가. 상층 수온구조의 변화
태풍에 의한 직접적인 해수 특성 변화를 보기 위해, 2007년에 관측된 ID 49750 뜰개의 수온변화를 살펴보았다. ADOS 부이 투하 약 2주 후인 2007년 9월 15일∼16일에 중심 기압이 960 hpa인 강도 ‘강’인 제 11 호 태풍 나리가 연구해역인 동중국해 중앙부 해역 을 빠른 속도로 통과하였다. 이 시기에 같은 영역에서 ADOS 부이에 의한 관측이 이루어 졌다. 태풍의 이동경로와 가장 인접한 곳에 위치했던 ID 49750 부이는 태풍이 오기 전 에는 투하된 후 2주 동안 투하 지점에서 반경 50 km 이내에 머물고 있었는데, 태풍 통 과 직후에 태풍을 따라 빠르게 북상한다.
ID 49750 부이와 가장 근접한 태풍의 궤적과의 거리는 약 40 km이며, 태풍의 강풍 반경은 약 200 km이다. 이 부이에서 관측된 수온의 연직구조는 태풍 통과 이전과 이후 의 해양상층 수온구조의 변화를 가장 명확하게 보여주고 있다 (Fig. 3.2).
태풍 통과 전인 9월 14일 이전에는 표층∼30 m 까지 상층이 28 ℃ 이상의 비교적 균 일한 고온수로 구성되어 있었으며 50～80 m 까지 저층은 19 ℃ 내외의 상대적으로 저 온인 해수가 분포하고 있다. 그 사이 30∼50 m 층에는 강한 수온약층이 형성되어 있었 으며 내부조석 또는 내부파의 영향으로 보이는 1일 미만 주기의 단주기 연직진동 특성을 보이고 있었다. 그러나 태풍이 통과한 직후 강한 연직혼합으로 수온약층이 깨어져 표층 수온이 약 4 ℃ 정도 하강하고 저층의 수온이 약 3 ℃ 정도 상승하였다. 20∼25 ℃ 범 위의 수온이 0∼60 m 수층을 점유하였다. 시간이 지나감에 따라 30 m 수심 부근으로 수온약층이 점차 형성되었지만 태풍통과 10일 후인 9월 27일까지도 이전의 강도를 회복 하지는 못하였다.
그림3.2.3.1 2007년 9월에 관측된 ADOS (ID 49750) 뜰개의 결과 (a) 5개의 수온센서와 3개의 압력 센서에 의해 얻어진 자료로부터 생성된 수온프로파일의 변화 (b) 표층과 중층 (32m), 저 층(80m)에서의 수온변화
그러나 이와 같은 태풍에 의한 해양상층수의 반응은 태풍의 강도와 태풍의 반경 등에 의해 큰 영향을 받는 것으로 보인다. 앞서 살펴본 것 처럼 ID 49750 뜰개에서는 태풍 통과시 표층수온이 3℃ 이상 하강하고 수온약층이 크게 약화되는 특징을 보인다. 그러나 2010년 태풍 곤파스와 말로가 통과한 직후에는 상층에서 1∼2℃의 수온 변화가 나타났 다. 즉 2007년 태풍 나리의 통과시기 때와 같은 상층수의 급격한 수온 변동은 나타나지 않는다. 이는 관측 장비가 태풍의 반경 내에 포함되지 않거나, 태풍의 강도가 약하기 때 문에 해양의 변화에는 그다지 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다.
그림3.2.3.2 2010년에 투하된 뜰개 ID 22540에서 얻은 대기압과 수온의 연직분포
나. 표층해수구조의 변화
관측해역 전반에 걸쳐 태풍에 의한 표층수의 변화를 보기 위해 HYCOM (http://hycom.org) 모델 결과를 살펴보았다. 그림 3.2.3.3는 태풍 나리가 통과하기 전과 통과하는 시기동안의 해수면(SSH)과 표층수온(SST)의 변화를 나타낸 것이다. 그림에 나타낸 것처럼 태풍 나리는 동중국해 중앙을 가로질러 북상하였다.
그림3.2.3.3은 해수면과 표층수온의 차를 나타낸 것이다. 태풍이 통과하기 전인 14일에 는 이전날과 비교했을 때 해수면의 차가 거의 없으며, 표층수온은 동중국해 중앙부에서 다소 증가한 경향을 보인다. 그러나 태풍이 통과하는 16일에는 태풍 궤적 주변 해역에서 상대적으로 낮은 해수면 분포를 보인다. 다양한 특성 분석이 필요하지만 이 경우 궤적의 왼쪽 해역에서 보다 낮은 해수면 분포를 보이고 있다. 표층수온 분포에서도 태풍이 통과
하는 시기에 이전시기보다 낮은 수온 분포를 보이고 있다. 최대 2℃ 이상 낮은 값을 나 타내며, 주변해역보다 궤적을 따르는 해역에서 상대적으로 큰 수온차를 보이고 있다.
그림3.2.3.3 HYCOM 모델결과로, 2007년 태풍 나리가 통과하기 전과 후 표층 수온과 해수면의 수평 분포도
그림 3.2.3.4는 태풍이 통과하는 동안 (9월 16일) 일별 평균 순열속(net heat flux)을 나타낸 것이다. 태풍이 통과하고 있는 제주 남부해역에서는 열속이 -50W/㎡으로 해양에 서 대기로 열이 유출되고 있다. 이는 대기의 기온이 해수의 온도보다 낮아 해양에서 대 기로 열유입이 일어나고 있음을 뜻한다. 반면 이 시기에 동중국해 중앙해역에서는 50W/
㎡로 대기에서 해양으로 열유입이 일어나고 있다. 즉, 태풍이 통과하는 동안 잃었던 열을 해양이 대기로부터 공급하고 있음을 보이고 있다.
그림3.2.3.4 2007년 태풍 나리가 통과하는 동안 표층에서의 일별 평균 순열속 (WHOI 제공)에 대한 수평분포도 (양의 값은 대기에 서 해양으로 전달됨을 뜻함)
그림 3.2.3.5는 태풍 궤적에 따른 열속의 변화를 시간에 따라 나타낸 것으로, 태풍 통과 전과 후 해양의 열속 변화를 보여준다. 그림에서 흰색 점은 태풍의 궤적을 표시한 것이다.
태풍이 있기 전과 태풍이 있던 시기의 해역에서는 열속이 대부분 음의 값을 보이고 있 다. 이는 태풍의 있기 전과 태풍에 의해 직접적인 영향을 받는 해역에서는 열의 방출이 일어나고 있음을 뜻한다. 그러나 태풍이 지난 직후에는 양의 값을 보이면서 대기에서 해 양으로 열이 유입됨을 보이고 있다. 즉 대기에 의한 열손질을 대기로부터 보상하고 있음 을 알 수 있다. 동중국해에서 태풍이 통과하던 14일부터 16일까지의 열속 변화를 보면 남쪽과 북쪽해역이 거의 대칭적인 구조를 보이고 있다.
그림3.2.3.5 2007년 9월 13일부터 17일까지, 태풍 트랙을 따르는 일별 평균 순열속의 분포도 (양의 값은 대기에서 해양으로 전달됨을 뜻함). 오른쪽 끝에 있는 그래프는 x축에 대한 합을, 상부에 있는 그래프는 y축에 대한 합을 나타낸 것.
다. 내부관성운동의 특성
내부파의 관성운동은 태풍에 의해 나타날 수 있는 또 다른 특징 중 하나이다. 태풍통과 직후 4∼5일 동안 수층은 약 23 시간 주기의 내부 관성파에 의한 연직진동 특성이 강하 게 나타났다 (그림 3.2.3.6). 태풍 통과 직후에 표층과 저층에서 뚜렷한 관성진동 특성이 나타났으며, 이에 비해 중층에서의 변화는 매우 약하게 관측되었다. 관성운동은 약 5일 정도 지속적으로 나타났지만 초기 3일 동안 가장 강한 모습을 보였다.
그림 3.2.3.7은 태풍이 통과하는 시기인 9월 13일부터 약 15일 동안 ADCP에서 관측된 유속의 동서성분(U)과 남북성분(V)을 시계열로 나타낸 것이다. 점선으로 표시된 곳은 태풍이 도달한 시점을 뜻한다. 일반적으로 연구해역에서는 반일주조 조류가 우세한데, 태 풍이 도달한 이후부터 5일까지는 강한 관성진동 (near-inertial oscillation)이 생기면서 반일주조의 특성이 약화된다. 태풍의 영향이 없어진 이후에는 다시 반일주조가 우세하게 나타난다. 표층에서 강한 유속장이 나타나고 있으며, 상대적으로 중층에서는 약한 흐름을 보인다. 또한 표층과 저층이 서로 다른 흐름 구조를 보이고 있다.
그림3.2.3.6 2007년에 투하된 뜰개 ID 49750에서 얻은 결과로, 수심 8m, 16m, 32m, 80m에 대한 수온 프로파일과 대기압의 시간에 따른 변화를 나타냄
그림3.2.3.7 2007년에 계류된 ADCP의 관측결과. 상층은 동서방향의 유속 성분을, 하 층은 남북방향 유속성분의 변화를 나타냄. 점선은 태풍이 도착한 시기를 나타냄
그림 3.2.3.8은 해류의 U와 V 성분에서 rotating component의 시계방향과 반시계방향 성분의 수직 분포를 나타낸 것이다. 태풍이 도달한 직후 2일 동안 관측된 해류자료를 가 지고 조화 분해 후 least-squares fitting을 한 결과이다. 굵은 실선으로 나타낸 것은 시 계방향의 성분을 나타내며, 점선으로 나타낸 것은 반시계방향의 성분을 나타낸 것이다.
전 수층에서 시계방향의 성분이 반시계방향의 성분보다 우세하게 나타난다. 반시계 방향 의 성분은 전 층에서 10 cm/s 미만의 진폭으로 미약하게 나타나는 반면 시계방향 성분 은 강하고 뚜렷한 층을 이루는 모습을 보인다. 최대 진폭은 표층 근처와 수심 약 63 m 층에서 나타나고 있다. 표층에서는 약 39 cm/s의 진폭이 나타나고, 수심 약 63 m 층에 서는 약 49 cm/s의 진폭값을 보인다. 최소 진폭은 수심 약 43 m에서 약 8 cm/s의 크기 를 보인다. 위상을 살펴보면, 진폭크기가 최소를 보이는 약 43 m 층을 중심으로 상층과 하층이 급격한 변화를 보인다. 상층과 하층의 위상차는 약 180°에 가까우며, 이는 곧 상 층과 하층의 흐름이 시계방향의 성분을 가지면서 서로 반대방향으로 향하고 있음을 시사 한다. 다시 말해 상층과 하층은 모두 시계방향으로 회전을 하고 있으며, 중층을 경계로 서로 다른 방향으로 진행한다. 이는 곧 수층 내부의 경계면을 따라 내부관성파가 존재하 고 있음을 암시한다.
그림3.2.3.8 2007년에 계류된 ADCP의 관측결과로, 태풍이 통과한 직후 2일 동안 관측된 해류의 시계방향과 반시계방향 회전성분의 진폭과 위상분포