해양 모델링의 필요성
바다는 지구의 70퍼센트를 덮고 있을 정도로 아주 큰 크기를 차지하고 있습니다. 해양 모델링은 해양 자원의 관리, 해양에서 발생하는 오염을 예방하고 대응하고 바다 위의 배가 위험하지 않게 하는 등 다양한 방법으로 활용될 수 있습니다. 바다는 이외에도 경제학적으로 수많은 물건들을 나르는 무역로의 역할을 하기도 하기에 바다를 더 잘 활용하는 것은 경제학, 생물학, 환경학 등 다양한 관점에서 큰 이득을 가져올 수 있습니다. 그렇기에 바다에서 일어나는 현상에 대한 이해와 앞으로의 일들을 예측하는 것이 중요해졌는데 이에 있어 해양 모델링은 필수적인 역할을 하고 있습니다. 본 글에서는 해양 모델링에서 바다의 내부를 모델링하기 위해 층을 어떻게 나누는지를 중심으로 해양 모델링의 방법을 설명하겠습니다.
해양 층화 모델링
앞선 글에서 대기를 수평, 수직 방향에 대해 격자를 나누었듯이 수직 방향에 대해 해양을 나눈 모델링 기법이라고 보시면 됩니다. 이는 해양의 수질을 확인하고 온도 분포 등을 연구하여 분석 및 예측을 하고자 하는 모델링 기술로 해양의 물리적, 화학적, 생물학적 요소들에 의한 영향들을 고려하여 계산을 진행합니다. 이는 해양 생태계와 기후 시스템에 대해 이해할 수 있게 도움을 줍니다. 특히, 주로 해양을 관측하는 데에 있어 주로 인공위성이 사용되는데 바닷속의 형태를 관찰하기 어렵습니다. 그렇기에 바다에서 일어나는 현상을 이해하는 데에 보이는 현상으로만 평가할 수 없게 되는데 이에 해양 층화 모델링은 내부에서의 변화를 모델링하는데 적합한 기법으로 해양 모델링에 있어 필수적인 요소라고 볼 수 있습니다.
열적 구조
해양 모델링에서 고려하는 요소 중 열적 구조에 대해 말해보겠습니다. 열적 구조가 무엇인지 먼저 설명하자면 해양에서의 온도 분포와 이로 인해 발생하는 물의 밀도가 변화하는 것에 대 해 유동적으로 변화함을 의미합니다. 밀도 차는 해양 내에서 수직적인 물들의 혼합 그리고 순환을 조절하기에 해양 순환을 파악하고 열의 순환에 대해 이해하는 데에 중요한 역할을 수행합니다. 해양에서는 깊이에 따라 햇빛을 받는 양이 적어 일반적으로 아래로 수심이 깊어질수록 온도가 낮아지는 경향성을 띠고 있습니다. 이로 인해 표면에는 다소 밀도가 낮은 물이 위치하게 되고 깊어질수록 차갑고 밀도가 높은 물이 있게 됩니다. 이러한 밀도 차이는 가벼운 것이 위로 가있기에 다소 안정적인 모습을 보이기도 해 일종의 층이 발생하게 됩니다. 이러한 상황은 물이 직접적으로 섞이기 어려운 상황이기에 열의 전달이 다소 어렵게 되기도 합니다. 하지만 바람이 이 모델에 투입되게 되면 물을 섞어주는 역할을 수행하기 때문에 열적 구조가 깨지기도 하며 시뮬레이션이 진행되게 됩니다.
염분구조
해양 모델링에서 고려하는 요소 중 다음은 염분 구조입니다. 염분 구조는 해양에서 염분이 분포되어 있는 상태와 그로 인한 밀도의 차이를 뜻합니다. 열적인 밀도와 다르게 추가적인 물질이 들어가 밀도를 조정하는 형태로 해양의 밀도, 열전달, 순환패턴에 큰 영향을 끼칩니다. 온도와 다르게 염분구조는 뚜렷한 특징을 가지기보다는 지역적 특성에 따라 변화하기에 지역과 깊이에 따라 염분 데이터를 삽입합니다. 이는 염분이 대륙에 있는 암반에서 주로 유입되기도 하고 강수와 증발이 지역마다 크게 다른 모습을 보여주기도 해 지역적인 격차가 심하게 나타나는 특징을 고려한 것입니다. 염분 차에 의한 밀도 차이 발생으로 물이 섞이는 결과가 나오기도 하고 염분의 양에 따라 생물들의 분포가 변화할 것임을 예상하기도 합니다. 따라서 염분구조로 인한 물의 역학적 변화와 열전달은 중요한 모델링의 모듈로 사용될 수 있습니다.
수질구조
수질구조 또한 고려의 대상이 되는데 대표적인 예는 산소의 농도 구조, pH와 영양소 구조입니다. 산소의 농도 구조는 해양보다는 담수지역에서 주로 평가의 대상이 되는데 용해된 산소의 양을 모델링하여 생물의 생존과 연결 지어 모델링 결과를 분석할 수 있습니다. pH 구조는 물의 산성도를 평가함으로써 해조류와 플랑크톤과 관련지어 계산을 진행할 수 있으며 영양소와 관련하여 질소, 인 등의 화학물질의 양도 함께 고려하여 녹조 현상 등을 활용할 수 있습니다. 유조선에서 기름이 새거나 특별한 오염이 아닌 경우에는 담수에 관해 주로 계산이 되는 케이스가 경험상 많습니다. 이는 실제로 샘플을 구하여 농도를 알기 어렵기 때문입니다. 해양 모델링에 있어 올바른 데이터의 삽입을 위해서 실제 데이터의 검증은 중요한 요소입니다.