해수의 연직방향(깊이에 따른) 수온변화

** 함께 보시면 좋습니다.

 

파이썬을 이용하여 해수의 깊이에 따른 수온 변화 그래프 그리기

파이썬을 이용하여 동해바다의 계절별 연직 수온분포 그래프 그리기

바다의 수온은 깊이에 따라 큰 변화를 보인다. 위도에 따라 차이는 있지만, 북극이나 남극과 같은 고위도를 제외하면 표층에서 수온이 가장 높고, 심층에서 수온이 가장 낱다. 아래 그래프를 보면 이 차이가 뚜렷하게 잘 보인다.

<동해에서 4월 16일에 관측한 수온분포>

위 그래프는 ARGO라는 원격 해양탐사장비가 우리나라 동해에서 2020년 4월 16일에 측정한 깊이에 따른 수온 변화 그래프이다. 그래프를 잘보면, 표층에서 약 50m까지는 수심에 따라 수온이 크게 변화하지 않는다. 그리고 약 50m에서 160m 부근까지는 수온이 긒격하게 변화하고, 이후 부터는 거의 0℃ 수준으로 낮은 온도로 수온이 거의 변화하지 않는다. 

 

1. 수온이 거의 변화하지 않는 영역을 혼합층이라고 하고

2. 혼합층 아래에서부터 수온이 급격히 낮아지는 영역을 수온약층이라고 하며

3. 수온약층 아래에서부터 수온이 0℃ 수준에서 거의 일정한 층을 심해층이라고 한다.

 

1. 혼합층

혼합층이나 수온약층 심해층의 깊이나 온도 등은 시간, 장소, 날씨 등에 의해 당연히 크게 변화하는데, 먼저 혼합층의 변화 요소를 보면

 

표층 수온에 가장 큰 영향을 주는 것은 태양복사에너지로, 표층 수온은 당연히 더운 동네인 저위도에서 높고, 고위도에서 낮다. 그래서 극지방 주변과 같은 고위도 같은 경우 표층이나 심해층이나 온도차이가 별로 나지 않아서 수온약층이 잘 나타나지 않는다. 또한 혼합층의 수온구조는은 바람의 영향을 크게 받는다. 그 이유는 아래를 보면 알 수 있다.

 

해수를 가열시키는건 태양복사에너지이다. 그런데 태양복사에너지는 순수한 물일지라도 100m이상을 투과하지 못한다. 더군다나 바닷물은 순수한 물이 아니기 때문에 태양복사가 100m는 커녕 10m 정도만 가도 거의 사라진다. 이는 아무리 깊어도 태양복사에 의해 10m이상은 온도가 일정할 수 없다는 소리이다(이는 바닷물에 들어있는 부유물등에 의해 달라질 수 있다). 특히 깊이가 깊어질 수록 태양복사에너지도 약해지기 때문에, 표층에서부터 깊어짐에 따라 수온은 지속적으로 낮아져야 정상이다. 그런데 심지어 100m는 고사하고 200m 깊이 이상까지도 수온이 일정하게 유지되는 경우도 있다. 이는 누군가 바닷물을 섞어주어 열이 고르게 퍼져야 가능한 현상이다. 이렇게 바닷물을 섞어주는 역할을 하는 것이 바람이다. 바람이 충분히 불면 바람의 영향이 닿는 영역까지는 해수가 섞일 수 있고, 때문에 해수의 수온이 일정하게 유지될 수 있는 것이다. 이런 이유로 바람이 강할 수록 혼합층이 두꺼워 진다. 아래 그림이 그런 대표적 사례인데, 동해에서 겨울철 어느날에 관측한 수심에 따른 수온 분포로, 200m 수심 부근까지도 혼합층이 잘 발달해 있다.

<동해에서 2월 11일에 관측한 해수 수온분포>

2. 수온약층

혼합층 이하 수심에서 깊이에 따라 온도가 지속적으로 감소하는 층을 수온약층이라고 한다. 수온약층을 기준으로 위는 온도가 높고 아래는 온도가 낮다. 이같은 온도 구조로 인해 해수는 기본적으로 연직방향으로 섞이기 어려운 안정한 상태를 유지한다. 때문에 심층의 해수가 얕은 표층으로 올라가기 어렵고, 표층의 해수가 아래로 내려가기 어려운 상태이다. 이는 대기의 대류권과는 사뭇 다른형태이다. 대류권은 구조적으로 대류현상이 나타날 수 있는 기층인데 반해(그렇다고 대류권에서 매일 대류가 활발한건 아니니 조심), 해수의 수온 분포는 기본적으로 위 아래가 섞이기 어려운 매우 안정적인 열 구조를 가지고 있다(이는 온위를 가지고 측정해도 마찬가지라고 한다. 물론 지역에 따라 차이는 있지만)

 

3. 심해층

매우 낮은 수온이 깊이에 따라 거의 일정한 영역이다. 영양염류가 많이 녹아 있으며 의외로 용존산소량이 높기도 하다.(이는 다음 포스팅때 서술할 예정) 

 

4. 종합

위 그래프는 ARGO가 관측한 데이터를 필자가 그래프로 그린 것이다. 그래프의 제목을 계절별이라고 하긴 했지만, 사실 계절을 대표하기는 조금 애매한 데이터로 그림을 그렸다. 계절 전체를 평균한게 아니고, 계절의 특정 날짜의 데이터를 사용해서 그렇긴 한데, 대략적인 추이는 알 수 있다. 데이터는 동해에서 관측한 계절별 수온변화인데, 여름에 가장 표층 수온이 높고, 겨울에 가장 낮다. 그런데 혼합층은 여름에는 거의 보이지 않고 겨울에 가장 뚜렷하게 발달해 있다. 이는 여름에 바람이 가장적게 불고, 겨울에 가장 바람이 강하다는 것을 반증한다. 가을에는 겨울만큼은 아니지만 혼합층이 어느정도 보인다. 봄의 경우 혼합층이 거의 없는데, 이건 해필 혼합층이 발달하지 않은 날짜것을 사용한 것일 뿐 실제 우리나라 동해에서 봄에도 혼합층은 어느정도 발달한다(맨 위 그래프를 보면 알 수 있다.)

 

실제로 우리나라 동해에서는 여름에 혼합층이 가장 약하고, 겨울에 혼합층이 가장 뚜렷하게 발달한다. 날씨에 따라 조금 다르겠지만 봄이나 가을에는 평균적으로 여름보다는 혼합층이 뚜렷하고, 겨울보다는 덜 뚜렷하다. 

 

위 그래프들을 종합하면, 우리나라의 동해는 계절에 따라 수온 변화가 매우 큰 편이다. 이는 계절에 따라 난류나 한류가 매우 뚜렷하게 세력이 달라지기 때문이다. 남해의 경우 이보다 뚜렷하지는 않다. 이에 대한 내용은 아래 포스팅을 참고하면 된다.

 

우리나라 주변 해수의 계절별 표층 수온 변화