한국천문연구원에서 개발한 고정밀 단독측위 (Precision Point Positioning: PPP) 기법의 솔루션을 사용하여 북서태평양을 운행한 선박에서의 GPS 가강수량 (Precipitable Water Vapor: PWV)을 추정한다. 관측자료는 한국해양과학기술원에서 운영 중인 약 6,000톤급 과학실험선인 이사부호 (ISABU)가 북서태평양 지역을 2018년 8월 30일부터 9월 21일까지 운항하며 획득한 것이다. 산출한 GPS-PWV는 선박에서 수행한 라디오존데 (Radiosonde) 관측값과 지구관측위성 Aqua의 AIRS 자료 를 이용하여 비교하였다. 이때, AIRS 자료는 관측지점의 ±0.5도 이내 자료를 평균하여 사용하였다. 해양실험에 대한 평가 에 앞서, 라디오존데 관측소와 인접한 지상 기준국 3곳에서의 비교 결과는 라디오존데 및 AIRS와의 root-mean-square (RMS)가 각각 2~4 mm, 4~7 mm로 나타났다. 이 결과는 기존 연구사례에서 보고된 PPP 기법을 이용한 지상기반 GPS- PWV 결과와 유사하다. 이에 반해, 이사부호에서 얻은 결과는 상대적으로 낮은 정확도를 보였다. 관측시스템 간의 RMS는 라디오존데 측정에 5.2 mm, AIRS 관측에 8.9 mm로 각각 나타났다. 이와 같은 결과는 선박기반 동적환경에서 해수면에 의 한 다중경로 오차요인이 크게 작용했기 때문이다. 비록 관측시스템간 차이는 존재하지만, 선박기반에서 합리적인 GPS- PWV를 도출할 수 있었다. 이 연구를 통해 해양에서 수증기량 감시를 위한 잠재적인 방법을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

Precipitable Water Vapor Retrieval from Ship-borne GPS Measurements in Dynamic Environment

Dong-Hyo Sohn, Byung-Kyu Choi*, Yosup Park

We estimate precipitable water vapor (PWV) from shipborne GNSS measurements in the Northwest Pacific region using kinematic precise point positioning (PPP) solution developed by Korea Astronomy and Space Science Institute. The experiment was conducted using about 6,000-ton research vessel ‘ISABU’ operated by the Korea Institute of Ocean Science and Technology (KIOST) in the Northwest Pacific region during a period from August 30 to September 21, 2018. The GPS-derived PWV is compared with radiosonde observed on the ship and with the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) observations aboard Earth observation satellite, Aqua. In the case of the space-borne observations, we have extracted the total precipitable water vapor data observed within the latitude ±0.5° and longitude ±0.5° based on the position of the GPS receiver from the AIRS dataset. Then the extracted data were averaged. Prior to the assessment on the ocean, as a result of 3 GPS stations on the ground, the root-mean-square (RMS) of the differences with radiosonde and AIRS is 2~4 mm and 4~7 mm, respectively. The accuracy is similar to the ground-based GPS-PWV retrieval using the kinematic PPP reported in the earlier studies. However, the results obtained from ISABU show relatively poor agreement. The RMS is 5.2 mm to radiosonde measurements and 8.9 mm to AIRS observations. We showed that the vessel on the sea surface has a large multipath error compared to the ground-based GNSS observations. Even though the discrepancy remains, the shipborne GPS-PWV is in reasonable agreement. In this preliminary study, it could provide a potential method for practical water vapor monitoring over the ocean.

Speaker 손동효 한국천문연구원