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문제 정의
- 그러나, 엘리뇨, 라니냐와 같은 기상 이변과 지구 온난화 현상으로 인해 지구의 온도변화가 급속히 진전됨에 따라 여러 학자들에 의해 자국에 알맞은 가중 평균 온도식이 재계산되어 GPS PWV 정확도 향상을 위한 분석에 이용되고 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 운용중인 라디오존데 관측소 6개소의 고층 기상관측데이터와 지상 기상 관측 데이터를 토대로 한국의 실정에 알맞은 가중 평균 온도식을 결정하고, 이 가중 평균 온도식을 이용하여 GPS PWV의 정확도를 평가함을 목적으로 한다.
제안 방법
- 본 연구를 통해 결정된 한국형 가중 평균 온도식의 정확도를 검증하기 위해서 오산과 광주 라디오존데 관측소와 인접한 지역의 GPS 상시관측소 관측 데이터를 처리하여 한국의 유일한 고층 기상 관측 기구인 라디오존데로부터 구한 PWV와 비교·분석을 수행하였다. 라디오존데 PWV 계산에 관한 알고리즘은 지면관계상 참고문헌으로 대체한다(송동섭 등, 2002).
- 본 연구에서는 지난 2003년 1 년간 우리나라에서 운용중인 라디오존데 관측소 6개소의 평균 기온 관측치와 지상기상 자동 관측소(Automated Weather Station; AWS)의 동일 지역 기온 측정 데이터를 토대로 선형 회귀 방법을 이용하여 가중 평균 온도식을 결정하였다.
대상 데이터
- 장비 제원에 관련된 사항을 나타낸다. 본 연구에서는 2003년 1월 1일부터 12월 31일간 오산(OSAN) 1, 4397]], 포항(POHN) 749개, 광주(KWNJ) 1, 438개, 제주(CHJU) 758개, 속초(SKCH) 653개, 백령도(BACK) 746개 등, 가중 평균 온도식 결정을 위해서 이용 가능한 총 5, 783개의 샘플 데이터를 사용하였다.
- 라디오존데 PWV 계산에 관한 알고리즘은 지면관계상 참고문헌으로 대체한다(송동섭 등, 2002). 정확도 검증에 이용된 GPS 관측 데이터는 2003년 9월 7일부터 9월 14일까지 총 8일간의 국토지리정보원의 수원과 광주 GPS 상시관측소의 데이터이다. 특히, 이 기간은 태풍 매미가 한반도에 영향을 미친 기간이 포함된 것으로 악천후시의 GPS PWV의 정확도 검증의 의미도 내재되어 있어서 비교·분석에 있어 매우 적합한 기간이라고 사료된다.
이론/모형
- 평균 해수면 기압인 Pmsl로부터 자동 기상 관측소의 정표고인 Haws만큼 떨어진 높이에서의 기압인 Paws로의 환산이 필요하게 된다. 본 연구에서는 Feng 등(2001)이 제시한 다음의 공식을 사용하였다.
성능/효과
- 식.(4)를 볼 때 실제 습윤 지연량을 PWV로 환산하는 경우에 그 정확도 향상을 위해서는 가중 평균온도인 Tm 의 영향이 매우 큼을 알 수 있다. 이 가중 평균 온도는 계절, 위치, 기상에 따른 함수로 구성된다.
- 1. 본 연구에서는 GPS Meteorology 기술을 이용한 GPS PWV 계산에 있어서 정확도 향상을 위해 우리나라에 적합한 가중 평균 온도식을 결정하기 위하여 국내에서 운용 중인 라디오존데 6개소의 데이터와 지상 관측 기상 데이터를 이용하여 표준편차 1.46K, 상관 계수 0.972를 가지는 우리나라에 적합한 가중 평균 온도식을 결정할 수 있었다.
- 2. 본 연구를 통해 결정된 한국형 가중 평균 온도식과 기존 연구 결과에서 제시된 가중 평균 온도식을 함께 이용하여 GPS PWV의 정확도를 분석한 결과, 한국형 가중 평균 온도식에 의해 계산된 GPS PWV의 정확도가 다른 선진국의 연구 결과에 비하여 매우 향상됨을 알 수 있었다. 기압 관측치를 실제 GPS 상시관측소 높이로 보정하여 정확도를 재평가한 결과에서도 한국의 기후 관측치를 토대로 결정된 가중 평균 온도식에 의한 GPS PWV의 정확도가 높게 평가되었다.
- 본 연구를 통해 결정된 한국형 가중 평균 온도식과 기존 연구 결과에서 제시된 가중 평균 온도식을 함께 이용하여 GPS PWV의 정확도를 분석한 결과, 한국형 가중 평균 온도식에 의해 계산된 GPS PWV의 정확도가 다른 선진국의 연구 결과에 비하여 매우 향상됨을 알 수 있었다. 기압 관측치를 실제 GPS 상시관측소 높이로 보정하여 정확도를 재평가한 결과에서도 한국의 기후 관측치를 토대로 결정된 가중 평균 온도식에 의한 GPS PWV의 정확도가 높게 평가되었다. 특히, GPS Meteorology 응용에서 가장 많이 이용되는 Bevis 식보다는 평균 1, 66mm, Mendes의 식보다는 1.
- 기압 보정을 실시한 수원과 광주 지역의 GPS PWV와 라디오존데 PWV의 평균 차이는 가장 최근에 발표된 우리나라 인접 지역의 대만의 Liou의 연구 결과보다는 평균 7.10mm나 더 향상된 결과를 보였으며, GPS Meteorology 적용에서 가장 많이 이용되는 Bevis 식보다는 평균 1.66mm, 기존 연구 결과를 이용한 비교 분석 중에서 가장 작은 차이를 보이는 Mendes의 식보다는 1.58mm가 개선되는 결과를 보였다. 이는 한국형 가중 평균 온도의 선형 회귀식의 통계 분석 결과, 표준편차가 작고 상관계수 높게 결정되어 매우 정밀하게 결정된 결과에 기 인한다고 본다.
- 58mm가 개선되는 결과를 보였다. 또한, GPS PWV의 정확도 평가를 위해서는 반드시 표고에 따른 기압 보정이 반드시 필요함을 알 수 있었다.
- 본 선형 회귀식의 통계 결과는 표준편차는 1.46K, 상관계수는 0.972로 분석되었다. 이는 Bevis 등(1992)의 가중평균 온도식 결정 연구에서 표준편차가 4.
- 이상의 이론에 입각하여 GPS PWV의 정확도를 비교한 결과, 기압 보정전이나 보정 후나 새로이 계산된 한국형 가중 평균 온도식을 이용하여 계산된 GPS PWV가 라디오존데 PWV와의 평균 차이가 가장 작게 나타났음을 알 수 있다. 특히, 지상 기상 관측 기압을 GPS 상시관측소 높이상의 기압으로 보정을 하여 계산한 결과가 전체적으로 라디오존데 PWV와 차이에 있어서 적었으며, 이는 GPS meteorology 기술 적용에 있어서 실제 관측소 높이로의 기압 보정이 필수적으로 수행되어야.
- 기압 관측치를 실제 GPS 상시관측소 높이로 보정하여 정확도를 재평가한 결과에서도 한국의 기후 관측치를 토대로 결정된 가중 평균 온도식에 의한 GPS PWV의 정확도가 높게 평가되었다. 특히, GPS Meteorology 응용에서 가장 많이 이용되는 Bevis 식보다는 평균 1, 66mm, Mendes의 식보다는 1.58mm가 개선되는 결과를 보였다. 또한, GPS PWV의 정확도 평가를 위해서는 반드시 표고에 따른 기압 보정이 반드시 필요함을 알 수 있었다.
후속연구
- 3. GPS Meteorology 기술의 초기 단계에 있는 한국에서 GPS 위성 신호의 지연을 이용한 수증기량 측정에서는 본 연구를 통해 결정된 한국형 가중 평균 온도식을 적용하도록 하여 한국 기상 상태에 적합한 효율적인 연구가 이루어질 수 있다고 제안한다. 또한, 선진국에서와 같이 GPS 수증기 관측 시스템을 구축하여 장기적인 수증기 변화량의 모니터링 데이터 확보 및 거의 실시간적인 수증기 결정이 이루어지면 홍수, 가뭄과 같은 기상 현상 징후를 포착하여 기상이변 현상 연구에 있어서 충분한 연구 정보를 제공할 수 있다고 판단되며, 해마다 우리나라에 피해를 주는 태풍 등과 같은 재난을 최소화하기위한 방지 대책 수립을 위한 귀중한 기상 데이터로의 활용이 이루어 질 수 있다고 사료된다.
- 4. 측량 및 GIS 분야에 있어서도 GPS 위성 신호에 의한 대류권 지연 정보는 원격 탐사 위성인 SAR 영상의 기상 보정을 위한 데이터의 활용과 GPS leveling에 의한 정표고계산에 많은 오차를 가지는 대류권의 천정 지 연량 역계산을 통해 보다 정확한 정표고 계산을 위한 보정 방법 결정을 위해 본 연구의 결과가 우리나라에 적합한 연구 초석으로 사용될 수 있다고 결론을 내린다.
- GPS Meteorology 기술의 초기 단계에 있는 한국에서 GPS 위성 신호의 지연을 이용한 수증기량 측정에서는 본 연구를 통해 결정된 한국형 가중 평균 온도식을 적용하도록 하여 한국 기상 상태에 적합한 효율적인 연구가 이루어질 수 있다고 제안한다. 또한, 선진국에서와 같이 GPS 수증기 관측 시스템을 구축하여 장기적인 수증기 변화량의 모니터링 데이터 확보 및 거의 실시간적인 수증기 결정이 이루어지면 홍수, 가뭄과 같은 기상 현상 징후를 포착하여 기상이변 현상 연구에 있어서 충분한 연구 정보를 제공할 수 있다고 판단되며, 해마다 우리나라에 피해를 주는 태풍 등과 같은 재난을 최소화하기위한 방지 대책 수립을 위한 귀중한 기상 데이터로의 활용이 이루어 질 수 있다고 사료된다.
- 이는 한국형 가중 평균 온도의 선형 회귀식의 통계 분석 결과, 표준편차가 작고 상관계수 높게 결정되어 매우 정밀하게 결정된 결과에 기 인한다고 본다. 앞으로 한국에서 GPS 위성 신호를 이용한 GPS Meteorology 기술응용시에는 본 연구에서 결정된 한국형 가중 평균 온도식의 사용을 통해 보다 정확한 GPS PWV 계산이 이루어질 수 있다고 판단된다.
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