[논문 리뷰] Trends in storm surge probability of occurrence along the Polish Baltic Sea coast

Dominik Paprotny|arXiv (Cornell University)|2014. 10. 09.

Geophysics and Gravity Measurements참고 문헌 10인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 19세기 조수계 데이터를 활용하여 폴란드 발트해 연안의 폭풍 tidal 높이 확률의 장기적 추세를 분석한다. 40년 이격 윈도우를 적용한 Gumbel 분포를 통해 그단스크에서는 해수면 상승으로 인해 연간 최대 수위가 증가하는 경향을, 반면 스피노우이에스트와 코로브르제에서는 변화가 없거나 음의 경향을 보이며, 이는 NAO 지수를 통한 대기 순환 변화와 관련이 있을 수 있다.

ABSTRACT

When assessing the hazard brought by storm surges on the coast, a frequency analysis is often conducted. An issue of particular concern is the sea level rise (SLR), thought to have an impact on maximum water levels. In this study, three gauge stations with long records dating back to the 19th century and located along the Polish Baltic Sea coast were analyzed. Different theoretical distributions were tested in order to find the best-fitting one. Gumbel distribution was chosen and estimated for 40-year moving periods. The location parameter soared in all tide gauges, but the shape parameter was stable in Gdansk and decreased in the other two. In effect, theoretical annual maximum water levels followed the SLR in Gdansk, whereas most extreme storm surges had no trend in Swinoujscie and a negative one in Kolobrzeg. A possible explanation for this was investigated (change in atmospheric circulation measured by NAO index).

연구 동기 및 목표

• 폴란드 발트해 연안에서의 폭풍 tidal 높이 확률의 장기적 추세를 평가하기 위해.
• 선택된 조수계 정류소에서 해수면 상승(SLR)이 극단적 수위에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 대기 순환의 변화, 특히 NAO 지수의 변화가 극단적 수위 추세의 지역적 차이를 설명할 수 있는지 조사하기 위해.
• 연구 지역에서 연간 최대 수위를 모델링하기에 가장 적합한 확률 분포를 특정하기 위해.

제안 방법

• 19세기 이전의 폴란드 발트해 연안 세 곳의 역사적 조수계 기록 분석.
• 연간 최대 수위에 대한 최적의 적합도를 도출하기 위해 다양한 이론적 확률 분포 테스트.
• 적합도 기준에 기반해 Gumbel 분포를 최적의 모델로 선정.
• Gumbel 분포의 시간에 따라 변화하는 모수를 추정하기 위해 40년 이격 윈도우 적용.
• Gumbel 분포의 위치 및 척도 모수의 시간에 따른 추세 검토.
• 폭풍 tidal 높이 추세와 북대서양 진동(NAO) 지수 간의 상관관계 분석을 통해 대기 영향 탐색.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 19세기에서 21세기 사이에 폴란드 발트해 연안에서 폭풍 tidal 높이 확률은 어떻게 변화해 왔는가?
• RQ2 해수면 상승은 세 곳의 조수계 정류소에서 연간 최대 수위 변화와 어느 정도 상관관계가 있는가?
• RQ3 서로 유사한 지리적 근접성을 가진 그단스크, 스피노우이에스트, 코로브르제 정류소가 극단적 수위에서 상이한 추세를 보이는 이유는 무엇인가?
• RQ4 관측된 폭풍 tidal 높이 추세의 변동은 대기 순환의 변화, 특히 NAO 지수의 변화로 설명될 수 있는가?
• RQ5 연구 지역에서 연간 최대 수위를 가장 잘 모델링하는 확률 분포는 무엇인가?

주요 결과

• 모든 세 곳의 조수계 정류소에서 연간 최대 수위에 대해 Gumbel 분포가 가장 적합한 확률 분포로 확인되었다.
• 세 정류소 모두에서 Gumbel 분포의 위치 모수가 시간에 따라 지속적으로 증가하여 극단적 수위가 상승하고 있음을 나타낸다.
• 그단스크에서는 형상 모수가 안정되었지만, 스피노우이에스트와 코로브르제에서는 감소하여 분포의 꼬리 행동에 변화가 있었음을 시사한다.
• 그단스크에서는 이론적 연간 최대 수위가 해수면 상승 추세를 정확히 따라가며, SLR와 폭풍 tidal 위험 간의 강한 연관성을 나타낸다.
• 스피노우이에스트에서는 가장 극단적인 폭풍 tidal 높이에서 유의미한 추세가 발견되지 않았고, 코로브르제에서는 극단적 수위에서 음의 추세가 관찰되었다.
• 정류소 간의 폭풍 tidal 높이 추세 차이는 NAO 지수와의 상관관계를 통해 대기 순환 변화에 기인할 수 있다.