부경대학교  1999 년도 학위논문

동해 전선 및 와동류의 음파전달
Sound Propagation in the Front and Eddy in the East Sea

김병호

부경대학교 산업대학원 해양개발학과

1999 공학석사 학위논문

   겨울철 동해 연안에 형성된 와동류 및 극전선의 구조를 분석하기 위하여 1994년 11월과 1995년 2월에 탐양호에서 CTD와 ADCP를 이용하여 수온, 염분, 밀도 및 음속과, 유속 자료를 수집하였고, 수집된 자료를 분석한 후 와동류 및 전선이 음파전달에 미치는 영향을 알아보기 위하여 RAM 음향모델을 사용하여 전달손실을 계산하였다. 1994년 11월에 극전선은 북위 37도 부근인 울릉도 이남에 형성되었고, 와동류는 강릉 북동방에 직경 약 150km의 크기로 형성되어 있었다. 관측 당시에 동해 연안을 따라 북상하는 동한난류가 동쪽으로 돌아나가면서 원형의 와동류를 거의 완성하는 단계였는데 이 난류의 축에는 표층수온 18℃이상, 염분 33.5‰ 이상의 고온 ·고염수가 있었고 최대음속은 약 1,520m/sec 였다. 이 와동류는 약 400m 수심까지 그 구조를 가지고 있었고 수심 100~170m 사이에는 수온 7~8℃의 중층균질수가 있었고 초겨울의 깊어지는 혼합층 아래 40~100m 사이에는 강한 수온약층과 염분약층이 형성되었다. 1995년 2월에는 와동류의 남쪽에 형성된 전선의 사행운동과 속초 동쪽에 직경 약 80km인 소규모 와동류가 관측되었다. 전선은 표층에서 10℃ 등온선과 직경 약 80km인 소규모 와동류가 관측되었다. 전선은 표층에서 10℃ 등온선과 33.4‰ 등염분선을 따라 형성되어 있었고 와동류의 형태는 상층부에서는 구분하기 어려우나 100~150m 수심에서 가장 뚜렷하게 나타났다. 전선 및 와동류 부근에서의 음속구조를 분석한 결과 상층부(500m 이내) 에서는 수온의 영향을 강하게 받아 수온구조와 유사한 구조를 나타내고 있으며, 하층부(500m 이하)에서는 수온이 거의 일정하게 됨에 따라 수압의 영향을 주로 받아 일정하게 증가하는 양상을 나타내고 있어 본 논문에서는 500m 이심의 상층부를 중점 분석하였다. RAM 모델을 이용한 음파전달 특성을 분석한 결과 첫째, 와동류와 수온전선이 전달손실 분포에 미치는 영향은 표층 부분에서 심하게 나타났다. 둘째, 와동류는 음원의 수심에 따라 음파 에너지를 집적시키거나 분산시키는 역할을 하였다. 이는 음파가 전달되는 도중 그 에너지 자체가 변하기보다는 굴절로 인해 음파의 위상이 바뀌고 상호 간섭이 일어나기 때문이다. 마지막으로, 음원이 와동류의 내부에 있을 때보다 외부에 있을 때 거리-독립적 환경에 비해서 위상이나 진폭의 변화가 크게 나타났다. 본 연구에서 관측된 와동류(난수성 소용돌이)의 내부에는 등온층이, 그리고 주위에는 강한 수온전선이 형성되어 음파전달에 이상을 주기 때문에 와동류의 위치 및 움직임을 신속히 파악하고 예측하는 것은 잠수함전과 대잠전에 매우 중요하다. 따라서 와동류의 위치 및 움직임을 신속히 파악하고 예측할 수 있는 연구와 병행하여 와동류 및 전선 부근의 음파전달 특성에 관한 연구가 계속 되어져야 한다.

   Distribution of sound velocity was analysed and transmission loss was computed using the CTD data observed in the region of eddy and meandering front off the east coast of Korea in November 1994 and February 1995. The polar front was located south of Ulleungdo and a warm eddy of about 150km in diameter was formed northeast of Kangnung in November 1994. A warm streamer of the East Korea Warm Current of greater than 18℃ in temperature and 33.5‰ in salinity was about to finish a circular eddy with maximum sound velocity of about 1,520m/sec. This eddy had strong thermocline and halocline in 40~100m depth below a mixed layer and there was a homogeneous layer of 7~8℃ in 100~170m depth. The structure of the eddy extended down to 400m in vertical. An eddy of about 80km in diameter was also found to the south of meandering front in February 1995. The sound velocity had similar structure to the temperature in the region of eddy and front in the upper layer to 500m depth, below which it increased by the pressure effect. The effects of the meso-scale eddy and front on sound propagation are more significant near the surface. Eddy plays a role in focusing or scattering acoustic energy, of which degree being dependent on the sound source depth. This is mainly due to the refraction of acoustic rays which causes phase difference and (constructive of destructive) interference. The influence of eddy or front on the variation of phase and amplitude are more significant when a sound source is located outside the eddy rather than inside.