Abstract
Soil temperature was measured from the surface to 40 cm depth at three stations with different heights in tidal flat of Gomso Bay, west coast of Korea, for one month in every season 2004 to examine the thermal structure and the variation. Mean temperature in surface layer was higher in summer and lower in winter than in lower layer, reflecting the seasonal variation of vertically propagating structure of temperature by heating and cooling from the tidal flat surface. Standard deviation of temperature decreased from the surface to lower layer. Periodic variations of solar radiation energy and tide mainly caused short term variation of soil temperature, which was also intermittently influenced by precipitation and wind. Time series analysis showed the power spectral energy peaks at the periods of 24, 12 and 8 hours, and the strongest peak appeared at 24 hour period. These peaks can be interpreted as temperature waves forced by variations of solar radiation, diurnal tide and interaction of both variations, respectively. EOF analysis showed that the first and the second modes resolved 96% of variation of vertical temperature structure. The first mode was interpreted as the heating antl cooling from tidal flat surface and the second mode as the effect of phase lag produced by temperature wave propagation in the soil. The phase of heat transfer by 24 hour period wave, analyzed by cross spectrum, showed that mean phase difference of the temperature wave increased almost linearly with the soil depth. The time lags by the phase difference from surface to 10, 20 and 40cm were 3.2,6.5 and 9.8 hours, respectively. Vertical thermal diffusivity of temperature wave of 24 hour period was estimated using one dimensional thermal diffusion model. Average diffusivity over the soil depths and seasons resulted in $0.70{\times}10^{-6}m^2/s$ at the middle station and $0.57{\times}10^{-6}m^2/s$ at the lowest station. The depth-averaged diffusivity was large in spring and small in summer and the seasonal mean diffusivity vertically increased from 2 cm to 10 cm and decreased from 10 cm to 40 cm. Thermal propagation speeds were estimated by $8.75{\times}10^{-4}cm/s,\;3.8{\times}10{-4}cm/s,\;and\;1.7{\times}10^{-4}cm/s$ from 2 cm to 10 cm, 20 cm and 40 cm, respectively, indicating the speed reduction with depth increasing from the surface.
갯벌의 온도구조와 열적 특성변화를 조사하기 위해 서해안 공소만 갯벌조간대에서 고도가 다른 3개 지점을 설정하여 40 cm깊이까지 계절별로 1개월간의 온도관측을 수행하였다. 표층에서 평균온도는 하계에 아래층보다 높고 동계에는 낮아져 표층가열과 냉각에 의한 온도구조와 변화 형태를 보여주었으며 표준편차는 아래층으로 갈수록 감소하였다. 주기성이 뚜렷한 일사량과 조위 변화가 주로 단기적 온도변화를 야기하였고, 간헐적으로는 강우와 강한 풍속도 영향을 주었다. 시계열분석에 의하면 24시간, 12시간 그리고 8시간 주기 성분에 강한 에너지 첨두(peak)를 보였으며, 24시간 주기성분이 가장 큰 에너지를 보였다. 24시간 주기 성분은 일사량변화, 12시간 주기는 반일주조 조위변화 그리고 8시간 주기성분은 일사량과 조위변화의 상호작용에 의한 온도파동으로 해석되었다. EOF분석에서 제 1모드와 제 2모드가 수직온도구조 변화의 96%를 차지하였다 제 1모드는 갯벌 표층에서의 가열과 냉각에 의한 현상으로, 제 2모드는 갯벌내부의 열 전파과정에서 발생하는 지연효과로 해석되었다. 교차스펙트럼 분석에서 24시간 주기성분 온도파동에 의한 열전달위상은 깊이에 따라 선형적으로 증가하는 평균위상 차이를 보였고, 표층에서 10 cm, 20 cm, 40 cm 깊이까지의 위상 차이에 의한 지연시간은 각각 3.2시간, 6.5시간 9.8시간이었다. 일차원적 열확산모델에서 산출된 24시간 주기성분 온도파동의 수직 확산계수는 깊이와 계절에 걸쳐 평균하였을 때 중부조간대 정점에서는 $0.70{\times}10^{-6}m^2/s$, 하부조간대 정점에서는 $0.57{\times}10^{-6}m^2/s$의 값을 보였다. 깊이 평균된 확산계수는 봄철에 크고 여름철에 작았고, 계절 평균된 확산계수는 2cm부터 10cm깊이까지 증가하고 10cin부터 40cm깊이까지는 감소하는 수직구조를 보였다. 평균 열확산계수를 사용하여 구한 온도전파 확산속도는 2 cm 깊이로부터 10 cm, 20cm, 40cm까지 각각 $8.75{\times}10^{-4}cm/s,\;3.8{\times}10{-4}cm/s,\;1.7{\times}10^{-4}cm/s$정도의 값이 되어 표층에서 깊어질수록 작아졌다.
