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ISSN : 1225-6692(Print)
ISSN : 2287-4518(Online)
Journal of the Korean earth science society Vol.42 No.3 pp.296-310
DOI : https://doi.org/10.5467/JKESS.2021.42.3.296

A Review on the Analysis of the Equatorial Current System and the Variability during the El Niño Period: Focusing on the Misconceptions in the Field of Secondary Education

You-Soon Chang*
Department of Earth Science Education, Kongju National University, Gongju 32588, Korea
*Corresponding author: yschang@kongju.ac.kr *Tel: +82-41-850-8292
March 2, 2021 April 7, 2021 May 10, 2021

Abstract


El Niño is a typical ocean and atmospheric interaction phenomenon that causes climate variability on a global scale, so it has been used as a very important teaching and learning material in the field of earth science. This study summarized the distribution and dynamics of the equatorial current system. The variability of the equatorial current system during the El Niño period and the associated misconceptions were also investigated. The North Equatorial Current, South Equatorial Current, and Equatorial Under Current significantly weaken during El Niño years. However, the variability of the North Equatorial Counter Current (NECC) during the El Niño period cannot be generalized because the NECC shows southward movement with weakening in the northern area and strengthening in the southern area, along its central axis. In the western Pacific, the NECC is further south during El Niño years, and thus, it has an eastward flow in the equatorial western Pacific. Our analysis of a mass media science article, a secondary school exam, and a survey for incumbent teachers confirmed disparate ideas about the equatorial current system’s variability during El Niño periods. This is likely due to inaccurate interpretations of the existing El Niño schematic diagram and insufficient understanding of the equatorial current and wave dynamics.



적도 해류계 분석 및 엘니뇨 시기의 변동에 관한 논의: 중등 교육 현장의 관련 오개념을 중심으로

장 유 순*
공주대학교 지구과학교육과, 32588, 충청남도 공주시 공주대학로 56

초록


엘니뇨는 전지구적인 규모로 기후 변화를 유발하는 대표적인 해양-대기 상호작용 현상으로서 지구과학 분야에서 매우 중요한 교수-학습 소재로 사용되고 있다. 본 논고에서는 적도 해류계의 분포 특징 및 발생 역학에 관해 정리하였 으며, 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동과 관련 오개념에 관해 조사하였다. 엘니뇨 시기에는 북적도해류, 남적도해류, 적 도잠류들이 유의미하게 약화된다. 그러나 북적도반류는 중심축을 중심으로 남쪽 성분은 강화되고 북쪽 성분은 약화되면 서 적도 쪽으로 남하하기 때문에 엘니뇨 시기의 북적도반류의 변동에 대해서는 일반화할 수 없다. 또한 서태평양에서는 북적도반류의 남하 폭이 커져 결과적으로 적도 서태평양에서는 동향류가 관측된다. 일부 대중 매체를 통한 과학 기사, 중등학교 평가 문항 뿐만 아니라 현직 교사들을 대상으로 한 설문 조사 결과 분석을 통해 엘니뇨 시기의 적도 해류계 의 변동에 관한 개념이 통일되지 않았음을 확인하였다. 이는 기존에 사용되고 있는 엘니뇨 모식도의 부정확한 해석과 적도 해류 및 파동 역학에 관한 이해 부족과 연관된다고 유추할 수 있다.



    서 론

    대표적인 해양-대기 상호작용(air-sea interaction)의 예로 잘 알려져 있는 엘니뇨 현상은 열대 태평양 뿐 만 아니라 전지구적인 규모로 기후 변화를 유발함으 로써 그 중요성이 크게 주목받고 있다(Yeh et al., 2009). 엘니뇨와 관련된 연구들은 엘니뇨 역학, 엘니 뇨 예측, 기후 변동과 관련된 원격상관(teleconnection), 이에 따른 사회 경제적인 효과 분석 등 자연 과학의 범주를 넘어 다양한 분야에서 매우 활발하게 진행되 고 있으며, 이에 관한 교육적 필요성도 지속적으로 증대되고 있다(McPhaden et al., 2020). 우리나라는 2007년 개정 중등 교육과정을 시작으로 최근 2015 개정 교육과정까지 지구과학 교과의 대기-해양 단원 에서 엘니뇨 현상을 주요 교수-학습 요소로 포함시키 고 있다(교육부(Ministry of Education), 2007, 2009, 2015). 특히 무역풍 변동과 관련된 용승, 이에 따른 해수면 온도 및 기압 변화 등 일련의 역학 과정으로 설명되는 엘니뇨 발달 기작에는 다양한 교수-학습 개 념들이 포함되어 있다. 학생들은 엘니뇨 발생 과정을 학습하면서 중요한 필수 개념들(저기압, 고기압, 에크 만 수송, 용승, 해양 대순환, 대기 대순환 등)을 반복 학습하고 이를 이용하여 해양-대기 상호작용 과정에 대해 종합적으로 사고할 수 있게 된다. 그러므로 엘 니뇨 현상은 유체 지구과학교육 분야에서 매우 중요 한 교수-학습 소재임이 분명하다.

    엘니뇨 발생 및 소멸 기작을 정확히 이해하기 위해 서는 적도 해류 시스템 및 파동에 관한 이해가 필수 적이다. 현 중등학교 교육과정에서는 북적도해류, 남 적도해류, 적도반류의 형성 원리 및 분포 특징에 관 해 다루고 있지만, 엘니뇨 시기의 해류 변동에 관해 서는 언급되고 있지 않다. 2015년 개정 교육과정에 맞춰 현재 사용되고 있는 총 6종의 지구과학I 교과서 도 모두 동일하게 엘니뇨 시기의 열대 태평양의 해수 면 온도, 수온약층, 혼합층, 해면 고도, 강수량, 해면 기압의 변화에만 국한하여 기술하고 있다(Kim et al., 2019;Kwon et al., 2019;Lee et al., 2019a;Lee et al., 2019b., Lee et al., 2019c;Oh et al., 2019). 그러 나 일부 자습서 및 대중 매체에서는 엘니뇨 시기의 적도 해류계의 변동에 관해서 잘못된 정보를 전달하 고 있어 교육 현장에 혼란을 야기시키는 실정이다.

    이에 본 연구에서는 적도 해류계의 분포 특징, 발 생 역학에 대해 정리하고, 전문 연구논문 문헌 조사 및 실측 자료 분석을 통해 엘니뇨 시기의 적도 해류 계 변동에 관한 주요 개념을 정립하여 전달하고자 한다. 추가로 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동과 관 련된 대중 매체, 평가 문항 및 교사들의 오개념 사례 에 대해 소개하고, 그 원인에 관해 토의하고자 한다.

    자료 및 방법

    본 연구에서는 적도 해류계의 분포 및 역학을 설 명하기 위해 다양한 해양학 전공 서적 및 관련 논문 을 조사하였다. 엘니뇨 시기의 해류계 변동에 관한 부분은 관련 전문가들이 발표한 주요 논문들의 내용 을 정리하였다.

    엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동에 관한 오개념을 확인하기 위해 다양한 대중 매체에 소개된 엘니뇨 관련 기사 및 중등학교에서 사용되는 관련 평가 문 항 들을 수집하였다. 또한 지구과학을 전공하는 현직 교사들의 적도 해류계에 대한 이해도를 파악하기 위 해 간단한 설문 조사를 동시에 진행하였다. 설문 대 상 현직 교사들은 충청남도 소재 국립대학에서 2020 년도 하계 1급 정교사 지구과학 자격 연수를 수강한 55명으로, 현재 고등학교에서 지구과학을 가르치고 있는 교사는 32명, 중학교에서 과학과목을 가르치고 있는 교사는 23명으로 구성되었다. 설문에 참여한 교 사들은 모두 대학에서 지구과학을 전공한 후 3년 이 상 중학교 또는 고등학교에서 현장 교육을 실시한 경험이 있는 전문가 집단이었다.

    분석된 오개념과 교과서 서술과의 연관성을 분석하 기 위해 2015 개정교육과정을 기반으로 2019년에 출 판된 6종의 지구과학I 교과서에 소개된 엘니뇨 모식 도 및 관련 서술을 연구 자료로 추가로 활용하였다 (Kim et al., 2019;Kwon et al., 2019;Lee et al., 2019a;Lee et al., 2019b., Lee et al., 2019c;Oh et al., 2019).

    적도 해류계

    분포 특징

    태평양 열대 해역에서는 북동 무역풍과 남동 무역 풍에 의해 북적도해류(North Equatorial Current, NEC)와 남적도해류(South Equatorial Current, SEC)가 동쪽에서 서쪽으로 흘러 북반구(남반구)에서는 시계 (반시계) 방향으로 회전하는 아열대 환류의 일부를 구성한다. 남적도해류와 북적도해류 사이의 약 5-10 °N (또는 3-10 °N)에 위치하는 적도수렴대(Intertropical Convergence Zone, ITCZ) 해역에서는 동쪽으로 흐르 는 적도반류(Equatorial Counter Current, ECC)가 존재 한다(Fig. 1). 해양학자들은 적도반류를 남적도해류 사이에서 약하게 흐르는 남적도반류(South Equatorial Counter Current, SECC)와 구분하여 북적도반류 (North Equatorial Counter Current, NECC)로 명명하 고 있다(Reid, 1959). 그러나, 중등학교 지구과학 교 과서 및 일부 전공 서적에서도 북적도반류를 남적도 반류와 별다른 구분없이 적도반류로 통칭하여 사용하 고 있는 실정이다.

    적도 해류계를 구성하고 있는 또 하나의 중요한 해류로는 적도잠류(Equatorial Under Current, EUC) 가 있다. 적도잠류는 약 2 °S-2 °N 사이에서 300 km 정도의 폭을 가지고 수심 100-200 m 깊이에서 서에 서 동으로 흐르는 강한 해류이며, 태평양에서는 발견 자의 이름을 따서 크롬웰해류(Cromwell Current) 또 는 태평양 적도잠류(Pacific Equatorial Undercurrent) 로 통용되기도 한다(Cromwell et al., 1954).

    Fig. 2는 열대 중앙 태평양(170 °W)에서 위도에 따 른 동서 방향 해류 분포의 연직 단면 모식도이다. 서 향류가 존재하는 해역은 모두 음영으로 표시하였으 며, 나머지는 북적도해류(NEC)와 남적도해류(SEC)로 구분되는 동향류가 존재하는 해역이다. 숫자는 1979 년 4월부터 1980년 3월까지 관측된 연평균 수송량 (1 Sv=106 m3 /s)이다. 평균 200 m 깊이 적도에 위치하 고 있는 적도잠류(EUC)의 수송량은 약 31 Sv으로, 상대적으로 넓은 해역에 분포하는 북적도해류와 남적 도해류의 평균 수송량인 24 Sv, 52 Sv과 비교할 때 적도잠류의 유속이 매우 크다는 사실을 유추할 수 있다. 실제 다양한 관측결과에서 적도잠류는 평균 100-150 cm/s의 강한 흐름을 보이며 동쪽으로 갈수 록 중심 수심이 얕아지며 유속의 변동성도 크다고 알려져 있다(Knauss, 1960;Wrytky and Kilonsky, 1984;Braden and Brady, 1985).

    적도잠류를 제외한 열대 해류계를 구성하는 동향류 로는 북적도반류와 남적도반류가 있으며 20-30 °N 위 도대에서는 아열대 반류들도 약하게 관측된다. 또한 적도잠류 이심에서는 적도중층류(Equatorial Intermediate Current, EIC), 북적도이심반류(North Subsurface Counter Current, NSCC), 남적도이심반류(South Subsurface Counter Current, SSCC) 등 다양한 해류 들이 동쪽으로 흐른다. 이러한 해류들은 일반 해양학 에서 다루는 주요 해류계의 범주를 벗어나 일부 전 문 연구 논문에만 국한되어 소개되고 있다. 적도 해 류계는 계절에 따른 ITCZ의 이동 및 엘니뇨와 관계 된 무역풍 세기의 경년 변동에 따라 그 위치와 강도 가 유의미하게 변하는 것으로 알려져 있다(Gill, 1982;Philander, 1990).

    발생 역학

    적도 해류계의 발생 역학을 이해하기 위해서는 코 리올리 파라미터(f)의 적용 유무에 따라 적도(f=0)와 아적도(f≠0)로 구분하여 단순화시킬 필요가 있다. 전 향력을 무시할 수 있는 적도 해상에는 무역풍에 의 한 전단 응력(shearing stress)만이 작용한다고 가정할 수 있고 이 힘이 점성(viscosity)이 있는 해수를 유향 의 변화 없이 서쪽으로 끌어 이동시킨다. 이렇게 끌 려간 해수, 즉 적도 표층 마찰층(에크만층) 내에서 흐르는 남적도 해류는 대양의 서쪽 경계에 해수면을 높게 만들어 동쪽 방향으로 수평 수압경도력을 발생 시킨다. 이러한 해수면의 높이차에 의해 다시 경사 방향인 동쪽으로 흐르는 적도잠류가 발생한다. 그러 므로 무역풍에 의한 취송류(wind driven (drag) current)의 성격을 지니는 남적도해류와 동서 방향의 수압경도력에 의한 경사류(slope current)의 성격을 지니는 적도잠류는 서로 반대 방향으로 흘러 적도 해상에서 무역풍이 지속되는 상황에서도 일정한 해면 경사를 유지시킬 수 있다. 상대적으로 바람의 응력이 작용하는 표면 마찰층보다 해면 경사에 의한 수압경 도력이 작용할 수 있는 수심이 깊기 때문에 경사류 인 적도잠류가 취송류인 남적도해류의 이심에 존재할 수 있다. 여기서 취송류라는 용어는 바람에 의해 생 기는 다양한 해류들을 포괄적으로 의미하며 일반적인 적도 해류계 역학을 설명할 수 있는 지형류 (geostrophic current)도 근본적으로 바람에 의해 생기 는 취송류의 일종이라고 생각할 수 있다. 그러므로 상황에 따라 취송류라는 단어를 엄밀히 구분하여 사 용해야 하며, 관련 학계를 중심으로 용어 통일에 관 한 논의가 필요한 실정이다.

    전향력을 무시할 수 없는 아적도 해역에서의 모든 적도 해류계는 일반적으로 지형류 평형으로 해류의 운동을 설명할 수 있다. Fig. 3은 하와이에서 타히티 까지의 관측 결과를 근거로 열대 태평양 남북 방향 수온 분포 및 역학적 고도(dynamic topography)로 산 정된 해수면 높이를 나타낸 것이다(Wyrtki and Kilonsky, 1983). 본 논문에서는 해면 고도 모식도 아 래에 무역풍에 의해 발생하는 에크만 수송 방향과 이에 따른 동서 방향의 해류를 추가로 도시하였다.

    코리올리 부호가 바뀌는 적도를 기준으로 남동무역 풍에 의한 에크만 수송의 결과로 해수의 발산 (divergence)이 일어난다. 그러므로 5 °N 이남 해역에 서는 적도쪽으로 낮아지는 해수면 경사가 발생한다. 일반적으로 약 0.25° 내외의 좁은 적도 해역을 제외 하고는 열대 해역에서도 전향력을 무시할 수 없으므 로, 이러한 남북 방향의 해수면 경사에 의한 수압경 도력과 전향력이 평형을 이뤄 남반구와 북반구 0- 5 °N 사이 해역에서는 모두 서쪽 방향으로 흐르는 지 형류, 즉 남적도해류(SEC)가 발생한다.

    5-10 °N에 위치한 ITCZ 무풍대 남단에서는 남동무 역풍이 무풍대에 접근하여 약화됨에 따라 에크만 수 송이 감소하여 해수의 수렴이 일어나며, 무풍대 북단 에서는 북동무역풍이 무풍대에서 벗어나면서 강해져 해수의 발산이 일어난다. 따라서 수렴 해역에서는 해 수면이 상승하고 발산 해역에서 해수면이 하강하여 5-10 °N 구간에서는 북쪽으로 갈수록 해수면이 낮아져 지형류 평형 관계에 의해 동향류, 즉 북적도반류 (NECC)가 발생한다. 이러한 해수면 기울기는 Fig. 3 의 수온 연직 단면도에서 수온약층 기울기의 역방향 과 매우 유사함을 확인할 수 있다.

    적도반류를 지형류가 아닌 단순히 경사류의 일종으 로 설명하기도 한다. 대륙으로 막혀있는 대양의 서쪽 에 쌓인 해수가 전향력을 어느 정도 무시할 수 있는 열대 해역에서 동쪽으로 그대로 흐르게 되어 적도해 류의 보류로 작용한다는 주장이다. 이러한 설명은 지 형류 평형을 배우지 않는 중학교 교육 현장에서 자 주 사용되며 관련하여 적도반류도 정확히 적도에 위 치한다고 교수하기도 한다. 그러나 이 가설에는 해양 서쪽에 대륙이 필수적으로 존재하여야 하지만, 해양 경계가 불분명하고 인도양으로 통하는 해로가 존재하 는 서태평양에서 적도반류가 뚜렷이 존재한다는 관측 증거들에 모순된다. 또한 평균적으로 적도반류가 존 재하는 5-10 °N (또는 3-10 °N) 해역은 전향 효과에 따 른 지형류의 존재를 무시할 수 없다는 이론적 설명 에도 모순된다.

    적도 해류계의 전반적인 흐름을 해양학자들은 스베 드럽 관계식(Sverdrup relation)을 통해서 이론적으로 설명한다(Pond and Pickard, 1983;Stewart, 2008). 대양의 환류 시스템을 역학적으로 설명하는 스베드럽 관계식은 전향력, 수압경도력, 바람응력의 3가지 힘 의 균형을 모두 고려하고 있어, 에크만 수송과 지형 류 평형식의 합으로 만들어진 방정식이다. 중등학교 교육과정과 일부 대학 교재에서도 전향력을 고려한 해양의 운동을 에크만 수송과 지형류 평형식을 따로 구분하여 서술하고 있다. 그러므로 본 논고에서 소개 하고 있는 스베드럽 관계식의 전반적인 이해는 중등 교육 이상의 교수자들에게 매우 유용하다고 판단된다.

    운동 방정식을 연직 적분하여 교차 미분하면 남북 방향의 수송량(My)은 위도(ϕ)에 따른 코리올리 파 라미터의 변화율( β = f y = ( 2 Ω sin ϕ ) R ϕ = 2 Ω cos ϕ R )에 반비례하고 바람응력의 컬( τ y x τ x y )에 비례한다는 아래의 스베드럽 관계식을 얻을 수 있다.

    M y = 1 β ( τ y x τ x y )
    (1)

    식 (1)에서 열대해역에서는 남북 방향 바람응력의 동서 성분의 변화가 거의 없다( τ y x = 0 )고 가정하면 식 (2)로 단순화 되며, τ x y 의 부호에 따라 남북 방 향의 수송량이 결정된다.

    M y = 1 β τ x y = R 2 Ω cos ϕ τ x y
    (2)

    해표면에서의 해류의 연직 운동을 무시하면 연속 방정식의 연직 적분 형태를 이용하여( M x x + M y y = 0 ) 아래와 같이 동서 방향 수송량의 변동도 이론적으로 유도할 수 있다.

    M x x = M y y = y ( R 2 Ω cos ϕ τ x y ) = 1 2 Ω cos ϕ ( τ x y tan ϕ + 2 τ x y 2 R )
    (3)

    식 (3)을 Mx=0인 지점인 열대 태평양의 동쪽 해 안으로부터 서쪽을 따라 적분하면 식(4)와 같은 동서 방향의 수송량을 얻을 수 있다.

    M x = Δ x 2 Ω cos ϕ ( τ x ¯ y tan ϕ + 2 τ x ¯ y 2 R )
    (4)

    여기서 Δx는 동쪽 경계로부터의 거리를 의미하고 τ x ¯ 는 동서 방향으로 평균된 바람의 응력을 나타낸다. 실제 무역풍대에서 식 (4) 우변의 두 항 중 2 τ x ¯ y 2 이 포함된 항의 규모가 더 크기 때문에 우리는 2 τ x ¯ y 2 의 부호에 따라 동서 방향의 수송량이 결정됨을 알 수 있다. Fig. 4는 0-20 °N 에 따라 동서 방향으로 평균된 무역풍( τ x ¯ ) 및 y방향으로의 일차 도함수( τ x ¯ y ) 및 이 차 도함수( 2 τ x ¯ y 2 )를 각각 도시한 것이다. 5-10 °N 사이 의 무풍대를 기점으로 τ x ¯ y 의 부호가 바뀌는 것을 알 수 있으며, 이에 따라 열대 동태평양 해역에서의 남북 방향으로 해수의 발산이 일어남을 알 수 있다. 2 τ x ¯ y 2 의 부호를 살펴보면, 5-10 °N 사이에서 모두 음 (−)의 부호를 가지고 있으므로, 식(4)에 의해 상대적 으로 작은 스케일을 가지는 τ x ¯ y 항을 무시하면 동쪽 방향의 수송, 즉 북적도반류가 흐른다는 사실을 확인 할 수 있다.

    엘니뇨 기간의 적도 해류계 변동

    엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동에 관한 연구 결 과들을 정리하여 소개하면 다음과 같다. 무역풍이 약 화되는 엘니뇨 시기에는 동서 방향의 해수면 경사가 감소하여 역학적으로 경사류의 성격을 지니고 있는 적도잠류의 세기가 약해진다. 또한 약화된 무역풍에 의한 에크만 수송 감소에 의해 남북방향의 해수면 경사도 작아져 이에 따른 동서방향의 지형류, 즉 북 적도해류 및 남적도해류가 약해진다. 그러나 북적도 반류의 세기 변화에 대한 이견은 여전히 남아있는 상황이다. 1979년 Wyrtki의 관측을 시작으로 많은 연 구들이 엘니뇨 시기에 북적도반류의 중심축이 남하하 고 그 세기가 강해진다고 보고하고 있다(Wyrtki, 1979;Meyers and Donguy, 1984;Kessler and Taft, 1987;Taft and Kessler, 1991;Delcroix et al., 1992;Qiu and Joyce, 1992). 그러나 개별 연구에서 사용된 자료들 간의 관측 시간과 장소가 모두 달라 통일된 결과로 일반화하기 어려운 실정이었다. 이에 Johnson et al. (2002)은 비교적 장기간에 걸친 다양한 해역의 자료를 이용하여 종합적 결과를 제시하였다.

    분석에 사용된 자료는 1991년부터 2001년까지 태 평양에서 8 °S-13 °N 의 남북 방향 연직 단면을 따라 관측한 총 172 개의 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) 실측 자료이다. 관측 경도는 143 °E, 156 °E, 165 °E, 180° , 170° W, 155° W, 140° W, 125° W, 110° W, 95° W 등으로 태평양의 TAO (Tropical Atmosphere and Ocean), TRITON (Triangle Trans- Ocean Buoy Network) 계류 관측 지점들을 포함한다. 본 연구에서는 Johnson et al.(2002)의 결과 중 서태 평양, 중앙태평양, 동태평양 해역을 대표할 수 있는 165 °E, 155 °W, 110 °W 단면 자료만을 재구성하여 제 시하였다.

    Fig. 5의 165 °E를 따르는 서태평양 연직 단면도를 살펴보면, 평년에는 적도 200 m에서 평균 40 cm/s 이 상의 강한 적도잠류와 표층 4-10 °N 사이에 평균 20 cm/s 이상의 북적도반류가 관측된다. 엘니뇨 시기에 는 적도잠류의 세기가 유의미하게 감소하고, 북반구 4 °N 이남 표층에서 약하게 흐르던 남적도 해류가 사 라지고 전체적으로 넓은 범위에 걸쳐 동향류가 흐르 게 된다. 북적도반류의 최대 세기도 30 cm/s 이상으 로 강화되었고 그 중심축이 4-6 °N 정도에 위치하여 남하했음을 알 수 있다. 반대로 라니냐 시기에는 적 도잠류 및 남적도해류가 동시에 강화되었으며, 북적 도반류는 반대로 약화되고 그 중심축이 약 6-8 °N로 북상했음을 확인하였다. 엘니뇨 시기에는 무역풍이 약화될 뿐만 아니라 서태평양에서는 간헐적으로 서풍 이 불기 때문에 동서 방향의 해수면 경사가 매우 완 만해지면서 역학적으로 적도잠류가 약해진다. 또한 서풍에 의한 바람응력 패턴의 변화로 지형류 성격을 지닌 남적도해류는 사라지고 대신 적도 근처로 남하 한 북적도반류가 서풍과 동쪽 방향의 해면 경사에 의해 역학적으로 취송류 및 경사류의 특징을 가지며 적도 해상에서 동향류의 흐름을 유지한다고 해석할 수 있다.

    그러나 엘니뇨 시기의 중앙태평양에서의 해류 변동 양상은 서태평양과 매우 다르다. Fig. 6에서 보는 것 처럼 중앙태평양의 적도잠류의 세기는 평년에는 90 cm/s 이상으로 서태평양에 비해 매우 강하게 흐르며 엘니뇨 시기에는 70 cm/s 정도로 약해지고, 라니냐 시기에는 110 cm/s 이상으로 강해진다는 사실을 확인 할 수 있다. 약 5 °N 이남에서 최대 50 cm/s 이상으로 서쪽으로 강하게 흐르던 남적도해류는 엘니뇨 시기에 는 서향류 방향 자체는 변함이 없지만 그 세기가 20- 30 cm/s 이내로 약해진다. 또한 5-9 °N 사이에 존재하 는 북적도반류는 4-8 °N 범위로 남하하고 그 세기도 약해진다. 반대로 라니냐 시기에는 남적도해류와 북 적도반류의 세기가 모두 강해진다는 사실을 확인할 수 있다.

    110 °W를 따르는 동태평양 연직 단면도를 살펴보면 표층 북적도반류의 폭이 매우 좁은 것을 알 수 있으 며 오히려 북적도이심반류(North Subsurface Counter Current, NSCC)와 남적도이심반류(South Subsurface Counter Current, SSCC)가 뚜렷하게 관측된다(Fig. 7). 엘니뇨 시기에 유의미한 변동보다는 전체적으로 라니 냐 시기에 적도잠류와 남적도 해류의 강화 등이 유의 미하게 관측된다. 본 연구 결과를 통해 엘니뇨 시기에 북적도해류, 남적도해류, 적도잠류의 세기는 공통적으 로 감소함을 확인하였으나, 북적도반류는 서태평양에 서는 강해지나 중앙태평양에서는 약해지고, 동태평양 에서는 유의미한 변화가 없는 것으로 파악되었다.

    Hsin and Qiu (2012)의 연구에서는 해양 재분석 자료 중의 하나인 유럽 중기예보센터의 ORA-S3 자 료(Balmaseda et al., 2008)를 이용하여 1959년부터 2009년까지 엘니뇨 종류(동태평양 엘니뇨, 중앙태평 양 엘니뇨)별로 북적도반류의 변동을 나누어 자세히 분석하였다. 재분석 자료란 수치 모델과 자료 동화 기법을 이용하여 3차원 해양 상태를 최대한 관측장 에 가깝게 재현한 자료이다. 21세기 이후 다양한 해 양 관측 자료의 확보, 수치 모델 및 자료 동화 기법 이 고도화됨에 따라 해양 재분석 자료의 품질이 꾸 준히 향상되고 있어 엘니뇨를 포함한 다양한 해양 연구 분야에서 재분석 자료의 활용성이 증가하고 있 는 실정이다(Chang, 2012, 2015).

    Fig. 8은 전형적인 동태평양 엘니뇨 시기의 북적도 반류의 수송량 편차를 나타낸 것이다. 온위를 적용한 해수의 밀도가 1,026 kg/m3θ=26) 에 해당하는 깊 이를 북적도반류의 최저 수심으로 정의하여 해당 깊 이의 편차도 함께 도식하였다. 분석 결과에 의하면 역학 모델에 근거한 재분석 자료들에서도 엘니뇨 시 기에는 중앙태평양을 중심으로 북적도반류의 중심축 이 남하하며 중심축을 중심으로 남쪽으로는 수송량이 증가하고, 북쪽으로는 수송량이 감소하는 양상을 알 수 있다. 북적도반류의 중심축은 분석한 필터 길이에 따라 조금씩 다르지만 전체적으로 서태평양은 5 °N, 중앙 및 동태평양은 7 °N 정도에 위치한다. 이와 같이 엘니뇨 시기의 유의미한 북적도반류의 위치 및 세기 변화는 전체적인 무역풍의 약화 및 서태평양의 돌연 서풍에 의한 바람 응력 컬(curl) 변화에 따른 상층의 두께 변화와 연관이 있는 것으로 알려져 있다(Hsin and Qiu, 2012).

    이해를 돕기 위해 Fig. 8에서 제공되었던 편차 그 래프를 해류 벡터 모식도로 도식화하여 표현하면 Fig. 9와 같다. 해류 변동을 효율적으로 모식화하기 위해 선의 색깔, 굵기, 모양 등은 Park et al. (2015) 에 소개된 해류도에 적용되는 일반적인 작성 과정을 따르지 않았으며, 위도 방향의 스케일도 의도적으로 넓게 조정하였다. 평균 5-10 °N 사이에서 동쪽으로 흐 르던 북적도반류의 중심축은 엘니뇨 시기에 전체적으 로 남하하며, 그 남하 정도는 바람 응력 컬의 변화가 심한 서태평양에서 더 심하다. 중심축을 중심으로 지 형류의 성격을 유지하고 있는 북쪽 해역은 무역풍 약화에 따른 남북 방향 수압경도력 감소로 동향류가 약해지지만, 약화된 무역풍 또는 돌연 서풍에 의한 취송류의 성격이 강해지는 남쪽 영역에서는 동향류가 강해진다. 그러므로 엘니뇨 시기의 북적도반류의 변 동은 약해지거나 강해진다고 일반화할 수 없으며, 태 평양의 동서 해역 및 중심축의 남북간의 변동 양상 또한 모두 다르다는 사실에 유의해야 할 것이다. 5 °N 이남에서 서쪽으로 흐르던 남적도 해류는 엘니뇨 시 기에 무역풍 감소에 의해 유속이 감소하며, 남하한 북적도반류에 의해 서태평양에서는 관측되기 힘들다.

    엘니뇨 시기의 열대 해양 상태를 표현하는 다양한 물리량(해수면 온도, 해수면 높이, 수온약층 깊이, 해 면기압 등)의 변동은 모두 동태평양과 서태평양을 구 분하여 서술하고 있다. 그러므로 엘니뇨 시기의 해류 변동도 동서 방향을 구분하여 이해할 필요가 있을 것이다. 만약 태평양 전체 해역에 대해 특정 위도대 (0-5 °N)에서 동서 평균된 해류의 방향을 파악하고자 한다면, 서쪽 해역의 남하한 북적도반류와 동쪽 해역 의 남적도해류가 공존하여 동서간 편차가 매우 크기 때문에 평균장 해석에 주의해야 할 것이다.

    최근에는 동태평양 대신 중앙태평양의 수온이 더 높아지는 현상을 기존 엘니뇨와 구분하여 엘니뇨 모 도키(Modoki), 난수역 엘니뇨, 또는 중앙 태평양 엘 니뇨 등으로 구분하여 다양한 연구가 수행되고 있다 (Chang et al., 2004;Kug et al., 2009). 동태평양의 수온이 높아지는 전형적인 엘니뇨 시기에는 Fig. 8과 Fig. 9와 같이 북적도반류의 변동성이 뚜렷이 확인되 나, 21세기 이후 발생 빈도가 증가하고 있는 중앙태 평양 엘니뇨 시기에는 유의미한 변동이 발견되지 않 는다고 분석되고 있다(Hsin and Qiu, 2012). 그러므 로 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동에 관한 질문에 일반화해서 답한다면 많은 오해의 소지가 있을 것이 고, 이를 교수하는 교사들의 전문적인 이해가 선행되 어야 할 것이라고 판단된다.

    오개념 분석

    사례 분석

    Fig. 10은 엘니뇨 현상을 설명한 한 과학 신문 기 사의 일부이다. 기사 내용 중 엘니뇨가 발생하면 평 소 동쪽에서 서쪽으로 흐르던 태평양의 해류가 정반 대로 흘러 미주 대륙과 부딪친다는 설명이 있다. 이 를 그대로 해석하면 엘니뇨 발생 시 북적도해류 또 는 남적도해류의 방향이 바뀐다는 의미가 되어 알려 져 있는 관측 결과 및 이론과 부합하지 않는다. 이는 비전문가들이 난수역(warm-pool) 확장 또는 적도 켈 빈파(equatorial Kelvin wave)의 진행 모식도 등 다양 한 엘니뇨 모식도를 단순히 해류의 이동으로 잘못 해석한 것이라고 판단된다. 관련 내용을 토의 부분에 서 자세히 논할 예정이다.

    Fig. 11은 엘니뇨와 관련되어 해류계 변동을 묻는 중등학교 평가 문항의 예이다. 워커순환의 분포를 통 해 문항 그림의 (가)는 평년, (나)는 엘니뇨 시기임을 유추할 수 있다. “태평양 적도 부근 해역에서 동쪽으 로 흐르는 해류는 (가)보다 (나)일 때 강하다”라는 ㄴ 선지의 진위를 파악하기 위해서는 엘니뇨 시기의 적 도반류 또는 적도잠류의 세기 변화에 관한 이해가 필수적이다. 그러나 해설 내용을 살펴보면 태평양 적 도 부근 해역에서 동쪽으로 흐르는 해류를 적도반류 로 국한해서 언급하고 있으며, 적도반류가 어떤 과정 으로 무역풍 변화에 반응하는지 명확한 설명없이 적 도반류는 무역풍이 약해지는 엘니뇨 시기에 강하다라 고만 서술하고 있다. 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변 동을 일반화하기 어렵기 때문에 국가 공인 시험 등 전문가의 검토 과정을 거치게 되는 평가 시험들에서 는 엘니뇨 시기의 적도반류의 변동에 관해 묻는 문 항은 출제되지 않는 실정이다. 그러나, 본 사례 분석 을 통해 제시된 일반 과학 기사 또는 관련 문항들은 중등학교 현장 교사 및 학생들에게 많은 혼란을 야 기시킬 수 있으므로 올바른 적도 해류계의 이해는 매우 중요하다고 판단된다.

    설문 결과 분석

    본 연구에서는 추가로 지구과학을 전공하는 현직 교사들의 적도 해류계에 대한 이해도를 파악하기 위 해 간단한 설문 조사를 동시에 진행하였다. 첫번째 설문은 단순히 코리올리 효과가 없는 적도에서의 평 상시와 엘니뇨 시의 표층 해류 방향을 묻는 문항으 로 구성하였다(Fig. 12). 총 55명 중 36명인 65% 가 평상시 적도에서의 표층 해류 방향이 서쪽 방향이라 고 답해 일반적으로 현직 교사들은 적도 해류계 분 포를 올바르게 이해하고 있는 것으로 파악되었으나 35%인 19명이 적도반류가 적도에 위치하고 있다고 잘못 알고 있는 것으로 분석되었다. 엘니뇨 시기에는 56%인 총 31명의 교사들이 적도에서 표층 해류의 방향을 동쪽이라고 답해 평상 시 적도에서의 표층 해류 방향이 동쪽이라고 응답한 19명을 제외하고 추 가로 12명이 엘니뇨 시기에 적도에서의 해류가 서향 류에서 동향류로 바뀐다고 생각하고 있는 것으로 확 인되었다. 이는 Fig. 10과 Fig. 11에서 언급된 오개념 사례와 같이 기존의 엘니뇨 모식도에서 나오는 난수 역(warm-pool) 확장 또는 적도 켈빈파(equatorial Kelvin wave)의 진행을 단순히 해류의 이동을 나타 내는 모식도로 잘못 해석하여 알고 있다고 추정되며, 관련 내용을 토의 부분에서 자세히 논할 예정이다. 그러나 위 문항을 편차의 개념을 적용하여 동향류라 고 답했을 가능성도 존재하기 때문에 12명이 모두 엘니뇨 시기에 해류 방향 자체가 바뀐다는 오개념을 가지고 있다고는 판단할 수 없다. 그러므로 보다 정 확한 관련 오개념 분석에 관해서는 세밀한 질적 연 구를 수반한 꾸준한 후속 연구들이 필요할 것이다.

    두번째 설문은 주요한 적도 해류계의 명칭을 모두 제시하고 엘니뇨 시기의 강도 변화에 관해 묻는 문 항으로 구성하였다. 전체 54명이 응답하였으며, 놀랍 게도 엘니뇨 시기의 적도 반류의 세기 변화에 대해 강해진다 항목을 전체 46%인 25명이, 약해진다 항목 을 전체 54%인 29명이 선택하여 이 부분에 관해 현 직 교사들의 개념이 통일되지 않았음을 확인하였다. 상대적으로 엘니뇨 시기에 북적도해류, 남적도해류 등의 세기는 9%인 5명을 제외하고 91%인 49명이 모두 동일하게 약해진다고 올바르게 응답하였다. 적 도잠류의 경우 북적도해류와 남적도해류보다는 정답 률이 적지만 65%가 약해진다고 응답하였으며, 이는 적도잠류가 현재 중등학교 교육과정에서 다루지 않는 해류이기 때문에 상대적으로 현직 교사들의 이해도가 떨어진다고 판단된다. 그러므로 다양한 연수 프로그 램 등을 통해 관련 내용에 관한 끊임없는 재교육이 필요할 것이다.

    본 설문은 현직 교사들의 적도 해류계 변동에 관 한 이해도 현황을 간단히 파악해 보려는 의도로 설 계되었다. 또한 응답 내용이 개인 연수 성적 등에 반 영되지 않도록 모든 조사가 비대면 온라인 방식의 익명 투표 게시판으로 자유롭게 실시되었다. 그러므 로 본 연구에서는 설문 대상자들의 배경 지식 및 추 가 정보를 파악하기 어려운 실정이었다. 향후 후속 연구 등을 통해 현직 교사들 간의 응답 편차를 유발 할 수 있는 요인들(중학교와 고등학교 재직 여부, 재 직 기간, 물리 해양학 수강 여부에 따른 편차 등)을 파악할 수 있는 세밀한 추적 연구 가능성에 관해 추 가적인 검토가 필요하다고 사료된다.

    요약 및 토의

    본 연구에서는 엘니뇨 시기의 적도 해류계 변동 및 관련 오개념에 관한 분석 결과를 정리하여 제시 하였다. 대표적인 해양-대기 상호작용에 의한 전지구 기후 변화에 중요한 원인으로 주목 받고 있는 엘니 뇨 현상은 중등학교 교육 과정에 매우 강조되고 있 는 교수-학습 주제이며, 이에 따라 특히 중등교사들 의 정확한 개념 정립은 매우 중요하다.

    북적도해류, 남적도해류, 북적도반류 및 적도잠류의 주요 해류들로 구성된 적도 해류계는 코리올리 파라 미터의 적용 유무에 따라 적도와 아적도로 구분하여 경사류, 지형류의 성격으로 단순화시켜 설명할 수 있 다. 또한, 스베드럽 방정식을 이용하여 전체적인 수 송 방향을 효율적으로 증명할 수 있다. 기존의 다양 한 연구 결과들에 의하면, 무역풍이 약해지는 엘니뇨 시기에는 북적도해류, 남적도해류, 적도잠류의 유의미 한 약화가 관측되었다. 그러나 북적도반류는 중심축 을 중심으로 남쪽 성분은 강화되고 북쪽 성분은 약 화되면서 적도 쪽으로 남하하기 때문에 엘니뇨 시기 의 북적도반류의 변동에 대해서는 일반화할 수 없다. 또한 서태평양에서는 북적도반류의 남하 폭이 커져 결과적으로 적도에서 동향류가 관측되지만, 중앙태평 양과 동태평양에서는 남적도해류의 서향류 흐름이 그 대로 유지된다.

    대중 매체에 소개된 과학 기사, 중등학교 평가 문 항 뿐만 아니라 현직 교사들을 통한 설문 조사 결과 분석을 통해 적도상의 해류 방향이 엘니뇨 기간에 서쪽에서 동쪽으로 바뀐다는 오개념이 발견되었으며, 이는 전형적으로 사용되고 있는 엘니뇨 모식도의 부 정확한 해석과 연관된다고 유추할 수 있다.

    Fig. 14는 현재 범용적으로 사용되고 있는 엘니뇨 의 시기의 해양-대기 상호작용을 설명하기 위한 모식 도이다. 검은색 화살표로 표시된 워커 순환의 상승 영역이 엘니뇨 시기에는 서태평양에서 중앙 태평양으 로 이동되고 이에 따른 중심 강수 영역의 변화도 잘 표현되고 있다. 해양 변동으로는 서태평양에서는 수 온 약층이 상층하고, 동태평양에서는 용승 감소에 따 라 수온 약층이 하강하는 현상도 입체적으로 표현하 고 있다. 또한 해양 표층 수온의 등온선 변화도 모식 화되어 있어 엘니뇨 시기의 표층 수온의 변화도 해 석할 수 있다. 그러나 해양 표층에 표시된 하얀색 화 살표의 방향이 엘니뇨 해에는 서태평양에서부터 동태 평양까지 모두 동쪽으로 명확하게 바뀌어 그려져 있 다. 대부분의 2015년 개정 지구과학 I 교과서에서 이 모식도에 근거하여 동쪽 방향의 흐름을 표현하고 있 으며(Kim et al., 2019;Lee et al., 2019a;Kwon et al., 2019;Lee et al., 2019b), 모식도 설명에 표층 해 수의 이동 또는 흐름이라고 표기한 경우도 존재한다 (Kwon et al., 2019;Lee et al., 2019b). 적도상에서 서쪽으로 흐르던 남적도해류는 엘니뇨 시기에 그 세 기만 감소하고 방향은 유지된다고 알고 있던 교사들 은 이 모식도를 보고 평년에 대한 해류의 편차를 도 식화한 것이라고 설명하기도 한다.

    그러나 원문에는 이 화살표가 표층 해류(surface current) 또는 해류 편차(anomalous current)의 방향을 지시한다고 명확하게 설명하지 않고 있으며, 관련하 여 등온선 26℃ 이상의 고온의 해역을 나타내는 난 수역(warm-pool)이 동쪽으로 이동한다고 서술하고 있 다(McPhaden, 2001;McPhaden et al., 2020). 난수역 의 이동과 적도 해류계의 동향류 성분의 강화는 역 학적으로 연관성이 있으며, 이 과정(zonal advective feedback)을 통해 엘니뇨 신호가 동태평양으로 전달 된다. 엘니뇨 신호의 또다른 중요한 전파 과정은 적 도 해양파의 전달에 의해 동태평양의 용승을 약화시 키는 과정(thermocline feedback)이다(An and Jin, 2001;Webb, 2018). 또한 McPhaden (2001)에서는 이 모식도를 설명하는 부분에 적도 해양파의 역할에 대해서 추가로 자세히 서술하고 있어, 동쪽 방향의 화살표가 난수역 이동 방향, 해류 편차 방향, 또는 적도 켈빈파(equatorial Kelvin wave) 이동 방향 등으 로 다양하게 해석될 수 있다.

    엘니뇨의 원인을 설명하기 위한 초기 이론들은 남 아메리카 부근의 무역풍 약화에 의한 연안 용승의 감소로 해수면 온도가 상승하는 과정만을 주요하게 생각했으며, 현재 중등학교에서 교수하는 방법도 이 러한 이론에 근거한다. 그러나 1975년에 이미 엘니뇨 시기에 남아메리카 연안에 무역풍의 세기가 반대로 증가했던 사례가 보고되었다. 이는 중앙 또는 서태평 양 해역의 무역풍 약화 또는 서태평양의 돌연 서풍 이 몇 개월 후의 동태평양 연안의 엘니뇨를 성장시 킬 수 있다는 이론인데, 이 해역에서 발생한 큰 규모 의 해양 파동인 적도 켈빈파가 동태평양으로 전파되 는 과정에서 엘니뇨가 발생하고 성장하게 된다 (Wyrtki, 1975).

    그러므로 엘니뇨와 라니냐의 변화를 이해하기 위해 서는 켈빈파와 로스비파(Rossby wave)의 발생 및 전 파에 관한 이해가 필수적이다. 두 파동은 해상풍 변 화에 의해 유도된 해수면 또는 수온약층의 변화에 의해 발달하며 지구자전 효과에 의한 큰 규모의 장 주기 에너지 전파 현상이다. 적도 켈빈파는 동쪽으로 전파되며 약 2개월의 시간이 걸려 태평양을 횡단하 여 중앙 태평양과 동태평양의 용승을 약화시킨다 (thermocline feedback). 동태평양에 도달한 적도 켈빈 파는 연안 켈빈파(coastal Kelvin wave)의 형태로 남 북으로 전파되고 일부는 로스비파의 형태로 바뀌어 서향하기 시작한다. 서향으로 전파되는 로스비파는 위도에 따라 그 위상 속도가 다르나 평균 약 6개월 정도의 시간이 걸려 동태평양에서 서태평양까지 전파 된다. 이러한 파동의 상호 작용에 의해 엘니뇨와 라 니냐의 성장, 소멸 및 주기가 결정되는 것이다 (Suarez and Schopf, 1988).

    중등학교 현장에서 켈빈파와 로스비파의 상호작용 에 따른 엘니뇨의 성장 및 소멸 과정을 교수하기에 는 현실적으로 불가능하지만, 엘니뇨 모식도를 올바 르게 이해할 필요성이 있다. 교사 또는 일반인들이 엘니뇨 시기의 모든 적도 해류계의 변동 및 해양파 의 전달 과정에 대해 전문가 수준으로 정확히 이해 할 필요는 없을 것이다. 그러나 기존 엘니뇨 모식도 에서 난수역의 이동 방향, 해류 편차 방향, 또는 적 도 켈빈파의 전파 방향 등으로 다양하게 해석될 수 있는 동쪽 화살표를 교육과정에서 다루고 있는 북적 도해류, 남적도해류, 적도반류 등 해류의 방향으로 혼동하여 사용해서는 안될 것이다.

    종합하여 설명하면 엘니뇨가 발달하는 시기에는 켈 빈파가 동쪽으로 이동하여 중앙 태평양과 동태평양의 용승을 약화시키는 과정(thermocline feedback)과, 서 태평양의 난수역이 동쪽으로 이동하면서 적도 해류계 의 동향류 편차 성분이 강화되는 과정(zonal advective feedback)이 함께 존재한다(An and Jin, 2001;Webb, 2018). 그러나 이 과정을 적도반류 강화 또는 남적도 해류의 약화 등 해류계 변화와 직접적으로 연관 지 어 일반화할 수는 없다.

    Fig. 15는 2015년 개정 교육과정에 따라 작성된 지 구과학I 교과서에 삽입된 삽화의 예이다(Lee et al., 2019c). 엘니뇨 기간의 적도 해류계 변동 단원에서 제시한 것처럼 엘니뇨 시기의 북적도반류의 변동을 일반화하기는 어렵다. 그러므로 기존 엘니뇨 모식도 에 소개된 난수역, 해류 편차 또는 파의 이동으로 다 양하게 해석할 수 있는 동쪽 방향의 화살표를 사용 하지 않고, 무역풍 약화에 따른 해수면 높이, 수온약 층의 경사, 등온선 분포 만을 3차원으로 명확하게 제 시하는 것이 학생 및 교사들의 혼란을 줄일 수 있을 것이라 판단된다.

    열대 태평양의 해양-대기 상태의 변화는 파동의 형 태로 고위도까지 전파되어 원격상관의 형태로 전지구 적인 기후 변화를 유발하기 때문에 엘니뇨 발생 및 변동 기작, 예측 등은 매우 중요한 연구 및 교육 자 료 임이 분명하다. 그러나 엘니뇨는 항상 같은 강도 와 위치에서 일어나는 것이 아니라 그 변동 패턴 또 한 매우 다양하다. 그러므로 교육 현장에서 엘니뇨 시기의 해양-대기 상태의 변화 교수 과정에서 지나친 일반화에 주의해야 할 것이다. 최근에는 중앙 태평양 의 수온이 증가하는 새로운 종류의 엘니뇨가 전체의 45% 정도 차지할 정도로 급증하고 있으며, 엘니뇨 진화와 지구 온난화와의 관계 및 우리나라에 미치는 영향과 관련하여 다양한 연구들이 활발히 수행 중이 다(Yeh et al., 2009). 또한 엘니뇨의 예측을 위해서는 기존의 해양-대기 접합 모델에 근거한 역학 모형뿐만 아니라 인공 지능을 이용한 인공 신경망(artificial neural network), 딥러닝(deep-learning) 등의 통계적 기법들도 도입되어 흥미로운 연구 결과들이 도출되고 있다(Chang et al., 2005;Ham et al., 2019). 그러므 로 관련 연구자와 교육자들 간의 유기적인 교류와 협력을 통해 최신 연구 내용들을 교육 현장에 정확 하게 적용할 수 있는 지속적인 노력이 필요할 것이다.

    사 사

    본 연구는 2020년 공주대학교 학술연구지원사업의 일환으로 수행되었으며, 일부 한국연구재단(2019R1A 2C1008490)과 충청씨그랜트 사업의 지원을 받았습니 다. 자료 정리를 도와준 공주대학교 지구과학교육과 김강우 학생과, 논문을 세밀히 검토해 주시고 좋은 의견을 주신 심사위원님들께 감사드립니다.

    Figure

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    Schematic for the equatorial current system at surface (after Knauss, 1997).

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    A sketch of the structure of the equatorial current system in the central Pacific Ocean (170 °W). SECC: South Equatorial Counter Current, EUC: Equatorial Under Current, NECC: North Equatorial Counter Current, SSCC: South Subsurface Counter Current, NSCC: North Subsurface Counter Current. (after Tomchzak and Godfrey, 1994). Details can be found in the text.

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    Mean distribution of temperature from the sea surface to 400 m and calculated dynamic height relative to 1000 db between Hawaii and Tahiti (modified from Wyrtki and Kilonsky, 1983).

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    Schematic of the (left) east-west components of wind stress (τx¯) and corresponding (middle) first derivative and (right) second derivative terms at tropical eastern Pacific Ocean. Direction of meridional (My) and zonal transport (Mx) are displayed together based on Sverdrup relationship.

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    Sections of mean zonal velocity along 165 °E during (left) normal, (center) El Niño, and (right) La Niña period. Contour interval is 10 cm/s, with heavy contours at 50 cm/s intervals. Eastward velocities are shaded. (Figures have been rearranged from Johnson et al., 2002)

    JKESS-42-3-296_F6.gif

    TThe same as Fig. 5 except for 155 °W.

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    The same as Fig. 5 except for 110 °W.

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    Anomaly of depth-integral flow (arrow) and depth of the density of 26-σθ (shading) from 10 Eastern Pacific El Niño events. Yellow and green lines denote the mean NECC’s center. (after Hsin and Qiu, 2002)

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    Schematic for the North Equatorial Counter Current (NECC) during (top) normal and (bottom) El Niño period. NECC: North Equatorial Counter Current, SEC: South Equatorial Current.

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    Example of misconception on the equatorial current change during El Niño period, which is from a newspaper article.

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    Example of misconception on equatorial current change during El Niño period, which is from a practice test (left) question and (right) commentary for high school students.

    JKESS-42-3-296_F12.gif

    Survey result on the surface current direction at equator during normal and El Niño period. All response are from the in-service teachers for the secondary 1st grade certificates class.

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    Survey result on the intensity changes of various equatorial currents during El Niño period. All response are from the in-service teachers for the secondary 1st grade certificates class.

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    Schematic of normal and El Niño conditions in the equatorial Pacific (After McPhaden, 2001;McPhaden et al., 2020).

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    Modified schematic of (left) normal and (right) El Niño conditions in the equatorial Pacific (After Lee et al., 2019c).

    Table

    Reference

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