이상파랑 원인 분석 논문 번역(한국어 원본)이상파랑이 2007년 3월 31일 00시 40분부터 서해안 일대에 발생하여 수시간 동안 지속되었으며 이로 인해 재산 및 인명 피해가 발생하였다. Fig. 1에 피해가 발생한 지역을 표시하였다. 1시 10분에는 전라북도 부안군 위도면 진리와 벌금 일원의 주택과 차량 및 선박이 침수되었으며 1시 30분에는 변산면 대항, 합구 및 송포 일원에 정박해 있던 선박들이 침수되었다. 1시 50분에는 전라남도 영광군 영광원전 방류시설 인근과 법성면 법성포항, 홍농, 백수 및 염산 등지에서 1명이 사망하고 상가와 선박이 침수되었다. 그리고 2시경에는 전라북도 군산시 옥도면 선유도에서는 주택과 선박이 침수되었으며 고창군 상하면 장호리 용두마을에서는 6명의 사상자가 발생하였다. 이러한 이상파랑은 2005년 2월과 2008년 5월에도 제주 옹포리와 충청남도 보령 인근에 각각 발생한 바 있다.
<Fig. 1>
이렇게 뚜렷한 원인을 알 수 없었던 이상파랑은 아시아, 유럽, 남아메리카 등 전세계적으로 발생하고 있으며 이에 대한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 가까운 일본의 나가사키만에서는 12월에서 4월 사이, 즉 동계와 춘계에 ‘Abiki’라고 불리우는 이상파랑이 발생한다. Hibiya and Kajiura(1982)는 1979년 3월 31일에 나가사키만에서 발생하는 ‘Abiki’에 대한 물리적인 원인을 대상해역에 대해서 잘 검증된 수치모형을 수립하고 여러 가지 요인들의 작용을 수치실험을 통해 복합적으로 분석하였다. 대기에서 2∼6 hPa의 크기를 갖는 강한 기압 교란(pressure disturbance)이 나가사키만을 향하여 31 m/s의 전파속도를 갖고 이동하게 되면, 해양에서는 이로 인해 발생한 수위 변동이 Proudman 공진(Proudman, 1929)을 일으키며 만으로 내습하고, 이렇게 내습한 수위 변동의 주기가 만의 고유진동주기(35 분)와 유사하게 되면 만내 공진을 일으켜 수위가 크게 증폭하게 된다.
유럽의 지중해에 위치한 스페인 Balearic 군도의 Ciutadella에서는 ‘Rissaga’라고 불리는 이상파랑이 발생한다. Fontsere(1934)는 Catalan 해안에서 발생한 이상파랑에 대해 과학적으로 분석한 논문을 처음으로 발표하였는데, 이 현상이 항상 6∼9월 사이에 발생하고 기압계의 진동을 동반하고 있어 대기활동에 원인이 있을 것으로 생각하였다. Tintoré et al.(1988)은 대기파(atmospheric wave)와 해양장파의 전파, 만내에서의 공진을 이상파랑의 발생원인으로 제안하였으며, 늦봄부터 여름까지 지중해 서측의 기상상태가 기상 교란이 발생하기 좋은 여건인 것을 밝혔다. Monserrat et al.(2006)은 2006년 6월에 Ciutadella 항에서 발생한 이상파랑에 대해 분석하면서 22∼30 m/s의 전파속도와 북동진하는 이동 방향을 갖는 기상 교란을 이상파랑의 발생조건으로 제시하였다.
이탈리아와 크로아티아 사이의 Adriatic 해에서도 이상파랑이 발생한다. Orlić (1980)은 1978년 6월에 Vela Luka 만에 내습하여 항내의 선박을 파손시키고 침수 피해를 일으킨 이상파랑의 원인을 북동진하는 기압 교란에 의해 발생한 해수면 변동이 항내로 내습하면서 공진 작용으로 진폭이 커져 나타난 것으로 분석하였다. Vilibić et al.(2004)은 2003년 6월에 Stari Grad와 Mali Ston만에 최대 진폭 1.3 m를 갖는 이상파랑이 발생하여 해안도시가 침수되는 피해를 분석하기 위해 수치모형을 수립하였다. Sepić et al.(2009)은 이 시기의 기압과 바람 등의 기상자료를 스펙트럼 방법으로 분석하고, 대기모델을 이용하여 기압 교란 현상을 모의하였다. Belusić and Mahović(2009)는 과거에 발생했던 사상에 대해 위성사진과 기상, 해양 관측자료를 이용하여 분석하였다.
Dragani(2007)는 남아메리카 남동부에 위치한 아르헨티나의 부에노스아이레스에서 1985년 10월 13일에 발생하였던 이상파랑에 대한 분석을 수행하였다. 2차원 수치모델을 이용하여 한냉전선 통과와 대기 중력파에 의한 해수면 변동 연구를 수행하였다. 그 결과로 한냉전선은 조석보다 긴 주기의 변동을 유발하며 대기 중력파가 해양장파를 발생시키는 중요한 요인임을 밝혀내고 진행방향과 속도 등의 이상파랑 발생조건 등을 제시하였다.
국외에서 이루어진 이상파랑의 발생원인에 대한 연구결과들의 경우 이상파랑은 기상 교란으로 인해 대기로부터 해양에 에너지가 유입되고 이렇게 생성된 해양장파가 기상교란과의 외부 공진, 항이나 만내에서의 부진동, 파랑간의 상호작용 등의 여러 가지 요인들로 진폭이 증가하여 연안에 피해를 유발하는 것으로 정리할 수 있다.
국내의 이상파랑에 대한 연구는 2007년 3월 31일 서해안에 이상파랑에 의해 피해가 발생한 이후부터 진행되었다. 최 등(2008)은 2007년 3월에 전라남도 영광을 포함한 서해안 일대에서 나타난 이상파랑에 대한 연구를 수행하였다. 기상청에서 운영하고 있는 자동 기상 관측시스템(Automatic Weather Station, AWS)에서 관측된 기압자료와 국립해양조사원의 조위 관측소에서 관측된 조위 정보를 high-pass filter를 통해 분석하였으며, 일기도를 통해 국지적인 대기압 교란의 형성 가능성을 제시해 보았다. 1차원 수치모형을 통해 해양장파의 형성과정 실험을 수행하여 대기압 점프와 해양장파간의 공명효과로 진폭이 증가함을 보였으나 지형으로 인한 파랑의 공간적인 변형을 고려하지 못했다. 최 등(2009)은 2008년 5월 보령에서 발생한 이상파랑을 분석하였는데 조위 관측소의 조위자료와 파고 부이에서 관측된 파랑 자료를 필터를 이용하여 분석하였으나 뚜렷한 원인을 찾지 못했다. 해안과 내륙지역에 위치한 AWS와 레이더 관측자료를 통해 기압의 이동을 유추하였고 이상파랑 생성에 대한 여러 가지 요인들에 대해 언급하였다.
국내의 기존 연구에서는 관측자료의 경우 조위 관측소 및 AWS에서 관측된 시계열 자료를 이용하여 분석함으로 인해 기압 점프의 진행방향과 이동속도에 대한 규명이 이루어지지 않았으며, 1차원 모형을 통한 수치실험을 하여 지형에 의해 변하는 파랑을 고려하지 못했다. 본 연구에서는 시계열 관측자료에 대해 웨이블렛을 이용하여 정량적으로 분석하고 파랑 변형을 고려할 수 있는 2차원 수치모형을 통해 이상파랑의 발생원인을 분석하고자 한다. 웨이블릿 분석을 통해 조위 관측소의 조위자료와 AWS의 해면기압자료로 부터 이상파랑의 도달 시간과 전파 방향을 도출하였다. 그리고 일기도의 기압자료를 이용하여 기압대와 기압점프의 이동방향과 진행속도에 대한 분석을 수행하였다. 또한 이렇게 분석된 결과의 타당성을 수치모형실험을 통해 검증하였다. |
이상파랑 원인 분석 논문 번역(영어 번역본)At 00:40, 31 March 2007, abnormal waves occurred in vicinity of the west coast and lasted for several hours, causing loss of property and lives. We marked the damaged region on Fig. 1. At 01:10, houses, vehicles, and ships were flooded in Jin-ri and Beulgeum district of Wuido-myeon, Buan-gun, Jeonlabuk-do, and at 01:30, anchored ships were flooded in Daehang, Haphu, and Songpo districts in Byeonsan-myeon. At 01:50 death of a person resulted and stores and ships were flooded in the vicinity of nuclear power plant discharge facility in Younggwang, Younggwang-gun, Jeonlanam-do and in Hongnong, Baeksu, Yeomsan, and Bupsungpohang in Bupsung-myeon. At about 02:00, houses and ships were flooded in Seonyu-do, Okdo-myeon, Gunsan-si, Jeonlabuk-do and 6 casualties was observed in Yongdo village in Jangho-ri, Sangha-myeon, Gochang-gun. Similar abnormal waves were caused in February 2005 and May 2008, near Ongpo-ri, Jeju and Boryung, Chungcheongnam-do, respectively.
<Fig. 1>
Such abnormal wave with an unknown cause is occurring worldwide and studies on abnormal wave are actively in progress. In the nearby Nagasaki Gulf of Japan, between December and April (between winter and spring), abnormal wave called ‘Abiki’ occurs. Hibiya and Kajiura (1982) established well-verified numerical model for the physical cause of ‘Abiki’ that occured in Nagasaki Gulf on 31 March 1979 and performed comprehensive analysis of interaction of various factors through numerical experiment. If pressure disturbance with magnitude of 2~6 hPa in the atmosphere travels toward Nagasaki Gulf with propagation velocity of 31 m/s, water level fluctuation in the ocean due to the movement approaches the gulf, causing Proudman resonance (Proudman, 1929). If the approaching water level fluctuation period is similar to the natural vibrational period of the gulf (35 min), it causes inner gulf resonance to greatly amplify the the water level.
In Ciutadella of Balearic islands in Spain, which is located in the Mediterranean Sea, abnormal wave called ‘Rissaga’ occurs. Fontsere (1934) presented the first scientific thesis about abnormal wave that occurred in Catalan coast. Because this phenomenon always occurs between June and September with accompanying vibration of barometer, he hypothesized that the cause would be related to the air activity. Tintoré et al. (1988) suggested the propagation of atmospheric wave and oceanic long wave, and inner gulf resonance as the causes of abnormal wave. They discovered that weather condition of the western Mediterranean from late spring to summer is proper for weather disturbance to occur. Monserrat et al. (2006) analyzed abnormal wave that occurred in Ciutadella harbor in June 2006 and suggested propagation velocity of 22~30m/s and weather disturbance with northeastern movement as the condition for occurrence of abnormal wave.
Abnormal wave also occurs in the Adriatic Sea between Italy and Croatia. Orlić (1980) concluded that the cause of abnormal wave that approached the Vela Luka Gulf, damaged ships in harbor, and caused flood damage in June 1978 was because of the increase in amplitude by resonance induced by seawater level fluctuation, which in turn was caused by the weather disturbance with northeastern movement approaching the harbor. Vilibić et al. (2004) established a numerical model in order to analyze the damage of flooding on coastal cities from the abnormal wave that had the maximum amplitude of 1.3m in June 2003. Sepić et al. (2009) analyzed weather data such as atmospheric pressure and wind with spectral method, and simulated atmosphere press disturbance phenomenon by using atmosphere model. Belusić and Mahović (2009) analyzed the events in the past by using satellite picture, weather, and the oceanic measurements.
Dragani (2007) performed an analysis on the abnormal wave that occurred on 13 October 1985 in Buenos Aires, Argentina, located in southeastern South America. He researched seawater level fluctuation caused by passage of the cold front and the air gravity wave, using 2-dimensional numerical model. As a result, the cold front was shown to cause the fluctuation of longer period than the tide, and the air gravity wave was determined to be a significant factor causing the long ocean wave. He suggested the occurrence condition of abnormal wave such as direction of progress and velocity.
Finding from these overseas studies may be summarized as the following: weather disturbance transfers energy from the atmosphere to the ocean, thereby creating long ocean waves that increase in magnitude due to various factors such as the external resonance with the weather disturbance, the secondary undulation in harbor or inside of a bay, and the interaction between waves, and result in abnormal waves that damage the shore.
Domestic studies on the abnormal wave were initiated after an abnormal wave damaged the west coast in 31 March 2007. Choi Deung (2008) performed research about the abnormal wave that appeared in the west coast region including Younggwang, Jeonlanam-do, in March 2007. He analyzed the atmospheric pressure data observed by Automatic Weather Station (AWS) operated by the Meteorological Administration and sea level information observed by sea level observatory of National Oceanographic Research Institute using high-pass filters, and suggested the possibility of formation of the regional atmospheric pressure disturbance by weather chart. He simulated the formation process of the long ocean waves by 1-dimensional numerical model and demonstrated the atmospheric pressure jump and the increase in amplitude due to the resonance between the long ocean waves, but he did not account for the spatial fluctuation of wave due to geographical features. Choi Deung (2009) analyzed the abnormal wave that occurred in Boryung in May 2008. The sea level measurements of sea level observatory and wave data observed in buoy were analyzed using filter, but the study was inconclusive. Nevertheless, he inferred the movement of atmospheric pressure through radar observations and AWS located in coast and the interior, and conjectured about various factors for the creation of the abnormal wave.
In previous domestic studies, observations failed to prove the direction of progress and velocity of atmospheric pressure jump because the studies analyzed the time series data observed from the sea level observatory and AWS. Moreover, numerical experiment using 1-dimensional model used cannot account for the fluctuation of wave due to the geographical features. In the study, we attempted to analyze the cause of the abnormal wave through 2-dimensional numerical model that can take into account the fluctuation of wave and quantitatively analyze time series observed data by using wavelet. We deducted the reaching time and propagation direction of the abnormal wave from sea level data of the sea level observatory and sea-level atmospheric pressure data of AWS. Moreover, using the atmospheric pressure data of weather chart, we performed the analysis of the pressure belt, direction of movement of the atmospheric pressure jump, and progress velocity. In addition, we proved the validity of the analyzed result with the numerical model experiment. |
