KR101754030B1 - 실시간 조위 자료 처리 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR101754030B1
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tidal
tide
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김창수
이상호
권경만
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군산대학교산학협력단
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Abstract

이하의 실시예는 조위 관측을 위한 조위 자료 처리 방법과 이를 수행하는 장치에 관한 것이다. 실시예에 따른 조위 자료 처리 방법은 관측 위치 및 관측 기간에 대응하는 조위 자료를 다운로드 하는 단계; 조위 자료 내에 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백이 발견되는 경우, 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하는 단계; 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득하는 단계; 조화 상수를 이용하여 예측 희망 시간에 대응하는 조석 정보를 예측하는 단계; 및 예측된 조석 정보를 이용하여 해수면 변동 자료를 도출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

실시간 조위 자료 처리 방법 및 그 장치{Tide Level Data Processing Method And Device Of Thereof}
이하의 실시예는 실시간 조위 자료 처리 방법과 이를 수행하는 장치에 관한 것이다.
현재 해양 수산부 산하 국립 해양 조사원에서 운영 중인 우리나라 주변 조위 관측소에서 측정되는 1분 간격 조위 자료는 국립 해양 조사원의 웹 사이트에서 제공되고 있다.
그러나, 현재 제공되는 서비스에 의하면, 1분 간격 조위 자료는 하루(24시간)만큼에 해당하는 자료만 다운로드가 가능하여 날짜를 일일이 바꾸어 다운로드 해야 하는 번거로움이 있다.
더불어, 1분 단위로 항상 측정되는 것은 아니며, 측정되는 자료는 불규칙하게 공백 시간이 발생하여 다운로드 한 자료에 대해서 추정이 어려운 부분이 발생하기도 한다.
이에, 광범위한 기간의 자료를 다운로드 하면서, 자료를 분석, 처리하여 측정되지 않은 시간에 대해서 추정 값을 제공하며, 조위를 예측할 수 있는 프로그램에 대한 수요가 발생한다.
실시예에 있어서, 광범위한 기간에 대응하는 조위 자료를 용이하게 다운로드하며, 자료 내에 발생하는 공백 시간에 대해 추정 값을 보간하고, 조화 상수를 계산하여 조위를 예측하고, 단주기 해수면의 변동 자료를 생성하기 위한 조위 자료 처리 방법을 제공하고자 한다.
관측 위치 및 관측 기간에 대응하는 조위 자료를 다운로드 하는 단계; 상기 조위 자료 내에 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백이 발견되는 경우, 상기 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하는 단계; 상기 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득하는 단계; 상기 조화 상수를 이용하여 예측 희망 시간에 대응하는 조석 정보를 예측하는 단계; 및 상기 예측된 조석 정보를 이용하여 해수면 변동 자료를 도출하는 단계를 포함하는, 조위 자료 처리 방법이 제공될 수 있다.
상기 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하는 단계는, 상기 자료 공백을 포함하는 미리 정해진 분량의 상기 조위 자료에 대해서 큐빅 스플라인 내삽법(cubic spline interpolation)을 적용하여 상기 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득하는 단계는, 최소 자승법을 이용하여 상기 조위 자료 내의 각 분조의 신뢰 구간을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득하는 단계는, 상기 조화 상수를 이용하여 대조차, 소조차, 평균조차, 약최고고조면, 대조평균고조면, 평균고조면, 소조 평균 고조면, 평균해면, 소조평균저조면, 평균저조면, 대조평균저조면, 약최저저조면 중 적어도 하나를 포함하는 비조화 상수를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예측된 조석 정보를 이용하여 해수면 변동 자료를 도출하는 단계는, 상기 조위 자료에서 상기 예측 희망 시간에 대응하여 예측된 조석 정보를 제거하는 단계; 및 상기 예측된 조석 정보가 제거된 나머지 잔차조석 성분에 고주파필터를 적용하여 단주기 성분을 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예측 희망 시간에 대응하여 상기 관측 위치에 대응하는 기상 자료를 획득하는 단계; 및 상기 기상 자료 및 상기 단주기 성분을 비교하여 상기 단주기 해수면 변동 자료를 도출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 프로세서; 메모리; 및 상기 메모리에 저장되어 있으며 상기 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되도록 구성되는 하나 이상의 프로그램을 포함하고, 상기 프로그램은, 관측 위치 및 관측 기간에 대응하는 조위 자료를 다운로드 하고, 상기 조위 자료 내에 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백이 발견되는 경우, 상기 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하며, 상기 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득하고, 상기 조화 상수를 이용하여 예측 희망 시간에 대응하는 조석 정보를 예측하고, 상기 예측된 조석 정보를 이용하여 해수면 변동 자료를 도출하는, 조위 자료 처리 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예를 통해 광범위한 기간에 대응하는 조위 자료를 용이하게 다운로드하며, 자료 내에 발생하는 공백 시간에 대해 추정 값을 보간하고, 조화 상수를 계산하여 조위를 예측하고, 단주기 해수면의 변동 자료를 생성할 수 있는 조위 자료 처리 방법 및 이를 수행하는 조위 자료 처리 장치를 제공할 수 있다.
실시예들은 복수의 지점들의 조위관측소 조위자료를 실시간 모니터링 함으로써, 사용하여 이상파랑 (예를 들어, 기압점프에 의해 발생하는 해면 상승 현상, 기상해일 등)을 진단 및 파악할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 서해상으로부터 이상 저기압이 전파되면 우리나라 연안에 영향을 미치기 때문에 조위관측소의 조위자료는 이미 저기압의 영향을 받은 상태이다. 따라서, 서해상에 위치한 기상청 AWS 기압자료들을 실시간으로 모니터링 및 이상저기압 진단을 실시함으로써, 이상저기압 현상을 파악될 수 있다.
도 1은 일실시예에 있어서, 조위 자료 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 일실시예에 있어서, 조위 자료의 자료 공백에 대해서 보간하는 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 일실시예에 있어서, 조화 분해를 통해 획득 가능한 조위 정보의 일례이다.
도 4는 일실시예에 있어서, 조위 자료에 대한 스펙트럼 분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 5는 일실시예에 있어서, 비조화 상수를 이용한 조위 도면을 도시한 일례이다.
도 6은 실제 기록된 해수면과 대기압 정보를 도시하는 그래프이다.
도 7은 일실시예에 있어서, 도 6의 정보에 대해서 조석 성분을 제거한 해수면 정보를 도시한 그래프이다.
이하, 조위 관측을 위한 조위 자료 처리 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
앞서 설명한 바와 같이, 현재 제공되는 조위 자료는 웹 사이트에서 1분 간격으로 기록되며, 실제 다운로드 시 하루 단위로만 다운로드가 가능하였으나, 사용자가 조위 관측소 지점과 자료를 다운로드 할 기간을 입력하면 ascii 파일로 저장이 가능하며 최소 1일 내지 1년 이상의 기간에 대한 조위 자료를 한 번에 받을 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 일실시예에 있어서, 조위 자료 처리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
단계(110)에서 조위 자료 처리 장치는, 관측 위치 및 관측 기간에 대응하는 조위 자료를 다운로드 한다.
실시예에서, 조위 자료를 다운로드하기 위한 관측 위치 및 관측 기간에 대해서 입력하고, 웹 사이트에 저장되어 있는 조위 자료를 다운로드 할 수 있다.
단계(120)에서 조위 자료 처리 장치는, 조위 자료 내에 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백이 발견되는 경우, 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간한다.
실시예에서, 공백 자료를 보간하는 데에, 큐빅 스플라인 내삽법(cubic spline interpolation)을 이용할 수 있으며, 원본 자료인 다운로드 한 조위 자료와 자료 공백이 보간된 조위 자료를 동시에 저장할 수 있다. 큐빅 스플라인 내삽법을 이용함으로써 두 점을 잇는 곡선을 3차 다항식으로 사용하여 연결하여 떨어져있는 두 지점 사이를 곡선으로 형성할 수 있다.
단계(130)에서 조위 자료 처리 장치는, 조위 자료에 대해서 조화 분해를 실행하여 조화 상수를 획득한다.
실시예에서, 하나의 조석현상을 다수의 규칙적인 조석으로 되어있다고 가정하여 이것을 각각의 조석으로 분리하는 것을 조석의 조화 분해(Harmonic analysis of tide)라고 한다.
실시예에서, 실제의 조석을 표현하기 위하여서는 관측 자료에서 그 때의 진폭을 구하고 또한 평균진폭을 구하여 적당한 보정치를 구해야 하는데, 보정할 위상(어떤 지점에 가성천체가 자오선 통과 후 그 분조가 최대위로 될 때까지의 시간)의 지연을 지각(Phase lag, 위상을 각도로 표시한 것)이라 하여
Figure 112016055560293-pat00001
(kappa)로 나타낼 수 있다.
단계(140)에서 조위 자료 처리 장치는, 조화 상수를 이용하여 예측 희망 시간에 대응하는 조석 정보를 예측한다.
실시예에서, 조화 상수를 이용하여, 조석 관측으로부터 통계에 의해 구할 수 있는 비조화상수들을 계산할 수 있다.
비조화 상수는 조석 정보들을 나타내는 값을 포함하며, 예를 들어, 대조차(spring range), 소조차(neap range), 평균조차(mean range of tide), 약최고고조면(Approx. higher high water), 대조평균고조면(High Water Ordinary Spring Tide), 평균고조면(High Water Ordinary Mean Tide), 소조평균고조면(high water ordinary neap tide), 평균해면(Mean Sea Level), 소조평균저조면(low water ordinary neap tide), 평균저조면(Low Water Ordinary Mean Tide), 대조평균저조면(low water ordinary spring tide), 약최저저조면(Approx. lower low water) 중 적어도 하나에 대한 값을 포함할 수 있다.
단계(150)에서, 조위 자료 처리 장치는, 예측된 조석 정보를 이용하여 해수면 변동 자료를 도출한다.
실시예에서, 조위 자료에서 예측된 조석 정보를 제거하고 남은 잔차조석에 대해서 고주파필터를 적용하여 단주기 성분을 추출할 수 있으며, 예측 희망 시간에 대응하여 관측 위치에 대응하는 기상 자료를 획득하여, 기상 자료와 단주기 성분을 비교함으로써 단주기 해수면 변동 자료를 도출할 수 있다. 실시예에 따른 해수면 변동 자료는 도 7을 참조할 수 있다.
원시의 조위 자료에서 예측 조위를 제거하고 남는 잔차조석(residual tide) 성분의 변동은 대부분 기상현상에 의해 발생한다. 주로 태풍이나 저기압이 통과할 때 일어나는 불규칙한 기상조로서 이는 고조시 폭풍, 해일 등을 일으켜 막대한 피해를 입히기도 한다.
실시예에서는, 조위 자료에서 잔차조석 성분을 고주파 필터(high-pass filter), 예를 들어 3시간 단위의(cutoff period: 3hour) 필터를 적용하여 잔차조석 성분에서 3시간 이상 주기의 성분을 제거시킬 수 있고, 필터를 통해 남은 성분인 단주기 성분을 기상 자료, 예를 들어 기압, 바람 자료와 비교하여 기상 현상에 의한 해수면 변동을 파악할 수 있다.
도 2는 일실시예에 있어서, 조위 자료의 자료 공백에 대해서 보간하는 예시를 설명하기 위한 그래프이다.
실시예에 따른 방법은 다운로드 한 조위 자료의 공백 시간을 찾아 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백 예를 들어, 하루 단위 30분 미만의 공백에 대한 조위 자료를 보간할 수 있다.
실시예에서, 공백 자료를 보간하는 데에, 큐빅 스플라인 내삽법 (cubic spline interpolation)을 이용할 수 있으며, 원본 자료인 다운로드 한 조위 자료와 자료 공백이 보간된 조위 자료를 동시에 저장할 수 있다.
자료 공백을 채우는 Gap Filling에 사용되는 큐빅 스플라인 내삽법은 두 점을 잇는 곡선을 3차 다항식으로 사용하여 연결하여 떨어져있는 두 지점 사이를 곡선으로 형성하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
도 2는 실제 측정된 조위 자료에 관한 것으로 군산의 조위 관측소에서 측정된 1시간 단위의 실측 자료에 임의로 자료 공백을 발생시켜 큐빅 스플라인 내삽법을 적용하는 일례를 설명할 수 있다.
실시예에서, 그래프의 Raw은 조위 관측소의 실측 자료에 해당하며, Linear는 임의로 자료 공백을 만든 시간에 대응하여 선형 내삽을 통해 획득한 결과를 표시하며, Spline은 동일한 자료 공백에 대응하는 시간에 큐빅 스플라인 내삽법을 적용하여 획득한 결과를 표시하고 있다.
도시된 바와 같이, 선형 내삽을 통해 자료를 보간하는 경우, 실제 측정 결과와 많은 오차가 발생하나, 큐빅 스플라인 내삽법을 적용함으로써 오차가 적은 값으로 자료 공백을 보간할 수 있다.
도 3은 일실시예에 있어서, 조화 분해를 통해 획득 가능한 조위 정보의 일례이다.
실시예에서, 조석을 일으키는 달과 태양의 운동이 복잡하지만 조석 현상이 다음의 규칙적인 조석으로 이루어져 있다고 가정한다. 즉, 천체의 예를 들면, 달의 경우 지구에 대한 운동을 거리의 변화, 적위의 변화 등으로 지구 적도상을 등속으로, 또 등가속으로 운행하는 천체(가상천체)가 다수 있어서 이들 개개의 가상 천체가 각각 고유의 조석을 일으키고 있어서 우리가 보는 조석은 이들의 조석이 합쳐져 있다고 가정한다.
이와 같은 하나의 조석현상을 다수의 규칙적인 조석으로 되어있다고 가정하여 이것을 각각의 조석으로 분리하는 것을 조석의 조화 분해(Harmonic analysis of tide)라고 하며 각각의 분리된 일정한 주기와 일정한 조차를 가지는 조석을 분조(Component tide)라고 한다.
실제의 조석을 표현하기 위하여서는 관측 자료에서 그 때의 진폭을 구하고 또한 평균진폭을 구하여 적당한 보정치를 구해야 한다. 이 보정할 위상의 지연을 지각(Phase lag, 위상을 각도로 표시한 것)이라 하여
Figure 112016055560293-pat00002
(kappa)로 표시한다. 이에, 기본수준면상의 조고, h(t)를 관측기간의 평균치(h0)와 n개의 조석분조의 합으로 표기하면 수학식 1과 같다.
Figure 112016055560293-pat00003
여기서,
Figure 112016055560293-pat00004
,
Figure 112016055560293-pat00005
은 고유한 값으로 조석 관측에 의해서만 구할 수 있는 분조의 조화 상수(harmonic constants)를 나타내고,
Figure 112016055560293-pat00006
,
Figure 112016055560293-pat00007
은 천문분석을 통해 얻어지는 천문상수를 나타내며, M은 분조수를 나타낸다. 또한, 각 분조가 달에 관한 것이냐 태양에 관한 것이냐에 따라 각각 대문자 M(Moon) 또는 S(Sun)로 표시하며 진동이 1일 주기의 것인지 반일주기의 것인지 또는 1/4일주기의 것인지에 따라 n에 각각 1, 2, 4의 첨자를 붙인다.
조석관측은 조석의 예보, 각종 기준면의 결정, 해황변동, 조석특성 파악 등을 목적으로 실시될 수 있다. 관측된 조위 자료는 조화분해를 통해 여러 분조의 조화 상수(진폭(amplitude, H)과 지각(phase lag, κ))를 도출할 수 있다.
실시예에 따른 도 3(a)는 실제 서천의 조위 관측소에서 측정된 원시 조위(Raw tide), 예측 조위(Predicted tied), 잔차조석(Residual tide)에 대해서 나타내고 있으며, 도 3(b)는 조화분해 실시 이후에 조화 상수를 사용하여 조위 시계열을 예측한 일례를 도시하고 있다.
실시예에서, 조화 분해 시, 최소 자승법을 사용하는 프로그램을 이용할 수 있고, 각 분조의 신뢰구간을 동시에 계산할 수 있다. 예를 들어, 캐나다의 IOS 해양연구소의 포맨(Foreman)이 FORTRAN 기반으로 개발한 조화분해 패키지(IOS Tidal Package)를 MATLAB 기반으로 바꾼 프로그램이 이용할 수 있다. 해당 프로그램은 용자들이 손쉽게 조석과 조류자료의 조화분해에 활용할 수 있어 최근 해양 학자들과 전문 연구기관에서 많이 사용되고 있다.
실시예에서, 도출된 조화 상수를 사용하여 조석을 예측하기 위해 제공되는 t_predic.m 함수를 이용할 수 있다. 실시예에서, 조석 정보를 예측하기 위한 예측 희망 시간의 시작과 끝을 입력하면, 예측 조위 자료가 도 3에 도시된 바와 같은 그래프 파일과 ascii 파일 중 적어도 하나가 제공될 수 있다.
도 4는 조위 자료에 대한 스펙트럼 분석 결과를 도시한 그래프이다.
실시예에서, 원시 자료를 스펙트럼 분석하면, 도 4와 같은 그래프를 획득할 수 있다. 도 4의 실시예는 주기별 에너지 또는 진폭으로 표현된다.
도 4의 그래프에 의하면, 진폭의 크기가 M2>S2>K1>N2>O1 분조 순으로 높게 나타난다. 실시예에서, Significant Constituents에 해당하는 분조는 95% 신뢰 수준(95% Significance Level)인 점선으로 나타낸 신뢰 수준에 유의하며, Insignificant Constituents에 해당하는 분조는 그렇지 않다.
일조부등은 반일주조와 1일 주조가 합해진 결과 발생하고, 1일 주조의 진폭의 합
Figure 112016055560293-pat00008
과 반일 주조의 진폭의 합
Figure 112016055560293-pat00009
에 대한 비율이 클수록 일조부등은 크게 나타난다.
즉, 일조부등
Figure 112016055560293-pat00010
를 조석의 형태수(Tide form number)라 하며 그 지점의 가장 기본적인 특징을 표시하는 것으로서 통상적으로 다음과 같이 분류한다.
(가) 반일주조 형태: F = 0 ~ 0.25
(나) 반일주조가 우세한 혼합조 형태: F = 0.25 ~ 1.50
(다) 1일주조가 우세한 혼합조 형태: F = 1.50 ~ 3.0
(라) 1일주조 형태: F > 3.0
도 5는 일실시예에 있어서, 비조화 상수를 이용한 조위 도면을 도시한 일례이다.
실시예에서 조위 분해를 통해 획득한 조화 상수를 이용하여 비조화 상수를 계산할 수 있다. 비조화 상수는 조석관측으로부터 통계에 의하여 구할 수 있는 상수를 의미하며 조석의 특성을 표시하기 위해 사용된다.
1) 대조차(spring range) = 2(Hm＋Hs)
2) 소조차(neap range) = 2(Hm－Hs)
3) 평균조차(mean range of tide) = 2Hm
4) 약최고고조면(Approx. higher high water) = Z0＋(Hm+Hs+Hk+Ho)
5) 대조평균고조면(High Water Ordinary Spring Tide) = Z0＋(Hm＋Hs)
6) 평균고조면(High Water Ordinary Mean Tide) = Z0＋Hm
7) 소조평균고조면(high water ordinary neap tide) = Z0＋(Hm-Hs)
8) 평균해면(Mean Sea Level) = Hm+Hs+Hk+Ho
9) 소조평균저조면(low water ordinary neap tide) = Z0 - (Hm-Hs)
10) 평균저조면 Low Water Ordinary Mean Tide = Z0 - Hm
11) 대조평균저조면(low water ordinary spring tide) = Z0 - (Hm＋Hs)
12) 약최저저조면(Approx. lower low water) = 기본수준면(Datum Level)
여기에서 Z0는 기본수준면으로부터 평균해면까지의 높이, Hm은 M2 분조의 반조차, Hs는 S2 분조의 반조차, Hk는 K1 분조의 반조차, Ho는 O1 분조의 반조차를 나타낸다.
실시예를 통해 산출된 조화 상수로부터 비조화 상수를 구할 수 있으며, 이를 이용하여 도 5와 같은 조위도면의 일례를 나타낼 수 있다.
도 6은 실제 기록된 해수면과 대기압 정보를 도시하는 그래프이며, 도 7은 일실시예에 있어서, 도 6의 정보에 대해서 조석 성분을 제거한 해수면 정보를 도시한 그래프이다.
실시예에서, 원시의 조위 자료에서 예측 조위를 제거하고 남는 잔차조석(residual tide)성분의 변동은 대부분 기상현상에 의해 발생한다. 주로 태풍이나 저기압이 통과할 때 일어나는 불규칙한 기상조로서 이는 고조시 폭풍, 해일 등을 일으켜 막대한 피해를 입히기도 한다.
실시예에서는, 조위 자료에서 잔차조석 성분을 고주파 필터 (high-pass filter), 예를 들어 3시간 단위의(cutoff period: 3hour) 필터를 적용하여 잔차조석 성분에서 3시간 이상 주기의 성분을 제거시킬 수 있고, 필터를 통해 남은 성분인 단주기 성분을 기상 자료, 예를 들어 기압, 바람 자료와 비교하여 기상 현상에 의한 해수면 변동을 파악할 수 있다.
도 6의 실측 자료에 대해서 조석 성분을 제거하여 도 7과 같은 해수면 정보를 획득할 수 있다.
실시예에서 도 6은 2007년 3월 31일 대기압 점프로 인하여 해양장파가 발생한 시기의 해수면과 대기압을 나타낸다. 여기서, SS: 서산, AH: 안흥, KS: 군산, BA: 부안, WI: 위도, YG: 영광을 각각 의미한다.
2007년 3월 31일 영광을 비롯한 한반도 서해안에 해양장파(long ocean wave)가 외해에서 발생하여 연안으로 이동하면서 육지의 낮은 지역에는 해수가 범람하였고, 2008년 5월 4일 충청남도 보령시 남포면 죽도 선착장과 인근 갯바위에서 해수 범람에 휩쓸려 인명피해가 발생하였다. 이는 대기압 점프(atmospheric pressure jump)가 해수면 위를 이동하면 갑자기 대기압이 높아져 해수면을 누르거나 대기압이 낮아져 해수면을 끌어당겨 해수면의 변화를 만들고 해양장파를 발생시킨 것에 기인하였다.
대기압 점프의 이동 속도와 해양에 발생한 장파의 이동 속도가 같아질 때 프라우드만 공명(Proudman resonance)이 일어나는 것으로 알려져 있다(Proudman 1929, 1953). 이러한 공명으로 해양 장파의 파고와 파장이 증폭되고, 수심이 얕은 연안으로 이동해 오면서 점점 파장이 짧아지고 파고가 높아진다. 또한 항만 내 공명(Harbour resonance)에 의해서 파고가 보다 크게 증폭된다.
최 등(2008)은 해양장파가 2007년 3월 31일 한국의 서해연안에 도착한 시간에 서해안의 해수면, 대기압 및 바람 관측 자료를 분석하고 1차원 수치모델을 이용하여 해양장파의 발생원인과 그 성장과정을 정량적으로 제시하였다. 외국의 사례로는 영국의 남동쪽에 위치한 서섹스 연안뿐만 아니라 지중해 동쪽에 위치한 스페인 메토르카(Menorca) 섬, 지중해의 북쪽에 위치한 아드아틱 해(adriatic sea), 일본의 나가사키만에서도 폭풍이나 지진의 발생 없이도 해양에서 장파(long wave)가 발생하여 연안에 피해를 입혔다(Proudman 1929; Gomis et al. 1993; Vilibic et al. 2004, 2005; Hibiya and Kajiura 1982; Jansa et al. 2007). 이 때 발생한 해양장파는 모두 이동하는 대기압 점프와 해수면의 공명에 의해 형성된 것으로 알려졌다.
외해에서는 이동하는 대기 교란과 해양장파 사이에 프라우드만 공명이 일어난다 하더라도 파괴적인 해양장파를 형성하는 경우는 매우 드물다. 예를 들어 4hPa의 대기압 점프가 만든 해양장파가 10배로 증폭된다고 하더라도 진폭이 40cm 밖에 되지 않는다. 그런데 이렇게 증폭된 해양장파가 만조 시기에 연안역에 도착하면 해수범람이 발생할 수 있다. 때문에 외해에서 대기압 점프와 그로 인해 발생하는 해양장파를 기상청 AWS의 1분 기압 자료와 국립해양조사원의 1분 해수면 자료를 외해와 연안 모두 여러 관측소를 동시에 분석하여 예측하는 것이 중요하다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 조위 자료 처리 방법에 있어서,
    조위 자료 처리 장치에서,
    외해 지역에 대응하는 제1 관측 위치 및 연안 지역에 대응하는 제2 관측 위치 각각에 관하여, 현재 시간까지의 조위 자료를 수집하는 단계;
    상기 조위 자료에 기초하여, 상기 제1 관측 위치에 관한 제1 조석 정보 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 조석 정보를 획득하는 단계;
    상기 조위 자료에서 상기 제1 조석 정보 및 상기 제2 조석 정보를 각각 제거함으로써, 상기 제1 관측 위치에 관한 제1 잔차조석 성분 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 잔차조석 성분을 획득하는 단계;
    상기 제1 잔차조석 성분 및 상기 제2 잔차조석 성분 각각에 미리 정해진 시간 단위의 고주파 필터를 적용하여, 상기 제1 잔차조석 성분에 대응하는 제1 단주기 성분 및 상기 제2 잔차조석 성분에 대응하는 제2 단주기 성분을 추출하는 단계;
    상기 제1 관측 위치에 관한 제1 기상 자료 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 기상 자료를 수집하는 단계; 및
    상기 제1 단주기 성분과 상기 제1 기상 자료의 비교, 및 상기 제2 단주기 성분과 상기 제2 기상 자료의 비교를 동시에 수행하여, 상기 제2 관측 위치에서 현재 시간에 발생할 수 있는 이상 파랑을 실시간으로 검출하는 단계
    를 포함하는,
    조위 자료 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조위 자료 내에 미리 정해진 시간 이내의 자료 공백이 발견되는 경우, 상기 자료 공백을 포함하는 미리 정해진 분량의 상기 조위 자료에 대해서 큐빅 스플라인 내삽법(cubic spline interpolation)을 적용하여 상기 자료 공백에 대응하는 조위 값을 보간하는 단계
    를 포함하는,
    조위 자료 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    최소 자승법을 이용하여 상기 조위 자료 내의 각 분조의 신뢰 구간을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 신뢰 구간에 기초하여 상기 조위 자료에 대한 조화 분해를 실행하여 조석 정보를 위한 조화 상수를 획득하는 단계
    를 더 포함하는,
    조위 자료 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조화 상수를 획득하는 단계는,
    상기 조화 상수를 이용하여 대조차, 소조차, 평균조차, 약최고고조면, 대조평균고조면, 평균고조면, 소조 평균 고조면, 평균해면, 소조평균저조면, 평균저조면, 대조평균저조면, 약최저저조면 중 적어도 하나를 포함하는 비조화 상수를 계산하는 단계
    를 포함하는,
    조위 자료 처리 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 하드웨어와 결합되어 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  8. 하나 이상의 프로세서;
    메모리; 및
    상기 메모리에 저장되어 있으며 상기 하나 이상의 프로세서에 의하여 실행되도록 구성되는 하나 이상의 프로그램을 포함하고,
    상기 프로그램은,
    외해 지역에 대응하는 제1 관측 위치 및 연안 지역에 대응하는 제2 관측 위치 각각에 관하여, 현재 시간까지의 조위 자료를 수집하고
    상기 조위 자료에 기초하여, 상기 제1 관측 위치에 관한 제1 조석 정보 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 조석 정보를 획득하고,
    상기 조위 자료에서 상기 제1 조석 정보 및 상기 제2 조석 정보를 각각 제거함으로써, 상기 제1 관측 위치에 관한 제1 잔차조석 성분 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 잔차조석 성분을 획득하고,
    상기 제1 잔차조석 성분 및 상기 제2 잔차조석 성분 각각에 미리 정해진 시간 단위의 고주파 필터를 적용하여, 상기 제1 잔차조석 성분에 대응하는 제1 단주기 성분 및 상기 제2 잔차조석 성분에 대응하는 제2 단주기 성분을 추출하고,
    상기 제1 관측 위치에 관한 제1 기상 자료 및 상기 제2 관측 위치에 관한 제2 기상 자료를 수집하고,
    상기 제1 단주기 성분과 상기 제1 기상 자료의 비교, 및 상기 제2 단주기 성분과 상기 제2 기상 자료의 비교를 동시에 수행하여, 상기 제2 관측 위치에서 현재 시간에 발생할 수 있는 이상 파랑을 실시간으로 검출하는,
    조위 자료 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로그램은,
    상기 조위 자료에 대한 조화 분해를 실행하여 조석 정보를 위한 조화 상수를 획득하고,
    상기 조화 상수를 이용하여 대조차, 소조차, 평균조차, 약최고고조면, 대조평균고조면, 평균고조면, 소조 평균 고조면, 평균해면, 소조평균저조면, 평균저조면, 대조평균저조면, 약최저저조면 중 적어도 하나를 포함하는 비조화 상수를 계산하는,
    조위 자료 처리 장치.
  10. 삭제
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