KR101473886B1 - 이상파랑 발생일 추출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이상파랑 발생일 추출방법에 관한 것으로, 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑의 발생일을 추출할 수 있도록 함에 그 목적이 있다. 이를 위해 구성되는 본 발명은 (a) 조위관측소를 통해 관측 수집된 일정 해역에 대한 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 단계; (b) 실시간으로 수집된 조위자료에서 1시간 미만의 장주기 성분을 제거하는 단계; (c) 1시간 미만의 장주기 성분이 제거된 상태의 조위자료를 웨이블릿 분석을 통해 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 시계열 추출하는 단계; (d) 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집하는 단계; (e) 수집된 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수가 적당한지의 여부를 판단하는 단계; (f) 판단결과 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하다고 판단되는 경우 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인하는 단계; (g) 확인결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단하는 단계; 및 (h) 판단결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑 발생일을 판정하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.

Description

이상파랑 발생일 추출방법{Date of extraction occurs of Meteo-tsunami}
본 발명은 이상파랑 발생일 추출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인함으로써 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑의 발생일을 추출할 수 있도록 하는 이상파랑 발생일 추출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이상파랑(Meteo-tsunami) 현상은 이동성 저기압과 바다에서 발생하는 파고의 이동속도가 같을 때 공진이 형성돼 연안에서 파고가 높아지는 현상을 말하는 것으로, 대체적으로 수심 50m 근처에서 발생하는 파동인 천해파와 저기압이 비슷한 속도와 방향으로 나란히 이동할 때 발생하는 것을 추론하고 있다.
다시 말해서, 전술한 이상파랑은 저기압이 통과하면서 가장 앞쪽 부분에 대기압 점프 현상을 일으켜 해수면의 변화가 발생하고, 해양 장파와 공명을 일으켜 해안가에 도달하면서 이상파랑으로 나타나게 된 것으로 추론하고 있다.
전술한 바와 같은 이상파랑은 수심이 급격히 얕아지는 갯바위나 해안가에서 전파되는 에너지가 증폭되거나 반폐쇄형 만의 고유주기(부진동)와 유사한 주기로 외부에서 교란이 있을 때, 공진 현상으로 수위변화가 증대되어 파고가 갑자기 높아지기 때문에 사고가 발생하게 되는 것이다.
예를 들면, 커피잔을 들고 가는 사람의 발걸음 주기가 커피의 진동주기와 우연히 맞아떨어질 때 커피가 요동쳐 넘치는 것과 마찬가지라 할 수 있다. 이런 잔물결의 주기가 대기압의 이동속도와 진행방향 등과 일치하면 여름철의 태풍이나 강풍 혹은 지진 등에 의한 강한 외력이 없어도 이상파랑이 발생할 수 있다는 것이다.
실제로, 2008년 5월 4일 일요일, 충남 보령시 남포면 죽도 갯바위에서는 갑작스럽게 치솟은 파도 즉, 이상파랑에 휩쓸려 9명이 사망하고 15명이 부상을 입었다. 또한, 2007년 3월 31일 전남 영광군 법성포에서도 갑자기 높은 파도가 해변 주택가를 덮쳐 주택이 침수되고 선박이 전복되는 피해가 있었다. 이러한 이상파랑은 2005년 2월에도 제주시 한림면 옹포리에서도 발생한 바 있다.
전술한 바와 같이 뚜렷한 원인을 알 수 없었던 이상파랑은 아시아, 유럽 및 남아메리카 등 전 세계적으로 발생하고 있으며, 이에 대한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 특히, 일본, 스페인, 크로아티아, 영국 및 아르헨티나에서는 대기압 교란이나 대기압 점프 및 기상요인에 의한 이상파랑으로 인하여 항만과 선박 및 인명의 피해사례가 오래전부터 있어왔다.
한편, 전술한 바와 같은 이상파랑으로 인한 피해를 줄이기 위해서 우리 나라는 물론 전 세계에서 다양한 연구와 많은 노력을 기울임에도 불구하고, 작금에 이르기까지 정확한 원인규명도 제대로 이루어지지 않고 있다. 다만, 연구결과 이상파랑의 원인으로 해안과 내륙지역에 위치한 AWS와 레이더 관측자료를 통해 대기압 교란, 대기압 점프 및 기상요인 등이 주요하게 작용하는 것으로 알려지고 있다.
아울러, 전술한 바와 같은 이상파랑으로 인한 피해를 줄이기 위한 다양한 연구와 많은 노력을 통해 제시된 기압점프의 범위를 기존 문헌에서 찾아보면 1∼6hPa(K. Tanaka(2101), IVICA VILIBIC et al.(2009) 등)로 제시하였다. 이는 이상파랑에 대한 연구 노력의 결과 1∼6hPa의 기압점프 범위일 때 피해가 발생했다는 점을 근거로 하였기 때문이다.
그러나, 전술한 바와 같이 이상파랑의 원인으로 대기압 교란이나 대기압 점프 및 기상요인 등이 주요하게 작용하는 것으로 연구 보고되고는 있으나, 보다 객관적이고 합리적인 이상파랑에 대한 관측 기술에 대하여는 아직 보고된 바가 없다.
따라서, 전술한 바와 같이 일상파랑의 발생으로 인하여 해안지역의 인명과 재산피해가 발생할 수 있다는 점을 감안한다면 이상파랑의 예측과 이를 통한 실시간 관측을 통해 이상파랑에 대한 예보의 필요성이 대두된다 할 것이다.
1. 서승남(2008). 한국 주변해역 30초 격자수심-KorBathy30s. 한국해안·행양공학회 논문집, 20(1), 110-120. 2. 우승범, 승영호, 유학렬, 오유리(2008). Wavelet을 이용한 서해안 이상파랑 원인 파악에 대한 연구. In: 보령 해안 이상파고의 이해 특별회의 발표회, 제주 ICC, 2008년 5월 29일. 3. 최병주, 박용우, 권경만(2008). 2007년 3월 서해안에 발생한 해양장파의 형성과 성장과정. Ocean and Polar Research, 30(4), 453-466. 4. 오유리(2009). Wavelet을 이용한 해수면 이상고조에 관한 연구. 이학석사 학위논문, 인하대학교. 5. 최진용, 이동영 (2009). 보령 이상파 발생과 관련한 소규모 기압점프 이동에 대한 분석. Ocean and Polar Research, 31(4), 379-388.
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑의 발생일을 추출할 수 있도록 하는 이상파랑 발생일 추출방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주함으로써 이상파랑의 발생을 예측하여 예보를 가능하게 할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
아울러, 본 발명에 따른 기술의 또 다른 목적은 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주함으로써 보다 객관적이고 합리적인 이상파랑 발생일에 대한 추출기술을 제공함에 그 목적이 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기술은 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주함으로써 경보발령을 통해 인명과 재산상의 피해를 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다. 즉, 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출방법은 (a) 조위관측소를 통해 관측 수집된 일정 해역에 대한 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 단계; (b) 단계(a) 과정을 통해 실시간으로 수집된 조위자료에서 1시간 미만의 장주기 성분을 제거하는 단계; (c) 단계(b) 과정을 통해 1시간 미만의 장주기 성분이 제거된 상태의 조위자료를 웨이블릿 분석을 통해 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 시계열 추출하는 단계; (d) 단계(c) 과정을 통해 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집하는 단계; (e) 단계(d) 과정을 통해 수집된 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수가 적당한지의 여부를 판단하는 단계; (f) 단계(e) 과정의 판단결과 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하다고 판단되는 경우 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인하는 단계; (g) 단계(f) 과정의 확인결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단하는 단계; 및 (h) 단계(g) 과정의 판단결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑 발생일을 판정하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 단계(a) 과정의 수집되는 조위자료는 조위관측소가 설치된 7지점 이상의 실시간 자료로 구성됨이 보다 양호하다.
그리고, 본 발명에 따른 단계(b) 과정의 수집된 조위자료의 결측 부분에 대한 자료의 보간은 결측 부분을 끝점과 끝점을 잇는 직선을 선형으로 보간하는 임의의 값(dummy data)으로 채워 분석을 수행하되 분석을 수행한 다음에는 결측구간 위치의 진폭을 0으로 만드는 구성으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 단계(e) 과정에서 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수의 적당량은 하기의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112013119385410-pat00001
{N : 전체 표본수(Total sample), e : 유의수준(significance level) -> 1-0.95=0.05), n : 최소 표본수(The lowest sample)}
또한, 본 발명에 따른 구성의 단계(e) 과정에서 정규분포시 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하지 않다고 판단한 경우, (e-1) 단계(e) 과정의 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본으로부터 절대 기준값을 산정하는 단계; 및 (e-2) 단계(e-1) 과정으로부터 산정된 절대 기준값으로부터 정점별 절대 기준값을 초과하는 날을 확인하는 단계가 더 추가되어 단계(g) 과정으로의 진행할 수 있다.
전술한 단계(e-1)의 절대 기준값은 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본 중 공식적인 이상파랑 사고 발생일의 최대 진폭을 절대 기준값으로 산정하는 구성으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 구성의 단계(g) 과정에서 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날 또는 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나는 경우의 양 조건을 만족하는 때에만 이상파랑이 발생한 것으로 판정함이 보다 양호하다.
그리고, 본 발명에 따른 구성에서 단계(g) 과정의 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날의 확인결과 또는 정점별 절대 기준값을 초과하는 날의 확인결과 동시에 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나지 않은 경우에는 이상파랑이 발생하지 않은 것으로 판정하여 단계(a) 과정의 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 과정으로 진행할 수 있다.
본 발명의 기술에 따르면 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑의 발생일을 추출할 수 있도록 함으로써 보다 객관적이고 합리적인 이상파랑의 추출기술을 제공할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기술은 이상파랑 발생일에 대한 추출기술을 통해 이상파랑의 발생을 미리 예측하여 예보가 가능하도록 함으로써 경보발령을 통한 인명과 재산상의 피해를 방지할 수 있도록 하는 효과가 발현된다.
도 1 은 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출방법의 과정을 보인 블록도.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 이상파랑 발생일 추출방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출방법의 과정을 보인 블록도이다.
먼저, 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출방법에 관한 기술 구성에서 이상파랑 발생의 판단시 정규분포의 95% 이상 유의구간을 초과하는 날을 확인하여 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주한 것은 과거 이상파랑의 발생으로 피해가 있었던 것을 연구한 결과 대체적으로 이상파랑에 의한 피해가 정규분포의 95% 유의구간을 초과하는 날이 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타났었던 것을 기초로 한 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출과정을 살펴보면 (a) 조위관측소를 통해 관측 수집된 일정 해역에 대한 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 과정(S100), (b) 실시간으로 수집된 조위자료에서 1시간 미만의 장주기 성분을 제거하는 과정(S110), (c) 1시간 미만의 장주기 성분이 제거된 상태의 조위자료를 웨이블릿 분석을 통해 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 시계열 추출하는 과정(S120), (d) 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집하는 과정(S130), (e) 수집된 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수가 적당한지의 여부를 판단하는 과정(S140), (f) 판단결과 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하다고 판단되는 경우 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인하는 과정(S150), (g) 확인결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단하는 과정(S160) 및 (h) 판단결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑 발생일을 판정하는 과정(S170)을 포함한 구성으로 이루어진다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 이상파랑 발생일 추출과정은 단계(a) 과정(S100)에서와 같이 우리 나라 연안 곳곳에 설치된 국립해양조사원의 조위관측소 각각으로부터 조위관측소 설치 해역에 대한 조위자료를 실시간으로 수집한다. 이때, 조위관측소로부터 수집되는 해당 해역의 조위자료는 1분 간격의 실시간 자료이다. 표 1 은 조위관측소로부터 수집된 2007년도 안흥지역의 조위자료이다.
Figure 112013119385410-pat00002
전술한 표 1 에서와 같이 실제 관측된 1분 간격의 조위자료에는 결측구간(관측되지 않은 구간)이 다수 존재한다. 표 1 에서 조위자료 중 연두색 부분이 끊긴 곳이 결측된 곳임을 의미한다. 이러한 결측구간을 처리하지 않고는 Wavelet Reconstruction 분석 수행이 불가능하다.
한편, 전술한 바와 같은 단계(a) 과정(S100)에서 수집되는 조위자료는 조위관측소가 설치된 7지점 이상의 실시간 자료로 구성된다.
다음으로, 전술한 바와 같이 단계(a) 과정(S100)을 통해 일정 해역에 대한 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집한 다음에는 단계(b) 과정(S110)에서와 같이 수집된 조위자료의 결측 부분에 대한 자료의 보간과 조위자료로부터 1시간 미만의 장주기 성분을 제거한다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 단계(b) 과정(S110)에서는 1분 간격의 원시자료에서 결측 구간을 보간 한 후 Lancozs filter(High-pass)를 적용하여 조위자료로부터 1시간 미만의 주기성분인 조석성분을 제거한다.
전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)에서 수집된 조위자료의 결측 부분에 대한 자료의 보간은 결측 부분을 임의의 값(dummy data)으로 채워 분석을 수행한다. 이때, 임의의 값은 표 2 에 도시한 바와 같이 끝점과 끝점을 잇는 직선을 선형 보간하여 만든다. 하지만, 결측구간에 임의의 값을 넣고 Wavelet Reconstruction 분석시 왜곡된 결과가 산출되는 부작용이 발생한다.
Figure 112013119385410-pat00003
따라서, 전술한 바와 같이 결측구간에 임의의 값을 넣고 Wavelet Reconstruction 분석시 왜곡된 결과가 산출되는 부작용을 방지하기 위하여 결측구간의 위치를 기억하여 Wavelet Reconstruction 분석을 수행한 다음에는 표 3 에 도시한 바와 같이 기억한 결측구간 위치의 진폭을 0으로 만든다.
Figure 112013119385410-pat00004
한편, 본 발명에서 원하는 데이터는 1시간 이내 주기의 이상파랑 성분으로, 여기에 장주기 성분이 섞이면 과장된 결과를 도출하게 된다. 따라서, 총기간의 장주기 성분을 제거하고 웨이블릿(Wavelet Decomposition) 분석을 수행하여야 한다. 표 4 는 안흥지역의 조위관측소로부터 2007년 7월 29일부터 31일까지 수집된 원시자료에 혼재된 장주기 성분(빨간색 선)을 보인 것이다.
Figure 112013119385410-pat00005
전술한 바와 같은 단계(b) 과정(S110)에서와 같이 필터링되는 1시간 미만의 장주기 성분으로는 간조와 만조시의 조석성분, 바람에 의한 해수면 변화 성분, 기압강하에 의한 해수면 변화 성분, 폭풍에 의한 해수면 변화 성분 및 지진해일(tsunami, 쓰나미)에 의한 해수면 변화 성분 등이 있다.
다음으로, 전술한 바와 같이 단계(b) 과정(S110)을 통해 결측 부분에 대한 자료의 보간과 1시간 미만의 장주기 성분을 필터링 한 상태의 조위자료를 단계(c) 과정(S120)에서와 같이 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 시계열로 추출한다.
다시 말해서, 전술한 바와 같은 단계(c) 과정(S120)에서는 표 5 에 도시된 바와 같이 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 단계(b) 과정(S110)을 통해 결측 부분에 대한 자료의 보간과 1시간 미만의 주기성분을 필터링 한 상태의 조위자료로부터 시계열에 따른 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 추출한다.
Figure 112013119385410-pat00006
한편, 전술한 표 5 에 도시된 원시 조위자료와 시계열의 이상파랑 성분 및 스펙트럼 주기의 자료는 2007년 3월 31일 서해안 일대에서 발생하여 수 시간 동안 지속된 이상파랑 사건을 통해 본 발명을 검증하기 위해 도입한 것이다. 이때, 본 발명을 검증하기 위해 이상파랑 발생일 전후로 3일간의 조위자료를 수집하여 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 시계열의 이상파랑 성분을 추출하였다.
전술한 단계(c) 과정(S120)에서 왜 1시간 미만의 이상파랑 주기성분인가에 대한 의문이 제기될 수 있다. 표 6 은 이상파랑 주기 기준의 타당성을 검증하기 위한 자료로, 2007년 3월 31일 서해에서 실제 사고 발생한 시각과 분석 결과 시간 차가 거의 없다는 것을 알 수 있었다.
Figure 112013119385410-pat00007
전술한 표 6 에서와 같이 안흥 > 대흑산도 > 위도 > 군산 > 영광 > 법성포[재산피해] 순으로 이상파랑의 도달이 이루어진 것을 알 수 있다. 이때, 영광의 분석 결과 1시 40분에 도달이 이루어졌고, 법성포 근방의 사고 시각은 1시 50분에 사고가 이루어져 법성포가 영광보다 상대적으로 내륙에 위치한 까닭으로 도달시각 차이가 약간 발생하였다. 따라서, 표 6 의 자료는 이상파랑이 1시간 이내의 주기 성분임을 반증하는 자료라 할 수 있다.
다음으로, 전술한 단계(c) 과정(S120)에서와 같이 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 시계열의 이상파랑 성분을 추출한 다음에는 단계(d) 과정(S130)에서와 같이 총 기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집한다.
다시 말해서, 단계(d) 과정(S130)에서는 단계(c) 과정(S120)의 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 표 7 에 도시한 바와 같이 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집한다.
Figure 112013119385410-pat00008
다음으로, 본 발명에 따른 기술은 전술한 단계(d) 과정(S130)에서와 같이 웨이블릿 분석(Wavelet Decomposition)을 통해 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집한 다음에는 단계(e) 과정(S140)을 통해 수집된 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수가 적당한지의 여부를 판단한다.
한편, 총기간 일일 최대 진폭치의 수가 유의구간 수준에 맞는 수만큼 수집이 되어야 통계적으로 유의한 의미를 나타낸다. 여기서, 하기의 수학식 1의 Yamane formula는 전체 표본수(Total sample)에서 유의구간에 해당하는 값을 추출할 경우 필요한 최소 표본수(The lowest sample)를 산출하는 식이다.
Figure 112013119385410-pat00009
{N : 전체 표본수(Total sample), n : 최소 표본수(The lowest sample), e : 유의수준(significance level) -> 1-0.95=0.05)}
만약, 실제 수집된 일일 최대 진폭치의 수가 최소 표본수를 초과하지 않을 경우 통계적으로 의미가 없어지므로 절대적인 기준에 의하여 이상파랑 발생일을 분류하는 방법을 사용한다.
다음으로, 본 발명에 따른 기술은 단계(e) 과정(S140)의 판단결과 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하다고 판단되는 경우 단계(f) 과정(S150)을 통해 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인한다. 표 8 은 정점별 유의구간 95% 조건을 설명하기 위해 도입한 그래프이다.
Figure 112013119385410-pat00010
한편, 전술한 표 8 에서 파란색 바(bar)는 2002년부터 2012년까지의 일일 최대 진폭치들의 분포를 나타낸 것으로, 여기서 일일 최대 진폭치는 원시 조위자료에서 1시간 이내의 주기성분만 뽑아낸 자료로부터 도출한 결과를 나타낸다. 빨간색 선은 이러한 분포를 정규분포 곡선으로 근사한 곡선이다.
전술한 단계(f) 과정(S150)에서와 같이 정점별 유의구간의 기준을 95%로 정한 이유는 표 8 및 표 9 에서와 같이 2002년부터 2012년까지의 조위자료를 통해 본 발명을 적용하여 분석한 결과 유의구간 95% 이상을 초과하는 날에는 이상파랑이 실제 발생한 사실에 근거하여 정한 것이다.
Figure 112013119385410-pat00011
전술한 표 9 는 2002년부터 2013년까지 일일 최대 진폭치들의 모임(검은점 : 일일 최대 진폭치)을 보인 것으로, 파란색 선은 유의구간 95% 초과선을 보인 것이고, 빨간색 선은 유의구간 99% 초과선을 보인 것이다. 그리고, 초록색의 다이아몬드는 유의구간 99% 초과하는 일일 최대 진폭치를 보인 것이다. 표 10-1 및 표 10-2 는 정점별 유의구간 95% 조건에 대한 타당성을 검증하기 위한 도표이다.
Figure 112013119385410-pat00012
Figure 112013119385410-pat00013
표 10 및 표 11 에서 각각의 조위관측소 숫자는 조위관측소별 이상파랑 성분의 최대지폭(cm)을 보인 것이고,
Figure 112013119385410-pat00014
은 이상파랑 피해 발생일을 보인 것이다.
전술한 표 10 및 표 11 를 살펴보면 단계(f) 과정(S150)에서와 같이 정점별 유의구간의 기준을 95% 조건으로 정한 이유에 대하여 타당성이 있음을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명의 단계(g) 과정(S160)에서는 단계(f) 과정(S150)을 통해 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인한 결과 도 1 에 도시된 바와 같이 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단한다.
그리고, 전술한 바와 같이 단계(g) 과정(S160)을 통해 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단한 결과 도 1 의 단계(h) 과정(S170)에서와 같이 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 해당일을 이상파랑 발생일로 판정한다.
전술한 바와 같이 단계(h) 과정(S170)에서와 같이 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 해당일을 이상파랑 발생일로 판정하게 되면 실제로 이상파랑에 따른 피해가 발생하는 일이 있을 수도 있으나, 실제 이상파랑이 발생하지 않은 경우도 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 이상파랑 발생일의 판정에 오차를 더욱 줄이기 위해서 단계(g) 과정(S160)에서 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날과 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날이 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나는 경우 즉, 2가지 조건이 동시에 성립하는 경우에만 이상파랑이 발생한 것으로 판정하는 방법을 채택하였다.
반면, 전술한 단계(h) 과정(S170)에서 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나지 않는 경우에는 이상파랑이 발생하지 않은 것을 판정하여 단계(a) 과정(S100)으로 진행하여 처음부터 과정을 진행하게 된다.
한편, 단계(e) 과정(S140)에서 일일 최대 진폭치의 표본수가 기준을 넘어서지 못하는 정점은 통계적인 방법을 통한 상대적 기준으로 이상파랑 발생 유무를 판정할 수 없다. 따라서, 공식적인 이상파랑 사고 발생일의 최대 진폭을 절대적 기준으로 정하여 이상파랑 발생 유무를 분류한다.
다시 말해서, 도 1 의 단계(e) 과정(S140)에서와 같이 정구분포시 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하지 않는 경우에는 단계(e-1) 과정(S140-1)에서와 같이 단계(e) 과정(S140)의 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본으로부터 절대 기준값을 산정한 다음, 단계(e-2) 과정(S140-2)을 통해 단계(e-1) 과정(S140-1)으로부터 산정된 절대 기준값으로부터 정점별 절대 기준값을 초과하는 날을 확인하게 된다.
전술한 바와 같은 구성에서 절대 기준값은 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본 중 공식적인 이상파랑 사고 발생일의 최대 진폭을 절대 기준값으로 정하였다. 이러한 절대 기준값은 표 12 의 공식적으로 이상파랑이 발생한 2007년 3월 31일자 자료에 알 수 있듯이 공식적인 이상파랑 사고 발생일의 최대 진폭을 절대 기준값으로 산정(S140-1)한 다음, 정점별 절대 기준값을 초과하는 날을 확인(S140-2)한다.
이어서, 전술한 바와 같이 정점별 절대 기준값을 초과하는 날을 확인한 다음에는 단계(g) 과정(S160)에서와 같이 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 1지점 이상의 조위관측소에서 나타나는지의 여부를 판단한다.
그리고, 전술한 바와 같이 단계(g) 과정(S160)을 통해 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단한 결과 도 1 의 단계(h) 과정(S170)에서와 같이 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 해당일을 이상파랑 발생일로 판정한다.
전술한 바와 같이 단계(h) 과정(S170)에서와 같이 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 해당일을 이상파랑 발생일로 판정하게 되면 실제로 이상파랑에 따른 피해가 발생하는 일이 있을 수도 있으나, 실제 이상파랑이 발생하지 않은 경우도 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 이상파랑 발생일의 판정에 오차를 더욱 줄이기 위해서 단계(g) 과정(S160)에서 정점별 최대 기준값을 초과하는 날과 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나는 경우 즉, 2가지 조건이 동시에 성립하는 경우에만 이상파랑이 발생한 것으로 판정하는 방법을 채택하였다.
Figure 112013119385410-pat00015
이상에서와 같이 본 발명에 따른 기술은 조위관측소로부터 수집된 1분 간격의 조위자료의 웨이블릿(Wavelet) 분석을 통해 총 기간 일일 최대 진폭치 표본을 추출하여 정규분포 환산시 일일 최대 진폭치의 표본수에서 95% 유의구간을 초과하는 날을 확인하되 3지점 이상의 조위관측소에서 동시에 나타날 때를 이상파랑이 발생한 것으로 간주함으로써 보다 객관적이고 합리적인 이상파랑 발생일을 추출할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기술은 이상파랑 발생일에 대한 추출기술을 통해 이상파랑의 발생을 미리 예측하여 예보가 가능하도록 함으로써 경보발령을 통한 인명과 재산상의 피해를 방지할 수 있도록 하는 효과가 발현된다.
본 발명은 전술한 실시 예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다.

Claims (8)

  1. (a) 조위관측소를 통해 관측 수집된 일정 해역에 대한 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 단계;
    (b) 단계(a) 과정을 통해 실시간으로 수집된 조위자료에서 1시간 미만의 장주기 성분을 제거하는 단계;
    (c) 단계(b) 과정을 통해 1시간 미만의 장주기 성분이 제거된 상태의 조위자료를 웨이블릿 분석을 통해 1시간 미만의 이상파랑 주기성분을 시계열 추출하는 단계;
    (d) 단계(c) 과정을 통해 추출된 1시간 미만의 이상파랑 주기성분으로부터 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 수집하는 단계;
    (e) 단계(d) 과정을 통해 수집된 총기간 일일 최대 진폭치의 표본을 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수가 적당한지의 여부를 판단하는 단계;
    (f) 단계(e) 과정의 판단결과 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하다고 판단되는 경우 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날을 확인하는 단계;
    (g) 단계(f) 과정의 확인결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는지를 판단하는 단계; 및
    (h) 단계(g) 과정의 판단결과 정점별 95% 이상의 유의구간을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 이상파랑이 발생한 것으로 간주하여 이상파랑 발생일을 판정하는 단계를 포함한 구성으로 이루어진 이상파랑 발생일 추출방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(a) 과정의 수집되는 조위자료는 조위관측소가 설치된 7지점 이상의 실시간 자료인 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(b) 과정의 수집된 조위자료의 결측 부분에 대한 자료의 보간은 결측 부분을 끝점과 끝점을 잇는 직선을 선형으로 보간하는 임의의 값(dummy data)으로 채워 분석을 수행하되 분석을 수행한 다음에는 결측구간 위치의 진폭을 0으로 만드는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(e) 과정에서 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본수의 적당량은 하기의 수학식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
    Figure 112013119385410-pat00016

    N : 전체 표본수(Total sample)
    e : 유의수준(significance level) -> 1-0.95=0.05)
    n : 최소 표본수(The lowest sample)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계(e) 과정에서 정규분포시 일일 최대 진폭치 표본수가 적당하지 않다고 판단한 경우,
    (e-1) 단계(e) 과정의 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본으로부터 절대 기준값을 산정하는 단계; 및
    (e-2) 단계(e-1) 과정으로부터 산정된 절대 기준값으로부터 정점별 절대 기준값을 초과하는 날을 확인하는 단계가 더 추가되어 단계(g) 과정으로의 진행하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 단계(e-1)의 절대 기준값은 정규분포 확인을 통한 일일 최대 진폭치 표본 중 공식적인 이상파랑 사고 발생일의 최대 진폭을 절대 기준값으로 정하는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단계(g) 과정에서 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날 또는 정점별 절대 기준값을 초과하는 날이 조위관측소에서 나타나는 경우 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나는 경우의 양 조건을 만족하는 때에만 이상파랑이 발생한 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 단계(g) 과정의 정점별 유의구간 95% 이상을 초과하는 날의 확인결과 또는 정점별 절대 기준값을 초과하는 날의 확인결과 동시에 3지점 이상의 조위관측소에서 나타나지 않은 경우에는 이상파랑이 발생하지 않은 것으로 판정하여 단계(a) 과정의 1분 간격의 조위자료를 실시간으로 수집하는 과정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 이상파랑 발생일 추출방법.
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