해면지형은 지구형상 및 지오이드의 결정, 해류, 조석의 결정에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 세계수직기준 통일 및 대륙 간, 지역 간, 육지와 도서지역 사이의 수직기준을 통일하기 위한 기초자료이기도 하다. 본 연구는 동아시아지역의 수직기준 통일을 위한 기초연구로 고해상도 평균해면모델인 KMSS04를 사용하여 평균해면고를 계산하고, 전 지구 중력장모델 EGM96과 TIGEN-GL04C를 이용하여 지오이드고를 구한 후 이들을 통하여 동아시아지역 및 각 조위관측소에서의 평균해면, 지오이드고 및 해면지형을 결정하고 분석하였다. 연구결과 일본해구와 Ryukyu해구 부근을 제외한 지역에서 해면지형은 비교적 안정적이며, InCheon 조위관측소를 제외한 기타 조위관측소에서는 모두 $40{\sim}60cm$에 가까운 해면지형의 기복을 나타내었다.
해면지형은 지구형상 및 지오이드의 결정, 해류, 조석의 결정에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 세계수직기준 통일 및 대륙 간, 지역 간, 육지와 도서지역 사이의 수직기준을 통일하기 위한 기초자료이기도 하다. 본 연구는 동아시아지역의 수직기준 통일을 위한 기초연구로 고해상도 평균해면모델인 KMSS04를 사용하여 평균해면고를 계산하고, 전 지구 중력장모델 EGM96과 TIGEN-GL04C를 이용하여 지오이드고를 구한 후 이들을 통하여 동아시아지역 및 각 조위관측소에서의 평균해면, 지오이드고 및 해면지형을 결정하고 분석하였다. 연구결과 일본해구와 Ryukyu해구 부근을 제외한 지역에서 해면지형은 비교적 안정적이며, InCheon 조위관측소를 제외한 기타 조위관측소에서는 모두 $40{\sim}60cm$에 가까운 해면지형의 기복을 나타내었다.
The SSTop (Sea Surface Topography) provides an estimate of the large scale structure of the deviations between the geoid height and the mean sea surface in terms of a normalized surface spherical harmonic series. The SSTop is the key information which has been used to determine the shape of earth, g...
The SSTop (Sea Surface Topography) provides an estimate of the large scale structure of the deviations between the geoid height and the mean sea surface in terms of a normalized surface spherical harmonic series. The SSTop is the key information which has been used to determine the shape of earth, geoid, current and tide etc. Also, the SSTop is a basic source for the unification of vertical datums at the different height systems which were established according to the their respective purposes. In order to unify the vertical datum around the East-Asian (E-A) region (covers the area: $20^{\circ}-45^{\circ}N$ and $110^{\circ}-140^{\circ}E$), we estimated the value of SSTop in the E-A region using the predicted values of mean sea surface (from KMSS04) and geoid height (from EGM96 and EIGEN-GL04C) and analyzed to aspect of SSTop at 5 tidal stations (InCheon, JeJu, QingDao, Aburatsubo, KeeLung) with the estimated values of each station previously. The result from this study indicates that the SSTop in the E-A region is relatively stable except for the area around the Japanese and Ryukyu deep, and also shows that the distribution of values of SSTop is ranged from 40 to 60 cm at tidal stations except InCheon station.
The SSTop (Sea Surface Topography) provides an estimate of the large scale structure of the deviations between the geoid height and the mean sea surface in terms of a normalized surface spherical harmonic series. The SSTop is the key information which has been used to determine the shape of earth, geoid, current and tide etc. Also, the SSTop is a basic source for the unification of vertical datums at the different height systems which were established according to the their respective purposes. In order to unify the vertical datum around the East-Asian (E-A) region (covers the area: $20^{\circ}-45^{\circ}N$ and $110^{\circ}-140^{\circ}E$), we estimated the value of SSTop in the E-A region using the predicted values of mean sea surface (from KMSS04) and geoid height (from EGM96 and EIGEN-GL04C) and analyzed to aspect of SSTop at 5 tidal stations (InCheon, JeJu, QingDao, Aburatsubo, KeeLung) with the estimated values of each station previously. The result from this study indicates that the SSTop in the E-A region is relatively stable except for the area around the Japanese and Ryukyu deep, and also shows that the distribution of values of SSTop is ranged from 40 to 60 cm at tidal stations except InCheon station.
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문제 정의
본 연구는 최신 평균해면모델 KMSS04, 전 지구 중력장모델 EGM96 및 EIGEN-GL04O 이용하여 동아시아지역에 대한 평균해면고(SSH)와 지오이드고(N)를 각각 계산하여 해면지형을 결정 및 분석하였으며, 동아시아지역 수직기준 통일을 위한 기초연구의 일환으로 한국(인천 및 제주), 중국, 일본, 대만의 수직기준 결정에 사용된 조위 관측소의 해면지형 값을 계산하고 분석하였다.
제안 방법
동아시아지역 수직기준사이의 해면지형의 분포와 그 차이를 분석하기 위하여 평균해면모델 KMSS04와 전 지구 중력장모델 EGM96, EIGEN-GL04C를 이용하여 동아시아지 역의 평균해면고와 최대차수별(20, 80, 200, 360)지오이드고 및 해면지형을 계산하고 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
본 연구는 한국, 중국, 일본 및 대만을 포함하는 동경110°~145°, 북위 20°~45°범위의 동아시아지역을 연구대상으로 하였으며, 동중국해(Bast China Sea), 황해(Ye%w Sea), 동해(East Sea) 및 필리핀해(Philippine Sea) 등 해역이 포함된다
데이터처리
02%에 불과하므로 중력장모델을 200차수까지 계산하여도 충분한 정밀도와 해상도의 결과를 얻을 수 있다는 결론을 내렸으며, KMSS1과 GGM01C모델을 이용하여 해면지형을 계산하였다 또한, 윤홍식 등(2006)은 Verogo$(2002)등의연구결과를 참조하여 EGM96으로부터 지오이드고를 최대 차수 20차까지 계산하여 사용하였는데, 이는 장파장효과(약 2000km)를 포함하는 평균해면모델 CLS_SHOM과의 차수와 동일한 해상도를 가지도록 하기 위해서였다. 본 연구에서는 이와 같은 연구방법을 종합하여 최대차수를 20, 80, 200 및 360 등 4가지 경우로 지오이드고를 계산하였으며 그 결과를 최대(Max), 최소(Min), 평균(Mean),평균제곱근(Root Mean Square, RMS), 표준편차(Standarddeviation, STD)로 정리하여 표현하였다. 그 중 RMS 및 STD 의 계산공식은 다음의 식 (4)과 같다.
이론/모형
계수모델이다. 1996년에 개발된 EGM96은 여러 나라 및 기관에서 보유하고 있는 지상 및 해상 데이터를 종합하여 모델의 공간 단파장 성분을 결정하였고 Geosat의 중력데이터를 장파장 성분으로 활용하였으며, Geosat위성 관측범위 밖의 해양영역eERS-1 데이터를 LSC(Least-Squares Collocation)방법을 이용하여 내삽을 수행하였다.
성능/효과
1. 동아시아지역의 평균해면은 서에서 동으로 가면서 높아지는 양상을 나타내고 일본해구와 Rkyu해구 부근에서 급격한 고도변화를 보이고 있다. EGM96와 EIGEN- GL04C에서 해석된 지오이드고는 장파장 부분에서는 큰 차이를 보이지 않지만 중장파장 부분에서는 중력장 관측위성 데이터의 추가로 인하여 EIGEN-GL04C가 높은 정밀도를 가지는 것을 알 수 있다.
2. 동아시아지역 각 조위괸측소에 대해 분석한 결과 평균해면 값은 Aburatsubo(37.077m), JeJu(25.975m), InCheon (22.913m), KeeLung(21.095m), QingDao(6.642 m)의 순이였고, 지오이드고는 InCheon을 기준으로 JeJu (2.361m),QingDao(-16.953m), Aburatsubo(14, 440m), KeeLung(-2.387m)의 차이를 보이고 있다. 또한, 해면지형은 InCheon이 0에 가까운 반면, 기타 조위관측소에서는 모두 40-60cm 에 가까운 값을 나타내었으며, 이 중 일본의 Aburatsubo조위관측소만 부수의 값을 가져 지오이드면이 평균해수면 위에 위치한다는 것을 의미한다.
지오이드고 및 해면지형 값을 표 3과 그림 7에표시하였다. EIGEN-GL04C에서 계산된 지오이드고(360차)를 인천 조위관측소를 기준으로 비교하면 제주가+2.361m, KeeLung이 -2.387m로 비교적 작은 차이를 나타내었고, QingDao와 Aburatsubo 조위관측소는 각각 -16.953m와 +14.440m의 차이를 보이고 있다.
이 최대차수 200에서 대부분 수렴된 상태이며, 360차의 결과와도 비슷하다. KMSS04와 EIGEN-GL04C를 이용하여 계산한200차 및 360차 해면지형의 평균을 본 연구의 최종결과로 볼 경우, InCheon이 0에 근접한 결과를 보였고, JeJu,QingDao, Aburatsubo, KeeLung 등 기타 조위관측소에서는 40~60cm의 분포를 보이고 있다.
또한 윤홍식(2005)에 의하면 EGM 96모델의 개발에 시용된 데이터에 한국 서해지역의 중력데이터가 부족하여 EGM96과 EIGEN-CG01C사이에 큰 차이를보이고 있다. 따라서 본 연구의 계산 결과와 선행연구를종합하여 볼 때 EIGEN-GL04C의 계산결과를 최종 해면지형 값 계산에 사용하는 것이 적합하다고 판단된다.
또한, 20차 처리결과에서는 일본해구 및 대만 섬과 일본의 규슈 섬을 잇는 Ryukyu해구지역의 지오이드의 변화를 표현하지 못하고 있지만 해석되는 최대차수의 증가와 함께 일본해구와 #나#해구의 급격한 해저지형 외 변화로 인해 지오이드고가 뚜렷하게 변화하는 것을 관찰할 수 있다
387m)의 차이를 보이고 있다. 또한, 해면지형은 InCheon이 0에 가까운 반면, 기타 조위관측소에서는 모두 40-60cm 에 가까운 값을 나타내었으며, 이 중 일본의 Aburatsubo조위관측소만 부수의 값을 가져 지오이드면이 평균해수면 위에 위치한다는 것을 의미한다.
전 지구 중력징모델 EGM96과 EIGEN-GLSC의 정밀도를 분석하기 위해 그림 5와 같이 최대차수별 지오이드 고의 계산결과를 비교하였다 두 중력장모델은 최대차수가 20차인 장파장부분에서 -0.12 ~ 0.10m의 미소한 차이를 나타내었지만 80차에서는 니.3~l.lm에 달하는 비교적 큰 차이를 보였고 200차와 360차에서는 안정적인 양상을 보이며 16~ 1.4m의 차이를 나타내고 있다. 이러한 원인은 EIGEN-GL04C가 장파장 부분에서는 EGM96과데이터의 구성이 비슷하지만 중장파장 부분에서는GRACE와 LAGEOS의 중력데이터 추가로 인하여 정밀도가 대폭 향상되었음을 설명한다.
해면 지형의 값은 80차에서 수렴되기 시작하였고 200차, 360차의처 리결과에서는 SSTop EGM96와 SSTop EIGEN-GL04C 모두 동일한 평균값을 나타내었으며, SSTop EIGEN-GL04C의 결과는 전반적으로 SSTop EGM96에 비하여 여러 지역에서 평활화되어 있음을 알 수 있다. 특이한 점은 그림 6의 360차 결과에서 SSTop EIGEN-GL04C의 QingDao, JeJu, KeeLung 조위관측소 주변의 해면지형이 SSTop EGM96에 비해 많은 차이를 보이고 있다.
33m로 계산되었다(그림 3 참조). 평균해면의 분포는 대체로 서에서 동으로 가면서 높아지는 양상을 보이고 있으며, 그 변화가 황해, 동해의 중국해역에서는 비교적 고른 편이나 일본해구와 Ryukyu해구 부근에서 급격한 변화를 보이고 있었다.
의미한다. 해면 지형 계산에 필요한 평균해면을 결정하기 위해KMSS04모델에서 연구대상지역 내 789, 301점에 대한 GRS80 타원체를 기준으로 하는 평균해면 값을 2' 간격으로 추출하였으며, 계산결과 이 지역에서의 평균해면은 최소 -31.83m에서 최대 52.85m사이의 값을 나타내었고, 평균은 18.92m 및 표준편차는 20.33m로 계산되었다(그림 3 참조). 평균해면의 분포는 대체로 서에서 동으로 가면서 높아지는 양상을 보이고 있으며, 그 변화가 황해, 동해의 중국해역에서는 비교적 고른 편이나 일본해구와 Ryukyu해구 부근에서 급격한 변화를 보이고 있었다.
최대차수가 20차일 경우, SSTop의 값이 약 15m 에서 -20m사이의 분포양상을 보이는데 이는 KM SS0 시의 평균해면 정밀도가 상승한데 반해, 최대차수를 장파장 부분인 20까지만 처리하였기 때문인 것으로 사료된다. 해면 지형의 값은 80차에서 수렴되기 시작하였고 200차, 360차의처 리결과에서는 SSTop EGM96와 SSTop EIGEN-GL04C 모두 동일한 평균값을 나타내었으며, SSTop EIGEN-GL04C의 결과는 전반적으로 SSTop EGM96에 비하여 여러 지역에서 평활화되어 있음을 알 수 있다. 특이한 점은 그림 6의 360차 결과에서 SSTop EIGEN-GL04C의 QingDao, JeJu, KeeLung 조위관측소 주변의 해면지형이 SSTop EGM96에 비해 많은 차이를 보이고 있다.
후속연구
3. 평균해수면의 장기적인 변화로 인하여 해면지형 역시 변화하기 때문에 향후 장기간 해면지형에 대한 시계열분석이 필요하며, 평균해면모델과 전 지구 중력장 모델을 토대로 조위관측소에 대한 GPS관측, 선상/항공/지상 중력측량을 통합하여 더욱 정밀한 해면지형의 계산이 필요하다 또한, 측지자료의 공유와 통합처리를 위한 동아시아지역 국가 및 지역 간 긴밀한 협력연구가 필요할 것으로 사료된다.
참고문헌 (15)
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