Precision Improvement of GPS Height Time Series by Correcting for Atmospheric Pressure Loading Displacements

대기압하중에 의한 지각변위 보정을 통한 GPS 수직좌표 시계열 정밀도 향상

  • 김경희 (인하대학교 공과대학 지리정보공학과) ;
  • 박관동 (인하대학교 공과대학 지리정보공학과)
  • Published : 2009.10.31

Abstract

Changes of atmospheric pressures cause short- and long-term crustal deformations and thus become error sources in the site positions estimated from space geodesy equipments. In this study, we computed daily displacements due to the atmospheric pressure loading (ATML) at the 14 permanent GPS sites operated by National Geographic Information Institute. And the 10-year GPS data collected at those stations were processed to create a continuous time series of the height estimate. Then, we corrected for the ATML from the GPS height time series to see if the correction changes the site velocity and improves the precision of the time series. While the precision improved by about 4% on average, the velocity change was not significant at all. We also investigated the overall characteristics of the ATML in the southern Korean peninsula by computing the ATML effects at the inland grid points with a $0.5^{\circ}{\times}0.5^{\circ}$ spatial resolution. We found that ATML displacements show annual signals and those signals can be fitted with sinusoidal functions. The amplitudes were in the range of 3-4 mm, and they were higher at higher latitudes and lower at the costal area.

대기압의 변화는 지각의 단주기 및 장주기 변위를 유발하고 이는 우주측지 장비에 근거한 정밀좌표 결정의 오차요인으로 작용한다. 이 연구에서는 국토지리정보원 14개 GPS 상시관측소를 대상으로 대기압하중에 의한 지각변위를 1일 단위로 계산하였다. 그리고 14개 관측소에서 수집된 약 10년간의 GPS 데이터를 처리하여 연속적인 수직좌표 시계 열을 생성한 다음 GPS 수직좌표 시계열에서 대기압하중 지각변위를 보정하여, 대기압하중 보정 여부에 따른 관측소 속도 및 수직좌표 시계열의 정밀도 변화를 분석하였다. 그 결과, 수직좌표 시계열의 정밀도는 평균 약 4% 향상되었다. 그러나 대기압하중 보정여부에 따른 관측소 속도변화는 발생하지 않았다. 또한 남한 지역의 위도와 경도를 각각 $0.5^{\circ}$ 크기의 격자로 분할하여 대기압하중에 따른 특성을 분석하였다. 그 결과 계절적인 신호가 검출되었고, 그 신호를 사인함수로 곡선접합한 결과 진폭이 3-4mm 수준임을 확인하였다. 그리고 해안에서 내륙지 역으로 갈수록, 그리고 남쪽에서 북쪽으로 갈수록 그 진폭의 크기가 증가하였다.

Keywords

References

  1. 국토지리정보원 (2007), 한반도 지각변동 연구
  2. Dziewonski, A. M. and Anderson, D. L. (1981), Preliminary Reference Earth Model, Physics of the Earth and Planetary Interiors, Vol. 25, pp. 297-356 https://doi.org/10.1016/0031-9201(81)90046-7
  3. Farrell, W. E. (1972), Deformation of the Earth by surface loads, Reviews of Geophysics, AGU, Vol. 10, pp. 751-797
  4. Lefe'vre, F., Lyard, F. H., Le Provost, . and Schrama, E. J. O. (2002), FES99: A global tide finite element solution assimilating tide gauge and altimetric information, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, AMS, Vol. 19, pp. 1345-1356 https://doi.org/10.1175/1520-0426(2002)019<1345:FAGTFE>2.0.CO;2
  5. Manabe, S., Sato, T., Sakai, S. and Yokoyama, K. (1991), Atmospheric load effect on VLBI observations, in Chapman Conference on Geodetic VLBI: Monitoring Global Change, Washington, D. C.; April 22-26, 1991, NOAA Technical Report, NOS 137 NGS 49, U.S.Dep. of Comm., Silver Spring, MD., pp. 111-122
  6. Rabbel, W. and Zschau, J. (1985), Static deformation and gravity changes at the Earth's surface due to atmosphere loading, Journal of Geophysics, Vol. 56, pp. 81-99
  7. Rabbel, W. and Schuh, H. (1986), The influence of atmosphere loading on VLBI-experiments, Journal of Geophysics, Vol. 59, pp. 164-170
  8. Petrov, L. and Boy, J. -P. (2004), Study of the atmospheric pressure loading signal in very long baseline interferometry observations, Journal of Geophysical Research, AGU, Vol. 109., B03405,doi:10.1029/2003JB002500
  9. Tregoning, P. and van Dam, T. (2005), Atmospheric pressure loading corrections applied to GPS data at the observation level, Geophysical Research Letters, AGU, Vol. 32, L22310,doi:10.1029/2005GL024104
  10. van Dam, T. M. and Wahr, J. (1987), Displacements of the Earth's surface due to atmospheric loading: Effects on gravity and baseline measurements, Journal of Geophysical Research, AGU, Vol 92, pp. 1281-1286 https://doi.org/10.1029/JB092iB02p01281
  11. van Dam, T. M., Blewitt, G. and Heflin, M. B. (1994), Atmospheric pressure loading effects on Global Positioning System coordinate determinations, Journal of Geophysical Research, AGU, Vol. 99, pp. 23,939-23,950
  12. van Dam T. M. and Plag, H.-P.(2003), IEFS Technical Note No. 32
  13. Webb, F. H. and Zumberge, J. F. (1993), An introduction to the GIPSY/OASIS-II, JPL Publ., D-11088, Pasadena, CA
  14. Zumberge, J. F., Heflin, M. B., Jefferson, D. C., Watkins, M.M. and Webb, F. H. (1997), Precise point positioning for the efficient and robust analysis of GPS data from large networks, Journal of Geophysical Research, AGU, Vol. 102, No. B3, pp. 5005-5017 https://doi.org/10.1029/96JB03860