1. 서 론

해양에서 수괴는 대류, 침강(subduction), 중층과 저층에서 혼합 과정을 통해서 만들어진다(Tomczak, 1999). 지역해에서는 대양에서 이동해온 해수가 수괴를 형성하는 경우도 있다. 외양의 수괴가 연안으로 공급되면 연안의 물리환경과 생태계에 큰 영향을 준다(Oliver et al., 2021). 제주해협은 황해, 동중국해, 동해를 연결하는 해협으로 계절에 따라 여러 수괴가 이 해역을 통과한다. 여름철에는 황해의 수온약층 아래에 황해저층냉수(Yellow Sea Bottom Cold Water; YSBCW)가 존재한다(Lee et al., 2016). 이 저층냉수는 이전 겨울에 황해에서 형성되고, 봄과 여름으로 갈수록 증가하는 태양 가열에 의해 강화되는 수온약층 아래에 고립되어 낮은 수온을 유지하는 것으로 알려져 있다(Lie, 1984). 여름철 황해저층냉수는 황해로부터 남쪽으로 흐르는 조석잔차류에 의해 남쪽으로 이동하는 특징을 갖는다(Lee and Beardsley, 1999; Moon et al., 2009; Wang et al., 2014). 여름철 황해저층냉수의 남하 범위는 이전 겨울 황해의 표층 수온에 큰 영향을 받는다(Yang et al., 2014). 이런 황해저층냉수의 확장과 이동이 제주해협 물성분포에 직접적으로 영향을 미치기도 한다. Pang et al.(2003)은 1997년 8월에 11°C 이하의 저층냉수를 제주해협 서쪽 입구에서 관측하였으며, Wang et al.(2014)은 수치모델을 이용한 입자추적 실험을 수행하여 황해저층냉수가 제주해협 내부로 유입되는 수치모델 결과를 제시하였다.

쿠로시오 해류의 일부가 제주도와 일본 큐슈 사이에서 분리된 후에 북쪽으로 흘러서 대마난류(Tsushima Warm Current)와 제주난류(Jeju Warm Current)를 형성하고, 이 두 난류는 대한해협과 제주해협에 열과 염을 공급하는 중요한 역할을 한다(Chang et al., 2000; Lie and Cho, 2002; Lie and Cho, 2016). 동중국해로부터 기원한 제주난류는 제주도 서쪽에서 시계방향으로 회전하여 제주해협으로 흐르면서 상대적으로 고염인 해수를 제주해협에 공급한다. 제주해협에서는 제주난류가 공급하는 고염수가 겨울철에는 표층에서도 뚜렷이 나타나지만, 여름철에는 양자강으로부터 유출된 양자강 희석수(Changjiang Diluted Water; CDW)가 동중국해(East China Sea; ECS)를 지나 제주해협 표층에 크게 영향을 미쳐서 고염수는 수온약층 아래에서 나타나는 특징을 갖는다(Moon et al., 2019; Lie et al., 2000). 대마난류의 기원은 과거 여러 연구에서 탐색되었으며, 그 기원은 쿠로시오 해류(Kuroshio)와 대만난류(Taiwan Warm Current)로 알려져 있다(Nitani, 1972; Beardsley et al., 1985; Kondo, 1985; Guan, 1994; Isobe, 1999; Lie and Cho, 2002).

제주도 주변해역에서는 수온역전(temperature inversion)이 빈번하게 발생한다(Lie et al., 2015; Kim, 2020; Kim et al., 2020; Kang and Moon, 2022). 수온역전은 물성분포가 서로 다른 두 수괴가 만나 형성하는 열염전선역(thermohaline frontal zone)에서 주로 나타나며(Lie et al., 2015; Kim, 2020), 수온역전이 일어나는 해역에서 두 수괴사이의 혼합이 강하게 발생한다(Houghton and Marra, 1983; Hareesh Kumar et al., 2013).

Cho and Kim(1994)은 여름철 대한해협 중앙 저층에서 수온이 14°C 이하, 염분이 33.4~34.0인 저온수를 관측 자료에서 분류하였고, 이 저온수가 제주해협 서쪽에서 만들어져서 제주해협을 통과하고 대한해협 중앙해역까지 이류함을 제시하였다. Pang and Hyun(1998)은 1970년부터 1990년까지 21년 동안의 수온과 염분 관측자료를 이용하여 여름철 수괴와 혼합비 분포를 분석하여 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수의 영향 범위를 보여주었다. Kim et al.(2022)은 제주해협 북쪽 사면 저층에 존재하는 이 저온수가 황해저층냉수와 쿠로시오에서 기원한 해수의 혼합으로 만들어진 수괴이며 해류를 따라 제주해협으로 유입된다고 주장하였다. 또한 그들은 제주해협에 서풍이 지속적으로 불면 제주해협 북쪽 사면 저층의 저온수가 용승하여 한국 서남 연안 해역 표층을 냉각시키는 역할을 한다고 보고하였다. 이러한 바람에 의한 용승은 대한해협 북쪽 한국 남해안 연안에서도 발생한다(Jung and Cho, 2020). 기존 연구사례들을 종합하였을 때 여름철 중층 저온수의 존재는 한국 남해안 연안의 표층 물성분포에 큰 영향을 미치는 것으로 판단되며, 기존연구에서 제한된 관측자료를 사용해서 발견되었던 여름철 중층 저온수의 분포를 자세한 시‧공간적 자료를 이용하여 확인하고 특성을 규명할 필요가 있다.

이 연구의 목적은 제주해협 중앙 중층과 북쪽 사면 저층에 나타나는 저온수의 시‧공간적 변화를 2019년 6월, 7월, 8월 제주해협 관측 자료를 통해 분석하고, 중층 저온수를 구성하는 근원 수괴의 구성비를 정량적으로 계산하여 그 기원을 규명하는 것이다. 2장은 자료 및 방법으로 제주해협 중앙과 북쪽 사면에서 관측된 저온수의 특성을 분석하기 위해 사용된 현장 관측자료들을 서술하였으며, 3장에서는 제주해협에서 저온수의 시‧공간적 변화를 분석하고, 수온-염분도 분석과 수괴혼합비율(water mass mixing ratio) 분석을 통해서 저온수의 기원을 밝히고자 한다. 4장에서는 제주해협 수온역전과 한국 남해안 표층 수온 변화에 미치는 중층 저온수의 역할에 대하여 토의하였으며, 5장에서는 이 연구의 결론을 제시하였다.

2. 자료 및 방법

2.1 현장관측 자료

여름철 제주해협 중앙과 북쪽 사면에서 나타난 저온수의 시‧공간적 분포 변화를 파악하기 위하여 2019년 6월부터 8월까지 제주해협을 가로지르는 정점을 따라 Conductivity-Temperature-Depth (CTD)를 이용하여 물성 관측을 수행하였다(Fig. 1(b); Table 1). 6월, 7월, 8월에 전남대학교(Chonnam National University; JNU)가 제주해협에서 관측하였으며, 7월에는 국립해양조사원(Korea Hydrographic and Oceanographic Agency; KHOA)이 제주해협에서 관측을 수행하여 자료를 제공하였다(Fig. 1(b); Table 1). 또한 여름철 제주해협에 영향을 주는 주변해역의 수괴분포를 분석하기 위하여 국립수산과학원(National Institute of Fisheries Science; NIFS)으로부터 1990년부터 2019년까지 황해, 동중국해 그리고 대한해협에 위치한 130개 정점의 표준수심(standard depths; 0, 10, 20, 30, 50, 75, 100, 125, 150 m)에서 관측한 수온과 염분자료를 제공받았다(Fig. 1(a)).

Fig. 1.

Study region including the Yellow Sea, East China Sea, and Korea Strait. (a) Hydrographic observation stations (black dots) and (b) surface net heat flux (red dots) and air temperature (red triangle) observation stations. The red triangle next to W02 indicates the air temperature observation station at Cheongsan Island. Color shading represents bathymetry in meter. JWC, TWC, and YDF stand for Jeju Warm Current, Tsushima Warm Current, and Yangtze River Discharge Flow, respectively.

완도군 청산도 주변 서남해역 표층 수온 변화에 대한 제주해협 중층 저온수의 역할을 분석하기 위하여 기상청이 관리하고 운영하는 추자도와 거문도의 해양관측부이(Ocean buoy)에서 1시간 간격으로 관측한 바람과 기온자료, 완도 종관기상관측소(Automated Synoptic Observing System)에서 관측한 1시간 간격 기온자료를 일평균하여 사용하였으며, 청산도(Cheongsan Island; CSD)에서 30분 간격으로 연속 관측한 표층수온자료는 국립수산과학원 해양환경 어장정보시스템에서 제공받아 사용하였다. 서남해역 표층에서의 수온변화에 영향을 미치는 요인을 분석하기 위하여 청산도 주변해역(126.75~127.00°E, 34.25°N) 해표면을 통한 순열속(surface net heat flux)자료는 유럽 중기 기상 예보 센터(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)에서 1시간 간격 재분석 자료(ERA5)를 제공받아 하루 평균하여 분석하였다.

2.2 방법

이 연구에서는 황해, 동중국해, 제주해협, 대한해협에서 관측한 수온과 염분 자료를 이용하여 수괴들의 혼합비율을 계산하고 혼합비율의 공간적 분포를 살펴보았다(Miller, 1950; Tomczak, 1999). 수괴의 혼합비율을 계산하기 위해서 2개 이상의 근원 수형(end-member water type)이 정의되어야 하며, 제주해협에서는 네 개의 근원 수형 A, B, C, D를 지정하고 이들의 혼합정도를 이용하여 각 수괴의 혼합비율을 공간적으로 계산할 수 있다(Fig. 2(a)). 이 연구에서 수괴의 혼합을 연구하지만 수온-염분도(Temperature-Salinity diagram)에서 혼합비율을 계산할 때는 그 수괴를 대표하는 하나의 수온과 하나의 염분 값을 사용하기 때문에 수괴대신에 근원 수형을 이용한다. Fig. 2(a)에서 선분 AD와 BC을 k:l로 내분하는 내분점과 선분 AB와 CD을 m:n으로 내분하는 내분점들을 이용하여 P점의 수형을 구성하는 근원 수형 A, B, C, D의 기여도를 계산한다. 여기서 k+l=1,m+n=1이다. A, B, C, D의 각각의 혼합비(기여도) fA,fB,fC,fD를 fA+fB+fC+fD=1(100%)이 될 수 있도록 계산하였다. 여기서 fA=l×n,fC=k×m,fD=k×n이다(Miller, 1950; Pang and Hyun, 1998).

Fig. 2.

(a) Temperature-Salinity (T-S) diagram showing the contribution of four end-member water types (A, B, C, and D) on the mixed water type P. T-S diagram for the Yellow Sea, East China Sea, and Korea Strait using the observed temperature and salinity data in (b) June, (c) July, and (d) August from 1990 to 2019.

수괴의 혼합비율을 계산하기 위한 근원 수형을 정의하기 위해서 동중국해, 황해, 대한해협의 여름철 각 수괴가 갖는 수온과 염분의 범위와 수괴들의 혼합으로 만들어진 해수의 수온과 염분 범위를 명확히 정의할 필요가 있기 때문에 1990년부터 2019년까지 6월부터 8월에 관측된 물성자료를 수온-염분도에 도시하고 각 수괴의 근원이 되는 수형을 정의하였다(Fig. 2; Table 2). 6월부터 8월까지 각 월별 수온-염분도에서 표층수는 시간이 지남에 따라 수온이 크게 상승하지만, 저층수의 물성은 상대적으로 시간에 따른 변화가 작다(Figs. 2(b)-2(d)). 이때 근원 수형을 정의하는 방법은 두가지가 있는데 하나는 각 월별로 근원 수형을 정의하는 방법이며, 또다른 하나는 6월부터 8월까지 모든 자료를 이용하여 하나의 근원 수형을 정의하는 방법이다(Pang and Hyun, 1998; Pang and Oh, 2000; Che and Zhang, 2018). 저층수의 물성변화가 각 월마다 크지 않으므로 근원 수형을 시간에 상관없이 6월부터 8월까지 모든 월에 동일하게 정의하였다. 동중국해, 제주해협, 대한해협의 염분이 높은 해수는 쿠로시오에서 이동해온 고염수가 대륙붕의 염분이 낮은 해수와 혼합되어 만들어진 것이다(Che and Zhang, 2018; Pang and Oh, 2000). 여름철 제주해협에 영향을 미치는 수괴는 저온저염의 황해저층냉수(Yellow Sea Bottom Cold Water; YSBCW), 고온고염의 쿠로시오 표층수(Kuroshio Surface Water; KSW), 염분이 높은 쿠로시오 아표층수(Kuroshio Subsurface Water; KSSW), 그리고 양자강 희석수(Changjiang Diluted Water; CDW)이다(Chen et al., 1995; Pang and Hyun, 1998; Pang and Oh, 2000; Che and Zhang, 2018; Zhou et al., 2018). 쿠로시오 아표층수는 쿠로시오 본류에서 해수면 아래 100~300 m 수심에 존재하는 해수로서 염분이 주변 해수와 비교하여 가장 높은 것이 특징이며, 동중국해에서는 대륙붕단(shelf break) 근처에서 주로 관측된다(Chen et al., 1995; Zhou et al., 2018). Chen et al.(1995)은 쿠로시오 아표층수를 쿠로시오 열대수(Kuroshio Tropical Water)라고 표기하였고, Pang and Oh(2000)는 1965년부터1989년까지 쿠로시오 본류가 지나가는 해역, 황해, 동중국해, 대한해협에서 관측한 수온과 염분 자료를 이용하여 쿠로시오 아표층수를 쿠로시오 중간수(Kuroshio Middle Water)라고 표기하고 수괴들의 혼합비 분포를 계산하였다. Che and Zhang (2018)은 양자강 희석수를 대륙붕 혼합수(Mixed Shelf Water)라고 표기하고 수괴들의 혼합비 분포를 계산하였다.

수온-염분도에서 표층부터 저층까지 분포하는 수형들이 만드는 수온-염분 곡선에 접선을 그려서, 그 접선들의 연장선이 만나는 곳에 근원 수형이 있다(Miller, 1950). 이러한 수괴들의 특성을 대표할 수 있고, 또한 네 개의 근원 수형을 연결한 직선들이 황해, 동중국해, 대한해협의 수형들을 최대로 포함할 수 있도록 네 가지 근원 수형을 정의하였다(Table 2). Fig. 2(d)에 그려진 빨간색 사각형의 네 꼭지점을 근원 수형으로 지정하였다. 여름철 황해와 동중국해(Fig. 1(a) 관측 정점)에 나타나는 대부분의 수형들은 네 개의 근원수형을 연결한 사각형 안에 존재한다.

3. 결 과

3.1 여름철 제주해협의 연직 물성분포

여름철 제주해협에서의 물성분포를 확인하기 위하여 제주해협 서쪽(J와 A 정선)과 동쪽(W 정선)을 가로지르는 수직단면을 따라 2019년 6월, 7월, 8월에 관측한 수온과 염분 분포를 살펴보았다(Figs. 3 and 4).

Fig. 3.

Distribution of (left panel) temperature and (right panel) salinity along J transect across the Jeju Strait in June, July, and August 2019.

Fig. 4.

Distribution of (left panel) temperature and (right panel) salinity along W transect across the Jeju Strait in June, July, and August 2019.

6월 J 정선에서는 고온저염수(수온 > 21°C, 염분 < 33)가 제주해협의 해표면부터 20 m 수심까지 관측되었으며, 상대적으로 바닥 수심이 얕은 북쪽 연안 정점 J01과 J02정점에서는 제주해협 중앙부와 비교하여 표층이 수온이 낮다(Fig. 3(a)). 또한 제주해협 바닥 수심이 깊은 곳에는 수온약층이 해수면 아래 20~40 m에서 강하게 형성되어 여름철 강한 연직 성층구조를 보였고, 북쪽 연안으로 갈수록 수온약층의 깊이가 얕아졌다. 해수면 아래 40 m보다 깊은 곳에는 저온수(수온 < 15°C)가 제주해협 북쪽 저층사면(J02 정점)부터 골(Trough; J06 정점)까지 넓게 분포하였고, 이 저온수가 위치한 곳보다 더 남쪽 관측 정점들(J07, J08 정점)의 저층에는 수온이 상대적으로 높고 염분이 34보다 높은 해수가 분포하였다(Figs. 3(a) and 3(b)). J 정선에서 관측된 14°C 이하의 저온수는 W 정선의 중층과 저층에서 관측되지 않았지만, 15°C 이하의 저온수가 제주해협 중앙과 북쪽 사면에서 관측되었다(Fig. 4(a)). W 정선 염분의 수직분포에서 제주해협 해수면 아래 60 m보다 깊은 곳(W06, W07 정점)에 저온수는 염분이 34 이상이지만, 북쪽 사면(W03~W05 정점) 해수면 아래 20~60 m에 위치한 저온수는 염분이 33.5~34.0이여서, 두 저온수가 다른 물성분포와 밀도를 가졌다(Fig. 4(b)).

7월 J와 A 정선에서는 표층 수온이 6월과 비교하여 높아 제주해협 남쪽(A04, A05 정점)에서 23°C 이상이고, 염분은 32 이하이다(Figs. 3(c) and 3(d)). 이는 여름철 동중국해를 통하여 제주해협으로 유입되는 양자강 희석수의 영향이 6월과 비교하여 증가하였기 때문인 것으로 판단되며, 표층 고온저염수의 영향으로 수직성층은 더욱 강화되었다(Figs. 3(a)-3(d)). 수온‧염분약층 아래 수심에서는 표층과 비교하여 시간에 따른 수온과 염분의 변화가 상대적으로 작았지만, 바닥 수심이 얕은 연안 정점 J02에서는 수온약층이 6월과 비교하여 깊어 졌음에도 불구하고 저층의 수온은 더 낮아졌다(Figs. 3(a) and 3(c)). 제주해협 중앙에서 14°C 이하의 저온수는 6월과 비교하여 공간적인 규모가 축소되어 바닥 수심이 상대적으로 깊은 A02~A04정점에 국한하여 나타났고, A03과 A04정점의 해수면 아래 40 m보다 더 깊은 곳에서는 수심이 깊어질수록 수온이 증가하는 수온역전(temperature inversion)이 나타났다(Fig. 3(c)).

7월 W 정선에서도 6월과 비교하여 표층 수온이 증가하였고, 바닥 수심이 상대적으로 얕은 제주해협 북쪽 사면에서 수온약층이 깊어지고 저층에서 15°C 이하의 저온수가 더 남쪽으로 밀려 내려간 분포를 보였다(Fig. 4(c)). 이는 표층 고온저염수가 제주해협 중앙으로부터 북쪽으로 이동하여 연안(W00~W02 정점)의 표층에 영향을 주었고, 그로인하여 북쪽 해저사면에 존재하였던 저온수가 외해로 후퇴되었기 때문으로 판단된다. 이는 바람에 의한 연안 침강(coastal downwelling)이 일어날 때에 나타나는 수온변화와 같다. 6월과 비교하여 표층은 수온이 증가하였음에도 불구하고 제주해협 중앙부(W05와 W06 정점) 저층에서는 수온이 더 낮아져 14°C 이하가 되었다. 이는 제주해협 중층에서의 수온의 분포는 제주해협 서쪽부터 제주해협으로 흐르는 해류에 의한 해수의 이동에 영향을 받기 때문이며 또한 여름철 강한 성층에 의해 수직혼합에 의한 열염의 교환이 작았을 것으로 판단된다.

8월 J 정선에는 제주도 인근부터 제주해협 중앙부(J05~J08 정점)까지 표층에서는 양자강 희석수의 영향이 7월과 비교하여 더욱 증가하였으며(Figs. 3(e) and 3(f)), J 정선에서 15°C 이하 저온수는 제주해협 남쪽 골 저층에 국한하여 나타났고 북쪽 사면에서는 관측되지 않았다(Fig. 3(e)). 북쪽 연안 정점 J00에서는 7월과 같이 수온이 높고 염분이 낮은 상태를 유지하고 있다. W 정선에서도 인근부터 제주해협 중앙부까지(W04~W09 정점) 표층에서는 양자강희석수의 영향을 크게 받아서 수온이 높고 염분이 낮다(Figs. 4(e) and 4(f)). 그러나 8월 W 정선 중층과 저층은 7월과 비슷한 수온과 염분을 유지하여 강한 수온약층과 염분약층을 형성하였다.

관측자료를 분석하여 2019년 6월부터 8월까지 제주해협 중층과 저층에 15°C 보다 수온이 낮은 저온수가 존재한다. 이 중층 저온수의 수평이동이 제주해협 중앙부에서는 수층에 수온역전을 만들어내고, 북쪽 사면 바닥 수심이 얕은 곳(J01과 W02 정점)에서는 바닥에 찬물을 공급한다. J 정선의 경우는 7월과 8월에 제주해협 북쪽 연안(J01, J02 정점) 바닥근처에 저온수가 나타나고 또한 제주해협 중앙(A02~A04, J04~J07 정점) 중층에서 저온수가 서쪽에서 동쪽으로 이류한다(Fig. 3). W 정선의 경우도 6월부터 8월까지 제주해협 북쪽 사면 수심이 얕은 연안(W03~W05 정점) 바닥 근처와 중앙(W06, W07 정점) 중층에 저온수가 나타나서 저온수가 두 개의 경로를 갖고 이류하는 것처럼 보인다(Fig. 4).

3.2 여름철 제주해협 수온-염분도 분석

여름철 제주해협 북쪽사면 저층에서 관측된 저온수의 특성과 주변 수괴와의 차이를 살펴보기 위하여 2019년 여름 제주해협에서 관측한 자료를 수온-염분도에서 분석하였다(Fig. 5). 여름철 표층에 나타나는 해수를 배제하고, 중층과 저층에 위치한 해수를 집중적으로 분석하기 위하여 염분 32 이하를 갖는 자료는 수온-염분도에서 배제하였다. 여름철 6월 제주해협 계절수온약층 아래 수심에 있는 해수의 물성구조는 수온-염분도 상에서 크게 두 가지 형태로 분류되었다(Fig. 5). 같은 밀도를 갖지만 하나는 고온고염의 해수로 제주해협 남쪽 정점에서 나타났으며, 다른 하나는 저온저염의 해수로 제주해협 북쪽 연안 정점에서 관측되었다. 그러나 7월 W 정선의 수온-염분도에서는 한 가지 형태만 나타났는데 이는 W07정점부터 W09정점까지 관측을 수행하지 못하였기 때문이다(Figs. 4(c) and 4(d)).

6월과 7월의 수온-염분도를 살펴보면 제주해협의 북쪽 사면 (W03~W05 정점) 중층과 저층을 따라 관측되었던 15°C 이하의 중층 저온수(Figs. 5(a)-5(d) 파란색 사각형 안에 있는 점들)는 밀도가 증가할 수록(수심이 깊어 질수록) 수온은 감소하고 염분은 증가하다가 밀도(σt)가 25.2보다 커지면 제주해협 남쪽 저층에 존재하는 쿠로시오 아표층수(Figs. 5(a)-5(d) 빨간색 사각형 안에 있는 점들)의 영향을 받아서 수온이 다시 증가하는 분포를 보였다(Fig. 5). 2019년 여름철 관측된 제주해협 각 정점들의 중층과 저층에서 나타나는 저온수는 쿠로시오 아표층수와 비교하여 밀도가 약간 작지만 비슷하였으며, 물성분포의 범위는 수온 15°C 이하, 염분 33~34의 범위를 갖는다(Fig. 5 파란색 사각형 안의 점들).

8월 수온-염분도에서 수온약층 아래의 물성이 두개의 형태로 분류되지 않고 각 정점별로 서로 다른 독립적 분포를 보인다. 즉, 등밀도면에서 각 정점별로 서로 다른 수온과 염분 수직 구조를 갖는다. 해수면 근처는 수온이 더 높아지고 염분은 더 낮아졌으며, 중층에서는 저온저염 해수(황해저층냉수의 영향을 크게 받은 저온수)의 관입이 더 크게 일어나고 있다(Figs. 3 and 4). 특별히 이러한 저온저염 해수의 관입은 J07, W06, W07 정점에서 가장 뚜렷하다(Figs. 5(e) and 5(f)).

Fig. 5.

Temperature-Salinity diagram along the (left panel) J line and (right panel) W line across the Jeju Strait in June, July, and August 2019. Blue and red boxes indicate ranges on the water properties of the mid-depth Cold Water Pool (CWP) and Kuroshio Subsurface Water (KSSW), respectively.

Kim et al.(2022)은 2017년 6월 관측된 자료를 이용하여 제주해협 북쪽사면에 위치한 수온 15°C 이하, 염분 33~33.7의 범위를 갖는 수괴를 중층 저온수(Cold Water Pool, CWP)로 정의하였으나, 6월부터 8월까지 관측한 물성자료를 분석한 이 연구의 수온-염분도에서 나타난 15°C 이하의 저온수는 좀 더 넓은 범위의 염분분포를 갖는다. 이런 이유로 이 연구에서는 수온 15°C 이하, 염분 33~34의 물성분포를 갖는 해수를 중층 저온수로 정의하였다(Fig. 5). 중층 저온수는 밀도(σt)가 24.5~25.5인 범위에 분포하였으며, 이런 분포범위는 Kim et al.(2022)의 결과와 잘 일치함을 보였다. Kim et al.(2022)은 동중국해 북동부와 황해 남부 혼합해역(mixing zone)의 계절수온약층 아래 수심에서 밀도(σt) 24 이상의 등밀도면을 따라 황해저층수(Yellow Sea Cold Water; YSCW; 황해 저층냉수와 중층수를 포함)와 쿠로시오 기원의 염분이 높은 해수가 혼합되어 만들어진 중층 저온수가 제주해협으로 이동한다고 제시하였다.

한편 6월과 8월 W 정선 남쪽에 위치한 정점 W07과 W08 저층에서는 J 정선에서는 나타나지 않은 염분 34.5에 가까운 고염수가 수온-염분도에서 나타났다(Figs. 5(b), 5(d), and 5(f)). 제주해협에서는 여름철에 해수면부터 해수면 아래 약 80 m까지 서쪽부터 동쪽으로 해류가 흐르는 것으로 알려져 있고, 그 아래에는 해류가 반대로 흐른다(Shin et al., 2022). 이와 같이 동쪽에서 서쪽으로 흐르는 저층해류(제주해협 잠류)가 동쪽에 위치한 W 정선 저층에는 염분 34.2 이상의 해수를 공급하고 서쪽에 위치한 J 정선 저층까지는 고염수를 공급하지 못할 가능성이 있다.

3.3 제주해협 중층 저온수의 혼합비율

여름철 제주해협에 나타나는 해수를 구성하는 근원 수괴를 파악하고, 그 구성비의 분포를 알아보기 위하여 혼합비 분석(mixing ratio analysis)을 수행하였다(Figs. 6 and 7). 혼합비 분석에는 양자강 희석수, 황해저층냉수, 쿠로시오 아표층수, 쿠로시오 표층수로 구성된 4가지 근원 수형(end-member water type)이 사용되었다(Fig. 2; Table 2). 제주해협 중층 저온수는 표층 수괴인 쿠로시오 표층수와 양자강 희석수의 영향을 크게 받지 않아서, 이 연구의 결과에서는 쿠로시오 아표층수와 황해저층냉수의 혼합비만을 제시하였다(Figs. 6 and 7).

2019년 6월의 경우 J정선에 나타나는 중층 저온수는 황해저층냉수의 기여비율이 24~41%이었고 주로 제주해협 중앙과 북쪽 사면에 많이 분포하였다. 쿠로시오 아표층수의 기여비율이 65%이상인 해수는 제주해협 남쪽 바닥 일부에서만 나타났다(Figs. 6(a) and 6(b)). 그러나 2019년 6월 W 정선을 따라서 제주해협 북쪽(W02~W05 정점)에 출현한 중층 저온수는 황해저층냉수의 구성비율이 23~31%이었다(Fig. 7(a)). 제주해협 중앙과 남쪽(W06~W08 정점) 중층과 저층을 차지하는 고염수는 쿠로시오 아표층수의 기여비율이 65%이상이었다(Fig. 7(b)). 이는 W 정선이 J 정선과 비교하여 더 동쪽에 위치하기 때문에 황해저층냉수의 영향을 상대적으로 크게 받은 저온수가 중층과 저층에서 W 정선까지 이류하지 못하였고, 쿠로시오 아표층수가 저층(80 m~해저바닥)을 따라서 W 정선을 통과하여 동에서 서쪽으로 이동하여 나타난 결과로 판단된다. 또한 수온-염분도에서 염분 34.5에 가까운 고염분 해수가 W 정선의 남쪽에 위치한 정점 W07과 W08의 저층에서 나타나지만 J 정선에는 나타나지 않았던 결과가 이를 뒷받침한다(Figs. 5(a), 5(b), 5(e), and 5(f)).

Fig. 6.

Mixing ratio of the (left panel) Yellow Sea Bottom Cold Water (YSBCW) and (right panel) Kuroshio Subsurface Water (KSSW) along J line across the Jeju Strait in June, July, and August 2019.

Fig. 7.

Mixing ratio of the (left panel) Yellow Sea Bottom Cold Water (YSBCW) and (right panel) Kuroshio Subsurface Water (KSSW) along W line across the Jeju Strait in June, July, and August 2019.

2019년 7월과 8월의 경우 제주해협 남쪽 A03, A04, J07, W06, W07 정점 저층에 나타나는 15°C 이하 중층 저온수는 북쪽 연안(W03, W04 정점) 인근 중층 저온수와 비교하여 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수의 구성비율에서 차이를 보인다(Figs. 3, 4, 6, and 7). 수온-염분도에서 A03, A04, J07, W06, W07 정점의 수온과 염분 분포를 살펴보면 중층 저온수와 쿠로시오 아표층수는 밀도(σt)가 비슷한 24.5~25.5 영역에서 나타나지만, 쿠로시오 아표층수의 밀도가 중층 저온수의 밀도보다 상대적으로 더 크기 때문에 제주해협 동쪽 저층(80 m~해저바닥)의 염분이 높은 해수는 쿠로시오 아표층수의 영향을 더 많이 받은 것을 알 수 있다(Figs. 5 and 7). 7월과 8월에 W정선을 따라서 관측된 중층 저온수는 황해저층냉수의 구성비율이 24% 이상이지만 쿠로시오 아표층수의 구성비율도 39% 이상으로 쿠로시오 아표층수의 상대적 기여율이 더 높다(Figs. 4 and 7; Table 3).

제주해협의 수괴 혼합비 분포에서 중층 저온수와 쿠로시오 아표층수는 뚜렷이 구별되었다. 제주해협 저층에 분포하는 해수는 65~81%의 쿠로시오 아표층수로 구성되어 있으며, 황해저층냉수의 기여도는 24%이하로 상대적으로 기여도가 낮았다(Figs. 6 and 7). 중층 저온수는 황해저층냉수의 구성비율이 23~47%이었고, 쿠로시오 아표층수의 구성비율이 39~66%이다(Fig. 6; Table 3). 중층 저온수를 구성하는 수괴들의 기여비율은 평균적으로 황해저층냉수가 33% 그리고 쿠로시오 아표층수는 54%이다.

3.4 중층 저온수의 기원

제주해협에서 관측한 수온과 염분 자료를 이용하여 주변 근원 수괴의 혼합비를 계산하였을 때 제주해협 중앙 중층과 북쪽 사면 바닥에서 관측된 중층 저온수는 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수가 혼합된 해수였다. 제주해협 내에서도 중층 저온수는 동쪽으로 이동하면서 지속적으로 주변 해수와 혼합되면서 열과 염을 교환한다. 이러한 열과 염의 교환으로 J 정선과 W 정선에서 혼합비율의 차이가 발생한다(Table 3). 하지만 이런 혼합비의 차이는 공간적인 차이만 있는 것이 아니라 6월부터 8월까지 시간에 따른 차이가 나타남을 알 수 있다(Table 3). W 정선에 출현하는 중층 저온수 속에 들어있는 황해저층냉수의 혼합비가 7월에 가장 크다(Figs. 7(a), 7(c), and 7(e)). 그래서 W 정선에는 14°C 이하의 저온수가 7월에 가장 많이 출현한다.

제주해협에서 여름철에 관측되는 중층 저온수가 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수의 혼합으로 생성되는 해역을 찾기 위하여 6월과 8월에 국립수산과학원, 국립해양조사원, 전남대학교가 관측한 광역 물성자료를 이용하여 50 m 수심에서의 수온과 염분 분포를 살펴보고, 혼합비를 계산하여 황해, 동중국해, 대한해협에서의 혼합비 분포의 특성을 조사하였다(Figs. 8 and 9).

6월에 황해 저층에는 주로 수온이 10°C보다 낮은 해수가 분포하고 있으며, 이 해수는 75% 이상이 황해저층냉수로 구성되어 있고 남쪽으로 34°N까지 분포하며(Figs. 8(a) and 8(c)), 이 10°C 이하의 해수는 염분이 33 이하인 특성을 갖는다(Fig. 8(b)). 반면 염분이 34 이상인 해수는 주로 126.5°E 동쪽 대한해협에 분포하며 수온이 16°C 이상이다. 이 고온고염 해수는 쿠로시오 아표층수의 구성비율이 65% 이상이다. 황해 남동쪽 끝 부분(제주도 북서쪽 해역)에서 황해저층냉수의 혼합비율이 75%에서 25%로 급격하게 감소하고, 쿠로시오 아표층수의 혼합비율이 15%에서 65%로 급격하게 증가한다(Figs. 8(c) and 8(d)). 이와 같이 혼합비가 공간적으로 급격히 변화하는 제주도 서쪽해역이 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수가 혼합되는 해역이다.

Fig. 8.

Horizontal distribution of (a) temperature, (b) salinity, and mixing ratio of (c) Yellow Sea Bottom Cold Water (YSBCW) and (d) Kuroshio Subsurface Water (KSSW) at a depth of 50 m in June 2019. Solid dot represents hydrographic observation station.

8월에는 황해의 수심 50 m에서 수온이 전체적으로 증가하고, 수온이 10°C 이하인 해수의 공간적 범위가 감소하였지만 염분은 증가하였다(Figs. 9(a) and 9(b)). 8월에는 제주도 남쪽 동중국해 관측자료를 분석하여 수괴들의 혼합을 더 넓은 해역에서 확인할 수 있었다. 황해저층냉수의 혼합비가 45%에서 35%로 줄어드는 해역 그리고 쿠로시오 아표층수의 혼합비가 40%에서 50%로 급격하게 증가하는 해역이 제주도 서쪽과 서남쪽에서 ‘C’ 모양의 띠를 이루고 있음을 알 수 있다. 이러한 ‘C’ 모양의 띠를 형성하는 해역에 열염전선이 형성되어 있고 이 열염전선를 따라서 두 수괴 간의 강한 혼합이 일어나고 있다. 이 열염전선을 따라 30~35%의 황해저층냉수, 50~55%의 쿠로시오 아표층수로 구성된 해수가 존재하였으며 이는 제주해협에서 관측된 중층 저온수를 구성하는 비율과 비슷하다(Figs. 9(c) and 9(d); Table 3).

Fig. 9.

Horizontal distribution of (a) temperature, (b) salinity, and mixing ratio of (c) Yellow Sea Bottom Cold Water (YSBCW) and (d) Kuroshio Subsurface Water (KSSW) at a depth of 50 m in August 2019. Solid dot represents hydrographic observation station.

2019년 6월과 8월에 제주도 남쪽에서 314 정선과 315 정선을 따라서 동서방향으로 관측한 수온과 염분 관측자료로부터 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수의 혼합비율을 계산하였다(Figs. 1 and 10). 이 혼합비의 분포를 살펴보면 계절 수온약층보다 더 깊은 곳에서 서쪽에는 45% 이상의 황해저층냉수로 구성된 해수와 동쪽에는 80% 이상의 쿠로시오 아표층수로 구성된 해수가 서로 만나서 혼합되고 있었으며, 이 두 해수 사이에 제주해협 중층 저온수와 비슷한 혼합비율을 갖는 해수가 분포하였다(Fig. 10).

Fig. 10.

Vertical distribution of the mixing ratio on the (left panel) Yellow Sea Bottom Cold Water (YSBCW) and (right panel) Kuroshio Subsurface Water (KSSW) along the 314 and 315 lines in Fig. 1(a) in June and August 2019.

6월에 314 정선 1~6번 정점 저층에 쿠로시오 아표층수의 혼합비율이 70% 이상인 해수는 제주해협 남부 저층에 나타나는 고온고염수의 기원이 될 수 있다(Figs. 6(b) and 10(b)). 2019년 8월 3일에 314 정선 7 정점과 8 정점에서는 황해저층냉수의 기여도가 높아지고 쿠로시오 아표층수의 기여도가 6월에 비교하여 줄어들었다. 2019년 8월 1일에 관측이 이루어진 315 정선 3 정점과 4 정점 중층의 혼합비 분포를 살펴보면 쿠로시오 아표층수가 해수면 아래 40~60 m에서 서쪽으로 관입(intrusion)하였음을 알 수 있다(Figs. 10(e) and 10(f)). 이때 315 정선 3 정점과 4 정점의 수직 수온, 염분 그리고 밀도(σt)의 연직분포를 살펴보면, 해수면 아래 40~70 m에서 수온역전층(temperature inversion layer)이 있으며, 여기에서 염분역전도 동시에 발생하였다(Fig. 11). 이는 고온고염인 쿠로시오 아표층수가 서쪽으로 관입되어 나타난 현상이며, 쿠로시오 아표층수의 수평적인 관입은 수괴들의 혼합을 활발하게 만든다.

Fig. 11.

Vertical profile of temperature (red solid line), salinity (blue solid line) and density (black solid line; σt) at (a) 315-03 and (b) 315-04 in August 2019. Refer to Fig. 1(a) for geographic location of the observation stations.

4. 토 의

4.1 대한해협 중층 저온수와 수온역전

수괴들의 수평적인 관입은 열염전선을 가로질러서 혼합이 일어나도록 한다(Joyce, 1977; Turner, 1978; Ruddick and Richards, 2003). 이러한 중층에서의 관입은 연직방향으로 수온역전을 만들어낸다. 제주도 서쪽 동중국해에서는 여름철(6월과 8월)뿐만 아니라 봄철(4월과 5월)에도 열염전선이 형성되고, 이 열염전선 주변에서 수온역전층이 자주 관측된다(Kim, 2020; Kang and Moon, 2022). 여름철에 황해 저층에 남아있던 황해저층냉수가 남하하여 제주도 서쪽해역까지 영향을 주고 남동쪽에서 이류된 쿠로시오 아표층수와 만나서 열염전선을 형성하며(Yang et al., 2014), 이 열염전선을 따라서 수온의 역전이 발생한다(Kim, 2020).

Kang and Moon(2022)은 2017년부터 2021년까지 5월에 제주도 서쪽 해역에서 수온과 염분 관측 자료를 분석하여 봄철에 제주도 서쪽 해역에 출현하는 해수들의 근원 수괴를 찾았다. 이들은 황해, 동중국해, 대한해협에서 관측한 수온과 염분 자료를 사용하지 않고 제주 서쪽 해역에서 5월 관측자료만을 이용하여 네 가지 근원 수형(황해냉수, 양자강 희석수, 제주난류수 표층수와 저층수)을 지정하고 이들 사이의 혼합비율을 구하였다. 제주도 서쪽 해역 해수의 혼합비율은 매년 황해에 부는 바람 변화에 따라 달라지는 황해저층냉수의 확장 정도와 밀접한 관계가 있다고 주장하였다.

또한 황해저층냉수가 남쪽으로 확장되는 정도에는 겨울철 황해의 해표면 수온이 가장 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다(Yang et al., 2014). 제주해협에서도 시간에 따라 혼합비의 차이가 나타나는 이유는 제주도 남쪽 동중국해에서 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수의 확장 정도가 시간에 따라 다르기 때문이다(Kang and Moon, 2022). 또한 이것은 중층 저온수가 제주해협 내에서 생성되는 것이 아니라 제주해협 밖에서 생성되어 이동하여 온 것이라는 증거이기도 하다(Cho and Kim, 1994; Kim et al., 2022). 제주해협과 대한해협에 나타나는 중층 저온수의 기원을 더 명확히 밝히기 위해서는 수온과 염분을 이용한 혼합비 계산뿐만 아니라 동위원소 방사능비를 사용하는 방법도 있다. Kim and Han(2000)은 동위원소 방사능비를 이용하여 동중국해와 대한해협에서 표층수의 혼합비 분포를 설명하였다. 그러나 그들의 연구에서 중층수와 저층수의 기원과 혼합은 설명하지 못했다.

4.2 중층 저온수와 바람 변화에 의한 서남해역 표층 수온변화

제주해협에서 여름철에 관측되는 중층 저온수는 동중국해 저층에 형성되는 열염전선을 따라서 일어나는 혼합(subsurface mixing)에 의해서 만들어져서 제주해협과 대한해협으로 이동한 것이다(Kim et al., 2022). 이와 같은 혼합에 의해서 만들어진 해수의 양이 다른 수괴에 비해서 상대적으로 작지만, 이 중층 저온수가 제주해협을 통과하는 동안 바람에 의한 용승으로 저층 사면을 따라서 한국의 남해안으로 유입되어 표층 수온을 낮게 유지해주는 역할을 하고 있다(Jung and Cho, 2020; Kim et al., 2022).

청산도는 한국서남해안 남쪽에 위치한 섬으로 여름철 표층의 수온이 주변해역과 비교하여 낮은 특성을 갖으며(Rho and Kim, 1983), 이런 낮은 표층수온은 조류에 의한 수직혼합과 서풍계열 바람에 의한 저층수의 용승으로 발생한다(Lie, 1989; Jung and Cho, 2020; Kim et al., 2022). 과거 연구들을 바탕으로 제주해협 중앙과 북쪽에서 관측된 15°C 이하의 중층 저온수는 제주해협 북쪽 연안 표층 수온에 큰 영향을 미치기 때문에 여름철 청산도에서 관측한 표층 수온의 시간변화를 살펴보았다(Fig. 12(e)).

Fig. 12.

Time-series of (a) air temperature at Geomun Island (GMD; red solid line), Chuja Island (CJD; black solid line) and Wando (WD; blue solid line), (b) surface net heat flux around Cheongsan Island (CSD; red triangle next to W02 station in Fig. 1(b), (c) wind vector and (d) along-strait wind stress (τx) at GMD (red vector and solid line) and CJD (black vector and solid line) from June to August 2019. (e) and (f) are time-series of water temperature at CSD (black solid line) and its time variations, respectively.

청산도에서 관측한 표층(3 m) 수온은 6월 1일부터 7월 28일까지 서서히 증가하며, 7월 30일부터 8월 3일까지 감소하였다(Fig. 12(e)). 하지만 8월 8일부터 12일까지 4일동안 수온은 7.2°C 상승하였다. 이 급격한 수온 상승 기간 동안 기온은 급격히 변화하지 않고 약 28°C로 유지되어 수온의 급격한 증가에 큰 영향을 미치지 않았다(Fig. 12(a)). 반면 이와 같은 급격한 표층 수온 상승 기간동안 동풍과 남동풍이 불었으며, 또한 7월 6~10일 그리고 16~19일에도 동풍이 불었고 단기간 동안에 수온 상승이 일어났다(Figs. 12(c) and 12(e)).

급격한 수온상승과 대기 외력과의 정량적인 관계를 살펴보기 위하여 해표면을 통한 해양과 대기사이의 순열속(surface net heat flux)의 변화, 동서방향에 따른 바람응력(τx), 시간에 따른 수온의 일별 변화량(∆T)의 관계를 살펴보았다(Figs. 12(b), 12(d), 12(f)). 해표면을 통한 순열속은 시간에 따른 단기변동이 크며, 8월 28~29일에 음의 값이 나타난 것을 제외하면 전 기간에 양의 분포를 보여 대기로부터 해양으로 해표면을 통하여 열이 유입되었다(Figs. 12(b)). 8월 10일 급격한 수온상승이 발생하였을 때 순열속은 171.58 W m^-2이었다. 이는 다른 기간과 비교하여 특별히 큰 값이 아니며, 이전기간과 비교하여 순열속이 급격히 증가하지 않았기 때문에 대기로부터의 열이 급격한 수온상승을 만들지 않았음을 알 수 있다(Figs. 12(b) and 12(f)).

일평균 τx는 6월부터 7월 5일까지 양과 음의 값을 반복하며 변하였고 6월 7일 추자도와 거문도에서 0.07 N m^-2와 0.06 N m^-2로 상대적으로 큰 서풍계열의 바람이 불었던 것을 제외하면 이 기간동안 τx는 전체적으로 작았다(Fig. 12(d)). 반면 2019년 여름 세차례의 동풍계열의 바람이 부는 동안 τx가 가장 컸다(Fig. 12(d)). 청산도에서의 ∆T는 τx가 상대적으로 작았던 기간에는 0에 가까웠지만, 동풍계열의 바람이 강하게 불었던 기간 동안에는 양의 최대값을 나타냈으며, 특히 8월 10일에 청산도에서는 2.7°C day^-1 로 가장 높은 수온의 일별 증가율(∆T)을 보였다(Fig. 12(f)). 추자도에서의 τx와 청산도에서의 ∆T 사이의 상관계수는 -0.55로 ∆T는 τx의 변화에 민감하게 반응한다. 이것은 제주해협을 가로지르는 남북방향으로 수온의 구배가 존재하는 상황에서 동풍계열의 바람이 불면 에크만 수송(Ekman transport)이 북쪽으로 발생하여 제주해협 표층에 위치하던 표층 고온수가 남해안으로 이류되기 때문에 청산도의 수온을 상승시킬 수 있다. 이때는 남해안 근처 바닥 수심이 얕은 바다에서는 수직성층이 강화되어 저층에 존재하는 중층 저온수가 표층해수의 냉각에 영향을 미치지 못한다(Figs. 3 and 4).

풍속이 약하지만 남풍과 남서풍이 7월 20일부터 7월 31일까지 지속적으로 불었고, 7월 30일부터 8월 3일까지 청산도의 표층 수온이 낮아졌다. 이것은 에크만 수송에 의하여 중층 저온수의 영향을 받은 저층의 저온수가 용승하여 표층 수온을 낮아지게 하는 것으로 생각된다(Jung and Cho, 2020; Kim et al., 2022).

한편 수온 증가율은 동풍이 불었던 7월 6~11일과 비교하여 8월 9~11일에 크게 나타났는데 이는 제주해협과 서남해역사이의 표층수온의 구배가 시간이 지날수록 증가하였기 때문이다(Figs. 3 and 4). 7월 22일 W 정선을 따라서 수직수온의 분포를 살펴보면 제주해협 남쪽(W06 정점)과 북쪽 수심이 얕은 해역(W00 정점)의 표층 수온은 각각 약 24°C와 21°C이었으며, 8월에는 각각 26°C와 20°C로 7월과 비교하여 8월에 남북방향으로 표층 수온 구배가 증가하였음을 알 수 있다(Fig. 4). 청산도의 표층 수온은 제주해협 중층 저온수 뿐만 아니라 제주해협 표층을 이동하는 고온수와 바람 방향의 영향도 크게 받는다.

4.3 여름철 제주해협의 해류와 수괴의 분포

Shin et al.(2022)은 제주해협을 통과하는 해류를 2020년 2월부터 2021년 2월까지 관측하여 해류의 수직적인 분포와 수송량을 계산하였다. 그들은 관측자료를 분석하여 여름 동안에는 표층을 따라 이류한 고온저염의 해수의 영향으로 강한 성층이 형성되고, 표층 해류의 속도가 증가하여 표층과 중층 사이에 유속의 차이(vertical shear)가 증가함을 발견하였다. 동쪽으로 흐르는 표층 해류는 제주해협 중앙부에서 2020년 8월에 0.30 m s^-1 이상으로 가장 빠르게 흘렀으며, 동쪽으로 흐르는 중층 해류의 유속은 0.05~0.15 m s^-1이었다. 6월부터 12월까지 해수면아래 80~100 m부터 해저면까지는 해류가 북서쪽으로 흘렀으며, 이 제주해협 잠류(Jeju Strait Undercurrent)는 고염의 해수를 바닥의 깊은 골을 따라서 서쪽으로 이동시킨다.

제주해협 표층에서는 여름철에 수온이 높고 염분이 낮은 해수가 빠르게 동쪽으로 흐른다(Figs. 3 and 4). 제주해협 북쪽 중층(40~80 m)에서는 중층 저온수가 가장 낮은 수온을 갖고 동쪽으로 이동하고, 제주해협 남쪽과 제주도 연안에는 중층부터 해저바닥까지 중층 저온수보다 상대적으로 수온이 높은 해수가 제주난류를 따라 동쪽으로 흐른다(Fig. 13). 제주해협은 서쪽의 수심이 얕고 동쪽을 가면서 수심이 깊어진다. 제주해협 동쪽에 위치한 W 정선 중앙과 남쪽에서는 수심이 깊은 바닥 골을 따라서 염분이 가장 높은 해수(염분 > 34.2)가 서쪽으로 이동하고, 저층(80 m~해저바닥) 고염수는 서쪽으로 이동하면서 해저 바닥 수심이 점점 얕아지면 상승하여 동쪽으로 이동하는 해수와 혼합(entrainment and mixing)될 것으로 추측된다(Shin et al., 2022). 그래서 2019년 6월부터 8월의 경우 제주해협 중앙과 남쪽 저층(80 m~해저바닥)에서는 서쪽에 위치한 J 정선의 염분보다 W 정선에의 염분이 더 높다(Figs. 3, 4, 5, and 14). 중층 저온수는 수온이 15°C보다 낮아서 제주해협에서 최저 수온을 갖는 해수이지만 저층에 위치한 쿠로시오 아표층수보다 밀도가 더 낮아서 제주해협 중앙의 중층(40~80 m)이나 북쪽 사면의 바닥을 따라서 동쪽으로 이동한다(Fig. 14).

Fig. 13.

Paths of the mid-depth Cold Water Pool (CWP; blue arrow) flowing eastward and Kuroshio Subsurface Water (KSSW) flowing eastward by the Jeju Warm Current in the mid-depth (red open arrow) and flowing westward by the Jeju Strait Undercurrent in the bottom layer of deep trough (dark red solid arrow), respectively, in summer. The black contour represents the 120-m isobath.

Fig. 14.

Vertical profiles of temperature and salinity at J07 (black solid line), W07 (red solid line), J04 (black solid line), and W04 (red solid line) in August 2019.

5. 결 론

2019년 여름철 제주해협 중앙과 북쪽 사면 연안에서 15°C 이하의 중층(40~70 m) 저온수가 관측되었으며, 이 중층 저온수는 평균적으로 33%의 황해저층냉수와 53%의 쿠로시오 아표층수가 혼합된 해수이다. 여름철에 중층 저온수는 제주해협에서 최저 수온을 가지며, 6월보다 7월과 8월에 수온이 더 낮다. 여름철 제주해협 관측자료만 살펴보면 중층 저온수는 표층수(양자강 희석수, 쿠로시오 표층수)와 쿠로시오 아표층수 사이를 서쪽에서 동쪽으로 관입하는 해수로서 제주해협 중앙 중층과 북쪽 사면 연안 저층에서 관측된다. 이러한 관입은 중층에 수온역전과 염분역전을 만든다. 중층 저온수의 낮은 수온만을 고려하면 황해에서 기원된 수괴로 생각할 수 있으나, 이 연구에서 수행한 수괴분석과 수괴의 혼합비 분석을 통해 중층 저온수는 여름철 동중국해 계절수온약층 아래에서 두 수괴의 혼합으로 만들어져서 해류를 따라 제주해협 중앙과 북쪽으로 이류한 것이라는 것을 알게 되었다. 이 혼합수는 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수가 동중국해에서 만나 형성한 열염전선을 가로질러서 발생하는 수괴들의 관입과 혼합으로 만들어진 해수이다. 제주해협 중층 저온수를 구성하는 수괴들 중에서 고온고염의 쿠로시오 아표층수가 가장 큰 기여도(혼합비)를 가짐에도 불구하고 황해저층냉수의 영향으로 중층 저온수는 2019년 여름 제주해협에서 관측된 해수 중에서 가장 낮은 수온을 가졌다. 또한 중층 저온수의 기원지와 혼합비율은 황해저층냉수가 남쪽으로 확장하는 정도에 따라 매년 변할 것으로 판단된다.

이 연구에서는 여름철 제주해협 중앙과 북쪽 사면에 나타나는 중층 저온수의 구성 수괴와 분포 그리고 기원에 대하여 분석하였다. 하지만 황해저층냉수와 쿠로시오 아표층수 사이에 형성된 열염전선의 해해변화(year-to-year variation)에 따른 중층 저온수의 시‧공간적인 변화에 대한 연구는 진행되지 않았다. 이러한 연구가 추가로 진행된다면 황해와 동중국해의 해황과 순환의 변화가 해마다 제주해협과 한국 남해안에 어떤 영향을 줄 것인지를 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다.