Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-4517(Print)
ISSN : 2287-3503(Online)
Journal of Environmental Science International Vol.23 No.3 pp.459-472
DOI : https://doi.org/10.5322/JESI.2014.23.3.459

A Height Simulation on Storm Surges in Jeju Island

Sung-Kee Yang*, Sang-Bong Kim1)
Department of civil Engineering, Jeju National University, Jeju 690-756, Korea
1)Marine and Environmental Research Institute, jeju National University, Jeju 690-756, Korea
Corresponding author : Sung-Kee Yang, Department of Civil Engineering, Jeju National University, Jeju 690-756, Korea, Phone: +82-64-754-3451; E-mail: skyang@jejunu.ac.kr
November 14, 2013 January 14, 2014 January 27, 2014

Abstract

Storm surge height in the coastal area of Jeju Island was examined using the Princeton Ocean Model(POM) with a sigma coordinate system. Amongst the typhoons that had affected to Jeju Island for six years(1987 to 2003), the eight typhoons(Maemi, Rusa, Prapiroon, Olga, Yanni, Janis, Gladys and Thelma) were found to bring relatively huge damage . The storm surge height of these typhoons simulated in Jeju harbour and Seogwipo harbour corresponded relatively well with the observed value. The occurrence time of the storm surge height was different, but mostly, it was a little later than the observed time. Jeju harbour showed a higher storm surge height than Seogwipo harbour, and the storm surge height didn't exceed 1m in both of Jeju harbour and Seogwipo harbour. Maemi out of the eight typhoons showed the maximum storm surge height(77.97 cm) in Jeju harbour, and Janis showed the lowest storm surge height(5.3 cm) in Seogwipo harbour


제주도 연안해역의 폭풍해일고 산정

양 성기*, 김 상봉1)
제주대학교 토목공학과
1)해양과환경연구소

    1.서 론

    최근 이상기후에 의한 지구온난화의 영향으로 태 풍은 이동경로, 발생시기, 발생빈도, 강도 및 규모 등 이 크게 변하고 있으며, 이로 인한 재해의 규모도 더 욱 증대하는 추세를 보이고 있다. 그 대표적인 예는 2003년 태풍 Maemi가 마산지역을 통과할 때 제주도 를 포함한 전남 해안 일대와 남해안 일대에는 큰 해일 이 발생하여 역대 최대 규모의 피해가 발생하였다(NEMA, 2004). 이때 평상시의 태풍보다 많은 피해를 입은 것은 태풍 Maemi의 내습시간과 조석의 만조시 간이 겹쳐져 피해가 더욱 커지게 되었기 때문이다 (NEMA, 2005). 또한, 2002년 태풍 Rusa가 우리나라 를 통과할 때도 남해안 일대인 전남 고흥, 여수, 경남 의 사천에서는 해일 피해가 발생하였다. 이 외에도 2000년 하계에 강풍을 동반한 태풍 Prapiroon은 남해 안에 수많은 해일 피해를 입히기도 하였다 (Kang 등, 2003; NEMA, 2003 ). 해일의 발생으로 연안역에는 해 수의 범람으로 인한 침수와 제반 시설물들의 유실이 나 붕괴가 일어나며, 인명과 재산상 등에 피해를 입히 기도 한다(Moon, 2006, 2007). 해수 범람은 주로 만조 시, 대조기, 조석, 폭풍 또는 태풍 등에 의한 해수면상승이 중첩될 때 복합적인 작용으로 인해 파랑이 이상 적으로 발달하여 해안선 부근에서는 해수면상승을 더 욱 상승시키는 역할을 하게 된다.

    사면이 바다로 둘러싸인 제주도는 태풍의 길목에 위치하고 있으며, 연중 계절풍의 영향으로 크고 작은 해일이 발생하여 많은 피해를 입고 있다. 해일은 태풍 의 내습과 저기압을 동반한 폭풍우 및 동계의 강한 북 서계절풍 등이 연안역에 큰 파랑을 발생시켜 해안구 조물의 파괴나 월파 및 침수 등의 연안재해를 발생시 키고 있다(Yang, 2007).

    폭풍해일로 인한 연안재해의 심각성이 커짐에 따라 재해의 예방과 저감 및 복구 등에 대한 연구조사가 추 진되었다. 연안역 해일의 특성을 분석(Youn 등, 1999) 하고, 수치모델을 이용한 분석 (Jun 등, 2001; Lee, 2005) 등이 주로 우리나라 남해안을 중심으로 수행되 었다. 제주도는 매년 3~4개의 태풍이 영향을 주면서 크고 작은 해일이 발생하고 있다(NEMA, 2005). 그 중 에서 2003년 9월 12일 제 14호 태풍 Maemi(MAEMI) 의 영향으로 제주도 서귀포항은 설계파고 이상의 파 랑내습과 월파로 인해 외항방파제와 안벽 등이 파손 되거나 유실되는 피해가 발생하기도 하였다. 이 외에 도 크고 작은 항만에서는 기상조에 의한 부진동이나 침수가 연중 발생하고 있지만, 이에 대한 해일대책은 구체적이지 못하고 미흡한 실정이다. 태풍, 기상조, 북 서계절풍 등에 연중 노출되어 있는 제주도는 해일의 특성과 해수면의 상승 등을 분석하여 연안해역의 재 해를 예방하고 피해를 최소화 할 수 있는 대책이 필요 한 실정이지만 태풍의 내습에 의한 제주도 연안해역 의 해일고와 폭풍피해에 대한 연구는 드문 편이다.

    이 연구에서는 제주도 연안해역을 통과한 과거 태 풍을 조사하고 그중에서도 해일재해가 많이 발생하였 던 8개 태풍을 선정하였으며, 이들 태풍 통과시 해수 면 변화와 폭풍해일의 발생 기구를 분석하였다. 또한, 이들 태풍을 대상으로 POM(Princeton Ocean Model) 모형(Blumberg와 Mellor, 1987)을 이용하여 연안해 역의 폭풍해일고를 산정하였다. 이러한 연구결과는 제주도 연안역에 대한 해일피해 방재대책과 해수면 상승으로 인한 위험지역 분류 및 해일지도의 작성 등 을 수립하는데 기초자료로 사용할 수 있을 것이다.

    자료 및 방법

    2.1.자료

    2.1.1.조위 및 해일고

    태풍 통과 시 제주도 연안역에 발생하는 폭풍해일 고를 계산하기 위해 비교적 재산피해와 규모가 큰 순 서로 과거 태풍을 Table 1과 같이 선정하고 태풍 통과 기간 동안 제주항(1964~2006)과 서귀포항(1985~2006)에서 관측한 조석자료로 부터 조위자료를 분석 하여 폭풍해일모델의 결과 값과 비교하였다.

    해일고(기록조위-예측조위)의 관측치는 국립해양 조사원의 실측 조위관측 자료를 사용하였으며, 예측 조위는 조화분석 프로그램인 FOREMAN의 프로그램 (Foreman & Henry, 1984)의 결과를 이용하였다. 실 제 검조소의 기록은 항이나 만내의 부진동효과를 포 함하고 있으며, 국립해양조사원이 제공하는 예측조위 자료는 직전년 이전의 자료를 이용하여 조화분석을 통해 예측한 결과로서 해당연도의 천문조는 포함되지 않았다(Kang 등, 2002). 검조기록 자료 중 1년간의 조 위자료를 이용하여 69개의 조화상수를 산정하고 이들 조화상수를 이용하여 다시 해당연도의 조위를 예측하 였다. 이러한 조화분해 프로그램을 이용하여 제주항 과 서귀포항 의 해일고를 산정하고 각각 수치모의된 태풍들의 결과 값과 비교․검증 하였다. 특히, 해일고 가 크게 나타난 태풍 Rusa와 Maemi에 대해서 관측치 와 산정치의 결과를 비교하였다.

    2.1.2. 태풍

    제주도 연악역의 해일재해의 현황을 파악하기 위 하여 재산피해와 규모가 큰 과거 태풍 중 8개의 주요 태풍을 선정하여 폭풍해일에 의한 해일발생 및 피해 의 자료를 분석하였다. 제주도 연안해일의 위험도를 분석하기 위하여 제주항과 서귀포항에 검조소가 설치 된 이후 1987년도부터 2003년까지 7월부터 10월 사 이에 발생한 태풍 중 재산피해와 태풍 강도면에서 제 주도 주변해역에 많은 피해를 준 주요 태풍을 선정하 였다(Table 1). 피해는 태풍 Rusa가 약 500억원으로 가장 많았으며 태풍 Maemi는 약 480억원, 태풍 Olga 가 약 21억원 이였으며 태풍 Yanni가 가장 적은 약 3 억원으로 나타났다.

    2.2.방법

    2.2.1.연구대상 해역

    제주도 주변에 접근하는 태풍들에 대해 태풍의 발 생 및 이동경로 등을 충분히 반영하고 재현하기 위하 여 계산영역을 동해, 서해, 남해 및 동중국해를 포함하 는 대상해역을 선정하였다. 또한, 해일고의 상세한 분 포특성을 파악하기 위하여 한반도를 중심으로 동중국 해를 포함한 광역 격자, 제주도 부근을 중심으로 한 중 간역 격자, 제주항과 서귀포항을 포함하는 상세역 격 자로 구성하였다(Fig. 1). 제주도 주변해역에 영향을 크게 미친 8개 태풍(Table 1)을 대상으로 폭풍해일고 수치모의를 하기 위해 제주항과 서귀포항을 연구대상 해역으로 선정하였다. 폭풍수치모의에 사용된 수심자 료는 미국국립지리자료원(National Geographic Data Center)의 1/12°해상도의 수심 자료인 ETOPO5와, 제 주도 부근 및 제주항, 서귀포항 주변해역의 수심은 국 립해양조사원에서 발행한 수치해도를 사용하였다.

    2.2.2.계산대상 영역

    해일고의 상세한 분포특성을 파악하기 위하여 광 역 해역의 특성과 함께 연안해역의 지형적 요소가 잘 반영되도록 3단계의 격자체계를 구축하였다. 태풍해 상풍모형(Primitive Vortex Model, PVM)을 사용하여 광역격자(1/20°)의 기압장 및 바람장을 산출하였으며 (Kang 등, 2002), 이 결과는 해양순환모델 POM (Princeton Ocean Model) 중 기상외력에 의해 이상해 면을 구하는 폭풍해일의 수치모형 입력자료로 사용하 였다(Blumberg와 Mellor, 1987).

    Fig. 1의 광역격자에서 사용된 기압장과 바람장은 보간법을 통하여 중간역, 상세역에 대해 바람장과 기 압장을 산출하고 각각의 입력자료로 이용하였다. 이 러한 입력자료를 이용하여 폭풍해일모델을 통해 대상 해역에 대한 해일고를 수치모의 하였으며 해일모의 결과를 토대로 대상지역의 폭풍해일고를 산정하기 위 해 실측해일고와 비교․검토하였다.

    비교된 관측치는 국립해양조사원의 관측 조위자료 를 사용하였으며, 예측조위자료는 조화분석 프로그램 (Foreman & Henry, 1984)이용하여 조위예측을 실시 하고 제주항과 서귀포항의 실측해일고(관측조위-예 측조위)를 산정하였다. 이러한 과정을 거쳐 각각 수치 모의된 태풍들에 대한 해일고와 실측해일고를 비교․ 검토하여 최종적으로 폭풍해일고를 산정하였다.

    태풍에 의한 폭풍해일의 계산영역은 매우 광대하 기 때문에 해일고의 상세한 분포특성을 파악하기 위 해 광역의 지역적 특성과 함께 연안해역의 지형적 요 소가 잘 반영되도록 3단계의 격자체계를 구축하고 1 단계에서 3단계 영역까지 nesting하여 계산하였다. 폭 풍해일 수치모형의 계산격자 및 입력조건은 Table 2 와 같으며, 계산격자는 해상풍의 경우와 동일하다.

    제 1단계인 광역격자의 격자간격은 위도와 경도 방 향으로 모두 1/12°(약 9 km격자)이며 313×361로 구성 하였다. 2단계인 중간역 격자는 격자 간격이 위도와 경도 방향으로 모두 1/60°(약 2 km격자)이며, 301×136으로 격자를 구성하였다. 제 3단계는 제주항과 서 귀포항을 중심으로 주변해역을 포함하는 상세역의 격 자간격은 각각 250 m이며, 121×78로서 제주항과 서 귀포항의 격자간격 및 격자수는 같다.

    2.2.3. 태풍해상풍 모델

    폭풍수치모델의 기상자료(기압장, 바람장)는 Jun 등(2001) 에 의한 한국해양연구원(KORDI)의 태풍해 상풍모형(Primitive Vortex Model, PVM)을 이용하여 광역격자(1/20°)의 기압장 및 바람장을 산출하여 사용 하였다. 태풍의 중심 위치와 중심기압자료는 기상청 의 태풍파라메타 자료를 사용하고 지상 기압자료는 전국 기상대에서 관측된 해면기압자료를 사용하였다. 최대풍 반경은 우리나라 주변을 통과한 기상청, 일본 기상청 및 중국연안기상관측소의 지상 및 해상 기상 관측소 자료를 사용하였다.

    2.2.4.폭풍해일 모형

    POM의 폭풍해일모형은 2차원 수심적분 모드이며 초기조건과 경계조건이 주어지는 지배방정식을 이용 하여 해를 구하는 유한차분모형으로서 수평적으로는 Arakawa-C격자 체계를 사용하여 원시 방정식의 수치 해를 계산하였으며, 모델은 조석과 기상 외력을 동시 에 고려한 결과로 부터 조석만을 고려한 결과를 산출 하여 폭풍해일고를 계산하였다.

    조석은 광역 격자의 개방경계에 4개 분조(M2, S2, K1, O1)를 합성한 조위를 부여하였으며, 기상 외력은 태풍 해상풍 모형으로부터 산출된 광역 격자의 기압 장과 바람장을 입력 자료로 사용하였다. 폭풍해일 현 상은 태풍, 폭풍 등 악기상의 영향권 및 외해 광역적 특성과 해안선과 만, 열도, 섬, 대륙사면 등 천해역의 지형적 특성이 포함될 수 있도록 상세해역에 대한 지 형적 요소가 반영되도록 하였다.

    2.2.5.폭풍해일고

    제주항 및 서귀포항 주변해역의 상세한 해일고를 산출하기 위해 1987년부터 2003년까지의 16년간 제주 도에영향을 미친 태풍 중 8개(Maemi, Rusa, Prapiroon, Olga, Yanni, Thelma, Janis, Gladys)에 대한 다단계 격자 삽입기법을 사용하였으며, 1단계의 광역 격자망 에서 3단계의 상세역 격자에 걸쳐 단계적으로 폭풍해 일고를 계산하였다. 여기서 수치모형의 의한 폭풍해 일고는 조석과 기상 외력(대기압, 바람응력)을 동시에 고려한 계산결과에서 조석을 빼서 계산하였으며, 태 풍의 중심위치와 중심기압 등은 본 연구에서는 1시간 간격으로 내삽하여 1시간 간격의 기압과 풍속이 폭풍 해일 모델에 입력조건으로 사용되었다.

    폭풍해일모델이 3단계 격자 삽입 단계를 사용하므 로, 입력된 바람장도 각각의 격자망에 상응되는 3단계 격자에 대해 1시간 간격으로 계산하고, 모든 격자망에 서 기압장과 바람장은 1시간 간격의 기압장과 바람장 을 매 6분마다 내삽하여 사용하였다. 광역 격자의 개 방 경계에 4개 분조(M2, S2, K1 및 O1)을 합성한 조위 와 함께 광역 격자에 대한 기상 외력(기압장과 바람 장)을 부여하여 광역 격자에 대한 해수위를 계산한 후, 광역 모형의 해수위를 시간과 공간적으로 내삽하여 중간역 모형의 개방 경계 해수위로 지정하였다. 또한, 중간역에 대한 기상 외력을 부여하여 해수위를 구하 였다. 또한, 상세역에 대한 해수위 계산도 동일하게 적 용하였으며 중간역 및 상세역에 대한 기상외력은 보 간법을 이용하여 각각 산출하고 입력자료로 이용하였 다. 개방 경계에 조위만을 부여한 수치 실험을 병행하 여, 최종적으로 조석과 기상 외력을 동시에 고려한 결 과에서 조석만을 고려한 결과를 빼서 폭풍 해일고를 계산하였다. 이러한 과정이 상세역까지 3단계를 거치 면서 제주항 및 서귀포항의 지형 변화를 보다 상세히 반영하도록 하였다.

    3.결과 및 고찰

    3.1.조위변동 특성

    1964년부터 2006년까지 제주검조소의 조위관측자 료로 부터 연평균해면(Ao), 연평균고조위(A.M.H.W.), 연평균저조위(A.M.L.W.), 연최고고조위(A.H.H.W.), 연최저저조위(A.L.L.W.)의 관측된 값은 Table 3과 같다.

    관측기간 중 제주항의 연최고고조위(Annual Highest High Water)는 2004년 7월에 328 cm로 가장 높았으 며, 연최저저조위(Annual Lowest Low Water)는 1966 2월의 -48 cm로 가장 낮았다. 연평균해면은 2월, 3월 에 낮고, 7~9월에 높게 나타났다. 1964년의 연평균해 면은 141.39 cm였으나 2003년에는 160.37 cm로 약 20 cm의 평균해수면이 증가되었으며 연평균고조위 는 약 20 cm, 연최고고조위는 15 cm로서 전반적으로 해수면이 증가하는 경향을 보이고 있다.

    1985년부터 2006년도까지 서귀포항의 조위관측자 료로부터 통계처리한 연평균해면(Ao), 연평균고조위 (A.M.H.W.), 연평균저조위(A.M.L.W.), 연최고고조 위(A.H.H.W.), 연최저저조위(A.L.L.W.)의 관측된 값 은 Table 4와 같다.

    관측기간 중 서귀포항의 연최고고조위(Annual Highest High Water)는 2004년 8월 20일 347 cm로 가장 높았으며, 연최저저조위(Annual Lowest Low Water)는 1988년 2월 18일 -43 cm로 가장 낮았다. 서 귀포항의 연평균해면은 제주항과 같이 2~3월에 낮 고, 7~9월에 높게 나타나고 있다. 1986년의 연평균해 면은 152.60 cm였으나 2005년은 162.08 cm로서 약 10 cm의 평균해면이 증가하고 있다. 연평균고조위는 1985년에 172.0 cm이었으나 2004년은 연평균고조위 가 190.4 cm로서 약 18 cm, 연최고고조위는 약 30 cm 로서 전반적으로 증가하는 경향을 보이고 있다.

    3.2.태풍의 기압장과 바람장

    3.2.1.태풍모의

    일반적으로 태풍은 매년 평균 약 30여개정도 발생 하지만 우리나라에 영향을 미치는 태풍은 매년 2~3 개 정도 이다(NEMA, 2005). 태풍의 최다 내습 시기 는 8~9월에 약 91%이며, 아주 드물게 6월과 10월에 내습하는 경우도 있다. 제주도 연안해역에 많은 영향 을 준 8개의 태풍에 대한 폭풍해일고를 산출하기 위하 여 태풍통과시의 기간(Table 5)을 선정하여 수치모의 를 수행하였다.

    해일모의 대상인 태풍 중 2002년 태풍 Rusa와, 2003 년 태풍 Maemi의 이동경로는 제주도 동쪽을 통 과하였다. 이들 태풍은 제주도를 포함한 우리나라 대 부분의 지역이 영향권에 들어 역사상 가장 큰 피해를 준 태풍이다.

    3.2.2.기압장과 바람장

    Fig. 2~3은 태풍-해상풍 모형을 이용하여 Rusa와 Maemi의 진행시간에 따라 모든 격자점에서 구한 기 압장과 바람장이다. 등치선은 해면기압을 화살표의 크기와 방향은 바람벡터를 나타낸다. 태풍모델의 바 람장은 동심원의 형태를 나타내고 있으며, 태풍중심 에서 멀리 떨어진 태풍 영향권 밖의 지점에서는 바람 의 크기가 작게 나타난다. 기압장과 바람장은 광역 격 자를 사용하여 6시간 간격으로 나타내었으며(Fig. 2, Fig. 3), 실제 폭풍해일 모형에 사용된 결과는 광역, 중 역, 상세역에 대해 각각 1시간 간격으로 계산하였다.

    3.2.3.태풍 통과시의 해일고

    모델의 검증을 위해 태풍 Rusa와 Maemi에 대한 제 주항 및 서귀포항 검조소의 관측 해일고와 상세역 격 자를 사용하여 얻은 폭풍 해일고를 비교하였다(Fig. 4, Fig.5). 관측 해일고는 국립해양조사원의 10분 간격의 실측조위자료와 FOREMAN의 프로그램을 이용하여 구한 예측조위를 이용하여 실측해일고(관측조위-예 측조위)값을 사용한 결과이다.

    실제 검조소의 기록은 항이나 만내의 부진동효과 를 포함하고 있지만 약 250 m에 달하는 격자를 사용 한 계산에서는 이 같은 항만의 지형적인 효과를 재현 할 수는 없다. 따라서 큰 격자를 이용한 계산으로 인한 오차는 있을 수 있으나 본 수치모의의 결과는 관측치 와 비교적 잘 일치하고 있다.

    태풍 통과시 제주도에 가장 큰 피해를 입혔던 2002 년 태풍 Rusa와 2003년 태풍 Maemi를 선정하여 Fig.1 의 상세역에 대한 최대 해일고를 산정하여 Fig. 4에 나 타내었다. 태풍 Rusa 통과시 제주항과 서귀포항에서 수치모의한 최대 해일고는 관측값과 거의 같은 시간 에 유사한 변동 형태를 보이고 있으나 해일고는 관측 값 보다는 약간 작게 나타나고 있다. 수치모의한 해일 고의 최대치는 제주항에서는 59.5 cm로서 관측치 보 다 약 23 cm 작았으며, 서귀포항은 59.3 cm로서 관측 값 보다 약 30 cm 작게 계산되었다(Fig. 4).

    태풍 Maemi 통과시 제주항과 서귀포항에 대한 최 대 해일고는 제주항이 77.89 cm로서 관측값에 비해 약 20 cm 크게 계산되었으며, 서귀포항이 67.19 cm로 서 관측치 보다 약 15 cm 크게 계산되었다(Fig. 5a, Fig. 5b). 제주항과 서귀포항의 최대 해일고가 나타나 는 시간을 보면, 제주항과 서귀포항에서 태풍이 통과 할 당시에 각각 최대 해일고를 보였으며 제주항이 서 귀포항보다 약 2시간 정도 늦게 해일이 발생하였고 해 일고는 제주항이 서귀포항 보다 약 10 cm 정도 크게 나타나고 있다(Fig. 5c).

    3.2.4.태풍 해일고 산정

    조화분해하여 조화상수를 산정하고 산정되어진 조 화상수를 이용하여 다시 해당연도의 조위를 예측한 수치모의 결과를 보면, 대상해역의 수심과 태풍의 통 과 시간대 및 조시 등에 따라 다르게 나타났으며 태풍 의 이동경로에 따라 해일의 시간변화는 약간의 차이 가 있었다. 수치모의 한 태풍 중 제주도 연안해역에는 태풍 Maemi가 가장 높은 해일고를 나타냈으며 Janis 가 가장 낮은 해일고를 보였다(Fig. 6).

    해일고를 산정한 결과 최대 폭풍해일고를 보인 태 풍 Maemi는 제주항과 서귀포항에서 각각 77.89 cm 와 67.19 cm로 관측값 55.8 cm, 51.6 cm에 비해 약 20 cm와 약 15 cm 정도 크게 나타났으며 제주항이 서귀 포항에 비해 높은 해일고를 보였다(Table 6). 태풍 Maemi에 의한 해일고는 마산항을 비롯한 통영만 등 과 같이 내만이 길게 형성된 남해 연안에서 태풍 통과 시각이 고조시와 일치하여 더욱 높은 값을 보였으나 (Hur 등, 2006 : Kim 등, 2006) 제주도 연안역에서는 비교적 낮게 나타났다. 이것은 태풍의 진로와 지형적 인 영향도 있겠지만 태풍 Maemi가 제주도 연안을 통 과할 당시 조시가 저조시에 해당되어 비교적 낮은 폭 풍해일고가 나타난 것으로 보인다. 또한, 태풍 Thelma 는 제주항과 서귀포항 모두 관측치와 계산치의 시간 이 잘 일치하였으며 계산된 폭풍 해일고는 62.9 cm, 62.51 cm로서 관측치에 비해 약 12 cm와 약 8 cm 정 도 크게 나타났다.

    태풍 Rusa는 선정한 태풍 중 서귀포항에서 관측된 폭풍해일고가 최대인 89.6 cm의 조위편차를 보였다. 그러나 계산된 폭풍 해일고 값은 제주항이 59.5 cm, 서귀포항이 59.3 cm로 거의 같은 폭풍해일고 값을 나 타내고 있으며, 관측값에 비해 약 30 cm 정도의 차이 를 보이고 있지만 태풍 Rusa가 제주연안 통과 시 해일 고의 시간변화는 비교적 잘 일치하고 있다.

    태풍의 강도는 태풍의 진로상에 위치한 지형 및 수 심, 수온의 영향을 많이 받는다. 제주 주변의 수괴는 크게 제주도 동쪽으로 대마난류와, 서쪽으로 냉수인 황해저층냉수로 구분할 수 있다. 또한, 같은 위도에서 는 제주도 서쪽해역이 대마나류의 영향을 많이 받고 있는 동쪽해역에 비해 수온이 낮은 편이며(Korea Meteorological Administration, 2003) 비해 서쪽에 형 성되어 있는 황해저층냉수는 수심 변화에 따라 표저 층간의 수온차이가 심한해역이다. 따라서 수치모의한 태풍 중 제주도 서쪽을 통과한 Janis, Olga, Prapiroon 은 이러한 영향으로 인해 태풍이 제주연안 및 우리나 라에 접근하면서 강도가 떨어져 비교적 낮은 해일고 를 보인 하나의 원인으로 볼 수도 있다.

    이상의 태풍에 의한 해일고를 산정한 결과 Fig. 6과 같이 태풍 Olga를 제외한 나머지 태풍들은 제주항이 서귀포항 보다 5~10 cm정도 높은 해일고를 나타냈으며 해일고는 제주항, 서귀포항 모두 1 m를 넘지 않 았다. 태풍 Olga의 최대 해일고는 비교적 작은 제주항 에서 25.7 cm, 서귀포항에서 32.2 cm를 나타내고 있 으나 관측치와는 각각 약 6 cm와 16 cm의 차이를 보 이고 있으며, 최대 해일고는 제주항이 서귀포항보다 약 6 cm 적게 나타나고 있는 것은 태풍의 진로나 파랑, 해황, 성층, 조석 등에 대해서는 더욱 연구해야 할 과 제이다.

    태풍 통과시 해일고는 우리나라 남해안은 V자형 긴 만 형태 지형의 발달과 열도, 섬, 대륙사면의 폭과 경사 등의 지형적인 특성이 크게 작용하지만(Hur, 등, 2006; Kim 등, 2006) 제주도 주변해역은 비교적 단순 한 해안선과 수괴 분포에 의한 해황과 태풍의 특성(진 로, 바람, 강우 등) 등의 영향이 더 큰 것으로 보인다.

    4.결 론

    제주도 연안해역의 해수면 변화와 폭풍해일의 발 생 기구를 분석하고, 제주도 연안역에 큰 영향을 미친 태풍에 대해 POM모형을 이용하여 폭풍해일고를 산 정하였다. 조위관측자료(1964~2006)를 분석한 결과 제주항과 서귀포항의 해수면 변화는 연평균해면이 매 년 증가하여 제주항이 약 20 cm, 서귀포항이 약 10 cm 상승하였다. 제주항과 서귀포항의 폭풍해일고를 수치 모의 한 결과 폭풍해일고의 시간변화와 크기는 비교 적 잘 재현되었다. 폭풍해일고는 제주도 서쪽해역을 통과한 태풍이 동쪽을 통과한 태풍들에 비해 비교적 낮은 해일고를 보였다. 해일고는 제주항이 서귀포항 보다 높게 나타났으나 두 항에서 모두 1 m를 넘지 않 았다. 선정된 8개의 태풍 중 폭풍해일고는 Maemi가 제주항에서 77.89 cm로서 최대치 보였으며, 태풍 Janis가 서귀포항에서 가장 낮은 5.35 cm를 나타내었 다. 제주항이 서귀포항에 비해 해일고가 높게 나타난 것은 태풍의 진로, 지형 및 수심 등에 기인된 것으로 보인다. 제주항과 서귀포항 주변해역에 대해 수치모 의한 결과 제주도의 주변해역의 지형 및 수심, 수괴 그 리고 수치모의한 해일고 등을 고려해 볼 때 태풍으로 인한 제주도 연안해역은 지형적인 특성(만, 열도, 섬, 대륙사면의 폭과 경사 등) 보다는 태풍의 특성(바람 및 비)에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다.

    수치모의에서 사용한 상세역의 격자를 250 m로 하 여 계산하였으나 항만의 지형적인 효과를 재현하는 데는 한계가 있으므로 보다 정밀한 해일고의 산정과 예측을 위해서는 상세한 연안해역의 수심 및 지형 자 료와 파랑과 해황을 고려한 모의가 요구된다. 또한, 제 주도 연안역에 항만공사 및 연안구조물의 설계와 시 공 시 다양한 유형의 태풍 이동경로와 강도에 따른 해 일고를 산정하기 위한 DB구축도 필요하다.

    Figure

    JESI-23-459_F1.gif

    Map of the wide area(upper) and middle area(center part of lower) for the study area. Map of the detailed area for the Jeju harbour area(upper part of lower) and the Seoguipo harbour area(lower part of lower) with locations for selected points of storm surge heights(depths are in meters).

    JESI-23-459_F2.gif

    Atmospheric pressure field and wind field(wide grid) during the passage of typhoon, “RUSA”. The bar represents the strength of the wind.

    JESI-23-459_F3.gif

    Atmospheric pressure field and wind field(wide grid) during the passage of typhoon, “MAEMI” The bar represents the strength of the wind.

    JESI-23-459_F4.gif

    Comparison of the storm surge height between computed and observed value at Jeju harbour(a) and Seogwipo harbour(b) by the typhoon “RUSAI” on the grid of the detailed area in Figure 1.

    JESI-23-459_F5.gif

    Comparison of the storm surge height between computed and observed value at Jeju harbour(a) and Seogwipo harbour(b), and Jeju and Seogwipo harbour(c) by the typhoon “MAEMI” on the grid of the detailed area in Figure 1.

    JESI-23-459_F6.gif

    Comparison of max. height of storm surge at Jeju harbour and Seogwipo harbour.

    Table

    Influenced typhoons in Jeju Island(1987~2003)

    Grid system for the numerical model of the study area

    Average sea level and max. and minimum sea level of Jeju harbour (cm)

    Average sea level and max. and min. sea level of Seogwipo harbour(cm)

    Typhoon and simulation time used in the numerical simulation

    Comparison of the observed heights of storm surges and the calculated values of Jeju harbour and Seogwipo harbour

    Reference

    1. Blumberg A. F , Mellor G. L (1987) A description of a three-dimensional coastal ocean circulation model in Three-Dimensional Coastal Ocean Model , Costal and Estuarine Sciences, Vol.1-16;
    2. Jun K. C , Kang S. H , Lee D. Y , Park K. S (2001) Estimation of Sea Surface Pressure and Sea Wind for Storm Surge Prediction , Korean Journal of the Atmospheric Sciences, pp.532-535
    3. Hur D. S , Yeom G. S , Kim J. M , Kim D. S , Bae K. S (2006) Storm Surge Characteristics According to the Local Peculiarity in Gyeongnam Coast , Journal of the Korean Society of Ocean Engineers, Vol.20 (3) ; pp.45-53
    4. Kang S. W , Jun K. C , Park K. S , Bang G. H (2002) A Comparison of Typhoon Wind Models with Observed Winds , 'The Sea' Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol.7 (3) ; pp.100-107
    5. Kang S. W , Jun K. C , Park K. S , Bang G. H (2002) A Comparison of Typhoon Wind Models with Observed Winds , 'The Sea' Journal of the Korean Society of Oceanography, Vol.7 (3) ; pp.100-107
    6. Kang S. W , Jun K. C , Kim S. I , Han S. D (2003) Storm surge prediction in Masan Bay using fine-scaled surge model for typhoon “MAEMI” , The Korean Society of Oceanography, pp.76-77
    7. Kang S. W , Jun K. C , Park K. S , Lee D. Y (2003) Long-term Estimation of Storm Surge in the Korean Coast, Coastal Hazard 2003, Japan, G1-G8,
    8. Kawai H , Kim D. S , Kang Y. K , Tomita T , Hiraishi T (2005) Hindcasting of Storm Surge in Korea by Typhoon 0314 (Maemi), pp.446-453
    9. Kim H.S , Sung H.K , Han D.H , Lim H.H (2006) Storm Surge Caused by Typhoon in Kwangyang bay, Korean Social Science Research Council, Bexco, pp.2609-2615
    10. Korea Meteorological Administration (2003) Mitigation Engineering Development for Sea and Coastal Hazards, Korea Ocean Research & Development Institute, pp.188
    11. Ministry of Science and Technology (2000) Mitigation Engineering Development for Sea and Coastal Hazards, N2-02-01-A-02, pp.397
    12. Lee J. C (2005) Construction of Hinterland in Kwangyang Harbour, Korea Ocean Research Development Institute, Report, pp.372
    13. Moon S. R (2006) Numerical Simulations of Storm Surge/Coastal Flooding and Analysis of Extreme High Tide at Mokpo Coastal Zone , Ph. D. Dissertation, Mokpo National University,
    14. Moon S. R , Kang T. S , Nam S. Y , Hwang J (2007) A Study on Scenario to establish Coastal Inundation Prediction , Journal of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol.19 (5) ; pp.492-501
    15. Moon S. R , Park S. J , Kang J. W , Yoon J. T (2006) Numerical Simulation of Storm Surge/Coastal Flooding at Mokpo Coastal Zone by MIKE 21 Model , Journal of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol.18 (4) ; pp.348-359
    16. NEMA(National Emergency Management Agency) (2004) National Institute for Disaster Prevention(Simulation of Tide and storm Surges around the Kyung-nam Province by Typhoon Maemi), pp.1-60
    17. NEMA(National Emergency Management Agency) (2005) Disaster Yearbook, pp.356
    18. Youn Y. H , Kim C. K (1999) Analysis of the Characteristics of Storm Surges According to the Typhoon Path , Journal of the Korean Meteorological Society, Vol.35 (3) ; pp.344-353
    19. Yang S. K (2007) Disaster Prevention and Damage Situation of Jeju Island by Typhoon Nari Disaster , Prevention Research, Vol.9 (4) ; pp.51-71
    20. Yang S. K (2007) Hydrosphere Science of Earth , Gumiseogwan, pp.51-167