천해 시계열 관측자료 품질관리 시스템 구축: 국제 품질관리 방법 검토 및 문제점 개선

Abstract

해양과학기지는 서해 및 동중국해에 건설된 플랫폼 형태의 구조물로 해양·기상·대기환경 등 다양한 변수의 시계열 관측자료를 생산하고 있다. 기지 관측자료는 해양생물 부착, 장비 노후, 케이블 누수, 신호 간섭, 간헐적 전력 고갈, 통신 이상 등 여러 원인으로 인한 이상값이 발생한다. 또한 천해역에 위치한 지리적 특성으로 인해 기지 관측자료는 조석과 내부파, 유속 등의 영향에 의한 변동성을 보인다. 이러한 기술적, 환경적 요인으로 인해 기지 관측자료는 지역적으로 최적화된 자동 품질관리(QC)를 필요로 한다. 이를 위해 먼저 Ocean Observatories Initiative(OOI)의 표준 품질검사 방법을 검토하여 기지 관측자료에 적용이 적절한지를 확인하였다. OOI QC는 전지구/지역 범위 검사, 쐐기값 검사, 동일값 검사, 기울기 검사, 표류 검사로 구성되어 있으며, 이를 해양과학기지 중 하나인 이어도 기지의 표층(3m), 중층(21m), 저층(38m) 수온 시계열 관측자료에 적용하였다. 전지구/지역 범위 검사와 동일값 검사는 효과적으로 이상값을 정상값에서 분류하였다. 표류검사는 자료의 표류(drift) 여부를 검사하게 되는데, 주기적인 유지보수로 인해 정상으로 판단하였다. 쐐기값 검사는 단일 이상값에서 효과적이었으나 짧은 시간 내에 이상값이 반복하여 나타날 때 이상여부를 판단하기 어려웠다. 기울기 검사는 이상값이 반복하여 나타날 때 효과적이었으나 변동성이 큰 중층의 경우 정상값도 이상값으로 분류하였다. 본 연구에서는 변동성이 큰 천해역 시계열 관측자료에서 효과적으로 이상값을 판단할 수 있는 품질검사를 개발하고, 품질관리 시스템을 구축하였다. OOI QC의 쐐기값 검사, 기울기 검사는 하나의 임계값을 전 기간에 적용하기 때문에 시기에 따라 급격히 변하는 천해역에 적합하지 않다. 따라서 검사 기간(window) 내 평균과 표준편차, 변화량을 바탕으로 임계값을 지정하여 이를 벗어나는 경우를 이상값으로 판단하였다. 그 결과, 전 층에서 단일 이상값 뿐만 아니라 짧은 기간 반복하여 나타나는 이상값을 효과적으로 구분할 수 있었다. 이 검사 방법은 통계적인 방법을 기초로 변동 임계값을 사용하기 때문에 정규분포를 따르는 풍속, 기압, 기온, 습도 등 다양한 시계열 관측자료에 적용할 수 있어 활용도가 높을 것으로 판단된다.