Download
1 / 16
170 likes | 424 Views
진원지 추적 연구. 아주대학교 이론광학연구실 김도형 (anselmus@ajou.ac.kr). 순서도. 연구개요 지진파 및 용어 해설 프로그램 설명 적용 사례 – 경주지진. 연구 개요. 내용 : 지진 발생 직후 여러 관측소에서 관측된 지진파 검파 시각을 이용하여 진원지를 추적하는 문제 왜 광학연구실에서 이것도 하는가 기존 물리적 개념과 유사 진원에서 지진파가 전파하는 것이 다층 박막에서 빛의 전파와 유사 fitting 에 이용되는 최소자승법이 그대로 적용. 지진파 (Seismic Wave).
E N D
진원지 추적 연구 아주대학교 이론광학연구실 김도형 (anselmus@ajou.ac.kr)
순서도 • 연구개요 • 지진파 및 용어 해설 • 프로그램 설명 • 적용 사례 –경주지진 이론광학연구실
연구 개요 • 내용 : 지진 발생 직후 여러 관측소에서 관측된 지진파 검파 시각을 이용하여 진원지를 추적하는 문제 • 왜 광학연구실에서 이것도 하는가 • 기존 물리적 개념과 유사 • 진원에서 지진파가 전파하는 것이 다층 박막에서 빛의 전파와 유사 • fitting에 이용되는 최소자승법이 그대로 적용 이론광학연구실
지진파(Seismic Wave) • P파(Priamry wave) : 지진계에 가장 먼저 도달하고 진폭과 파장이 작은 파로서 파의 진행 방향이 매질 즉 파의 진동 방향과 평행한 종파 • S파(Secondary Wave) : P파 이후에 도달하고 진폭과 파장이 P파보다 크며 파의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 서로 직각인 횡파 • L파(Long Wave) : 주로 지표면을 따라 전파하는 표면파로 레일리 파(Rayligh wave)와 러브 파(Love wave)로 나눔.진폭이 크므로 지진 발생시 막대한 인명과 재산상의 피해를 준다. 이론광학연구실
진원과 진앙 • 진원(hypocenter) : 지구상에서 지진이 발생한 지점 • 진앙(epicenter) : 진원으로부터 연직 상방에 있는 지표상의 지점 • Take off angle 이론광학연구실
규모와 진도[1] • 규모(Magnitude, Richter scale) • 지진의 크기를 측정하는 가장 일반적인 단위, 1930년대 Bero Gutenberg와 Charles Richter가 천문학자들로부터 아이디어를 얻어 '규모'라는 개념을 처음으로 도입. • 각 관측소의 지진계에 기록된 진폭을 진원의 깊이,진앙까지의 거리등을 고려하여 지수로 나타낸 것으로 장소에 관계없는 절대적 수치 • 지진으로 방출된 파동 에너지에 비례. 지진파 에너지 E와 규모 M 과의 관계 logE=11.8+1.5M 이론광학연구실
규모와 진도 • 진도(Intensity) • 어떤 장소에 나타난 진동의 세기를 사람의 느낌이나 주변의 물체 또는 구조물의 흔들림 정도를 수치로 표현한 것 • 상대적 수치, 정수 단위로 표현. • 지진의 규모와 진앙거리 진원 깊이에 따라 크게 좌우. 그 지역의 지질 구조와 구조물의 형태 및 인구 현황에 따라 달리 나타날 수 있음 • 진도 계급은 세계적으로 통일되어 있지 않으며 나라마다 실정에 맞는 척도를 채택. 일본에서는 JMAScale(Japanese Meteorological Agency Scale; 8등급), 미국에서는 MM Scale(Modified Mercalli Scale; 12등급)이 사용됨. 우리나라에서는 JMA Scale 을 사용 이론광학연구실
프로그램 개요 • 입력값 • 지질 구조 및 지진파 전파 속력 • 각 관측소의 위치 및 P파가 탐지된 시각 • Seed value (x, y, z, t) • 출력값 • 진원의 위치 및 시각 (x, y, z, t) 이론광학연구실
순서도 1. 초기 데이터 입력 2. 관측소 위치 환산 (구좌표 평면 좌표) 3. 진원지 추적 (허용 오차이내까지 반복) 3-1. 임의의 진원지 선정 3-2. Take-off angle 결정 3-3. 각 관측소까지 걸린 시간 계산 3-4. 실제 값과 비교 4. 결과 (x, y, z, t) 5. 평면 좌표를 구좌표로 환산 6. 최종 결과 : 북위 00도, 경도 00도, 깊이, 시각 이론광학연구실
좌표 변환[2][3] • 경, 위도 x, y 평면좌표계 • 투영법(Map Production) • 3차원의 지구 표면을 2차원의 평면상에 나타내는 방법 • 포앙카레 구를 복소평면에 나타내는 것과 유사 • 우리나라 표준 : TM(Transverse Mercator)투영 –횡단원통등각투영법 • 남북방향의 왜곡이 작고 동서방향의 왜곡이 크기 때문에 우리나라, 영국, 칠레와 같이 남북으로 긴 나라에 적용 • 원점 (N: 500,000m, E: 200,000m) • 북위 38도 • 동경 125도(서부원점), 127도(중부원점). 129도(동부원점) 이론광학연구실
Take-off angle 결정 • 경상대학교 지구과학과 김우한 교수님 알고리듬[4] • Bisection Method 로 보정 이론광학연구실
최소자승법(Least Square Method) • 비선형 방정식의 최소값을 구하는 알고리듬 • IMSL Library의 ZXSSQ사용 • Levenberg와 Marquardt에 의해 고안된 Levenberg-Marquardt방법[5][6] 이론광학연구실
경주지진 테이터 이론광학연구실
관측소 데이터 이론광학연구실
실행 결과 (x, y, z, t) = ( 256.4876404, 222.7760315, 16.0191631, -0.0341299) F( 1) = -0.0618136 F( 2) = 0.0598985 F( 3) = 0.0457126 F( 4) = -0.0793426 F( 5) = -0.0077672 F( 6) = 0.1318648 F( 7) = -0.0886066 SSQ = 0.4109342E-01 IER = 0 변환좌표 : TM 좌표 X(남북방향) : 256.488 Y(동서방향) : 222.776 변환된 좌표 : 경위도 좌표 위도 : 35.81경도 : 129.25 이론광학연구실
참고 문헌 [1] 인터넷 사이트 http://hugsvr.kaist.ac.kr/~onion/earthquake/ [2] 인터넷 사이트 http://spins.snu.ac.kr/~whereami [3] 인터넷 사이트 http://geo.skku.ac.kr/ [4] private communication, 2000 [5]Levenberg, K., "A method for the solution of certain non-linear problems in least squares", Quart. Appl. Math., 2, 1944, 164-168 [6] Marquardt, D. W., "An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters", J. SIAM, 11(2), 1963 이론광학연구실
