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ISSN : 1976-6769(Print)
ISSN : 2287-8122(Online)
Korean Journal of Nature Conservation Vol.6 No.2 pp.130-136
DOI : https://doi.org/10.11624/KJNC.2012.6.2.130

동북아시아해역의 표면수온 장기변동 특성

황재동1, 서영상2*, 안지숙
국립수산과학원 수산해양종합정보과

Properties of Sea Surface Temperature variations derived from NOAA satellite in Northeastern Asian Waters from 1990 to 2008

Young-Sang Suh2*, Jae-Dong Hwang1, Ji-Suk Ahn
National Fisheries Research and Development Institute, Busan 619-902, Korea
(Received 30 October 2012; Revised 29 November 2012; Accepted 9 December 2012)

Abstract

The trends of sea surface temperature (SST) variations derived from NOAA satellite data in the NortheastAsian Waters (NAW) were quantified using NOAA satellite data for 19 years (1990~2008). The annual meanSSTs were generally increased in the NAW. However, the SST was decreased in some areas of the East Sea inthe NAW. The areas in the East Sea were coincided with the same places which SST was decreased in winterseason. The annual amplitudes of SST were increased in the northern parts of the East China Sea, the KoreanStraits and the southwestern parts of the East Sea. However, the annual amplitudes of SST were decreased in theother waters. The SST was increased in the southwestern parts of the Yellow Sea in winter but it was decreasedin summer season for 19 years (1990~2008). The SST variations in the northwestern parts of the East Sea(NWES) in summer and winter seasons were increased at the same period of time for 19 years (1990~2008).The rates of SST rise in the NWES in winter were higher than those of summer season. Therefore, the annualamplitude in the NWES was decreased.

130-136 07_황재동.pdf446.8KB

1. 서 론

산업혁명 이후 화석연료의 사용 등에 의해 대기중 이산화탄소 농도 증가를 보였으며, 지구의 온도가 높아지는 온난화 현상이 발생하고 있다(Cox, 2000). 온난화 현상에 의한 기온과 수온의 상승 정도를 보면, 지난 세기 동안 전 지구적 평균 표면기온은 0.74oC 상승을 보였으며, 같은 기간 동안 전 지구적 평균 표면수온은 0.67oC 상승을 보였다(Trenberth et al., 2007). 전 지구적 온난화 현상은 단순히 수온 상승에만 영향을 미치는 것이 아니라 해양생태계에도 영향을 미치는 것으로 나타나, Boyce et al.(2010)은 지난 세기 동안 전 지구적으로 식물플랑크톤이 감소하고 있음을 밝혔다. 또한  Richardson and Schoeman (2004)은 1차 생산의 변동이 2차 생산에 변동을 주며 고차 먹이단계까지 영향을 준다고 하였다.

Belkin(2009)이 1982~2006년동안 관측한 위성자료를 사용하여 분석한 결과에 따르면 전 지구적인 영역에서 각 대륙의 연안 수온 장기변동은 지역적으로 차이를 보였음을 알 수 있으며, 수온의 상승율에 따라 각 대륙의 연안 해역을 5개의 영역(super-fast warming, fast warming, moderate warming, slow warming 및 cooling)으로 구분하였다. 5개 영역으로 구분 할 때, 우리나라 주변해역인 동해, 황해 및 동중국해 해역의 경우 동해 및 동중국해는 수온이 매우 빠른 상승 해역(super-fast warming), 황해는 빠른 상승해역(fast warming)에 속하는 것으로 나타나, 전 세계적 상승보다 더 빨리 온도가 상승하는 해역임을 알 수 있었다. 

국내에서도 수온의 장기변동에 대한 연구가 이루어졌다(Hahn, 1997; Kang, 2000; 서 등, 2003; 민과 김, 2006; 성 등, 2010), Hahn(1997)과 Kang(2000)은 주로 우리나라 연안에서 관측하고 있는 연안정지관측 자료를 사용하여 수온의 장기변동을 분석하였으며, 서 등(2003)과 성 등(2010)은 국립수산과학원에서 관측하고 있는 정선해양관측조사자료를 이용하여 한국연근해역의 표층수온 변동을 분석하였다. 현장조사자료를 사용하여 분석한 이들 연구에 의하면 우리나라 연안 및 근해역의 표층수온은 상승하고 있는 것으로 나타났다. 특히 성 등(2010)은 수온상승에 대해 공간적인 변동분석을 통해 수온상승이 공간적으로 차이가 있음을 밝혔다. 또한 민과 김(2006)은 지난 36년간 (1969~2004년) 한국연안 27개 정점에서 관측한 자료를 사용하여 연안표층수온의 경년변동과 장기변동 분석결과 수온은 상승한 것으로 나타났으나 경년변동을 보이는 것을 밝혔고, 겨울철 표층수온은 알류산저기 압보다는 시베리아고기압과 관련이 있다는 것을 밝혔다.

국립수산과학원에서 수행하고 있는 정선해양관측조사의 경우 조사범위가 우리나라 영해로 한정되어있기 때문에 중국, 러시아 및 일본을 포함하는 동북아시아 영역에 대해서는 수온의 공간적인 장기변동의 경향을 분석하기 힘들다는 단점이 있다. 또한 Belkin(2009)의 연구결과의 경우 동북아시아 영역이 다 포함되나 공간적인 해상도가 낮기 때문에 동해, 황해 및 동중국해에 대해 전반적인 수온상승율은 분석이 되나, 각 해역내에서 수온상승의 공간적인 변동이 잘 나타나지 않고 있다. 대개 논문에 활용되는 NOAA 위성자료의 공간 해상도는 GAC(Global Area Coverage)의 경우 4 km2, 10 km2, 1200 km2 이었다.

따라서 본 연구에서는 NOAA위성에서 관측한 자료를 사용하여 동북아시아 해역의 표면수온에 대한 장기변동 경향을 분석함에 있어 공간적으로 최고해상도(1.1 km2)의 자료를 사용하여 분석 하였다. 또한 겨울철 및 여름철에 대한 표면 수온의 장기변동 분석을 통해 계절 및 연교차폭에 대한 장기변동 경향의 공간적인 분포를 파악하고자 하였다. 

2. 자료 및 방법

본 연구에서는 미국 국립해양대기청(NOAA, National Oceanic and Atmospheric Administration)에서 운용하는 극궤도 위성 시스템중의 하나인 NOAA 위성에 탑재된 AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)가 관측한 자료를 사용하였다. NOAA 위성자 료는 LAC(Local Area Coverage) 경우 1.1 km × 1.1 km의 높은 공간해상도를 가지고 있다(NOAA, 2009).

국립수산과학원에서는 1989년부터 현재까지 NOAA 위성에서 관측한 자료를 매일 직접 수신하고 있으며, 수신한 자료를 사용하여 마스터(Mater) 영역에 대해 매일 표면수온자료를 생산하고 있다. 국립수산과학원에서 사용하는 마스터 영역은 북위 35°N와 동경 131°E를 중심으로 한 북위 25~45°N, 동경 118~142°E의 영역에 대해 2000 × 2000 pixel로 구성되어 있다. 

본 연구에 사용된 NOAA 위성관측 자료는 1989년 자료를 제외한 19년간(1990~2008년)의 자료를 사용하였으며, 매일 관측된 자료를 사용하여 다시 5일 평균자료로 만든 후, 5일 평균자료의 시계열 자료를 사용하여 식 (1)과 같은 조화분석을 통해 동북아 전체 해역에 대해 공간 해상도 1.1 km2의 매년 수온의 연평균과 연진폭을 구하였다.

여기서 T(t)는 시간 t일 때의 수온을, T0 는 연평균 수온을, A1는 수온의 연진폭을, A2는 수온의 반년진폭을, ω1는 연주기를, ω2는 반년주기를, φ1는 연위상을, φ2는 반년위상을 나타낸다.

 19년간의 표면수온 자료에 대해 조화분석을 통해서 계산한 연평균 및 연진폭 시계열자료와 19년간 동계인 2월과 하계인 8월의 표면수온 시계열자료에 대해 식 (2)와 같은 1차 선형회귀식을 사용하여 장기변동 경향을 구하였다.

Y = aT + b                                                                         (2)

 여기서 T는 시간이며, Y는 시간 T에서 1차 선형회귀식에 의해 구한 값이며, a는 기울기를, b는 절편을 나타낸다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 동북아시아해역에서 연평균 표면수온의 장기 변동 경향

지난 19년간(1990~2008년) 관측한 NOAA/AVHRR 자료 중 동북아시아 해역(Figure 1)에서의 연평균 수온 시계열자료에 대한 장기변동 분석결과를 Figure 2에 나타내었다. 연평균 수온의 장기변동의 경향을 보면 동북아시아 해역은 대체로 수온이 상승하는 경향을 보였으나 해역에 따라 변동 경향은 다소 차이를 보였다.

Figure 1. Study area ( · : NFRDI's National SerialObservation stations, □: Satellite's observation area).

Figure 2. Rate of change in annual mean SST for the last 19 years (1990~2008) (unit; oCyr−1).

황해의 경우 표면 수온의 연간 상승율은 0.01~0.05 oCyr−1 (0.19~0.95oC19yrs−1)의 범위를 보였으며, 발해만과 황해의 중국연안역에서 상승률이 0.03~0.04 oCyr−1(0.57~0.76 oC19yrs−1)로 우리나라 서해 연안역에서 0.03 oCyr−1에 비해 상대적으로 높게 나타났다. 반면 우리나라 서해남부연안인 진도 연안역은 수온의 연간 상승율이 0.01~0.02 oCyr−1(0.19~0.38 oC19yrs−1)로 황해해역 중에서 수온 상승률이 상대적으로 가장 낮게 나타난 해역이었다.

우리나라 남해를 포함하는 동중국해 해역에 있어서 수온의 연간 상승률은 0.04~0.07oCyr−1(0.76~1.33oC19yrs−1)의 범위를 보였으며, 황해와 유사하게 중국연안역이 상대적으로 높게 나타났다.

동해의 경우 황해나 동중국해와는 달리 수온이 상승하는 해역이 있는 반면 오히려 수온이 하강하는 해역이 있는 것으로 나타났다. 동해 해역 중 원산 이북 해역은 수온의 연간 상승률이 0.05~0.08oCyr−1(0.95~1.52oC19yrs−1)로 나타나 동해해역은 물론 동북아시아 해역 중에서도 빠른 수온 상승을 보이는 지역임을 알 수 있다. 반면 울릉도 남부해역, 대화퇴해역 및 동해 북부해역은 오히려 수온이 하강하는 경향을 보였다. 하강 정도는 울릉도 남부해역의 경우 −0.01oCyr−1(−0.19oC19yrs−1) 내외를, 대화퇴 해역의 경우  0.0oCyr−1 내외를 보였다. 그러나 동해북부 해역의 경우 −0.04oCyr−1(−0.76oC19yrs−1)의 하강 보여 하강정도가 크게 나타났다.

동중국해 해역을 제외한 북서 태평양에서 연평균 수온의 변동경향은 대체로 상승하는 것으로 나타났으며, 상승률은 0.01~0.07oCyr−1(0.19~1.33oC19yrs−1)의 범위를 보였다. 

3.2. 동북아시아해역에서 표면수온의 연진폭 장기 변동 경향

지난 19년간(1990~2008년) 관측한 NOAA/AVHRR 자료 중 동북아시아 해역에서(Figure 1) 수온의 연진폭 시계열자료에 대한 장기변동 분석결과를 Figure 3 에 나타내었다. 동북아시아 해역에서 수온 연진폭의 장기변동 경향은 해역에 따라 진폭이 증가하는 해역이 있는 반면 진폭이 감소하는 해역이 있는 것으로 나타났다.

Figure 3.Rate of change in annual amplitude of SST for the last 19 years (1990~2008) (unit; oCyr−1).

황해의 경우 대체적으로 수온 연진폭의 장기변동은 점차 감소하는 경향을 보였으며, 진폭의 감소율은 0.02oCyr−1 내외로 나타났다. 그러나 우리나라 서해남부연안인 진도 연안역에서는 진폭이 상승하는 것으로 나타났으며, 그 변동율은 0.00~0.06oCyr−1로 나타났다.

우리나라 남해를 포함하는 동중국해 해역에서 수온의 연진폭 변동은 해역에 따라 다르게 나타났다. 중국 대륙의 동쪽에 위치한 양자강 해역에서부터 우리나라 남해해역까지의 경우 연진폭은 상승하는 경향을 보였다. 상승률의 경우 우리나라 남해해역은 0.01oCyr−1 내외의 상승률을 보였으며, 양자강 해역을 포함하는 동중국해 북부해역은 0.02oCyr−1 내외의 상승률을 보였다. 동중국해 중부해역에서의 수온의 연진폭은 하강하는 경향을 보였으며, 하강률은 0.02oCyr−1 내외의 경향을 보였다.

동해의 경우도 해역에 따라 수온의 연진폭 변동이 상이한 경향을 보였다. 우리나라 동해연안 및 근해해역을 포함하는 동해 중부 및 북부해역에서 연진폭은 하강하는 것으로 나타났으며, 하강률은 0.00~0.06oCyr−1 로 나타났다. 그러나 대한해협에서 대화퇴에 이르는 해역을 포함한 일본 서부해역에서는 수온의 연진폭 변동경향이 상승하는 것으로 나타났으며, 상승률은 0.02oCyr−1  내외의 경향을 보였다. 일본 홋카이도 근해를 포함하는 동해의 북부해역에서도 수온이 연진폭 변동경향은 상승하는 것으로 나타났으며, 상승률은 0.02oCyr−1 내외의 경향을 보였다.

동중국해 해역을 제외한 북서태평양에서 수온의 연진폭의 변동경향은 대체로 하강하는 것으로 나타났으며, 하강율은 0.02oCyr−1  내외의 경향을 보였으나, 일본 연안역에서는 0.04oCyr−1 의 하강율의 보였다. 

3.3. 동북아시아해역에서 겨울철 표면수온의 장기 변동 경향

지난 19년간(1990-2008년) 관측한 NOAA/AVHRR 자료 중 동북아시아 해역에서(Figure 1) 겨울철 수온(2월)의 시계열자료에 대한 장기변동 분석결과를 Figure 4에 나타내었다. 동북아시아 해역에서 겨울철표면수온의 장기변동 경향을 보면 지역에 따라 수온이 상승하는 곳이 있는 반면, 하강하는 곳도 있음을 알 수 있다.

Figure 4. Rate of change in SST in winter season for the last 19 years (1990~2008) (unit; oCyr−1).

황해의 경우 겨울철 표면수온의 연간 상승률은 0.02~0.1oCyr−1의 범위를 보여 대체적으로 겨울철 표면수온은 상승하는 경향을 보였다. 또한 황해에서 중국 연안역이 0.1oCyr−1의 연간 상승률 보여, 중국 연안역이 비교적 빨리 상승함을 알 수 있다. 반면, 우리나라 서해남부연안인 진도 연안역에서 표면 수온의 장기변동 경향은 −0.02oCyr−1로 나타나 오히려 겨울철 표면수온이 하강하는 경향을 보였다. 이는 전반적으로 황해에서 겨울철 표면 수온의 장기변동 경향이 상승하는 것과는 반대의 결과를 보였다.

우리나라 남해를 포함하는 동중국해 해역에서 겨울철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 동중국해는 황해와 유사하게 겨울철 표면수온이 증가하는 경향을 보였다. 겨울철 표면수온의 연간 상승률은 0.02~0.12oCyr−1의 범위로, 우리나라 남해해역 및 동중국해 북부해역에서는 0.02~0.06oCyr−1의 분포를 보이나 대만북동부 해역에서는 0.1oCyr−1이상으로 높게 나타났다.

동해의 경우 해역에 따라 겨울철 표면수온이 상승하는 지역과 하강하는 지역이 뚜렷하게 구별되었다. 원산만을 포함하는 동해 북서부 해역에서 수온의 장기변동 경향을 보면, 겨울철 표면수온의 연간 상승률이 0.04~0.12oCyr−1로 나타나 겨울철 표면수온이 증가하는 해역임을 알 수 있는 반면, 대화퇴를 포함한 동해 중남부 해역과 동해 북동부해역에서 겨울철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 연간 표면수온 하강률이 0.02~0.1oCyr−1로 나타나 겨울철 표면수온이 하강하는 해역임을 알 수 있다.

동중국해를 제외한 북서태평양에서의 겨울철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 연간 수온 상승률은 0.02~0.12oCyr−1의 범위로 나타나 북서태평양에서의 겨울철 표면수온은 대체로 상승하고 있는 것을 알 수 있으며, 특히 일본 연안에서 수온 상승이 높게 나타나고 있음을 알 수 있다.

3.4. 동북아시아해역에서 여름철 표면수온의 장기 변동 경향

지난 19년간(1990~2008년) 관측한 NOAA/AVHRR 자료 중 동북아시아 해역에서(Figure 1) 여름철 수온(8월)의 시계열자료에 대한 장기변동 분석결과를 Figure 5에 나타내었다. 동북아시아 해역에서 여름철표면수온의 장기변동 경향을 보면 대체로 상승하는 경향을 보였으나, 지역에 따라 하강하는 경향을 보이는 곳도 있다.

Figure 5. Rate of change in SST in summer season for the last 19 years (1990~2008) (unit; oCyr−1).

황해의 경우 여름철 표면수온의 장기변동은 다소 상이한 분포를 보였는데, 황해의 중부 및 북부해역에서는 표면수온이 하강하는 경향을 보인 반면 남부해역에서는 상승하는 경향을 보였다. 황해의 중부 및 북부해역에서 여름철 표면수온의 연간 하강률은 0.00~0.06oCyr−1의 범위를 보여 장기적으로 여름철 표면수온이 하강하고 있음을 보였다. 반면, 황해 남부 해역에서 표면수온의 연간 상승률이 0.00~0.12oCyr−1의 범위를 보여 장기적으로 여름철 표면수온이 상승하고 있음을 보였다.

우리나라 남해를 포함하는 동중국해 해역에서 여름철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 대체로 동중국해에서 여름철 표면수온의 경향은 상승하는 것으로 나타났다. 여름철 표면수온의 연간 상승률은 0.00~0.12oCyr−1의 범위를 보였으며, 우리나라 남해해역과 동중국해 북부해역이 동중국해 남부해역에 비해 상승률이 높은 것으로 나타났다. 반면 동중국해 동부해역에서의 여름철 표면수온은 오히려 하강하는 경향을 보였으며, 여름철 표면수온의 연간 하강률은 0.00~0.02oCyr−1의 범위를 보였다.

동해의 경우 여름철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 대체로 전 해역에서 표면수온이 상승하는 것을 보였으며, 연간 상승률은 0.02~0.12oCyr−1의 범위를 보였다.

동중국해를 제외한 북서 태평양에서의 여름철 표면수온의 장기변동 경향을 보면 대체로 수온의 연간상승률이 0.00~0.06oCyr−1의 범위를 보여 장기적으로 여름철 표면수온이 상승하고 있음을 알 수 있다. 북서 태평양에 대해 해역별로 보면, 북서 태평양의 북부해역인 일본연안역이 남부해역에 비해 여름철 표면수온의 상승이 상대적으로 높게 나타난 것을 알 수 있다.

4. 결 론

지난 19년간(1990~2008년) 관측한 NOAA/AVHRR 자료를 사용하여 동북아시아 해역에 대해 표면수온의 장기변동을 분석하였다. 연평균수온의 장기변동 경향의 경우 동북아시아 해역에서 동해 북동부해역을 제외하고 대체로 상승하는 경향을 보였으며, 특히 황해의 중국측 연안역과 동해 북부해역에서 상승 경향이 비교적 높게 나타났다. 반면 동해 북동부 해역의 경우 수온이 하강하고 있음을 알 수 있다. 따라서 동북아시아 해역의 경우 지구온난화와 관련하여 전체 해역의 수온이 상승하고 있지는 않다는 것을 알 수 있다.

동북아시아 해역에서 연진폭의 장기변동 경향은 해역에 따라 차이를 보였다. 동북아시아 해역에서 연진폭의 변동 경향은 대체로 감소하는 것으로 나타났지만 진폭이 증가하는 해역도 나타났다. 연진폭의 경우 주로 겨울철과 여름철의 수온 차이를 나타내는 것으로 진폭이 증가한다는 것은 연 교차가 커진다는 것을 의미하며, 진폭이 작아진다는 것은 연 교차가 작아진다는 것을 의미한다. 따라서 지구온난화와 관련하여 볼 때 동북아시아 해역은 대체로 연 교차가 작아지고 있으며, 겨울철 수온과 여름철 수온의 차이가 점점 줄어들고 있음을 알 수 있다. 그러나 동중국해 북부해역, 우리나라 남해해역 및 동해 남부해역에서는 겨울과 여름의 수온 차이가 오히려 더 커지고 있음을 알 수 있다.

연진폭의 감소 및 증가하는 경향과 관련하여 겨울철과 여름철 표면수온의 변동 경향을 같이 고려하여 분석해 볼 필요성이 있다. 동해 북부해역과 서해중북부해역을 보면 공통적으로 연진폭이 감소하는 경향을 보인다. 그러나 겨울철과 여름철 수온자료와 결합해보면 동해 북부해역의 경우 겨울철과 여름철 표면수온이 모두 상승하는 경향을 보이지만 겨울철 수온상승이 여름철 수온 상승보다 상대적으로 빠르기 때문에 연 교차가 점점 줄어드는 것으로 나타났다. 서해 중북부해역의 경우, 겨울철 수온은 상승하는데 반해 여름철 수온은 하강하는 경향을 보여 연 교차가 점점 줄어드는 것으로 나타났다.

또한 연진폭이 증가하는 해역인 동중국해 북부해역과 우리나라 남해해역은 여름철 수온 상승이 겨울철수온 상승보다 빠르기 때문에 연진폭이 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 동해 남부해역의 경우 여름철은 수온이 상승하고 겨울철은 수온이 하강하기 때문에 연진폭이 증가하는 것으로 나타났다(Table 1).

Table 1. Annual amplitude variations with the fluctuations of SST in summer and winter seasons.

따라서 지구온난화와 관련하여 수온이 증가하는 것으로 나타나지만 겨울철과 여름철로 구분하여 보면 모든 계절에 대해 수온이 증가하는 경향을 보이진 않는다. 

현재까지는 동북아시아 해역에 대해 연평균수온, 겨울철 수온 및 여름철 수온의 장기변동의 분포 경향을 분석하였는데 향후 해역에 따라 변동 경향이 상이하게 나타나는 원인에 대해 분석할 필요가 있다고 생각된다.

감사의 글

본 연구는 국립수산과학원 수산시험연구사업인 ‘첨단 해양탐사 시스템 활용 한반도 주변 해양변동 조사 및 운영(RP-2012-ME-068)’과 관련된 해양위성원격탐사 연구의 결과입니다.

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