동해순환모델 및 자료동화 체계 개발 연구

Abstract

동해의 순환은 해면경계조건 뿐만 아니라 개방경계조건에 의해 지배된다. 본 연구에서는 수직격자체계의 순환모델 MOM3를 이용하여 동해순환의 계절 특성을 재현하고 동해의 순환체계를 설명하고자 하였다. 해면경계조건의 열속을 계산하기 위해 Bulk air-sea flux Formula 를 이용하였으며 담속은 WOA2001의 해면 염분에 완화시켰다. 열속과 바람응력의 계산을 위해 ECMWF 및 NCEP의 재분석자료를 이용하였다. 특히 개방경계조건을 위해 열염은 WOA2001에 완화되도록 하였으며 순압성분의 유속은 부산과 하마다간 해저케이블에서 얻어진 대한해협 수송량으로부터 추정하였다. 또한 모든 개방경계조건에는 방사조건이 포함되었다.본 연구에서는 동해순환의 계절특성을 보고자 모든 해면경계조건과 개방경계조건으로 월별 기후 평균값을 이용하였다. 결과적으로 본 동해순환모델은 대마난류의 분기, 동한난류의 이안 및 울릉에디의 발달과 소멸을 재현하고 있다. 특히 한국 동해안에서 동한난류보다 이심에 출현하는 북한한류의 여름철 남하와 일본 분지 및 울릉 분지의 심층순환을 재현한 것은 기존 수치모델에 비해 개선된 점이라 할 수 있다. 본 동해순환모델에서 동한난류는 대체로 38°N 이남에서 이안하고 있으며 북한한류는 8월 또는 9월에 최대 약 10 cm/sec 의 유속으로 남하한다. 북한한류의 남하는 봄철을 제외한 거의 모든 계절에 일어나며 이는 앞으로 관측자료를 토대로 검증할 필요가 있다.본 연구에서는 또한 동해순환모델을 이용해 구축되고 있는 자료동화 체계를 소개한다. 자료동화는 수치모델과 더불어 관측 해양 자료를 이용함으로 예보모델의 능력을 향상시키고자 하는 기법이다. 본 연구에서는 자료동화 기법 중에서 3 차원 변분동화 기법을 이용하여 효율성 및 예보 능력을 제고하고자 한다. 이러한 변분동화기법을 이용하고자 할 때 배경오차 공분산을 구성하는 것이 중요하지만 이것은 막대한 저장공간과 시간을 필요로 하기 때문에 현실적이지 못하다. 따라서 본 연구에서는 확산 모델을 이용한 3차원 배경오차 공분산 추정 방법을 이용하여 계산의 효율성을 높였다. 결과적으로, 본 자료동화 체계는 한달을 재분석 주기로 하여 한번의 재분석 시 예보모델을 위해 38,400 초 그리고 자료동화를 위해 14,000 초의 시간을 소요되며 계산 시간은 병렬 기법을 이용하여 단축될 수 있다. 계산을 위해 KISTI 슈퍼컴퓨팅센