해양 고주파 레이더와 입자 추적 알고리즘을 이용한 유해물질 이동경로 예측

Abstract

최근 발생하는 수질오염의 악화와 일회용 제품 사용의 증가로 인하여 급증하는 해양 쓰레기는 주변 어장에 큰 피해를 입힌다. 또한 연안에서의 선박 사고시 유출되는 유류의 경우 해양 표면에 떠다니며 대기에서의 산소와 빛의 공급을 막아 해양환경에 악영향을 미치게 된다. 이와 같은 해양 유해물질에 의한 환경피해를 최소화하기 위해서는 이동경로를 파악하는 것이 중요한데 이러한 유해물질은 자체적인 이동능력이 없기 때문에 해양표층에 부유하며 표층해류에 의해 움직인다. 따라서 이러한 유해물질의 이동경로를 파악하기 위해선 광역 표층해류 관측이 매우 중요하다. 본 연구에서는 유해 물질의 이동경로를 예측하기 위하여 전라남도 여수시 광양만 연안에서 형광염료 실험을 진행하였다. 우선 적조 발생확률이 높은 지점에 형광염료를 투하한 뒤 UAV, 위성을 이용한 항공 촬영을 통하여 이동경로를 관측하였다. 그리고 인접한 육상에서 고주파 레이더를 설치하고 해양에 수심별 드리프터 (0,40,60,80,100cm)를 투하하여 실측 표층해류 자료를 확보하였다. 최종적으로 고주파 레이더에서 얻어진 광역 표층해류 자료를 이용하여 입자추적 실험을 진행하고 그 결과를 표층 드리프터, 형광염료의 이동경로와 비교하여 그 유효성을 검증하였다. 입자 추적 실험에 사용되는 확산 계수는 UAV로 촬영한 형광염료의 시간별 영역 변화를 기준으로 산정하였다. 실험 결과 드리프터와 고주파 레이더의 표층해류는 동-서 성분 상관관계 0.98, RMSE 9.84 cm/s, 남-북 성분 상관관계 0.92, RMSE 9.31 cm/s로 높은 유사도를 보였다. 그리고 형광염료와 실험 입자 경로 또한 거의 유사하게 나타났으며, 시간에 따라 북동에서 남서 방향으로 진행하는 것으로 나타났다. 더욱 정확한 검증을 위해 MOHID 모델 자료의 표층해류를 이용하여 고주파레이더 표층해류의 광역검증을 수행하였으며, 추가적인 입자추적 실험을 통해 형광염료의 움직임을 더욱 면밀히 검토하였다.