수동 마이크로파 해빙 면적비 자료를 이용한 남극 장보고 과학기지로의 항해경로 분석 Analysis of Sea Route to the Jangbogo Antarctic Research Station by using Passive Microwave Sea Ice Concentration Data원문보기
2014년에 완공된 남극 장보고 과학기지 주변 테라노바 만은 연중 해빙이 넓게 분포하고 있어 쇄빙선의 항해에 매우 큰 영향을 미치고 있다. 이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) 및 Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS)의 최근 10년간 해빙 면적비 자료와 우리나라의 쇄빙 연구선인 아라온호의 2010-2012년 항해 경로를 이용하여 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로와 항해 가능 기간을 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능하였다. 아라온호의 항해속도는 해빙 면적비가 높을수록 감소하였으나, 70%의 해빙 면적비까지는 전체 항로에 대한 평균속도(~11 kn)에 근접한 속도를 나타냈다. 이에 따라 아라온호는 70% 이하의 해빙 면적비까지 일반적 운항이 가능하다고 판단하였다. 2010-2012년에 아라온호가 항해한 경로에 대해, 최근 10년 동안의 해빙 면적비 자료로부터 70% 이하의 해빙 면적비를 나타내는 연중 항해가능 기간을 도출하였다. 2010년과 2011년의 항로에 대한 10년 동안의 연중 최대 항해 가능 기간은 각각 연 61일과 62일이었으나, 70% 이하의 해빙 면적비가 관찰되지 않아 일반적인 항해가 어려운 연도가 일부 관찰 되었다. 반면 2012년의 아라온호 항해 경로는 매년 70% 이하의 해빙 면적비를 나타내는 항해 가능 기간이 존재하였으며, 이는 최소 연 15일에서 최대 연 89일로 분석되었다. 이를 통해 2012년에 운항한 아라온호의 항로가 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로임을 제시할 수 있었다. 하지만 수 십 km의 해상도를 가지는 해빙 면적비 자료로는 장보고기지 연안에 근접한 해빙 상태를 알 수 없기 때문에, 고해상도의 광학 및 SAR 자료를 이용한 연구가 필요할 것으로 보인다.
2014년에 완공된 남극 장보고 과학기지 주변 테라노바 만은 연중 해빙이 넓게 분포하고 있어 쇄빙선의 항해에 매우 큰 영향을 미치고 있다. 이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) 및 Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS)의 최근 10년간 해빙 면적비 자료와 우리나라의 쇄빙 연구선인 아라온호의 2010-2012년 항해 경로를 이용하여 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로와 항해 가능 기간을 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능하였다. 아라온호의 항해속도는 해빙 면적비가 높을수록 감소하였으나, 70%의 해빙 면적비까지는 전체 항로에 대한 평균속도(~11 kn)에 근접한 속도를 나타냈다. 이에 따라 아라온호는 70% 이하의 해빙 면적비까지 일반적 운항이 가능하다고 판단하였다. 2010-2012년에 아라온호가 항해한 경로에 대해, 최근 10년 동안의 해빙 면적비 자료로부터 70% 이하의 해빙 면적비를 나타내는 연중 항해가능 기간을 도출하였다. 2010년과 2011년의 항로에 대한 10년 동안의 연중 최대 항해 가능 기간은 각각 연 61일과 62일이었으나, 70% 이하의 해빙 면적비가 관찰되지 않아 일반적인 항해가 어려운 연도가 일부 관찰 되었다. 반면 2012년의 아라온호 항해 경로는 매년 70% 이하의 해빙 면적비를 나타내는 항해 가능 기간이 존재하였으며, 이는 최소 연 15일에서 최대 연 89일로 분석되었다. 이를 통해 2012년에 운항한 아라온호의 항로가 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로임을 제시할 수 있었다. 하지만 수 십 km의 해상도를 가지는 해빙 면적비 자료로는 장보고기지 연안에 근접한 해빙 상태를 알 수 없기 때문에, 고해상도의 광학 및 SAR 자료를 이용한 연구가 필요할 것으로 보인다.
Sea ice covers wide area in Terra Nova Bay in East Antarctica where the Jangbogo Antarctic Research Station was built in 2014, which affects greatly on the sailing of an icebreaker research vessel. In this study, we analyzed the optimum sea route and sailable period of the icebreaker to visit the Ja...
Sea ice covers wide area in Terra Nova Bay in East Antarctica where the Jangbogo Antarctic Research Station was built in 2014, which affects greatly on the sailing of an icebreaker research vessel. In this study, we analyzed the optimum sea route and sailable period of the icebreaker to visit the Jangbogo Antarctic Research Station by using sea ice concentration data observed by passive microwave sensors such as Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) and Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS) for the last decade, and by using sea route of the Araon, an icebreaker of Republic of Korea, from 2010 to 2012. It is found that Araon sailed in the route of sea ice concentration up to 78%. Sailing speed of the Araon decreased due to increasing sea ice concentration. However, Araon maintained the speed close to the average speed for the entire sailing period (~11 kn) in the route of sea ice concentration up to 70%. Therefore, we confirm that the Araon can sail typically in the route which shows sea ice concentration below 70%. We derived annually available sailing period in recent 10 years for the sea route of the Araon in 2010, 2011 and 2012, which is defined as the period showing sea ice concentration below 70% through the route. Maximum sailable period was analyzed to be 61 and 62 days for the route of the Araon in 2010 and 2011, respectively. However, the typical sailing in the routes was unavailable in some years because sea ice concentration was higher than 70% through the routes. Meanwhile, the sailable period for the routes of the Araon in 2012 was observed in every year, which was a minimum of 15 days and is a maximum of 89 days. Therefore, we could suggest that optimum route of icebreaker to visit the Jangbogo Antarctic Research Station is the route of the Araon in 2012. High resolution images from SAR or optical sensors are necessary to investigate sea ice condition near shoreline of Jangbogo research station due to several kilometers of low resolution of sea ice concentration.
Sea ice covers wide area in Terra Nova Bay in East Antarctica where the Jangbogo Antarctic Research Station was built in 2014, which affects greatly on the sailing of an icebreaker research vessel. In this study, we analyzed the optimum sea route and sailable period of the icebreaker to visit the Jangbogo Antarctic Research Station by using sea ice concentration data observed by passive microwave sensors such as Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) and Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS) for the last decade, and by using sea route of the Araon, an icebreaker of Republic of Korea, from 2010 to 2012. It is found that Araon sailed in the route of sea ice concentration up to 78%. Sailing speed of the Araon decreased due to increasing sea ice concentration. However, Araon maintained the speed close to the average speed for the entire sailing period (~11 kn) in the route of sea ice concentration up to 70%. Therefore, we confirm that the Araon can sail typically in the route which shows sea ice concentration below 70%. We derived annually available sailing period in recent 10 years for the sea route of the Araon in 2010, 2011 and 2012, which is defined as the period showing sea ice concentration below 70% through the route. Maximum sailable period was analyzed to be 61 and 62 days for the route of the Araon in 2010 and 2011, respectively. However, the typical sailing in the routes was unavailable in some years because sea ice concentration was higher than 70% through the routes. Meanwhile, the sailable period for the routes of the Araon in 2012 was observed in every year, which was a minimum of 15 days and is a maximum of 89 days. Therefore, we could suggest that optimum route of icebreaker to visit the Jangbogo Antarctic Research Station is the route of the Araon in 2012. High resolution images from SAR or optical sensors are necessary to investigate sea ice condition near shoreline of Jangbogo research station due to several kilometers of low resolution of sea ice concentration.
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문제 정의
이러한 연구들은 해빙 분포와 면적의 변화, 두께 추정, 해빙 면적비 추출 알고리즘의 개발 및 평가에 집중하고 있다. 우리는 쇄빙선의 항로에 대해 해빙의 분포특성을 시계열적으로 분석하고, 이를 통해 안전한 항해가 가능한 항로를 제시할 수 있을 것으로 판단하였다.
2010-2012년의 항해 경로 분석을 통해 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 나타내는 항로를 항해할 수 있었음을 알 수 있었다. 이 연구에서는 높은 해빙 면적비에서도 아라온호의 항해속도가 유지되는지 검토하였다. Fig.
제안 방법
2010-2012년의 B-경로에 대해 70% 이하의 해빙 면적비를 나타내는 기간을 최근 10년에 걸쳐 도출하여, 각각의 경로에 대한 쇄빙선의 연간 항해 가능 기간을 분석하였다. Fig.
아라온호가 항해한 날짜 및 위치에서의 SSMIS 해빙 면적비를 항해속도와 연계 분석하여, 아라온호가 항해할 수 있는 최대 해빙 면적비를 구하였다. 그리고 아라온호가 항해 가능한 해빙 면적비의 최댓값을 이용하여 항해 가능 기간을 도출하였다. 이를 위해 2003년 1월부터 2014년 5월까지 SSM/I 및 SSMIS 해빙 면적비 자료로부터 각각의 B-경로에 대한 일별 해빙 면적비의 최댓값을 추출하였다.
이를 통해서 아라온호가 안정적으로 항해할 수 있는 해빙 면적비를 정의하였고, 각각의 항해경로에 따른 연중 항해 가능 기간을 도출하였다. 그리고 아라온호가 항해한 3개의 항로 중에서 남극 장보고 과학기지로 접근하기 위한 최적의 항로를 제시하였다.
아라온호가 항해한 날짜 및 위치에서의 SSMIS 해빙 면적비를 항해속도와 연계 분석하여, 아라온호가 항해할 수 있는 최대 해빙 면적비를 구하였다. 그리고 아라온호가 항해 가능한 해빙 면적비의 최댓값을 이용하여 항해 가능 기간을 도출하였다.
아라온호의 항해경로에 대한 최근 10년간의 해빙 면적비 변화를 분석하기 위해 수동 마이크로파 센서인 SSM/I와 SSMIS로 관측된 남극의 해빙 면적비를 이용하였다. SSM/I는 1987년 Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) F8 위성에 탑재되어 운용되기 시작하였으며, 19.
이 연구에서는 SSM/I 및 SSMIS 해빙 면적비 자료를 이용하여 2010-2012년에 장보고 과학기지가 건설된 동남극 테라노바 만(Terra Nova Bay)을 방문한 아라온호의 3개 항로에 대해 최근 10년간의 해빙 면적비 변화를 분석하였다.
이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 SSM/I와 SSMIS로부터 관측된 2003년 1월-2014년 5월의 남극 해빙 면적비 자료와 장보고 과학기지를 방문한 쇄빙연구선 아라온호의 2010-2012년 항해경로를 이용하여, 장보고 과학기지로의 최적 항로를 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 구간까지 항해하였으며, 해빙 면적비가 클수록 느린 항해속도를 나타냈다.
그리고 아라온호가 항해 가능한 해빙 면적비의 최댓값을 이용하여 항해 가능 기간을 도출하였다. 이를 위해 2003년 1월부터 2014년 5월까지 SSM/I 및 SSMIS 해빙 면적비 자료로부터 각각의 B-경로에 대한 일별 해빙 면적비의 최댓값을 추출하였다. 이때 추출된 해빙 면적비의 최댓값은 아라온호의 위치에 관계없이 항해 경로 내에서 최대로 나타나는 해빙 면적비를 의미한다.
이 연구에서는 SSM/I 및 SSMIS 해빙 면적비 자료를 이용하여 2010-2012년에 장보고 과학기지가 건설된 동남극 테라노바 만(Terra Nova Bay)을 방문한 아라온호의 3개 항로에 대해 최근 10년간의 해빙 면적비 변화를 분석하였다. 이를 통해서 아라온호가 안정적으로 항해할 수 있는 해빙 면적비를 정의하였고, 각각의 항해경로에 따른 연중 항해 가능 기간을 도출하였다. 그리고 아라온호가 항해한 3개의 항로 중에서 남극 장보고 과학기지로 접근하기 위한 최적의 항로를 제시하였다.
장보고 과학기지로의 최적 항로를 제시하기 위해, 먼저 2010-2012년에 테라노바 만을 방문한 아라온호의 실 항로를 분석하였다.
이와 같이 추출된 B-경로 내의 해빙 면적비 최댓값이 아라온호가 항해 가능한 최대 해빙 면적비보다 작게 나타나는 기간을 쇄빙선의 항해 가능 시기로 정의하였다. 최근 10년 동안 각각의 B-경로에 대한 아라온호의 연간 항해 가능 시기를 분석하여, 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로를 제시하였다.
대상 데이터
2010, 2011, 2012년에 동남극 테라노바 만을 방문한 아라온호의 항해경로가 연구에 사용되었다.
1은 2010, 2011, 2012년 아라온호의 항해경로를 SSMIS 해빙 면적비 영상에 도시한 것이다. 각각의 해빙 면적비 영상은 테라노바 만의 장보고 과학기지 건설지에서 출항한 날짜인 2010년 2월 10일(Fig. 1a), 2011년 2월 15일(Fig. 1b), 2012년 1월 17일(Fig. 1c)에 해당하며, NT 알고리즘에서 마스킹 된 남극대륙은 회색으로 표현되었다. 점선으로 표시한 항로는 뉴질랜드에서 출발하여 테라노바 만에 도착하는 경로(A-경로)이며, 실선으로 표시한 항로는 테라노바 만에서 출발하여 뉴질랜드에 도착하는 경로(B-경로)이다.
, 1999). 이 연구에서는 2003년 1월부터 2006년 12월까지의 SSM/I 일평균 해빙 면적비, 2007년 1월부터 2014년 5월까지의 SSMIS 일평균 해빙 면적비 자료를 이용하였다.
성능/효과
2010-2012년의 항해 경로 분석을 통해 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 나타내는 항로를 항해할 수 있었음을 알 수 있었다. 이 연구에서는 높은 해빙 면적비에서도 아라온호의 항해속도가 유지되는지 검토하였다.
2010-2012년의 B-경로에 대한 아라온호의 항해속도와 아라온호가 항해한 해빙 면적비를 Table 2에 정리하였다. 2010년과 2012년에 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 나타내는 구간까지 항해가 가능하였으며, 테라노바 만에서 출발하여 뉴질랜드에 도착하는 동안 약 11 kn의 평균 항해속도를 보였다. 2011년의 경우 아라온호는 해빙 면적비가 0%인 경로만을 항해하였으며, 이에 따라 2010년, 2012년에 비해 빠른 12.
52 km/h)의 속도로 항해하였다. 그리고 다시 해빙이 분포하는 구간을 통과하였는데, 해빙 면적비가 높은 구간일수록 느린 속도로 항해하였으며, 70-78%의 해빙 면적비를 보이는 구간에서 8.63 kn (15.98 km/h)의 최저속도를 나타냈다. 그러나 70% 이하의 해빙 면적비에서 아라온호는 10-12 kn (18-22 km/h)의 항해속도를 나타냈으며, 이는 2012년의 B-경로 전체에 대한 평균 항해속도(10.
53 kn)와 비교하여 차이가 크지 않았다. 따라서 아라온호는 70%의 해빙 면적비까지 통상적이고 안정적인 항해가 가능함을 알 수 있었다.
이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 SSM/I와 SSMIS로부터 관측된 2003년 1월-2014년 5월의 남극 해빙 면적비 자료와 장보고 과학기지를 방문한 쇄빙연구선 아라온호의 2010-2012년 항해경로를 이용하여, 장보고 과학기지로의 최적 항로를 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 구간까지 항해하였으며, 해빙 면적비가 클수록 느린 항해속도를 나타냈다. 그러나 70%의 해빙 면적비까지는 평균 항해속도에 근접한 속도로 항해가 가능하였다.
후속연구
따라서 향후 쇄빙선이 2012년의 B-경로를 항해할 수 없을 가능성도 있다. 그러나 최근 10년 동안의 해빙 면적비 자료를 분석한 결과, 해당 경로는 2003년을 제외하고 매년 40일 이상의 항해 가능 기간을 보였기 때문에 앞으로도 수년간은 장보고 과학기지를 방문하는 선박들에게 가장 적합한 항로로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
장보고 과학기지가 위치한 곳과 같이 해안선의 변화가 심한 지역에서는 25 km의 공간해상도를 가지는 수동 마이크로파 해빙 면적비 자료는 크게 유효하지 못하다. 따라서 남극대륙의 연안지역에서 보다 정확한 해빙 분포와 항로에 관한 연구를 수행하기 위해서는 SAR 영상과 같은 고해상도의 마이크로파 위성 자료가 연계되어야 할 것으로 판단된다.
그러나 수십 km에 해당하는 공간해상도와 정밀하지 못한 land mask는 남극대륙 연안지역에서 상세한 해빙 분포와 항로를 분석하는데 한계로 작용하였다. 향후 연구에서는 고해상도의 SAR 영상자료를 이용하여 연안지역에 대한 해빙 및 항로 분석이 정밀하게 수행될 필요가 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아라온호는 70% 이하의 해빙 면적비까지 일반적 운항이 가능하다고 판단하는 근거는?
이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) 및 Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS)의 최근 10년간 해빙 면적비 자료와 우리나라의 쇄빙 연구선인 아라온호의 2010-2012년 항해 경로를 이용하여 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로와 항해 가능 기간을 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능하였다. 아라온호의 항해속도는 해빙 면적비가 높을수록 감소하였으나, 70%의 해빙 면적비까지는 전체 항로에 대한 평균속도(~11 kn)에 근접한 속도를 나타냈다. 이에 따라 아라온호는 70% 이하의 해빙 면적비까지 일반적 운항이 가능하다고 판단하였다.
아라온호의 항해속도는?
아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능하였다. 아라온호의 항해속도는 해빙 면적비가 높을수록 감소하였으나, 70%의 해빙 면적비까지는 전체 항로에 대한 평균속도(~11 kn)에 근접한 속도를 나타냈다. 이에 따라 아라온호는 70% 이하의 해빙 면적비까지 일반적 운항이 가능하다고 판단하였다.
아라온호은 최대 몇 %의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능한가?
이 연구에서는 수동 마이크로파 센서인 Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) 및 Special Sensor Microwave Imager/Sounder (SSMIS)의 최근 10년간 해빙 면적비 자료와 우리나라의 쇄빙 연구선인 아라온호의 2010-2012년 항해 경로를 이용하여 장보고 과학기지 방문을 위한 쇄빙선의 최적 항로와 항해 가능 기간을 분석하였다. 아라온호는 최대 78%의 해빙 면적비를 보이는 지역까지 항해가 가능하였다. 아라온호의 항해속도는 해빙 면적비가 높을수록 감소하였으나, 70%의 해빙 면적비까지는 전체 항로에 대한 평균속도(~11 kn)에 근접한 속도를 나타냈다.
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