• Research Article

    Development of a High Performance Ocean Model using Julia Language

    줄리아 언어를 이용한 고성능 해양모델의 개발

    MIN-SUN KWON AND JONG GU KIM

    권민선, 김종구

    고성능 해양모델을 개발하기 위하여 적시 컴파일(Just-In-Time) 언어인 줄리아 언어를 사용하였고, 운동량 방정식의 해를 구하기 위해 연속완화법으로 푸아송 방정식을 푸는 코드를 작성하였다 ... + READ MORE
    고성능 해양모델을 개발하기 위하여 적시 컴파일(Just-In-Time) 언어인 줄리아 언어를 사용하였고, 운동량 방정식의 해를 구하기 위해 연속완화법으로 푸아송 방정식을 푸는 코드를 작성하였다. 다음으로, 줄리아 계산 코드를 시험하기 위하여 두 가지의 모델을 구축하였다. 첫 번째로, 일정한 유량의 생성/소멸(source/sink) 조건을 시험하기 위해 단순한 수로 형태를 모델링하였고, 두 번째로, 조석 외력(tidal forcing) 및 전향력(Coriolis force), 난류확산계수로 인한 효과 등을 시험하기 위해 황해(Yellow Sea)를 단순화하여 모델링하였다. 모델은 두 가지 시나리오 안에서 총 8개의 실험안으로 테스트되었다. 테스트 결과, 시나리오 1에서 3가지 실험안의 수심 평균된 유속은 이론 값에 완벽하게 수렴하였고, 해저마찰로 인한 수직적 유속 구배를 잘 보여주었다. 또한 시나리오 2에서는 황해의 무조점과 우리나라 서해 중부와 남부 연안의 조석 특성을 잘 재현하였고, 전향력과 수직 난류확산계수에 따른 결과의 차이를 잘 보여주었다. 따라서, 줄리아 언어를 이용한 해양모델을 개발하는 데에 성공하였다고 판단되며, 이는 해양모델이 고전적인 컴파일 언어에서 적시 컴파일 언어로 성공적으로 넘어가는 단계에 오게 됐다는 것을 시사한다.   In order to develop a high performance ocean model, we used Julia, a Just-In-Time compile language, and to obtain the solution of the momentum equation, we made the code to solve the Poisson equation by the Successive Over-Relaxation method. And then we made two models to test Julia calculation codes. First, a simple channel form is modeled to test constant source/sink conditions. Second, the simplified Yellow Sea was modeled to test tidal forcing, Coriolis forces, and the effect of vertical eddy diffusivity coefficients. The model has been tested with a total of eight cases in the two scenarios. As a result of the test, the depth-averaged current speed of the three cases in Scenario 1 converged perfectly to the theoretical value, and that showed well a vertical flow velocity gradient due to the bottom friction. Also, the result of Scenario 2 represented well the amphidromic points of Yellow Sea and the tidal characteristics of mid-western and southwestern coast of Korea. Therefore, it is considered that the ocean model using Julia language has developed successfully, this suggests that the ocean model has come to the stage of successful transition from a classical compile language to a Just-In-Time compile language. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article

    Estimation of Mean Surface Current and Current Variability in the East Sea using Surface Drifter Data from 1991 to 2017

    1991년부터 2017년까지 표층 뜰개 자료를 이용하여 계산한 동해의 평균 표층 해류와 해류 변동성

    JU-EUN PARK, SOO-YUN KIM, BYOUNG-JU CHOI AND DO-SEONG BYUN

    박주은, 김수윤, 최병주, 변도성

    동해의 평균 표층 순환과 표층 해류의 변동성을 이해하기 위하여 1991년부터 2017년까지 동해를 지나간 표층 뜰개들의 궤적을 분석하였다. 표층 뜰개 자료를 분석하여 동해 ... + READ MORE
    동해의 평균 표층 순환과 표층 해류의 변동성을 이해하기 위하여 1991년부터 2017년까지 동해를 지나간 표층 뜰개들의 궤적을 분석하였다. 표층 뜰개 자료를 분석하여 동해 표층 해류들을 그 주경로 별로 분류하고, 이들 해류의 변동을 조사하였다. 동한난류는 한국 동해안을 따라 북쪽으로 흐르며 36∼38°N에서 이안한 후 동해 중앙(131∼137°E)에서 동쪽으로 흐른다. 이때 해류 경로의 평균 위도는 36∼40°N의 범위를 가지며, 남북으로 큰 진폭을 갖고 사행한다. 표층 뜰개 경로의 평균 위도가 37.5°N 이남(이북)일 때 사행진폭이 상대적으로 크며(작으며) 진폭은 약 100 (50) km이다. 동해 중앙에서 표층 뜰개들은 37.5∼38.5°N를 따라 동쪽으로 흐르는 경로를 가장 빈번하게 지나간다. 동해 북부 블라디보스토크 연안에 투하된 표층 뜰개들은 연안을 따라 남서쪽으로 이동하다가 일본분지 서쪽에서 반시계방향 순환을 따라 남동쪽으로 이동한 후 39~40°N에서 동쪽으로 사행하여 이동한다. 다음으로 동해를 0.25° 간격으로 격자를 나누어 각 격자를 통과하는 표층 뜰개들의 이동 속도 벡터 자료로 동해 평균 표층 해류 벡터장과 속력장을 구하였다. 그리고 0.5° 격자 간격으로 해류장의 분산타원을 계산하였다. 울릉분지 서쪽에서는 동한난류의 경로가 매년 변화하고, 야마토분지에서는 해류의 사행과 소용돌이가 많아 해류의 변동성(분산)이 크다. 표층 뜰개의 주 이동 경로, 평균 해류 벡터장, 분산을 모두 반영하여 표층 뜰개 자료에 근거한 동해 표층 해류 모식도를 제시하였다. 이 연구는 그동안 인공위성 고도계 자료를 이용하여 구한 표층 지형류와 해양수치모델로 모의한 해류를 중심으로 연구해 왔던 동해 표층 순환을 라그랑지 관측 자료를 통해 정리했다는 데 의의가 있다.   To understand the mean surface circulation and surface currents in the East Sea, trajectories of surface drifters passed through the East Sea from 1991 to 2017 were analyzed. By analyzing the surface drifter trajectory data, the main paths of surface ocean currents were grouped and the variation in each main current path was investigated. The East Korea Warm Current (EKWC) heading northward separates from the coast at 36∼38°N and flows to the northeast until 131°E. In the middle (from 131°E to 137°E) of the East Sea, the average latitude of the currents flowing eastward ranges from 36 to 40°N and the currents meander with large amplitude. When the average latitude of the surface drifter paths was in the north (south) of 37.5°N, the meandering amplitude was about 50 (100) km. The most frequent route of surface drifters in the middle of the East Sea was the path along 37.5‒38.5°N. The surface drifters, which were deployed off the coast of Vladivostok in the north of the East Sea, moved to the southwest along the coast and were separated from the coast to flow southeastward along the cyclonic circulation around the Japan Basin. And, then, the drifters moved to the east along 39-40°N. The mean surface current vector and mean speed were calculated in each lattice with 0.25° grid spacing using the velocity data of surface drifters which passed through each lattice. The current variance ellipses were calculated with 0.5° grid spacing. Because the path of the EKWC changes every year in the western part of the Ulleung Basin and the current paths in the Yamato Basin keep changing with many eddies, the current variance ellipses are relatively large in these region. We present a schematic map of the East Sea surface current based on the surface drifter data. The significance of this study is that the surface ocean circulation of the East Sea, which has been mainly studied by numerical model simulations and the sea surface height data obtained from satellite altimeters, was analyzed based on in-situ Lagrangian observational current data. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article

    Vertical Distribution of Dissolved Silica in the East Sea

    동해 용존 규소의 연직분포

    SEONGHEE JEONG AND TONGSUP LEE

    정성희, 이동섭

    동해에서 용존 규소의 분포 특성을 현존하는 가장 광역적인 탐사였던 1999-2000년도 ONR-JES 탐사 자료와 1970년도 일본 자료와 대조해서 살펴보았다. 동해에서 현재 진행 중인 ... + READ MORE
    동해에서 용존 규소의 분포 특성을 현존하는 가장 광역적인 탐사였던 1999-2000년도 ONR-JES 탐사 자료와 1970년도 일본 자료와 대조해서 살펴보았다. 동해에서 현재 진행 중인 해수교체 양상의 변동과 용존 규소의 분포를 인산염 대 용존 규소의 비로 고찰한 결과로 일차생산에 대한 용존 규소의 제한이 점차 가중될 것이란 가설을 제시하였다. 용존 규소의 제한은 일차생산자의 종조성을 바꾸고 이어서 내려보내기 생산에서 유기입자의 침강이 광물질 껍데기 보다는 유기 점착물 침강에 의한 기여가 커질 것이라 예상된다. 해양에서 규소 순환이 탄소 순환과 깊숙이 연계되어 있는 점에 비추어 미래의 온난화된 대양이 동해처럼 거동하게 될지는 시의적절한 연구 주제가 될 것이라 전망하였다.   Soluble silica profiles of the East Sea were described by comparing the 1970 Japanese data with the 1999-2000 ONR-JES data set, which is the most extensive collection of data currently available. Considering the ventilation mode change happened/ongoing and the features of the soluble silica to phosphate ratio we suggest a hypothesis that a utilization of soluble silica by the primary production might be exacerbated in the future. According to the silica limitation hypothesis composition of primary producers will be altered and followed by a weaker contribution of ballast against aggregates in the export production. Since the silicate cycle is deeply intertwined with the carbon cycle whether the warmed future ocean would behave like the East Sea appears to a potentially promising study theme. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article

    Distribution and Molecular Phylogeny of the Toxic Benthic Dinoflagellate Ostreopsis sp. in the Coastal Waters off Jeju Island, Korea

    춘계 제주 연안에서 유독 저서성 와편모류 Ostreopsis sp.의 분포와 분자계통학적 위치

    SUNJU KIM AND HYOJEONG SEO

    김선주, 서효정

    본 연구는 2017년 4월 춘계 제주 연안에서 총 7개의 정점(협재, 이호테우, 함덕, 성산, 표선, 남원, 사계)을 선정하여 해조류에 부착하여 서식하는 ... + READ MORE
    본 연구는 2017년 4월 춘계 제주 연안에서 총 7개의 정점(협재, 이호테우, 함덕, 성산, 표선, 남원, 사계)을 선정하여 해조류에 부착하여 서식하는 유독 착생 와편모류 Ostreopsis의 출현양상을 조사하고 분자계통학적 분석을 실시하였다. 본 연구 해역의 표층 수온은 15.7°C-18.3°C의 범위를 보였으며, 염분은 33.4-34.9의 범위로 나타났다. 각 연구 정점에서 채집된 전체 13종의 해조류 가운데 8종에서 Ostreopsis가 출현하였으며, 정점 6에서 출현한 홍조식물 참지누아리(Grateloupia filicina)에서 해조류 단위 무게당 Ostreopsis의 출현밀도(cells g-1)가 157.5 cells g-1로 가장 높은 농도로 출현하였다. Ostreopsis가 출현한 4개의 연구정점에서 분리한 종주들의 LSU rDNA D8/D10 영역의 염기서열은 모두 100% 동일한 것으로 나타났다. LSU rDNA 염기서열 정보를 이용한 분자계통수에서 이들은 모두 Ostreopsis cf. ovata의 잠재종(cryptic species)으로 알려진 Ostreopsis sp. 1의 분기군에 속하는 것으로 나타났다. Ostreopsis sp.1 종주를 이용하여 수온과 염분에 따른 생장 반응을 측정한 결과, 10-30°C의 광범위한 수온과 20-35의 염분 범위에서 뚜렷한 생장을 나타내었고, 수온 25°C와 염분 30에서 0.49d-1의 최고 생장률을 나타내었다. 또한, 수온 10°C의 저온에서도 염분 35에서 뚜렷한 생장을 보여, 이들은 온대 해역에서 적응하여 정착한 종으로 판단된다.   We investigated occurrence and molecular phylogeny of the toxic epiphytic dinoflagellate Ostreopsis at seven sampling sites in the coastal waters off Jeju Island of Korea in April, 2017. During the sampling period, surface water temperature ranged from 15.7 to 18.3°C and salinity was relatively constant, ranging from 33.4 to 34.9. Of a total of 13 macroalgal species collected from all sampling sites, Ostreopsis cells were observed from 8 macroalgal species and the highest cell abundance (157.5 cells g-1) was recorded on the red alga Grateloupia filicina at St. 6. LSU rDNA D8/D10 sequences of all Korean Ostreopsis strains isolated from the 4 sampling sites were 100% identical. Molecular phylogentic analyses (BI and ML) inferred from LSU rDNA alignment showed that the Korean Ostreopsis strains placed into the previously described the Ostreopsis sp. 1 clade, which contained strains isolated from the temperate coastal waters of Japan. The Korean Ostreopsis sp. 1 strain grew in a wide range of temperature (10-30°C) and salinity (25-30), with its maximum growth rate of 0.49d-1 at 25°C and salinity of 30, indicating that they can be tolerated in temperate areas. - COLLAPSE
    May 2019
  • Review

    Application of Passive Sampling in Marine Environment: 2. Modified Method for Shortening of Deployment Time in a Field

    해양환경에서의 수동형채집기(Passive Sampler)의 활용: 2. 현장노출시간 단축을 위한 개선법

    YU LEE JANG, HYO JIN LEE, HAE JIN JEONG AND GI BEUM KIM

    장유리, 이효진, 정해진, 김기범

    수동형채집기(passive sampler)는 해수나 퇴적물 내 공극수에서의 자유용존상 농도 (freely dissolved and bioavailable concentration, Cfree)를 쉽고 보다 정확히 예측할 수 ... + READ MORE
    수동형채집기(passive sampler)는 해수나 퇴적물 내 공극수에서의 자유용존상 농도 (freely dissolved and bioavailable concentration, Cfree)를 쉽고 보다 정확히 예측할 수 있는 유망한 방법 중 하나이다. 유럽이나 미국에서는 보다 정확한 위해도 평가를 위해 해양환경 모니터링에 수동형채집기를 적극적으로 사용하는 추세이지만, 현장 적용 시 노출시간이 길어짐에 따라 수동형채집기의 생물부착으로 인한 문제점으로 국내에서의 활용도는 매우 낮다. 따라서 본 연구에서는 난분해성 유기오염물질을 대상으로 하는 수동형채집기의 원리 및 기본적인 특징을 파악하고, 수동형채집기의 현장 적용을 위한 다양한 개선 사례를 조사함으로써 국내에서의 수동형채집기의 활용도를 높이기 위한 방안을 제시하였다.   A passive sampler is one of the promising methods to easily and more accurately predict the free dissolved and bioavailable concentration (Cfree) in seawater or pore water in sediments. In Europe and the United States, the use of passive samplers has been highly encouraged for more accurate marine environmental risk assessment. However, long deployment time in the field causes problems such as biofouling of the samplers, so there are few studies using passive samplers in Korea. Therefore, we review the principle and basic characteristics of the passive sampler for persistent organic pollutants, and introduce various improvement cases for the field applications of the passive sampler. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    Statistical Characteristics of East Sea Mesoscale Eddies Detected, Tracked, and Grouped Using Satellite Altimeter Data from 1993 to 2017

    인공위성 고도계 자료(1993-2017년)를 이용하여 탐지‧추적‧분류한 동해 중규모 소용돌이의 통계적 특성

    KYUNGJAE LEE, SUNGHYUN NAM AND YOUNG-GYU KIM

    이경재, 남성현, 김영규

    활발한 중규모 변동성으로 인해 해양 환경과 순환의 극심한 변화를 초래하는 동해 전역에서 장기간(1993-2017년) 수집된 인공위성 고도계 자료와 2015-2017년 기간의 4차례 승선 ... + READ MORE
    활발한 중규모 변동성으로 인해 해양 환경과 순환의 극심한 변화를 초래하는 동해 전역에서 장기간(1993-2017년) 수집된 인공위성 고도계 자료와 2015-2017년 기간의 4차례 승선 조사로 수집된 현장 관측 자료를 분석하여 중규모 소용돌이의 통계적 특성을 규명하였다. 동해 전역에서 해당 기간 동안 총 1,008개의 중규모 소용돌이를 탐지·추적·정의하고, 이를 27개의 그룹으로 분류하여, 전체 평균 및 각 그룹별 평균 지속기간(L, 일), 진폭(H, m), 반경(R, km), 단위 면적당 강도(EI, cm2/s2/km2), 타원율(e), 운동에너지(EKE, TJ), 가용위치에너지(APE, TJ) 및 전파 방향을 산출하였다. 인공위성 고도계 자료로부터 산출된 소용돌이의 중심, 경계, H 각각을 현장 관측 자료로부터 산출된 해당 수치와 비교하여 각각에 대한 불확실성을 중심 오차 2-10 km, 경계 오차 10-20 km, 진폭 오차 0.6-5.9 cm로 추정하였다. 정의된 모든 소용돌이들의 전기간 평균 L, H, R, EI, e, EKE, APE는 각각 95±104일, 3.5±1.5 cm, 39±6 km, 0.023±0.017 cm2/s2/km2, 0.72±0.07, 23±21 TJ, 588±250 TJ로서 대양에 비해 전반적으로 L이 짧고, H, R은 작으며, EI는 강하고, EKE는 낮게, APE는 높게 나타났다. 또, 대양에서와 같은 뚜렷한 서향 전파 특성을 보이지 않고, 대체로 해류를 따라 이동하는 특성을 보였다. 아극전선(subpolar front)을 기준으로 남부 소용돌이 그룹의 L, H, R, EI, EKE, APE가 북부 그룹에 비해 더 길고, 크고, 강하며, 높고, 평균 해류 방향으로 더 멀리 이동하는 특성을 보였다. 뿐만 아니라 특정 방향으로의 이동이 뚜렷하지 않은 4개 그룹들(Wonsan Warm Eddy, Wonsan Cold Eddy, Western Japan Basin Warm Eddy, Northern Subpolar Frontal Cold Eddy groups)과 상대적으로 크고, 강하며, 높은 H, EI, EKE, APE에도 불구하고 오래 지속되지 않는(짧은 L) 특성을 보이는 3개 그룹들(Yamato Coastal Warm Eddy, Central Yamato Warm Eddy, Eastern Japan Basin Coastal Warm Eddy groups)도 제시하였다. 인공위성 고도계만으로는 잘 탐지되기 어려운 작은 규모의 소용돌이가 존재하는 동해 북부 해역에서는 소용돌이 그룹이 정의되지 않았으며, 본 연구에서 제시된 동해 평균 소용돌이 특성치의 과대추정 가능성이 토의되었다. 본 연구를 통해 1) 기존에 비교적 잘 알려진 울릉 난수성 소용돌이(Ulleung Warm Eddy)와 독 냉수성 소용돌이(Dok Cold Eddy) 그룹 외에도 Hokkaido Warm Eddy, Yamato Rise Warm Eddy와 같은 그룹들을 새로 정의하였고, 2) 대양의 중규모 소용돌이에 비해 전반적으로 그 L이 짧고, H, R은 작고, EKE는 낮으나, EI는 강하고, APE는 높으며, 서향 전파가 뚜렷하지 않은 동해의 중규모 소용돌이 특성을 규명했으며, 3) 동해 내에 그룹별로 상이한 중규모 소용돌이 그룹의 특성을 제시하였다.   Energetic mesoscale eddies in the East Sea (ES) associated with strong mesoscale variability impacting circulation and environments were statistically characterized by analyzing satellite altimeter data collected during 1993-2017 and in-situ data obtained from four cruises conducted between 2015 and 2017. A total of 1,008 mesoscale eddies were detected, tracked, and identified and then classified into 27 groups characterized by mean lifetime (L, day), amplitude (H, m), radius (R, km), intensity per unit area (EI, cm2/s2/km2), ellipticity (e), eddy kinetic energy (EKE, TJ), available potential energy (APE, TJ), and direction of movement. The center, boundary, and amplitude of mesoscale eddies identified from satellite altimeter data were compared to those from the in-situ observational data for the four cases, yielding uncertainties in the center position of 2-10 km, boundary position of 10-20 km, and amplitude of 0.6-5.9 cm. The mean L, H, R, EI, e, EKE, and APE of the ES mesoscale eddies during the total period are 95±104 days, 3.5±1.5 cm, 39±6 km, 0.023±0.017 cm2/s2/km2, 0.72±0.07, 23±21 TJ, and 588±250 TJ, respectively. The ES mesoscale eddies tend to move following the mean surface current rather than propagating westward. The southern groups (south of the subpolar front) have a longer L, larger H, R, and higher EKE, APE; and stronger EI than those of the northern groups and tend to move a longer distance following surface currents. There are exceptions to the average characteristics, such as the quasi-stationary groups (the Wonsan Warm, Wonsan Cold, Western Japan Basin Warm, and Northern Subpolar Frontal Cold Eddy groups) and short-lived groups with a relatively larger H, higher EKE, and APE and stronger EI (the Yamato Coastal Warm, Central Yamato Warm, and Eastern Japan Basin Coastal Warm eddy groups). Small eddies in the northern ES hardly resolved using the satellite altimetry data only, were not identified here and discussed with potential over-estimations of the mean L, H, R, EI, EKE, and APE. This study suggests that the ES mesoscale eddies 1) include newly identified groups such as the Hokkaido and the Yamato Rise Warm Eddies in addition to relatively well-known groups (e.g., the Ulleung Warm and the Dok Cold Eddies); 2) have a shorter L; smaller H, R, and lower EKE; and stronger EI and higher APE than those of the global ocean, and move following surface currents rather than propagating westward; and 3) show large spatial inhomogeneity among groups. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    Comparison of Mesoscale Eddy Detection from Satellite Altimeter Data and Ocean Color Data in the East Sea

    인공위성 고도계 자료와 해색 위성 자료 기반의 동해 중규모 소용돌이 탐지 비교

    JI-EUN PARK AND KYUNG-AE PARK

    박지은, 박경애

    인공위성 자료를 활용한 중규모 소용돌이 탐지에는 해수면온도, 식물플랑크톤 클로로필-a 색소 농도, 해수면고도 등 다양한 해양 변수를 활용할 수 있다. 각 위성 해양 ... + READ MORE
    인공위성 자료를 활용한 중규모 소용돌이 탐지에는 해수면온도, 식물플랑크톤 클로로필-a 색소 농도, 해수면고도 등 다양한 해양 변수를 활용할 수 있다. 각 위성 해양 자료는 시·공간 해상도, 관측 방식 및 자료 처리 과정이 상이하기 때문에, 동일한 소용돌이에 대해서도 다른 탐지 결과를 유도할 수 있어, 인공위성 자료를 활용한 소용돌이 탐지에 대한 기초 연구가 필요하다. 본 연구에서는 해색 위성 자료, 위성 고도계 해수면고도 자료, 적외선 해수면온도 자료를 활용하여 동해 중규모 소용돌이를 탐지하고 그 결과를 상호 비교하였다. 연속된 해색 위성 클로로필-a 농도 영상으로부터 최대 상호 상관 계수를 통하여 산출한 표층 해류장과, 위성 고도계의 해수면고도 영상 자료로부터 산출한 지형류를 활용하여 동해 중규모 소용돌이를 탐지하였다. 소용돌이 탐지 결과를 상호 비교하기 위하여 1) 해색 영상과 고도계 영상이 동시에 소용돌이를 탐지한 경우, 2) 해색 영상과 해수면온도 영상에는 존재하나 고도계 자료는 탐지하지 못한 경우, 3) 해색 영상과 해수면온도 영상에는 소용돌이가 존재하지 않으나 고도계 자료에서는 존재하는 경우 등 세 가지 사례를 선택하였다. 이와 같은 세 가지 사례를 통하여 동해 중규모 소용돌이 탐지 시 인공위성 고도계 자료의 문제점 제기와 더불어, 해색 위성 자료와 적외선 해수면온도 자료의 한계점을 제시하였다. 또한 해양 현상과 인공위성 관측 원리에 대한 깊이 있는 이해를 기반으로 소용돌이 탐지 및 관련 연구가 진행되어야 함을 강조하였다.   Detection of mesoscale oceanic eddies using satellite data can utilize various ocean parameters such as sea surface temperature (SST), chlorophyll-a pigment concentration in phytoplankton, and sea level altimetry measurements. Observation methods vary for each satellite dataset, as it is obtained using different temporal and spatial resolution, and optimized data processing. Different detection results can be derived for the same oceanic eddies; therefore, fundamental research on eddy detection using satellite data is required. In this study, we used ocean color satellite data, sea level altimetry data, and infrared SST data to detect mesoscale eddies in the East Sea and compared results from different detection methods. The sea surface current field derived from the consecutive ocean color chlorophyll-a concentration images using the maximum cross correlation coefficient and the geostrophic current field obtained from the sea level altimetry data were used to detect the mesoscale eddies in the East Sea. In order to compare the eddy detection from satellite data, the results were divided into three cases as follows: 1) the eddy was detected in both the ocean color and altimeter images simultaneously; 2) the eddy was detected from ocean color and SST images, but no eddy was detected in the altimeter data; 3) the eddy was not detected in ocean color image, while the altimeter data detected the eddy. Through these three cases, we described the difficulties with satellite altimetry data and the limitations of ocean color and infrared SST data for eddy detection. It was also emphasized that study on eddy detection and related research required an in-depth understanding of the mesoscale oceanic phenomenon and the principles of satellite observation. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    Physical Characteristics and Classification of the Ulleung Warm Eddy in the East Sea (Japan Sea)

    동해 울릉 난수성 소용돌이의 물리적 특성 및 분류

    HONG-RYEOL SHIN, INGWON KIM, DAEHYUK KIM, CHEOL-HO KIM, BOONSOON KANG AND EUNIL LEE

    신홍렬, 김인권, 김대혁, 김철호, 강분순, 이은일

    울릉 난수성 소용돌이의 물리적 특성 및 동한난류와의 관계를 울릉분지 주변 해역에서 1993년부터 2017년까지의 CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) 위성 고도계 자료 ... + READ MORE
    울릉 난수성 소용돌이의 물리적 특성 및 동한난류와의 관계를 울릉분지 주변 해역에서 1993년부터 2017년까지의 CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) 위성 고도계 자료 및 국립수산과학원(NIFS)의 CTD 자료를 사용하여 분석하였다. 울릉 난수성 소용돌이가 동한난류와 연결되어 있는 분포는 전체 소용돌이 숫자의 81%를 차지하며, 울릉 난수성 소용돌이가 동한난류로부터 완전히 분리되어 있는 형태는 7%에 불과하다. 울릉 난수성 소용돌이는 동한난류로부터 형성될 당시에는 그 내부에 고온, 고염의 대마난류의 해수특성을 보유하지만, 월동을 하는 경우에는 내부구조가 크게 변한다. 겨울에는 해수면 냉각에 의한 수직 대류에 의해 소용돌이의 내부에 10℃, 34.2psu의 표층 균질층이 만들어지며, 초봄에 최대 약 250m 수심까지 깊어진다. 여름에는 소용돌이는 수심 100m 이내의 상층에 성층구조, 하층에는 겨울철에 만들어진 균질층이 남아있는 구조로 변화한다. 1993년부터 25년 동안 62개의 울릉 난수성 소용돌이가 생성되었다. 매년 평균 2.5개의 울릉 난수성 소용돌이가 발생하였고, 평균 수명은 259일(약 8.6개월) 이었다. 울릉 난수성 소용돌이의 평균 크기는 동서방향으로 약 97km, 남북방향으로 약 109km 이다. 위성 고도계 자료를 사용한 경우의 울릉 난수성 소용돌이의 평균 크기가 CTD 수온 단면 자료를 사용한 경우보다 1~25km 작게 산정된다.   The physical characteristics of the Ulleung Warm Eddy (UWE) and its relationship with the East Korea Warm Current(EKWC) were analyzed using the CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service) satellite altimetry data and the CTD data of the National Institute of Fisheries Science (NIFS) near the Ulleung Basin from 1993 to 2017. The distribution of the UWEs coupled with EKWC accounts for 81% of the total number of the UWEs. Only 7% of the total eddies are completely separated from the EKWC. The UWE has the characteristics of high temperature and high salinity water inside of it when it is formed from the EKWC. However, when the UWE is wintering, its internal structure changes greatly. In the winter, surface homogeneous layer of 10℃ and 34.2psu inside of the UWE is produced by vertical convection from sea-surface cooling, and deepened to a maximum depth of approximately 250m in early spring. In summer, the UWE changes into a structure with a stratified structure in the upper layer within a depth of 100m and a homogeneous layer made in winter in the lower layer. 62 UWEs were produced for 25 years from 1993 to 2017. on average, 2.5 UWEs were formed annually, and the average life span was 259 days (approximately 8.6 months). The average size of the UWEs is 98km in the east-west direction and 109km in the north-south direction. The average size of UWE using satellite altimetric data is estimated to be 1~25km smaller than that using water temperature cross-sectional data. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    On the Persistence of Warm Eddies in the East Sea

    동해 난수성 에디의 장기간 지속에 관하여

    HYUNKEUN JIN, YOUNG-GYU PARK, GYUNDO PAK AND YOUNG HO KIM

    진현근, 박영규, 박균도, 김영호

    HYCOM 재분석 자료를 이용하여 동해에서 2003년과 2014년에 장기간 지속되었던 두 개의 난수성 에디를 선정하여 각각 WE03과 WE14로 명명하고 비교 분석하였다. 두 난수성 ... + READ MORE
    HYCOM 재분석 자료를 이용하여 동해에서 2003년과 2014년에 장기간 지속되었던 두 개의 난수성 에디를 선정하여 각각 WE03과 WE14로 명명하고 비교 분석하였다. 두 난수성 에디가 형성되는 시기는 동한난류가 평년에 비해 북상하는 것으로 나타났으며, 이들 난수성 에디는 동한난류와 아한대전선의 상호작용을 통해 상대적으로 수심이 얕은 한국대지 해역에서 생성되었다. 겨울철 연직혼합에 의해서 난수성 에디의 중심부는 수심 150 m까지 13°C, 34.1 psu 가량의 균질한 특성을 보였다. WE03이 생성된 후 이듬해인 2004년에 대한해협 서수도를 통해 동해로 유입되는 해수의 양이 평년에 비해 많았으나 WE14가 생성된 후 이듬해인 2015년에는 대한해협 서수도를 통해 동해로 유입되는 해수의 양이 평년에 비해 많지 않았다. 이에서 대마난류가 난수성 에디에 열과 염을 공급하지만, 난수성 에디의 장기 지속에는 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다. 두 난수성 에디는 울릉도 부근에서 1년 6개월 이상 유지되었는데, 두 에디의 이동경로에 있어 특별한 공통점은 보이지 않았다. 울릉분지 부근에서는 동한난류의 사행 등으로 크고 작은 에디가 계속 생성된다. 장기간 존속하는 난수성 에디는 특별한 외적 요인에 의해서 생성되는 것이 아니라, 동한난류 또는 동한난류가 사행하는 과정에서 생성된 에디와의 상호작용을 통해 생성된 것으로 보인다. 동한난류가 평년에 비해 북상했던 시기에 장기간 지속된 난수성 에디가 항상 발생하지는 않았다는 점이 위와 같은 결론을 뒷받침한다.   In this study, comparative analysis is performed on the long-term persisted warm eddies that were generated in 2003 (WE03) and in 2014 (WE14) over the East Sea using the HYCOM reanalysis data. The overshooting of the East Korea Warm Current (EKWC) was appeared during the formation period of those warm eddies. The warm eddies were produced in the shallow Korea Plateau region through the interaction of the EKWC and the sub-polar front. In the interior of the both warm eddies, a homogeneous water mass of about 13°C and 34.1 psu were generated over the upper 150 m depth by the winter mixing. In 2004, the next year of the generation of the WE03, the amount of the inflow through the western channel of the Korea Strait was larger, while the inflow was lesser than its climatology during 2015 corresponding to the development period of the WE14. The above results suggest that the heat and salt are supplied in the warm eddies through the Tsushima Warm Current (TWC), however the amount of the inflow through the Korea Strait has negligible impact on the long-term persistency of the warm eddies. Both of the warm eddies were maintained more than 18 months near Ulleung island, while they have no common feature on the pathways. In the vicinity of the Ulleung basin, large and small eddies are continuously created due to the meandering of the EKWC. The long-term persisted warm eddies in the Ulleung Island seem to be the results of the interaction between the pre-existed eddies located south of the sub-polar front and fresh eddies induced by the meanderings of the EKWC. The conclusion is also in line with the fact that the long-term persisted warm eddies were not always created when the overshooting of the EKWC was appeared. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    First Observational Finding of Submesoscale Intrathermocline Eddy in the East Sea using Underwater Glider

    수중글라이더를 활용한 동해 아중규모 중층성 소용돌이 발견

    JONGJIN PARK

    박종진

    2017년 8월 7일부터 25일까지 수중글라이더를 활용하여 37.9 °N 위도 라인를 따라 동경 129.0 °E~131.3 °E 사이를 왕복하는 단면관측을 ... + READ MORE
    2017년 8월 7일부터 25일까지 수중글라이더를 활용하여 37.9 °N 위도 라인를 따라 동경 129.0 °E~131.3 °E 사이를 왕복하는 단면관측을 수행하였다. 해당 경로는 국립수산과학원 정기선박 관측라인 중 106 라인을 따른 것으로 이 경로를 따라 약 18일간 운용하였으며 위치 유지 모드로 동작했던 시간을 제외하고 총 440 km를 비행하였고, 그동안 고해상도 수온 및 염분의 공간 단면을 관측하였다. 본 관측 해역은 약 0.8 m/s의 강한 유속을 갖는 동한난류가 북상하고 있는 상황이었음에도 불구하고, 해당 수중글라이더는 지정된 경로에서부터 RMS 거리 400 m 이내를 벗어나지 않고 정확하게 106 라인을 따라 비행하였다. 본 관측에서 얻어진 고해상도 물성 단면 구조를 국립수산과학원 정선 관측 자료와 비교함으로써 해양환경에 지대한 영향을 끼치는 전선역이나 소용돌이와 같은 현상을 관측하기 위해서 고해상도 관측이 얼마나 중요한지 확인할 수 있었다. 이러한 수중글라이더 관측을 통해 이제까지 발견하지 못했던 새로운 소용돌이를 발견할 수 있었다. 이 소용돌이는 수평폭이 10~13 km, 수직폭은 200 m 가량되는 렌즈 형태를 가지고 있으며 시계방향으로 회전하는 아중규모 중층성 소용돌이(submesoscale intrathermocline eddy)다. 수온약층 내 혹은 직하부에 존재하면서 아중규모의 렌즈형태의 구조를 갖는 이러한 중층성 소용돌이는 동해에서 처음 발견되었기 때문에 Korea intrathermocline eddy (Keddy)로 명명하였다. 이 Keddy는 다음과 같은 전형적인 중층성 소용돌이(intrathermocline eddy)의 특징을 가지고 있다. Keddy는 수온약층 하부인 수심 약 170 m, 즉 중층에서 유속최대값을 갖는 특징이 있고, 따라서 해표면에는 해당 지오포텐셜 구조가 드러나지 않는 2차 순압성 구조를 가지고 있다. 또한 중앙부의 성층화가 주변보다 약하고, 수평크기가 1차 순압성 로스비 변형반경과 유사하며, 로스비 수가 0.7로 1에 근접한다.   Zonal hydrographic section measurements at 39.7 °N were conducted between 129.0 °E and 131.3 °E from August 7 to 25 in 2017 using an underwater glider. The glider traveled about 440 km for about 18 days along the 106 line of the regular shipboard measurements in the National Institute of Fishery Science (NIFS) and obtained twice a hydrographic section with high horizontal resolution. Even under the strong East Korea Warm Current with maximum speed of 0.8 m/s across the section, the glider successfully maintained the designated path within an RMS distance of 400 m. By comparing with the NIFS shipboard hydrographic section, it is confirmed that high spatial resolution measurements obtained from a glider were necessary to properly observe front and eddy variability in the East Sea where a typical spatial scale is smaller than the open oceans. From the glider section measurements, a new lens-shaped eddy was found in the thermocline. The lens-shaped anticyclonic eddy had 10~13 km in horizonal width and about 200 m in height like a typical submesoscale eddy resided within the thermocline, which was firstly named as Korea intrathermocline eddy (Keddy). The Keddy has the distinguishing characteristics of a typical intrathermocline eddy, such as a central core with anomalously weak stratification, a convex shaped lens bounded by the stratification anomaly, an interior maximum of velocity at 170 m, no surface appearance of the geopotential field, a small or comparable horizontal width relative to the first baroclinic Rossby radius of deformation, and the Rossby nubmer of 0.7. - COLLAPSE
    May 2019
  • Research Article (Special Issue)

    Migration of the Dokdo Cold Eddy in the East Sea

    동해 독도 냉수성 소용돌이의 이동 특성

    JAEMIN KIM, BYOUNG-JU CHOI, SANG-HO LEE, DO-SEONG BYUN AND BOONSOON KANG

    김재민, 최병주, 이상호, 변도성, 강분순

    인공위성이 관측한 해수면 높이 자료를 활용하여 울릉분지 일대에서 발생하는 냉수성 소용돌이들을 1993년부터 2015년까지 Winding-Angle 방법을 이용하여 탐지하고 분류하였다. 냉수성 소용돌이들 중에서 동한난류 ... + READ MORE
    인공위성이 관측한 해수면 높이 자료를 활용하여 울릉분지 일대에서 발생하는 냉수성 소용돌이들을 1993년부터 2015년까지 Winding-Angle 방법을 이용하여 탐지하고 분류하였다. 냉수성 소용돌이들 중에서 동한난류 사행의 첫 번째 골에서 형성되어 동쪽으로 흐르는 해류의 주경로로부터 남서쪽으로 떨어져 나온 독도 냉수성 소용돌이(Dokdo Cold Eddy, DCE)를 구분하였고, 그 이동특성을 분석하였다. 또한 국립수산과학원(National Institute of Fisheries Science)이 관측한 수온과 염분 자료와 Hybrid Coordinate Ocean Model의 수치모의 결과를 이용하여 DCE 중심 근처에서 수온과 유속의 수직구조를 살펴보았다. DCE는 23년 동안 총 112개 발생하였고, 이 중 39개의 DCE가 서쪽으로 이동하여 한국 동해안 근처 연안에 도달하였으며, 평균 이동 거리는 250.9 km, 평균 수명은 93일, 평균 이동 속도는 3.5 cm/s였다. 나머지 73개의 DCE는 동쪽으로 이동하거나 생성된 위치 주변을 맴돌다가 소멸하였다. DCE 아래 50~100 m에서 수온(T)과 염분(S)이 주변보다 낮아(T < 5℃, S < 34.1) 등온선들과 등염선들이 돔(dome, 반구형으로 된 지붕 모양) 구조를 보였다. 또한 DCE의 중심에서 평균 38 km 떨어진 곳에서 10 cm/s 이상의 해류가 표층부터 수심 300 m까지 반시계방향으로 원을 그리며 흐른다. 동한난류가 이안하여 동쪽으로 흐르다가 울릉도 북쪽에서 울릉도를 끼고 시계방향으로 흘러서 사행을 시작하고, 울릉도 동쪽에 위치한 사행의 첫 번째 골이 남서쪽으로 깊이 파고들면, 해류사행의 마루와 마루가 연결되고 골 부분이 독립적으로 떨어져 나와 반시계방향 순환을 형성하면서 DCE가 생성된다. DCE가 서쪽으로 이동할 때 울릉 난수성 소용돌이(Ulleung Warm Eddy, UWE)의 가장자리를 따라 우회하여 시계방향으로 U 모양을 그리며 한국 동해안 쪽으로 이동한다. DCE가 연안 부근에 도달하면, 동한난류는 냉수성 소용돌이 보다 더 남쪽에서 이안하고, 냉수성 소용돌이의 가장자리를 따라 우회하여 북쪽으로 흐른다. 연안에서 독도 냉수성 소용돌이가 약화되고 약 30일 후에 소멸하면, 동한난류가 다시 한국 동해안을 따라 북쪽으로 흘러서 본래의 경로를 회복한다. DCE는 열과 염을 북쪽에서 남쪽으로 꾸준히 수송하고 울릉분지 남서쪽에 냉수해역 형성에 도움을 주며, 양의 상대와도를 가지고 와서 동한난류의 경로를 변경시키는 역할을 한다. 서쪽으로 이동하는 DCE 중에서 일부는 연안 냉수성 소용돌이와 병합되어 울릉분지 서쪽에 넓고 긴 냉수해역을 만들고 반시계 방향의 순환을 형성한다. 이와 같이 병합된 소용돌이는 북쪽에 UWE를 남쪽에 동한난류로부터 분리시킨다.   The cold eddies around the Ulleung Basin in the East Sea were identified from satellite altimeter sea level data using the Winding-Angle method from 1993 to 2015. Among the cold eddies, the Dokdo Cold Eddies (DCEs), which were formed at the first meandering trough of the East Korea Warm Current (EKWC) and were pinched off to the southwest from the eastward flow, were classified and their migration patterns were analyzed. The vertical structures of water temperature, salinity, and flow velocity near the DCE center were also examined using numerical simulation and observation data provided by the Hybrid Coordinate Ocean Model and the National Institute of Fisheries Science, respectively. A total of 112 DCEs were generated for 23 years. Of these, 39 DCEs migrated westward and arrived off the east coast of Korea. The average travel distance was 250.9 km, the average lifespan was 93 days, and the average travel speed was 3.5 cm/s. The other 73 DCEs had moved to the east or had hovered around the generated location until they disappeared. At 50-100 m depth under the DCE, water temperature and salinity (T < 5℃, S < 34.1) were lower than those of ambient water and isotherms made a dome shape. Current faster than 10 cm/s circulates counterclockwise from the surface to 300 m depth at 38 km away from the center of DCE. After the EKWC separates from the coast, it flows eastward and starts to meander near Ulleungdo. The first trough of the meander in the east of Ulleungdo is pushed deep into the southwest and forms a cold eddy (DCE), which is shed from the meander in the south of Ulleungdo. While a DCE moves westward, it circumvents the Ulleung Warm Eddy (UWE) clockwise and follows U shape path toward the east coast of Korea. When the DCE arrives near the coast, the EKWC separates from the coast at the south of DCE and circumvents the DCE. As the DCE near the coast weakens and extinguishes about 30 days later after the arrival, the EKWC flows northward along the coast recovering its original path. The DCE steadily transports heat and salt from the north to the south, which helps to form a cold water region in the southwest of the Ulleung Basin and brings positive vorticity to change the separation latitude and path of the EKWC. Some of the DCEs moving to the west were merged into a coastal cold eddy to form a wide cold water region in the west of Ulleung Basin and to create a elongated anticlockwise circulation, which separated the UWE in the north from the EKWC in the south. - COLLAPSE
    May 2019
Journal Informaiton Agriculture and Life Sciences Research Institute The Sea Journal of the Korean Society of Oceanography
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