• 한국지구과학회지
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• 제34권6호
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• pp.492-506
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• 2013

최근 백두산의 재분화 문제가 하나의 중요한 지구과학적 문제로 부상하고 있다. 백두산과 같이 대규모 칼데라 호수를 갖고 있는 화산의 폭발은 단순히 화산분출뿐만 아니라 칼테라 호수에 저장된 물의 유출로 인해 큰 재해를 유발할 수 있어 연구가 필요하다. 대형 화산성 홍수는 모든 종류의 인공 구조물을 파괴할 수 있는 에너지를 가지고 있고, 유속이 100 km $hr^{-1}$에 달하며, 도달거리가 수 백 km까지 이르기 때문에 치명적인 피해를 가져올 수 있다. 연구의 최종목표는 백두산의 지질과 지반 조건에서 분화 시 예상되는 화산성 홍수의 피해를 예측하는 것이다. 하나의 사전 연구로서 백두산 화산이 분출되면서 천지에 저장된 물이 방류될 경우를 가정한 유량곡선 시나리오에 근거하여 수치해석을 실시하였다. 각각의 시나리오 별(림 붕괴, 단순융기, 림 붕괴와 융기의 조합, 강우형성 등)로 시간의 함수로서 유량변화를 이끌어내기 위해 선행 연구를 바탕으로 백두산 천지 유출 모형을 전개하였다. 천지에서 마그마 융기와 림 붕괴가 동시에 발생하면 최고 유량이 25,000 $m^3s^{-1}$에 이르러 백두산 천지의 화산홍수가 주변 지역에 심각한 자연재해를 가져올 수 있는 것으로 보인다. 이 연구에서는 저수지의 물이 방류되는 순간유량곡선에 치중하였으며 천지 유량 방출 후 하류 하천 하도 추적은 다루지 않았다.

• 한국지구과학회지
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• 제34권6호
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• pp.479-491
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• 2013

백두산 분화의 분출물은 북쪽으로 송화강, 동쪽과 서쪽으로 두만강과 압록강 하구에서 발견되고 있다. 즉 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수와 같이 흐름에 수반된 화산물질의 영향범위는 천지를 중심으로 반경 400 km의 범위까지 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 그러나 약 1,000년 전 분화 때와는 달리 천지칼데라호의 20억 톤보다 저수량이 큰 담수저장시설이 건설되어 화산분화 시 예상되는 유체의 흐름은 직간접적으로 인공적인 구조물의 영향을 받게 된다. 이 연구는 백두산 화산분화 시 예상되는 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 수치해석 및 지형자료 분석을 통해 유체의 흐름방향을 산정하고 백두산 일원의 댐과 인공호수의 저수용량에 따른 화쇄류, 화산이류, 화산성홍수의 피해범위를 파악하였다. 분출 초기에 급경사를 따라 이동하는 화쇄류는 산지의 경사면을 따라 이동하여 평탄지까지 영향을 미치며, 천지호의 유출에 의한 화산이류는 주요 하천까지 도달할 수 있다. 화산성홍수의 경우 현존하는 인공적인 담수 저장시설물들로 인하여 천지칼데라호의 담수 유출에 의한 피해 범위는 과거에 비하여 매우 제한적인 범위에 영향을 미칠 것으로 판단된다.

• 한국지구과학회지
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• 제41권1호
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• pp.31-39
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• 2020

아시아에서 가장 큰 칼데라 호수인 천지는 해발 약 2250 m의 백두산 정상에 위치한다. 천지는 높은 해발고도 및 바다와 인접한 환경으로 인해 1년 중 6개월 정도가 눈과 얼음으로 뒤덮여 있다. 천지의 수원은 대부분 지하수로부터 유입되기 때문에 수온과 백두산의 화산활동이 밀접한 관련이 있다. 하지만 2000년대에 들어서며 백두산에 많은 화산활동이 관측되고 있다. 본 연구에서는 유럽우주국(European Space Agency: ESA)에서 제공하는 Sentinel-1 위성 영상자료를 활용하여 백두산의 겨울철 생성되는 얼음의 면적을 분석하였다. Sentinel-1 위성의 후방산란 영상에서 얼음의 면적을 산출하기 위해 질감 분석 기법을 활용하여 2개의 편파영상에서 20개의 Gray-Level Co-occurrence Matrix(GLCM) 레이어를 생성했다. 면적 산출에 사용된 방법은 GLCM 레이어를 Support Vector Machine (SVM) 알고리즘으로 분류하여 영상에서 얼음의 면적을 산출했다. 또한 산출된 면적은 삼지연 기상관측소에서 획득된 기온자료와 상관관계를 분석하였다. 본 연구는 본격적인 장기간의 시계열 분석에 앞서 얼음의 면적을 산출하는 새로운 방법에 대한 대안을 제시하는 근거로서 활용될 수 있을 것이다.

• 한국지구과학회지
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• 제34권6호
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• pp.456-469
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• 2013

백두산 화산에서 분화한 것으로 평가되는 역사시대 분화사건을 문헌에서 발굴하여 화산학적 해석을 하였다. 밀레니엄 대분화로부터 31건 이상의 화산 분화사건을 발굴하였으며, 대부분 화산재를 분화하여 인근 지역으로 확산시키면서 강하화산재를 발생시킨 플리니안 분화 사건이 많았다. 1903년의 기록은 천지 내에서의 수증기마그마성 분화 또는 불카니안 분화에 의한 기록이었다. 역사시대의 분화 기록과 2002년에 나타난 화산 분화 전조현상 등으로부터 백두산은 잠재적인 분화가능성을 가진 활화산으로 평가된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제38권6_2호
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• pp.1691-1707
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• 2022

한반도와 중국 경계에 위치한 백두산의 칼데라호인 천지호는 계절에 따라 해빙과 결빙을 반복한다. 천지 아래에는 마그마 챔버가 존재하며 마그마 챔버의 변화에 의해 온천수의 온도 및 수압 변화와 같은 화산 전조현상이 발생한다. 이에 따라, 천지호 내에서 다른 부분보다 해빙이 빠르며 결빙기에도 늦게 얼며 물표면 온도가 높은 이상지역이 존재하게 된다. 해당 이상지역은 온천수 방출 지역으로, 이상지역의 얼음변화도 값을 통해 화산활동을 모니터링 할 수 있다. 그러나 지리적, 정치적 그리고 공간적 문제로 천지의 이상지역을 주기적으로 관측하기에는 한계가 존재한다. 따라서 본 연구에서는 Landsat -5/-7/-8 광학위성영상으로부터 Modified U-Net 회귀모델을 이용하여 이상지역내의 얼음변화도를 정량적으로 관측하였다. 1985년 1월 22일부터 2020년 12월 8일까지 이상지역을 갖는 83장의 Landsat 영상의 Visible and Near Infrared (VNIR)대역을 활용하였다. 얼음 변화도를 정량적으로 관측을 위해 VNIR대역에서 수체와 얼음과의 상대적인 분광반사도를 활용하여 새로운 데이터를 만들었다. 가시광선대역과 근적외선 대역이 가지고 있는 정보를 최대한 유지하기 위해 2개의 인코더를 가진 U-Net에 적용하여 얼음변화도를 관측하였으며 Root Mean Square Error (RMSE) 140, 상관계수 0.9968의 높은 예측 성능을 보여주었다. 따라서 Modified U-Net을 활용하면 추후 Landsat 영상으로부터 얼음변화도 값을 높은 정확도로 관측하므로 백두산 화산활동을 모니터링하는 방법 중 하나로 사용될 수 있으며, 다른 화산 모니터링 기법과 더불어 활용한다면 더욱 정밀한 화산감시체계 구축이 가능할 것이다.

• 한국지구과학회지
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• 제34권6호
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• pp.507-514
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• 2013

백두산은 정상부에 천지가 존재하는 잠재적인 활화산으로 최근 화산활동 분화와 관련된 화산이류 발생가능성에 대한 우려가 높아지고 있다. 본 연구에서는 백두산 정상부의 칼데라 호수 지점의 분화를 가정한 화산이류의 모델링을 수행하였다. LAHARZ를 적용한 본 연구는 다른 해상도의 수치지형모형을 구동모형의 매개변수를 변화시키며 분화로 야기된 다양한 상황의 화산이류 발생 영향을 검토하였다. 매개변수의 민감도 해석은 움푹 패인 곳(sink)을 정의하는 한계치와 수치지형모형의 해상도가 화산이류의 모델링 결과에 주는 영향이 제한적이라는 결과를 보여주었고, 하천격자의 도출을 위한 한계치와 수치모형의 해상도는 하천격자의 공간적 분포에 상대적으로 민감한 결과를 보여주었다. 또한 LAHARZ가 가지고 있는 문제가 흐름 발생 알고리즘 자체의 한계에 기인하는 것을 확인하였다. 한편, 상이한 수치지형 모형의 해상도가 화산이류의 최종 모델링결과에 미치는 영향은 제한적으로 나타났다.

• 한국지구과학회지
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• 제34권6호
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• pp.470-478
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• 2013

백두산에서는 2002년부터 화산성 지진활동의 증가, 정밀 수준측량 관측을 통한 지표면 팽창, 특정 화산가스 방출량의 증가, 온천수의 온도 증가 등 화산 전조활동이 활발해짐으로써 나타나는 전조현상들이 관측되었다. 이러한 관측결과 중 정밀 수준측량 데이터를 활용한 백두산 천지 칼데라 주변의 수직, 수평 지표변위 경향 분석을 통해 2002년 이후 2009년까지 지표가 팽창하는 경향을 나타냄으로써 백두산 지하 마그마 챔버의 부피가 증가하였음을 확인할 수 있었다. 이후 2010년을 기점으로 지표가 수축하는 경향을 나타내기도 하였으나 이후 다시 팽창하는 경향을 나타냄을 확인할 수 있었다. 북측 사면에서 2002년부터 2003년까지 칼데라 외륜산 일대의 지표면이 46.33 mm 융기 팽창한 것을 바탕으로 지하 마그마 챔버의 부피 변화량을 계산해 보면, 약 0.008 $km^3$ ($7.7-8.0{\times}10^6m^3$)의 부피가 증가한 것으로 계산되었다. 이는 백두산 산정부로부터 지하 약 5 km 지점에 천처 마그마 챔버가 형성되고 0.008 $km^3$의 마그마가 주입된 것으로 해석된다.