표제지
연구보고서
목차
요약문 13
제1장 서론 15
제1절 연구의 배경 15
제2절 연구의 목적 20
제3절 연구의 범위 20
제4절 연구의 특징 20
제5절 추진전략 21
제2장 연구개발 수행내용 23
제1절 연구개발 수행 내용 23
1. 온난화 환경에서 과거 주요 태풍 모의 23
2. 모의된 과거 주요 태풍에 대한 폭풍해일 모델링 23
3. 과거 우리나라 연안에서 발생한 폭풍해일과 이상파랑의 특성 파악 23
4. 이상파랑 발생시기의 지상 및 고층 기상 분석 23
제3장 연구개발 수행방법 24
제1절 온난화로 인한 해양 대기 변동성 조사 24
1. 미래 온난화 환경 예측 연구결과 문헌 조사 24
2. 온난화로 인한 미래 해양·대기 요소 변동 분석 29
3. 미래 온난화 경향 분석 35
4. SST 변화만을 고려한 온난화 환경 구축 49
5. 해양 및 대기요소의 변화를 고려한 온난화 환경 구축 50
제2절 온난화로 인한 태풍의 강도 변화 조사 53
1. WRF 모델의 구성 53
2. 과거 한반도 영향 태풍 모의 56
3. 모의된 과거 주요 태풍에 대한 폭풍해일 모델링 73
제4장 연구개발 수행결과 100
제1절 폭풍해일 모델을 이용한 온난화 환경의 폭풍해일모의 100
제2절 외국사례를 검토·비교하여 위험조위 결정방법 및 조석기준면 재결정 연구방향 도출 128
제3절 지구온난화에 의한 한반도 연안 이상해면의 변동성 분석 136
1. 이상해면 변동성 분석의 목적 136
2. 최대해일고 분석을 위한 조위 관측 137
3. 해일고 추정 방법 139
4. 연간 최대 해일고의 변동성 141
5. 연간 최대 해일고의 특성 141
6. 상위 해일고의 특성 145
7. 지구온난화로 인한 최대해일고 변동성 연구의 결론 및 요약 151
제4절 돌발성 이상파랑의 발생과 전파의 특성과 발생시기의 지상 및 고층 기상 자료 분석 154
1. 이상파랑의 발생과 전파의 특성 파악 154
2. 이상파랑을 발달시킬 수 있는 대기압 점프, 대기 중력파, 전선, 그리고 스콜과 같은 대기요란의 특성조사 161
3. 공명현상과 천수효과 등 이상파랑을 증폭시킬 수 있는 요소 조사 161
4. 2008년 보령 이상파랑과 2007년 영광 이상파랑 발생과 전파의 원인 분석 162
5. 우리나라 연안에서 발생한 이상파랑 발생 시기에 관측된 1분 간격의 조위 관측소 자료 분석 171
6. 연안 조위관측소 별로 이상파랑의 도달 시간을 구하여 파의 이동경로 조사 174
7. 피해는 보고되지 않았지만 이상파랑으로 추정되는 경우 조사 177
제5장 연구개발 결과의 활용성 184
제1절 연구성과 활용도 184
1. 온난화 환경에서 주요 태풍의 모의 184
2. 모의된 과거 주요 태풍에 대한 폭풍해일 모델링 184
3. 과거 우리나라 연안에서 발생한 이상파랑의 특성 파악 184
4. 이상파랑 발생시기의 지상 및 고층 기상 분석 184
제2절 기대효과 185
1. 기술적 측면 185
2. 경제적·산업적 측면 185
제3절 연구성과 적용가능성 185
제6장 참고문헌 187
제7장 부록 189
제1절 포항에서의 기상, 해수면 분석 자료 189
제2절 울산에서의 기상, 해수면 분석 자료 206
제3절 부산에서의 기상, 해수면 분석 자료 223
제4절 제주에서의 기상, 해수면 분석 자료 240
제5절 100년간 CSEOF 분석을 통한 해양·대기 변수의 변동 경향 254
1. 100년간 Skin temperature 변동경향 254
2. 100년간 Sea Level Pressure 변동경향 260
3. 100년간 1000 hPa Air temperature 변동경향 266
4. 100년간 850 hPa Air Temperature 변동경향 272
5. 100년간 500 hPa Air Temperature 변동경향 278
6. 100년간 1000 hPa Geopotential Height 변동경향 284
7. 100년간 850 hPa Geopotential Height 변동경향 290
8. 100년간 500 hPa Geopotential Height 변동경향 296
9. 100년간 1000 hPa Relative Humidity 변동경향 302
10. 100년간 850 hPa Relative Humidity 변동경향 308
11. 100년간 500 hPa Relative Humidity 변동경향 314
12. 100년간 1000 hPa Wind 변동경향 320
13. 100년간 850 hPa Wind 변동경향 326
14. 100년간 500 hPa Wind 변동경향 332
판권기 338
Table 3-1. IPCC 시나리오에 따른 100년 뒤의 기온과 해수면 변화. 26
Table 3-2. IPCC 온실가스 배출 시나리오에 근거한 지구평균과 동아시아 지역의 기온과 강수량 예측값 비교. 27
Table 3-3. 온난화 환경 구성을 위한 실험 별 구성도. 59
Table 4-1. SST 변동을 고려한 온난화 환경에서 한반도 연안 최대 해일고 변화값 126
Table 4-2. 해양·대기 변동을 고려한 온난화 환경에서 한반도 연안 최대 해일고 변화값 127
Table 4-3. 조석기준면(Tidal datum)의 정의 128
Table 4-4. 외국의 조석 기준면 130
Table 4-5. 우리나라 조석기준면과 외국 조석기준면과의 비교 133
Table 4-6. 우리나라 지역별 해일특보 발표 기준값 134
Table 4-7. 포항에서 기록된 최대 해일고 순위. 146
Table 4-8. 울산에서 기록된 최대 해일고 순위. 147
Table 4-9. 부산에서 기록된 최대 해일고 순위. 148
Table 4-10. 제주에서 기록된 최대 해일고 순위. 149
Table 4-11. 1974년에서 2007년까지 각 지점에서 발생한 최대 해일고의 주된 특성. 153
Table 4-12. 대기중력파의 발생조건 (Jansa et al., 2007) 156
Table 4-13. 각 정점사이에서의 기압점프와 전선 통과 속도 176
Table 4-14. 2005년 한반도 연안 이상파랑 추정 시기 183
Fig. 1-1. 주요 온실가스의 농도변화 경향(좌측)과 기온, 해수면 및 적설량 변화경향(우측). 15
Fig. 1-2. 전지구와 한반도의 기온변화 경향 비교. 16
Fig. 1-3. 부산의 45년간 평균해수면의 변화(Moon et al., 2008). 16
Fig. 1-4. 우리나라에서 발생한 자연재해에 의한 재산피해 유형별 통계현황. 17
Fig. 1-5. 과거 태풍에 의한 피해액의 변화경향. 17
Fig. 1-6. 56년간 태풍 시기에 한반도에서 관측된 연간 기압 극소값의 변화 경향. 18
Fig. 1-7. 1962년부터 2006년까지 45년간 부산지역 연간 최대 해일고 변동 경향. 18
Fig. 1-8. 2008년 5월 4일 보령해안 남포방파제에서 CCTV에 의해 목격된 이상파랑. 왼쪽은 이상파랑이 오기 전, 오른쪽은 이상파랑이 도착하였을 때의 화면. 19
Fig. 1-9. 미래 기후변화로 인한 이상파랑 변동 예측을 위한 모식도. 22
Fig. 3-1. 온실가스, 에어러졸 등의 복사강제력. 24
Fig. 3-2. 1906~2005년간의 지구 또는 대륙규모의 기온 변화. 25
Fig. 3-3. IPCC 기후모델 결과를 평균한 전지구 표층온도 변화 전망. 26
Fig. 3-4. IPCC 온실가스 배출 시나리오에 근거한 전지구와 동아시아 기온과 강수량 예측 결과의 비교. 27
Fig. 3-5. 1979-2007년 동안 표층수온 증가율. 28
Fig. 3-6. 1979-2007년 동안 Vertical Wind Sheer 변화율. 28
Fig. 3-7. 과거 태풍 매미 발생 시기인 2003년 9월의 해수면 온도(SST). 29
Fig. 3-8. 미래 온난화 환경에서(2099년 9월) 해수면 온도(SST). 29
Fig. 3-9. 미래 99년 동안 한반도 연안에서 해수면 온도 상승률. 30
Fig. 3-10. 2001-2099년까지 이어도 과학 기지에서의 해수면 온도 변화 분석. 30
Fig. 3-11. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Temperature 증가율 (℃/year). 31
Fig. 3-12. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Downwelling Shortwave in air 증가율(W/㎡/year). 32
Fig. 3-13. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Upwelling Shortwave in air 증가율(W/㎡/year). 32
Fig. 3-14. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Downwelling Longwave in air 증가율(W/㎡/year). 33
Fig. 3-15. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Upwelling Longwave in air 증가율(W/㎡/year). 33
Fig. 3-16. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Upward latent heat flux 증가율(W/㎡/year). 34
Fig. 3-17. 미래 100년 동안 전지구 격자점에서의 Surface Upward sensible heat flux 증가율(W/㎡/year). 34
Fig. 3-18. CSEOF 분석을 통한 1모드의 Skin temperature PC Time series. 35
Fig. 3-19. CSEOF 분석을 통한 Skin temperature 1모드의 전지구 계절 변동 경향. (a)는 1월, (b)는 2월, (c)는 3월, (d)는 4월, (e)는 5월, (f)는 6월, (g)는 7월, (h)는 8월, (i)는 9월, (j)는 10월, (k)는 11월, (l)는 12월. 36
Fig. 3-20. CSEOF 분석을 통한 2모드의 Skin Temperature PC Time series. 42
Fig. 3-21. CSEOF 분석을 통한 Skin Temperature 2모드의 전 지구 변동 경향. (a)는 1월, (b)는 2월, (c)는 3월, (d)는 4월, (e)는 5월, (f)는 6월, (g)는 7월, (h)는 8월, (i)는9월, (j)는 10월, (k)는 11월, (l)는 12월. 43
Fig. 3-22. CSEOF를 이용한 9월의 온난화 모드의 공간분포(위)와 100년 동안의 PC-Time Series(아래). 49
Fig. 3-23. 2100년 9월의 전지구 Skin temperature 변화량. 50
Fig. 3-24. 2100년 9월의 한반도 연안 해면기압 변화량. 50
Fig. 3-25. 2100년 9월의 한반도 연안 1000hPa 온도 변화량. 51
Fig. 3-26. 2100년 9월의 한반도 연안 1000hPa 상대습도 변화량. 51
Fig. 3-27. 2100년 9월의 한반도 연안 1000hPa Geopotential height 변화량. 52
Fig. 3-28. 2100년 9월의 한반도 연안 1000hPa 바람 변화량. 52
Fig. 3-29. WRF 모델의 계산 과정을 모식화한 흐름도. 53
Fig. 3-30. WRF 모델을 이용하여 모의한 태풍 매미(2003)의 이동경로(위)와 한반도 상륙 시점의 기압, 바람, 그리고 강수분포(아래). 54
Fig. 3-31. WRF 모델에서 Nesting 기법으로 모의된 태풍 매미 시기의 표층 기온과 기압장. 55
Fig. 3-32. 태풍 매미의 best track. 57
Fig. 3-33. 태풍 루사의 best track. 58
Fig. 3-34. 한반도 연안에서의 100년간 SST 상승률. 60
Fig. 3-35. WRF 모델에서 모의된 과거 2003년 9월 태풍 매미. (a)는 2003년 9월 12일 03시, (b)는 06시, (c)는 09시, (d)는 12시, (e)는 15시, (f)는 18시. 61
Fig. 3-36. 100년 뒤 SST이 고려된 미래 환경의 태풍 매미. (a)는 2100년 9월 12일 03시, (b)는 06시, (c)는 09시, (d)는 12시, (e)는 15시, (f)는 18시. 64
Fig. 3-37. 100년 뒤 해양과 대기의 변동이 모두 고려된 미래 환경의 태풍 매미. (a)는 2100년 9월 12일 03시, (b)는 06시, (c)는 09시, (d)는 12시, (e)는 15시, (f)는 18시. 67
Fig. 3-38. 태풍 매미의 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 각각의 환경에서 태풍의 중심기압(위)과 최대풍속(아래)의 차이. 70
Fig. 3-39. 태풍 루사의 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 각각의 환경에서 태풍의 중심기압(위)과 최대풍속(아래)의 차이. 71
Fig. 3-40. 온난화 환경에서 폭풍해일 모델링을 위한 흐름도. 73
Fig. 3-41. 태풍 매미 시기에 Holland 모델을 이용하여 계산된 기압과 바람장. 74
Fig. 3-42. 태풍 매미 시기에 조석과 해일이 함께 고려된 2003년 9월 12일 09시(좌측)와 21시(우측)의 해수면 높이와 유속벡터. 75
Fig. 3-43. 태풍 매미 시기에 조석을 제거한 2003년 9월 12일 09시(좌측)와 21시(우측)의 해일고와 유속벡터. 75
Fig. 3-44. 태풍 매미 시기의 각 연안별 해수면 모델 재현값과 관측값. (a)는 부산, (b)는 마산, (c)는 통영, (d)는 여수지역. 76
Fig. 3-45. 태풍 매미 시기의 기준실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험. Holland 모델의 입력장으로 재구성된 중심기압(위)과 최대풍속(아래) 80
Fig. 3-46. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 기준실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2003년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06시, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 81
Fig. 3-47. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 Exp. 1 실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2100년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06시, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 84
Fig. 3-48. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 Exp. 2 실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2100년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06시, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 87
Fig. 3-49. 태풍 루사 시기의 기준실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험. Holland 모델의 입력장으로 재구성된 중심기압(위)과 최대풍속(아래). 90
Fig. 3-50. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 기준실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2002년 8월 30일 00시, (b)는 12시, (c)는 18, (d)는 31일 00시, (e)는 06시, (f)는 12시. 91
Fig. 3-51. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 Exp. 1 실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2100년 8월 30일 00시, (b)는 12시, (c)는 18, (d)는 31일 00시, (e)는 06시, (f)는 12시. 94
Fig. 3-52. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 Exp. 2 실험으로 중심기압(shaded)과 10 m 바람(vector). (a)는 2100년 8월 30일 00시, (b)는 12시, (c)는 18, (d)는 31일 00시, (e)는 06시, (f)는 12시. 97
Fig. 4-1. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 기준 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2003년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 101
Fig. 4-2. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 Exp. 1 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2100년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 104
Fig. 4-3. 태풍 매미 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 매미의 Exp. 2 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2100년 9월 12일 00시, (b)는 03시, (c)는 06, (d)는 09시, (e)는 12시, (f)는 15시. 107
Fig. 4-4. 태풍 매미 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 부산지역의 해일고 변화. 110
Fig. 4-5. 태풍 매미 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 마산지역의 해일고 변화. 110
Fig. 4-6. 태풍 매미 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 통영지역의 해일고 변화. 111
Fig. 4-7. 태풍 매미 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 여수지역의 해일고 변화. 111
Fig. 4-8. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 기준 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2002년 8월 31일 00시, (b)는 06시, (c)는 12, (d)는 15시, (e)는 18시, (f)는 21시. 113
Fig. 4-9. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 Exp. 1 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2100년 8월 31일 00시, (b)는 06시, (c)는 12, (d)는 15시, (e)는 18시, (f)는 21시. 116
Fig. 4-10. 태풍 루사 시기의 Holland 모델로 재현된 태풍 루사의 Exp. 2 실험으로 해수면과 해류(vector). (a)는 2100년 8월 31일 00시, (b)는 06시, (c)는 12, (d)는 15시, (e)는 18시, (f)는 21시. 119
Fig. 4-11. 태풍 루사 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 목포지역의 해일고 변화. 122
Fig. 4-12. 태풍 루사 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 여수지역의 해일고 변화. 122
Fig. 4-13. 태풍 루사 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 통영지역의 해일고 변화. 123
Fig. 4-14. 태풍 루사 시기에 기준 실험과 Exp. 1, Exp. 2 실험을 통한 제주지역의 해일고 변화. 123
Fig. 4-15. 태풍 매미 시기에 기준 실험에 대한 Exp. 1 실험(위), Exp. 2 실험(아래)의 각 연안별 해일고 차이. 124
Fig. 4-16. 태풍 루사 시기에 기준 실험에 대한 Exp. 1 실험(위), Exp. 2 실험(아래)의 각 연안별 해일고 차이. 125
Fig. 4-17. 조석기준면 기준. 129
Fig. 4-18. 조석기준면 정의. 129
Fig. 4-19. 기상청의 해일예보 시스템. 132
Fig. 4-20. (a) 포항, (b) 울산, (c) 부산, (d) 제주 조위관측소의 위치. 138
Fig. 4-21. 조석 측정을 위한 주된 관측 장비. 138
Fig. 4-22. 부산 지역에서 태풍 DINAH(위)와 MAEMI(아래) 기간에 해수면 자료와 기상자료의 시계열 분석. 140
Fig. 4-23. 연 최대 해일고 변동성. (a)는 포항, (b)는 울산, (c)는 부산, (d)는 제주. 142
Fig. 4-24. 최대 해일고 발생 시기에 따른 월별 분포. (a)는 포항, (b)는 울산, (c)는 부산, (d)는 제주. 144
Fig. 4-25. 최대 해일고 발생시 각 지역별 조석의 특징. (a)는 포항, (b)는 울산, (c)는 부산, (d)는 제주. 144
Fig. 4-26. 최대 해일고가 관측된 기간에 대한 당시 기압과의 관계(위)와 태풍 발생 시기에 당시 중심기압과의 관계(아래). 150
Fig. 4-27. 대기중력파에 의한 해양장파 발생 수치실험(Dragani, 2007). 154
Fig. 4-28. 대기중력파에 의한 해양장파 발생 수치실험(Dragani, 2007)에서 기압변동에 따른 해수면 변동. 155
Fig. 4-29. 대기중력파에 의한 해양장파 발생 수치실험(Dragani, 2007) 결과 지역별 해양장파의 크기와 발생 시간의 차이. 155
Fig. 4-30. 스페인 Ciutadella 해양장파 발생의 예측 실험(Jansa et al., 2007). 156
Fig. 4-31. 2006년 6월 15일 스페인 Ciutadella 해양장파 발생 사진(Jansa et al., 2007). 157
Fig. 4-32. 스페인 이상파랑 발생 당시 지상기압분포(Jansa et al., 2007). 159
Fig. 4-33. 스페인 이상파랑 발생 당시 850 hPa 기온과 바람장(Jansa et al., 2007). 159
Fig. 4-34. 스페인 이상파랑 발생 당시 조건부 불안정층 형성(Jansa et al., 2007). 160
Fig. 4-35. 스페인 이상파랑 발생 당시 연직 대기 분포(Jansa et al., 2007). 160
Fig. 4-36. 보령사고 전·후의 지상일기도. 162
Fig. 4-37. 보령사고 전·후의 850 hPa 일기도. 163
Fig. 4-38. 보령 이상파랑 사건 당시 500 hPa 일기도. 164
Fig. 4-39. 보령 이상파랑 당시 300 hPa 일기도. 165
Fig. 4-40. 보령 이상파랑 당시 보조일기도. 165
Fig. 4-41. 2008년 5월 4일 09시 광주 단열선도. 166
Fig. 4-42. 2008년 5월 4일 보령해안에서 발생한 이상파랑 시기에 보령 AWS 기록. 기온(황색), 기압(분홍색), 풍속(녹색)의 시계열 자료. 전선통과 직전 기압점프(둥근원). 167
Fig. 4-43. 2008년 5월 4일 보령해안에서 발생한 이상파랑 시기에 군산 AWS 기록. 167
Fig. 4-44. 영광 이상파랑 발생 전 2007년 3월 30일 21시의 지상 일기도. 168
Fig. 4-45. 영광 이상파랑 발생 당시 2007년 3월 31일 00시의 지상 일기도. 169
Fig. 4-46. 영광 이상파랑 발생 전 2007년 3월 30일 21시의 500 hPa. 169
Fig. 4-47. 영광 이상파랑 사건 발생 몇 시간 전 군산(위)과 부안(아래)의 AWS 관측기록. 170
Fig. 4-48. 2008년 5월 4일 보령해안에서 발생한 이상파랑 시기에 흑산도 조위관측소에서 해수면자료(top right)와 고주파 필터 된 해수면자료(top left). 그리고 이를 이용한 Wavelet분석(middle left), 1차원 스펙트럼분석(middle right),... 172
Fig. 4-49. 2008년 5월 4일 보령해안에서 발생한 이상파랑 시기에 안흥 조위관측소와 군산 조위관측소에서 Wavelet분석 자료와 고주파 필터 된 해수면 자료 결과. 173
Fig. 4-50. AWS 위치. 175
Fig. 4-51. 2005년 이상파랑 추정 사례 분석을 위해 사용된 4곳의 조위관측소. 178
Fig. 4-52. 2005년 5월 17일 안흥에서 이상파랑으로 추정되는 현상 분석. 178
Fig. 4-53. 2005년 5월 17일 군산에서 이상파랑으로 추정되는 현상 분석. 179
Fig. 4-54. 이상파랑으로 추정되는 시기의 주변 기상관측 자료의 기압 변동과 바람변화. 180
Fig. 4-55. 2005년 5월 17일 09시 지상일기도. 181
Fig. 4-56. 2005년 5월 17일 21시 지상일기도. 181
Fig. 4-57. 2005년 5월 17일 09시 상층 300 hPa 일기도. 182
Fig. 4-58. 2005년 5월 17일 21시 상층 300 hPa 일기도. 182
Fig. 5-1. 미래 온난화 환경에서 이상파랑 변동 예측을 위한 폭풍해일모델 활용 방안 186