Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology (한국농림기상학회지)

Korean Society of Agricultural and Forest Meteorology (한국농림기상학회)
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Detection of Irrigation Timing and the Mapping of Paddy Cover in Korea Using MODIS Images Data

MODIS 영상자료를 이용한 관개시기 탐지와 논 피복지도 제작

  • Jeong, Seung-Taek (Department of Environmental Science, Kangwon National University) ;
  • Jang, Keun-Chang (Department of Environmental Science, Kangwon National University) ;
  • Hong, Seok-Yeong (Department of Soil&fertilizer, National Academy of Agriculture Science) ;
  • Kang, Sin-Kyu (Department of Environmental Science, Kangwon National University)
  • 정승택 (국립강원대학교 환경과학과) ;
  • 장근창 (국립강원대학교 환경과학과) ;
  • 홍석영 (국립농업과학원 토양비료관리과) ;
  • 강신규 (국립강원대학교 환경과학과)
  • Received : 2010.11.09
  • Accepted : 2011.06.25
  • Published : 2011.06.30
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Abstract

Rice is one of the world's staple foods. Paddy rice fields have unique biophysical characteristics that the rice is grown on flooded soils unlike other crops. Information on the spatial distribution of paddy fields and the timing of irrigation are of importance to determine hydrological balance and efficiency of water resource management. In this paper, we detected the timing of irrigation and spatial distribution of paddy fields using the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensor onboard the NASA EOS Aqua satellite. The timing of irrigation was detected by the combined use of MODIS-based vegetation index and Land Surface Water Index (LSWI). The detected timing of irrigation showed good agreement with field observations from two flux sites in Korea and Japan. Based on the irrigation detection, a land cover map of paddy fields was generated with subsidiary information on seasonal patterns of MODIS enhanced vegetation index (EVI). When the MODISbased paddy field map was compared with a land cover map from the Ministry of Environment, Korea, it overestimated the regions with large paddies but underestimated those with small and fragmented paddies. Potential reasons for such spatial discrepancies may be attributed to coarse pixel resolution (500 m) of MODIS images, uncertainty in parameterization of threshold values for discarding forest and water pixels, and the application of LSWI threshold value developed for paddy fields in China. Nevertheless, this study showed that an improved utilization of seasonal patterns of MODIS vegetation and water-related indices could be applied in water resource management and enhanced estimation of evapotranspiration from paddy fields.

벼는 전 세계 주요 식량 자원 중 하나이며, 특히 아시아 지역에서 벼 경작이 활발히 이루어지고 있다. 벼를 경작하기 위한 논은 다른 작물과 달리 모내기전에 논에 물을 가둬두며, 많은 양의 물이 관개용수로 사용된다. 따라서 신뢰도 있는 관개시기 및 논의 탐지는 효율적인 수자원 관리 및 물 수지 분석을 위해 반드시 필요한 요소이다. 본 연구에서는 MODIS 자료로부터 산출된 개선된 식생지수(Enhanced Vegetation Index, EVI)와 지표수분지수(Land Surface Water Index, LSWI)를 활용하여 관개시기와 논의 공간분포탐지를 실시했다. 한국의 이천 연구지와 일본 Mase 연구지를 대상으로 MODIS 기반의 관개시기 탐지 결과 관측자료와 각각 1일과 8일정도의 차이를 나타냈다. 이 결과는 MODIS 8일 단위 자료의 오차범위 내에서 신뢰도 있는 관개시기 탐지 결과를 나타낸 것으로 판단된다. 또한 관개시기 탐지 결과를 토대로 한국 전체를 대상으로 MODIS 기반의 논을 탐지하고 환경부 토지피복도의 논과 비교하였다. 그 결과, 논이 넓게 분포한 지역에서는 MODIS가 과대평가하는 결과를 나타냈으며, 규모가 작은 논에 대해서는 과소평가하는 결과를 나타냈다. 이는 MODIS 자료의 공간해상도(500m)가 한국 논의 규모를 표현할 정도로 세밀하지 못한 점과 산림, 도시, 호수 및 강 등을 제거하는 과정에서 오차가 발생했을 것으로 판단된다. 또한 Xiao et al.(2005)이 제안한 LSWI에 대한 임계값(+0.05)은 중국을 대상으로 개발된 값으로, 한국 논의 토지피복 복잡성을 잘 반영하지 못하여 오차를 발생시킨 것으로 사료된다. 따라서 신뢰도 있는 관개시기 및 논 탐지를 위해서는 한국 논의 규모 및 토지피복의 이질성을 체계적으로 고려한 LSWI의 임계값을 개발하여 적용할 필요가 있다.

Keywords

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