낚시과학
바다낚시의 불청객
냉수대 연구
동해 냉수대 발생은 남풍에 의한 심해수의 용승 때문
신창웅 이학박사·한국해양연구원 책임연구원
해마다 여름철만 되면 냉수대가 동해안에 나타나서 어민들에게 주의보나 경보를 내렸다는 뉴스를 심심찮게 본다. 또 지난 봄에는 남해안에 이상저온 현상이 발생하여 어류의 산란이 지연된다는 얘기가 나돌았다. 냉수대는 무엇이며 이상저온 현상은 왜 생기는 걸까?
바닷물 온도의 수직 구조
일반적으로 바다는 수심이 깊어질수록 온도가 낮아진다. 바닷물의 밀도는 수온이 높아지면 작아지고 수온이 낮아지면 (어는점까지는) 높아지기 때문이다(바다에서는 소금기 때문에 어는점이 영하로 내려가지만 실제로 바다에서 영하의 수온은 극지방의 일부 바다를 제외하면 나타나지 않는다).
바다는 이러한 수온에 따른 밀도 차이 때문에 수직 구조를 가지게 된다. 대서양은 북극해에서 남극해까지 연장되어 있고 태평양은 남극해와 연결되어 있다. 남극과 북극의 겨울에 표층의 물이 차가워지면 아래로 가라앉아 적도 쪽으로 서서히 이동한다. 반대로 적도의 표층은 태양에너지를 지속적으로 받아 온도가 높아진다. 온도가 높아진 저위도의 표층 바닷물은 북쪽과 남쪽으로 흘러가며, 이것을 해류라고 한다. 이렇게 되어 대부분의 바다는 표층은 따뜻하고 저층은 차가운 바닷물로 채워져 있다.
표층의 따뜻한 물과 저층의 차가운 물 사이에 바닷물 온도가 급하게 변하는 층이 있는데 이것을 수온약층이라고 한다. 수온약층은 상층과 하층의 물이 석이는 것을 방해한다. 동해도 겨울에 블라디보스토크 부근 바다에서 차가운 물이 만들어져 아래로 가라앉고 대한해협을 통해서 따뜻한 물이 동해로 들어와 상층은 따뜻하고 하층은 차가운 구조를 가지고 있다.
▲ 바람이 연안을 따라 평행하게 불면 표층 바닷물이 북반구에서는 바람 방향의 오른쪽으로 밀려 먼 바다로 간다. 이 공간을 채우기 위해 수온약층 아래에 있는 차가운 물이 표층으로 올라온다.
냉수대의 원인은 ‘용승’
그렇다면 표층의 바닷물을 움직이는 힘은 어디서 오는 걸까? 표층 해류를 일으키는 원인은 바람이다. 바람이 불면 바람과 바닷물 사이의 마찰로 인해 움직임이 생긴다. 바닷물이 움직이기 시작하면 지구 자전에 의해 북반구에서는 움직이는 방향의 오른쪽으로 편향된다. 즉 남풍이 불면 북반구에서 바닷물은 북쪽으로 흐르다가 동쪽(오른쪽)으로 휘어지는 것이다.
이 원리를 동해안에 적용해 보자. 동해안에서 바람이 연안에 평행하게 뒤에서 앞으로 불어간다면(남쪽에서 북쪽으로 분다면) 표층의 따뜻한 바닷물은 오른쪽(울릉도 방면)으로 밀려간다. 그러면 표층의 빈 공간을 메우기 위해 수온약층 아래에 있는 차가운 물이 올라오게 된다. 이것을 용승(湧昇)이라고 한다.
즉 냉수대란 여름철 계절풍에 의한 동해안 표층수의 흐름에 따른 용승현상에 의해 발생하는 것이다.
▲ 2013년 6월 28일부터 7월 6일까지의 영덕 표층 수온변화. 6월 29일 섭씨 약 15도에서 7월 4일 섭씨 5도로 수온이 급강하하였다. (국립수산과학원 관측자료)
용승은 동해안에서만 발생
그런데 용승은 동해안 쪽에서만 생긴다. 서해와 남해는 동해와 달리 수심이 최대 150m에 불과할 만큼 얕기 때문에 수온약층이 형성되기는 하지만 동해만큼 뚜렷하지 않다. 또 남해와 서해는 해안선이 남풍과 평행하지 않기 때문에 바닷물이 바람에 밀려나가는 현상이 일어나지 않는다. 그래서 남해와 서해에선 용승이 일어나지 않고 따라서 냉수대의 발생도 나타나지 않는다.
그런데 왜 “서남해안에도 냉수대가 발생했다”는 뉴스가 가끔 나오는 것일까? 그것은 기자들이 ‘저온현상’을 ‘냉수대’와 구별하지 않고 잘못 써서 생긴 혼란이다. 남해와 서해의 수온이 낮아지는 것은 겨울에 이상한파로 저온 현상이 지속되면서 봄과 여름에도 이상저온 현상이 이어질 수 있고 그밖에 여러 원인에 의해 수온 하락이 있을 수 있으나 뚜렷한 원인은 알 수 없다.
남해의 경우 태풍과 같은 강한 바람이 불면 상층과 하층의 물이 섞이면서 전반적으로 수온이 떨어져 냉수대가 발생하기도 한다. 또 보름과 그믐에는 조류가 강하게 흐르는데, 그때는 섬 주위의 얕은 수심으로 인해 유속이 세지면서 마찰로 인해 수온약층이 파괴되어 아래층의 차가운 물과 섞이면 그 주변은 다른 먼 바다보다 표층이 차가워질 수 있다.
용승의 원인은 계절풍
동해안 냉수대의 원인이 되는 용승을 일으키는 바람은 무엇일까?
태양은 육지나 바다 모두 똑같은 열을 주지만 육지는 바다보다 빨리 더워지고 빨리 식는다. 그래서 겨울에 아시아 대륙은 바다보다 차가워져 육지가 바다보다 고기압이 되고, 우리나라 주변에선 북서풍(고기압의 아시아 대륙에서 저기압의 바다로 부는 바람)이 강하게 분다. 반대로 여름에는 대륙이 빨리 더워져서 대륙이 북태평양보다 저기압이 되므로 우리나라에는 남풍(고기압의 북태평양에서 저기압의 대륙으로 부는 바람)이 분다. 이처럼 겨울과 여름에 강하고 지속적으로 부는 바람을 계절풍(몬순)이라 부른다.
그중 용승을 일으키는 바람은 여름에 부는 계절풍 즉 남풍이다. 5월부터 8월까지 자주 부는 남풍이나 남서풍은 동해 연안에 평행한 바람이 되어 용승을 발생시킨다. 여름에 동해 연안에 나타나는 냉수는 동해 북쪽에서 형성된 차가운 물이 남쪽으로 서서히 내려와서 수온약층 아래에 있다가 표층으로 올라온 것이다.
북서풍에는 용승작용 생기지 않아
한편 겨울에 부는 계절풍 즉 북서풍은 용승을 일으키지 않는다. 북서풍이 부는 겨울은 육지나 바다나 모두 차가울 때이므로 윗물이나 깊은 곳에 있는 물이나 수온 차이가 많이 나지 않으므로 수온약층이 형성되지 않기 때문이다. 용승작용이라는 것은 윗물과 아랫물의 온도 차이로 생기는 것이다.
그러나 미국의 서해안인 캘리포니아 같은 경우는 북서풍이 불 때 용승작용이 생긴다. 그러나 캘리포니아의 북서풍은 우리나라처럼 차가운 바람이 아닌 따뜻한 해양성 고기압에 의해 부는 바람이다. 우리나라 동해안과 반대로 보면 되는 것이다.
만약에 우리나라 서해안 수심이 태평양처럼 깊고 캘리포니아처럼 따뜻한 고기압이 북쪽에서 밀려들어온다면 북서풍이 불 때 서해안에서 용승이 생길 가능성이 높다. 하지만 서해는 수심도 얕고, 아시아 대륙엔 따뜻한 고기압이 없다.
용승이 어류에 좋은 영향 미칠 수도 있다
용승은 바다 생물에 어떤 영향을 줄까? 용승으로 인한 냉수대는 어류에 나쁜 것으로만 인식되어 있으나 꼭 그렇지는 않다.
바다 생태계에서 생산자 역할을 담당하는 것은 식물플랑크톤이다. 식물플랑크톤이 자라기 위해서는 질소, 인, 철 등의 영양염이 필요하다. 봄에 수온이 따뜻해지면 식물플랑크톤이 번성하게 되어 상층에 있는 영양염을 다 소모한다. 그래서 여름에는 상층에 영양염이 고갈되어 있다. 여름에는 수온약층이 강하게 형성되어 있어 저층의 영양염이 아무리 풍부해도 이용할 수 없다. 그런데 용승이 일어나면 저층의 풍부한 영양염이 표층으로 올라오면서 식물플랑크톤이 왕성하게 번성한다. 이에 따라 동물플랑크톤도 번성하고 이들을 먹이로 어류가 번성하여 좋은 어장이 형성된다. 그 대표적인 예가 페루 연안이다. 동해남부 해역도 여름에 생산성이 높은 이유 중 하나가 용승이 일어나 저층 냉수대의 영양염이 공급되기 때문이다.
용승의 부작용
그러나 용승이 지나쳐서 냉수대가 과도하게 유입되면 문제가 생긴다. 해안가에서 따뜻한 바닷물과 접해 있던 어류나 양식생물들은 갑작스럽게 물이 차가워지므로 스트레스를 받게 된다. 특히 육상에 수조를 만들어 놓고 표층해수를 끌어들여 양식하는 경우는 심각한 피해를 주기도 한다.
반대로 바람 방향이 바뀌거나 약해져서 용승이 사라지고 따뜻한 물이 다시 연안으로 밀려오게 되어도 마찬가지로 주의가 필요하다.
냉수대가 발생하면 따뜻한 바닷물에 사는 멸치, 고등어, 오징어, 부시리와 같은 물고기는 외해로 갈 수밖에 없고 광어, 우럭, 방어, 돔 등도 자기가 적응한 온도를 찾아 떠날 것으로 추측된다. 한 연구 결과에 의하면 하루 사이에 60km나 이동하였다고 한다. 남아 있는 어류도 생리활동이 느려져 먹이를 덜 먹을 것이다. 따라서 냉수대가 형성되면 연안의 어획량이 감소하기도 한다. 국립수산과학원에서는 여름철 연안에서 평년보다 수온이 섭씨 5도 이상 차가운 해수가 출현하는 경우를 냉수대라고 하고, 이런 경우 출현해역에 냉수대 주의보를 내린다. 평년보다 섭씨 10도 이상 차가우면 냉수대 경보를 발령한다.
냉수대는 수산업에 미치는 부작용 이외에도 여름에 표층 바닷물이 차가우면 고온 다습한 여름공기가 냉각되면서 짙은 안개가 발생하여 항해하는 선박에 위협을 준다. 해수욕장에 냉수대가 발생하면 수영을 할 수 없을 만큼 물이 차가워져 피서객들에게 불편을 주기도 한다.
해류의 심한 사행으로도 냉수대 발생
연안의 냉수대는 주로 용승에 의해 발생되지만 다른 이유도 있을 수 있다. 바닷물이 한 방향으로 지속적으로 흐르는 것을 해류라고 하지만 항상 일정하게 흐르는 것이 아니다.
해류가 어떤 이유로 구불구불 뱀처럼 흐르게 되는데 이것을 ‘사행(蛇行)한다’고 한다. 사행이 발달하면 북쪽과 남쪽으로 반지처럼 고리가 만들어져 해류에서 떨어져 나간다. 북반구에서 따뜻한 해류의 북쪽은 남쪽보다 온도가 차갑다. 북쪽으로 떨어져 나간 시계방향으로 회전하는 소용돌이는 중심에 따뜻한 바닷물이 있고, 남쪽으로 떨어져 나간 시계반대방향으로 회전하는 소용돌이는 중심에 차가운 바닷물이 있다. 이것은 수평적으로 100km 이상 되기도 한다. 이것들은 서쪽으로 진행하게 되는데 냉수성 소용돌이가 연안까지 도달한다면 냉수대가 발생하게 된다.
또 다른 이유는 북쪽에서 남쪽으로 흐르는 한류가 갑자기 강하게 흘러 따뜻한 해역을 침범하는 경우이다. 그러나 동해에서는 이러한 경우보다 용승에 의해 냉수대가 형성되는 경우가 일반적이다.
▲ NOAA 인공위성에서 2013년 7월 20일 16시 58분에 관측한 해수면 수온. 부산에서 감포, 영덕에서 울진에 이르는 연안 해역에서 냉수대가 나타났다. (국립수산과학원 자료)
해마다 냉수대의 세력이 달라지는 이유는?
어떤 해에는 냉수대가 심하게 나타나고 어떤 해에는 약하게 나타난다. 그 차이는 지난겨울에 얼마나 추웠느냐에 따라 생긴다. 늦봄까지 추위가 계속되면 북쪽에서 내려오는 찬물 영향으로 동해안에 생기는 수온 약층이 얕은 곳에 형성된다. 남풍이 불어 따뜻한 물이 올라와도 평소 100m에 생겼던 수온약층이 이때는 30~50m 수심층에 생긴다. 이런 상태로 남서풍이 불기 시작하면 오랫동안 지속적으로 불지 않아도 냉수대가 생길 가능성이 다른 해보다 높고 자주 발생한다.
그렇다면 냉수대가 생기는 시기나 지역을 미리 예측할 수 있을까? 애석하게도 현재의 과학기술로는 정확히 예측하기 어렵다.
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●프로필
1962년생
1999년 인하대학교 대학원 해양학과 졸업
2002년 한국해양연구원 선임연구원
2009년~현재 한국해양과학기술원 책임연구원