기후변화에 따른 동해 심층 해수의 물리적 특성 및 순환 변화 연구 : 현황과 전망 = Studies on Changes in the Hydrography and Circulation of the Deep East Sea (Japan Sea) in a Changing Climate: Status and Prospectus

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The East Sea, one of the regions where the most rapid warming is occurring, is known to have important implications for the response of the ocean to future climate changes because it not only reacts sensitively to climate change but also has a much shorter turnover time (hundreds of years) than the ocean (thousands of years). However, the processes underlying changes in seawater characteristics at the sea’s deep and abyssal layers, and meridional overturning circulation have recently been examined only after international cooperative observation programs for the entire sea allowed in-situ data in a necessary resolution and accuracy along with recent improvement in numerical modeling. In this review, previous studies on the physical characteristics of seawater at deeper parts of the East Sea, and meridional overturning circulation are summarized to identify any remaining issues. The seawater below a depth of several hundreds of meters in the East Sea has been identified as the Japan Sea Proper Water (East Sea Proper Water) due to its homogeneous physical properties of a water temperature below 1℃ and practical salinity values ranging from 34.0 to 34.1. However, vertically high-resolution salinity and dissolved oxygen observations since the 1990s enabled us to separate the water into at least three different water masses (central water, CW; deep water, DW; bottom water, BW). Recent studies have shown that the physical characteristics and boundaries between the three water masses are not constant over time, but have significantly varied over the last few decades in association with time-varying water formation processes, such as convection processes (deep slope convection and open-ocean deep convection) that are linked to the re-circulation of the Tsushima Warm Current, ocean-atmosphere heat and freshwater exchanges, and sea-ice formation in the northern part of the East Sea. The CW, DW, and BW were found to be transported horizontally from the Japan Basin to the Ulleung Basin, from the Ulleung Basin to the Yamato Basin, and from the Yamato Basin to the Japan Basin, respectively, rotating counterclockwise with a shallow depth on the right of its path (consistent with the bottom topographic control of fluid in a rotating Earth). This horizontal deep circulation is a part of the sea’s meridional overturning circulation that has undergone changes in the path and intensity. Yet, the linkages between upper and deeper circulation and between the horizontal and meridional overturning circulation are not well understood. Through this review, the remaining issues to be addressed in the future were identified. These issues included a connection between the changing properties of CW, DW, and BW, and their horizontal and overturning circulations; the linkage of deep and abyssal circulations to the upper circulation, including upper water transport from and into the Western Pacific Ocean; and processes underlying the temporal variability in the path and intensity of CW, DW, and BW.

국문 초록 (Abstract)

동해는 전 세계적으로 가장 빠른 수준의 온난화를 경험하는 해역 중 하나로서, 기후변화에 민감하게 반응할 뿐 아니라 대양에 비해 월등히 짧은 순환 주기를 가지고 있기 때문에 미래의 대양 환경 변화에도 중요한 시사점을 주는 것으로 알려져 있다. 그러나 동해 심층 해수의 특성과 순환의 변화 과정에 대한 연구는 동해 전역의 심층을 정밀하게 조사하기 위한 국제협력 프로그램이 자리잡고, 측정 장비의 분해능을 포함하는 관측기술과 수치모델 모의 능력이 크게 향상된 최근(1990년대 이후)에서야 본격화되고 있다. 여기서는 동해 심층 해수의 물리적 특성과 순환의 변화 과정에 대한 그간의 연구 결과를 요약하고, 향후 남은 과제를 제시하고자 한다. 동해는 내부에서 자체적으로 심층 해수가 생성되며 대양과 분리된 독특한 심층 순환 구조를 가진다. 동해의 수백 m 수심 아래에는 수온이 낮고(<1℃) 염분이 거의 일정(34.0-34.1)한 해수가 분포하기 때문에 오랜 기간 이 해수를 일본해고유수(동해고유수)로 명명된 단일 해수로 여겨 왔다. 그러나 1990년대 이후 정밀한 관측이 이루어지며, 동해 심층을 채우고 있는 해수가 적어도 3개의 서로 다른 물리적 특성을 가진 해수(중앙수, 심층수, 저층수)로 구성됨이 밝혀졌다. 이들 3개 해수의 물리적 특성과 해수 사이의 경계 수심은 항상 일정한 것이 아니라, 지난 수십 년 동안 유의한 수준의 변화를 겪어왔다. 동해 북부 해역의 대마난류 재순환, 해양-대기 열과 담수의 교환량, 해빙 형성에 영향을 받는 대류(심층사면대류 및 심층외양대류) 과정에 따라 심층 해수 생성에 뚜렷한 차이가 발생했기 때문이다. 생성된 심층 해수는 수심이 얕은 곳을 오른쪽에 두고 일본 분지에서부터 반시계 방향으로 울릉 분지, 야마토 분지를 차례로 거쳐 다시 일본 분지로 수송되며, 이 수평적인 심층 순환도 변화를 겪어 왔다. 수평적인 심층 순환은 동시에 남북 및 연직 방향의 순환(자오면 순환) 경로와 강도의 변화를 동반한다. 동해는 수천 년 규모의 순환 주기를 가지는 대양에 비해 훨씬 짧은 수백 년 혹은 그 이내의 순환 시간 규모를 가지기 때문에 동해 심층 해수의 물리적 특성과 자오면 순환의 급격한 변화를 더 뚜렷하게 볼 수 있을 것으로 기대 가능하다. 심층 및 자오면 순환 사이의 연계성, 대양과 동해의 유출입 해수 수송을 포함하는 동해 상층 순환과 심층 순환 사이의 연계성은 아직까지 잘 밝혀지지 않았다. 동해 심층 해수 수송의 경로와 강도를 지배하는 다양한 과정들에 대한 후속 연구들이 요구된다.