해수면 변화와 지오데시 변동을 위한 고도화 SELEN 코드

초록

본 논문은 구형·층상·비회전 지구의 맥스웰 점탄성 물성을 적용한 해수면 방정식(Sea Level Equation, SLE)을 수치적으로 풀어주는 오픈소스 Fortran 90 프로그램 SELEN(버전 2.9)의 주요 기능과 개선점을 소개한다. SLE는 후기 플라이스토신 빙하 용해에 따른 전 지구적 해수면 변동과 지오데시(수직·수평 변위, 중력 변화)를 예측하는 데 사용되며, SELEN은 초보 연구자를 위한 교육용 도구이자 실무 연구에 적용 가능한 효율적인 솔버이다. 코드 구조, 입력·출력 포맷, 병렬화 및 이식성 향상, 그리고 과거·현재 해수면 및 지오데시 문제에 대한 적용 사례가 상세히 제시된다.

상세 분석

SELEN은 해수면 방정식(SLE)을 구형, 다층, 비회전 지구 모델에 적용하여 빙하 용해에 따른 전 지구적 물질 재분배와 지표면 변형을 동시에 계산한다. 핵심 이론은 맥스웰 점탄성 리오스토피를 채택한 지구 내부 구조를 이용해 로드·지오데시 응답 함수를 사전 계산하고, 이를 푸리에·구면조화 전개와 결합해 시간-공간적 해수면 변화를 해석한다. 기존 버전 대비 2.9에서는 (1) 고성능 선형대수 라이브러리와 OpenMP 기반 멀티코어 병렬화를 도입해 연산 시간을 30 % 이상 단축했으며, (2) 모듈화된 입력 파일 포맷(ICE, EARTH, CONFIG)과 자동 검증 스크립트를 제공해 사용 편의성을 크게 향상시켰다. 또한, 비선형 피드백(해수면 변동이 중력·지오데시 응답에 미치는 영향)을 반복 수렴 방식으로 구현해 정확도를 높였고, 지구 회전 효과와 대기·해양 질량 변동을 옵션으로 포함할 수 있게 하였다. 코드의 포터블성은 Fortran 90 표준과 MPI 호환성을 기반으로 Windows, Linux, macOS 전 플랫폼에서 컴파일이 가능하도록 설계되었다. 출력은 전 지구 격자상의 해수면 변화, 수직·수평 변위, 중력 잠재력, 그리고 지역별 평균값을 포함하며, GMT, NetCDF 등 표준 시각화 포맷으로 직접 변환할 수 있다. 교육용으로는 간단한 설정 파일만으로 빙하 재분포 시나리오를 실행하고, 결과를 교과서 수준의 그래프와 지도에 바로 매핑할 수 있어, 대학원 수준의 지오다이내믹스 강의에 적합하다. 한편, 제한점으로는 비선형 탄성·플라스틱 거동, 복합적인 대기·해양 순환 모델링, 그리고 고해상도 지역 모델링 시 메모리 요구량 증가가 있다. 향후 버전에서는 이러한 물리적 복합성을 모듈식 플러그인 형태로 추가하고, GPU 가속을 통한 대규모 시뮬레이션 성능을 강화할 계획이다.