츄 사이언스 - 해류를 측정하는 방법

해류란?

해수면에 흡수된 태양 복사 에너지는 해수를 증발시켜 바다, 대기, 육지 사이의 물의 순환이 일어나게 합니다. 그뿐만 아니라 해수의 운동과 대기의 운동을 일으키기도 합니다. 이러한 물의 순환 과정에서 해양과 대기의 상호작용이 해면의 풍랑 현상에 의해 일어나게 되고, 주고받은 물질과 열은 해류에 의해 운반되어 세계 각지의 기후 및 지형변화에 커다란 영향을 미치고 있습니다. 해수의 수평운동에는 해류와 조류가 있는데 그 중에서 거의 일정한 방향과 속도를 가지는 해수의 이동을 해류라고 합니다. 해류는 대기의 순환과 매우 유사하지만 대기순환이 지구를 빙빙 도는 것에 비해 해양은 여러 대륙에 의해 가로막혀 각 해양 내에서만 순환하고 있습니다. 이러한 해류의 방향은 해수가 흘러가는 방향을 뜻합니다. 해류의 방향과 속도를 알기 위해서는 해류병, GEK(Geomagnetic Electro-Kinetograph), 자기 유속계, 초음파식 유속계, 인공위성 추적부 등을 사용해 관측합니다. 다양한 관측법을 고전적 측정법과 최신 측정법으로 나누어 설명해보겠습니다.

해류의 측정법

1. 고전적 측정법

해류의 관측을 위해 1900년대 이후 널리 사용되었던 방법이 해류병입니다. 해류병은 모든 선박에서 사용가능한 간단한 방법입니다. 병의 내부에 측정기관의 주소와 이름이 적혀있는 통지 카드를 넣고 바다에 투하합니다. 이렇게 투하된 해류병은 해류를 따라 이동해 해안에 도착하게 됩니다. 해류병을 주운 사람은 발견 장소, 날짜, 시간을 기재한 다음에 통지 카드를 측정기관에 우송해줍니다. 그럼 측정기관에서 이동경로를 추정할 수 있게 됩니다. 이와 같이 발견된 해류병들의 자료로부터 해류의 궤적을 알 수 있게 됩니다. 한 예로 대한해협에서 투하된 해류병이 동해 북부 지방이나 일본 서해안에서 발견되었습니다. 1950년대 이후부터 최근까지는 표층해류 연구에 큰 기여를 했던 것이 GEK(Geomagnetic Electro-Kinetograph)입니다. 이 방법은 지구 자기장 내를 유동하는 해수에는 유속에 비례하는 전류가 흐르고 있다는 원리에 근거를 두고 있습니다. 관측은 조사선으로부터 2개의 전극을 예인하여 그 전극 사이(약 100m)를 횡단하는 해류에 의해 생기는 기전력을 측정합니다. 측정된 두 전극 사이의 전위차로부터 유속을 계산하는 방법으로 비교적 넓은 해역에서 정확한 유속을 알 수 있는 것이 특징입니다.

2. 최신 측정법

자기유속계(안데라 유속계)는 프로펠러 또는 로터(rotor)의 회전수 및 자석을 이용하여 유속 및 해류의 방향을 측정하는 원리입니다. 수중에서 측정한 해수의 이동 속도와 방향은 내장된 기록장치에 보관됩니다. 관측 시에는 밑에는 추, 위에는 부이(buoy)가 달린 로프에 부착하여 사용합니다. 해양의 고정된 한 장소에 계류시켜 장기간 연속적으로 해류를 관측할 수 있으므로 이 방법은 시간에 따른 해류의 변화를 상세히 알 수 있다는 장점이 있습니다. 초음파식 유속계(ADCP : Acoustic Doppler Current Profiler)는 음파를 발사하여 각각의 수심에서 해류와 함께 움직이는 부유물로부터 반사되는 음파의 도플러 효과를 측정하여 해류를 관측하는 기기입니다. 초음파식 유속계는 해양의 한 장소에 고정시켜 유속을 관측하거나 선박에 부착시켜 운항중에운항 중에 관측할 수도 있습니다. 특히 선박에 부착하여 관측하는 경우에는 선박을 멈추지 않아도 되고, 통상 속도로 운항 중에 관측할 수 있으므로 짧은 시간 내에 넓은 범위를 관측할 수 있는 것이 장점입니다. 또한 연직 방향으로의 유속분포를 알 수 있다는 장점도 있습니다. 최근에는 인공위성 추적부이에 의해 해류를 관측하는 방법이 널리 사용되고 있습니다. 해양의 표층이나 중층에서 해수의 흐름을 따라 부표를 방류한 후에 그 위치를 시시각각 인공위성을 통해 전송 받음으로써 해수의 이동 속도와 방향을 알 수 있습니다. 이 방법은 해류병으로는 관측이 불가능한 중간 궤적을 상세히 알 수 있으며, 광범위하게 해류의 분포를 관측할 수 있는 장점이 있습니다.

초음파식 유속계(ADCP)