초록 ▼

GPS를 이용한 위치 결정에는 다양한 오차가 따른다. 계통오차와 우연오차에 의하여 영향을 받는 GPS의 오차원은 통계적/경험적 모델에 의하여 제거가 가능하며 다양한 보정 모델들이 존재한다. 잡음과 다중경로와 같은 위성신호에 동일한 영향을 미치는 오차원인 등은 DGPS(Differential GPS) 기법에 의하여 거의 대부분 소거가 가능하며, 전리층 신호 지연은 신호의 주파수에 따라 그 크기가 다르고 중성 대기 상태에서는 분산 특성을 가지고 있으므로 GPS 위성에서 송신되는 두 주파수를 이용하여 선형 조합을 통해 소거할 수 있다.

GPS를 이용한 위치 결정에는 다양한 오차가 따른다. 계통오차와 우연오차에 의하여 영향을 받는 GPS의 오차원은 통계적/경험적 모델에 의하여 제거가 가능하며 다양한 보정 모델들이 존재한다. 잡음과 다중경로와 같은 위성신호에 동일한 영향을 미치는 오차원인 등은 DGPS(Differential GPS) 기법에 의하여 거의 대부분 소거가 가능하며, 전리층 신호 지연은 신호의 주파수에 따라 그 크기가 다르고 중성 대기 상태에서는 분산 특성을 가지고 있으므로 GPS 위성에서 송신되는 두 주파수를 이용하여 선형 조합을 통해 소거할 수 있다. 비록 DGPS 등의 방법을 통해 다양한 오차 원인을 소거하더라도 GPS의 오차 원인으로 인식되지 않고 있는 황사의 미세 먼지 입자에 의한 지연은 GPS 데이터 정밀 해석 후에도 계속적인 영향 오차를 가지게 된다. 이러한 영향은 황사 발생 전과 후에 따라 반송파의 신호 강도의 변화를 유발하게 된다. 본 연구에서는 이러한 평가 지표로서 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)나 보다 정밀한 평가 지표인 반송파 대 잡음비(Carrier to Noise Ratio, C/No)를 통하여 먼지 입자 농도에 따른 GPS 위성 신호의 감쇠 영향을 분석하였다. K 밴드나 C 밴드에 비하여 GPS 위성 신호가 사용하는 L 밴드는 파장이 길기 때문에 신호 감쇠의 영향이 크지는 않을 것으로 예상되나, 연직 분포의 폭이 크고 밀도가 큰 황사가 진행하는 동안에는 불규칙적인 신호 강도의 변화가 발생할 가능성이 다소 나타났으나 그 영향이 미미하였다. GPS 위성신호의 대류권 지연은 유체 정역학적 평형 상태에서 발생하는 건조지연(hydrostatic delay)와 수증기와 같은 습윤 성분에 의한 습윤 지연(wet delay)로 구성된다. 건조 지연 모델을 바탕으로 건조 지연 성분은 대부분 소거가 가능하나 습윤 지연량은 이론적 습윤 모델에 의하여 계산된 결과와 실제 습윤 지연량과는 차이가 발생된다. 따라서 GPS 관측소의 위치 정보(타원체고, 위도)와 지상 기상 관측자료(기압, 기온)를 이용한 실제 습윤 지연량을 추정하여야 한다. 황사의 발생과 수송 및 퇴적 작용은 대기압뿐만 아니라 상층 대기의 습윤/건조 조건에 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 지상 기상 관측 정보와 결합한 GPS의 연속적인 대류권 지연 변화의 추적은 황사의 형성, 방출, 이동, 퇴적 및 소멸의 전개과정을 분석할 수 있는 유용한 수단이 될 수 있음을 검토하였다.
GPS 대류권 신호 지연과 황사 밀도와의 관계를 정의하기 위하여 GPS 상시관측소가 위치하고 있는 지점과 근접한 관측소에서 측정한 PM10 정보를 이용하였다. 2007년 3월 30부터 한반도에 영향을 미친 황사 기간 동안 대전 GPS 상시관측소의 데이터를 처리하여 얻은 결과에서는 한반도 상층 대기에 부유하고 있던 미세 먼지 입자가 대류권의 습윤량 증가와 함께 수증기 분자와 먼지 분자의 흡착으로 인하여 지상으로 하강함에 따라 PM10이 증가하는 일치성을 나타내고 있음을 확인하였다.
부가적으로 특정 기상 현상 중 하나인 폭설 상황에서 GPS 가강수량의 추적 실험을 수행하였다. 대류권 지연 오차를 이용하면 태풍 및 허리케인 추적, 기후변화나 수증기 장기간 추적 등 GPS를 이용한 대류권 수증기 변화의 다양한 모니터링 연구를 할 수 있다. 2014년 상반기 영동지역에 내린 폭설의 신적설량과 GPS 대류권 지연 오차에서 구할 수 있는 가강수량 간의 상관성을 알아보기 위해 기상청에서 운용중인 자동기상관측소(Automated Weather Station; AWS)에서 얻은 자료와 대한민국 GPS 상시관측소에서 얻은 RINEX 데이터, 그리고 IGS 홈페이지에서 GPS의 정밀 궤도력 정보를 얻어 폭설 기간 동안 GPS 위성 신호의 지연량을 추가적으로 분석하였다. 악기상 예보 시 가장 많이 사용하고 있는 Skew-T 분석의 열역학적 변수와 GPS 가강수량과의 상관성 분석을 함께 수행하였다.
Skew-T 분석을 통해 산출된 K-index와 total index 및 GPS 가강수량 사이에는 양적 선형 관계를 가지고 있는 것으로 분석되었다. 일반적으로 수증기의 과다 유입이후 상층 공기의 냉각된 빙정핵에 과냉각된 수증기가 부착되고 무거워져서 하층으로 하강하는 강설 발생 구조 측면에서 비추어 볼 때, 상층 대기의 일기 변화 모니터링과 함께 GPS 수증기 탐측 기술이 폭설과 같은 악천후 진행시 수증기가 포화 상태를 추적하기 위한 보조적인 방법 중 하나로서 활용될 수 있다고 판단된다.