• Research Article

    Converting Ieodo Ocean Research Station Wind Speed Observations to Reference Height Data for Real-Time Operational Use

    이어도 해양과학기지 풍속 자료의 실시간 운용을 위한 기준 고도 변환 과정

    DO-SEONG BYUN, HYOWON KIM, JOOYOUNG LEE, EUNIL LEE, KYUNG-AE PARK, HYE-JIN WOO

    변도성, 김효원, 이주영, 이은일, 박경애, 우혜진

    Most operational uses of wind speed data require measurements at, or estimates generated for, the reference height of 10 m above mean ...

    운용용으로 사용되는 대부분의 풍속자료는 10 m 기준 고도에서 측정 또는 생산된 자료이다. 이 연구는 이어도 해양과학기지 42.3 m 고도의 옥상 등대에서 ...

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    Most operational uses of wind speed data require measurements at, or estimates generated for, the reference height of 10 m above mean sea level (AMSL). On the Ieodo Ocean Research Station (IORS), wind speed is measured by instruments installed on the lighthouse tower of the roof deck at 42.3 m AMSL. This preliminary study indicates how these data can best be converted into synthetic 10 m wind speed data for operational uses via the Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA) website. We tested three well-known conventional empirical neutral wind profile formulas (a power law (PL); a drag coefficient based logarithmic law (DCLL); and a roughness height based logarithmic law (RHLL)), and compared their results to those generated using a well-known, highly tested and validated logarithmic model (LMS) with a stability function (ψυ), to assess the potential use of each method for accurately synthesizing reference level wind speeds. From these experiments, we conclude that the reliable LMS technique and the RHLL technique are both useful for generating reference wind speed data from IORS observations, since these methods produced very similar results: comparisons between the RHLL and the LMS results showed relatively small bias values (–0.001 m s-1) and Root Mean Square Deviations (RMSD, 0.122 m s-1). We also compared the synthetic wind speed data generated using each of the four neutral wind profile formulas under examination with Advanced SCATterometer (ASCAT) data. Comparisons revealed that the ‘LMS without ψυ’ produced the best results, with only 0.191 m s-1 of bias and 1.111 m s-1 of RMSD. As well as comparing these four different approaches, we also explored potential refinements that could be applied within or through each approach. Firstly, we tested the effect of tidal variations in sea level height on wind speed calculations, through comparison of results generated with and without the adjustment of sea level heights for tidal effects. Tidal adjustment of the sea levels used in reference wind speed calculations resulted in remarkably small bias (<0.0001 m s-1) and RMSD (<0.012 m s-1) values when compared to calculations performed without adjustment, indicating that this tidal effect can be ignored for the purposes of IORS reference wind speed estimates. We also estimated surface roughness heights (z0) based on RHLL and LMS calculations in order to explore the best parameterization of this factor, with results leading to our recommendation of a new z0 parameterization derived from observed wind speed data. Lastly, we suggest the necessity of including a suitable, experimentally derived, surface drag coefficient and z0 formulas within conventional wind profile formulas for situations characterized by strong wind (≥33 m s-1) conditions, since without this inclusion the wind adjustment approaches used in this study are only optimal for wind speeds ≤25 m s-1.


    운용용으로 사용되는 대부분의 풍속자료는 10 m 기준 고도에서 측정 또는 생산된 자료이다. 이 연구는 이어도 해양과학기지 42.3 m 고도의 옥상 등대에서 측정 중인 풍속을 기준 고도의 풍속으로 변환시켜 국립해양조사원 누리집을 통해 실시간으로 제공하기 위한 사전 연구이다. 이를 위해 2015년에 이어도 기지에서 관측한 풍속을 대표적인 네 종류의 풍속 변환식 - 멱법칙식, 두 종류의 중립 벽 로그법칙식(항력계수형, 거칠기 높이형), 대기 안정도 효과를 고려한 벽 로그법칙모델(안정도 고려 거칠기 높이형) - 에 적용하였다. 관측 바람을 평가하는데 많이 사용되는 ‘안정도 고려 거칠기 높이형’ 벽 로그법칙모델의 결과와 나머지 풍속 변환식 결과들을 서로 비교하였다. 그 결과 ‘거칠기 높이형’ 벽 로그법칙식과 ‘안정도 고려 거칠기 높이형’ 벽 로그법칙모델 간 편향과 평균 제곱근 편차는 각각 –0.001 m s-1와 0.122 m s-1로 가장 낮아 실시간 현업 운용 측면에서 상호 보완적으로 이 두 변환식을 함께 사용하는 것이 바람직하다는 결론을 도출하였다. 또한 이어도 해역에서 조석에 의한 풍속 관측 고도 변화가 풍속 변환에 미치는 영향을 분석하였다. 이들 변환식에 대한 조석 효과 고려 전후에 대한 비교 실험 결과, 편향과 평균 제곱근 편차는 각각 <0.0001 m s-1와 <0.012 m s-1로 그 영향은 미미하였다. 대기 표면 거칠기 높이를 사용하는 ‘거칠기 높이형’ 벽 로그법칙식과 ‘안정도 고려 거칠기 높이형’ 벽 로그법칙모델을 이용하여 간편 풍속 변환식의 필수 입력값인 표면 거칠기 높이 값의 적절성에 관해 논의하였으며, 풍속 변환 정확도를 향상시킬 수 있는 표면 거칠기 높이 계산식을 제시하였다. 또한 인공위성 산란계(ASCAT) 풍속자료와 네 종류의 중립 연직 풍속 변환식들의 결과를 비교하여 이들 중 ‘안정도 고려 거칠기 높이형’ 벽 로그법칙모델에서 안정도 항을 뺀 풍속 변환 모델의 정확도가 더 낫다는 결과를 제시하였다. 끝으로 이들 종래 25 m s-1 이하 풍속에 최적화된 풍속 변환식들로부터 바람 항력계수를 산정‧분석하여 강풍(≥33 m s-1) 환경에서도 적합한 풍속 변환식으로 개선 필요성에 관해 논의하였다.

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    November 2018
  • Research Article

    Distribution of Heavy Metal Concentrations in Surface Sediments of the eastern Yellow Sea

    황해 동부해역 표층퇴적물의 중금속 농도 분포

    CHUL-IN SUN, GEON-WOO PARK, HYEON-SIL PARK, JUN KUN PARK, SEONG GIL KIM, MAN SIK CHOI

    선철인, 박건우, 박현실, 박준건, 김성길, 최만식

    In order to determine the distribution characteristics of the heavy metals in surface sediments of the eastern Yellow Sea, heavy metal concentrations ...

    황해 동부해역 표층퇴적물의 중금속 분포 특성을 파악하기 위하여 입도, 유기탄소(TOC)와 함께 중금속 원소들(Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Mn, As ...

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    In order to determine the distribution characteristics of the heavy metals in surface sediments of the eastern Yellow Sea, heavy metal concentrations (Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Mn, As, Ni, Co, Li, Fe and Al) together with grain size and total organic carbon (TOC), were analyzed. The concentrations of all heavy metals, with the exception of Pb, Mn and As in some stations, were relatively high in the central area of the Yellow Sea and tended to decrease toward the Korean coast. A significant relationship between grain size and concentrations of heavy metals suggested that they were mostly controlled by quartz dilution effect. However, at some stations, Pb, Mn and As exhibited different distribution patterns. For Pb, the differences were caused by petrogenetic influences (feldspar) in coarse-grained sediments. In the case of Mn, biogenetic influences (CaCO3) affected distribution patterns. As was distributed differently because of the existence of a heavy mineral (pyrite). A comparison with previous data (collected in 2000) shows that the heavy metal concentration in the eastern Yellow Sea has not increased over the past fifteen years. The sedimentary environment of dumping sites in the Yellow Sea has not been significantly improved during this period. The results of the pollution assessment revealed that the concentrations of heavy metals in the study area were lower than lower criteria (TEL, MSQ-1) in Korean and Chinese sediment quality guidelines. The enrichment factor (EF), geo-accumulation index (Igeo) and ecological risk index (ERI) of Cu, Pb, Zn and Cr were higher in the central area of the Yellow Sea.


    황해 동부해역 표층퇴적물의 중금속 분포 특성을 파악하기 위하여 입도, 유기탄소(TOC)와 함께 중금속 원소들(Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Mn, As, Ni, Co, Li, Fe, Al)의 농도를 분석하였다. 연구결과에 따르면, 일부 정점에서 Pb, Mn, As를 제외하면 모든 중금속 농도의 분포는 입도 및 TOC의 분포와 유사하게 황해 중앙해역에서 상대적으로 높고, 한국 연안으로 갈수록 감소하는 경향을 보였다. 입도와 중금속 농도간의 관계를 통하여 대부분의 금속은 입도가 세립할수록 농도가 높게 나타나는 일반적인 경향을 보였다. 그러나 일부 정점에서 Pb은 조립질 퇴적물에서의 암석기원(feldspar) 영향, Mn은 생물기원(CaCO3) 영향, As는 중광물(pyrite) 특성에 따라 분포 양상이 다르게 나타났다. 과거에 조사한 자료(2000년)와 비교했을 때, 황해 동부해역에서 지난 15년 동안의 추가적인 중금속 농축은 없었고, 투기해역에 대한 저질환경은 과거에 비해 크게 개선되지 못한 것으로 나타났다. 연구해역 내 모든 중금속의 농도는 한국과 중국에서 규정하고 있는 최소기준(TEL, MSQ-1)보다 낮았지만, 농축지수(enrichment factor; EF), 농집지수(geo-accumulation index; Igeo), 생태위해성지수(ecological risk index; ERI)는 Cu, Pb, Zn, Cr이 황해 중앙해역에서 상대적으로 높게 나타났다.

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    November 2018
  • Research Article

    Growth Dynamics of the Surfgrass, Phyllospadix iwatensis on the Eastern Coast of Korea

    한반도 동해 연안에 자생하는 말잘피, 새우말의 생장 특성

    JONG-HYEOB KIM, JAE HOON KIM, GU YEON KIM, JUNG-IM PARK

    김종협, 김재훈, 김구연, 박정임

    The surfgrass Phyllospadix iwatensis is native in the exposed rocky shores of the Northwestern Pacific Ocean. In Korea, P. iwatensis is mainly ...

    말잘피 새우말은 북태평양에 위치한 북동아시아 연안의 암반에 자생한다. 우리나라에서 새우말은 주로 동해 중부해역의 암반조하대에 나타나며, 본 조사에서는 이 곳에 서식하는 새우말의 생태적 ...

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    The surfgrass Phyllospadix iwatensis is native in the exposed rocky shores of the Northwestern Pacific Ocean. In Korea, P. iwatensis is mainly found on the rocky subtidal zone in the central eastern coast. In this study, to examine the ecological characteristics of P. iwatensis, we investigated changes in morphological characteristics, density, biomass, and leaf productivity as well as changes in the underwater irradiance and water temperature of its habitat monthly from August 2017 to July 2018. Underwater irradiance and water temperature showed clear seasonal changes; increases in spring and summer and decreases in fall and winter. Morphological characteristics, shoot density, biomass, and leaf productivities of P. iwatensis exhibited significant seasonal variations, increasing in winter and spring and decreasing in summer and fall months. P. iwatensis leaf productivities both per shoot and per unit area showed significant positive correlations with underwater irradiance. The average leaf productivity of P. iwatensis per area was 6.3±1.3 g m-2 d-1, while minimum and maximum values were 2.4±0.3 g m-2 d-1 in February 2018 and 16.4±4.4 g m-2 d-1in May 2018, respectively. The optimum water temperature for the growth of P. iwatensis in this study was between 12-13℃.


    말잘피 새우말은 북태평양에 위치한 북동아시아 연안의 암반에 자생한다. 우리나라에서 새우말은 주로 동해 중부해역의 암반조하대에 나타나며, 본 조사에서는 이 곳에 서식하는 새우말의 생태적 특성을 알아보기 위해, 2017년 8월부터 2018년 7월까지 새우말 군락지의 수중광량, 수온의 변화와 함께 매월 새우말의 형태적 특성, 밀도, 생체량과 잎 생산성의 변화를 조사하였다. 수중광량과 수온은 봄과 여름에 증가하고 가을과 겨울에 감소하는 뚜렷한 계절 경향을 보였다. 새우말의 형태, 밀도, 생체량과 잎 생산성은 겨울과 봄에 증가하고, 여름과 가을에 감소하였다. 새우말의 개체당 잎 생산성과 단위면적당 잎 생산성은 수중광량과 유의한 양의 상관관계를 보였다. 새우말의 연간 평균 단위면적당 잎 생산량은 6.3±1.3 g m-2 d-1로, 2018년 5월 최대값(16.4±4.4 g m-2 d-1)과 2월에 최소값(2.4±0.3 g m-2 d-1)을 나타내었다. 새우말 생장의 최적 수온은 12-13℃로 조사되었다.

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    November 2018
  • Note

    Methodology on e-Navigation-Assisted Ocean Monitoring and Big Data Analysis

    이내비게이션을 활용한 해양환경관측 및 빅데이터 분석방안

    GUAN-HONG LEE, JAE-HUN PARK, HO KYUNG HA, DO WAN KIM, WOOJOO LEE, HONGTAE KIM, HYUN-JUNG SHIN

    이관홍, 박재훈, 하호경, 김도완, 이우주, 김홍태, 신현정

    This study proposes a cost-effective method to monitor coastal environments using e-Navigation-implemented domestic and international ferries, and to analyze big data of ...

    본 연구에서는 이내비게이션 시스템이 장착된 연안 및 국제여객선을 활용하여 효율적으로 해양환경관측을 실시하고 관측된 해양환경 빅데이터를 분석할 수 있는 방안을 제시하였다. 먼저, 이내비게이션 ...

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    This study proposes a cost-effective method to monitor coastal environments using e-Navigation-implemented domestic and international ferries, and to analyze big data of records such as wind, temperature, salinity, waves, and currents that are gathered through e-Navigation system. First, we present the concept and architecture of e-Navigation operation system based on the General Information Center on Maritime Safety and Security. Then, the marine observation system that can be applied to ferries operating in our nation’s territory is discussed. Analytical methods, such as spatio-temporal mixed effects model, ensemble method, and meshfree method, in handling real-time big data obtained by the e-Navigation observing system are then explained in detail. This study will support the implementation of the Korean e-Navigation project that focuses on the safety of small vessels such as coasters and fishing vessels.


    본 연구에서는 이내비게이션 시스템이 장착된 연안 및 국제여객선을 활용하여 효율적으로 해양환경관측을 실시하고 관측된 해양환경 빅데이터를 분석할 수 있는 방안을 제시하였다. 먼저, 이내비게이션 시스템과 운영 개념을 소개하고, 우리나라 연안의 해양환경모니터링 현황을 개괄한 후, 기존 관측망의 단점을 보완하고 장점을 강화할 수 있도록 이내비게이션을 활용한 해양환경모니터링 관측방법과 관측요소(기상, 물성, 유속 및 수심)를 제안하였다. 또한, 이내비게이션 시스템이 장착된 여객선에서 관측한 자료를 실시간으로 분석하는 시공간 혼합효과모형, 앙상블기법 및 무요소기법과 같은 해양빅데이터 분석 기법을 제안하였다. 본 연구는 연안 선박과 소형어선에 중점을 둔 한국형 이내비게이션 추진에 도움이 될 것으로 기대한다.

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    November 2018
Journal Informaiton Agriculture and Life Sciences Research Institute The Sea Journal of the Korean Society of Oceanography
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