• 한국해양학회지:바다
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• 제5권2호
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• pp.86-94
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• 2000

동아시아 해역에서의 해양-대기 상호 작용의 장기 시 ${\cdot}$ 공간 변동 특성을 이해하기 위해 1978년부터 1995년까지 18년간 12시간 간격으로 연속적으로 산출된 해수면 순열속 자료를 이용하여 경험적 직교함수 분석을 하였다. 전체분산의 73%에 해당하는 3개 모드중, 1년 주기성이 우세한 제 1모드는 황해 산동반도 부근과 동해 중앙부 및 북동부 해역에서 변동이 크게 나타났다. 남쪽과 북쪽이 쌍극자형의 공간적 변동 양상을 보이는 제 2모드에서는 3.6년과 2.3년의 주기성이 우세하게 나타났다. 제 2모드 시간계수는 엘니뇨와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단되며 태평양 동부 적도 해역의 해수면 수온 변동과는 반대 위상을 가지며 4개월의 시간 차이를 갖는 것으로 나타났다. 동쪽과 서쪽이 쌍극자형의 변동성을 갖는 제 3모드에서는 6-9년 주기의 성분이 다른 모드에 비해 뚜렷이 나타났다. 또한 산동반도 남부해역과 블라디보스톡 외해에서는 겨울철 열 손실이 800W/$m^{2}$가 넘는 강한 열손실이 발생하는 경우가 빈번하며 산동반도 남부 해역에서의 발생 빈도가 블라디보스톡 남부해역보다 약 2배 정도 많은 것으로 나타났다. 발생 시기는 블라디보스톡 외해에서는 1월에 주로 발생하는 반면 산동반도 남부에서는 12월과 1월에 걸쳐 나타나는 차이를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.1151-1159
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• 2014

본 연구에서는 대표적인 전지구 온도지표인 LOC/MTG 온도인자를 이용하여 기후변동성(Climate Variability)을 파악하고 관측수문량의 상대적 변화분석을 위한 특성자료로 활용하였다. 여기서, LOC (Land-Ocean Contrast)는 중위도 지역에서 대륙과 해양의 온도의 차이를 나타내는 지수이며, 고위도 및 아열대 지역의 남북간 기온의 차이는 MTG (Meridional Temperature Gradient)로 정의된다. LOC/MTG 두 패턴의 남북 또는 동서 지점의 변화는 동아시아 지역에서의 대기순환패턴의 변화와 그와 관련된 대기수분이송에 직간접적인 영향인자로서 작용될 수 있다. 또한, 여름철 동아시아의 수문기상의 변화는 식수, 관개용수, 수력발전 및 수산산업과 연관성이 매우 크며, 인간과 자연의 상호관계를 유지하기 위한 지속가능한 수자원의 공급에 중요한 결정요소이다. 따라서 본 연구에서는 한강유역을 대상으로 6월에서 9월 사이에 발생한 여름철 강우 중에서 태풍에 의해 유발된 강우를 제외하고 몬순기후에 의한 한반도 유역의 지역적 강우 특성을 분석하였다. 한강 몬순강우와의 통계적 상관성 분석을 실시한 결과, 여름철 몬순강우의 변화에 민감하게 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국지구과학회지
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• 제43권1호
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• pp.60-76
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• 2022

본 연구는 기상청에서 운용 중인 영국 the United Kingdom Earth System Model (UKESM)을 리눅스 클러스터에 설치하여 과거 28년 기간에 대해 적분을 수행하고, 추가적인 수치 실험을 수행하여 얻은 결과와 비교한다. 설치한 UKESM은 저해상도 버전이지만, 대류권 대기 화학-에어로졸 과정과 성층권 오존 화학 과정을 동시에 모의하는 United Kingdom Chemistry and Aerosol (UKCA) 모듈을 포함하고 있는 최신 버전이다. 본 연구에 사용된 UKCA가 포함된 UKESM (UKESM-UKCA)은 전체 대기에서의 화학, 에어로졸, 구름, 복사 과정이 연동된 모델이다. CMIP5 기존 배출량 자료를 사용하는 UKESM 기준 적분 수치 모의와 함께, 동아시아 지역 이산화황(SO₂) 배출이 기상장에 미치는 영향을 평가하기 위하여 CMIP5 SO2 배출량 대신 최신의 REAS 배출자료로 교체한 실험 적분 수치 모의를 수행하였다. 두 수치 모의의 기간은 모두 1982년 1월 1일부터 2009년 12월 31일까지 총 28년이며, 모델 결과는 동아시아 지역 에어로졸 광학 두께, 2-m 온도, 강수 강도의 시간 평균값과 시간 변화 경향의 공간 분포를 분석하고 관측자료와 비교하였다. 모델에서 얻어진 온도와 강수 강도의 공간 분포 패턴은 관측자료와 전반적으로 유사하였다. 또한 UKESM에서 모의된 오존 농도와 오존전량의 공간 분포도 위성 관측 자료와 분포 패턴이 일치하였다. 두 UKESM 실험 적분 모의 결과로 얻어진 온도와 강수 강도의 선형 변화 경향의 비교를 통해, 동아시아 지역 SO2 지면 배출은 서태평양과 중국 북부지역에 대한 온도와 강수량의 변화 경향에 중요한 요인임을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 슈퍼컴퓨터에서만 운용되던 UKESM이 리눅스 클러스터 컴퓨팅 환경에도 설치되어 운용이 가능하다는 점을 제시한다. 대기 환경 및 탄소순환을 연구하는 다양한 분야의 연구자들에게도 대기-해양-지면-해빙이 상호작용하는 UKESM와 같은 지구시스템모델이 활용될 가능성과 접근성이 높아졌다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.281-294
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• 2015

해상 풍력발전체 최적설계에 필요한 파력과 풍력의 비선형 상쇄 간섭 생성기작을 규명하기 위해 5MW급 해상풍력 발전체를 대상으로 1/50 scale로 수리모형실험을 수행하였다. 해상풍력 발전체의 하부구조물은 시공이 용이하여 가장 선호되는 mono pile로 선정하였다. 돌풍은 Kaimal 스펙트럼과 상호스펙트럼에 기초한 Monte carlo 모로 재현하였으며, 모의결과를 토대로 순간 최대풍속은 10 m/s로 조정하였다. 파고는 해상풍력 시범단지가 예정되어있는 우리나라 서해안 해역의 파황을 고려하여 $H_s=0.1m$, 0.15 m, 0.2 m로 선정하였다. 수리모형실험 결과, 파력과 풍력의 비선형 상쇄 간섭은 해역이 거칠수록 보다 확연하게 관측되었으며, 이러한 결과는 해수면 요철로 인해 대기와 해수면의 경계에서 출현하는 Large eddy가 비선형 상쇄 간섭의 생성 기작이라는 우리의 추론을 뒷받침한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.351-351
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• 2011

최근 지구온난화와 더불어 이상기후가 대두됨에 따라 기상 예측이 더욱더 중요시되고 있다. 또한 이전부터 가뭄 및 홍수와 같은 기상현상으로 인한 피해 사례가 빈번하였으며, 이로 인하여 물 관리의 어려움을 겪고 있다. 한 예로 이상기후가 유난히 잦았던 2010년 여름철 경우 평년보다 발달한 북태평양고기압의 영향으로 여름철 92일 가운데 81일의 전국 평균기온이 평년보다 높게 나타났다. 또한 강우 일수가 평년에 비해 7.4일 많은 44.2일을 기록하였으며, 국지성 집중호우 사례가 빈번하였다. 또한 8월 9일 발생한 태풍 `뎬무'를 포함해서 한 달 동안 3개의 태풍이 한반도에 영향을 끼치는 이례적인 사례가 발생하였다. 따라서 본 연구는 이러한 기상재해에 따른 물 관리를 장기적으로 대비하고자 고해상도 전지구 모델 GME를 이용하여 2010년 여름철 강수 예측을 실시하였다. 강수 예측에 사용된 전지구 모델 GME는 기존의 카테시안 격자체계를 가진 모델과 달리 전구를 삼각형으로 구성된 20면체로 격자화 한 Icosahedral-hexagonal grid 격자체계로 구성되어 있어, 해상도 증가에 용이할 뿐만 아니라, HPC(High Performance Computing)환경에서 효율성이 높은 장점을 가지고 있다. 본 계절 예측을 수행함에 있어 발생하는 잡음을 최소화하고자, Time-lag 기법을 이용하여 5개의 앙상블 멤버로 구성되어있으며, 이를 비교 분석하기위해 Climatology를 이용하여 총 10개의 앙상블 멤버로 규준실험을 수행하였다. 선행 연구에 따르면 1개월 이상의 장기 적분의 경우 초기조건보다 외부 강제력이 더 중요한 역할을 한다고 연구된 바 있다. (Yang et al., 1998) 특히 계절 변동성의 경우 대기-해양간의 상호작용에 의해 지배되며, 이를 고려하여 본 연구는 해수면 온도를 경계 자료로 사용하여 계절 예측을 수행하였다. 앞서 말한 실험 계획을 바탕으로 하여 나온 결과를 통해 동아시아지역 및 한반도 도별 강수 및 온도 변수에 대해 순별 및 월별 카테고리맵 분석을 실시하여 한눈에 보기 쉽게 나타냈다. 또한 주요 도시별 강수량 및 온도의 시계열 분석을 실시하여 시간이 지남에 따라 나타나는 변동성을 확인하였다. 계절 예측 결과에서 온도의 경우 평년보다 높게 나타났으며, 이는 실제 온도 예측과도 유사한 패턴을 가졌다, 강수의 경우 7월부터 8월 중순까지 평년보다 다소 적게 모의되었으며, 8월 하순경 회복하는 것으로 예측하였다. 따라서 본 계절 강수 예측은 다소 역학 모델이 가지는 한계를 가지고 있으나, 실제와 비교하여 어느 정도의 경향성이나 패턴에 있어 유사성을 보임을 확인하였으며, 이를 장기적 차원의 물관리를 함에 있어 참고 및 활용 가능할 것으로 예상한다.

• 한국지구과학회지
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• 제42권3호
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• pp.296-310
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• 2021

엘니뇨는 전지구적인 규모로 기후 변화를 유발하는 대표적인 해양-대기 상호작용 현상으로서 지구과학 분야에서 매우 중요한 교수-학습 소재로 사용되고 있다. 본 논고에서는 적도 해류계의 분포 특징 및 발생 역학에 관해 정리하였으며, 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동과 관련 오개념에 관해 조사하였다. 엘니뇨 시기에는 북적도해류, 남적도해류, 적도잠류들이 유의미하게 약화된다. 그러나 북적도반류는 중심축을 중심으로 남쪽 성분은 강화되고 북쪽 성분은 약화되면서 적도 쪽으로 남하하기 때문에 엘니뇨 시기의 북적도반류의 변동에 대해서는 일반화할 수 없다. 또한 서태평양에서는 북적도반류의 남하 폭이 커져 결과적으로 적도 서태평양에서는 동향류가 관측된다. 일부 대중 매체를 통한 과학 기사, 중등학교 평가 문항 뿐만 아니라 현직 교사들을 대상으로 한 설문 조사 결과 분석을 통해 엘니뇨 시기의 적도 해류계의 변동에 관한 개념이 통일되지 않았음을 확인하였다. 이는 기존에 사용되고 있는 엘니뇨 모식도의 부정확한 해석과 적도 해류 및 파동 역학에 관한 이해 부족과 연관된다고 유추할 수 있다.

• 한국지구과학회지
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• 제45권1호
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• pp.48-71
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• 2024

태풍은 지구 시스템 내 상호작용을 일으키는 대표적인 해양-대기 현상으로 최근 들어 기후변화로 인해 점점 더 강력해지는 추세이다. 2022 개정 과학과 교육과정은 미래 사회 시민으로서의 디지털 소양 함양을 위하여 첨단 과학기술을 활용한 교수-학습 활동의 중요성에 대해 강조하고 있다. 따라서 교과서 삽화의 시공간적 한계점을 해결하고 지구과학 분야에서 다루는 전지구적 규모의 빅데이터를 활용한 효과적인 수업자료의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 PDIE (준비, 개발, 실행, 평가) 모형의 절차에 따라 천리안 위성 2A호 영상 자료를 활용하여 태풍의 경로를 시각화하는 탐구활동 자료를 개발하였다. 준비 단계에서는 2015 및 2022 개정 교육과정과 현행 교과서의 탐구활동 내용을 분석하였다. 개발 단계에서는 관측 데이터를 수집, 처리, 시각화, 분석할 수 있는 일련의 과정들로 탐구활동을 구성하였으며, 간단한 조작만으로도 결과를 도출할 수 있는 GUI (Graphic User Interface) 기반 시각화 프로그램을 제작하였다. 실행 및 평가 단계에서는 학생들을 대상으로 수업을 진행하였으며 코드를 활용한 수업과 GUI 프로그램 활용 수업을 각각 실시하여 각 활동의 특징을 비교하고 학교 현장에서의 적용 가능성을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 수업자료는 전문적인 프로그래밍 지식이 없어도 GUI 기반으로 실제 관측 데이터를 활용한 탐구활동에 활용될 수 있으며, 이를 통해 학생들의 지구과학 분야의 이해도와 디지털 소양 함양에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권2호
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• pp.197-206
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• 2023

최근 국제해사기구(IMO)를 비롯한 국제사회에서 선박의 대기오염 배출 규제를 강화하고 있으며, 배기가스 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그중에서도 풍력 보조 선박추진 시스템 중 하나인 로터 세일(Rotor Sail, RS)이 다시금 주목받고 있다. RS는 선박 데크에 설치되는 원통형 실린더 장치로 마그누스 효과를 사용하여 유체 동역학적 양력을 생성하는 장치이다. 이는 차세대 친환경 보조 추진 기술 중 하나이며, RS 적용 선박을 개발한 Enercon 사(社)에서는 약 30% 이상의 연료 절감이 가능하다고 발표했다. 본 연구에서는 다중 RS를 선박에 설치할 경우 RS 간격 및 배열 형태와 같은 최적의 설치 조건을 선정하고자 하였으며, RS 배열에 따른 유동특성을 확인하기 위하여 AR(Aspect Ratio) = 5.1, SR(Spin Ratio) = 1.0 및 로터세일 지름과 엔드 플레이트 지름 비(D_e/D)= 2.0 로 고정하고 자유 유속 U = 5 m/s로 풍향은 +y 축 단방향에 대한 조건만 고려하였다. 배열 조건은 횡방향 거리는 +x 축 방향으로 3D ~ 15D까지 3D 간격으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수(C_L), 항력계수(C_D)와 공기역학적 효율(C_L/C_D)을 비교하였다. 결과적으로 종방향 간격에 따른 RS의 영향은 크게 차이가 없었으나, 횡방향 간격에 따른 RS 유동특성의 경우 두 RS가 바람 방향에 거의 일치할 때 RS의 상호작용 효과가 가장 크게 나타났다. 배열에 따른 RS 유동특성의 경우, 전방(0°) 방향에서 바람이 불 때 마름모 형태(◇) 배열이 RS 간의 후류 영향을 가장 덜 받는 것으로 나타났다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권4호
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• pp.257-267
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• 2014

2009년 7월 3일부터 7월 27일까지 러시아 조사선 R/V Lavrentyev를 이용하여 러시아 연안으로부터 4개의 Line(D, R, E, A)을 따라 표층 30 m 수심의 시료를 25개 정점에서 채수하여 Cu와 Ni 의 농도를 분석하였다. 해역별로 Cu와 Ni의 농도를 비교하면, 연안역에서는 러시아 연안(평균 Cu, 1.51; Ni, 1.82 nM)보다 우리나라 동해 연안의 농도(평균 Cu, 2.87; Ni, 3.71 nM)가 각각 1.9, 2.0배 높으며, 난수역(평균 Cu, 3.04; Ni, 2.31 nM)은 냉수역(평균 Cu, 2.09; Ni, 2.27nM)에 비해 Ni의 농도는 비슷하지만 Cu의 농도는 1.5배 높게 나타났다. Cu와 Ni의 농도분포는 표층 수온 $10^{\circ}C$를 기점으로 구분되는 특성을 보이고 있다. $10^{\circ}C$ 이하의 해역은 주로 러시아 연안과 일본분지내의 정점이고, $10^{\circ}C$ 이상의 해역은 울릉분지내 해역과 사할린 섬 부근의 연안 정점이다. Cu와 Ni은 $10^{\circ}C$ 이하에서(주로 일본분지) 수온이 감소함에 따라 농도가 증가하는 추세로 한류수계수의 농도가 주변 연안이나 외해보다 높게 나타났으며, $10^{\circ}C$ 이상에서는(주로 울릉분지) 수온이 증가함에 따라 농도가 증가하는 추세로서 대마 난류수의 영향을 받고 있는 울릉분지에서 높은 농도를 보이고 있다. 동해 표층수의 미량금속 농도 분포는 동해에 존재하는 다양한 수괴의 혼합과 육지로부터 강과 대기를 통한 전달, 그리고 유,무기성 입자물질과의 상호작용에 의해 결정되며, 다른 해역(서지중해, 베델해, 대서양)보다 Cu의 함량은 높고 Ni의 함량은 다소 낮게 나타나고 있다. 특히 동해 남부 울릉분지 해역의 Cu 농도는 우리나라 동해 연안보다 높으며, 전 조사수역에서 가장 높은 농도를 보임으로서 우리나라와 일본으로부터 대기를 통한 전달량의 영향이 상대적으로 클 것으로 추론할 수 있다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.64-73
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• 2015

2009년 7월 3일부터 7월 27일까지 러시아 조사선 R/V Lavrentyev를 이용하여 러시아 연안으로부터 4개의 Line(D, R, E, A)을 따라 표층 30 m 수심의 시료를 26개 정점에서 채수하여 Pb와 Cd의 농도를 분석하였다. 해역별로 Pb와 Cd의 농도를 비교하면, 연안역에서는 러시아 연안(평균 Pb, 0.08; Cd, 0.10 nM )보다 우리나라 동해 연안의 농도(평균 Pb, 0.49; Cd, 0.11 nM)가 Pb의 경우 6.0배 높은 반면 Cd의 농도는 비슷하게 나타났으며, 난수역(평균 Pb, 0.22; Cd, 0.10 nM)은 냉수역(평균 Pb, 0.13; Cd, 0.14 nM)에 비해 Cd의 농도는 0.4배 낮은 반면, Pb의 농도는 약 1.7배 높게 나타났다. 또한 Pb와 Cd의 농도 분포는 표층 수온 $10^{\circ}C$를 기점으로 구분되는 특성을 보이고 있다. $10^{\circ}C$ 이하에서 수온이 감소함에 따라 농도가 증가하는 추세로 한류수의 농도가 주변 연안이나 외해의 해수보다 농도가 다소 높게 나타났으며, $10^{\circ}C$ 이상에서는 온도가 증가함에 따라 농도가 증가하는 추세로서 대마난류와 인접국가(우리나라와 일본)의 직접적인 영향권에 있는 울릉분지에서 높은 농도를 보이고 있다. 특히 Pb의 경우, 고온의 대마난류가 유입되는 정점 D10을 최고점으로 고위도로 북상할수록 수온의 감소와 더불어 농도의 감소 현상이 두드러지게 나타났으며, 서지중해와 동태평양의 측정치보다 다소 높게 나타나서 대만난류를 통한 유입량과 우리나라와 일본으로부터 대기를 통한 전달량의 영향이 상대적으로 클 것으로 추론할 수 있다. 따라서 동해 표층수의 Cd농도 분포는 주로 동해에 존재하는 다양한 수괴의 혼합에 의해 영향을 받는 반면, Pb은 대기와 대마난류를 통한 전달량에 의해 크게 영향을 받으며, 기타 강물을 통한 유입과 유,무기성 입자물질과의 상호작용에 의해 결정될 것이다.