해양 부이 관측망 설계 및 검증에 관한 연구

Abstract

해양 관측 부이는 설치 및 운용에 막대한 비용이 소요되기 때문에, 설치 위치를 결정하는 데 있어 신중한 접근이 필요하다. 우리나라 영해 내에 운용되고 있는 해양 관측 부이는 대부분 해안선에서 수 km 이내의 연･근해에 집중되어 있으며, 외해로 갈수록 관측 밀도가 현저히 낮아진다. 이는 결국 넓은 관측 공백해역이 존재함을 의미하며, 이들 중 어디에 우선적으로 신규 관측 부이를 설치해야 하는지에 대한 기술적 가이드라인이 필요하다. 본 연구에서는 남해에 테스트베드를 선정하고, 해당 해역에서 최적화 기법을 이용하여 기존의 여러 유관기관에서 운영하고 있는 해양 부이 관측망을 고려하면서 신규 관측 부이에 대한 설치 위치를 영역의 형태로 결정하고, 해당 영역 내 실제 관측 부이를 설치 및 운용하면서 취득된 데이터를 기반으로 설치 위치에 대한 타당성을 검증하였다. 신규 관측 위치를 결정하기 위해서 표층 유속(u/v), 수온, 염분 총 4개의 설계 변수를 대상으로 가중합(Weighted Sum Method, WSM) 기반의 다중 목적 함수를 구성하고, 이들 중 최적해(신규 관측 위치)를 도출하기 위해서 무차별 대입법(Brute-Force Opimization, BFO)을 몇 가지 제약 조건을 바탕으로 수행하였다. 최적해는 각 설계항목별 목적함수를 만족시키면서 최적의 효율을 달성할 수 있는 비열등해들의 집합체인 파레토 최적해들로 추출하였다. 이러한 파레토 최적해의 집합체들은 어떤 설계 변수에 가중치가 더 부여되었는지에 따라 관측 공백 해역들 중에서 총 5개의 우선 설치 영역을 도출하였다. 이들 중 2개의 영역에 실제 관측 부이를 설치하여 1년간의 관측 자료를 취득하였다. 첫 번째 영역은 최적화 과정에서 수온과 염분(특히 염분)에 좀 더 많은 가중치가 부여되었을 때 주로 도출된 영역으로, 해당 영역 내의 특정 위치에 부이를 설치하여 취득된 1년간의 관측 자료를 분석한 결과 여름철 양자강에서 배출되는 다량의 저염수 플룸이 한반도 영해 내로 접근하는 것을 선제적으로 관측할 수 있음이 검증되었다. 두 번째 영역은 최적화 과정에서 유속, 수온(일부 염분)에 더 많은 가중치가 부여되었을 때 주로 도출된 영역으로, 해당 영역 내의 특정 위치에 부이를 설치하여 취득된 1년간의 관측 자료를 분석한 결과 해당 위치는 대마난류의 열염전선과 표층 유속의 계절 변동성을 관측할 수 있음이 검증되어 인근의 이어도 과학기지와 국립해양조사원에서 운영하는 제주남부 부이의 중간지점에서 대마난류의 특성과 동중국해의 특성을 구분하기 위한 경계부로서의 역할을 할 수 있을 것으로 예상되었다.

핵심용어 : 해양 부이, 부이 관측망, 관측망 설계, 가중합 방법, 무차별 대입법