GIS 지리좌표체계와 지오이드

여러분은 지형도에서 볼 수 있는 등고선이 평균적인 해수면을 기준으로 한 높이 값을 갖는다고 알고 있을 것이다. 그러나 평균 해수면의 정밀한 표현이 지오이드를 통해서 이루어진다는 사실은 모르고 있을지도 모른다. 미국 국가측지국은 지오이드(geoid)를 전 지구적인 평균 해수면에 가장 근접한 지구 중력의 등위면이라고 정의하고 있다. 간단히 말해서 지오이드는 바다가 대륙 아래로 자유로이 움직일 수 있다면 지구 전체를 감싸면서 만들어질 수 있는 하나의 해수면에 의해 만들어지는 형상이다. 그러므로 우리의 수직 기준점은 중력에 의해 결정된다.

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중력은 모든 물체를 지구 중심 방향으로 향하게 아래로 끌어당긴다. 여러분은 중력이 지구상에서 일정하고 평균 해수면(즉 지오이드)은 지구상에서 모두 일정해야 한다고 생각할지도 모르겠다. 재미있게도 그렇지 않다. 지구의 형상과 중력장은 복잡하며 공간과 시간에 따라 변화한다. 예를 들어 지구의 표면은 달과 태양의 인력에 따라 매일 약 30cm(1ft) 정도 상승하거나 하강한다. 미국 항공우주국(National Aeronautics & Space Administration. NASA)의 GRACE 위성에 의해 측정된 지구중력장의 지도는 아래 그림과 같다. 이 그림에서는 111일에 걸쳐 요약된 중력 정보가 표현되어 있다. 이 그림에서는 일반적으로 대륙에서 중력이 크게 작용하는데,

NASA의 GRACE 위성에 의해 111일간 측정된 지구중력모델. 0mTal은 지구 표면의 중력 변화를 나타내는 데 사용된다. 1mTal(mGal=0.00001m/s2 )은 대략 9.8m/s2의 지구 표면에 해당하는 총 중력량에 비교될 수 있다. 1mTal은 지구 표면에서 약 100만분의 1 표준 중력 가속도에 해당한다.

 

구체적으로는 지각의 두께가 두꺼운 산맥에서 매우 크게 작용하고 반면에 지각의 두께가 얇은 해양에서 중력이 작게 작용한다는 것을 보여 주고 있다. 예를 들어 111일에 걸쳐 평균화된 안데스 산맥, 로키 산맥, 그리고 히말라야 산맥 등의 중력이 아마존 분지나 태평양에 비해 매우 크다. 가끔 지구상 한 점의 높이 값이 지오이드에 따르면 0이 되고. 지구 타원체를 따르면 보다 수 미터 높거나 낮을 수도 있다. 이러한 차이는 지오이드와의차이 (지오이드 이탈) N으로 알려져 있다.