초록 ▼

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축
(1) 한반도 지진활동 및 지진발생 특성 분석
한반도 지진활동 특성 연구를 위해 2013년 서해지진 중 백령도해역 지진에 대한 정밀분석을 실시하였다. 2013년 5월 14일부터 6월 30일까지 최단 진앙거리인 대청도와 백령도관측소의 연속지진자료 분석을 통해 389회의 지진 이벤트를 검출하였다. 또한 기상청 발표목록(규모 2 이상)의 16회 지진에 대한 정밀 분석을 실시하여 이들 16회 본진과 전‧ 여진들이 북동-남서 방향으로 7 km 이

Ⅳ. 연구 내용 및 결과
1. 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축
(1) 한반도 지진활동 및 지진발생 특성 분석
한반도 지진활동 특성 연구를 위해 2013년 서해지진 중 백령도해역 지진에 대한 정밀분석을 실시하였다. 2013년 5월 14일부터 6월 30일까지 최단 진앙거리인 대청도와 백령도관측소의 연속지진자료 분석을 통해 389회의 지진 이벤트를 검출하였다. 또한 기상청 발표목록(규모 2 이상)의 16회 지진에 대한 정밀 분석을 실시하여 이들 16회 본진과 전‧ 여진들이 북동-남서 방향으로 7 km 이내의 근접한 곳에서 발생한 것을 알 수 있었다. 그 중 5월 18일 규모 4.9의 본진에 대한 단층면 해 분석 결과 주향이동단층 운동을 한 것으로 나타났다(그림 1).
(2) 지진감시기술 고도화 연구
지진감시기술 고도화를 위해 지진조기분석 알고리즘의 성능 검증과 인공지진 자동화 식별시스템 구축을 위한 연구를 진행하였다. 규모 3.0 이상의 지진을 대상으로 수행한 지진조기분석 알고리즘 검증 결과, 내륙 지진의 경우 기상청 발표결과와의 규모오차가 오차범위 내의 성능을 보여주었으나, 해역 지진의 경우 진앙위치에 따라 미분석 및 오차범위를 초과하는 결과를 산출하였다. 또한, 지진조기경보시스템의 성능향상을 위한 원거리 지진 필터링 기능은 양호하게 동작하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 지진조기분석 시스템의 규모 산출성능에 대해서는 트리거 시간의 검출 정확도가 개선되어야 할 것으로 판단된다. 효율적인 현업지원을 위해 인공지진 자동화 식별시스템을 구축하고, 인공지진 분석 및 평가 근거 제공을 위한 분석 및 표출 기술을 개발하였다. 북한 핵실험을 포함한 한반도 및 연안지역에서 발생한 인공지진의 신속한 판정 및 기준 마련을 목적으로 다양한 분석방법을 적용하였다. P파와 S파의 진폭비 비교, 주파수 분석방법, 지역지진파 스펙트럼비 분석, 실체파 규모 분석을 수행하여 인공지진의 특성을 제시하였다(그림 2). 또한, 인공지진 식별 성능의 향상을 위하여 인공지진이 동반하는 공중음파 DB를 수집하고 공중음파 분석기술을 개발하였다. 향후 북한 핵실험 식별 및 인공지진 식별 기준 마련에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
(3) 지진관측환경 표준화 및 개선 연구
지진관측환경 표준화 연구를 위하여 기상청이 운영 중인 126개 지진관측소에 대한 부지특성 및 배경잡음 수준을 분석하였고, 이동식지진계 설치환경 비교연구를 실시하여 현장관측 최적화 방안을 제시하고자 하였다. 기상청 지진관측소의 설치유형 및 지리적 위치에 따른 특징과 차이를 살펴본 결과, 지표에 설치된 속도관측소 중 28개소는 기반암층에 설치되었으며 나머지 15개소 또한 밀도 높고 안정된 퇴적층에 설치되었을 것으로 분석되었다. 광대역관측소의 경우 지표관측소에 비해 시추 공관측소의 평균적 배경잡음이 낮게 나타나고(그림 3), 단주기관측소는 내륙관측소가 해안관측소에 비해 낮게 나타났다. 그러나 잡음이 높게 나타나는 일부 시추공관 측소와 내륙관측소는 종합적인 재분석이 요구된다. 이동식지진계 설치환경 비교 연구를 위해 다양한 형태로 지진계를 설치하고 동시간대에 기록된 자료를 비교하였다 (그림 4). 이동식관측소 설치 시, 노두에 설치하는 것이 우선시 되지만, 노두를 찾아 설치할 수 없는 경우에는 센서를 표층에 묻는 방식을 이용하는 것이 가장 효율적인 방법인 것으로 판단된다.
(4) 지진해일 유발지진 발생특성 연구
기상청은 지진해일에 대비하기 위하여 한반도 주변해역 시나리오 지진해일 DB를 구축하여 지진해일 경보체계를 운영하고 있다. 그러나 한반도 주변해역 이외의 지역에서 발생한 지진해일에 대한 경보체계는 미흡한 실정으로, 이를 보완하기 위해 국립기상연구소는 전지구 지진해일 예측시스템을 개발하고 있다. 본 연구에서는 대규모지진에 대한 사례분석을 통해 개발 중인 지진해일 예측 알고리즘을 검증하였다 (그림 5(좌)). 또한, 병렬처리를 통해 빠른 연산이 가능하도록 하고, 가변격자를 사용하여 계산 정확도를 향상시키도록 알고리즘을 개선하였다. 기존의 한반도 주변해역 지진해일 통보시스템은 한반도 주변해역 시나리오 지진해일 DB로부터 16개 주요지점에 대한 지진해일 예상 파고와 도달시각 정보를 제공한다. 본 연구에서는 해상국지예보구역에 준해 설정된 구역별 지진해일 정보와 47개 주요지점에 대한 지진해일 정보를 제공할 수 있도록 구역별 지진해일 예측정보 표출시스템을 개발하였다(그림 5(우)). 또한, 해수면변화 관측자료를 이용한 지진해일 계기관측을 수행하기 위
하여 울릉도 해일파고계 관측자료를 활용한 지진해일 검출 알고리즘을 개발하였다.
2. 화산활동 감시·예측 및 한반도의 지각활동 진단 기술 개발
(1) SAR 영상자료를 활용한 백두산 지표변위 관측 및 분석
원거리에서 정밀 지표변위 관측이 가능한 SAR위성을 이용하여 백두산 화산지역의 화산활동을 분석하였다. 상대적으로 활동성이 높은 해외의 활화산에 적용된 알고리즘을 이용하여 화산활동에 따른 지표변위 양상을 연구하고 그 결과를 바탕으로 백두산의 화산활동 감시에 적용하였다. 각 밴드(X, C, L)별 최적의 시계열 분석 방법에 대해 검토한 결과 L-band SAR (JERS-1)영상은 6년의 긴 기간에도 긴밀도가 유지되었으며, 신호의 변질이 없는 지점을 바탕으로 분석된 시계열 지표변위는 백두산 지역에서 화산활동이 발생하지 않았음을 간접적으로 제시해주고 있다(1992∼1998). 상대적으로 낮은 긴밀도를 나타내는 RADARSAT-2 C-band 영상에서는 L-band 영상과 같은 안정된 신호를 나타내지 못하였으나, 짧은 기간의 지표변위를 관측하기에는 용이하다는 점과 겨울에도 긴밀도가 유지된다는 이점을 파악할 수 있었다(그림 6). RADARSAT-2 SAR영상자료를 활용한 화산활동 감시 기법은 역동적으로 활동하는 화산의 경우뿐만 아니라, 미세하게 운동하고 있는 화산의 지표변위 양상도 감시할 수 있는 좋은 장점을 지니고 있다. COSMO-SkyMED와 같은 X-band 영상은 공간해상도가 좋을 경우 SqueeSAR와 같은 방법이 적용 가능하였으며, 현재 우리나라에서 발사된 차세대 위성인 KOMPSAT-5에 적용 되었을 때 적극 활용될 수 있으리라 여겨진다.
(2) 화산재 확산경로 예측 연구
한반도 인근의 화산이 분화하는 경우, 화산재 확산 경로를 예측하고 그 결과를 천리안 해양관측 위성영상(GOCI)에서 분류한 화산재 확산 영역과 비교하여 검증하는 연구를 진행하였다. 화산재 확산 경로의 예측을 위해 HYSPLIT 입자확산모델과 기상청 현업 모델인 UM 기상장을 사용하였으며, HY SPLIT에 필요한 입력변수는 일본 VAAC의 분화기록을 적용하였다. 예측결과의 검증을 위해 모의실험 시간과 동일한 시간의 GOCI 위성영상자료를 수집하였다. 수집된 자료를 바탕으로 가시광합성 영상을 생성하였으며, 화산재로 분류될 수 있는 지역을 대상으로 RGB 임계치를 계산하였다. 계산된 RGB 임계치를 적용하여 화산재 확산 영역을 추출한 후 예측된 화산재 확산 경로와 비교한 결과, 평균 60% 이상의 신뢰도를 보였다(그림 7). 실측자료를 입자 확산 모델에 보다 정밀하게 적용할 수 있는 방법을 연구한다면 더 높은 신뢰도를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 이러한 결과는 사쿠라지마와 같이 잦은 분화가 있는 화산뿐만 아니라, 백두산과 같이 긴 휴지기에 있는 화산이 분화했을 경우의 화산재 확산 경로 예측에도 활용할 수 있을 것이다.
(3) 지구자기 관측 자료를 이용한 지구자기 변동성 감시 연구
본 연구에서는 2013년 8월 18일 일본의 사쿠라지마 화산 분화와 관련하여 지구자기 변동성 연구를 진행하였다. 사쿠라지마 화산 분화가 국내(청양 관측소)와 일본(카노야, 메맘베쯔, 카키오카 관측소)의 지구자기 관측 자료에 어떠한 영향을 미치는지 확인하기 위하여 웨이블릿 기반 셈블런스 분석과 고유값 분석을 수행하였다. 분석 결과 근거리에 위치한 카노야 관측소(약 30km)와 청양 관측소(약 640km)에서 는 화산 분화 시점에 지구자기의 변동이 명확하게 확인되었으나(그림 8), 가장 원거리에 위치한 메맘베쯔 관측소(약 1,810km)에서는 아주 미약한 변화만이 확인되었다. 또한, 카키오카 관측소 주변에서는 화산분화 전/후로 끊임없이 많은 지진이 발생하였기 때문에, 온전히 화산 분화에 의한 지구자기 변동임을 확인하기는 어려웠다. 향후 화산 주변 근거리 관측소에 대한 지속적인 분석을 통해 관련 연구를 진행 하고자 한다.

Abstract ▼

Ⅳ. R esearch Contents and R esults
1. Establishment of Earthquake and Tsunami Monitoring·Prediction Technique Foundation
(1) Analysis of earthquake activity and occurrence characteristics in Korean Peninsula
In order to research seismic activity on the Korean Peninsula, we conducted prec

Ⅳ. R esearch Contents and R esults
1. Establishment of Earthquake and Tsunami Monitoring·Prediction Technique Foundation
(1) Analysis of earthquake activity and occurrence characteristics in Korean Peninsula
In order to research seismic activity on the Korean Peninsula, we conducted precise analysis on the offshore Baengnyeongdo earthquakes among the Yellow Sea seismic events in 2013. We analyzed continuous waveform data recorded at the closest stations (DACB, BAR) from May 14 to June 30 and were able to identify 389 events. In the analysis of 16 earthquakes (greater than M 2.0) reported by the Korea Meteorological Administration (KMA), these quakes were distributed in neighboring area within 7km length and oriented NE-SW. Focal mechanism of the mainshock (M 4.9) occurred on May 18 shows strike-slip motion (Fig. 1).
(2) Study on Enhanced Earthquake Monitoring Technique
For the advancement of earthquake monitoring techniques, research on performance verification of earthquake early analysis algorithm and construction of artificial earthquake automatic discrimination system was performed.
Earthquake early analysis algorithm was verified using earthquakes with magnitude greater than 3.0. In the case of inland earthquakes, the difference of the magnitude from that reported by KMA was within error range. However, in case of offshore earthquakes, magnitude was not analyzed or the difference from KMA magnitude was over the error range depending on the earthquake location. The filtering performance of far-field earthquake, which was developed for improvement of earthquake early warning system, worked well. Regarding to the performance of magnitude determination, it seems that the accuracy on trigger time should be improved.
We built the automatic discrimination system of artificial earthquake and developed the analysis and visualization techniques to provide analysis and assessment bases for artificial earthquakes. We applied to various analysis methods in order to make a rapid identification of artificial earthquakes in and around the Korean peninsula, including the North Korean nuclear test, and its criteria. We presented the characteristics of the artificial earthquake by applying a variety of analytical methods such as P/S amplitude ratio, frequency analysis, spectral ratio analysis of regional seismic waves and body wave magnitude analysis (Fig. 2). In order to improve the artificial earthquake discrimination performance, infrasound data following artificial earthquakes were collected and developed it' s analysis technique. These data are expected to be useful for discrimination criteria of artificial earthquake and North Korean nuclear test.
(3) Study on standardization and improvement of earthquake monitoring environment
In order to study on standardization of earthquake monitoring environment, we analyzed background noise and site environment for 126 stations operated by KMA and suggested optimization plan of field observation through the comparative study on installation environment for portable seismometer. According to the analysis on installation type of seismometers and geographical location of seismic station, 28 stations of velocity seismic stations installed on the surface seem to be on relatively fresh basement layer and 15 stations are expected to be installed in high density and stable sedimentary layer. The
average background noise level of borehole stations represent lower than that of surface stations (Fig. 3). In short-period stations, the noise levels of inland stations were lower than those of stations around coast. But some borehole and surface stations having high noise level will have to be reanalyzed. For the comparative study on installation environment for portable seismometer, we installed portable seismometers in a various form and compared the data recorded in the same time period (Fig. 4). When installing portable seismometers, priority to be installed on the bedrock. However, if bedrock is not found, burying a sensor in subsurface will be the most efficient.
(4) Study on the characteristics of tsunamigenic earthquake
KMA is running a tsunami warning system based on the scenario tsunami database around the Korean peninsula. However, the tsunami warning system for far-field tsunami is insufficient rather than near-field tsunami. Thus, the National Institute of Meteorological Research (NIMR) is developing global tsunami warning system. In this study, we verified the global tsunami prediction algorithm under development by case studies of large earthquakes (Fig. 5(left)).
Also, we modified the algorithm applying parallel computing algorithm for fast computation and unstructured grid system for improving the accuracy. Previous tsunami warning system based on the scenario tsunami database provides the expected tsunami height and arrival time only at 16 points. In this study, we developed a district-based tsunami warning system based on the localized marine forecast area that provides not only the district tsunami information but also tsunami information at 47 points (Fig. 5(right)). In order to carry out instrumental tsunami observation using sea surface change data, a tsunami
detection algorithm was developed using the Ulleungdo surge gauge.
2. Volcanic Activities Monitoring·Prediction and Technique Development of Tectonic Plate Movement of Korea
(1) Measurement and Analysis of Surface Deformation at Baekdu Mountain using SAR images
Volcanic activity monitoring on Baekdusan area was conducted using SAR images which is possible to observe precise surface deformation from a long distance. We studied the surface deformation pattern of volcanic areas with an analysis algorithm frequently used for highly active overseas volcanoes and applied the method for monitoring volcanic activity of Baekdusan volcano. Considering optimal time-series analysis method for each band(X, C, L), coherence of L-band SAR (JERS-1) data was high for 6 years which is long time. And the results of time-series surface deformation indicated that there was no volcanic activity in the period of 1992 - 1998. RADARSAT-2 C-band data, which has lower coherence, did not show stable signal like in L-band images. However, they could easily observe the surface deformation in a short time period and maintain coherence even in winter (Fig. 6). Volcanic activity monitoring technique using RADARSAT-2 SAR data has the great advantage not only for monitoring active volcano but also for monitoring minute surface deformation of inactive volcano. If the spatial resolution of X-band data, such as COSMO-SkyMED, is good, SqueeSAR method could be applied. Especially, it is expected to be used for the next generation satellite KOMPSAT-5.
(2) Study of Volcanic Ash Dispersion
We studied to predict the dispersion path of volcanic ash when the volcano erupted in the vicinity of South Korea. And the results were verified by comparing the classified ash dispersion region in the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) images. HY brid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HY SPLIT) and United model (UM) were used to predict the dispersion path of volcanic ash. And required input parameters for the operation of the HYSPLIT model were applied following the eruption information of Japan VAAC. GOCI images in the same time as the simulation time were collected for the validation
of the prediction results. The true color composite images were generated using the collected data and RGB threshold value was calculated for the regions that can be classified as ash. Extracted ash dispersion region by applying the RGB threshold value from GOCI images was compared with predicted ash dispersion path using HYSPLIT model, and the result showed more than 60% of reliability in average (Fig. 7). We expect to be able to get a higher reliability, if we find ways to apply more precisely the observed data to HYSPLIT. In addition, these results would be utilized to volcanic ash dispersion path prediction not only for frequently erupting volcanoes, such as Sakurajima, but also for volcanoes in long resting phase, such as Baekdusan.
(3) Geomagnetic Variation Monitoring using Geomagnetic Observation Data We studied geomagnetic variability using the Sakurajima, Japan volcano eruption on August 18, 2013. Wavelet-based semblance analysis and principal component analysis methods were applied to confirm the effect of Sakurajima volcano eruption on the geomagnetic data. Cheongyang in Korea and Kanoya, Memambetsu and Kakioka stations in Japan were selected for this study. In Kanoya (about 30 km) and Cheongyang (about 640km) station located in relatively short distances from the volcano, geomagnetic variation has been
clearly confirmed at the time of volcanic eruption (Fig. 8). However, in Memambetsu (about 1,810km) station located at a farthest distance from volcano, only a very weak change has been confirmed. Also, in Kakioka station it was difficult to confirm only geomagnetic fluctuations due to volcanic eruptions, because many earthquakes occurred before and after the volcanic eruption. We expect to promote the relevant research through the continuous analysis of nearby stations around the volcano.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구보고서 ... 2
• 목차 ... 4
• Contents ... 6
• LIST OF TABLES ... 9
• LIST OF FIGURES ... 11
• 요약문 ... 23
• Summary ... 32
• 제1장 서 론 ... 45
• 제2장 지진 및 지진해일 감시·예측 기술 기반 구축 ... 45
• 제1절 한반도 지진활동 및 지진발생특성 분석 ... 45
• 1. 2013년 백령도 해역 지진활동 ... 45
• 2. 단주기지진관측소 지진자료 검증 ... 56
• 제2절 지진감시 기술 고도화 연구 ... 73
• 1. 지진 조기분석 알고리즘 성능검증 연구 ... 73
• 2. 인공지진 발생특성 정밀 분석 ... 94
• 3. 공중음파 자료 수집 및 관측기술 연구 ... 102
• 제3절 기상청 지진관측소 관측환경 연구 ... 118
• 1. 기상청 지진관측소 관측환경 분석 ... 118
• 2. 이동식지진계 설치환경 비교 연구 ... 127
• 제4절 지진해일 유발지진 발생특성 연구 ... 139
• 1. 대규모지진 사례 분석을 통한 지진해일 예측알고리즘 검증 ... 139
• 2. 전지구 지진해일 예측시스템 개발 ... 161
• 3. 구역별 지진해일 예측정보 표출시스템 개발 ... 163
• 4. 해수면변화 관측자료를 활용한 지진해일 검출 알고리즘 개발 ... 169
• 제3장 화산활동 감시ㆍ예측 및 한반도의 지각활동 진단 기술 개발 ... 177
• 제1절 SA R 영상자료를 활용한 백두산 지표변위 관측 및 분석 ... 177
• 1. SA R 영상자료를 이용한 화산활동 관측 ... 177
• 제2절 화산재 확산경로 예측 연구 ... 187
• 1. 화산재 확산 예측 모델 ... 187
• 2. 화산 분화에 따른 화산재 확산 예측결과 ... 190
• 3. 위성영상 기반의 화산재 확산 분석 및 검증 ... 202
• 제3절 지구자기 관측 자료를 이용한 지구자기 변동성 감시 연구 ... 223
• 1. 지구자기 절대측정 ... 223
• 2. 지구자기 자료를 이용한 화산활동 연관성 연구 ... 237
• 제4절 GPS를 활용한 한반도 지각변동 분석 연구 ... 253
• 제4장 요약 및 결론 ... 256
• 참고 문헌 ... 258
• 끝페이지 ... 267