황동중국 광역해역의 실시간 조위, 조류 예측

Realtime Prediction of Tide and Tidal Current in the Yellow and East China Seas

민병일1, 김경옥2, 육진희3, 최병호4

Byung Il Min1, Kyeong Ok Kim

2, Jin Hee Yuk

3 and Byung Ho Choi

4

1. 서 론

과거에 항구의 접근수로와 주요 검조소에서의 조

석예보(조위, 조류)는 전 해안 및 해역의 공간적인 신

뢰성 있는 예보로서 진전되고 있다. 이러한 동향은 수

심측량의 해역이 연안에서 멀어지기 때문에 조석기

준면의 설정과 조석보정의 문제, 새로운 국제동향(국

제수로기구)으로서 LAT와 HAT의 제시, 국제적으로

해안국이 결의한 준거타원체를 기준한 표고와 해저

면의 제시(이 경우는 조석해역에 자세한 조석기준면

들을 공간적으로 산정하고 또한 준거타원체, 가능하

면 국지적인 지오이드와의 상관식으로 쉽게 전환시

키는 체계)가 과거와는 다른 개념으로서 정립되는 단

계에 있다. 이러한 우리나라 관할해역만이 아니라 해

양 및 군사활동을 위해서도 신뢰성 있는 조석DB에

기반한 공간적인 조위, 조류 추정이 신속하게 이루어

지는 체계가 필요하다. 본 과업에서는 황동중국해의

1분 유한차분격자 조석모델로서 개방경계에 약 61개

의 분조를 설정하여 태음의 완전한 주기인 18.6년(19

년)의 조석산정을 하여 최대, 최소치의 분포로서

HAT와 LAT의 분포를 산정하고 다시 1년을 더 산정

하여 조위-조류의 조화 분석을 통한 조석 DB를 초기

적으로 작성하였다. 예보에 있어서는 DB작성 해역내

의 임의점(경도, 위도)과 시작시간, 예보기간, 출력간

격을 지정하면 신속하게 결과를 표출시키는 체계를

초기적으로 수립하였다.

본 논문에서는 조위, 조류 예측의 위한 조석 DB의

작성순서와 이 DB를 이용하여 실시간 예측이 가능한

GUI 프로그램의 제작방법을 제시한다. 이 GUI 프로

그램은 Visual Basic으로 제작되었으며, 조위 및 조류

의 예측계산을 위해서는 POLdll이 사용되었다.

Fig. 1. Mesh system and bathymetry

1 성균관대학교 사회환경시스템공학과 박사과정

2 한국해양연구원 해양환경방제연구부 선임연구원

3 성균관대학교 사회화환경시스템공학과 BK21박사후연구원

4 성균관대학교 사회화환경시스템공학과 교수

2010년도 한국해양과학기술협의회 공동학술대회

6월 3일(목)～4일(금) 제주 국제컨벤션센터

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Fig. 2. Water elevation compared with the prediction using 62 harmonic constituents

2. 조석 DB 작성

2.1 수치모델

황해에서의 실시간 조석을 산정하기 위한. 전통적

인 유한차분 수치모델(Choi, 1980).은 특별한 지식없

이도 쉽게 PC나 노트북에서 수행가능하게 설계될 수

있으며, 현재 1분격자 해상도를 갖는 세격자 시스템

의 1년의 조석계산도 이틀정도의 CPU 시간으로 결과

를 도출될 수 있다. 수치모델의 수심은 다양한 자료를

디지털화 한 1분격자 수심데이터(Choi et. al., 2002)를

사용하였으며, 수심 200m를 따라 개방 경계를 구성

하였다 (그림 1). 개방 경계에서는 NAO 조위예측치

(Matsumoto et al., 2000)를 이용하여 실시간 예측값이

입력된다. 간단한 테스트를 수행한 후, 총 19년간 모

델이 실행되어 조화분해를 위한 1시간간격의 계산값

을 저장하였다. 61개의 조석분조를 고려한 실시간 조

류 예측을 실현하기 위한 18.6년의 조석의 평형주기

를 계산하여 조화분해를 수행한다. 이 초기 계산치는

전 해역에 걸쳐서는 아직 만족할 만한 결과를 도출하

지 못하였으나 추후 개선모의를 통해 향상된 예측치

를 얻는 노력이 필요하다.

그림 2는 그림 1에 나타난 조위관측지점 중 4지점

을 비교한 그림이다. 비교적 개방경계와 가까운 여수

의 경우 좋은 결과를 보여주고 있으나, 천해지역인 보

령, 인천, Lusi (중국 측)의 경우 차이가 남을 알 수 있

다. 이 차이는 관측치와 계산격자점의 위치의 차이,

천해효과 및 잘못된 바닥마찰계수의 적용 등으로 인

한 것으로 예상된다. 이 초기 계산치는 전통적인 바닥

마찰계수로 알려진 0.002~0.0025를 수심에 따른 변화

로 적용하였는데, 최근 바닥마찰계수를 직접 관측한

보고서(POL, 2003-2004)에는 알려진 계수보다 작은

값으로 제시되었다.

Fig. 3. Tidalchart of M2 constituent extracted from

Tidal Constituent Database

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2.2 조화분해 및 조화상수DB작성

1시간 간격으로 계산된 조위격자값은 19년간의 계

산값이 수백기가에 해당하는 용량으로 저장되며, 이

를 한번에 조화분해하기는 현실적으로 불가능하다.

이 데이터는 각 계산점에서의 19년간의 시계열데이

터로 재배열되며, 이 시계열자료를 이용하여 조화분

해를 수행(TIRA)하여 62개 분조의 조화상수를 계산

하였다.

각 계산격자점에서의 조화상수는 DB화 하여야 하

는데, POL의 “Format of the hydro dll data file.pdf”를

참고로 하여 바이너리데이터 형식으로 작성하였다.

그림 3은 M2 분조의 조화상수를 추출한 조석도이다.

3. 실시간 예측을 위한 GUI 작성

실시간 조위, 조류 예측은 POL의 DLL 라이브러리

(그림 4)를 이용하여 수행할 수 있다. 이 라이브러리

는 대규모의 조화상수DB로부터 빠른시간에 필요한

변수를 추출하여 실시간 예측을 할 수 있는 함수가

Dynamic Link Library로 구성되어 있으며, Visual

Basic 이나 Visual C++ 등의 윈도 GUI 프로그램 언어

에서 이용할 수 있다. 함수의 집합인 hydro32_v3.dll,

라이센스 파일인 licence.dat, 조화상수 DB 등이 필요

하며, 본 연구에서는 Visual Basic을 이용하여 GUI를

구성하였으며, “Using DLL32r3 revision1.pdf”를 참고

로 하여 VB 프로그램을 작성하였다.

Fig. 4. Program environment of Visual Basic

Fig. 5. Example of GUI program for prediction of tidal elevation and current

그림 6은 2010년 3월 28일부터 31일까지의 백령도

부근의 조류와 조류방향을 예측하여 해양조사원의

예측데이터와 비교한 그림이다. 30분 정도의 시간차

이가 발생하고 있으나 조류속 등은 비교적 잘 예측하

고 있다. 이런 차이는 조화상수 DB의 신뢰성 문제로

더 나은 결과를 위해서는 계산조건의 개선을 위한 지

속적인 노력이 필요하다.

(a) Current speed (knot)

(b) Current direction

Fig. 6. Comparison of tidal current prediction during 28~31 March 2010 (Blue: KHOA, Red: POL)

4. HAT와 LAT

최저천문조위(LAT)은 18.6년 동안 가장 낮은 조위

로 국제수로기구에서는 선박의 안전한 항해를 위한

새로운 기준면으로 제시하고 있으며, 최고천문조위

(HAT)는 밀물시 연안홍수와 범람을 방지하기 위해

추천되고 있다. 그림 7은 19년의 조석 수치모의을 통

해 계산된 HAT과 LAT의 분포를 보여주고 있다.

5. 결론 및 제언

이 초기 버전은 2010년 3월 26일에 발생한 천안함

의 침몰에 따른 백령도 남측해역의 임의의 정점(선

미, 선수)에서의 조위, 조류 예측을 신속히 수행하여

구난 작업에 도움이 될 수 있도록 현업 부서에 전달

되었다. 이 DB의 신뢰성을 향상 시키기 위한 계속적

인 노력이 필요하다.

감사의 글

본 연구는 한국해양연구소와 기초기술연구회의

지원으로 “해양유출사고 대응기술 개발을 통한 깨끗

한 바다 만들기”연구의 일환으로 수행되었습니다.

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Fig. 7. Computed H.A.T. and L.A.T.

참고문헌

최병호, 김경옥, 엄현민 (2002). 한국근해의 디지털

수심 표고 데이터베이스. 한국해안해양공학회지,

14(1), 41-50.

Choi, B.H. (1980). A tidal model of the Yellow

Sea and the Eastern China Sea. Korea Ocean

Research and Development Institute (KORDI)

Report 80-02, 72 pp.

Matsumoto, K., Takanezawa, T. and Ooe, M.

(2000). Ocean Tide Models Developed by

Assimilating TOPEX/POSEIDON Altimeter

Data into Hydrodynamical Model: A Global

Model and a Regional Model Around Japan.

Journal of Oceanography, 56, 567-581.

POL (2004). Proudman Oceanographic

Laboratory Annual Report 2003-2004.

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