조위의 확률밀도함수 변화에 따른 평균 및 표준편차 분석

조홍연(Cho, Hong-Yeon),정신택(Jeong, Shin-Taek),이길하(Lee, Khil-Ha),김태헌(Kim, Tae-Heon) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.4

해안 구조물의 신뢰성 설계과정에서 조위자료를 정규분포로 가정하여 설계를 수행하는 경우가 빈번하다. 그러나 조위 자료는 쌍봉형 정규 분포 형태를 따르기 때문에 설계과정에서 등가 정규분포 개념에 근거하여 등가평균 및 등가표준편차를 추정하게 되며, 이 과정에서 정규분포를 가정한 경우의 추정 평균 및 표준편차와는 다른 추정오차가 발생하게 된다. 본 연구에서는 쌍봉형 정규분포 형태를 따르는 조위에 대하여 등가평균 및 등가표준편차를 추정하고, 정규분포를 가정하여 추정한 평균과 표준편차와 비교하였다 그 결과, 등가 매개변수 추정오차는 조위조건과 조위의 크기에 따라 크게 변하고 있는 것으로 파악되었다. 인천의 경우, ±400cm 조건에서 등가평균 및 등 가표준편차 추정편차는 각각 100 cm 이상, 80~100 cm 정도로 파악되었으며, 조석이 약한 포항에서는 ±60cm 조건에서 모두 2~4 cm 정도의 작은 추정 편차를 보이고 있는 것으로 파악되었다. In the process of the probabilistic-based design on the coastal structures, the probability density function (pdf) of tidal elevation data is assumed as the normal distribution function. The pdf shape of tidal elevation data, however, is better-fitted to the double-peak normal distribution function and the equivalent mean and standard deviation (SD) estimation process based on the equivalent normal distribution is required. The equivalent mean and SD (equivalent parameters) are different with the mean and SD (normal parameters) estimated in the condition that the pdf of tidal elevation is normal distribution. In this study, the difference, i.e., estimation error, between equivalent parameters and normal parameters is compared and analysed. The difference is increased as the tidal elevation and its range are increased. The mean and SD differences in the condition of the tidal elevation is ±400cm are above 100 cm and about 80~100 cm, respectively, in Incheon station. Whereas, the mean and SD differences in the condition of the tidal elevation is ±60cm are very small values in the range of 2~4 cm, in Pohang station.

황해중부부이에서 관측된 기온 및 표층수온의 변화양상 분석

조홍연(Cho, Hong-Yeon),정진용(Jeong, Jin-Yong),심재설(Shim, Jae-Seol),김선정(Kim, Seon-Jeong) 한국해안해양공학회 2010 한국해안해양공학회 논문집 Vol.22 No.5

황해중부해역에 설치된 황해 모니터링 부이에서 관측한 기온과 표층수온의 변동성분을 추출하기 위하여 조화분석을 수행하였다. 분석결과, 기온과 표층 수온 모두 1년, 반년 주기성분이 가장 우세한 것으로 파악되었으며, 보다 짧은 주기성분은 0.2~0.5?C 이하의 작은 변동성분에만 기여하는 것으로 파악되었다. 한편, 기온과 표층수온의 조화분석 성분에서 추출한 잔차성분을 분석한 결과, 기온 잔차성분의 표준편차는 표층 수온 잔차성분의 표준편차보다 2.4배 정도 크고, 잔차성분의 발생빈도분포는 정규분포로 근사화하는 것이 가능한 것으로 파악되었다. 한편, 기온에 따른 표층수온 변화양상을 기온-표층수온 평면에서 분석한 결과 뚜렷한 연속적인 이력고리(hysteresis loop)를 형성하는 것이 발견되었으며, 반시계방향의 기온-표층수온 상승기, 기온-표층수온 하강기 그리고 동계 일정한 표층수온 유지기로 구성되어 있는 것으로 파악되었다. Harmonic analyses are carried out in order to obtain the major frequency components of the air temperature (AT) and surface water temperature (SWT) data monitored in the Middle Area of the Yellow Sea (Yellow Sea monitoring buoy). The analysis shows the annual and semi-annual components are predominant and the higher frequency components are relatively weak with contribution to the short fluctuations, i.e. below 0.2~0.5?C, in the AT and SWT. The standard deviation of the AT residual is 2.4 times larger than that of the SWT residual and the occurrence frequency distributions of the AT and SWT residual components are both closely fitted to a normal-distribution function. The variation pattern on the AT-SWT plane forms the clear continuous hysteresis loop in anti-clockwise direction which is composed of the AT-SWT rising period, AT-SWT falling period, and the constant SWT period in winter season.

파랑환경 자료의 통계적인 특성 분석

조홍연 (Hongyeon Cho),정원무(Weonmu Jeong),백원대(Wondae Baek),김상익(Sankik Kim) 대한조선학회 2012 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2012 No.5

관측간격에 따른 COD 오염부하 추정오차 분석

조홍연(Cho, Hong-Yeon),조범준(Cho, Beom-Jun),김영호(Kim, Young-Ho) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.3

낙동강 하구둑 지점의 1일 수량 및 COD 농도 관측자료를 이용하여 산정한 오염부하량을 기준(기준 오염부하량)으로 하여 관측간격에 따른 월별 및 연별 COD 추정 오염부하 변화와 수량 및 수질변화를 분석하였다. 수량 및 수질 변화비율을 이용한 영향인자 분석결과, 오염부하 양상은 흐름 강주도형(오염부하 추정에 흐름의 영향이 매우 큰 경우)으로 파악되었다. 또한, 관측간격 변화에 따른 추정 오염부하를 분석한 결과, 평균은 관측간격에 따라 큰 차이를 보이고 있지는 않으나, 표준편차가 관측일수가 증가함에 따라 뚜렷한 증가양상을 보인다. 월평균 수량 및 수질자료를 이용하여 추정한 오염부하량은 평균적으로 100% 정도, 특히 하계에는 300~400% 정도의 추정오차가 발생할 수 있는 것으로 파악되었다. 따라서, 월평균 자료를 이용한 오염부하 추정은 신뢰수준이 매우 낮기 때문에 적어도 10~20일 이내의 관측간격 자료를 이용하여 추정하는 것이 권장되며, 하계의 수량은 1일 간격이 필수적이며, 수질농도는 5~7일 정도의 관측간격이 요구된다. The change patterns of the water quanity, water quality(WQ, exclusively COD in this study) and monthly / annual pollutant loads(PL) estimated using the daily effluent discharges and WQ measurement data are analyzed in the Nakdong river estuarine seadike. The contribution factor defined by the ratio of the water quantity range and WQ range shows that the PL pattern in this estuary is classified as the strongly flow(water quantity)-dominated situation. The estimated PL(EPL)s with respect to the increasing sampling periods, e.g., 2-days, 5-days, 7-days, and so on, show that the mean values of the EPLs remain nearly same, whereas the standard deviations of the EPLs have an obvious increasing trend. The PL values using the monthly-averaged water quantity and WQ measurement data could have approximately 100% estimation error in annual mean and 300~400% estimation errors in summer season because its confidence level is relatively low. It is recommended that the PL should be estimated using at least 10~20 day interval data sets and also the water quantity(river discharges) and WQ should be measured at the intervals of at least 1 day interval and 5 to 7 days, respectively in summer.

연속적인 해양환경 모니터링 자료의 전처리 기법

조홍연(Hongyeon Cho),오지희(Jihee Oh) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

파랑환경 자료의 통계적인 특성 분석

조홍연(Hongyeon Cho),정원무(Weonmu Jeong),백원대(Wondae Baek),김상익(Sankik Kim) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

연안해역 기온과 수온의 상관관계 및 이력현상 분석

조홍연(Cho, Hong-Yeon),이길하(Lee, Khil-Ha),조경준(Cho, Kyung-Jun),김준성(Kim, Jun-Sung) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.3

전지구적으로 지구 온난화 문제가 대두되고 있는 현 상황에서, 기온변화에 수반되는 수온변화 반응을 파악하기 위하여 해양수산부에서 제공하는 마산만 연안해역의 기온 및 수온 관측자료를 이용하여 기온과 수온의 관계를 분석하였다. 수온과 기온의 무차원 자기상관함수와 교차상관함수 변화를 분석한 결과, 지체시간 10일 이내에서는 상관계수가 0.9 이상으로 매우 크게 나타났으며, 지점별로 수온의 상관계수보다 기온의 상관계수가 크게 나타나는 것으로 파악되었다. 마산만 기온 및 수온자료를 수온상승기, 수온하강기로 구분하여 분석한 결과, 수온상승기에는 MA1 지점, MA2 지점의 기울기가 각각 0.829, 0.774로 나타났으며, 수온하강기에는 MA1 지점, MA2 지점의 기울기가 각각 1.385, 1.444로 기온상승기에 비하여 기온하강기의 기울기가 약 1.75배 정도 크게 나타나고 있으며, 명확한 이력현상으로 파악되었다. 따라서, 마산만 연안해역의 기온-수온 상관관계를 보다 정확하게 결정하기 위해서는 기온-수온의 계절적인 이력현상을 포함하여야 하며, 이 경우 기온을 이용한 수온 추정결과의 정확도가 향상되는 것으로 파악되었다. In response to anthropogenic global warming due to a buildup greenhouse gas, the effect of the air temperature on water temperature has been noticed and some efforts have been made to build an air/water temperature relationship at the Masan Bay area by the Ministry of Maritime Affairs & Fisheries (MOMAF). As a result of analyzing the auto- and cross-correlation coefficient between air/water temperature, high correlation ~0.9) is shown and the correlation coefficient of air temperature is higher than that of water temperature at the lag time less than approximately 10 days. Separate functions are fitted to the air/water relationship at the Masan Bay to take hysteresis into account. The slopes of the straight line for the rising limb are 0.829 and 0.774 for MA1 and MA2 station respectively, while 1.385 and 1.444 (∼1.75 times larger) for the falling limb. Consequently, the seasonal hysteresis should be considered in order to determine an air/water relationship and accurately estimate the water temperature using the air temperature at Masan Bay.

연안 파랑 관측기간과 모수추정 오차 관계분석

조홍연(Cho, Hongyeon),정원무(Jeong, Weon-Mu),전기천(Jun, Ki Cheon) 한국해안해양공학회 2013 한국해안해양공학회 논문집 Vol.25 No.1

본 연구에서는 연안의 파후 자료를 이용하여 파랑 관측기간에 따른 오차범위의 정량적인 분석과 변화양상 분석을 수행하였다. 표본 관측기간은 1개월부터 6년까지 Bootstrap 기법을 이용하여 무작위로 추출하였다. 분석 결과, 전체적으로 관측기간이 1년보다 작은 경우에는 관측기간이 증가할수록 오차범위는 급격한 감소양상을 보이고 있으며, 관측기간이 1년 이상인 경우에는 관측기간의 증가에 따른 오차범위 감소 정도는 매우 완만한 것으로 파악 되었다. 절대적인 추정오차를 기준 파고 1 m 조건에서 10% 정도(±0.1m)로 가정하는 경우, 추정오차를 달성할 수 있는 최소 관측 기간은 거제 홍도 및 속초 지점은 2년 이상 자료로 이 조건을 만족하지만, 안마도 지점은 3년 이상의 관측 자료를 이용해야 이 조건을 만족하는 것으로 파악되었다. 한편 파고 백분위수는 값이 증가할수록 신뢰구간은 급격한 증가 양상을 보이는 반면, 주기 백분위수는 꼬리영역(2.5- & 97.5-백분위수 영역)을 제외하고는 0.5초 이내로 비교적 일정한 정도를 유지하고 있는 것으로 파악되었다. 항만가동률 평가에서 필요한 유의파고의 97.5-백분위수에 대한 정량적인 분석결과, 오차범위는 속초 0.75 m, 거제-홍도 0.5 m, 안마도 1.2 m 정도로 파악되었다. In this study, the quantitative analysis and pattern analysis of the error bounds with respect to recording period were carried out using the wave climate data from coastal areas. Arbitrary recording periods were randomly sampled from one month to six years using the bootstrap method. Based on the analysis, for recording periods less than one year, it was found that the error bounds decreased rapidly as the recording period increased. Meanwhile, the error bounds were found to decrease more slowly for recording periods longer than one year. Assuming the absolute estimate error to be around 10% (±0.1m) for an one meter significant wave height condition, the minimum recording period for reaching the estimate error for Sokcho and Geoje-Hongdo stations satisfied this condition with over two years of data, while Anmado station was found to satisfy this condition when using observational data of over three years. The confidence intervals of the significant wave height clearly show an increasing pattern when the percentile value of the wave height increases. Whereas, the confidence intervals of the mean wave period are nearly constant, at around 0.5 seconds except for the tail regions, i.e., 2.5- and 97.5-percentile values. The error bounds for 97.5-percentile values of the wave height necessary for harbor tranquility analysis were found to be 0.75 m, 0.5 m, and 1.2 m in Sokcho, Geoje-Hongdo, and Anmado, respectively.

한반도 연안 조위자료의 결측 양상

조홍연(Cho, Hong-Yeon),고동휘(Ko, Dong-Hui),정신택(Jeong, Shin-Taek) 한국해안해양공학회 2011 한국해안해양공학회 논문집 Vol.23 No.6

우리나라 연안 조위자료의 결측양상을 분석 제시하였다. 결측구간은 결측정보지시행렬을 이용하여 전체적인 결측양상을 파악할 수 있도록 도시하였으며, 시간적 공간적인 결측비율도 분석하여 제시하였다. 전반적으로 조위의 결측비율은 낮은 수준이나, 결측이 특정 조위관측소에 집중되는 경향을 보이고 있다. 또한 연속적인 결측자료 발생간격에 대한 자기상관함수를 분석한 결과, 조위자료의 결측은 무작위적으로 발생하고 있는 것으로는 파악되었다. The missing data patterns of tidal elevation data in Korean coasts are analysed and provided. The missing interval of the data is displayed for all stations using the missing data indicator matrix in order to identify the overall missing pattern. The spatial and temporal missing rates are also estimated. The total missing rate of tidal elevation data is low. However, most of the missing is mainly derived from just 1 or 2 specific stations. The autocorrelation function of the consecutive missing interval data also shows that the missing interval occurs randomly.

속초 연안의 파랑환경 변화양상 분석

조홍연(Cho, Hong-Yeon),정원무(Jeong, Weon-Mu),백원대(Baek, Won-Dae),김상익(Kim, Sang-Ik) 한국해안해양공학회 2012 한국해안해양공학회 논문집 Vol.24 No.2

속초 연안에서 관측한 장기간의 파랑자료를 이용하여 다양한 파랑환경 특성을 분석하였다. 파랑환경 분석 결과 발견된 대표적인 특성은 다음과 같다. 파고 및 주기의 평균에 대한 변동계수는 각각 0.11, 0.02 정도로 주기 평균의 변동계수가 매우 낮은 것으로 파악되었다. 또한 변동주기 성분분석결과 1년 주기성분이 우세하였으며, 변동 범위는 0.24 m, 주기는 0.56초로 파악되었다. 계절 변동범위도 연간 변동범위보다 약 2배 정도 크다. 한편 파고 및 주기자료의 확률밀도함수를 추정한 결과, 단주기파의 파고 및 주기는 대수정규분포와 GEV 분포함수와 유사하며, 장 주기파의 경우, 파고는 대수정규분포, 주기는 GEV 분포함수와 유사하지만, KS 검정결과는 모두 기각으로 판정되었다. 파고 및 주기자료는 AR(3) 모형으로 추정된다. 파랑 강도를 분석한 결과는 연속 지속시간의 평균 및 최대지 속시간은 파고의 멱함수(power function) 함수로 감소하였으며, 전체 지속시간은 지수함수 형태로 감소하는 양상을 보였다. 또한 속초연안 환경은 전형적인 파랑 우세환경으로 파악되었다. Exploratory data analysis was carried out by using the long-term wave climate data in Sokcho coastal zone. The main features found in this study are as follows. The coefficient of variations on the wave height and period are about 0.11 and 0.02, respectively. It also shows that the annual components of the wave height and period are dominant and their amplitudes are 0.24 m and 0.56 seconds, respectively. The amount of intra-annual variation range is about two times greater than that of the inter-annual variation range. The distribution shapes of the wave data are very similar to the log-normal and GEV(generalized extreme value) functions. However, the goodness-of-fit tests based on the KS test show as "rejected" for all suggested density functions. Then, the structure of the timeseries wave height data is roughly estimated as AR(3) model. Based on the wave duration results, it is clearly shown that the continuous and maximum duration is decreased as a power function shape and the total duration is exponentially decreased. Meanwhile, the environment of the Sokcho coastal zone is classified as a wave-dominated environment.