법울릉도-독도300 m 수치모델ROMS (Regional Ocean Modeling System) modelsuper high-resolution numerical modelgrid nesting methodUlleungdo-Dokdo 300 m model
주제분류토목공학

초록

지역해양수치모델(ROMS)을 이용하여 동해 및 울릉도-독도 해역의 해양순환을 모의하였다. 동해 3 km 격자 수치모델과 HYCOM 9 km 격자 자료를 사용하여 울릉도 1 km 격자 수치모델, 울릉도-독도 300 m 격자 수치모델들을 서로 단방향 둥지격자화 기법으로 구축하였다. 그 과정에서 상위모델과는 다른 수심 자료 및 내·외삽 방법에의해 나타날 수 있는 개방 경계자료의 왜곡에 대한 보정방법을 제시하였다. 구축한 시스템을 이용하여, 2018년 울릉도-독도 지역에서 수평해상도가 300 m인 초고해상도 해양순환 모의 결과를 산출하였다. 초고해상도 수치모델은 같은조건임에도 불구하고 초기장 및 개방 경계자료에 따라 서로 다른 특징이 나타났다. 따라서 수치모델 결과를 인공위성 고도계 자료로 추정한 유속 자료 및 국립수산과학원의 수온 관측자료를 사용하여 비교 검증하였다. 검증결과HYCOM 자료를 경계장으로 사용한 둥지격자기법 결과는 1km 격자모델 보다 300 m 격자모델 결과에서 RMSE, Mean Bias, Pattern Correlation, Vector Correlation이 전반적으로 향상되었다. 그러나 동해 3 km 수치모델을 사용한결과에서는 1 km 모델의 결과가 300 m 결과보다 우수하게 나타났다. 수온 수직단면도에서는 수평해상도가 고해상도일수록, 등온선의 골과 마루의 수직구조가 뚜렷해지는 경향이 나타났다. 또한 울릉도-독도 300 m 모델은 상위모델에서 재현되지 않았던 섬의 지형 효과에 따른 카르만 와열이 나타났다.

Abstract

The ocean circulation was simulated in the East Sea and Ulleungdo-Dokdo region using ROMS (Regional Ocean Modeling System) model. By adopting the East Sea 3 km model and the HYCOM 9 km data, Ulleungdo 1 km model and Ulleungdo-Dokdo 300 m model were constructed with one-way grid nesting method. During the model development, a correction method was proposed for the distortion of the open boundary data which may be caused by the bathymetry data difference between the mother and child models and the interpolation/ extrapolation method. Using this model, a super-high resolution ocean circulation with a horizontal resolution of 300 m near the Ulleungdo and Dokdo region was simulated for year 2018. In spite of applying the same conditions except for the initial and boundary data, the numerical models result indicated significantly different characteristics in the study area. Therefore, these results were compared and verified by using the surface current data estimated by satellites altimeter data and temperature data from NIFS (National Institute of Fisheries Science). They suggest that in general, the improvement of the one-way grid nesting with the HYCOM data on RMSE, Mean Bias, Pattern correlation and Vector correlation is greater in 300 m model than in the 1 km model. However, the nesting results of using East Sea 3 km model showed that simulations of the 1 km model were better than 300 m model. The models better resolved distinct ridge/trough structures of isotherms in the vertical sections of water temperature when using the higher horizontal resolution. Furthermore, Karman vortex street was simulated in Ulleungdo-Dokdo 300 m model due to the terrain effect of th islands that was not shown in the Ulleungdo 1 km model.

참고문헌 (38)

  1. An, H., "On the warm eddies in the southwestern part of the East Sea (the Japan Sea)", J. Korean Soc. Oceanogr., 29(2), pp.152~163 (1994)
  2. Arakawa, A., "Computational design of the basic dynamical processes of the UCLA general circulation model", Methods Comput. Phys., 17, pp.174~267 (1977)
  3. 백승호, "2016년 춘계 울릉도-독도주변해역에서 동해 연안 용승과 시간차에 의한 일차생산력 영향", 환경생물, 36(2), pp.156~164 (2018), 한국환경생물학회[DOI]
  4. 장경일, "Hydrography around Dokdo", Ocean and Polar Research, 24(4), pp.369~389 (2002), 한국해양과학기술원
  5. 장유순, "전지구 해양 재분석 자료 비교 분석", 바다, 20(2), pp.102~118 (2015), 한국해양학회
  6. Cho, Y.-K., "Seasonal variation of the East Korea Warm Current and its relation with the cold water", La mer, 34, pp.172~182 (1996)
  7. 최병주, "Interannual variation of surface circulation in the Japan", East Sea due to external forcings and intrinsic variability, 2018, pp.53(1), 1~16[DOI]
  8. Egbert, G.D., "Efficient inverse modeling of barotropic ocean tides", J. Atmos. Ocean Tech., 19, pp.183~204 (2002)
  9. Fairall, C. W., "Bulk parameterization of air-sea fluxes in tropical global atmosphere coupled-ocean atmosphere response experiment", Journal of Geophysical Research, 101, pp.3747~3767 (1996)
  10. Gordon, A. L., "Japan", East Sea Intra-thermocline eddies, 2002, pp.32, 1960~1974
  11. Hyun, J. -H., "Enhanced phytoplankton and bacterioplankton production coupled to coastal upwelling and an anticyclonic eddy in the Ulleung basin", East Sea. Aquat. Microb. Ecol., 54, pp.45~54 (2009)
  12. Kang, H. -E., "Spatio-Temporal characteristics of the Ulleung Warm Lens", Bull. Korean Fish. Soc., 23(5), pp.407~415 (1990)
  13. Kawabe, M., "Branching of the Tsushima Current in the Japan Sea. Part I: Data analysis", J. Oceanogr. Soc. Japan, 38, pp.95~107 (1982)
  14. 김아람, "동해 남부 연안 해역에서 냉수대 발생이 식물플랑크톤 군집에 미치는 영향", 바다, 19(4), pp.287~301 (2014), 한국해양학회
  15. Kim, D., "Characteristics of the East Sea (Japan Sea) circulation depending on surface heat flux and its effect on branching of the Tsushima Warm Current", Cont. Shelf Res., 192, pp.104025~ (2020)
  16. 김재민, "동해 독도 냉수성 소용돌이의 이동 특성", 바다, 24(2), pp.351~373 (2019), 한국해양학회[DOI]
  17. 김지혜, "지역 해양순환예측시스템에 대한 OSTIA 해수면온도 자료동화효과에 관한 연구", 바다, 20(1), pp.1~15 (2015), 한국해양학회
  18. 김영호, "한국의 해양예측, 오늘과 내일", 바다, 18(2), pp.89~103 (2013), 한국해양학회
  19. Large, W. G., "Oceanic vertical mixing : A review and a model with a nonlocal boundary layer parameterization", Reviews of Geophys, 32, pp.363~404 (1994)
  20. Lee, D. -K., "The energetic surface circulation patterns of the Japan", East Sea, 2005, pp.52, 1547~1563
  21. Lee, D. -K., "Eddies in the southwestern East", Japan Sea, 2010, pp.57, 1233~1242
  22. 이준호, "ROMS-NPZD 접합모델을 이용한 한반도 주변해역의 표층 영양염 및 클로로필의 계절변동성", Ocean and Polar Research, 38(1), pp.1~19 (2016), 한국해양과학기술원[DOI]
  23. Mitchell, D. A., "Upper circulation patterns in the Ulleung Basin", Deep Sea Res. Part II, 52, pp.1617~1638 (2005)
  24. Mitchell, D. A., "The Dok Cold Eddy", J. Phys. Oceanogr., 35, pp.273~288 (2005)
  25. Morimoto, A., "Eddy field in the Japan Sea derived from satellite altimetric data", J. Oceanogr, 56, pp.449~462 (2000)
  26. Nof, D., "China’s development could lead to bottom water formation in the Japan", East Sea, 2001, pp.82(4), 609~618
  27. 서승남, "한국 주변해역 30초 격자수심 - KorBathy30s", 한국해안·해양공학회논문집, 20(1), pp.110~120 (2008), 한국해안,해양공학회
  28. Shchepetkin, A. F., "The regional oceanic modeling system(ROMS) : a split-explicit, free-surface, topography-following-coordinate oceanic model", Ocean Modelling, 9(4), pp.347~404 (2005)
  29. Shchepetkin, A. F., "Correction and commentary for “Ocean forecasting in Terrain-Following coordinates:Formulation and skill assessment of the regional ocean modeling system” by Haidvogel et al., J. Comput. Phys., 227, pp. 3595-3624", J. Comput. Phys., 228(24), pp.8985~9000 (2009)
  30. Shin, H. -R., "Movement and structural variation of warm eddy WE92for three years in the Western East", Japan Sea, 2005, pp.52, 1742~1762
  31. 신홍렬, "동해 울릉 난수성 소용돌이의 물리적 특성 및 분류", 바다, 24(2), pp.298~317 (2019), 한국해양학회[DOI]
  32. Song, Y., "A semi-implicit ocean circulation model using a generalized topography-following coordinate system", J. Comput. Phys., 115(1), pp.228~244 (1994)
  33. Song, Y. T., "A general pressure gradient formulation for ocean models, Part II : Energy, momentum and bottom torque consistency", Monthly Weather Review, 126(12), pp.3213~3230 (1998)
  34. Stephens, M. A., "Vector Correlation", Biometrika, 66(1), pp.41~48 (1979)
  35. Suda, K., "The results of simultaneous oceanographical investigation in the Japan sea in summer, 1929", J. Oceanogr., 3, pp.291~375 (1932)
  36. Uda, M., "The results of simultaneous oceanographical investigations in the Japan Sea and its adjacent waters in May and June, 1932", J. Imp. Fish. Exp. Stn., 5, pp.57~190 (1934)
  37. Wyrtki, K., "Eddy energy in the oceans", Journal of Geophys. Res., 81, pp.2641~2646 (1976)
  38. Yoon, J. -H., "Numerical experiment on the circulation in the Japan Sea, Part II: Influence of seasonal variations in atmospheric conditions on the Tsushima Current", J. Oceanogr. Soc. Japan, 38, pp.81~94 (1982)

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