CODAR 25MHz 고주파 해양 레이다로 관측된 파랑 검증 및 성능평가

Abstract

본 연구에서는 표층해류 관측에 사용되고 있는 CODAR HF radar의 파랑관측 가능성을 검토하고자 하였다. 이를 위해 경상북도 울진군 죽변면 인근 연안에 CODAR HF radar를 설치하여 실시간 파랑을 관측하였다. CODAR HF radar는 다른 radar와 달리 송수신 일체형이기 때문에 설치가 용이하며, 유지 및 보수 비용이 적은 것이 장점이다. 본 연구에 사용된 CODAR HF radar는 25.4 MHz의 중심 주파수와 150 kHz 대역폭을 이용해 전파를 송수신하여 파랑을 관측한다. 그리고 관측 지점의 중심으로부터 육지를 제외한 140도의 원형영역을 관측하며, 총 관측 지점에서 31km 까지 1km단위로 공간 평균을 통하여 1 ~31번 쉘(Shell)까지 파랑자료가 10분씩 관측된다. 관측된 CODAR HF radar 파랑자료는 3개의 실측장비 (WAVE rider, AWAC, 기상청 부이)에서 관측된 파랑 자료와 비교검증 되었다. 그 결과 각 설치된 쉘 영역에서 유의 파고,유의 파주기 비교 결과의 경우 1) WAVE rider는 상관관계 0.76, 0.87와 RMSE 0.57 m, 0.65 s로 2) AWAC은 상관관계 0.92, 0.91과 RMSE 0.46 m, 0.45 s를 나타내었고, 3) 기상청 파고부이는 상관관계 0.80, 0.89 RMSE 0.65 m, 0.55 s로 세 종류의 수중 파랑 관측장비 모두 HF radar에서 관측된 파랑 결과와 높은 유사성을 확인하였다. 또한 각 수중 파랑 관측장비의 파랑 자료와 HF radar의 파랑 자료의 상관관계 값이 설치된 지점에서 멀어질수록 감소하는 것으로 보아 어느정도 HF radar 파랑 자료의 분해능이 있는것으로 확인되었다. 그러나 수중 파랑 관측장비가 2, 3번 쉘 (HF radar에서 2~3km 떨어진 지점)에만 위치하였으므로 거리가 먼 쉘 지점에서의 수중 파랑 관측 장비의 설치를 통하여 추가적인 검증이 필요하다. 또한 유의파고와 파주기의 관계를 파악하기 위해서 일반적으로 널리 통용되는 방법은 유의 파고와 유의 파주기 사이의 통계적 회귀식 분석을 통하여 관계를 파악하는 것이다. (Galvin & Vitale 1977; Goda and Takagi 2000; Suh, Kwon, and Lee 2014). 대부분의 연구에서 일반적인 유의 파고-파주기 관계식은 파고와 파주기의 관계를 로 나타내고 있다. Suh 등(2008)은 실제 환경에서의 유의파고-파주기 관계를 분석하기 위하여 이 두가지의 파랑모델을 이용한 유의파고 – 파주기 관계식을 인용하여 4개 지점(포항, 부산, 마라도, 홍도)에서 실제 관측자료를 얻어 파고와 파주기의 실측 값에 대한 관계식을 산정하였다.이를 참고하여 본 연구 또한 회귀 분석을 통하여 파고와 파주기 사이의 관계식을 정의하였다. 각 관측 값은 a=5.88 ~ 6.58, b=0.18 ~ 0.23을 보였으며 이는 Suh 등(2008)의 실측자료를 이용한 유의 파고- 파주기 관계식과 유사한 결과를 보였다. 특히 저파일 경우 관측자료의 하한선을 따라가며 고파로 이동함에 따라 관측결과와 일치하는 것, 파고가 클 때보다 작을 때 파주기의 변동이 큰 것 또한 실측 결과의 경향성을 잘 반영했다고 사료된다. 한편 HF radar의 파랑 자료 획득률이 방사형 벡터의 자료 획득률에 비해 낮은것 또한 기술적으로 해결해야할 필요성이 있다. 그러나 HF radar의 광역 파랑 관측자료는 수중 파랑 관측 자료의 단점 (고정점, 관리 및 설치의 어려움, 높은 유지비용)을 보완할 수 있을것으로 기대되며 이는 국내 파랑 연구에 큰 기여를 할 수 있을것이다.