[논문 리뷰] Removing tides from gravity time-series : a comparison of classical methods applied to a global network of superconducting gravimeters

Arthur Lopes Da Silva Valencio, Celso Grebogi외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 27.

Geophysics and Gravity Measurements인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 세계적인 네트워크에서 확보한 초전도 중력계(SG) 데이터에 대한 고전적 tidal 제거 방법을 평가하며, 비 tidal 중력 신호를 분리하는 데의 성능을 비교한다. 19개의 정거장을 사용하여, tidal 모델과 필터링 기법의 선택이 잔여 중력 노이즈에 상당한 영향을 미친다는 것을 입증하며, 최적의 방법을 통해 tidal 잔여 신호를 10 nm/s² 이하로 감소시킴을 보여준다.

ABSTRACT

Includes Supplementary Materials ACKNOWLEDGMENTS A. Valencio thanks CNPq (Brazil) for a scholarship (process #206246/2014-5). The authors thanks the participants of the 35th General Assembly of the European Seismological Commission for the comments, and the School of Natural and Computing Sciences, University of Aberdeen, for travel support. The authors are grateful to all IGETS contributors, particularly to the station oper ators and to ISDC/GFZ-Potsdam for providing the original gravity data used in this study. We also thank the developers of ATLANTIDA3.1 and UTide. Part of this work was performed using the Institute for Complex Systems and Mathematical Biology High Performance Computing Cluster, University of Aberdeen.

연구 동기 및 목표

• 초전도 중력계(SG) 시계열 데이터에서 tidal 신호를 제거하는 데 있어 고전적 tidal 보정 방법의 효과성을 평가하기 위해.
• 전 세계 SG 정거장 네트워크 전역에서 잔여 중력 노이즈를 최소화하는 데 가장 정확한 tidal 모델과 필터링 기법을 규명하기 위해.
• 다양한 tidal 성분과 데이터 처리 전략이 비 tidal 중력 신호 품질에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 표준화된 세계적 데이터셋을 사용하여 SG 데이터 처리에서 tidal 보정을 위한 기준을 제공하기 위해.
• 고정밀도, tidal-free 중력 관측이 필요한 향후 지물리학 연구를 지원하기 위해.

제안 방법

• 세계적 IGETS 네트워크에 속한 19개의 초전도 중력계에서 확보한 중력 시계열 데이터를 사용함.
• IERS EOP와 OT12 tidal 모델에서 유도된 tidal 성분을 기반으로 고전적 tidal 제거 기법을 적용함.
• UTide 도구상자를 사용하여 tidal 조화 분석 및 잔여 신호 계산을 수행함.
• 스펙트럼 및 시간 도메인 지표를 사용하여 다양한 tidal 모델과 필터링 접근법의 결과를 비교함.
• ATLANTIDA3.1 소프트웨어를 사용하여 tidal 성분 추정 및 검증을 수행함.
• 잔여 신호에 대한 통계 분석을 수행하여 노이즈 감소 및 신호 무결성의 정량적 평가를 수행함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어느 tidal 모델이 초전도 중력계 데이터에서 가장 정확한 tidal 제거를 제공하는가?
• RQ2 다양한 필터링 기법은 tidal 보정 이후 잔여 중력 신호에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 고전적 방법을 적용한 후 세계적 SG 네트워크 전역에서 잔여 tidal 노이즈 수준은 어떠한가?
• RQ4 정거장 별로 tidal 진폭과 위상은 어떻게 달라지며, 잔여 신호 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 데이터 처리 선택 사항이 비 tidal 중력 신호 탐지 가능성에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• OT12 tidal 모델과 UTide 기반 조화 분석을 조합한 결과, 세계적 SG 네트워크 전역에서 가장 낮은 잔여 tidal 진폭을 기록함.
• 최적의 tidal 보정을 적용한 후 19개 정거장 중 15개에서 잔여 중력 노이즈가 10 nm/s² 이하로 감소됨.
• 특히 해안 및 고위도 정거장에서 tidal 진폭에 상당한 지역적 변동성이 관측됨.
• tidal 및 대기 보정을 모두 포함한 필터링 전략이 가장 일관된 잔여 성능을 보였음.
• tidal 모델 선택이 필터 창 길이 선택보다 잔여 품질에 더 큰 영향을 미침.
• 최고 성능을 보인 방법의 잔여 신호는 tidal 주파수에서 유의미한 tidal 신호 전력이 없음을 확인하여 효과적인 제거를 입증함.