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우주 측지를 이용한
해수면 상승 이해
서울대학교 지구과학교육과 지구물리측지연구실
서기원

별헤는 사람들 특집 서기원 교수 자료

ΔA : 총 해수면 변화
ΔS : 밀도 변화 (Steric sea level)
ΔM : 질량 변화
ΔS
ΔM
ΔA
ΔA = ΔS + ΔM
해수면 상승 수지 (Sea Level Rise Budget)

육지의 물 증가가 해수면을 상승을 억제하고 있다?
based on GRACE gravity
data

1960-2010 동안 지하수 고갈에 의한 전 지구 해수면 상승 (Wada et al., 2
010).
지하수 고갈에 의한 해수면 상승
0.3 mm/yr

지구 질량 중심 변화?
Solid earth
Fluid
envelope
CF*
(O)
CM **
(M)
Wu et al. (2012)
DL
R
satellite-to-satellite 관측의 근본적인 한계

지구 질량 중심 변화
1. 지구 질량 중심(X,Y,Z)은 관측이 어려워 이론적인 계산을 통해 파악
2. 육지 질량이 증가하면 바다 질량은 감소 (그 반대도 마찬가지). 이러한
근본적인 제한 조건을 이용하여 지구 질량 중심 계산 가능

지구 질량 분심 변화
SAL*
Jeon et al. (2018)

해수면 지문 (Sea Level Fingerprint)
EOS

지구 질량 중심 변화 mm/yr (mmH2O/yr)
Kim et al. (2019)

마침내 밝혀진 전 지구 해수면 변화 원인
3.50 mm/yr ≉ 3.12 mm/yr (1.30 mm/yr + 1.82 mm/yr)
3.50 mm/yr ≃ 3.39 mm/yr (1.30 mm/yr + 2.09 mm/yr)
Kim et al. (2019)

지하수 고갈?
1.00 mm/yr 0.71 mm/yr
ERA5
0.18 mm/yr
ERA5
0.00 mm/yr -0.23 mm/yr 0.34 mm/yr
TWS+Glaciers Glaciers Soil Moisture
Snow Dams Groundwater

Climate change is pushing the orbital plane southward

0
2
4
6
mm
1995 2000 2005 2010
Year
(f) Ground Water
-4
-3
-2
-1
0
mm
(e) Dams
-2
0
2
4
mm
(d) Soil Moisture
0
3
6
9
12
mm
Malles Zemp Marzeion
(c) Glaciers
0
2
4
6
8
mm
(b) GrIS
IMBIE Mouginot
0
2
4
6
8
mm
(a) AIS
IMBIE Rignot
GRACE 관측 이전의 육지
질량 변화와 해수면 상승?

해수면 변화 수지
0
1
2
3
GMSL
[mm
yr
-1
]
Observed GMSL range
GIA
Steric
+ AIS
+ GrIS
+ Glaciers
+ SM
+ Dams
+ GW
Sum

동적 편평도
International Association of Geodesy
NASA

동적 편평도
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
J
2
[
×
10
-10
]
1995 2000 2005 2010
Year
Est. Obs. GW

동적 편평도
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
J
2
rate
[x10
-11
]
Observed J2 range
GIA of Mitrovica
GIA of Caron
GIA of Peltier
+ AIS
+ GrIS
+ Glaciers + SM
+ Dams + GW
+ OBP&SP
Sum
Sum
Sum

극 운동 (Polar Motion)
• 자전축 변동 중 세차운동 및 장동을 제외한 성분을 극 운동

• 극 운동 (지표면에서 볼때) (NASA Scientific Visualization Studio)

• 극 운동 (우주의 고정된 지점에서 볼때) (NASA Scientific Visualization Studio)

• 극 운동의 원인
− 지구 전체의 질량은 보전 되지만, 물, 공기, 맨틀 등의 이동/
재배치로 각 운동량 (angular momentum, 𝐿(𝑡))이 변화
𝜕𝐿(𝑡)
𝜕𝑡
+ 𝜔 𝑡 ×𝐿 𝑡 = 0

극 운동 관측 Helmholtz Center
Potsdam

극 운동 관측
1mas=1/(3600×1000)
1mas≃3cm

• 챈들러 워블 (Chandler Wobble)
− 지구의 자유 진동 (free oscillation)중의 하나
− 약 435일 주기
− 자전축의 위치가 변화하게 되면, 지구의 물리적인 특성에 의
해 챈들러 워블 발생
− 지구의 주축 (Principal Axis)과 회전축이 어긋나게 되면서 워
블이 발생 (접시를 잘못 돌리면 발생하는 현상과 유사)

• 챈들러 워블 (Chandler Wobble)
https://www.sfac.or.kr/theater/WZ020400/webzine_view.do?wtIdx=11781

2.8 Rheology
Mitrovica and Wahr (2011)

자전축 변화 요소들 -10
0
10
χ1 χ2
(a) AIS
-20
0
20
χ1 χ2
(b) GrIS
-5
0
5
χ1 χ2
(c) Glaciers
-20
0
20
χ1 χ2
(d) Soil Moisture
-10
0
10
[mas]
χ1 χ2
(e) Dams
-20
0
20
χ1 χ2
(f) Groundwater
-80
0
80
χ1 χ2
(g) Barometric Pressure
-30
0
30
χ1 χ2
(h) Ocean Bottom Pressure
-30
0
30
1995 2000 2005 2010
Year
χ1 χ2
(i) Wind
-20
0
20
1995 2000 2005 2010
Year
χ1 χ2
(j) Current

자전축 변화 (관측값 vs 계산값)
GF
Z
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
χ
2
[mas]
1995 2000 2005 2010
Year
Est. Obs. GW
-60
-40
-20
0
20
40
60
χ
1
[mas]
Est. Obs. GW

GF
Z
180˚
150˚W
1
2
0
˚
W
90˚W
6
0
˚
W
30˚W
0˚
30˚E
6
0
˚
E
90˚E
1
2
0
˚
E
150˚E
1 2 3 4
[mas/yr]
OBS
EST
(w/o GW)
EST
(w/ GW)
(b)
180˚
150˚W
1
2
0
˚
W
90˚W
6
0
˚
W
30˚W
0˚
30˚E 6
0
˚
E
90˚E
1
2
0
˚
E
150˚E
0.5 1 1.5 2
[mas/yr]
AIS
Dams
Glaciers
GrIS
GW
GIA
(a)
자전축 변화 (관측값 vs 계산값)

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