초록 |
천수 방정식(shallow water equations)은 쓰나미 조기 경보의 발령 및 연구에 널리 응용되고 있다. 그러나 서로 다른 해역의 수심 및 지형 조건에서 선형 천수 방정식(linear shallow water equations) 및 비선형 천수 방정식(nonlinear shallow water equation)의 적용 범위, 계산 효율 등 문제는 쓰나미 연구에 몰두하고 있는 학자들이 이해해야 할 급선무이다. 본 논문은 천수 방정식에 기반한 쓰나미 수치예보 모형을 사용하여 남중국해(South China Sea)와 동중국해(East China Sea)에서 전파되는 쓰나미 파도(tsunami waves)의 선형, 비선형 특징 및 대륙붕이 쓰나미 파도의 전파에 미치는 영향(continental shelf effects, 일명 대륙붕 효과)에 대한 수치적 분석 연구를 진행하였다. 심수(deep waters, 깊은 수심)에서 쓰나미 파도의 전파는 강한 선형 특징을 나타냈는데, 이때 쓰나미 파도의 진폭에 대한 선형 시스템의 시뮬레이션 계산은 비교적 높은 정밀도와 효율성을 가지고 있었다. 반면에 약한 비선형 특징 및 약한 색분산(dispersion) 특징이 쓰나미 파도 진폭의 예보에 미치는 영향은 별로 크지 않아서 무시할 수 있다. 쓰나미 파도는 천수(shallow waters, 얕은 수심)에 위치한 대륙붕에 전파된 후, 해저 경사도(gradient, 기울기)의 변화, 해저 조도(roughness effect, 거칠기) 등 요소의 영향을 받아 변동하는 비선형 효과가 빠르게 전파되고 축적되면서 선형 천수 방정식을 통해 계산한 쓰나미 파도의 진폭과 비교할 때 비교적 큰 차이를 보여주었는데, 그 차이의 주요한 표현은 다음과 같다: 남중국해 해역의 경우, 수심이 100m보다 얕은 구역에서는 첫번째 쓰나미 파도 후에 몰려오는 일련의 쓰나미 파도의 비선형 특징이 비교적 뚜렷하였는데, 첫번째와 그 다음에 밀려온 쓰나미 파도의 진폭의 차이는 비교적 컸지만 비선형 특징이 첫번째 쓰나미 파도의 진폭에 대한 영향은 그다지 크지 않은 것으로 나타났다. 따라서 해당 구역은 쓰나미 파도의 상승을 고려하지 않을 경우, 선형 시스템을 이용한 계산을 통해 획득한 쓰나미 파도의 진폭 역시 쓰나미 조기 경보 발령의 요구를 만족시킬수 있었다; 동중국해 해역의 경우, 대륙붕의 영향으로 말미암아 쓰나미 파도의 비선형 특징이 뚜렷하게 증가되었고 수심이 100m보다 얕은 구역에서 첫번째와 그 다음에 밀려온 쓰나미 파도의 진폭은 모두 비교적 큰 차이를 나타냈으므로, 해당 구역에서는 쓰나미 파도의 비선형 작용을 반드시 고려해야 한다. 본 논문에서는 해저 마찰(bottom friction)이 첫번째 쓰나미 파도의 진폭에 미치는 영향에 대한 수치적 대조 분석을 진행하였는데, 결과적으로 첫번째 쓰나미 파도의 진폭에 대한 해저 마찰의 역할은 100m 이하의 수심에서만 그 수행이 가능하였다. 마지막으로, 본 논문은 민감도 시험(sensitivity tests)을 통해 대륙붕의 폭(width, 너비) 및 대륙붕 주변부의 수심이 쓰나미 파도의 진폭에 대한 영향을 초보적으로 분석하였다. 분석 결과에 따르면, 쓰나미 파도는 대륙붕을 경과하면서 전파, 공진 및 변형된 후 그 진폭을 확장하거나 축소하는 것은 대륙붕의 폭과 그 주변부의 수심과 연관되어 있었다. |