얼음 환경의 물리적 특성 규명은 미래 지구의 수자원 및 기후 변화 예측을 위해 매우 중요하다. 마이크로파 원격탐사는 얼음과 마이크로파 사이의 다양한 상호작용을 관측하여 얼음의 물리적 특성뿐만 아니라 환경변화에 대한 얼음의 반응특성을 분석할 수 있는 유용한 연구수단이다. 이 논문에서는 지상용 마이크로파 산란계와 인공위성 레이더 간섭기법, 인공위성 수동 마이크로파 센서를 이용하여 호수 얼음의 후방산란과 빙하의 조위변형, 빙하빙의 마이크로파 복사 특성을 연구하였고, 이를 통해 얼음의 다양한 물리적 특성을 규명하였다.
얼음 표면의 상변화가 레이더 후방산란에 미치는 영향을 연구하기 위해 호수 얼음 표면에 물을 도포한 후, C-band HH 편파의 지상용 마이크로파 산란계를 구축하여 후방산란을 측정하였다. 호수 얼음의 후방산란 모델링과 유전 알고리즘에 의한 역산 모델링을 통해 산란계로 측정된 산란신호는 얼음의 표면산란과 체적산란, 얼음 바닥면에서의 산란으로 구분되었고, 얼음 표면의 유전율과 거칠기 변화가 분석되었다. 얼음 표면에 높은 유전율의 물이 도포된 시기에 표면산란은 매우 강하였으며, 체적산란과 얼음 바닥면의 산란은 마이크로파의 투과율 저하로 매우 약했다. 얼음 표면이 결빙되는 시기에는 얼음 표면의 유전율 감소로 표면산란은 약해졌으나, 마이크로파의 투과율이 증가하면서 체적산란과 얼음 바닥면의 산란은 강해졌다. 얼음 표면이 완전히 결빙된 시기에는 얼음 표면에 형성된 얼음 결정이 거칠기를 증가시켰으며, 이는 얼음 표면의 지속적인 유전율 감소에도 표면산란이 강해지는 원인으로 작용하였다. 이때 마이크로파의 투과율은 계속해서 증가하였으므로 체적산란과 얼음 바닥면의 산란도 지속적으로 강해졌다. 얼음의 표면이 해빙되는 경우, 얼음 표면의 유전율 증가로 표면산란은 더욱 강해졌으며, 체적산란과 얼음 바닥면의 산란은 감소된 마이크로파의 투과율로 인해 약해졌다.
동남극에 위치한 Campbell Glacier Tongue의 조위에 의한 변형특성을 규명하기 위해 2010년부터 2011년 사이에 하루의 시간적 기선거리를 가지는 16쌍의 COSMO-SkyMed SAR 간섭영상을 획득하였고, 이중 위상차분간섭기법을 적용하여 총 120개의 이중 위상차분간섭도를 생성하였다. 이중 위상차분간섭도에서 추출된 조위변형과 TPXO7.1, FES2004, CATS2008a, Ross_Inv 조위모델로부터 예측된 조위변화 사이의 선형 회귀 분석을 통해 Campbell Glacier Tongue의 휨 계수를 추정하였다. 역기압 효과가 보정된 Ross_Inv 조위모델에 의한 선형 회귀 모델은 0.964의 가장 높은 R2 값을 나타냈으며, 0.918의 휨 계수를 제시하였다. 이는 Campbell Glacier Tongue이 불완전한 유체 정역학적 평형 상태에 있음을 의미한다. 1차원 탄성 보 모델로부터 Campbell Glacier Tongue의 탄성 감쇠 계수와 두께는 지반선과 유선이 서로 수직인 힌지 영역의 서쪽에서 각각 0.810±0.096 km-1와 418±86 m로 추정되었다. 힌지 영역의 조위변형에 대한 2차원 유한요소해석 결과는 Campbell 빙하의 지반선이 Campbell Glacier Tongue의 동쪽까지 확장되어 있음을 증명하였다.
인공위성 수동 마이크로파 센서인 AMSR-E는 NASA Team2 알고리즘을 사용하여 남극에서 매우 정확한 해빙 면적비를 계산하고 있다. 그러나 AMSR-E의 관측 영역 내에 빙산 및 빙붕과 같은 빙하빙이 포함될 경우, 해빙과는 다른 빙하빙의 마이크로파 복사특성으로 인해 NASA Team2 알고리즘으로부터 계산되는 빙하빙의 면적비는 그 정확성이 유지되지 않는다. 이 논문에서는 동남극 George V 해안에서 획득된 2개의 ENVISAT ASAR 영상으로부터 빙하빙과 해빙의 면적비를 계산하였고, 이를 NASA Team2 알고리즘으로 계산된 면적비와 비교하였다. 해빙 지역에서 NASA Team2 해빙 면적비는 1.4%의 RMSE (root mean square error)를 보였으나, 빙하빙에 대해서는 실제보다 매우 작은 면적비를 계산하였다(RMSE=26.4%). 빙하빙에 대한 NASA Team2 알고리즘의 면적비 계산 오류를 해석하기 위해 PR (polarization ratio)과 GR (spectral gradient ratio), PRR (rotated PR), dGR 영역에서 빙하빙의 마이크로파 복사특성을 분석하였다. 빙하빙은 PR, GR, PRR, dGR 영역에서 ice type A, B, C와 같은 남극의 해빙 및 개빙구역과 구분되는 고유한 범위를 형성하였으며, 이는 빙하빙이 새로운 유형의 얼음으로 NASA Team2 알고리즘에 추가될 수 있음을 의미한다.

Analysis of physical properties of ice is very important to expect the change of global water resources and climate in the future. Microwave remote sensing is a useful research tool to analyze the response characteristics of ice to the environmental changes as well as the physical properties of the ice. In this study, radar backscattering from lake ice during phase transition of ice surface, tidal deformation of glacier and microwave radiation characteristics of glacial ice were investigated by using ground-based microwave scatterometer, interferometric synthetic aperture radar (InSAR) and satellite passive microwave sensor.
To study the effects of freezing/thawing of ice on radar backscattering in a short time, water was spread over lake ice and radar backscattering was continuously measured by a ground-based microwave scatterometer system operated in C-band HH polarization. By establishing scattering models and applying inversion from genetic algorithm, radar returns were separated into ice-surface, volume, and ice-bottom scatterings, and the changes in dielectric constant and roughness parameters of ice surface were estimated as well. Immediately after spreading water on ice surface, ice-surface scattering was the strongest due to high dielectric constant of surface water while volume and ice-bottom scatterings were very weak due to low microwave transmissivity into ice body. As surface water was being frozen, ice-surface scattering became weak with decreasing dielectric constant while volume and ice-bottom scattering increased due to higher transmissivity into ice body. In a transition stage, when surface water was almost frozen, all three scatterings increased simultaneously. Crystallization of ice produced rougher surface overcoming the decrease in dielectric constant, resulting in the increase of ice-surface scattering, while volume and ice-bottom scattering was continuously increased due to increasing transmissivity. At the end of the experiment, air temperature rose above freezing point, and ice surface thawed again so that ice-surface scattering increased while volume and ice-bottom scattering were decreased.
Tidal deformation characteristics of Campbell Glacier Tongue, East Antarctica, were analyzed by using 120 Double-Differential InSAR (DDInSAR) images as a set of combinations out of 16 COSMO-SkyMed one-day tandem InSAR image pairs obtained from the year 2010 to 2011. The linear regression between DDInSAR-derived tidal deflection and the inverse barometer effect-corrected Ross_Inv tide model provided the deflection coefficient of 0.918 with the highest R2 of 0.964 than other tide models such as TPXO7.1, FES2004, and CATS2008a. This implies that Campbell Glacier Tongue is in a partially hydrostatic equilibrium state instead of free-floating. The elastic damping factor and ice thickness were estimated to be 0.810±0.096 km-1 and 418±86 m, respectively, by an 1-dimensional elastic ice beam model at the western part of hinge zone where the grounding line is perpendicular to the ice flow. The 2-dimensional finite element analysis of the hinge zone proved that the grounding line extends to the eastern part of Campbell Glacier Tongue.
Sea ice concentration calculated from the AMSR-E onboard Aqua satellite by using NASA Team2 sea ice algorithm has proven to be very accurate over sea ice in Antarctic Ocean. When glacial ice such as icebergs and ice shelves are dominant in an AMSR-E footprint, the accuracy of the ice concentration calculated from NASA Team2 algorithm is not well maintained due to the different microwave characteristics of the glacial ice from sea ice. The concentration of sea ice and glacial ice were extracted from two ENVISAT ASAR images of George V Coast in East Antarctica, and compared them with NASA Team2 sea ice concentration. The result showed that the NASA Team2 algorithm accurately estimates ice concentration in sea ice region showing root mean square error (RMSE) of 1.4%, however, that underestimates the concentration of glacial ice (RMSE=26.4%). To interpret the large deviation of estimation over glacial ice, the characteristics of microwave radiation of the glacial ice were analyzed by PR (polarization ratio), GR (spectral gradient ratio), PRR (rotated PR), and dGR domain. It was found that glacial ice occupies a unique region in the PR, GR, PRR, and dGR domain different from other types of ice such as ice type A, B, and C, and open water. This implies that glacial ice can be added as a new category of ice to the AMSR-E NASA Team2 sea ice algorithm.