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문제 정의
- 본 연구에서는 Ibpex/PoseidonQTP) Merged Geophysical Data Record(MGDR)로부터 해수면을 추출한 후 이를 동해에서 Tide Gauge(T/G)의 결과와 비교하였다, T/P로부터 추출한 해수면를 T/G에 의한 해수면과 비교하기 위해 1992년 10월무터 1997년 12월까지 총 64개의 T/P MGDR로부터 10일 간격으로 되어 있는 총 192개의 싸이클에서 자료를 추출하였다. 울룽도, 포항, 속초, 묵호의 조위관측소에 대해서 위?경도 반경 ±0.
제안 방법
- 인공위성에 탑재된 고도계에서 발사된 테이더파가 해양 표면에서 반사되어 돠돌아오는 원리를 이용, 위성과 해수면 사이의 거리를 계산함으로써 지구타원체(reference ellipsoid) 위의 해수면 고도(sea surfece height, SSH)를 계산하고, 이를 지구물리학이나 해양학에 이용하는것이 SRA이다. 1978년부터 현재까지 Seasat, Geosat, ERS4, TbpexeoseidonfT/P) 위성이 레이더 고도계를이용하여 해수면 및 지오이드를 섬공적으로 측정하였다. 이 중 T/P는 고도와 측정에 대한 보정에서 다른 위성들보다 가장 향상된 기술을 사용하여 탑재된 고도계로 해수면까지의 거히를 RMS 오차 32 cm위 정확도로 측정하였다(Fu el 4 1994).
- 끝으로 해수면의 잔류값(residual SSH)을 계산하기 위해서는 식 (3)과 같이 지오이드와 조석 모델(Tide Effects) 및 기압에 의한 영향(Inverse Barometer}을제거한 후 본 연구에 사용하였다.
- 그러나 표에서 음영으로 표시된 부분의 경우는 상 관계수가 음(-)으로, 이는 두 관측으로부터의 해수면이 서로 역으로 대비됨을 의미한다. 따라서 본 연구에서는 울릉도에서 384일, 320일 주기, 포항에서 %0일, 480일, 384일, 320일, 274.3일 주기, 그리고 속초/묵호 에서 480일과 384일 주기의 성분을 제거하여 두 해수면의 상관관계를 향상시켰다. 특히 384일과 320일 주기가 역으로 높게 대비됐는데 이는 173.
- 7 mm인 곳은 &에 의한 알리아싱 영향으로 해석된다. 따라서 알리아싱에 의한 고주파 성분을 제거하기 위해 푸리에 변환을 이용하여 저주파 통과 필터를 사용하였는데 M2f S2 N2 , 02, K2와 P2에 의한 알리아싱을 제거하기 위해 가장 주기가 큰 K2의 알리아싱 주기인 173.19일보다 큰 200일을 기준으로 하였다. 200길보다 작은 주 기의 고주파 성분을 저]거하여 Fig.
- 본 연구에서는 T/P MGDR로부터 동해의 위의 수식을 적용하여 해수면을 추출하였고, 이를 검증하기 위하여 울릉도, 포항과 속초/묵호의 조위계 (Tide Gauge, T/G)의 관측값과 비교하였다. 이때 자료의 신빙성을 높이기 위하여 T7P 관측값증 Significant Wave Height가 0m 이하이거나 15m 이상인 경우의 값은 제거하였다 (Yi, 1995).
- 본 연구에서는 T/P로부터 해수면을 정확히 추출하여 동해의 소위계(tide gauge, T/G)와 비교함으로써 추출된 해수면의 정확성을 검증하고, T/G와 T/P 해수면을 푸리에 변환에 의한 파동수영역 (wavenumber domain)에서의 필터링과 대비법을 이용하여 비교한 후 T/I자료의 유용성을 동헤에서 입증하였다.
- 본 연구에서는 위의 연구방법에서 언급했듯이 푸리에 변환을 이용한 저역통과필터링 및 파동수 대비법을 적용, 두 해수면을 비교 분석하였다. Figs.
- 한편 T/P로부터 추출한 SSH를 동해에 설치된 T/G 에 의한 해수면과 비교하기 위해 1992년 10월부터 1997년 12월까지 종 64개의 T/P MGDR로부터 10일 간격으로 되어 있는 총 192개의 싸이클에서 자료를 추출하였다. 울릉도, 포항, 속초, 묵호의 조위관측소에 대해서 위, 경도 반경 ±0.5º(약 55 km)의 범위 내의 T/ P 관측값으로부터 해수면을 추출하였다. 속초와 묵호의 T/G 값은 지리적으로 인접하므로 두 곳의 관측값을 평균내어 사용하였다.
- 이미 본 연구에서는 200일 기준의 자역통과필터링 및 스펙트럼대비법의 유용성이 입증된 만큼 이 두 가지 방법을 동시에 적용하여 T/G와 T/P 해수면의 공동 성분을 추출하였다. Fig.
- 5 이하로 T/ P와 T/G가 차이를 보이는데 이는 T/P에 적용된 조석 모델이 중요한 원인으로 사료되어 울릉도. 포항, 속초/묵호의 해수면 추출 시 T/P의 조석 모델(CSR3.0>을 푸리에변환을 이용하여 각 주기별로 조석의 진폭을 계산하였다. Fig.
대상 데이터
- 본 연구에서는 TTP MGDR(Merged Geophysical Data Record)을 사용했는데, 이는 Ibpex(GDR-T)와 Poseidon(GDR-P)의 양쪽 기록을 모두 보유하고 있다. 또한 1992년부터 1997년까지 국립해양조사원에서 관측한 울릉도(37° 29' 34"N, 130° 54' 53"E), 포항(36° 01' 04'N, 129° 23' 57*E), 속초(38° 12 I5W, 128°35'48"E), 묵호(37° 325FN, 129° 07' 07"E) 조위관측소의 초위계 (Tide Gauge, T/G)자료를 이용하였다. 연구에 사용된 T/G 자료는 조위관측소 내에 설치된 우물형 조위계로 관측한 것으로, 이는 기계적으로 필터링된 해수면 운동을 우물안 부표의 움직임에 따라 관측하는 방식이다.
- 본 연구에서는 TTP MGDR(Merged Geophysical Data Record)을 사용했는데, 이는 Ibpex(GDR-T)와 Poseidon(GDR-P)의 양쪽 기록을 모두 보유하고 있다. 또한 1992년부터 1997년까지 국립해양조사원에서 관측한 울릉도(37° 29' 34"N, 130° 54' 53"E), 포항(36° 01' 04'N, 129° 23' 57*E), 속초(38° 12 I5W, 128°35'48"E), 묵호(37° 325FN, 129° 07' 07"E) 조위관측소의 초위계 (Tide Gauge, T/G)자료를 이용하였다.
- 한편 T/P로부터 추출한 SSH를 동해에 설치된 T/G 에 의한 해수면과 비교하기 위해 1992년 10월부터 1997년 12월까지 종 64개의 T/P MGDR로부터 10일 간격으로 되어 있는 총 192개의 싸이클에서 자료를 추출하였다. 울릉도, 포항, 속초, 묵호의 조위관측소에 대해서 위, 경도 반경 ±0.
- 0)로 보정해준 T/P 자료와의 비교에 사용하였다. 해수면 고도의 객관성을 검증하기 위한 목적으로, T/P 고도자료는 시간적으로는 1992년 10월부터 1997년 12월까지, 공간적으로는 T/G 자료의 조위 관측소에 대해서 위, 경도 ±0.5º(약 55 km)의 범위 내에서 선택하여 평균한 값을 사용하였다.
데이터처리
- 5º(약 55 km)의 범위 내의 T/ P 관측값으로부터 해수면을 추출하였다. 속초와 묵호의 T/G 값은 지리적으로 인접하므로 두 곳의 관측값을 평균내어 사용하였다.
- 우선 T/P와 T/G로부터 관측된 해수면을 통계적으로 비교하기 위하여 상관계수를 계산하였다. T/P 자료처 리에 사용된 조석모델이 주기적인 알리아싱(aliasing)을 갖기 때문에(Schlax and Chelton, 1995) 이들의 파악하기 위해 푸리에변환을 이용, 이들의 주기성을 파악한 후, 알리아싱을 일으키는 고주파를 제거하기 위해 200일 저역통과필터를 사용하였다.
이론/모형
- 우선 T/P와 T/G로부터 관측된 해수면을 통계적으로 비교하기 위하여 상관계수를 계산하였다. T/P 자료처 리에 사용된 조석모델이 주기적인 알리아싱(aliasing)을 갖기 때문에(Schlax and Chelton, 1995) 이들의 파악하기 위해 푸리에변환을 이용, 이들의 주기성을 파악한 후, 알리아싱을 일으키는 고주파를 제거하기 위해 200일 저역통과필터를 사용하였다. 또한 T/P와 T/G의 해수면이 관측상의 오차와 함께 파도나 해류에 의해 불안정한 성분을 지니게 되므로, 이러한 성분을 제거하기 위하여 파동수영역(Wavenumber Domain)에서 스펙트럼대비법(Spectral Correlation Analysis)# 적용하였다.
- 3으로 여전히 T/G와 T/P로부터 추출된 해수면에 차이가 있었다. 두 해수면의 차이를 일으키는 성분을 주기별로 분석하기 위해 스펙트럼대비법을 적용하였고, 결과는 Table 3과 같다. 이미 주기가 200일 보다 짧은 성문들은 제거되었으므로, Table 3에는 200일 보다 주기가 긴 성분들간의 상관계수만을 표시하였다.
- T/P 자료처 리에 사용된 조석모델이 주기적인 알리아싱(aliasing)을 갖기 때문에(Schlax and Chelton, 1995) 이들의 파악하기 위해 푸리에변환을 이용, 이들의 주기성을 파악한 후, 알리아싱을 일으키는 고주파를 제거하기 위해 200일 저역통과필터를 사용하였다. 또한 T/P와 T/G의 해수면이 관측상의 오차와 함께 파도나 해류에 의해 불안정한 성분을 지니게 되므로, 이러한 성분을 제거하기 위하여 파동수영역(Wavenumber Domain)에서 스펙트럼대비법(Spectral Correlation Analysis)# 적용하였다. 스펙트럼대비법(Kim, 1996; von Frese et al.
- 2에서 실선은 연구지역을 지나는 T/P의 궤도이다. 본 연구에서는 Bell(1998)의 방법으로 조화(harmonic) 분석된 T/G 자료를 T/P의 조석모델(CSR3.0)로 보정해준 T/P 자료와의 비교에 사용하였다. 해수면 고도의 객관성을 검증하기 위한 목적으로, T/P 고도자료는 시간적으로는 1992년 10월부터 1997년 12월까지, 공간적으로는 T/G 자료의 조위 관측소에 대해서 위, 경도 ±0.
성능/효과
- Fig. 6(b)포항의 경우 T/G의 해수면들이 싸이클 20, 싸이클 40, 싸이클 60과 싸이클 120주변에서 10 cm높게 나타났고 싸이클 125와 싸이 클 165주변에서 10 cm 낮게 나타났다. Fig.
- 7(b)포항인 경우 사이클 70~싸 이클 90과 싸이클 130~싸이클 140, 그리고 Fig. 7(c) 속초/묵호인 경우 싸이클 50~싸이클 70과 싸이클 170~싸이클 180에서 거의 일치하였다.
- Fig. 6(c)속초/ 묵호의 경우 T/G의 해수면들이 싸이클 50과 싸이클 60주변에서 10 cm이상 높게 나타났고 시]이클 40에서 는 10cm이상 낮게 나타났다. 초기값에서의 T/G와 T/ P에서의 해수면들의 RMS오차가 울릉도, 포항과 속초 /묵호가 10.
- Fig. 6은 스펙트럼대비법을 적용한 결과로, 울릉도, 포항, 속초/묵호들의 상관계수는 초기값에 비해 각각 0.68, 0.63와 0.59로 50%, 147%와 286%로 크게 향상되었다. Fig.
- 이미 본 연구에서는 200일 기준의 자역통과필터링 및 스펙트럼대비법의 유용성이 입증된 만큼 이 두 가지 방법을 동시에 적용하여 T/G와 T/P 해수면의 공동 성분을 추출하였다. Fig. 7은 구 결과로 울릉도, 포항, 속초/묵호에서 두 해수면 사이의 상관계수는 각각 0.86, 0.85과 Q84로 87%, 227%, 460% 향상되었다. 울릉도, 포항, 속초/묵호 지역 모두에서 0.
- T/P로부터 추출한 동해의 해수면을 동해 T/G로부터 추출된 해수면과 대비한 결과 상관계수가 울릉도, 포항과 속초/묵호 각각 0.46, 0.26과 0.15이었다. 울릉도 가 해안에서 비교적 멀리 위치하기에 상관계수가 가장 높게 나온 것으로 사료되어지며 해안보다는 대양에 보다 적절히 T/P자료가 사용될 수 있다.
- 30로 28%, 15%와 100%로 상승하였다. T/P와 T/G의 해수면들이 파도나 해류에 의해 물안정한 성분을 포함하므로 불안정한 성분을 제거하고 공통된 성분만을 선택하기 위해 스펙트럼대비법을 적용한 결과 울릉도, 포항과 속초/묵호의 상관계수가 각각 0.69, 0.63와 0.59로 50, 142와 293%로 증가하였다. 끝으로 저역통과필터링 과 스펙트럼대비법을 동시에 적용한 결과 울룽도, 포항과 속초/묵호의 상관계수가 0.
- 96 cm로 저역통과필터링을 적용한 결과보다는 오차가 크게 나타났다. 끝으로 두 방법을 모두 적용한 결과 RMS&차 가 각각 3.07, 1.59, 1.94 cm로 차이로 감소하였다.
- 59로 50, 142와 293%로 증가하였다. 끝으로 저역통과필터링 과 스펙트럼대비법을 동시에 적용한 결과 울룽도, 포항과 속초/묵호의 상관계수가 0.86, 0.85와 (X84로 87%, 227%와 460% 향상되었다.
- 06 cm로 오차가 적어졌다. 또한 울릉도, 포항과 속초/묵호의 T/G와 T/P의 해수면에 스펙트럼대비법올 적용한 후의 RMS오차가 각각 6.93, 5.34와 5.96 cm로 저역통과필터링을 적용한 결과보다는 오차가 크게 나타났다. 끝으로 두 방법을 모두 적용한 결과 RMS&차 가 각각 3.
- ,1997)은 데이터상의 상관계수를 공간영역이 아닌 파동수영역에서 각 파동수에 상관계수를 구하는 방법으로 포텐셜자료의 대비 연구에 매우 효과적이다. 본 연구에서는 이를 이용, T/P와 T/G 해수면이 더 잘 일치할 수 있음을 보였다.
- 또한 본 연구에서는 제시하지 않았으나, 저역통과필터링과 스펙트럼 대비에 의해 제거된 성분들에 대한 정성, 정량적인 연구가 이루어져아 한다. 본 연구에서는 저역통과필터링을 적용할 경우 T/P 위성으로부터 추출된 해수면이 조석 알리아싱에 의한 성분을 제거한 경우 조석계의 결과와 잘 일치함을 보였고, 스펙트럼대비법을 동시에 적용할 경우 두 해수면이 가장 찰 대비될 수 있음을 밝혔다.
- 본 연구에서는 조석 알리아싱의 주기를 분석한 결과 Schlax and Chelton(1994)이 제시한 T/P의 조석 알리아싱 주기와 잘 일치함을 밝혔다. 즉, 175.
- 5에 도시하였다. 울 릉도, 포항, 속초/묵호에서의 T/P와 T/G의 해수면들 사이의 상관계수는 각각 0.59, 0.3, 03으로, 초기 T/G 와 TZP의 해수면들에 대한 상관계수가 울릉도, 포항과 속초/묵호 세 곳 모두 28, 15, 100%의 상승을 보였다. Fig.
- 85과 Q84로 87%, 227%, 460% 향상되었다. 울릉도, 포항, 속초/묵호 지역 모두에서 0.8이상의 상관 관계를 보였으며 T/G와 T/P의 해수면들은 전 싸이클 에서 양(+)으로 대비되며 유사하게 나타났다. Fig.
- 울릉도 가 해안에서 비교적 멀리 위치하기에 상관계수가 가장 높게 나온 것으로 사료되어지며 해안보다는 대양에 보다 적절히 T/P자료가 사용될 수 있다. 저역통과필터 를 이용하여 조석모델에 의한 알리아싱을 제거하기 위해 200일을 기준으로 필터링을 한 결과 울릉도, 포항과 속초/묵호의 상관계수가 각각 0.59, 030와 0.30로 28%, 15%와 100%로 상승하였다. T/P와 T/G의 해수면들이 파도나 해류에 의해 물안정한 성분을 포함하므로 불안정한 성분을 제거하고 공통된 성분만을 선택하기 위해 스펙트럼대비법을 적용한 결과 울릉도, 포항과 속초/묵호의 상관계수가 각각 0.
- 6(c)속초/ 묵호의 경우 T/G의 해수면들이 싸이클 50과 싸이클 60주변에서 10 cm이상 높게 나타났고 시]이클 40에서 는 10cm이상 낮게 나타났다. 초기값에서의 T/G와 T/ P에서의 해수면들의 RMS오차가 울릉도, 포항과 속초 /묵호가 10.13, 9.12와 10.87 an인 것에 비해 WCA적용 후 6.93, 5.34와 5.96 cm으로 감소하였다.
후속연구
- 이러한 200일 필터링은 해수면 연구에서 일반적으로 사용되며 (윤용훈 등, 2000), 본 연구의 결과로부터 200일 이하의 조주파 성분을 일괄적으로 제거하기 보다는 각각의 경우에 따라 제거되어야 할 성분들만을 골라서 제거하는 것이 바람직한 것으로 사료된다. 또한 본 연구에서는 제시하지 않았으나, 저역통과필터링과 스펙트럼 대비에 의해 제거된 성분들에 대한 정성, 정량적인 연구가 이루어져아 한다. 본 연구에서는 저역통과필터링을 적용할 경우 T/P 위성으로부터 추출된 해수면이 조석 알리아싱에 의한 성분을 제거한 경우 조석계의 결과와 잘 일치함을 보였고, 스펙트럼대비법을 동시에 적용할 경우 두 해수면이 가장 찰 대비될 수 있음을 밝혔다.
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