수온 - 염분 도(T-S Diagram) - 해수를 연구하는 기본(feat. 밀도가 같은 해수를 섞었을 때 변화와, 빈 수온 - 염분도 다운하기)

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해양학자들이 바다를 연구할 때 많이들 사용하는 그래프로 수온 - 염분도라는 것이 있습니다. 교과서에서 수온 - 염분도라고 소개가 되어 있어 학생들은 이렇게들 많이 배우지만, T - S Diagram이라는 이름으로 많이 알려져 있습니다.

 

본 포스팅에서는 수온 - 염분도에 대해 알아보고, 실습때 써먹으려고 아무것도 그려지지 않은 수온 - 염분도를 찾다찾다 마음에 안들어 제가 직접 만들어 버린 수온 - 염분도를 함께 올려둘 터이니, 필요하신 분들은 다운로드하여 사용하시면 됩니다.ㅎㅎㅎ

  1. 개요

그래프의 이름이 수온 - 염분도이긴 하지만, 3개의 데이터가 포함되는 그래프입니다. 3개 데이터란 수온, 염분, 그리고 밀도인데, 수온과 염분을 관측한 값을 그래프에 찍으면 자동적으로 밀도가 계산되기 때문에 어찌보면 매우 편리합니다.

 

해수를 관측하여 얻은 수온과 염분 값만 알면 서로 다른 해수의 밀도값을 비교할 수 있으며, 이를 통해 해수를 서로 비교하고, 물리 화학적 특징을 비교 분석하는데 많이 활용을 합니다.

<3개 해역의 깊이에 따른 수온 - 염분도(출처 : A comprehensive sediment dynamics study of a major mud belt system on the inner shelf along an energetic coast)>

위 그림과 같이 3개의 서로 다른 해역에서 깊이에 따른 수온과 염분 변화를 찍으면, 서로 다른 3개 해역이 어떤 차이를 보이는지 한 눈에 알 수 있습니다.

 

포스팅을 조사하다 알게 된 것인데, 요즘은 수온- 염분도에 산소용해도도 함께 표현하더군요. 아래 그림에 그 예가 나와있습니다.

<수온-염분도와 산소량을 함께 표현한 그래프(출처 : Nutrient distribution and nitrogen and oxygen isotopic composition of nitrate in water masses of the subtropical southern Indian Ocean)>

 

  2. 그래프 자세히 보기

아래의 그림은 제가 파이썬으로 그린 수온 - 염분도인데요, 수온 -염분도는 x축은 psu 단위의 염분, y축은 도씨 단위의 수온이 있습니다. 그리고 그래프 안쪽에 kg/m³의 밀도가 있는데, 일반적으로 학생들이 보는 밀도와는 숫자가 다소 다릅니다. 보통 g/cm³ 단위에서 해수 밀도는 1.023g/cm³ 이런식으로 쓰이는데 아래 그래프에서 숫자가 약간 다른 이유는 현장 온도라는 다소 생소한 개념으로 그래프를 그렸기 때문입니다. 간단하게만 이야기 하면, 깊이가 다른 해수는 압력이 다르기 때문에 온도를 직접비교할 수 없습니다. 따라서 압력을 동일하게 0으로 놓고 비교해 주는 작업을 하는데, 여기서 계산되는 온도가 현장온도입니다. 아래 그래프도 관측한 수온을 0dbar에 맞추고 밀도를 계산하다보니 아래와 같이 나왔습니다. 계산 방법은 1000을 빼주면 되는데, 그러다보니 저렇게 나왔습니다. 학생들이 다루는 수준에서는 정확한 표현은 아니지만 1.023g/cm³ 단위로 생각하고, 앞의 1.0이 빠졌다고 보면 됩니다. 그러니까 밀도 21이면 1.021g/cm³ 이 된다고 보면 됩니다.

 

해수의 밀도에 영향을 주는 요소는 수온, 염분, 수압인데 이는 너무나도 잘 알려진 사실입니다. 사실 수온 염분도만 보아도, 해수 밀도와 수온, 염분, 수압의 상관관계를 아주 쉽게 알 수 있습니다. 아래 그림을 보시면 알 수 있듯, 염분을 일정하게 두고 수온이 떨어지면 등밀도선의 밀도 수치가 증가합니다. 수온을 일정하게 두고 염분이 증가하여도 등밀도선의 밀도 수치가 증가함을 알 수 있습니다. 그러니 수온이 감소하고 염분이 증가하면 밀도가 증가한다고 달달달 외울 필요가 없는 것입니다.

  3. 밀도는 같지만 수온과 염분이 서로 다른 두 해수를 섞는다면

아주 가끔 학생들이 보는 참고서에 이를 묻는 문제가 있는걸 봤는데, 이걸 왜 묻지 라는 생각이 들때가 있었습니다. 해결방법이야 간단하지만, 교육과정에서 이걸 다루어야 하나라는 생각이 들었는데, 여기다 그 해결방법을 올려 두겠습니다. 수온 - 염분도만 있으면 간단히 해결됩니다.

위 그림에서 A와 B는 서로 밀도는 같지만, 수온과 염분이 다른 해수입니다. 두 해수를 섞었을 때 나타나는 밀도 변화는 간단합니다. 두 점을 연결하는 직선을 그리고, 그 직선의 중간지점, 그러니까 위 그림에서는 C 지점이 섞인 후 해수의 밀도가 됩니다. 그러니까 섞이기 전보다 밀도가 소폭 증가하게 됩니다.

  3. 수온 - 염분도의 빈 그래프

아래 그림은 수온 염분도 실습을 해 보려고 빈 그래프를 찾다 포기하고 제가 파이썬으로 그려버린 그래프입니다;;;;;

 

이곳 블로그에 올려두겠으니 필요하신 분은 다운로드하여 사용하시면 됩니다.

그리구 추후 포스팅에서 빈 수온-염분도 그래프를 만드는 방법을 포스팅할 예정입니다.

만약 필요하신 분이 계시다면 댓글로 수온과 염분 범위가 다른 그래프를 요청해 주세요 금새 만들어서 업로드 하겠습니다.

수온염분도.jpg

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