Analysis of Tidal Deflection and Ice Properties of Ross Ice Shelf, Antarctica, by using DDInSAR Imagery

This study analyzes the tide deformation of land boundary regions on the east (Region A) and west (Region B) sides of the Ross Ice Shelf in Antarctica using Double-Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar (DDInSAR). A total of seven Sentinel-1A SAR images acquired in 2015-2016 were used to estimate the accuracy of tide prediction model and Young's modulus of ice shelf. First, we compared the Ross Sea Height-based Tidal Inverse (Ross_Inv) model, which is a representative tide prediction model for the Antarctic Ross Sea, with the tide deformation of the ice shelf extracted from the DDInSAR image. The accuracy was analyzed as 3.86 cm in the east region of Ross Ice Shelf and it was confirmed that the inverse barometric pressure effect must be corrected in the tide model. However, in the east, it is confirmed that the tide model may be inaccurate because a large error occurs even after correction of the atmospheric effect. In addition, the Young's modulus of the ice was calculated on the basis of the one-dimensional elastic beam model showing the correlation between the width of the hinge zone where the tide strain occurs and the ice thickness. For this purpose, the grounding line is defined as the line where the displacement caused by the tide appears in the DDInSAR image, and the hinge line is defined as the line to have the local maximum/minimum deformation, and the hinge zone as the area between the two lines. According to the one-dimensional elastic beam model assuming a semi-infinite plane, the width of the hinge region is directly proportional to the 0.75 power of the ice thickness. The width of the hinge zone was measured in the area where the ground line and the hinge line were close to the straight line shown in DDInSAR. The linear regression analysis with the 0.75 power of BEDMAP2 ice thickness estimated the Young's modulus of 1.77±0.73 GPa in the east and west of the Ross Ice Shelf. In this way, more accurate Young's modulus can be estimated by accumulating Sentinel-1 images in the future.

DDInSAR 영상을 이용한 남극 로스 빙붕의 조위변형과 물성 분석

이 연구에서는 영상레이더(synthetic aperture radar; SAR) 이중차분간섭기법(Double-Differential Interferometric SAR; DDInSAR)을 이용하여 남극 로스 빙붕(Ross Ice Shelf)의 동쪽(A지역)과 서쪽(B지역)에 위치한 육지 경계부 지역의 조위변형을 분석하고, 조위예측 모델의 정밀도와 빙붕의 영률(Young's modulus) 추정을 위해 2015-2016년에 획득된 총7장의 Sentinel-1A SAR 영상을 획득하였다. 먼저, 남극 로스해(Ross Sea)에 대한 대표적인 조위예측 모델인 Ross Sea Height-based Tidal Inverse (Ross_Inv) 모델과 DDInSAR영상에서 추출된 빙붕의 조위변형을 비교한 결과, 모델의 조위예측 오차는 동쪽에서는 3.86 cm로 분석되었으며 조위모델에서 역기압효과가 필수적으로 보정되어야 함을 확인하였다. 그러나 서쪽에서는 역기압효과 보정 후에도 큰 오차가 발생하여 조위모델이 부정확할 수 있음을 확인했다. 또한, 조위변형이 나타나는 힌지 영역(hinge zone)의 폭과 얼음두께의 상관성을 나타내는 1차원 탄성 보 모델에 의거하여 얼음의 영률을 계산하였다. 이를 위해 DDInSAR 영상에서 조위에 의한 변위가 나타나기 시작하는 곳을 지반선(grounding line)으로, 조위에 의한 최대변위가 나타나는 지점을 힌지선(hinge line)으로 새롭게 정의했고, 이두선 사이를 힌지 영역으로 정의했다. 반무한 평면체를 가정한 1차원 탄성 보 모델에 의하면 힌지 영역의 폭은 얼음두께의 0.75승에 정비례한다. DDInSAR에서 나타나는 힌지 영역 중 지반선과 힌지선이 직선에 가까운 지역에서 힌지 영역의 폭을 측정하였고, 이를 BEDMAP2 얼음 두께의 0.75승과의 선형 회귀 분석을 통해 로스 빙붕 동쪽과 서쪽 힌지 영역의 영률을 1.77±0.73 GPa로 추정할 수 있었다. 이러한 방법으로 향후 Sentinel-1 영상이 축적되면 더 정밀한 영률을 추정할 수 있을 것으로 기대된다.