인공위성 자료를 활용한 경기만 및 한강 하구역의 해양환경변화에 대한 조석의 영향에 관한 연구 = A Study on the Impact of Tides on the Marine Environmental Changes in the Gyeonggi Bay and Han River Estuary Area Using Satellite Data

국문 초록 (Abstract)

지구 온난화로 인해 전 세계 해수면 높이는 꾸준히 상승하였고, 그 상승 속도는 최근 더 빨라지고 있다. 연안 지역은 해수면 상승으로 인한 영구적인 침수 문제에 직면해 있으며, 조석과 같은 물리적 과정이 해수면 상승과 함께 작용할 때 이로 인한 영향은 더욱 커지게 된다. 한반도 서해는 수심이 얕고 조석이 강하여 해수면 상승에 취약한 지역이므로 조석의 영향을 이해할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 한강 하구역의 수위 자료를 조화 분해하여 천문조와 천해조의 진폭을 산출하여 조석의 영향 범위를 비교하고, 고해상도 인공위성 광학 RGB 영상으로 조류와 한강의 혼탁도 관계를 알아보고자 하였다. 또한 한강 하구의 외해 지역인 경기만의 조류, 해저 지형, 인공위성 SAR 영상 관측치 사이의 상관성을 분석하고 이해하는 것을 연구의 목적으로 하였다. 조화 분해(Harmonic analysis) 결과 한강 하구부터 청담대교까지 천문조 성분의 조석 주기가 나타났으며 웨이블릿 변환에서도 같은 결과를 확인할 수 있었다. 상류로 올라갈수록 주를 이루는 조석 형태가 달라졌는데, 조석 진폭이 차지하는 상대적인 비율이 상류로 갈수록 천문조의 비율은 감소했지만, 천해조의 비율은 증가하였다. 조석에 따라 Sentinel-2A/B 영상을 분류했을 때 낙조시기에 행주대교 근처에 황색의 탁한 경계가 형성되었으며, 유량이 클수록 그 경계가 상류에서 나타났다. 창조 시기에는 이러한 황색의 경계가 발견되지 않았다. 경기만 지역의 해저 지형과 조류의 방향에 따라 수로 위에 표시되는 영상의 σo 크기가 달라졌으며, σo 크기 변화와 조류의 방향은 cosθ의 관계를 보였다. 또한 외해 쪽 수로는 특징이 사라지거나 위치가 변화하기도 했는데, 조류의 세기에 의해 영향을 받아 조류의 세기가 작아지면 특징이 사라지고, 세기가 커지면 특징이 나타났다. 본 연구에서는 인공위성과 조석 및 수위 자료를 활용하여 경기만과 한강 하구역에 작용하는 조석의 영향을 분석하였으며, 한강 하구역에서 조석의 영향 범위, 경기만의 조류와 해저 지형의 관계에 대한 연구 결과는 향후 해수면 높이 상승에 따른 취약 지역 연구의 바탕으로 활발히 사용될 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Due to global warming, global sea levels have been steadily rising, with the rate of increase accelerating recently. Coastal areas, consequently, are facing increased risks of permanent flooding, a situation exacerbated when physical processes like tides coincide with sea-level rise. The western sea of the Korean peninsula, characterized by its shallowness and significant tidal ranges, is particularly susceptible to these changes. This study aims to understand the effects of tides in this region. Specifically, it focuses on decomposing the water level data of the Han River estuary harmonically to calculate the amplitudes of astronomical and shallow water tides. This process facilitates a comparison of the range of tidal effects and an examination of the relationship between tide and turbidity in the Han River using high-resolution satellite optical RGB images. The study also analyzes the correlation between tidal currents, seabed topography, and satellite SAR image observations in the offshore area of the Han River estuary, Gyeonggi Bay. Harmonic analysis revealed that astronomical tide components' tidal cycles extend from the Han River estuary to Cheongdam Bridge, a finding corroborated by Wavelet Transform results. As one moves upstream, the dominant tide form shifts, with the proportion of the astronomical tide decreasing and the shallow water tide increasing. Sentinel-2A/B images, categorized according to tide, showed a yellow turbid boundary near Haengju Bridge during the ebb tide, moving upstream with increased flow. This boundary was absent during the flood tide. In Gyeonggi Bay, the σo size displayed in the channel varied with current direction and seabed topography, exhibiting a cosθ relationship between σo size changes and current direction. Additionally, offshore channel features altered or relocated depending on current strength, diminishing with weaker currents and reemerging with stronger ones. This study analyzed the impact of tides on Gyeonggi Bay and the Han River estuary area using satellite, tide, and water level data. The findings concerning tidal effects in the Han River estuary and the interplay between currents and seabed topography in Gyeonggi Bay are anticipated to provide a foundational basis for future research in areas vulnerable to rising sea levels.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 2 장 연구 자료 5
• 제 1 절 인공위성 자료 5
• 1. 광학 영상 자료 5
• 2. SAR 자료 7
• 제 2 절 한강 수위 측정 자료 9
• 제 3 절 조석 자료 9
• 제 4 절 수심 자료 10
• 제 3 장 연구 방법 11
• 제 1 절 한강 영역 11
• 1. 조화 분해 11
• 2. 웨이블릿 변환 13
• 3. 광학 위성영상과 조위 및 유량 비교 13
• 제 2 절 경기만 영역 15
• 1. 위성영상 자료 전처리 16
• 2. 조류 방향과 해저 지형 연관성 계산 19
• 제 4 장 연구 결과 21
• 제 1 절 한강에 대한 조석의 영향 21
• 1. 조화 분해 결과 21
• 2. 웨이블릿 변환 결과 28
• 3. 조석에 따른 광학 위성 영상 분류 결과 30
• 제 2 절 경기만 해저 지형과 조석의 상호작용 33
• 1. 조류 방향에 따른 SAR σo 반응 결과 33
• 2. 조류 세기에 따른 SAR σo 반응 결과 39
• 제 5 장 요약 및 결론 41
• 참고문헌 44
• Abstract 50