• Article

    Estimation of the Spring and Summer Net Community Production in the Ulleung Basin using Machine Learning Methods

    기계학습법을 이용한 동해 울릉분지의 봄과 여름 순군집생산 추정

    DOSHIK HAHM, INHEE LEE AND MINKI CHOO

    함도식, 이인희, 추민기

    The southwestern part of the East Sea is known to have a high primary productivity compared to those in the northern and …

    동해 남서부해역은 대마난류나 연안 용승에 의한 영양염 공급 등으로 동해 북부나 동부에 비해 일차생산력이 높은 것으로 알려져 있지만, 이 해역의 생물 펌프에 …

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    The southwestern part of the East Sea is known to have a high primary productivity compared to those in the northern and eastern parts, which is attributed to nutrients supplies either by Tsushima Warm Current or by coastal upwelling. However, research on the biological pump in this area is limited. We developed machine learning models to estimate net community production (NCP), a measure of biological pump, with high spatial and time scales of 4 km and 8 days, respectively. The models were fed with the input parameters of sea surface temperature, chlorophyll-a, mixed layer depths, and photosynthetically active radiation and trained with observed NCP derived from high resolution measurements of surface O2/Ar. The root mean square error between the predicted values by the best performing machine model and the observed NCP was 6 mmol O2 m-2 d-1, corresponding to 15% of the average of observed NCP. The NCP in the central part of the Ulleung Basin was highest in March at 49 mmol O2 m-2 d-1 and lowest in June and July at 18 mmol O2 m-2 d-1. These seasonal variations were similar to the vertical nitrate flux based on the 3He gas exchange rate and to the particulate organic carbon flux estimated by the 234Th disequilibrium method. To expand this method, which produces NCP estimate for spring and summer, to autumn and winter, it is necessary to devise a way to correct bias in NCP by the entrainment of subsurface waters during the seasons.


    동해 남서부해역은 대마난류나 연안 용승에 의한 영양염 공급 등으로 동해 북부나 동부에 비해 일차생산력이 높은 것으로 알려져 있지만, 이 해역의 생물 펌프에 관한 연구는 제한적이다. 본 연구에서는 O2/Ar 측정으로 산출한 고해상도 순군집생산 현장 관측 결과와 기계학습 모형을 결합하여 시공간 해상도가 8일 간격, 4 km인 봄과 여름 순군집생산 시계열 자료를 추정하였다. 기계 모형의 예측과 실측의 평균 제곱근 오차는 6 mmol O2 m-2 d-1로 관측값 평균의 15%에 해당했다. 울릉분지 중앙부의 순군집생산은 3월에 49 mmol O2 m-2 d-1로 가장 높았고, 6월과 7월에 18 mmol O2 m-2 d-1로 가장 낮았다. 이 같은 계절 변화는 3He 기체교환율로 추정한 질산염 공급률이나 234Th 비평형법으로 추정한 입자유기탄소 방출률과 유사하였다. 봄과 여름의 순군집생산 추정으로 한정된 이 연구 방법을 가을과 겨울로 확대하기 위해서는 아표층수의 표층 혼입에 따른 O2/Ar 순군집생산의 오차를 보정하는 연구가 필요하다.

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    29 February 2024
  • Article

    Distribution Patterns of Surface Sediments of the Jangan Linear Sand Ridge off the Northern Taean Peninsula, in the Mid-west Coast of Korea

    서해 중부 태안반도 북부 해역의 장안사퇴 표층퇴적물 분포 특성

    TAE SOO CHANG, EUNIL LEE, DO-SEONG BYUN, HWAYOUNG LEE AND SEUNG-GYUN BAEK

    장태수, 이은일, 변도성, 이화영, 백승균

    Unlike the shelf sand ridges moribund in motion, nearshore sand ridges are highly mobile, sensitive to changes in ocean environments, thereby becoming …

    빈사 상태의 대륙붕 사퇴와는 달리, 연안 사퇴는 활동성이 높으며 주변 해양환경변화에 민감하게 반응하기 때문에 해저지형변화의 관점에서 관심의 대상이다. 대산항에서 불과 5 km …

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    Unlike the shelf sand ridges moribund in motion, nearshore sand ridges are highly mobile, sensitive to changes in ocean environments, thereby becoming of particular interest with respect to morphological changes. About 5 km off the Daesan port, the Jangan Sand Ridge has been undergoing severe subsea morphological change over the past two decades. Understanding the nature of sand ridges is critical to elucidate the causes of morphological changes. In this context, this study aims at understanding the characteristics and distribution patterns of surface sediments of the ridge and its vicinity. For this purpose, 227 sediment samples were acquired using a grab-sampler, the grain sizes being analysed by the sieve-pipette method. In addition, comparison of grain sizes in sediments between 1997 and 2021 was made in order to investigate the 25-years change in sediment composition. Surface sediments along the ridge axis are fine to medium sands with 2-3 phi in mean grain size, whereas, in the trough of ridge, the sediments are composed of gravels and muddy sandy gravels with mean sizes of –2 to –6 phi. Sediments in the crest of the ridge are well-sorted with normal distribution, on the other hand, the basal sediments are poorly-sorted and positively skewed. Along the ridge crest, the sediments are negatively skewed. From 1997 to 2021, the ridge sediments became largely coarser about 0.5 phi. Such coarsening trend in mean grain size can be explained either by elimination of fine sediments during high waves in winter or elimination of fines suspended during sand mining activities in the past. Spatial distribution pattern of surface sediments shows that ca. 30 m thick of the sand ridge itself overlies the thin relict gravels. The strong asymmetry of sand ridge, the exposure of ridge base, and reworked gravel lags suggest that Jangan sand ridge is probably sediment-deficit and hence erosive in nature at present.


    빈사 상태의 대륙붕 사퇴와는 달리, 연안 사퇴는 활동성이 높으며 주변 해양환경변화에 민감하게 반응하기 때문에 해저지형변화의 관점에서 관심의 대상이다. 대산항에서 불과 5 km 떨어진 장안사퇴는 지난 20여 년 동안 격심한 해저지형변화를 겪어오고 있다. 이러한 해저지형변화의 원인을 밝히기 위해서는 사퇴의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 맥락에서 이 연구는 장안사퇴와 주변해역의 퇴적물 분포 양상을 이해하고자, 그랩식 채니기를 사용하여 총 227점의 퇴적물을 획득하고 체질-피펫방식의 입도분석을 수행하였다. 또한 1997년의 입도자료와 비교를 통해 지난 25년 동안의 퇴적물 입도 변화를 조사하였다. 장안사퇴의 중심부는 평균입도 2-3∅의 중립사 내지는 세립사로 이루어졌으며, 사퇴의 골은 –2-6∅의 자갈과 니사질역으로 구성된다. 사퇴의 능선 퇴적물은 양호한 분급의 정규분포를 보인 반면에 사퇴의 기저 퇴적물은 불량한 분급과 주로 자갈퇴적물에 소량의 세립 퇴적물이 혼합된 양(+)의 왜도를 나타낸다. 사퇴의 중심부 퇴적물은 소량의 잔자갈의 혼합된 음(-)의 왜도를 보인다. 1997-2021년 동안 장안사퇴의 퇴적물은 전반적으로 0.5∅정도 조립해진 것으로 보이며, 겨울철 고파랑의 영향으로 세립질 퇴적물이 제거되었거나 해사채취 시 부유사의 제거로 설명할 수 있다. 표층퇴적물의 공간분포 양상을 미루어 볼 때 잔류 자갈 위에 30 m에 달하는 사퇴 본체가 놓인 것으로 추정된다. 사퇴 비대칭성, 기저면의 노출과 재동이 심한 잔류 자갈의 존재는 장안사퇴가 퇴적물 공급이 충분하지 않음을, 따라서 침식 상태에 놓여 있음을 시사한다.

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    29 February 2024
  • Article

    Seasonal Whole-plant Carbon Balance of Phyllospadix iwatensis on the Coast of the Korean Peninsula

    한반도 연안에 분포하는 새우말의 탄소수지 계절적 변동

    SEUNG HYEON KIM, JONG-HYEOB KIM, HYEGWANG KIM, JIN WOO KU, KI YOUNG KIM AND KUN-SEOP LEE

    김승현, 김종협, 김혜광, 구진우, 김기영, 이근섭

    The carbon balance serves as a valuable indicator of a plant’s physiological status under diverse environmental conditions. We investigated the photosynthetic and …

    탄소수지는 다양한 환경조건에서 식물의 생리적 상태를 평가할 수 있는 중요한 지표 중 하나이다. 우리 동해 연안에 분포하는 새우말의 수온 변화(5–30°C)에 따른 광합성률과 …

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    The carbon balance serves as a valuable indicator of a plant’s physiological status under diverse environmental conditions. We investigated the photosynthetic and respiratory responses of the Asian surfgrass Phyllospadix iwatensis along the northeast coast of the Korean peninsula in response to changing water temperature (ranging from 5°C to 30°C) to estimate the seasonal whole-plant carbon balance through a series of incubation experiments. The maximum gross photosynthetic rate (Pmax) showed a significant difference among the temperature treatments, while there was no significant difference in photosynthetic efficiency (α). The maximum gross photosynthetic rate of P. iwatensis reached its peaks at 20°C treatment (101.65 μmol O2 g–1 DW h–1) but decreased rapidly at 30°C. The saturation irradiance (Ik), compensation irradiance (Ic), and respiration rate (R) of P. iwatensis exhibited significant differences among the temperature treatments. The saturation irradiance increased up to 20–25°C (121.59–124.50 μmol photons m–2 s–1) and sharply decreased at 30°C. The compensation irradiance and respiration rate increased steadily with rising water temperature. The ratio of Pmax to R (Pmax:R ratio) was the highest at 5°C but dramatically decreased at 30°C. The whole-plant carbon balance, calculated based on photosynthetic parameters, respiration rates, and biomass, exhibited distinct seasonal variation, increasing during winter and spring and decreasing during summer and fall, which is consistent with the highest in situ growth in spring and severely limited growth at the highest water temperature conditions. Phyllospadix iwatensis displayed a negative carbon balance during late summer, fall, and winter, but demonstrated a positive carbon balance during spring and early summer. Our findings suggest that the rising seawater temperatures associated with climate change may lead to significant alterations in the seagrass ecosystem functioning along the rocky shores of the Korean east coast.


    탄소수지는 다양한 환경조건에서 식물의 생리적 상태를 평가할 수 있는 중요한 지표 중 하나이다. 우리 동해 연안에 분포하는 새우말의 수온 변화(5–30°C)에 따른 광합성률과 호흡률을 측정하여, 전체 식물 탄소수지의 계절적 변동을 추정하였다. 수온 처리에 따라 최대총광합성률은 유의한 차이를 보였지만, 광합성 효율은 유의한 차이를 보이지 않았다. 새우말의 최대총광합성률은 수온이 상승함에 따라 증가하여 20°C에서 최대값(101.65 μmol O2 g–1 DW h–1)을 보인 후 30°C에서 급격히 감소하였다. 수온 변화에 따른 새우말의 포화광도, 보상광도와 호흡률은 모두 유의한 차이를 보였다. 새우말의 포화광도는 20–25°C까지(121.59–124.50 μmol photons m–2 s–1) 증가하다가 30°C에서 급격히 감소하였다. 보상광도와 호흡률은 수온이 증가할수록 점차 증가하였다. 최대총광합성률과 호흡률의 비율은 5°C에서 가장 높았고, 30°C에서 급격히 감소하였다. 광합성 매개변수, 호흡률 및 생체량을 통해서 추정된 새우말 전체 식물의 탄소수지는 겨울과 봄에 증가하고, 여름과 가을에 감소하는 뚜렷한 계절적 경향을 보였으며, 봄에 생장이 가장 활발하고, 수온이 가장 높은 시기에 급격히 감소하는 새우말의 생장 패턴과 일치하였다. 새우말은 늦여름부터 겨울까지 음의 탄소수지를, 봄에서 초여름까지 양의 탄소수지를 보였다. 기후 변화에 의한 지속적인 수온 상승은 우리 동해 연안 암반생태계에 분포하는 잘피생육지의 구조와 기능에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

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    29 February 2024
  • Article

    Newly Recorded Diatoms from the Tidal Flats of Korea

    갯벌 조간대에서 발견한 국내 미기록 규조류

    BYOUNGSEOK KIM, SOYEON KIM, JEONGYUNG JIN, BYEOL KIM AND JONG-GYU PARK

    김병석, 김소연, 진정융, 김별, 박종규

    To discover unrecorded diatoms, seawater, sand, and pebbles were collected from the intertidal zone of five tidal flats from 2016 to 2023. …

    국내 해역에 출현하는 미기록 규조류를 발견하기 위해 2016년부터 2023년까지 5개 조간대 해역에서 해수, 모래, 자갈을 채집하였다. 채집 시료에서 규조류를 분리 배양하여 전자현미경으로 …

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    To discover unrecorded diatoms, seawater, sand, and pebbles were collected from the intertidal zone of five tidal flats from 2016 to 2023. Diatoms were isolated from the collected samples, cultured, and the ultrastructure of the cells was observed using a scanning electron microscope. 7 species of unrecorded diatoms, consisting of 3 orders, 5 families, and 7 genera, were discovered: Gomphoseptatum aestuarii, Rhoiconeis pagoensis, Seminavis exigua, Plagiolemma distortum, Staurotropis seychellensis, Biremis sigmoidea, Liriogramma sarcophagus. Among these, four genera, Rhoiconeis, Plagiolemma, Staurotropis, and Liriogramma, are reported for the first time in Korea. L. sarcophagus was separated from the central diatom Asteromphalus and transferred to Liriogramma, but its phylogenetic position has not yet been clearly established.


    국내 해역에 출현하는 미기록 규조류를 발견하기 위해 2016년부터 2023년까지 5개 조간대 해역에서 해수, 모래, 자갈을 채집하였다. 채집 시료에서 규조류를 분리 배양하여 전자현미경으로 세포의 미세구조를 확인한 결과, 3목 5과 7속으로 구성된 국내 미기록 규조류 7종을 발견하였다: Gomphoseptatum aestuarii, Rhoiconeis pagoensis, Seminavis exigua, Plagiolemma distortum, Staurotropis seychellensis, Biremis sigmoidea, Liriogramma sarcophagus. 이 중 4개 속, Rhoiconeis, Plagiolemma, Staurotropis, Liriogramma는 국내에서 처음으로 보고하는 속이다. L. sarcophagus는 중심돌말류 Asteromphalus에서 분리되어 Liriogramma으로 이동하였지만 아직 그 계통분류학적 위치는 명확하게 확립되지 않았다.

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    29 February 2024
  • Note

    Report about First Repeated Sectional Measurements of Water Property in the East Sea using Underwater Glider

    수중글라이더를 활용한 동해 최초 연속 물성 단면 관측 보고

    GYUCHANG LIM AND JONGJIN PARK

    임규창, 박종진

    We for the first time made a successful longest continuous sectional observation in the East Sea by an underwater glider during 95 …

    동해에서 수행된 국내 최장기 수중글라이더 운용 및 연속 단면 관측 결과를 보고한다. 본 연구팀은 수중글라이더를 활용하여 2020년 9월 18일부터 12월 21일까지 총 …

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    We for the first time made a successful longest continuous sectional observation in the East Sea by an underwater glider during 95 days from September 18 to December 21 2020 in the Korea along the 106 Line (129.1 °E ~ 131.5 °E at 37.9 °N) of the regular shipboard measurements by the National Institute of Fishery Science (NIFS) and obtained twelve hydrographic sections with high spatiotemporal resolution. The glider was deployed at 129.1 °E in September 18 and conducted 88-days flight from September 19 to December 15 2020, yielding twelve hydrographic sections, and then recovered at 129.2 °E in December 21 after the last 6 days virtual mooring operation. During the total traveled distance of 2550 km, the estimated deviation from the predetermined zonal path had an average RMS distance of 262 m. Based on these high-resolution long-term glider measurements, we conducted a comparative study with the bi-monthly NIFS measurements in terms of spatial and temporal resolutions, and found distinguished features. One is that spatial features of sub-mesoscale such as sub-mesoscale frontal structure and intensified thermocline were detected only in the glider measurements, mainly due to glider’s high spatial resolution. The other is the detection of intramonthly variations from the weekly time series of temperature and salinity, which were extracted from glider’s continuous sections. Lastly, there were deviations and bias in measurements from both platforms. We argued these deviations in terms of the time scale of variation, the spatial scale of fixed-point observation, and the calibration status of CTD devices of both platforms.


    동해에서 수행된 국내 최장기 수중글라이더 운용 및 연속 단면 관측 결과를 보고한다. 본 연구팀은 수중글라이더를 활용하여 2020년 9월 18일부터 12월 21일까지 총 95일 동안 국립수산과학원(NIFS) 정선 관측 106 라인에 거의 일치하는 37.9 °N 위도선을 따라 동경 129.1 °E ~ 131.5 °E 사이를 6회 왕복하는 국내 최초의 연속 물성 단면 관측을 성공리에 수행하였다. 본 수중글라이더는 2020년 9월 18일 129.1 °E 위치에서 투하되어 9월 19일부터 88일간의 비행 관측을 수행하였고, 2020년 12월 15일부터 6일간 129.2 °E 위치에서 위치 제어 유지(Virtual Mooring)후 회수되며 전체 운용을 마무리하였다. 표층부터 800 dbar 수심까지 톱니형태의 궤적을 그리면서 총 수평거리 2550 km를 비행하는 동안 글라이더의 경로 이탈은 RMS 거리 262 m를 벗어나지 않을 정도의 매우 안정적인 경로 추종 모드를 보여줬다. 비행 관측을 통해 획득한 총 12개의 고해상도 물성 횡단면 자료로부터 수온과 염분의 연속적인 변동이 보이는 아중규모 특성을 확인하였고, 국립수산과학원(NIFS)의 격월 선박 관측 자료와 비교함으로써 시공간 해상도 차이에 따른 뚜렷한 특성을 발견하였다. 첫째는 공간 해상도 차이에 따른 결과로 표층 전선역의 세기 및 이동, 수온약층 강화현상 등 아중규모 현상들이 글라이더 횡단면 자료에서만 뚜렷하게 관찰되었다. 이러한 아중규모 구조는 현행 선박 관측 자료의 정점 간격(25 km) 보다 작다는 특징이 있었는데, 동해 내 아중규모 구조의 이해를 위해서는 고해상도 관측이 필요함을 의미한다. 둘째는 시간 해상도 차이에 따른 결과로 글라이더 자료에서 추출한 평균 7일 간격의 수온과 염분 시계열이 대략 6주 주기를 갖는 월중변동(Intramonthly variation) 특성을 보인다는 것과 대략 1주 동안 급격한 관측치의 변동이 나타난다는 것을 확인하였다. 이는 격월 정선 관측 자료에는 확인되지 않는 특징이다. 따라서, 정선 관측해역의 물성 변동을 이해하기 위해서는 선박 관측과 비교하여 상대적으로 비용이 저렴하고 효율적인 글라이더 관측을 통한 보완이 필요하다고 여겨진다. 마지막으로 두 플랫폼 간 관측치의 편차를 확인하였는데, 이러한 편차의 요인을 공간 규모에 기초한 정점의 정의 및 시간 규모에 따른 변동성, 그리고 각 플랫폼의 CTD 측정 장비의 교정 관점에서 논하였다.

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    29 February 2024
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