Tsunamis Recorded in Tide Gauges at Costa Rica Pacific Coast and their Numerical Modeling Part II

기술 요약: 코스타리카 태평양 연안 조위계에 기록된 쓰나미와 그 수치 모델링 제2부

문제 제기
코스타리카는 최근 역사에서 파괴적인 쓰나미 사건을 경험하지 못했음에도 불구하고, 1941년 이후 조위계에 28건의 쓰나미가 기록되었다. 대중의 위험 인식은 여전히 낮은 수준이며, 이전 연구(본 시리즈의 제1부)가 11건의 원거리 쓰나미 기록을 처리한 것과 달리, 기존의 계측 데이터베이스 상당 부분은 불완전하거나 분석되지 않은 상태로 남아 있었다. 구체적으로, 1941년부터 2021년 사이의 12개 쓰나미 기록(푼타레나스 조위계 8건, 케포스 조위계 4건)은 이전에 발표되거나 완전히 분석되지 않았다. 또한, 기존 기록들은 상세한 마리그람(marigram) 없이 최대 높이 추정치로만 제한되는 경우가 많았으며, 일부 역사적 종이 기록은 유실되거나 퇴화되었다. 본 연구는 이러한 역사적 기록을 디지털화, 필터링 및 수치 모델링하여 쓰나미 위해도 평가를 개선하고, 수치 모델을 검증하며, 국지적 및 원거리 근원에 대한 코스타리카 해안의 반응을 이해할 필요성을 다룬다.

연구 방법론
본 연구는 데이터 처리와 수치 모델링이라는 두 가지 접근 방식을 채택하였다.

• 데이터 처리:

  • 디지털화: NOAA/NCEI 아카이브와 코스타리카 국립대학교 아카이브에서 회수된 종이 마리그람을 디지털화하였다. 역사적 종이 기록에는 높이 척도가 없었기 때문에, 조차(tidal range)를 기준으로 높이 축을 스케일링하기 위해 특정 날짜에 대한 조석 예측치를 생성하였다.
  • 필터링: 조석 성분을 제거하고 쓰나미 신호를 분리하기 위해 모든 기록에 2시간 주기의 하이패스 필터(high-pass filter)를 적용하였다. 고주파 진동을 보이는 디지털 기록(2016년 및 2021년)의 경우, 5분 주기의 보조 로우패스 필터(low-pass filter)를 적용하였다.
  • 범위: 연구는 12개 사건을 처리하였다: 국지적 사건 5개(1941 Osa, 1941 Sierpe, 1950 Nicoya, 1952 Tempisque, 1983 Golfito) 및 원거리 사건 8개(1952 Japan, 1952 Kamchatka, 1957 Andreanof, 1960 Chile, 1976 Kermadec, 1979 Colombia, 2016 Ecuador, 2021 Vanuatu).

• 수치 모델링:

  • 모델: ComMIT 수치 모델을 활용하였다.
  • 격자(Grids): 푼타레나스(30, 5, 1 arc-sec)와 케포스(24, 3, 0.5 arc-sec)를 위한 중첩 격자를 정의하였다. 수심 데이터는 GEBCO-08 데이터와 디지털화된 해도 및 조사 데이터를 결합하였으며, 여기에는 케포스의 2014년 이후 마리나 건설 데이터가 포함된다.
  • 근원(Sources):
    • 국지적 사건: 1941 Osa, 1950 Nicoya, 1983 Golfito 사건에 대해서는 OVSICORI-UNA에서 제공한 지진 파라미터를 사용하여 맞춤형 근원을 모델링하였다. 1941 Sierpe 및 1952 Tempisque 사건의 경우, 불충분한 데이터로 인해 근원을 정의할 수 없었다.
    • 원거리 사건: 원거리 쓰나미(예: 1960 Chile, 1952 Kamchatka)에 대해서는 ComMIT 라이브러리의 표준 지진 단위 근원을 사용하였다. 1979 Colombia 사건은 업데이트된 수심 및 근원 정보를 사용하여 재모델링되었다.

주요 기여

1. 데이터베이스 완성: 본 연구는 1964 Alaska 및 1966 Peru 기록만을 남겨두고 코스타리카의 계측 쓰나미 데이터베이스를 거의 완성하였다. 이는 이전에 발표되지 않았거나 분석되지 않은 12개의 마리그람에 대한 첫 번째 상세 분석을 제공한다.
2. 재발 사건 분석: 본 논문은 동일 지역에서 기원하는 세 쌍의 재발 사건을 확립하였다: Osa (1941년 및 1983년), Kamchatka (1952년 및 2025년), 그리고 Kermadec 제도 (1976년 및 2021년). 이는 근접 근원과 원거리 근원의 반응을 시간에 따라 비교할 수 있는 독특한 데이터셋을 제공한다.
3. 모델 검증: 새로 처리된 역사적 기록과 모델링된 결과를 비교함으로써, 코스타리카 맥락에서의 국지적 및 원거리 쓰나미에 대한 ComMIT 모델의 성능을 검증한다.
4. 근원 특성 규명: 단순하고 균질한 지진 근원을 사용하는 것이 근접 사건에 대해 원거리 사건보다 더 제한적임을 강조하며, 근원의 불균질성이 근접 일치도에 상당한 영향을 미친다는 점을 언급하였다.

결과

• 국지적 쓰나미:
  • 1941 Osa: 모델은 최대 높이를 과소평가하였으며(모델 8.3 cm 대비 관측 20.9 cm), 세 개의 가장 큰 관측 피크를 재현하는 데 실패하였다. 이는 근원의 불균질성 때문인 것으로 보인다.
  • 1950 Nicoya: 모델은 관측치와 강한 일치를 보였으며, 도착 시간과 최대 높이(모델 9.7 cm 대비 관측 12.0 cm)를 정확하게 예측하였다.
  • 1983 Golfito: 모델은 두 번째 관측 피크를 성공적으로 재현하였으며, 이는 첫 번째 피크(지진과 동시에 발생)가 쓰나미 파동이라기보다는 지진파에 의한 세이슈(seiche)였을 가능성을 시사한다.
• 원거리 쓰나mi:
  • 1960 Chile: 모델은 사건의 첫 15시간을 잘 포착하였으나, 장기 실행을 위한 경계 데이터의 한계로 인해 첫 도착 35시간 후에 발생한 최대 높이(59 cm)를 시뮬레이션하지 못하였다.
  • 1952 Kamchatka & 1957 Andreanof: 모델은 최대 높이에서 밀접한 일치를 보였으나 시간 차를 나타냈다(예: Kamchatka의 경우 5시간 43분의 지연).
  • 케포스 특이사항: 2016 Ecuador 및 2021 Vanuatu 사건에 대해, 마리나 입구에 위치한 케포스 조위계는 고주파 진동과 지연된 최대 높이(최대 39시간 후)를 기록하였다. 이는 파랑 트래핑(wave trapping) 및 마리나 내 증폭에 기인한다. 모델은 이러한 최대 높이를 과소평가하였고, 현지 인프라에 의해 발생하는 고주파 진동을 해결하는 데 실패하였다.
• 일반적 관찰: 최대 쓰나미 높이는 5 cm (2021 Vanuatu)에서 59 cm (1960 Chile) 사이였다. 연구는 낮은 조위 높이가 반드시 다른 곳의 위험이 없음을 의미하는 것은 아니며, 해안 지형학이 파고 증폭에 상당한 영향을 미친다고 언급하였다.

의의
본 논문은 코스타리카가 다른 글로벌 지역만큼 높은 쓰나미 잠재력을 직면하고 있지는 않지만, 이러한 역사적 기록의 존재는 쓰나미가 비상 관리자와 의사 결정자가 무시할 수 없는 실제적인 위험임을 확인시켜 준다고 주장한다. 디지털화된 마리그람과 검증된 수치 모델은 다음을 위한 중요한 데이터를 제공한다:

• 쓰나미 위해도 평가 및 대피 지도 정교화.
• 미래 시나리오 시뮬레이션을 위한 수치 모델 검증.
• 재발하는 지진 근원에 대한 코스타리카 해안의 특이 반응 이해.
• 위협 평가 정보를 추출하기 위한 향후 상세 빈도 분석 수행.

본 연구는 시뮬레이션과 기록 사이의 일치가 일반적으로 만족스러운 수준이지만, 근원의 복잡성과 국지적 지형학의 영향으로 인해 국지적 사건을 정확하게 모델링하는 것이 여전히 더 도전적인 과제임을 결론짓는다.