글로벌 해양관측 네트워크 구축을 위한 새로운 가치 창출

- 종합해양과학기지 구축 및 활용연구 -

그림 1. 우리나라의 종합해양과학기지들의 위치, 황해중부부이와 더불어 위도 약 2도 간격의 관측망을 구성하고 있음

해양과학기지를 활용하여 다양한 연구개발 과제를 수행해 온 ‘종합해양과학기지 구축 및 활용연구’ 2단계 연구과제가 올해로 6년차에 접어들었다. 해양학적 가치를 기반으로 해양관측시스템의 장기적 활용 방안에 역점을 둔만큼, 양질의 데이터 축적 및 국가의 현안문제 대응 등 굵직한 연구 성과를 도출해 온 해양과학기지에 대한 대내·외적 평가는 상당히 긍정적이다. 새 봄, 새로운 도약을 고대하는 마음으로 굵은 땀방울을 쏟아내고 있는 KIOST의 연구자들을 만나보았다.

황해 및 동중국해의 해양관측시스템 구축
해양환경의 특성 파악을 위한 관측정보 축적

지난 2003년 대한민국의 해양과학기술력과 해양주권수호 의지로 만들어낸 이어도 종합해양과학기지(이하 이어도 기지)를 시작으로 가거초 기지(2009년)와 소청초 기지(2014년)가 건설되며 황해 및 동중국해의 해양관측시스템 구축 및 장기적 활용의 기반이 마련됐다. 이어도 기지 구축이 완료되고 약 16년이 흐른 지금 해양과학기지에서 관측한 정보들은 돈으로 환산할 수 없는 가치를 제공하며 국내 해양과학기술 발전에 기여해왔다. 꾸준한 R&D 투자로 전문성과 기술력을 향상시킨 KIOST의 연구자들은 연간 30회 이상 해양과학기지를 방문하여 해양물리, 태풍, 대기환경, 해양생지화학, 해양구조물 등의 분야에서 세계가 주목하는 연구 성과를 도출하기 위한 노력을 소홀히 하지 않고 있다. 모든 운영시스템이 무인으로 운영되고 있지만, 보다 정교한 데이터를 얻기 위해 연간 100일 이상을 기지에 머무르며 연구자로서의 책임을 다하고 있는 것이다. 특히 해양 연구의 기본이라고 할 수 있는 ‘수온·염분 연직구조 관측’은 지난 5년 동안 소청초 기지에서 약 1,500회 가량을 실시했는데, 한 정점에서 이처럼 오랫동안 자료를 수집한 경우는 전 세계적으로도 유례를 찾아보기 힘든 관측 케이스이다. 지난 2019년에는 대기 중의 미세먼지 및 온실기체를 측정하여 중국발 미세먼지의 영향을 정량적으로 분석하며, 최근 국내 최대 환경 이슈인 (초)미세먼지에 대한 국가의 대응에도 일조했다.

사진 1. 해양과학기지에서 수행하는 다양한 연구 활동

위기를 도전의 기회로
세계 최고 수준의 설계기술 보유

물론 육지와 떨어진 해상에 기지를 세우고 연구 활동을 진행한다는 점에서, 그 과정이 순탄치만은 않았다. 특히 해양과학기지는 해양기상학적으로 태풍의 연구 및 예보에 최적의 길목에 건설되었기 때문에 구조물을 비롯한 모든 관측 장비, 전자 장비들이 해풍과 파도에 노출될 수밖에 없다. 장기 관측이라는 목적을 고려하여 100년 이상을 버틸 수 있도록 설계됐지만 구조물의 수명까지 기지를 운영하기 위해서는 지속적인 보강 및 관리가 필수적이다. 실제로 2011년에 상륙한 태풍 ‘무이파’의 영향으로 인해 가거도에서 약 47km 떨어진 곳에 설치된 가거초 기지의 상부 데크 구조물이 파손되었다. 해양과학기지를 설계했던 2007년 당시만 해도 암초상 쇄파대에 위치한 해양구조물의 안정성을 해석할 수 있는 프로그램이 없었던 탓에 이 같은 피해가 발생하고 만 것이다. 해양과학기지 구축의 전 과정이 새로운 도전의 연속이다 보니 오류는 곧 비용으로 직결되는 상황이 발생했다. 하지만 KIOST 연구진들은 이를 새로운 기술개발에 대한 사명으로 인식하고 건국대학교 연구팀과 함께 해양과학기지 구조물에 대한 쇄파력을 고려한 구조해석 기술을 개발하였고, 가거초 기지의 보강 작업을 성공적으로 진행했다. 이 연구결과는 세계 최초로 암초상 쇄파대에 위치한 자켓 구조물의 안정성을 평가하는 수치해석 프로그램인 ‘JACKET' 개발로 결실을 보게 되었다. 위기를 기회로 삼고자 부단한 연구개발을 진행한 KIOST의 노력이 세계 최고 수준의 설계기술을 보유하는 성과로 되돌아 온 것이다.

사진 2. KIOST 해양재난·재해연구센터 심재설 책임연구원

‘해양과학기지 활용협의회’ 조직
연·관 협력의 상생모델 제시

이어도 기지의 준공부터 2단계 사업의 마무리를 앞둘 때까지 그야말로 숨 가쁘게 달려온 16년이었다. KIOST는 태풍, 양자강 저염수, 해양물리 및 생태 환경변동, 그리고 해양기상 및 대기환경 등 우리의 삶과 연관된 관측정보들을 장기적으로 축적하며, 해양과학기술발전의 토대를 다져왔다. 그 과정에는 2007년에 이어도 기지, 2016년부터 가거초, 그리고 소청초 기지의 운영을 담당해 온 국립해양조사원의 헌신이 뒷받침되어 있다. 국립해양조사원의 해양과학기지 담당자들은 혹독한 해양환경과 어려운 운영 조건 하에서도 좋은 해양 관측 정보획득에 최선을 다하고 있다. 한편 해양과학기지를 활용하여 연구를 수행하는 30여 개 이상의 연구팀, 그리고 해양과학기지 시설 관리업체 등의 다양한 분야의 전문가들이 활동 중인 만큼 예기치 못한 문제 발생 시 원활한 해결이 필요했다. 이에 KIOST 연구진은 국립해양조사원과 공동으로 운영·연구·관리 전문가 간 원활한 소통과 협력을 위한 협의체인 ‘해양과학기지 활용협의회’를 조직했다. 해양과학기술의 발전에 기여한다는 분명한 목적 하에 ‘같이, 함께, 한 방향으로’ 나아가며 각 기관의 역량을 결집, 창조적 시너지를 창출하며 연·관 협력의 모범 사례를 만들어간 것이다. 이에 대해 해양재난·재해연구센터 민인기 책임기술원은 “적절한 역할 분담과 서로에 대한 이해야말로 성공적인 기지 운영의 원동력”이라고 전했다.

그림 2. 이어도 기지 이후 가거초, 소청초 기지 건설 및 활용연구 타임라인

전 세계의 해양연구 그룹과 자료를 공유하는
‘대양관측망 네트워크(OceanSITES)’ 등록

그 같은 노력의 상징적인 결과물이 OceanSITES¹⁾등록이다. 2003년 준공된 이어도 기지의 활용 연구를 시작으로 16년 이상 지속된 해양관측 및 연구, 그리고 미래 해양학적 가치를 높이 평가받은 우리나라의 해양과학기지가 미국 국립해양대기청(NOAA), 우즈홀 해양연구소 (WHOI), 스크립스 해양연구소(SIO), 영국 국립해양학센터(NOC)와 일본 해양연구개발기구(JAMSTEC) 등 세계 최고의 해양연구기관들이 운영하는 해양관측시스템들과 어깨를 나란히 하게 된 것이다. OceanSITES 등록은 해양수산부의 장기적이고 지속적인 연구지원, 국립해양조사원의 성공적인 운영에 힘입어 KIOST를 비롯한 여러 대학의 연구팀이 해양 관측 및 연구 수행에서 긴밀히 협력하면서 이루어낸 의미 있는 성과다. 특히 우리나라의 해양과학기지가 국제적인 해양관측 활동에 공식적으로 참여함으로써, 기후변화 등 전 지구적인 현안 대응에 기여한다는데 중요한 의미를 지닌다. 심재설 책임연구원은 “기존 OceanSITES는 관측영역이 수심 1,000m 이상의 심해에만 국한되어 있어 진입이 까다로웠다.”며 “이런 조건임에도 불구하고 수심 15~50m 정도인 황해 및 동중국해 대륙붕에 위치한 우리나라 해양과학기지가 등록된 것은 심해에서 대륙붕까지 관측영역을 확대하겠다는 OceanSITES의 도전적인 결정”이라고 강조했다. 해양재난·재해연구센터 정진용 선임연구원은 엘리뇨, 라니냐 등 전 지구적인 기후변화가 주요 산업시설들이 위치한 각국의 연안 환경에 어떤 영향을 줄 것인지에 대한 거시적 현상의 연결, 즉 ‘상호작용의 이해’라는 인식 변화의 중심에 우리나라의 해양과학기지가 있다고 설명했다.

1) 대양의 주요해역에 위치한 장기 해양관측시스템을 통해 다양한 분야의 관측 자료를 생산·공유하는 대양심해관측 네트워크. 전 세계 최고 수준의 장기 해양관측시스템들로 구성되어 있으며, 기후변화 등 해양환경 변화와 관련된 주요 관측·연구 성과들을 생산하고 있다.

사진 3. 해양재난·재해연구센터 정진용 책임연구원

사진 4. 해양재난·재해연구센터 민인기 책임기술원

‘해양과학기지-대형해양관측부이-무인장비’ 연계
‘3차원 입체해양관측 체계’ 구축

다방면의 노력으로 소기의 성과를 달성했지만, KIOST 연구진들은 ‘아직 갈 길이 멀다.’고 입을 모아 말한다. 2단계 사업의 마무리는 그야말로 시작일 뿐이라는 것이다. 지금까지 현장의 힘을 높이고 현장 중심의 성과를 창출하는데 집중했다면, 앞으로는 프로세스 및 시스템의 고도화를 통해 4차 산업혁명 시대에 걸맞은 융합연구를 수행할 수 있는 체계를 갖추겠다는 포부다. 특히 최근 해양관측의 추세가 대양에서 연안으로 확장되는 것은 물론, 고정점에서 벗어나 첨단 이동형 해양관측장비들과 연계성이 강조되고 있다는 점을 반영하여 시간적·공간적 공백을 최소화한 해양관측망을 구축할 계획이다. 2단계 사업이 마무리되는 올해에는 인공지능을 이용한 관측시스템의 자동화 연구 및 영상자료의 정형화 기술을 확보하여 관측 자료의 활용성을 높이는 한편, 3단계 사업이 진행되는 2021년부터는 해양과학기지·대형해양관측부이 등의 고정형 해양관측시스템에 드론, 수중글라이더 등의 무인장비를 더해 ‘3차원 입체해양관측 체계’를 구축할 계획이다. 이후 OceanSITES 등 다양한 국제 해양연구 그룹들과 교류하며, 우리나라의 해양과학기지가 글로벌 공동연구의 주역으로서 기량을 발휘해 나가도록 하는 것이 KIOST의 최종 목표이다.

사진 5. 해양과학기지를 중심으로 다양한 해양관측플랫폼을 연계한 ‘3차원 입체 해양관측망’ 구축 계획 (출처: Saildrone, Rutgers Univ., MBARI)

사진 6. 2021년부터 진행되는 3단계 사업을 준비 중인 KIOST 연구원들

풍랑이 거칠수록 더욱 힘차게 살아 숨 쉬는
인류 공동의 자산으로 자리매김 하길

해양과 기상 예측의 정확도를 높이고, 자연재해 대응 등 지구 환경 변화에 능동적으로 대처하기 위해 다양한 임무를 수행하는 해양과학기지는 궁극적으로 국민의 안전과 행복을 위한 필수적 전략 자산이다. KIOST는 바다 위에 존재하는 유형적 자산뿐만 아니라, 세계가 탐내는 수준 높은 해양과학 정보 및 기술을 지속적으로 축적해 나갈 계획이다. 풍랑이 거칠수록 그 존재가치를 더욱 선명히 빛내는 해양과학기지가 국내를 비롯한 전 세계 해양연구 그룹의 공동 자산이 되어 무한의 가능성을 꽃피우기를 기대해 본다.