태풍은 지구 시스템 내의 해양-대기-육상 상호작용을 일으키는 매우 중요한 현상으로 특히 태풍의 특성 인자 중 하나인 풍속은 중심 기압, 이동 경로, 해수면 온도 등의 매개변수에 의해 복잡하게 변화하여 실제 관측 자료를 기반으 로 이해하는 것이 중요하다. 2015 개정 교육과정 기반 중등학교 교과서에서 태풍 풍속은 본문 내용 및 삽화의 형태로 제시되고 있어 풍속에 대한 심층적 이해가 가능한 탐구활동이 무엇보다 필요한 실정이다. 본 연구에서는 교수-학습 과 정에서 간단한 조작만으로도 태풍의 풍속을 이해할 수 있도록 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 기반으로 한 데이터 시각화 프로그램을 개발하였다. 2023년 발생한 태풍 마와르, 구촐, 볼라벤의 천리안 위성 2 A호 RGB (Red-Green-Blue) 영상 자료를 입력 자료로 활용하였다. 태풍 주변의 구름 이동 좌표를 입력하여 태풍의 풍속을 산출하고 태풍 중심 기 압, 폭풍 반경, 최대 풍속 등의 매개 변수를 입력하여 태풍 풍속 분포를 시각화 할 수 있도록 설계하였다. 본 연구에서 개발된 GUI 기반 프로그램은 천리안 위성 2 A호로 관측 가능한 태풍에 대해 오류 없이 적용 가능하며 교과서의 시공 간적 한계를 벗어난 실제 관측 자료 기반의 과학탐구활동이 가능하다. 학생과 교사는 별도의 유료 프로그램 및 전문적 인 코딩 지식이 없어도 실제 관측 자료를 수집, 처리, 분석, 시각화하는 과정을 경험할 수 있으며, 이를 통해 미래 정보 화 사회에서의 필수 역량인 디지털 소양을 함양시킬 수 있을 것으로 기대된다.

우리나라는 지리적 위치와 편서풍의 영향을 받아 필리핀이나 대만 근처에서 전향한 태풍이 매년 평균 2~3개 통과한다. 진해만은 우리나라의 대표적인 태풍 피항지로 알려져 있으며, 태풍 내습 시 피항 선박들로 가득차고 나중에는 주변 항로까지 묘박한 선박들로 포화상태에 이르게 된다. 이로 인하여 묘박중인 선박이 강풍으로 주묘가 발생될 경우에는 선박 간 이격거리가 짧아 충돌사고가 발생될 수 있으므로 진해만의 체계적인 묘박 안전관리가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 진해만 묘박지 수심에 따른 선박 톤수별 주묘 한계 풍속을 제시하였다. 수심 20 m에서는 묘쇄를 7~9 Shackles 신출하였을 때 주묘 발생 한계 풍속은 48~63 knots, 수심 35 m에서는 46~61 knots, 수심 50 m에서는 39~54 knots로 평가되었다. 수심이 증가하면서 외력에 의해 파주부가 5 m 미만이 되는 상황이 발생하면서 주묘가 발생하는 한계 풍속은 4~8 knots로 큰 차이를 보였다. 또한 고파주력 앵커(AC-14형)가 설치된 선박이 재래형 앵커(ASS형)가 설치된 선박보다 주묘 한계 풍속이 더 크게 평가되었지만, 수심이 50 m로 깊은 곳에서는 고파주력 앵커를 사용하더라도 주묘가 쉽게 발생될 수 있는 것으로 확인되었다.

국내 서해대교, 인천대교와 같은 장대교량은 대부분 빈번하게 태풍에 의해 영향을 받는 해안에 위치하였으며, 교량의 길이가 긴 만큼 풍하중에 의한 영향이 다른 하중에 비해 상대적으로 크기 때문에 내풍 안정성을 확보하기 위해 정확한 설계풍속을 산정하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 태풍의 기후학적 특성 인자로 중심기압깊이, 태풍이동속도, 태풍이동방향, 최단접근거리를 결정하였으며, 태풍의 기후학적 특성들의 확률 분포를 추정하고, 바람장 모형과 중심기압상승 모형을 적용하여 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하였다. 분석결과, 대체적으로 제주도와 남해안 지역의 재현기간 풍속이 크게 나오며 고위도로 갈수록 작아지는 특징을 나타냈다. 이와 같은 특징이 나타난 가장 큰 원인은 고위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압이 저위도 분석지점 표본 태풍의 중심기압보다 높기 때문으로 판단되며, 또한 우리나라에 해상에서 육지로 이동하면서 쇠퇴기를 겪어 점차 약해지기 때문인 것으로 분석되었다. 또한, 시뮬레이션 결과를 도로교 설계기준 100년 재현기간 풍속(10분 평균, 지상 10m, 지표조도 II)과 비교한 결과, 태풍시뮬레이션의 결과가 낮게 나타났으며, 이러한 점을 볼 때 도로교 설계기준의 기본 풍속이 높게 산정되어 있다고 판단되며, 기상자료 분석과 같은 추가적인 연구를 통해 기본풍속 조정에 대한 연구가 수행 되어야 할 것으로 사료된다.

태풍의 바람장 모사를 위해서는 최대풍속반경 자료가 필수적으로서 태풍의 바람장에 큰 영향을 미친다. 본 연구에서는 태풍의 압력 형상 분석을 통하여 최대풍속반경을 추정하였다. 추정된 최대풍속반경을 검토하기 위해서 Batts 바람장 모형에 적용하여 도출된 모의 풍속과 관측 풍속을 비교하였고, 태풍 시기에 관측된 76개소 관측 풍속의 거리 분포에 따른 풍속 분포를 통하여 검토하였다. 압력 형상 분석 을 통한 최대풍속반경이 JTWC 태풍 기록에 제시된 최대풍속반경보다 우수함을 입증하였다.

For this study, WRF numerical modeling was performed, using RDAPS information for input data on typhoons affecting the Korean peninsula to produce wind data of 700hPa. RAM numerical modeling was also used to calculate 3-second gusts as the extreme wind speed. After comparing wind speeds at an altitude of 10 m to evaluate the feasibility of WRF numerical modeling, modeled values were found to be similar with measured ones, reflecting change tendencies well. Therefore, the WRF numerical modeling results were verified. As a result of comparing and analyzing these wind speeds, as calculated through RAM numerical modeling, to evaluate applicability for disaster preparedness, change tendencies were observed to be similar between modeled and measured values. In particular, modeled values were slightly higher than measured ones, indicating applicability for the prevention of possible damage due to gales. Our analysis of 3-second gusts during the study period showed a high distribution of 3-second gusts in the southeast region of the Korean peninsula from 2002-2006. The frequency of 3-second gusts increased in the central north region of Korea as time progressed. Our analysis on the characteristics of 3-second gusts during years characterized by El Niño or La Nina showed greater strength during hurricanes that affected the Korean peninsula in El Niño years.

There were 35 typhoons affecting Korean Peninsula from 1999 to 2009(The average annual number of typhoon is 3.18). Among these typhoons, the number of typhoon passing through the Yellow sea, the Southern sea and the East sea were 14, 6 and 15 respectively. Wind speed on the height of 10 m can be finally estimated using the surface roughness after we calculate wind speed on the height of 300 m from the data on the surface of 700 hPa. From the wind speeds on the height of 10 m, we can understand the regional distributions of strong wind speed are very different according to the typhoon tracks. Wind speed range showing the highest frequency is 10~20 m/s(45.69%), below 10 m/s(30.72%) and 20~30 m/s(17.31%) in high order. From the analysis of the wind speed on the hight of 80 m, we can know the number of occurrence of wind speed between 50 and 60 m/s that can affect wind power generation are 104(0.57%) and those of between 60 and 70 m/s that can be considered as extreme wind speed are even 8(0.04%).

해수면 상승은 국내외적으로 나타나는 현상으로서 1980년대 이후 지구온난화에 의해 남극의 빙산이 일 년에 약 1조톤 정도의 얼음 덩어리를 방출함에 따라 해수면 상승률은 20세기, 20세기 말, 1993년 이후 각각 연 1.7mm, 2.3mm, 3mm로 가속화되어지고 있으며 IPCC 기후변화 보고서에서는 이산화탄소 농도에 따라서 향후 100년간 1~2m(연 10mm~20mm)의 해수면 상승이 나타날 것으로 예측하였다. 예측한 결과에 따라 해수면이 1m 상승하면 저지대 지역은 지도상에서 사라지며, 지구 경작지의 1/3 이상이 피해를 입게 된다. 또한 해수면 상승으로 인해 전 지구적으로 대부분의 해안이 위협을 받을 것으로 예상된다. 특히 우리나라는 삼면이 바다로 되어있기 때문에 해수면 상승에 따라 연안이 받는 영향을 검토할 필요가 있다. 해수면 상승은 지구온난화뿐만 아니라 태풍, 바람 및 엘리뇨 등의 불확실성 위험요소에 의해서도 상승한다. 태풍에 의한 폭풍우 및 기류의 영향으로 해일고는 높아지며, 이는 2003년도 통영 및 울산의 조위가 태풍 매미가 지나갈 때 연극치조위가 발생한 결과로 나타났다. 본 연구에서는 태풍으로 인한 최대파고를 모의할 수 있는 통계 모형을 개발하고자 한다. 이를 위해서 우리나라 연안의 20개 지점에서 얻은 파고자료를 활용하였으며, 비정상성 빈도해석 모형을 기반으로 태풍 특성에 따른 최대파고의 확률분포 특성을 유도하고자 한다. 최종적으로 본 연구에서 얻어진 태풍특성에 따른 최대파고 모의기법을 활용하여 연안구조물의 안정성 및 해안 구조물 설계시 내포되는 위험성을 판단하는데 이용하고자 한다.