바닷속 소리 지도

자료 및 방법

한반도 주변 해역(117–142°E, 24–46°N)의 음속장을 HYCOM 수온·염분 자료로 계산하고, 음원에서 지정한 방향의 연직 단면을 따라 음선을 추적하여 수중 음파의 전파 경로와 전달 손실을 표출함.

음속장

• 수온·염분: 미 해군 HYCOM ESPC-D-V02(수평 0.08°×0.04°, 연직 40개 층, 0–5,000 m). 0.08°×0.04° 격자 2×4개를 평균하여 약 0.16°(약 15 km) 격자로 재구성함.
• 대상 자료
• 음속: UNESCO(1983) 식(Chen and Millero, 1977; Fofonoff and Millard, 1983). HYCOM 수온은 현장수온(CF 표준명 sea_water_temperature)이므로 잠재수온 변환 없이 사용하고, ITS-90 → IPTS-68 환산(×1.00024)만 적용함. 압력은 위도별 Saunders(1981) 식으로 수심에서 환산함. Mackenzie(1981) 식과의 차이는 평균 0.2 m/s, 95백분위 0.8 m/s임.
• 모델 해저면 아래와 수심 5,000 m 아래는 마지막 수층의 잠재수온·염분이 유지된다고 보고 현장수온으로 되돌려 음속을 계산함(5,000 m 아래 음속 증가율 약 0.0185 m/s/m). 층 사이는 포물선 기울기를 쓰는 3차 에르미트 보간을 적용함.
• 음파 통로 축: 해저 수심(GEBCO 격자 평균)까지 2 m 간격으로 구한 음속 최솟값의 수심. 최솟값 위·아래 모두 음속이 1 m/s 이상 커질 때 음파 통로로 판정함. 포획각 = arccos(최소 음속 / min(축 위 최대 음속, 축 아래 최대 음속)). 임계수심 여유 = 해저 수심 − 해면 부근 최대 음속과 같아지는 수심. 표층 덕트 두께 = 해면에서 음속이 증가하다 처음 감소하기 시작하는 수심.

음선 추적

• 음원에서 끝점까지 경위도 직선을 1 km 간격으로 따라가며 음속을 수평 쌍선형 보간하여 (거리 × 수심 401층) 단면을 만들고, GEBCO_2019 수심(1/30° 격자)을 해저면으로 사용함.
• 음선 방정식(Jensen 외, 2011)을 호장에 대해 2차 룽게–쿠타 방법으로 적분함(보폭은 단면 최대 수심의 1/12, 40–300 m). 해면은 경면 반사(위상 반전), 해저면은 국지 경사에 대한 경면 반사와 유체 반무한 퇴적층의 Rayleigh 반사계수(퇴적물 대표값: Jensen 외, 2011, 표 1.3)를 적용함.
• 해수 흡수: Ainslie and McColm(1998) 식(pH 8)을 선택 주파수에 대해 적용함. 흡수를 제외한 음선 경로는 주파수와 무관함.
• 전달 손실(TL): 조밀한 음선 부채(최대 ±25°, 601–901개)에서 인접 음선이 이루는 음선관의 에너지를 수심 방향으로 고르게 나누어 합산한 비간섭 추정치이며, 기준은 음원에서 1 m 거리임. 음선 간 간섭, 회절, 음영대로 새는 에너지는 반영하지 않음.
• 수신점 도달 구조: 수신 거리에서 수신 수심을 사이에 둔 인접 음선 쌍(반사 횟수가 같은 쌍)을 보간하여 고유음선의 도달 시각과 진폭을 구함. ‘수신점’ 재생음은 합성한 음원 신호를 이 도달 시각·진폭(부호 포함)의 충격응답과 합성곱한 것이며, 들을 수 있도록 음량을 정규화함.
• 현재 음속장 판독: 동해 심층 해역 음파 통로 축 중앙값 · 북서태평양 심해 .

유의 사항

• 음선 이론은 파장이 수심·음속 변화 규모보다 충분히 짧을 때 성립하는 고주파 근사임. 수 m–수십 m 수심의 천해에서 수십 Hz 이하 음파는 정규모드·포물선 방정식 모델로 다루어야 함.
• 음속장은 약 15 km 격자의 수치모델 일평균 값으로, 내부파·소용돌이·전선의 세부 구조와 해면 거칠기, 해저 퇴적층의 공간 분포, 전단파는 반영하지 않음. 해저 퇴적물은 단면 전체에 하나의 값을 적용함.
• 전달 손실과 재생음은 교육·탐구용 근사 계산으로, 항해·탐지·환경영향평가 등에 사용할 수 없음.

참고 문헌

Chen, C.-T., Millero, F. J. (1977) J. Acoust. Soc. Am. 62, 1129–1135 · Fofonoff, N. P., Millard, R. C. (1983) UNESCO Tech. Pap. Mar. Sci. 44 · Mackenzie, K. V. (1981) J. Acoust. Soc. Am. 70, 807–812 · Saunders, P. M. (1981) J. Phys. Oceanogr. 11, 573–574 · Ainslie, M. A., McColm, J. G. (1998) J. Acoust. Soc. Am. 103, 1671–1672 · Jensen, F. B. 외 (2011) Computational Ocean Acoustics, 2nd ed., Springer · Munk, W. 외 (1995) Ocean Acoustic Tomography, Cambridge Univ. Press

출처

HYCOM ESPC-D-V02 (HYCOM Consortium, U.S. Navy NRL) · GEBCO Compilation Group, GEBCO_2019 Grid (doi:10.5285/836f016a-33be-6ddc-e053-6c86abc0788e) · 해안선: GEBCO 0 m 등고선
제작: Claude · 2026 · 자료 갱신 (UTC)