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문제 정의
- 2004).이 연구의 최종 목적은 국내 GPS 관측을 통한 한반도 지역의 해양조석 모델 개선 가능성을 타진하는 것이다. 이 논문에서는 먼저 다양한 해양조석 모델들을 서로 비교하고 OTL 지각변위 예측 프로그램을 검증하였다.
제안 방법
- 2절에서 OTL 지각변위 보정 적용 여부에 따른 수직 좌표 차이를 살펴보았다. 3.3절에서는 10분 간격이 아니라 일반적인 GPS 자료 처리 방식인 24시간 단위로 GPS 자료를 처리하고 OTL 지각변위 보정 적용 여부에 따른 ZWD(Zenith Wet Delay) 차이를 분석하였다. ZWD란 GPS 신호가 대류권을 통과하면서 대기 중의 수증기에 의해 발생하는 신호지연(signal delay) 시간을 거리로 환산하여 연직 방향으로 나타내는 것이다.
- 표 3. GPS 상시 관측소 세 곳에서의 해양조석 모델 차이 비교.
- 99Jb 모델을 적용한 GOTIC2 프로그램 결과와 GPS 자료 처리 결과를 비교하였다. GPS 자료 처리에는 고정밀 과학기술용 GPS 자료처리 프로그램인 GIPSY(Webb & Zumberge 1993)를 사용하였으며, 수직 좌표 변동을 모니터링하기 위해 10분마다 좌표를 산출하고 이를 OTL 지각변위 예측치와 비교하는 방법을 채택하였다.
- NAO.99Jb 모델이 일본과 한국의 조위 관측 자료를 포함한 국지 모델이기 때문에 CSR이나 GOT 모델과 큰 차이를 보이고 있다는 사실을 입증하기 위해 미국과 프랑스의 GPS 관측소 두 지점을 선택하여 세 모델 간의 차이를 비교하였다. 그 결과를 조석에 가장 큰 영향을 미치는 M2 분조의 진폭과 같이 표 3에 정리하였다.
- 국내 설치 예정인 3개 VLBI 천문대 주변 지역의 OTL 지각변 위를 분석하고, 그 영향을 평가하였다. 그리고 인천조위관측소에 설치된 GPS 상시 관측소에서의 OTL 지각변위 예측치와 실제 GPS 관측 결과를 비교한 뒤 OTL 보정이 GPS 자료 처리에 미치는 영향을 분석하였다.
- 탐라대학교 VLBI 천문대에서의 OTL 지각변위 예측에는 탐라대학교 구내에 설치된 천문연구원의 GPS 상시 관측소 JEJU의 좌표를 사용하였다(표 4). 그러나 연세대학교와 울산대학교에 설치될 VLBI 천문대는 정확한 좌표를 알 수 없기 때문에 서울기상청 본청에 설치된 천문연구원 GPS 관측소(SKMA)와 울산광역시 동구청에 위치한 행정자치부 GPS 관측소(WOLS)의 좌표를 사용해 OTL 지각변 위를 계산하였다. 표 4에 나타낸 바와 같이 OTL의 최대 성분인 M2 분조의 진폭은 JEJU에서 11.
- 이 논문에서는 먼저 다양한 해양조석 모델들을 서로 비교하고 OTL 지각변위 예측 프로그램을 검증하였다. 그리고 OTL 지각변 위 모델의 적용 여부 에 따른 GPS 자료 처리 결과를 분석하였다.
- 국내 설치 예정인 3개 VLBI 천문대 주변 지역의 OTL 지각변 위를 분석하고, 그 영향을 평가하였다. 그리고 인천조위관측소에 설치된 GPS 상시 관측소에서의 OTL 지각변위 예측치와 실제 GPS 관측 결과를 비교한 뒤 OTL 보정이 GPS 자료 처리에 미치는 영향을 분석하였다.
- 이 연구의 최종 목적은 국내 GPS 관측을 통한 한반도 지역의 해양조석 모델 개선 가능성을 타진하는 것이다. 이 논문에서는 먼저 다양한 해양조석 모델들을 서로 비교하고 OTL 지각변위 예측 프로그램을 검증하였다. 그리고 OTL 지각변 위 모델의 적용 여부 에 따른 GPS 자료 처리 결과를 분석하였다.
- OTL과 같은 조석 현상에 의한 지각변 위 보정은 우주 측지 기술의 정밀도를 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 이 논문에서는 먼저 한반도 지역의 OTL 영향을 평가하고, 이를 보정하기 위한 해양조석 모델 간의 차이를 비교하였다. 인천조위관측소를 대상으로 8개 분조에 대하여 NAO.
- 그리고 서귀포천문대는 제주도 남단에 위치하고 있기 때문에 2-3cm 이상의 OTL 지각변위 가 발생할 것으로 예상되었다. 이 연구에서는 GOTIC2 프로그램에 11개 분조(표 1)를 사용하여 이들 3개 VLBI 천문대와 인접한 GPS 상시 관측소에서 발생하는 OTL 지각변위를 예측하였다.
- 국립해양조사원은 국가수직기준 면 모니터링망 구축사업의 일환으로 인천항조위 관측소와 제주항 조위관측소에 GPS 상시 관측소를 설치해 지각의 수직 변위를 조사하고 이를 통해 조위 관측 자료에 포함된 지각 움직임 을 보정하는 연구를 진행하고 있다 (이윤균 외 2005).이 연구에서는 인천 조위관측소를 대상으로 NAO.99Jb 모델을 적용한 GOTIC2 프로그램 결과와 GPS 자료 처리 결과를 비교하였다. GPS 자료 처리에는 고정밀 과학기술용 GPS 자료처리 프로그램인 GIPSY(Webb & Zumberge 1993)를 사용하였으며, 수직 좌표 변동을 모니터링하기 위해 10분마다 좌표를 산출하고 이를 OTL 지각변위 예측치와 비교하는 방법을 채택하였다.
대상 데이터
- GOTIC2 프로그램으로 예측한 OTL 지각변위를 GPS 관측결과와 비교하는 연구는 국립해양조사원이 인천 조위관측소에 설치한 GPS 상시 관측소 ICNW를 그 대상으로 하였다. 국립해양조사원은 국가수직기준 면 모니터링망 구축사업의 일환으로 인천항조위 관측소와 제주항 조위관측소에 GPS 상시 관측소를 설치해 지각의 수직 변위를 조사하고 이를 통해 조위 관측 자료에 포함된 지각 움직임 을 보정하는 연구를 진행하고 있다 (이윤균 외 2005).
- 그림 2. phasor를 이용한 ICNW 조위 관측소 OTL 지각변 위 모델 8개 분조 비교(★: NAO.99Jb, ▲: CSR/GOT).
- 다른 해양조석 모델을 사용함에 따라 발생하는 OTL 지각변 위 차이를 비교해보기 위해 표 2의 CSR4.0, GOTl99.2b, NAO.99Jb를 사용하였다. 비교분석에는 일주조 성분 4개와 반일주조 성분 4개를 포함시켜 총 8개의 분조를 사용하였으며, OTL 지각변위 예측지점은 인천항에 위치한 국립해양조사원 조위관측소로 선택하였다.
- 비교분석에는 일주조 성분 4개와 반일주조 성분 4개를 포함시켜 총 8개의 분조를 사용하였으며, OTL 지각변위 예측지점은 인천항에 위치한 국립해양조사원 조위관측소로 선택하였다. 분석기간은 2005년 10월 20일부터 4일간이다. 그림 1을 보면 CSR 모델과 GOT 모델의 차이는 크지 않은 반면, 이 두 모델과 NAO.
- 99Jb를 사용하였다. 비교분석에는 일주조 성분 4개와 반일주조 성분 4개를 포함시켜 총 8개의 분조를 사용하였으며, OTL 지각변위 예측지점은 인천항에 위치한 국립해양조사원 조위관측소로 선택하였다. 분석기간은 2005년 10월 20일부터 4일간이다.
- 그림 3. 서울, 울산, 제주 VLBI 천문대의 OTL 지각변위 예측.
- 이 연구에는 2006년 1월 1일에서 9일까지 9일 동안의 ICNW 관측소 자료를 사용하였다. 그림 4에 실선으로 나타낸 것은 NAO.
- VLBI 천문대의 예정위치는 연세대학교, 울산대학교, 그리고 탐라대학교이다. 탐라대학교 VLBI 천문대에서의 OTL 지각변위 예측에는 탐라대학교 구내에 설치된 천문연구원의 GPS 상시 관측소 JEJU의 좌표를 사용하였다(표 4). 그러나 연세대학교와 울산대학교에 설치될 VLBI 천문대는 정확한 좌표를 알 수 없기 때문에 서울기상청 본청에 설치된 천문연구원 GPS 관측소(SKMA)와 울산광역시 동구청에 위치한 행정자치부 GPS 관측소(WOLS)의 좌표를 사용해 OTL 지각변 위를 계산하였다.
- 그 결과를 조석에 가장 큰 영향을 미치는 M2 분조의 진폭과 같이 표 3에 정리하였다. 표 3의 비교에는 그림 1과 마찬가지로 총 8개의 분조를 사용하였으며, 기간은 2006년 1월 1일부터 30일 동안이다. 표 3에서 USNA는 미국 동해안 Annapolis시 미국 해군사관 학교(United States Naval Academy)에 위치한 관측소이며, BRST는 프랑스 서해안 Brest에 설치된 관측소이다.
이론/모형
- fi와uj는 황도와 달 궤도가 이루는 교점의 위치에 따른 함수이며, 각각은 nodal factor와 nodal angle을 나타%다. 8개의 분조(M2,S2,N2,K2,O1,P1,Q1,K1)의 fj와uj는 Doodson(1928)의 공식을 이용해 계산할 수 있다.
- 이 연구에서는 NAO.99Jb 국지 모델을 적용할 수 있는 GOTIC2 프로그램을 사용해 OTL에 의한 지각변위를 계산하였다(Matsumoto et al. 2001). OTL에 의한 지각변 위를 계산하는 프로그램은 GOTIC2외에노 OLFG(Scherneck 1991), NLOADF(Agnew 1997), LOADSDP(Pagiatakis 1992) 등이 있다.
- 2001).이 연구에서는 NAO.99Jb 모델을 사용하였다.
성능/효과
- 2008년 완공을 목표로 진행되고 있는 서울과 울산 그리고 서귀포의 VLBI 천문대를 대상으로 OTL 지각변 위를 분석한 결과, 세천문대의 지각변위 진폭과 주기의 차이를 확인할 수 있었다. VLBI 천문대에 인접한 GPS 상시 관측소 좌표를 사용하여 M2 분조를 비교할 때, 서울이 9.0mm, 울산이 6.3mm 그리고 서귀포가 11.1mm로 다르게 나타났다. 이와 같은 결과는 mm 수준의 정밀도를 달성해야 하는 우주 측지 기술에 조석현상을 보정하지 않거나 OTL 지각변 위의 크기가 다른 관측소들로 관측망을 구성할 경우 무시할 수 없는 크기의 오차가 발생할 수 있음을 입증한다.
- 3mm 이하의 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 NAO.99b 전지구 모델과 GOT/CSR 전지구 모델의 차이는 크지 않으며, 한반도 지역의 연구에는 한국의 조위 관측 자료가 반영된 NAO.99Jb 모델이 적절하다는 판단으로 이 연구의 나머지 부분은 모두 NAO.99Jb 모델을 사용하였다.
- 이와 같은 결과는 mm 수준의 정밀도를 달성해야 하는 우주 측지 기술에 조석현상을 보정하지 않거나 OTL 지각변 위의 크기가 다른 관측소들로 관측망을 구성할 경우 무시할 수 없는 크기의 오차가 발생할 수 있음을 입증한다. 또한 인천조위관측소에 설치된 GPS 상시 관측소를 대상으로 분석한 결과, OTL 지각변위를 고려하지 않을 경우~3cm의 수직 변위 오차가 발생하며 이는 1mm 이상의 가강수량 오차로 직결되는 것을 확인하였다. 따라서 우주측 지 기술을 활용함에 있어 한반도 지역에 대한 정확한 해양조석 모덜을 사용하여 OTL 변위를 보정해야 함은 물론, GPS 관측을 이용하여 해양조석 모델을 개선하기 위한 노력이 계속되어야 할 것이다.
- phasor는 사인함수(sinusoidal function)의 진폭과 위상정보를 나타내는 복소수(complex number)로, 조석의 각 분조를 phasor로 표현할 경우 그 특성을 시각적으로 쉽게 파악할 수 있다. 세 모델 중 GOT와 CSR 모델은 진폭과 위상이 동일한 값을 가지고 있어 삼각형 1개로 표현하였고, NAO.99Jb 모델은 별 모양으로 나타내었다. 그림 2에서 보는 바와 같이 M2 분조의 경우 NAO.
- 이 논문에서는 먼저 한반도 지역의 OTL 영향을 평가하고, 이를 보정하기 위한 해양조석 모델 간의 차이를 비교하였다. 인천조위관측소를 대상으로 8개 분조에 대하여 NAO.99Jb, GOT, 그리고 CSR 모델을 비교한 결과 GOT와 CSR 모델은 1.0mm의 RMS 차이를 나타낸 반면 NAO.99Jb 모델과 나머지 두 모델은 6.5mm의 RMS 차이를 나타내었다. 이러한 현상은 NAO.
- 이러한 이유들로 인해 USNA의 M2 분 조 진폭이 lcm 이하인 반면, BRST의 M2 분 조 진폭은 약 4cm 정도로 나타난다. 표 3을 보면 ICNW에서는 NAO.99Jb 모델과 나머지 두 모델의 RMS 차이가 5.3mm 이상인 반면, USNA와 BRST에서는 모든 모델이 1.3mm 이하의 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 NAO.
후속연구
- 또한 인천조위관측소에 설치된 GPS 상시 관측소를 대상으로 분석한 결과, OTL 지각변위를 고려하지 않을 경우~3cm의 수직 변위 오차가 발생하며 이는 1mm 이상의 가강수량 오차로 직결되는 것을 확인하였다. 따라서 우주측 지 기술을 활용함에 있어 한반도 지역에 대한 정확한 해양조석 모덜을 사용하여 OTL 변위를 보정해야 함은 물론, GPS 관측을 이용하여 해양조석 모델을 개선하기 위한 노력이 계속되어야 할 것이다.
- GPS(Global Positioning System)의 경우에도, VLBI나 SLR에 비해 다소 정밀도가 낮긴 하지만, 좌표는 3-8mm, 속도는 ~1mm/year의 정밀도를 달성할 수 있다. 장비의 성능 향상과 각종 첨단 관측 모델의 개발로 인해 우주 측지 기술을 이용한 좌표 및 속도정밀도는 향후 더욱 향상될 것으로 기대된다. 이러한 높은 정밀도를 달성하기 위해서는 지각변 위를 유발하는 각종 요인을 반드시 고려해야 하며, 관련 현상을 정확히 예측할 수 있는 모델을 개발할 필요가 있다 (박관동과 임형철 2004).
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