1. 서 론

제주해협은 대한민국의 제주도와 남해 연안사이에 위치한 해역으로, 동중국해와 대한해협을 연결하는 주요 해양 통로 중 하나이다(Fig. 1). 이 해역은 다양한 군소섬의 존재와 복잡한 해안선으로 인하여 해양 동역학적으로 매우 복잡한 특성을 가지며 조류가 강하게 나타나며 동서방향의 해류가 지배적인 특징을 보인다. 조석은 반일주조(M2)가 우세한 혼합 조석 형태를 띠며, 조차는 약 1–3 m, 조류 속도는 최대 2.0 m/s 이상까지 기록되는 것으로 알려져 있다(차와 문 2020; Song et al. 2022). 지형적으로 제주해협은 평균 수심 80–120 m의 해역으로, 해저에는 완만한 경사를 따라 능선과 골짜기가 혼재되어 있어 조류 흐름에 국지적인 전단 흐름(Shear current)와 회전류(Eddy current)를 유발하기도 한다(Shin et al. 2022). 계절적으로는 황해 저층(냉)수, 제주 난류(Jeju warm current), 남해 연안수 등이 혼합되어 해수 성층 및 유속 구조에 영향을 미친다(Lee et al. 2023). 특히 제주해협을 지나는 해류는 연중 지속적인 동향류가 형성되지만, 성층이 강해지는 여름철에는 바람에 대한 해류의 민감도가 커져 편서풍의 영향이 두드러지며, 그 결과 겨울보다 평균 해류 제기가 더 강해지는 경향을 보인다(Shin et al. 2025). 또한, 제주해협은 북서계절풍과 태풍등의 기상 변화에 민감하게 반응하며, 강한 바람이나 대기압 변화시에는 단기적인 해류변화와 비정상 조류가 발생하기도 한다(강 2003). 이러한 해양 환경의 복잡성으로 인해 제주해협은 수색구조, 조류 발전, 항로 설계, 해양오염 예측 등 다양한 해양 응용 분야에서 중요한 연구 대상이 되고 있으며, 특히 광역해의 정확도 높은 조류도 제시는 이 지역에서 실용적 가치가 매우 높은 연구 주제 중 하나로 간주된다.

Fig. 1.

Study area in the Jeju Strait. Bathymetry of the Jeju Strait and locations of the TRBM stations (black dot), KHOA Buoy (black sqare) and Tidal stations (black circle); most of the region has shallow depths between 0 and 140 m

조류(Tidal Current)는 지구, 달, 태양 간의 중력 상호작용으로 인해 발생하는 주기적인 해수의 흐름이다. 해양에서는 지형, 수심, 해안선 구조 등 다양한 요인의 영향을 받아 조류의 형태가 달라지며, 크게 정상파(Standing wave)와 진행파(Progressive wave)로 구분할 수 있다. 정상파는 흐름이 일정한 위치에서 왕복하는 형태로 주로 연안이나 반폐쇄성 해역에서 주로 나타나며(Wisha et al. 2019), 조위의 극값(만조 및 간조)에서 유속이 0에 가까운 정조(slack water)가 발생하고, 최대 유속은 조위 변화율이 가장 큰 시점(즉, 만조-간조의 중간)에서 나타난다. 이 경우 조류의 흐름은 대칭적이고 왕복 운동의 특성을 가지며, 조위와 유속 사이의 위상차는 약 90° (π/2 rad)로 유지된다(Pugh 2006). 반면, 진행파는 개방 해역이나 깊은 수역 등 조석파가 자유롭게 전파될 수 있는 조건에서 주로 형성된다. 이 시스템에서는 조위와 유속이 거의 동기화되어 조위 극값 시점과 유속 최대 시점이 거의 일치하며 조위-유속 위상차는 0°에 가까운 값을 보인다(Ward et al. 2018). 따라서 조류의 흐름은 비대칭적인 곡선 형태를 가지며 흐름의 방향성과 에너지 전달이 명확한 특징을 나타낸다(Foreman 1978). 특히 얕은 수심과 큰 조차가 결합된 해역에서는 마찰 영향이 커져 저조 시간대에서 유속이 급격히 약화되는 비대칭성이 더욱 강조된다(강과 조 2021).

조류 예측에서 모델의 외부 경계는 일반적으로 외양(open ocean)을 기준으로 설정하는 것이 표준이다(Le Provost et al. 1998). 이는 대규모 조석파가 생성･전파되는 외양에서의 조화성분(주기별 진폭 및 위상)이 전지구적 혹은 지역적 조석모델(FES, TPXO 등)을 통해 산정되며, 이를 기반으로 연안 및 해협 모델에 경계조건으로 부여한다. 하지만 연안 수역이 복잡하게 발달된 우리나라와 같은 지형에서는 조석 모델 내에서 내부 경계 또는 연안 경계 조건을 따로 설정해야하는 경우가 발생한다(김 등 2022). 따라서 조석 예측 모델은 전반적으로 외양 기반 진행파 특성을 바탕으로 한 글로벌 경계조건과, 연안 기반 정상파 특성을 반영한 내부 경계조건이 혼재된 구조를 갖는다. 이는 한국과 같이 복잡한 연안과 좁은 해협이 공존하는 해역에서 조류 산정의 정밀도 향상을 위해 반드시 고려되어야 하는 요소이다. 대표적인 사례로, 2014년에 발생한 세월호 침몰 사고 해역은 조류가 강한 개방된 수로의 진행파의 특성을 가졌다(김 등 2025). 사고 당시 조류 예측은 창조와 낙조시에 최강 조류가 발생하는 일반 진행파 특성에 기반하여 일반화된 조석 예측을 활용하여 수행되었으나 실제 조류 관측 결과 창조,낙조 발생 시기와 최강 조류 발생 시기에 차이가 난다는 것이 확인되었다(박 등 2015). 따라서 조류 예측의 정밀도 향상을 위해서는 지역별 조류 구조의 광범위한 공간적 특성까지 고려한 예측 체계의 구축이 필수적이다. 이를 위해 국립해양 조사원의 조류 예측정보나 조위 관측소, ADCP와 같은 해류 관측 장비를 통한 조류 분석을 수행하고 있으나 다음과 같은 문제점으로 인해 한계가 있다: (1) 연안 지역에는 어업 및 양식장으로 인하여 고정형 관측 장비(부이, ADCP 등)의 설치가 어렵고 관측망이 희소하며 (2) 단일 정점 관측이기 때문에 넓은 지역을 대표하기에는 무리가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위한 방안으로 고주파 해양 레이더(High-Frequency (HF) radar, 이하 고주파 레이더)가 주목받고 있다(Chapman and Graber 1997; Lipa et al. 2008; Zhao et al. 2018; Mandal et al. 2018; Manso-Narvarte et al. 2020; Chen et al. 2021). 고주파 레이더는 전파 산란 원리를 활용하여 광범위한 해역의 표층 유속을 시간 단위로 관측할 수 있는 장비로, 해안 기반 스테이션만으로도 수십 km 해상까지의 표층 해조류 관측이 가능하다. 또한 높은 시간적 해상도(보통 1시간 간격)를 제공하여 실시간 모니터링 및 예측에 효과적이다(Dumas et al. 2025). 기존의 연구들은 고주파 레이더를 활용한 조류 관측 및 분석 가능성을 제시하였다. Chen et al. (2021)은 대만해협 해역에서 고주파 레이더 표층 유속자료를 수집하고 조화 분석을 통해 주요 조석 분조를 분리 및 시각화함으로써, 조류의 공간분포와 변동 특성을 평가하였다. 이를 통해 대만 해협에서는 M2가 가장 강력한 조석 성분이나 S2 및 K1도 중요한 성분으로 판단되며 계절적 차이를 보이는 것을 발견하였다. Dumas et al. (2025)은 서유럽 최고의 조류 발생 지역인 Alderney Race에서 고주파 레이더를 활용한 해류 관측을 수행하였다. 이론적으로 고주파 레이더의 기존관측 방식을 발전시켜 Hybrid BF/DF 방식을 개발하였으며 매우 강한 조류지역에서 정확도, 관측 범위, 해상도를 모두 개선하였다. Mandal et al. (2018)는 북서 뱅골만에서 2010년도 5 Mhz 고주파 레이더 해류 자료의 품질 관리 절차(QC)를 거친 후 인근 해안에 위치한 조위계의 조석 관측데이터와 ADCP의 해류 자료 데이터와의 비교 분석을 수행하였다. 비교 결과 ADCP 자료와 동서 방향(U)성분에서 0.90, 남북 방향(V)성분에서 0.69의 높은 상관관계를 보였으며 조화분석을 통해서 뱅골만 내에서 M2분조의 반일주조 성분이 우세하게 존재하는 것과 지역 내의 강한 반일주조 내부 조석의 존재를 밝혀내었다. 이는 고주파 레이더 자료가 표층해류에서 조석 변동성을 성공적으로 추출하고 분석함으로써, 지역의 복잡한 해양순환 및 조석 역학을 이해하는데 중요한 기여를 하였다. 본 연구는 고주파 레이더를 활용하여 제주해협의 표층 해류 및 조류를 분석하고, 해당 조류의 공간적 특성을 정상파와 진행파의 관점에서 평가하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 조화분석을 통해 조류 성분을 추출하고, 공간적 위상차를 분석하여 조류의 파형 유형을 분류한다. 이후, 수집된 고주파 레이더 기반 조류 분석 결과를 TRBM (Trawl-Resistant Bottom Mounts)에 부착된 ADCP의 해류 관측자료와 비교하여 공간 정확도를 평가한 후, 제주해협에 대한 조류의 정상파와 진행파의 영역을 산정하였다.

2. 자료 및 방법

자료

고주파 레이더(High Frequency Radar, HF radar)는 3–30 MHz의 전자기파를 활용하여 해수면의 표층 해류를 실시간으로 관측할 수 있는 원격센서 장비이다. 고주파 레이더는 해안에 설치된 송신 안테나에서 바다를 향해 특정 주파수의 전파를 발사하고, 해수면에 존재하는 바람에 의해 생성된 브래그 산란파(Bragg Scattering)를 통해 반사된 신호를 수신함으로써 해류 정보를 추정한다. 이때 산란 조건은 전파의 파장과 해수면의 파장 간의 공명 현상에 의해 성립되며, 도플러 이동(Doppler shift)을 분석하여 표층 해류 속도 및 방향을 계산할 수 있다(Zhao et al. 2018). 고주파 레이더가 관측하는 해류는 보통 수면 하 1–2 m의 표층 흐름을 대표하며, 일반적으로 시간 해상도는 1시간, 공간해상도는 약 3 km로 45–120 km의 넓은 해역에 걸친 해류장을 시공간적으로 연속 측정할 수 있다는 장점을 가진다. 국내에서는 CODAR Co.의 SeaSonde 고주파 레이더 시스템이 주로 사용되며, 이는 송수신 안테나가 일체형으로 구성되어 해안선 내의 장비 설치에 제약이 많은 국내 환경에서도 운용이 용이하기 때문이다. 이러한 고주파 레이더 시스템은 주로 방사형(radial) 속도를 관측하며, 복수의 레이더 관측소에서 수집된 방사속도를 합성하여 벡터 해류장(total vector current field)을 구성한다. 하지만, 관측된 신호는 안테나의 지향성 왜곡과 배경 전파 잡음 등으로 인해 오차가 포함될 수 있으며 이를 보정하기 위하여 안테나 패턴 보정(Antenna Pattern Measurement, APM)과 스펙트럼 필터링(First Order Line, FOL)기법이 적용된다. APM은 실제 관측 환경에서의 안테나 수신 감도 분포를 측정하여 위상 보정에 활용되고, FOL은 스펙트럼에서 조류와 파랑 신호를 정밀하게 분리하여 해류 신호만을 추출하는 역할을 한다. 본 연구에서는 제주해협의 해류를 관측하기 위하여 제주 김녕(JEJU Gimnyeong,이하 JJgn), 애월항 지역(JEJU Aewol port, 이하 JJap), 그리고 전라남도 완도군 당사도 항로표지 관측소(Wando Dangsa-do,이하 WDds) 지역에 CODAR Co.의 13 MHz SeaSonde 고주파 레이더를 총 3기를 설치하여 제주 해협지역의 표층해류를 관측하였다(Fig. 2). 13 MHz 레이더는 최대 90 km까지 관측이 가능하여 제주해협 전체를 관측할 수 있으며 관측된 해류는 APM과 FOL등 후처리 보정을 통하여 오류값을 제거하였다(Ren et al. 2018).

Fig. 2.

HF radar observation footprint for the three sites within the Jeju Strait: JEJU Aewol Port (JJap, red dot), JEJU Gimnyeong (JJgn, green dot), and Wnado Dangsa-do (WDds, blue dot)

방법

제주해협 지역의 표층 조류를 분석하기 위해, 고주파 레이더에서 수집된 시간별 유속 데이터를 기반으로 조화분석(Harmonic Analysis)기법을 적용하였다. 조화분석은 해류의 주기적 변동을 구성하는 조석 분조(tidal constituents)를 대상으로, 각 분조의 진폭(Amplitude)과 위상 위치(Phase)를 계산하는 대표적인 방법이다. 이를 통해 특정 시점의 조류뿐 아니라, 공간적으로 조류의 구조와 파형 특성을 규명할 수 있다. 조화분석은 Pawlowicz 등(2002)에 의해 개발된 MATLAB기반 조화분석 도구인 T-tide를 활용하여 수행하였다. T-tide는 균일 시간의 유속 시계열 데이터를 입력하여 해당 지역의 조석 분조별 진폭, 위상, 결정계수(R2), 신뢰구간을 출력한다. 또한 T-tide분석 기법은 회귀 기반 least squares 방법을 이용하여 계수를 추정하며 대한민국의 주요 분조인 M2, S2, K1, O1 외에도 최대 67개의 분조를 추출할 수 있으며 이를 통한 관측 시점 이후의 조류예측도 가능하다. 본 연구에서는 2024년 3월–8월까지의 약 6개월 자료를 활용하였으며 주요 분조를 포함하여 6개월 주기 내에서 획득이 가능한 총 17개의 분조를 획득하였다.

T-tide에서 활용하는 조화분석의 기본 수식은 다음과 같다(Codiga 2011).

또는 복소수 형식으로

나타낸다. 여기서 U(t)는 시간 t에서의 조류 유속이며 Ai는 i번째 조석 분조의 진폭이다. ωi는 분조의 각진동수(rad/hour)를 나타내며 ∅i은 위상(degrees 또는 radians), Zi는 복호화 조화계수(Aiej∅i), N은 분석에 포함된 조류 분조의 수를 나타낸다. 분석을 통하여 얻은 Ai와 ∅i는 공간적으로 진폭 및 위상지도(amplitude & phase map)로 시각화되며, 분석을 통해 얻어진 결과는 공간적으로 맵핑된 진폭 및 위상 지도(amplitude & phase map)로 시각화되며, 이 진폭과 위상을 이용한 푸리에 변환으로 조류의 주기성을 분석한 뒤, 조위 자료의 주기성과 비교하여 진행파와 정상파를 구분한다.

본 연구에서 고주파 레이더로부터 얻은 u, v 방향의 유속 시계열 데이터의 전처리(이상값 제거, 보간 처리, 고정 시간 간격 확인)후 조화 분석 알고리즘을 이용하여 대한민국의 주요 분조들의 진폭(A)과 위상(∅)을 추출하며 추출된 분조의 성분을 통하여 특정 시점의 조류 벡터장을 재구성하고, TRBM 등과 비교하여 정확도 평가를 수행한다. 본 분석을 통하여 제주해협과 같이 조류의 정상파와 진행파가 혼재하는 지역에서의 위치별 조류의 주기성분을 분석하고자 한다.

고주파 레이더를 통해 관측된 공간 해류자료를 조화분석하여 얻어진 조류 자료의 정확도를 평가하기 위해, 본 연구에서는 해저 고정형 관측 장비인 TRBM (Trawl-Resistant Bottom Mount)에 탑재된 ADCP(음향 도플러 유속계) 관측 자료를 비교 평가하였다. TRBM은 저인망 어업활동이 빈번한 해역에서도 장기 계류가 가능하도록 견고하게 설계된 저층 고정 장비로, 일반적으로 해수면부터 해저까지의 전 수심 유속 프로파일을 연속적으로 측정할 수 있다. 본 연구에서 사용된 TRBM은 제주해협 내 5개의 정점(T1–T5)에 3–6개월 계류되어 20분의 시간 해상도로 u, v 성분의 유속 데이터를 수집하였다(Table 1). ADCP는 수직적으로 일정한 간격의 수심층을 따라 유속을 측정하며, 본 연구에서는 고주파 레이더와 비교를 위해 ADCP 관측 수심의 최상층 영역(약 13–14.5 m)의 유속을 사용하였다. 수집된 TRBM 유속자료는 고주파 레이더에서 생성된 표층 해류와 비교하였으며 상관관계, RMSE (Root Mean Square Error)등의 정량적 자료로 평가하였다. 이를 통해 고주파 레이더 기반 조류 자료와 국립해양조사원 조위관측소의 조위 자료 간 위상차를 분석함으로써, 제주해협 내 조류의 진행파 및 정상파 특성의 공간 분포를 정량적으로 평가하였다.

3. 결 과

본 연구에서는 고주파 레이더로 관측된 공간 자료의 정확도를 정량적으로 평가하기 위해, 국립해양조사원에서 제주해협 중앙 인근(Fig. 1)의 대형부이에서 관측된 정점(KHOA) 해류자료(관측 수심 약 3–4 m)와 KIOST에서 제주해협 수송량 산정을 위해 해협 최동단 바닥에서 운용되는 5개 정점의 ADCP에서 관측된 해류자료와 상호 비교 분석을 수행하였다. 이는 2023년도 이전까지 제주도 북측의 김녕(JJgn) 및 애월(JJap) 2개 관측소만으로 레이더 운영이 이루어져, 해협 최동단에 위치한 TRBM과의 공간적 연계가 어려웠던 반면(Fig. 3a), 2024년도부터 전라남도 완도군 소안면 당사도 항로표지 관측소에 신규 고주파 레이더 관측소가 추가 설치됨으로써 3개소 합성 관측 운영체계가 구축되었기 때문이다(Fig. 3b). 이로 인해 고주파 레이더의 관측 범위가 제주해협 중앙지역에 집중되던 영역이 제주해협 전역으로 확대되었으며 전체 관측률은 약 20%정도 증가되었다(Fig. 3). 이는 제주도 최동단에 설치된 TRBM과의 직접적인 비교 분석을 가능케 하였다.

Fig. 3.

Change in observation coverage after the temporary installation and test at the Dangsa-do site. Compared to the original observation area (a), the new observation area (b) shows an increase of more than 20% in the region with a data acquisition rate exceeding 80%.

국립해양조사원에서 운영하는 제주해협 대형부이와 고주파레이더의 표층해류 관측자료와의 정점 비교에서 상관계수는 동서 방향(u)에서 평균유속 32.40 cm s-1, 상관관계 0.93, RMSE 17.31 cm s-1, 남북 방향(v)에서 평균유속 17.61 cm s-1, 상관관계 0.75, RMSE 10.48 cm s-1 로 제주해협을 관측하는 고주파레이다의 자료 정확도가 높은 수준임을 알 수 있었다(Fig. 4). 또한, 제주해협의 M2 조류 타원도 및 잔차류 분석 결과 해협 중앙부에서는 주축이 동-서 방향으로 정렬되는 반면, 연안부 및 섬 인근에서는 타원이 비정형적으로 나타나는 것이 확인되었으며(Fig. 5a) 잔차류의 경우 서-동으로 이동하는 지속적인 흐름이 나타나는 것으로 관측되었다(Fig. 5b). 제주해협 최동단에 설치된 5개소의 TRBM (Trawl-Resistant Bottom Mount) 정점(T1–T5)에서 관측된 시계열 해류자료를 사용하여 고주파 레이더 관측자료의 정확도를 검증하였다(Figs 6 and 7). 제주해협 최동단에 설치된 5개소의 TRBM (Trawl-Resistant Bottom Mount) 정점(T1–T5)에서 관측된 시계열 해류자료를 사용하여 고주파 레이더 관측자료의 정확도를 검증하였다(7). 비교자료로 사용된 고주파 레이더는 신규 설치된 당사도 관측소의 안테나 패턴 보정(APM)이 완료된 2024년 3월부터 6월까지의 자료를 활용하였다. 또한 TRBM 정점에 설치된 ADCP는 해저를 기점으로 표층으로부터 약 10m 아래 지점까지 2m간격 수층별로 관측하며 이 중 가장 표층에 가까운 최외곽 상층 자료를 활용하였다. 비교는 u, v 성분의 시계열 비교와 이 중 제주해협 내에서 우세한 성분인 u 성분에 대해 ADCP와 고주파 레이더 값의 관계를 점의 분포로 파악하는 산점도 분석을 통해 정량적으로 수행되었으며, 상관계수(correlation coefficient, Corr.), 평균제곱근오차(RMSE, cm s-1), 선형회귀식(y=ax+b)를 산출하였다(Fig. 8, Table 2). 그 결과, T1–T3 정점에서는 고주파 레이더와 TRBM간의 유속 패턴과 값이 전반적으로 잘 일치하는 양상을 보였으며, 상관계수는 각각 0.81, 0.80, 0.75로 높은 상관성을 나타냈다. 특히 수심이 가장 얕은 정점인 T1 정점(관측 수심 45 m)에서는 RMSE가 22.08 cm s-1로 비교적 낮고, 회귀기울기(0.697)는 1에 가까워 HF 레이더가 실제 유속의 크기와 방향을 양호하게 재현하고 있는 것으로 평가되었다. T4와 T5 정점에서는 T1–T3에 비하여 상대적으로 낮은 상관계수(각각 0.64, 0.65)와 높은 RMSE (31.74, 27.65 cm s-1)가 나타났는데 이는 T1–T3 정점이 수심 100 m 이하의 비교적 얕은 해역에 설치된 반면, T4와 T5는 100 m 이상의 심해역에 계류된 TRBM을 활용한 관측으로, ADCP 특성상 관측 수심이 깊어질수록 표층으로부터의 거리 차이에 의해 정확도가 저하되는 경향이 있기 때문으로 판단된다. 특히 ADCP는 해저면에 고정 설치되는 구조로 인해, 수심이 깊을수록 관측 가능한 최상층 수심이 표층으로부터 멀어지며, 이로 인해 표층 유속을 직접적으로 반영하기 어려워진다. 또한, 고주파 레이더는 극표층(0–1 m 이내)의 유속을 관측하는 반면, TRBM에 탑재된 ADCP의 경우 최상단 관측 레이어가 수면 하 약 10 m 내외로 제한되므로, 이와 같은 관측 수심의 차이 역시 두 관측 자료 간 오차 발생의 주요 원인 중 하나로 해석된다.

Fig. 4.

Comparison of surface current correlations between the Jeju Strait surface current buoy operated by the Korea Hydrographic and Oceanographic Agency (KHOA) and HF radar measurements

Fig. 5.

Results of harmonic analysis using HF radar surface current observations for 2024. (a) Tidal current ellipses of the dominant constituent M2 in the Jeju Strait. (b) Residual currents remaining after removal of the tidal constituents

Fig. 6.

Time series of data availability at each TRBM station (T1 to T5) deployed in the Jeju Strait

Fig. 7.

Layer-specific current measurements at each TRBM station. Data gaps in the uppermost layer (0–4 m), where observations failed and in the first-half (January–June) record at station T3 were interpolated using observations from neighboring stations

Fig. 8.

Comparison between current observations from TRBM and HF radar. Panels (a)–(e) correspond to stations T1, T2, T3, T4, and T5, respectively, following the observation sites shown in Fig. 1a

2024년 제주해협 전역을 대상으로 고주파 레이더 관측 자료에 기반한 조화분석(harmonic analysis)을 수행하였으며, 당사도 관측소의 추가로 관측 영역이 확장 되었던 2024년 4월 부터 2024년 8월까지의 고주파 레이더 해류자료를 활용하여 조화분석을 실시한 조류를 분석하였다. 그리고 고주파 레이더의 분석결과와 위상차를 비교하기 위하여 같은 관측 기간에서 연구 해역 주변에 위치한 국립해양조사원의 조위관측소 5개소(완도, 거문도, 제주도, 성산포, 추자도)의 2024년 조위자료를 확보하였다. 5개 조위관측소에서 관측된 조위의 시계열 비교 결과, 모든 관측소에서 유사한 조위의 진폭 변화 패턴과 위상 분포가 확인되었으며(Fig. 9a) 위상값 역시 전역에서 큰 차이를 보이지 않고 일정한 경향을 나타냈다(Fig. 9b). 이러한 결과는 조위자료의 공간적 동질성이 높다는 것을 시사하며 고주파 레이더 관측 해역의 각 격자점에서 국립해양조사원 조위자료를 공간적으로 보간하여 활용할 수 있는 근거를 제공한다. 각 격자점에서 도출된 조류와 국립해양조사원의 조위관측소 조위자료 간 위상차(Δϕ)를 비교하여 조류의 특성을 분류하였다. 본 연구에서는 위상차가 0°–+25° 범위에 해당하는 경우를 진행파 지배 영역, ±22.5°–±45°를 혼재 영역, 그리고 ±45°–±90°를 정상파 지배 영역으로 정의하였다(Bosboom and Stive 2023)(Fig. 10). 공간 분포 결과, 제주해협 중앙부 및 남서부 외해의 심수역(수심 80 m이상)에서는 조위와 조류의 위상이 높은 동기성을 보이며, 일정한 방향성을 갖고 전파하는 진행파 특성이 우세하게 나타났다. 이들 해역은 해저 경사가 완만하고 지형적 간섭요소가 적으며(Fig. 1) 조석파가 개방된 수로를 따라 자유롭게 전파되는 전형적인 진행파 시스템의 조건을 충족한다(Park et al. 2017; Ward et al. 2018; Hein et al. 2021; Byun and Hart 2022). 반면, 정상파 특성이 강하게 나타난 영역은 제주 북동부 및 남동부 연안, 추자도 및 거문도 등 군소섬 인근 해역에 집중되었다. 이들 지역은 위상차가 ±45°를 초과하며, 조류와 조위가 위상적으로 불일치하고 조위가 최대일때 조류가 약해지고 조위가 낮아지면서 조류가 강해지는 비동기적인 왕복 흐름 특성을 보였다. 이러한 특성은 해안선의 굴곡, 급격한 수심변화, 반사 조건 등으로 인해 조석파가 완전히 전파되지 못하고 갇혀 발생하는 정상파 시스템의 공간구조로 판단되며 이는 수심 및 해저 지형에 따른 반사･간섭 영향과 밀접하게 관련되어 있을 것으로 사료된다. 또한, 위상차가 ±22.5°–±45° 사이에 해당하는 혼재 영역은 제주 북부 및 동부 연안, 해협 내측에서 주로 관측되었으며 진행파와 정상파 성분이 공존하는 복합 특성을 지닌다. 즉, 정상파 시스템은 폐쇄되거나 판폐쇄된 지형, 얕은 수심, 해안 경계의 영향 하에서 주로 형성되며(Ward et al. 2018) 그에 반해 진행파 시스템은 개방 수로 또는 심수역에서 조석파가 제한 없이 전파되는 구조를 갖는다(Pugh 2006; Ray et al. 2010). 본 연구에서 도출된 공간 분포는 제주해협이 이중적인 특성을 지닌 해역임을 시사하며, 연안부의 복잡한 반사 환경과 외해의 개방성 차이가 조류 전파 양상을 구획화하는 주요 인자로 작용함을 보여준다.

Fig. 9.

(a) Tidal elevations observed at five tidal stations operated by KHOA, showing similar trends across all sites. (b) Phase of tides at each station, showing a little distinction between the three stations near the HF radar observation area (Geomun, Chuja, and Jeju) and the two more distant stations (Seongsan and Wando)

Fig. 10.

(a) Phase difference between tides observed at five tidal stations (black squares) by operated KHOA and tidal currents measured by the HF radar. (b)

4. 토의 및 결론

본 연구는 고주파 레이더 기반 분석 조류와 해저 계류형 ADCP (TRBM)와의 비교 분석을 통해 레이더 자료의 정확도를 정량적으로 검증하였다. TRBM 정점 중 수심이 얕은 해역(T1–T3)에서는 상관계수 0.9 이상의 높은 신뢰도를 보인 반면, 수심이 깊은 해역(T4–T5)에서는 상대적으로 낮은 0.6–0.7의 신뢰도를 보였다. Table 3에서 보듯이 수심이 깊어질수록 상관계수는 감소하는 경향을 보이며, 이는 ADCP 관측 신호의 감쇄로 인해 전 수심에서 상관성이 낮아진 것으로 판단된다. 그럼에도 불구하고, 전체적으로 고주파 레이더 기반 조화분석은 수치모델 및 현장 관측자료와의 높은 일관성을 보여주었으며 공간 해석 및 조류 특석 분류에 유용한 수단으로 검증되었다. 고주파 레이더(HF radar)를 활용하여 2024년 제주해협에서 관측된 표층해류에 대해 조화분석을 수행하고, 이를 기반으로 조류의 공간적 전파 특성을 정상파(standing wave)와 진행파(progressive wave)로 구분하였다. 조화분석은 T-tide 알고리즘을 통해 수행되었으며, 국립해양조사원의 조위관측소 5개소와 고주파레이더의 예측 조류의 위상차(Δϕ)를 활용하여 각 격자점의 조류 파형 특성을 정량적으로 평가하였다. 분석결과 제주해협 중앙부 및 남서부 심수역에서는 일정한 방향성을 갖고 전파하는 진행파 특성이 우세하게 나타난 반면, 정상파 특성이 강하게 나타난 영역은 제주 북동부 및 남동부 연안, 추자도 및 거문도 등 군소섬 인근 해역에 집중되었다. 또한 제주 북부 및 동부 연안, 해협 내측의 경우는 진행파와 정상파가 혼재하는 영역을 보였으며 이는 제주 해협이 조류 특성에 있어서 복합적인 특성을 가지고 있음을 시사하였다. 또한 조화분석을 통해 도출된 제주해협 조류의 위상차 공간 분포를 분석한 결과, 등위상선(위상이 동일한 선)은 대체로 남북 방향으로 정렬되는 특성을 보였다. 이는 제주해협의 주요 조류 흐름에 대해 나타나는 전형적인 조석파의 공간적 특성으로 이해된다(Le Provost et al. 1998; Portos-Amill et al. 2024). 조석 시스템에서 파동이 전파되는 방향을 기준으로 위상차는 해당 경로를 따라 누적되며, 등위상선은 전파 방향에 직각(수직)으로 형성되는 것이 일반적이다. 따라서 제주해협의 경우 강한 동서방향의 조류 흐름을 보이므로 그에 대한 위상 변화가 남북선을 기준으로 전달되는 구조를 보일 수 있다. 이러한 현상은 다음과 같은 물리적 해석에 기반한다: (1) 조석파는 주로 외양에서 유입되어 공간상으로 확산되며 전달된다. 제주해협의 지역 특성 상 제주해협은 서쪽으로는 동중국해 해류, 동쪽으로는 동해 해류가 서로 영향을 주며 혼재되는 해역이다. 따라서 위상변화는 제주해협 지점에서 동에서 서로 누적되며, 그 결과 등위상선이 남북 방향으로 정렬된다(Lee et al. 2019). (2) 제주해협과 주변 해역은 남북 방향으로 수심변화가 크며, 해안선 및 군소섬들이 복잡하게 분포하고 있다. 이러한 지형적 요인은 위상의 급격한 변화를 유도하며, 결과적으로 위상 등고선이 해당방향으로 밀집되거나 정렬되는 원인을 제공할 수 있다. 이와 같은 결과는 공간적인 조석파 전파 메커니즘에 대한 보다 정밀한 해석이 필요함을 보여준다. 본 연구의 결과는 조류 예측에서 위상차 기반의 공간적 해석이 갖는 중요성을 보여주는 동시에, 지역 특성을 반영한 예측 체계의 필요성을 시사한다. 이는 단순히 조류 예측의 정밀도를 높이는데 그치지 않고, 해양사고 발생시 수색･구조 활동의 효율성 제고에도 직접적인 영향을 미친다. 고주파 레이더와 같은 고해상도 공간 관측 기술은 사고 해역 전역에 걸쳐 실시간 조류장을 제공함으로써, 사고 발생지점의 정방위 해류 흐름을 정확히 파악하고 수색 반경 및 방향설정의 과학적 근거를 마련할 수 있으며 향후 항로 설계, 해양 재난 대응, 해양 에너지 개발 등 다양한 응용 분야에서도 실질적이고 전략적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.