• Article

    Classification and Analysis of Korea Coastal Flooding Using Machine Learning Algorithm

    기계학습 알고리즘에 기반한 국내 해수범람 유형 분류 및 분석

    KEON HEE CHO, DAE YONG EOM, JEONG SIK PARK, BANG HEE LEE AND WON JIN CHOI

    조건희, 엄대용, 박정식, 이방희, 최원진

    In this study, Information for the case of seawater flooding and observation data over a period of 10 years (2009~2018) was ...

    최근 10년(2009년~2018년)간의 해수범람 기록정보와 해양 및 해양기상 관측정보를 수집하고 기계학습 알고리즘을 3종을 종합·활용해 해수범람 유형과 유형별 관측정보의 특징을 ...

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    In this study, Information for the case of seawater flooding and observation data over a period of 10 years (2009~2018) was collected. Using machine learning algorithms, the characteristics of the types of seawater flooding and observations by type were classified. Information for the case of seawater flooding was collected from the reports of the Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA) and the Korea Land and Geospatial Informatics Corporation. Observation data for ocean and meteorological were collected from the KHOA and the Korea Meteorological Agency (KMA). The classification of seawater flooding incidence types is largely categorized into four types, and into 5 development types through combination of 4 types. These types were able to distinguish the types of seawater flooding according to the marine weather environment. The main characteristics of each was classified into the following groups: tidal movement, low pressure system, strong wind, and typhoon. Besides, in consideration of the geographical characteristics of the ocean, the thresholds of ocean factors for seawater flooding by region and type were derived.


    최근 10년(2009년~2018년)간의 해수범람 기록정보와 해양 및 해양기상 관측정보를 수집하고 기계학습 알고리즘을 3종을 종합·활용해 해수범람 유형과 유형별 관측정보의 특징을 분류하였다. 해수범람의 기록정보는 국립해양조사원의 침수조사 보고서와 국토정보공사의 침수흔적도를 통해 수집하였으며 해양 및 해양기상관측 정보는 국립해양조사원과 기상청의 부이, 관측소 정보를 수집하였다. 해수범람 발생 유형 분류는 크게 4개의 유형으로 분류되며 4개의 유형의 조합을 통해 5개의 발생 유형으로 분류하였다. 이 유형은 해양기상 환경에 따라 해수범람의 발생 유형을 구분할 수 있었다. 유형별 주요 특징은 대조기, 저기압, 강풍, 태풍으로 구분되었다. 또한, 지리적인 해양특성을 고려하여 지역 및 유형별 해수범람 발생 판단을 위한 해양요소 임계치를 도출하였다.

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    February 2021
  • Article

    Non-astronomical Tides and Monthly Mean Sea Level Variations due to Differing Hydrographic Conditions and Atmospheric Pressure along the Korean Coast from 1999 to 2017

    한국 연안에서 1999년부터 2017년까지 해수물성과 대기압 변화에 따른 계절 비천문조와 월평균 해수면 변화

    DO-SEONG BYUN, BYOUNG-JU CHOI AND HYOWON KIM

    변도성, 최병주, 김효원

    The solar annual (Sa) and semiannual (Ssa) tides account for much of the non-uniform annual and seasonal variability observed in sea levels ...

    비천문조인 연주조(Sa)와 반년주조(Ssa)는 해수특성 변화와 기상 상태에 영향을 받는 비대칭 월평균 해수면의 연변화와 관련이 깊다. 국립해양조사원이 운영하는 21개 ...

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    The solar annual (Sa) and semiannual (Ssa) tides account for much of the non-uniform annual and seasonal variability observed in sea levels. These non-equilibrium tides depend on atmospheric variations, forced by changes in the Sun’s distance and declination, as well as on hydrographic conditions. Here we employ tidal harmonic analyses to calculate Sa and Ssa harmonic constants for 21 Korean coastal tidal stations (TS), operated by the Korea Hydrographic and Oceanographic Agency. We used 19 year-long (1999 to 2017) 1 hr-interval sea level records from each site, and used two conventional harmonic analysis (HA) programs (Task2K and UTide). The stability of Sa harmonic constants was estimated with respect to starting date and record length of the data, and we examined the spatial distribution of the calculated Sa and Ssa harmonic constants. HA was performed on Incheon TS (ITS) records using 369-day subsets; the first start date was January 1, 1999, the subsequent data subset starting 24 hours later, and so on up until the final start date was December 27, 2017. Variations in the Sa constants produced by the two HA packages had similar magnitudes and start date sensitivity. Results from the two HA packages had a large difference in phase lag (about 78°) but relatively small amplitude (<1 cm) difference. The phase lag difference occurred in large part since Task2K excludes the perihelion astronomical variable. Sensitivity of the ITS Sa constants to data record length (i.e., 1, 2, 3, 5, 9, and 19 years) was also tested to determine the data length needed to yield stable Sa results. HA results revealed that 5 to 9 year sea level records could estimate Sa harmonic constants with relatively small error, while the best results are produced using 19 year-long records. As noted earlier, Sa amplitudes vary with regional hydrographic and atmospheric conditions. Sa amplitudes at the twenty one TS ranged from 15.0 to 18.6 cm, 10.7 to 17.5 cm, and 10.5 to 13.0 cm, along the west coast, south coast including Jejudo, and east coast including Ulleungdo, respectively. Except at Ulleungdo, it was found that the Ssa constituent contributes to produce asymmetric seasonal sea level variation and it delays (hastens) the highest (lowest) sea levels. Comparisons between monthly mean, air-pressure adjusted, and steric sea level variations revealed that year-to-year and asymmetric seasonal variations in sea levels were largely produced by steric sea level variation and inverted barometer effect.


    비천문조인 연주조(Sa)와 반년주조(Ssa)는 해수특성 변화와 기상 상태에 영향을 받는 비대칭 월평균 해수면의 연변화와 관련이 깊다. 국립해양조사원이 운영하는 21개 조위관측소에서 관측한 1시간 간격의 19년(1999~2017년) 간 해수면 높이 자료에 대하여 두 종류의 조석 조화분해 프로그램(Task2K와 UTide)을 사용하여 Sa와 Ssa의 조화상수를 산출하였다. 조화분해에 사용되는 자료의 시작 시기와 길이에 따른 Sa의 안정도를 조사하였으며, Ssa와 Ssa의 조화상수의 분포 특성을 살펴보았다. 먼저, 인천 조위관측소의 20년(1999~2018년) 해수면 관측자료를 1일씩 이동하면서 1년(369일) 조화분해를 수행하고 그 결과를 비교하였을 때, 두 프로그램 모두 자료의 시작 시기에 따라 Sa 조화상수가 불규칙하게 크게 변동한다는 사실을 알 수 있었다. Task2K가 Sa 분조 계산식에 근일점 천문변수를 고려하지 않아서, 두 프로그램 간에 약 78°의 지각 차가 났으며, 이들 진폭 차이는 1 cm 이하였다. 우리나라 연안에서는 Sa 조화상수가 해마다 크게 다르므로, 조위 예측 정확도와 관련하여 안정적인 조화상수 산출에 필요한 적절한 자료 길이를 결정하기 위해 관측자료 길이(1년, 2년, 3년, 5년, 9년, 19년)에 따른 인천 조위관측소의 Sa 조화상수 값의 변동성을 살펴보았다. 대표성 있는 Sa 조화상수를 구하기 위해서 조화분해를 수행할 때 5~9년 동안의 관측자료를 사용하면 조화상수 예측오차가 상당히 줄어들며, 19년 자료를 사용 것이 가장 바람직하다는 결론을 얻었다. Sa 분조의 진폭은 각 해역별로 다른 해양·대기 환경 특성에 의해 서해안에서 15.0~18.6 cm, 제주도를 포함한 남해안에서 10.7~17.5 cm이었으며, 울릉도를 포함한 동해안에서 10.5~13.0 cm이었다. 울릉도 등 동해 일부 해역을 제외하고 우리나라 연안에서 Ssa 분조의 영향으로 인해 연중 최고(최저) 해수면 높이가 발생하는 시기가 늦어(빨라)져서 해수면의 계절변화가 시간적으로 비대칭적인 특성을 보였다. 끝으로, 월평균 해수면, 대기압 보정 해수면, 비부피 높이 간 관계로부터 해수면의 해해변화와 계절변화의 비대칭성에 대기압 효과와 해수밀도가 가장 큰 영향을 끼친다는 사실을 확인하였다.

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    February 2021
  • Article

    Determination of Freely Dissolved PAHs in Seawater around the Korean Peninsula Using High Speed Rotation-Type Passive Sampling Device

    고속회전식 수동형 채집 장치를 이용한 한반도 주변해역에서의 자유용존상 PAHs 측정

    YU LEE JANG, HYO JIN LEE, HAEJIN JEONG, DA YEONG JEONG, NA YEONG KIM AND GI BEUM KIM

    장유리, 이효진, 정해진, 정다영, 김나영, 김기범

    A new high speed rotation type-passive sampling device (HSR-PSD), which can rotate seawater at high speed and absorb easily and quickly the ...

    본 연구에서는 해수 중 생물에게 실질적으로 이용되어질 수 있는 자유용존상 농도(freely dissolved concentration)를 보다 쉽고 빠르게 검출하고자 해수를 고속으로 회전시키는 ...

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    A new high speed rotation type-passive sampling device (HSR-PSD), which can rotate seawater at high speed and absorb easily and quickly the freely dissolved hydrophobic organic contaminants from seawater, was developed and then applied around the Korean Peninsula. Freely dissolved concentrations (Cfree) of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were determined using the HSR-PSD with low density polyethylene (LDPE) sheets as a passive sampler. Furthermore, dissolved concentrations (Cdissolved) of PAHs in seawater were also obtained from high volume water sampling as a conventional method to account for actual bioavailability. When the LDPE sheets were rotated in the HSR-PSD at 900 rpm, PAHs with log KOW 3.4 ~ 5.2 were equilibrated between the LDPE and water in 5 hours. Although the high molecular weight PAHs with log KOW 5.6 ~ 6.8 was expected to be 2 to 30 days to reach the equilibrium, the Cfree of the PAHs at equilibrium could be corrected using performance reference compounds in 5 hours. Meanwhile, the total Cfree of PAHs were from 0.32 to 1.2 ng/L, which were higher than reported values in other oceans, but lower than in coastal water such as estuary, harbor, or shore. A bioavailability from the detected PAHs was highest at the sampling line near the dumping site of the Yellow Sea. Predicted residual concentrations in biota were relatively higher in offshore including the dumping site than in coastal regions.


    본 연구에서는 해수 중 생물에게 실질적으로 이용되어질 수 있는 자유용존상 농도(freely dissolved concentration)를 보다 쉽고 빠르게 검출하고자 해수를 고속으로 회전시키는 수동형 채집 장치를 제작하였다. 이 고속회전식 수동형 채집 장치(high speed rotation-type passive sampling device)를 한반도 주변해역에 적용하여 해수 중 다환방향족탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)의 자유용존상 농도를 측정하였다. 또한 대용량 해수 채취법(high volume water sampling)으로부터 구한 PAHs의 용존상 농도(dissolved concentration)와 고속회전식 수동형 채집 장치로부터의 자유용존상 농도를 비교하여 생물에게 직접적으로 이용 될 수 있는 비율을 조사하였다. 그 결과, 고속회전식 수동형 채집 장치 모터의 회전속도를 900 rpm으로 가동하였을 때, 소수성이 낮은 저분자 PAHs 화합물(log KOW 3.4 ~ 5.2)은 5시간 만에 평형에 도달하였다. 반면 소수성이 비교적 높은 고분자 화합물(log KOW 5.6 ~ 6.8)의 경우, 평형에 도달하는 데 걸리는 시간은 최소 2일에서 한 달 정도 소요될 것으로 예상되었다. 그러나 실행보정물질(performance reference compounds)를 이용할 경우, 5시간 가동만으로도 평형상태에서의 고분자 화합물의 농도 예측이 가능하였다. 수동형 채집 장치를 적용하여 측정된 조사해역에서의 PAHs의 자유용존상 농도는 0.32 ~ 1.2 ng/L으로 다른 대양에서의 농도보다는 높았지만, 항구나 해안과 같은 연안보다는 매우 낮은 수준이었다. 용존상 및 자유용존상이 모두 검출된 PAHs를 대상으로 생물에게 이용 될 수 있는 비율은 서해병 폐기물 배출해역 위치와 인접한 조사구간에서 가장 높았다. 또한 생물 체내 잔류농도를 예측하였을 때, 폐기물 배출해역이 포함된 외해가 연안보다 비교적 높은 것으로 나타났다.

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    February 2021
  • Note

    Quality Evaluation of Long-Term Shipboard Salinity Data Obtained by NIFS

    국립수산과학원 장기 정선 관측 염분 자료의 정확성 평가

    JONGJIN PARK

    박종진

    The repeated shipboard measurements that have been conducted by the National Institute of Fisheries Science (NIFS) for more than a half century ...

    국립수산과학원(NIFS)의 정선 관측은 높은 시공간 해상도를 가지며 장기간 동안 같은 정점에서 관측을 수행해오고 있어, 전 세계적으로 유례를 찾아볼 수 없을 ...

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    The repeated shipboard measurements that have been conducted by the National Institute of Fisheries Science (NIFS) for more than a half century, provide the valuable long-term hydrographic data with high spatial-temporal resolution. However, this unprecedent dataset has been rarely used for oceanic climate sciences because of its reliability issue. In this study, temporal variability of salinity error in the NIFS data was quantified by means of extremely small variability of salinity in the deep layer of the south-western East Sea, in order to contribute to studies on long-term variability of the East Sea. The NIFS salinity errors estimated on the isothermal surfaces of 1°C have a remarkable temporal variation, such as ~0.160 g/kg in the year of 1961~1980, ~0.060 g/kg in 1981~1994, ~0.020 g/kg in 1995~2002, and ~0.010 g/kg in 2003~2014 on average, which basically represent bias error. In the recent years, even though the quality of salinity has been improved, there still remain relatively large bias errors in salinity data presumably due to failure of salinity sensor managements, especially in 2011, 2013, and 2014. On the contrary, the salinity in the year of 2012 was very accurate and stable, whose error was estimated as about 0.001 g/kg comparable to the salinity sensor accuracy. Thus, as long as developing proper data quality control procedures and sensor management systems, I expect that the NIFS shipboard hydrographic data could have good enough quality to support various studies on ocean response to climate variabilities. Additionally, a few points to improve the current NIFS shipboard measurements were suggested in the discussion section.


    국립수산과학원(NIFS)의 정선 관측은 높은 시공간 해상도를 가지며 장기간 동안 같은 정점에서 관측을 수행해오고 있어, 전 세계적으로 유례를 찾아볼 수 없을 만큼 귀중한 자료를 생산하고 있으나, 자료의 신뢰성 문제로 해양 기후 변화 연구에 실제적으로 활용되는 경우가 드물었다. 본 연구에서는 동해 심층 물성이 갖는 작은 자연적 변동성의 특성을 활용함으로써 반세기 이상 축적된 정선 관측 자료에서 나타나는 오차를 정량적으로 평가하여, 해양의 장기 변동성 연구에 기여하는 것을 목적으로 한다. 1°C 등수온면에서 산출한 NIFS 염분 표준 오차는 평균적으로 1961~1980년 자료의 경우 약 0.160 g/kg, 1981년~1994년은 약 0.060 g/kg, 1995~2002년에는 약 0.020 g/kg, 2003년~2014년이 약 0.010 g/kg으로 시기에 따라 크게 달라져온 것으로 분석되었다. 특히 2011년~2014년 사이에 비정상적으로 오차가 증가된 해가 있었으며, 이것은 센서 관리의 미흡으로 염분 편향이 발생하였기 때문으로 파악되었다. 반면, 2012년도에는 안정적인 관측이 수행되어 거의 0.001 g/kg 의 오차를 갖는 매우 정확한 염분 자료가 얻어졌음이 확인되었다. 이 결과를 통해 품질 관리 과정의 체계화와 센서 관리 전문화 시스템을 확충한다면 국립수산과학원 정선 관측이 기후 변화로 인한 해양 변동성 연구에 크게 기여할 수 있을 만큼 충분히 고품질의 자료를 생산할 수 있을 것으로 기대한다. 마지막으로 현 정선 관측의 개선 방향에 대해 몇 가지 제언을 첨부하였다.

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    February 2021
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