가. 한국해양과학기술원
(1) 과거 연구 결과
○ 한국해양연구소(1993, 1994)는 ⌜생태계 모델링에 의한 해양 생태계 동태 연구⌟ 사업에서 2 년에 걸쳐 자연변화가 해양생태계의 구조와 기능에 미치는 변화, 궁극적으로 해양생물의 자원 량과 생산량에 미치는 영향을 예측하기 위하여 기존 모델(Evans & Parslow, 1985; Fasham et al., 1990; Walsh, 1975; Hofman & Ambler, 1988)을 분석 및 적용하였다.
○ 한국해양연구원(2005)은 ⌜새만금 해양환경보전대책을 위한 조사연구(4차년도)⌟에서 새만금 개발 형태 및 수문 개방 시 유출수 오염 정도에 따른 생태계의 변화 예측 시나리오에 대한 생 태계 수치실험을 실시하였다.
○ 한국해양연구원(2009a)은 ⌜기후변화에 따른 남해(동중국해 북부)의 해양환경 및 생태계 변동 연구⌟에서 해양생태계와 관련하여 동중국해 북부 해역에서 영양염의 계절 변화와 연 변화, 하위영양단계 생태계의 특성 변동, 살오징어 유생의 수송 및 변동을 파악하고 수치모델을 이 용하여 동중국해의 일차생산 변화를 전망하였다.
○ 한국해양연구원(2009b)은 ⌜쌴샤댐 건설로 인한 남해(동중국해)의 해양환경 영향 연구⌟에서 상위영양단계에 Ecopath 및 Ecosim 모델을, 하위영양단계에 NEMURO 모델을 사용하여 생 태계 수치실험을 실시하였다.
(2) 최근 연구동향
(가) POLCOMS-ERSEM 모델 연구
○ 우리 연구원에서는 영국 PML의 POLCOMS-ERSEM 물리-생태계 접합모델링 시스템을 도입 하여 북서태평양 영역에 적용하여 중장기 기후변화에 따른 우리나라 주변해역 해양생태계 영 향을 예측하여 제시한 바 있다(한국해양과학기술원, 2013).
○ 영국 PML(Plymouth Marine Laboratory)에서는 전 지구 연안 해역을 42개 해역으로 나누 어 전 지구 연안해 모델링시스템(GCOMS : Global Coastal Ocean Modelling System)을 구 성하였으며, 동해, 오호츠크해, 황·동중국해를 포함하는 영역을 이 가운데 하나인 KURO24 영 역으로 규정하였다. KIOST에서는 POLCOMS-ERSEM 모델 시스템을 도입하여 운용하면서 많은 시험과정을 거쳐서 KURO24 영역의 수심, 경계조건 등을 개선하여 MESEA (Marine Ecosystem Simulation for East Asia)로 명명하여 사용하고 있다.
○ 모델 계산 영역(MESEA)은 경도 117.5° ∼ 164.7°E, 위도 22.4° ∼ 62.7°N으로(경위도 방향으 로 각각 1/10° 간격, 연직 40개 층), 연안 대륙사면을 포함하여 수심 800 m를 기준으로 외해 쪽으로 200 ㎞ 영역까지 확장되며, 그림 2.3.10과 같이 계산영역의 개방경계가 독특한 형태 를 가진다.
○ 하천 유량은 GRDC (Global Runoff Data Centre)에서 제공하는 연평균 자료를 이용하며, 유 입되는 영양염류로는 질소(N), 인(P), 규소(Si), 용존 유기탄소(DOC), 용존 유기질소(DON), 용 존 유기인(DOP), 고형 유기탄소(POC), 고형 질소(PN), 고형 인(PP) 등이 포함된다.
○ 대기강제력으로 ERA-40 재분석 자료(reanalysis dataset)를 사용하며, 조석은 TPXO_6.2의 전 지구 모델에 의해 구해진 조화상수 값을 이용한다. 수온, 염분, 유속(U, V) 및 해수면 높이 의 경계조건 및 수온·염분 초기조건은 전 지구 NEMO 모형 수치모의 결과를 사용하며, 영양
염의 초기 및 경계조건은 WOA05 (World Ocean Atlas, 2005)자료를 사용한다.
○ 예측결과 예: 그림 2.3.11는 광역 모델링시스템으로 계산한 황·동중국해의 계절별 클로로필 분포를 SeaWiFS 위성자료와 비교하여 제시한 것이다.
그림 2.3.10 MESEA 모델실험 영역
그림 2.3.11 엽록소 계절분포 비교 (상: SeaWiFS 위성관측자료; 하: 수치모형 결과).
(나) ERGOM 모델 연구
○ 우리 연구원에서는 생태계모델 ERGOM과 물리모델을 접합한 연안해 물리-생태계모델을 개 발하여 빈산소 발생 기작을 연구한 바 있다(한국해양연구원, 2012).
○ 최근에는 개발한 연안해 물리-생태계 접합모델을 황해 또는 북서태평양 해역 지역해 모델로 확장하는 한편, 한반도 주변해역에 적합하도록 개선하는 연구를 진행하고 있다.
나. 국립수산과학원
○ 국립수산과학원(2009)은 ⌜생태계모델 구축연구⌟ 사업에서 생태-유체역학 모델 (Eco-Hydrodynamic Model)을 이용하여 지구온난화에 따른 황해 및 동중국해 순환 변화를 모의하고, 이를 바탕으로 생태계 변화를 예측하는 실험을 수행하였다.
○ 그 외에도 생태계모델을 이용한 수질관리 연구(박성은 등, 2010)나 생태계 모델을 이용한 어 장관리 등에 대한 다양한 생태계 모델 적용 연구를 지속적으로 수행하고 있다.
다. 국가수리과학연구소
○ 국가수리과학연구소에서는 2009년부터 융복합수리과학연구부 주관 하에 가상생태계연구팀을 구성하여 가상생태계(virtual ecosystem) 모델 개발 사업을 수행하였으며, 녹조, 생물막, 어 류행동, 포식자-피식자 동역학, 환경오염과 생물의 행동 특성 등을 연구하고 있다.
○ 2011년 기준, 녹조모델 <AlgaeFarm>의 주요 알고리즘이 개발된 상태이며, 어류행동모델인
<FishFarm ver.1.0>이 개발 완료되었다.
라. 기타연구
○ 서울대학교(2003)는 ⌜생지화학모델링을 통한 통합 해양자원 관리 기반 구축 연구⌟ 사업에 서 동해 생태계 모의를 위하여 북태평양을 대상으로 개발된 Box모형 NEMURO와 북해를 대 상으로 개발된 1차원의 PROWQM 모형, 남중국해를 대상으로 개발된 3차원의 SCS 모형의 구조/코드를 분석하고 계량화된 생태인자를 초기 값으로 하여 실험하였다.
○ 이대인(2004)은 진해만 해역에서 발생하는 적조발생역과 물질집적공간을 진단하기 위하여 생 태-유체역학 모델, 즉 생태계모델(EUTRP-2nd, 일본)과 해수유동모델(COSMOS-4th) 실험을 실시하였다.
○ 권철휘 등(2009)은 아산만 해역으로 방류수가 배출될 경우에 대하여 생태-유체역학모델을 이 용하여 아산만 해역의 5개 정점에 대한 화학적 산소요구량, 용존 무기질소 및 용존 무기인에 대한 장기 수질 변화를 예측하였다.
○ 이종휘 등(2008)은 NEMURO 모델을 사용하여 동중국해 북부의 영양염과 플랑크톤의 계절적 변동을 분석하였으며, 2002년부터 2005년 사이의 플랑크톤 생산량과 생체량을 추정하였다.
○ 이원찬 등(2002)은 패류 양식 해역의 서식 환경과 양식 생물 간의 상호 관계를 파악하고 지속 적이 생산 방안을 찾기 위하여 굴 성장과 관련된 인자를 고려하여 기존에 개발된 생태계모델 인 EUTRP2 모델을 이용하여 환경용량산정 모델을 구축하였다.
○ 송규민 등(2007)은 황해 투기해역에서 대증식의 생성과 소멸의 원인을 파악하고자 접합된 수 온-생태계모델을 이용하여, 1998년부터 2000년까지의 봄철 식물플랑크톤 증가 현상 재현을 통해 원인을 파악해 보았으며, 더 나아가 대증식의 기작과 원인이 되는 주요 인자와의 관계를 알아보았다.
○ 해양순환-생태계 접합 모델 운용과 관련하여 국내에서 소규모 관심 있는 연구자들이 형성되 기 시작하고 있는 단계이며, 산발적으로 우리나라 해역에 적용하고자 하는 노력은 꾸준히 있 으며, 상당한 연구 성과가 축적되어 있다.