금강하구 연안역에서 HF radar로 측정한 유속의 정확도를 평가하기 위해 HF radar의 마주보는 radial 유속들을 비교하고, HF radar로 측정한 유속을 현장측정 유속과 비교하였다. 비교 자료들에 대한 회귀선과 편차는 주성분 분석(Principal Component Analysis)으로 구하였다. HF radar site를 연결하는 선의 중간지점에서 마주보는 radial vector를 비교하였을 때 RMS 편차는 동계에 4.4 cm/s, 하계에 5.4 cm/s이었다. HF radar와 유속계로 측정한 유속성분을 비교하여 분석된 RMS 편차에서 GDOP(Geometric Dilution of Precision) 효과를 제거하였을 때 HF radar의 합성 속도 측정오차는 GDOP 값이 적절한 정점들에서 5.1 cm/s 이내였다. 서로 다른 두 방법에 의해 구해진 이 결과는 연구해역에서 HF radar로 측정된 유속의 정확도 하한이 5.4 cm/s임을 제시한다. 기존의 연구에서와 같이 RMS 편차는 섬 주변에 있는 관측점에서 크게 되고, 두 radar에서 평균거리가 멀어질수록 신호 대 잡음수준과 radial vector 교차각의 감소로 인해 증가하였다. GDOP 값을 이용한 오차분리 과정에서 속도성분별 GDOP 값이 유사하고 비교 유속의 성분별 RMS 편차도 비슷한 값을 보이는 경우 HF radar 유속의 오차가 불확실한 값으로 도출될 수도 있음이 밝혀졌다. GDOP가 정상적인 radar 관측 범위 내에 있는 정점에서 측정된 유속을 조류와 해류로 분리하였을 때 HF radar 유속에서 구해진 조류타원의 특성은 유속계로 측정된 타원특성과 잘 부합하였고, 해류의 시간적 변화는 바람과 밀도장의 외력에 의한 물리적 과정을 반영하는 반응을 보였다.
금강하구 연안역에서 HF radar로 측정한 유속의 정확도를 평가하기 위해 HF radar의 마주보는 radial 유속들을 비교하고, HF radar로 측정한 유속을 현장측정 유속과 비교하였다. 비교 자료들에 대한 회귀선과 편차는 주성분 분석(Principal Component Analysis)으로 구하였다. HF radar site를 연결하는 선의 중간지점에서 마주보는 radial vector를 비교하였을 때 RMS 편차는 동계에 4.4 cm/s, 하계에 5.4 cm/s이었다. HF radar와 유속계로 측정한 유속성분을 비교하여 분석된 RMS 편차에서 GDOP(Geometric Dilution of Precision) 효과를 제거하였을 때 HF radar의 합성 속도 측정오차는 GDOP 값이 적절한 정점들에서 5.1 cm/s 이내였다. 서로 다른 두 방법에 의해 구해진 이 결과는 연구해역에서 HF radar로 측정된 유속의 정확도 하한이 5.4 cm/s임을 제시한다. 기존의 연구에서와 같이 RMS 편차는 섬 주변에 있는 관측점에서 크게 되고, 두 radar에서 평균거리가 멀어질수록 신호 대 잡음수준과 radial vector 교차각의 감소로 인해 증가하였다. GDOP 값을 이용한 오차분리 과정에서 속도성분별 GDOP 값이 유사하고 비교 유속의 성분별 RMS 편차도 비슷한 값을 보이는 경우 HF radar 유속의 오차가 불확실한 값으로 도출될 수도 있음이 밝혀졌다. GDOP가 정상적인 radar 관측 범위 내에 있는 정점에서 측정된 유속을 조류와 해류로 분리하였을 때 HF radar 유속에서 구해진 조류타원의 특성은 유속계로 측정된 타원특성과 잘 부합하였고, 해류의 시간적 변화는 바람과 밀도장의 외력에 의한 물리적 과정을 반영하는 반응을 보였다.
To evaluate the accuracy of currents measured by HF radar in the coastal sea off Keum River estuary, we compared the facing radial vectors of two HF radars, and HF radar-derived currents with in-situ measurement currents. Principal component analysis was used to extract regression line and RMS devia...
To evaluate the accuracy of currents measured by HF radar in the coastal sea off Keum River estuary, we compared the facing radial vectors of two HF radars, and HF radar-derived currents with in-situ measurement currents. Principal component analysis was used to extract regression line and RMS deviation in the comparison. When two facing radar's radial vectors at the mid-point of baseline are compared, RMS deviation is 4.4 cm/s in winter and 5.4 cm/s in summer. When GDOP(Geometric Dilution of Precision) effect is corrected from the RMS deviations that is analyzed from the comparison between HF radar-derived and current-metermeasured currents, the error of velocity combined by HF radar-derived current is less than 5.1 cm/s in the stations having moderate GDOP values. These two results obtained from different method suggest that the lower limit of HF radar-derived current's accuracy is 5.4 cm/s in our study area. As mentioned in previous researches, RMS deviations become large in the stations located near the islands and increase as a function of mean distance from the radar site due to decrease of signal-to-noise level and the intersect angle of radial vectors. We found that an uncertain error bound of HF radar-derived current can be produced from the separation process of RMS deviations using GDOP value if GDOP value for each component is very close and RMS deviations obtained from current component comparison are also close. When the current measured in the stations having moderate GDOP values is separated into tidal and subtidal current, characteristics of tidal current ellipses analyzed from HF radar-derived current show a good agreement with those from current-meter-measured current, and time variation of subtidal current showed a response reflecting physical process driven by wind and density field.
To evaluate the accuracy of currents measured by HF radar in the coastal sea off Keum River estuary, we compared the facing radial vectors of two HF radars, and HF radar-derived currents with in-situ measurement currents. Principal component analysis was used to extract regression line and RMS deviation in the comparison. When two facing radar's radial vectors at the mid-point of baseline are compared, RMS deviation is 4.4 cm/s in winter and 5.4 cm/s in summer. When GDOP(Geometric Dilution of Precision) effect is corrected from the RMS deviations that is analyzed from the comparison between HF radar-derived and current-metermeasured currents, the error of velocity combined by HF radar-derived current is less than 5.1 cm/s in the stations having moderate GDOP values. These two results obtained from different method suggest that the lower limit of HF radar-derived current's accuracy is 5.4 cm/s in our study area. As mentioned in previous researches, RMS deviations become large in the stations located near the islands and increase as a function of mean distance from the radar site due to decrease of signal-to-noise level and the intersect angle of radial vectors. We found that an uncertain error bound of HF radar-derived current can be produced from the separation process of RMS deviations using GDOP value if GDOP value for each component is very close and RMS deviations obtained from current component comparison are also close. When the current measured in the stations having moderate GDOP values is separated into tidal and subtidal current, characteristics of tidal current ellipses analyzed from HF radar-derived current show a good agreement with those from current-meter-measured current, and time variation of subtidal current showed a response reflecting physical process driven by wind and density field.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
HF radar를 일찍부터 사용해 온 나라에서는 HF radar로 측정된 자료의 정확도에 대하여 체계적인 분석연구가 진행되었지만 우리나라에서는 HF radar를 이용하여 획득된 유속의 정확도에 대한 평가가 미흡한 실정이다. 본 연구는 서해 금강 하구 연안역에서 HF radar 유속을 계류유속계 유속과 비교하고 서로 마주보는 방향의 HF radar 유속을 상호 비교하여 대상유속의 차이를 제거하는 두 방법들을 적용하여 i) HF radar 유속의 정확도를 정량적으로 평가하고 ii) radar 유속과 유속계 유속에서 물리적 현상인 조류와 해류성분의 비교를 통해 radar 유속의 사용한계를 살펴보고자 한다.
는 물리적 현상과 관측하는 깊이차이에 의한 대상유속차이를 주로 포함한다. 하지만 σp가 작다고 해서 radar 유속이 물리적 현상들을 충분히 감지한다고 보기는 어렵기 때문에 본 연구에서는 이를 검토하기 위해 radar와 유속계로 측정된 유속에서 조류와 평균해류를 구분하여 비교해 보았다. 조류타원 특성비교에서 GDOP와 위치조건이 양호한 N1, K1, K2에서는 HF radar로 관측된 조류와 유속계로 관측된 조류의 특성이 매우 가까워 두 관측결과를 함께 사용하여도 무리가 없을 정도이다(Table 4).
제안 방법
본 연구에서는 HF radar와 계류 유속계에서 획득된 자료를 조류와 해류성분으로 분리하여 각각을 비교하였다. 29일 유속자료에서 조화상수를 구하고(Easton, 1977), 반일주조와 일주조를 대표하여 조화상수의 안정성이 높은 M2와 O1 분조의 조류타원 특성을 비교하였다.
Aanderaa사의 RCM-9 단층유속계와 RDCP-600 다층유속계를 계류하여 속도를 측정하였으며, 동계와 하계 두 번에 걸쳐 계류하였다. 이 기기들의 대표적 정확도는 < 1 cm/s, ±5o 이다(http:// www.
HF radar는 주파수에 따라 감지거리(detection range)와 분해능(resolution)이 한정된다. 거리 및 방향 분해능은 각각 1.5 km와 5o로 설정되었고 최대 감지거리가 45 km, 유속측정 수심은 해면 하 1 m 이내이며, 이상적 전파전개 형태(ideal antenna pattern)를 적용하여 사용하였다. 이 장비 제작사는 HF radar 유속을 ADCP 유속과 비교하였을 때 < 7 cm/s 정도의 대표적 정확도를 제시하고 있다(http://codaros.
유속계 자료와 비교에는 계류기간 동안 관측된 HF radar 유속이 사용되었다(Table 1). 계획된 간격으로 수평격자점을 설정하고 매 정시마다 격자점에서 일정한 반경에 들어오는 radial vector들을 성분별로 분해하여 평균한 후 재합성하여 표층유동 속도를 생성하는 방식을 사용하였다. 2007년 하계 계류지점 M2 주변에서는 두 site로부터 거리가 멀어 HF radar radial vector가 획득되는 횟수가 적었고 남북방향에서 radial vector 간의 거리가 증가하여 합성 vector 산출반경을 1.
표층속도는 적어도 두 곳 이상에서 radial vector를 관측하여 vector 합성해야 얻어진다. 공간적으로 등 간격의 유동장 정보를 구하기 위하여 radial vector들을 성분별로 분해하고, 관측자가 설정하는 격자점을 중심으로 일정한 반경 내 유속들을 평균 및 합성하는 과정을 거쳐 격자점에서 유속을 산출하여 사용한다.
동계: HF radar와 유속계로 측정된 속도를 성분별로 나누어 비교하였다(Fig. 3). K1과 K2에서는 radar 관측과 중첩되는 기간이 짧아 비교자료 수가 적다.
하계에는 2007년 6월 26일부터 8월 28일까지 약 63일간 M1과 M2에 유속계를 계류하였다. 동계에 N1, K2, K3에서는 해면 하 2 m에 RCM-9를 계류하였고 K1에서는 RDCP-600을 계류하여 해면 하5 m의 속도를 10분 간격으로 측정하였다. 하계에는 M1에서 해면 하3 m에 RCM-9, 5 m부터는 RDCP로 20분 간격의 속도를 측정하였고 M2 지점에의 해면 하 5 m에 RCM-9를 계류하여 10분 간격으로 측정하였다.
1에서와 같이 두 site에서 설정된 radial 방향이 baseline과 각각 1o 정도의 차이를 보여 각 site의 radial vector에 대한 방향각 수정 없이도 비교가 가능하였다. 또한 대상유속의 차이가 최소가 되는 중간지점에서만 radial vector를 비교하여 사용 하였다.
본 연구에서 유속 비교지점들에 대한 GDOP 성분과 측정된 속도의 성분별 유속에 대한 RMS 편차(Table 2)를 σa로 사용하여 (3)에서 σh와 σp를 구하였다. K3와 M1에서 σh가 7 cm/s 정도로 크고, M2에서는 σp가 10 cm/s 이상의 큰 값을 보였다(Table 3).
따라서 두 radar site 중간지점의 radial vector를 비교하면 (1)에서 제시된 대상유속 차이에 의한 오차는 최소가 되며, radial vector의 측정오차 범위를 알아볼 수 있다. 본 연구에서는 Fig. 1에서와 같이 두 site에서 설정된 radial 방향이 baseline과 각각 1o 정도의 차이를 보여 각 site의 radial vector에 대한 방향각 수정 없이도 비교가 가능하였다. 또한 대상유속의 차이가 최소가 되는 중간지점에서만 radial vector를 비교하여 사용 하였다.
특히, 연구해역에서는 조류가 해수유동의 대부분을 차지하지만, 동계에는 탁월풍인 북풍계열에 의해 취송류가 발달하고 하계에는 밀도성층 등에 의해 밀도류와 취송류가 동시에 발달할 수 있다. 본 연구에서는 HF radar와 계류 유속계에서 획득된 자료를 조류와 해류성분으로 분리하여 각각을 비교하였다. 29일 유속자료에서 조화상수를 구하고(Easton, 1977), 반일주조와 일주조를 대표하여 조화상수의 안정성이 높은 M2와 O1 분조의 조류타원 특성을 비교하였다.
앞 절에서와 비슷하게 비교된 유속성분의 차이가 N1과 K2 지점의 작은 RMS 편차를 평균한 값의 약 4배 정도에 해당하는 14 cm/s보다 큰 경우를 불확실한 정보와 비정상적 조건에서 유속이 측정된 경우로 설정하였다. 이를 제거한 후 다시 회귀분석을 하였을 때에는(Table 2 괄호안의 통계치 참조) 4 정점에서 모든 통계적 수치가 좋은 쪽으로 개선되었으며, RMS 편차가 5 cm/s 보다 작아졌다.
동계 N1 지점의 평균해류 수직구조는 취송류 이론에 부합하였지만, 동계 K2 지점과 하계 M1 지점에서 radar와 유속계로 측정된 평균해류의 수직구조는 취송류로만 해석하기가 어려웠다. 유속이 작은 해류를 radar로 측정하여 감지할 수 있는가에 대해 검토하기 위해 해류와 바람과의 관계를 시간변화에서 살펴보았다(Fig. 6). 동계 K2 지점에서 해류는 풍속의 세기에 따라 크기가 변화되었다.
주성분 분석에 의한 유속비교에서 RMS 편차가 적고 조류비교에서 조류타원 특성 차이가 비교적 적은 N1, K2와 M1 지점에 대해 HF radar와 유속계 관측기간이 중첩된 동안의 평균 해류를 구하였다(Table 5). 동계 N1과 K2 지점에서는 해류가 4~6 cm/s 정도의 평균유속이고 남쪽 혹은 동남동쪽으로 흘렀으며 평균바람은 3 m/s 정도의 북서풍이었다.
HF radar 유속은 매 정시에 구해진다. 측정시각을 맞추기 위해 유속계로 측정된 10분 혹은 20분 간격의 시계열 자료에서 1 시간 간격의 매 정시 자료를 추출하였다. 다음은 격자점에서 산출된 HF radar 유속을 유속계 계류지점의 유속으로 도출하기 위해 계류위치와 가장 근접한 4 격자점을 선정한 후 각 HF radar 유속에 거리역비례 가중내삽법(inverse distance weighted interpolation)을 적용하여 유속계 계류위치에서의 HF radar 유속을 구하였다.
따라서 두 유속의 차이는 각 기기의 측정 오차(error)와 각 기기가 측정하는 대상이 달라 발생하는 유속차이(target difference, #)로 구성된다. 대상유속의 차이는 HF radar가 수 km2의 넓은 구역 내 표층(해면하 1 m 이내) 평균유속을 산출하는 반면에 유속계는 한 정점에서 적어도 수 m 이상 깊이의 유속을 측정함으로서 발생한다. 문제는 HF radar 유속의 정확도를 산출할 때 대상유속의 차이를 쉽게 알수 없다는데 있다.
본 연구는 군산대학교 새만금환경연구센터에서 구입한 HF radar를 이용하여 유속자료가 수집되었으며, BK21 새만금환경연구팀의 지원으로 수행되었다. CTD 관측과 유속계 계류에 협조해 준 군산 대학교 조사선 해림 2호의 선장과 선원들께 감사드린다.
본 연구해역에서는 1993년 8월에 금강하구언 수문이 작동되기 시작하여 담수유출이 인위적으로 조정되고, 연안공단건설 및 군산항 안정도를 위해 2002년까지 하구입구에 방파제와 매립공사가 진행되었다. 1992년에 33 km의 새만금 방조제공사가 착공되어 2000년도 이후 새만금 북측(4호) 방조제의 개방구간이 현저히 좁혀졌다.
서로 마주보는 방향의 radial vector 비교에 사용된 자료는 2006년 12월 1일부터 2007년 2월 28일까지 약 90일간 관측된 동계자료와 2007년 6월 1일부터 2007년 8월 31일까지 약 92일간 관측된 하계자료를 사용하였다. 유속계 자료와 비교에는 계류기간 동안 관측된 HF radar 유속이 사용되었다(Table 1).
연구해역에서 군산 비응도(Fig. 1, Site 1)와 서천 마량리(Site 2)에 HF radar가 설치되었다. 운영 중인 radar는 동일기종(25MHz)으로서 주파수를 0.
창조류는 전반적으로 북동쪽으로 흐르고 반시계방향으로 전류되며, 낙조류는 남서쪽으로 흐른다(국립해양조사원, 2005; 김 등 2006). 연구해역으로 유입되는 담수는 금강에서 약 60억 톤/년 내외이며 하계 홍수기(6월~9월)에 연간 방류량의 2/3 정도가 유입된다. 만경강과 동진강의 방류량은 금강의 약 1/6, 1/9 정도인 10억 톤/년과 7억 톤/년 내외이다(농어촌진흥공사, 1990; 고 등, 2001).
서로 마주보는 방향의 radial vector 비교에 사용된 자료는 2006년 12월 1일부터 2007년 2월 28일까지 약 90일간 관측된 동계자료와 2007년 6월 1일부터 2007년 8월 31일까지 약 92일간 관측된 하계자료를 사용하였다. 유속계 자료와 비교에는 계류기간 동안 관측된 HF radar 유속이 사용되었다(Table 1). 계획된 간격으로 수평격자점을 설정하고 매 정시마다 격자점에서 일정한 반경에 들어오는 radial vector들을 성분별로 분해하여 평균한 후 재합성하여 표층유동 속도를 생성하는 방식을 사용하였다.
데이터처리
비교된 유속집단에 대한 주성분 분석에서 제 1성분 vector (1st mode eigen vector)는 회귀선을 의미하며, 제 2성분의 고유치(eigen value)는 회귀선에 직각방향으로 차이나는 양으로 표현되는 분산정도에 해당한다(Emery and Thomson, 1997). 만약 두 자료에 포함된 오차가 독립적일 경우 이 분산은 두 변수(자료) 모두에 포함된 기기오차와 대상유속차이에 대한 분산을 포함하게 되므로 본 연구에서는 제 2성분의 고유치를 회귀선에 대한 RMS 편차(Root Mean Square deviation)로 설정하였다.
비교자료들은 각 측정기기의 오차와 함께 대상유속 차이를 각각 가지고 있으므로 이 두 요소에 의한 효과를 최소화하기 위해주성분 분석(PCA: Principal Component Analysis)을 이용하여 회귀분석(regression analysis)을 하였다(Yoshikawa et al., 2006). 비교된 유속집단에 대한 주성분 분석에서 제 1성분 vector (1st mode eigen vector)는 회귀선을 의미하며, 제 2성분의 고유치(eigen value)는 회귀선에 직각방향으로 차이나는 양으로 표현되는 분산정도에 해당한다(Emery and Thomson, 1997).
이론/모형
측정시각을 맞추기 위해 유속계로 측정된 10분 혹은 20분 간격의 시계열 자료에서 1 시간 간격의 매 정시 자료를 추출하였다. 다음은 격자점에서 산출된 HF radar 유속을 유속계 계류지점의 유속으로 도출하기 위해 계류위치와 가장 근접한 4 격자점을 선정한 후 각 HF radar 유속에 거리역비례 가중내삽법(inverse distance weighted interpolation)을 적용하여 유속계 계류위치에서의 HF radar 유속을 구하였다. 이러한 과정을 거쳐 HF radar 유속이 있을 경우만 분석에 이용하였다.
성능/효과
HF radar 유속을 유속계 유속과 비교하였을 때도 RMS 편차는 기존 연구들(Chapman et al., 1997; Paduan and Graber, 1997)에서 밝혀진 바와 같이 radar로부터의 평균거리 Dm이 증가할수록, GDOP 값이 클수록 증가하는 경향이 뚜렷하였다. Dm의 차이를 부분적으로 반영하는 GDOP를 이용하여 RMS 편차를 분리하였을 때에는 radar 유속의 성분별 오차인 σh는 비정상적인 위치인 K3과 GDOP 제거에 문제성이 포함된 M1, M2 지점을 제외하면 2.
해면 하 3 m에서는 평균유속이 현저히 줄어들고 해면과는 반대 방향으로 흘렀다. RDCP에 의해 해면하 5 m부터 1 m 간격으로 측정된 속도의 평균 방향도 3 m의 흐름방향과 유사하여 유속계의 오차는 매우 작은 것으로 판단되었다. N1과 M1 표층의 평균해류는 모두 Ekman 취송류 이론에 부합되지만, K2와 M1에서 평균속도 수직구조는 단순히 취송류만으로는 설명하기는 어렵다.
이 HF radar의 유속측정 오차는 유속계 유속과 비교에서 나타나는 RMS 편차의 40~50%정도를차지하였다. 기존연구들에서 언급된 바와 같이 비교유속의 RMS 편차를 분석하는 과정에서 육지부근 지점의 HF radar 유속, 두 radar의 radial vector가 교차하는 사이각이 40o보다 적은 지점의 유속, radar로부터 평균거리가 30 km 이상인 지점의 유속은 큰 오차를 내포하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 속도성분별 GDOP 값이 유사한 지점에서 비교유속의 성분별 RMS 편차도 비슷한 값을 보이는 경우에는 GDOP 효과를 제거한 HF radar 유속오차가 불확실할 수도 있음도 밝혀졌다.
2와 같다. 동계와 하계에 관측된 자료에 대한 주성분 분석결과는 회귀선의 기울기 A가 1에 가깝고 절편이 1 cm/s 정도였으며, 작은 RMS 편차(< 5.4 cm/s)를 보였고 상관계수는 0.9보다 크다(Table 2). 비교 결과에서 동계가 하계보다 더 높은 상관성과 작은 RMS 편차를 보였다.
동계와 하계에 측정된 유속의 비교 결과에서 비교지점이 두 radar site의 중간지점으로부터 떨어진 거리 Dm이 증가하면, 상관계수들은 낮아지고, RMS 편차는 증가하는 경향을 보인다(Table 2, Fig. 5). RMS 편차는 하계(M1, M2지점)가 동계보다 크고, 계류 유속계의 깊이가 깊으면(K1, M2지점) 증가하는 경향도 있다.
94 이상으로 왕복성이 뚜렷하다. 두 분조 조류타원에서 K2에서만 유속계 유속에서 계산된 장축이 HF radar 유속에서 얻어진 장축보다 크고 나머지에서는 모두 전자가 후자보다 작았다. 이러한 특징은 회귀분석에서 얻어진 기울기가 대부분 1 보다 크게 나온 결과와 일치하는 것으로서 조류의 경우 HF radar 유속이 유속계 유속보다 다소 작은 값으로 측정되었음을 의미한다.
1 cm/s (배경유속의 10%이하) 정도로 평가되었다. 따라서 연구해역에서 서로 다른 방법에 의해 평가된 radar의 유속측정 오차를 종합하면 정확도의 하한은 5.4 cm/s라고 할 수 있다. 이 HF radar의 유속측정 오차는 유속계 유속과 비교에서 나타나는 RMS 편차의 40~50%정도를차지하였다.
기존연구들에서 언급된 바와 같이 비교유속의 RMS 편차를 분석하는 과정에서 육지부근 지점의 HF radar 유속, 두 radar의 radial vector가 교차하는 사이각이 40o보다 적은 지점의 유속, radar로부터 평균거리가 30 km 이상인 지점의 유속은 큰 오차를 내포하고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 속도성분별 GDOP 값이 유사한 지점에서 비교유속의 성분별 RMS 편차도 비슷한 값을 보이는 경우에는 GDOP 효과를 제거한 HF radar 유속오차가 불확실할 수도 있음도 밝혀졌다.
85 이었다. 본 연구에서 동계 유속성분 비교결과에 비해(Table 2) 북향성분의 회귀선 기울기와 상관계수는 더 낮았고, RMS 편차는 더 큰 값이었다. 2002년도 비교유속의 RMS 편차에 대해 K1지점에 대한 GDOP 효과를 제거하였을 때 σh=4.
본 연구에서는 제시하지 않았지만 이러한 경향은 N1과 K1에서도 나타났다. 본 연구에서, 2 m의 유속이 해면유속보다 큰 이유와 바람이 바뀔 때 해류 방향도 수직적으로 달라지는 현상을 밝히기 어렵지만, 수직적으로 균질한 물성구조를 갖는(Fig. 7참조) 동계에는 해류가 주로 바람에 의해 발달한다고 할 수 있으며 HF radar는 표면 취송류를 측정할수있고원시자료에서이를구분하여사용할수있다고판단된다.
4 cm/s는 연구해역에서 운영된 HF radar의 유속측정 정확도의 하한이다. 본 연구에서는 주성분 분석을 통해 구하였기 때문에 제작사가 제시한 것보다 좋은 정확도가 도출된 것으로 보이며, 연구해역에서 조류가 해수유동의 대부분을 차지하여 측정된 유속이 대부분 주기적이었기 때문에 얻어진 결과라고 해석된다.
두 지점에서 차이나는 통계적 수치는 거리에 의한 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio) 감소효과로 설명되었다. 본 연구의 비교결과는 이들보다 상관계수가 높았다(Fig. 2와 Table 2). 하계 RMS 편차 5.
4 cm/s는 작은 값이다. 본 연구해역에서는 radar site로부터 중간지점까지 거리가 10.5 km로서 대한해협의 경우보다 짧아서 높은 상관계수를 보인 것으로 해석된다. 또한 동계 RMS 편차 4.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 서로 마주보는 두 radar의 중간점에서 HF radar radial vector의 비교와 유속계에 의한 유속과 비교에서 주성분 분석에 의한 RMS 편차와 GDOP 효과를 제거하여 HF radar 유속의 오차범위와 원인들을 분석한 결과로부터 HF radar 유속의 정확도를 제시하면, 두 radar의 중간점에서 HF radar radial vector의 비교에서 RMS 편차는 동계에 4.4 cm/s, 하계에 5.4 cm/s이었고, 유속계 유속과 비교한 결과에서 GDOP 효과를 이용하여 편차를 분리하였을 때 HF radar 유속의 성분별 측정오차를 합성하면 속도의 오차는 5.1 cm/s (배경유속의 10%이하) 정도로 평가되었다. 따라서 연구해역에서 서로 다른 방법에 의해 평가된 radar의 유속측정 오차를 종합하면 정확도의 하한은 5.
, 1997). 유속계 유속과의 비교에서 작은 RMS 편차의 4배 이상 되는 유속차이를 불확실한 정보나 비정상적 조건에서 측정된 값으로 보고 이를 제거한 후 재분석하였을 때 회귀분석의 통계적 수치는 개선되었다(Table 2). 하지만 비정상적 조건이 되었다는 것을 확인할 측정현장의 기준은 어디에도 없다.
6, RMS 오차가 13 cm/s 이상이어서 상관성이 낮았다(Table 2). 이 회귀분석 결과는 K3 지점을 제외한 동계의 분석결과들에비해상관계수가낮고, 약 2배이상의 RMS 편차를보여준다.
한편, 동계의 상관계수는 하계보다 높았고, 동계 RMS 편차도 하계보다 적었다. 특히, 비교된 유속집단의 회귀선 기울기를 비교해 보면 동계에는 Site 1에서 측정한 유속이 Site 2에서 측정한 유속보다 7% 정도 더 큰데 비해 하계에는 전자가 후자보다 15% 정도 더 작게 나타났다. 이는 하계에 Site 1에서 측정한 유속이 Site 2에서 측정한 유속보다 20 cm/s 이상 크거나 방향이 다른 경우가 동계에 비해 훨씬 많았기 때문이다.
후속연구
M1에서 두 층의 해류변화는 금강 담수방류량의 변화와 상관성이 낮아 보인다. 성층효과는 시공간적으로 변화될 것이고 담수방류에 의해서만 지배되는 것이 아니므로 수직적으로 변화되는 해류크기의 차이와 해류방향에 대해서는 관측기기들의 정확도에 대한 검토와 더불어 천해 경계층 효과도 고려하여 앞으로 더 연구되어야 할 현상이다.
연구해역과 같이 대규모 연안개발로 해안선이 급속히 변화되고, 조류가 우세하며 담수유출에 의한 계절적 밀도장의 변화가 크고, 바람에 의한 해수유동의 변화도 많은 연안역에서 환경변화를 파악하기 위해서는 장기간에 걸친 해수유동에 대한 공간적 조사가 필요하다. 최근에는 넓은 해역의 표층 유동을 동시에 관측할 수있는 장비로 HF radar가 사용되고 있다.
HF radar 유속과 유속계 유속의 차이는 주로 대상유속의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 유속계 유속과 함께 radar 유속을 사용하여 취송류와 지형류 등의 해류형성역학을 규명하는데 이용하기 위해서는 차후에 보다 엄밀한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HF radar의 장점은?
최근에는 넓은 해역의 표층 유동을 동시에 관측할 수있는 장비로 HF radar가 사용되고 있다. HF radar는 지상(연안)에 관측 장비를 설치하여 관리가 용이하며 장기간 관측이 가능하고, 연안역의 복잡한 해수유동장 변화를 모니터링하기에 매우 유용하여 영국, 일본과 미국 등지에서 활발히 사용하고 있다(Prandle, 1987; Paduan and Graber, 1997; Knight and Howarth, 1999; Haus et al., 2000; Hisaki et al.
금강하구 연안역의 조석형태는?
이 해역은 황해의 조석구조에 의해 조석이 남쪽에서북쪽으로전파되는곳으로서(Choi, 1980; Lee and Beardsley, 1999), 6 m 정도의 대조차 환경이다. 조석형태는 반일주조형이고, 조류는 50 cm/s 내외로 왕복성이 우세하다. 창조류는 전반적으로 북동쪽으로 흐르고 반시계방향으로 전류되며, 낙조류는 남서쪽으로 흐른다(국립해양조사원, 2005; 김 등 2006).
표층속도는 어떻게 얻는가?
, 2006). 표층속도는 적어도 두 곳 이상에서 radial vector를 관측하여 vector 합성해야 얻어진다. 공간적으로 등 간격의 유동장 정보를 구하기 위하여 radial vector들을 성분별로 분해하고, 관측자가 설정하는 격자점을 중심으로 일정한 반경 내 유속들을 평균 및 합성하는 과정을 거쳐 격자점에서 유속을 산출하여 사용한다.
참고문헌 (29)
고재원, 정신택, 김 철, 조흥연, 2001. 지리정보체계를 이용한 만경강동진강의 유역정보 및 오염 부하량 분석. 한국해안해양공학회지, 13(3): 237-244
Bowden, K.F., 1983. Physical Oceanography of Coastal Waters, Ellis Horwood Limited, 302 pp.
Choi, B.H., 1980. A tidal model of the Yellow Sea and the Eastern China Sea. Korea Ocean Research and Development Institute (KORDI) Report 80-02, pp72
Choi, B.H., 2001. Effect of Saemangeum tidal barriers on the Yellow Sea tidal regime. In: Proceedings Of The First Asian And Pacific Coastal Engineering Conference, PAPCE2001, Dalian, China, no. 1, pp. 25-36
Choi, B.H. and Lee, H.S., 2003. Preoperational simulation of dyke closure for Saemangeum tidal barriers. In: Choi, B.H., Kioka, W. (Eds.), Hydro-environmental impacts of large coastal developments, ACECC-TC1 Workshop Proceeding by KSCOE and CECJSCE, pp. 91-118
Chapman, R.D., L.K. Shay, H.C. Graber, J.B. Edson, A. Karachintsev, C.L. Trump, and D.B. Ross, 1997. On the accuracy of HF radar surface current measurements: inter-comparisons with shipbased sensors, J. Geophys. Res., 102(C8): 18, 737-18, 748
Easton, A.K., 1977. Selected programs for tidal analysis and prediction. Computing Report. The Flinders Institute for Atmospheric and Marine Sciences, pp79
Emery, W.J. and R.E. Thomson, 1997. Data analysis methods in physical oceanography, Elsevier, 638 pp
Graber, H.C., B.K. Haus, R.D. Chapman, and L.K. Shay, 1997. HF radar comparisons with moored estimates of current speed and direction: Expected differences and implications, J. Geophys. Res., 102(C08): 18,749-18,766
Haus, B.K., J.D. Wang, J. Martinez-Pedraja, and N. Smith, 2000. Remote radar measurement of shelf currents off Key Largo, Florida, USA. Estuarine, Coastal and Shelf Sciences 51: 553-569
Hisaki, Y., T. Tokeshi, W. Fujiie, K. Sato, and S. Fujii, 2001. Surface current variability east of Okinawa Island obtained from remotely sensed and in situ observational data. J. Geophys. Res. 106(12): 31057-31073
Kovacevic, V., M. Gacic, I.M. Mosquera, A. Mazzoldi, A. Mazzoldi and S. Marinetti, 2004. HF radar observations in the northern Adriatic: surface current field in front of the Venetian Lagoon. J. Marine Systems 51: 95-122
Lee, S.H., 2003. Variability of currents observed in Saemangeum coastal region. In: Choi, B.H., Kioka, W. (Eds.), Hydro-environmental impacts of large coastal developments, ACECC-TCI Workshop Proceeding by KSCOE and CECJSCE, pp. 73-89
Paduan, J.D. and Graber, H.C., 1997. Introduction to HF radar, reality and myth. Oceanography 10: 36-39
Prandle, D. 1987. The fine structure of near shore tidal and residual circulations reveled by H.F. radar surface current measurements. J. Physical Oceanography 17: 231-245
Son, Y.T., S.H. Lee, C.S. Kim, J.C. Lee and G.H. Lee, 2007. Surface current variability in the Keum River Estuary (South Korea) during summer 2002 as observed by high-frequency radar and coastal monitoring buoy. Continental Shelf Research. 27: 43-63
Yoshikawa, Y., A. Masuda, K. Marubayashi, M. Ishibashi, and A. Okuno 2006. On the accuracy of HF radar measurement in the Tsushima Strait, J. Geophys. Res., 111, C04009, doi: 10.1029/2005JC003232
Yoshikawa, Y., T. Matsuno, K. Marubayashi, and K. Fukudome 2007. A surface velocity spiral observed with ADCP and HF radar in the Tsushima Strait, J. Geophys. Res., 112, C06022, doi: 10.1029/2006JC00362
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.