Browse

Research of Antarctic grounding line migration in high resolution using hydrostatic ice thickness derived by radar satellite data
레이더 위성 자료와 유체정역학적 얼음 두께를 이용한 남극 고해상도 지반접지선 변동 연구

Cited 0 time in Web of Science Cited 0 time in Scopus
Authors
김승희
Advisor
김덕진
Major
자연과학대학 지구환경과학부
Issue Date
2018-08
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 지구환경과학부, 2018. 8. 김덕진.
Abstract
빙하의 지반접지선은 빙붕의 안정성에 대한 중요한 정보를 제공하고 빙상모델의 경계 조건으로도 사용된다. 따라서 접지선의 이동을 감시하는 것은 빙붕의 취약점을 검사할 수 있는 주요 척도에 속한다. 최근 다양한 위성 시스템을 이용한 기술들을 사용하여 지반접지선의 추정 및 모니터링이 이루어지고 있으며 서남극 대부분의 빙하와 몇 개의 동남극 빙하에서 지반접지선 후퇴가 진행되고 있는 것을 발견하였다.

본 연구 또한 남극 지반접지선의 추정 및 변동을 감시하기 위해 이루어졌다. 그러나 본 연구의 가장 중요한 측면은 지반접지선의 변동 감지는 높은 시간적 및 공간적 해상도의 모니터링이 필요하며 따라서 단순하고 반복 가능한 기술이 필요하다는 점이다. 본 연구에서는 빙하의 기저 변동이 얼음 표면에 전달되는 특징을 주목하여 빙하 표면의 고도 정보의 변화를 이용하는 것이 가장 적절한 접근 방법이라고 판단하였다. 또한 최근의 SAR 위성 시스템의 개발 및 발전을 통해 고행상도 표면 고도 정보를 단시간에 얻을 수 있기 때문에 본 연구는 이러한 고해상도 표면 고도 정보를 유체정역학에 적용하여 계산한 얼음의 두께가 지반접지선의 위치를 추정하는데 유효하게 이용될 수 있음을 보여주고자 하였다.

유체정역학적 얼음의 두께를 계산하기 위해서는 얼음과 바다 표면 고도의 독립적인 자료가 필요하며 얼음이 지반으로부터 떨어지면서 얼음과 해수의 밀도 차이로 인하여 떠오르기 시작하는 위치를 결정하기 위해서는 해저 지형이 필요하다. 본 연구에서는 TanDEM-X 와 TerraSAR-X bi-static 간섭기법을 이용하여 눈과 얼음으로 덮여있는 남극 빙하의 디지털 표고 모델을 높은 공간 해상도 및 수직 해상도로 제작하였다. 얼음의 흐름과 강설로 인하여 지속적으로 변화하는 남극의 성격 때문에 신뢰할 수 있는 지상기준고도 확보의 어려움은 이러한 간섭기법을 활용한 표고 모델 제작에 있어서 가장 큰 문제였다. 이 문제를 해결하기 위해 SAR 위성자료가 확보된 시기와 가장 근접한 시기에 확보된 CryoSat-2 SARIn 레이더 고도계 데이터를 상호 상관 값과 표준 편차를 이용하여 신뢰할 수 있는 자료만을 신중하게 선택한 후 지상기준고도로 사용하였다. 바다 표면 고도는 TanDEM-X와 TerraSAR-X 취득시의 고도를 추출하기 위해서 EIGEN-GL04C 지오이드와 FES2014 해양 조수 모델을 융합하여 추정하였다. 마지막으로, 해저 지형은 BEDMAP2 데이터를 사용하였다. 위의 자료들을 시계열로 확보한 후 동남극의 Campbell 빙하와 서남극의 Thwaites 빙하의 지반접지선을 추정하였으며 그 결과 접지선의 지속적인 관찰과 감시가 고해상도로 가능함을 확인할 수 있었다.

본 연구는 이전에 추정 된 지반접지선의 위치를 검증함으로써 기존에 알고 있는 정보를 확인할 뿐만 아니라 단주기의 자료 확보를 통한 지반접지선의 단기적 변동 관측과 고해상도 자료를 이용함에 따른 국지적 변동 관측을 가능하게 하였다. 이를 이용하여 얼음의 변화를 새로운 관점으로 이해할 수 있도록 도움을 줄 수 있었다. 그 예로 2011 년에서 2013 년 사이에 Thwaites Ice Shelf 에서 발견된 ice rumple 에 대한 자세한 연구가 이루어졌다. 이 ice rumple 은 추정된 지반접지선에서 약 5km 떨어진 지역에 위치하고 있었으며 2011 년에 처음 관측된 이후로 접지 반경이 점차 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 얼음의 두께가 서서히 감소하기 때문에 접지되어 있는 면적의 감소로 인하여 이러한 현상이 발생한다고 가정을 하고 점탄성 변형 모델 (viscoelastic deformation model) 을 사용하여 얼음 두께의 진행상황을 해석하고자 하였다.

이러한 결과에도 불구하고 본 연구에서 제안된 기술의 주요 약점은 결과의 정확도가 얼음의 평균 밀도와 사용되는 입력 데이터의 정확도에 강하게 의존한다는 점으로 요약할 수 있다. 따라서 유체정역학적 얼음두께의 추정 시 사용된 얼음의 평균 밀도는 정확하게 알려져 있기 않기 때문에 밀도를 변화시키면서 지반접지선 추정이 어떻게 변하는 지를 분석하였으며 현장 조사를 통하여 확보된 얼음의 밀도를 이용하였을 때 기존에 알려진 지반접지선과 비교적 일치하는 것을 확인하였다. 또한 서로 다른 공간과 수직적 정확도를 갖는 해저 지형 데이터 세트의 결과 비교하였을 때 더 나은 데이터를 사용한다면 결과의 정확도가 크게 개선되는 것을 확인할 수 있었다. Thwaites 빙하처럼 광범위한 현장 자료가 존재하는 지역에서는 보다 정확한 지반접지선 추정 및 관측이 가능할 것으로 기대된다.

안타깝게도 본 연구는 얼음이 지반접지선 근처에서 유체정역학적 평형 상태에 있지 않기 때문에 발생하는 얼음 두께 오차의 문제는 제대로 연구가 진행되지 않았다. 따라서 얼음 평균 밀도에서 발생하는 오차와 함께 가장 큰 오차 원인으로 고려된다. 유체정역학적 얼음 두께에서 발생하는 오차가 지반접지선 추정에 어떠한 영향을 어느 정도 미칠 수 있는지는 추가적인 연구가 필요할 것이며 이러한 오차를 줄여나간다면 지반접지선 추정의 정확도를 더욱 증가시킬 수 있을 것으로 고려된다.
Language
English
URI
https://hdl.handle.net/10371/143248
Files in This Item:
Appears in Collections:
College of Natural Sciences (자연과학대학)Dept. of Earth and Environmental Sciences (지구환경과학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._지구환경과학부)
  • mendeley

Items in S-Space are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Browse