Analysis of Lake Water Temperature and Seasonal Stratification in the Han River System from Time-Series of Landsat Images

We have analyzed surface water temperature and seasonal stratification of lakes in the Han river system using time-series Landsat images and in situ measurement data. Using NASA equation, at-satellite temperature is derived from 29 Landsat-5 TM and Landsat-7 ETM+ images obtained from 1994 to 2004, and was compared with in situ surface temperature on river-type dam lakes such as Paro, Chuncheon, Euiam, Chongpyong, Paldang, and with 10m-depth temperature on lake-type dam lake Soyang. Although the in situ temperature at the time of satellite data acquisition was interpolated from monthly measurements, the number of images with standard deviation of temperature difference (at-satellite temperature - in situ interpolated temperature) less than $2^{\circ}C$ was 24 on which a novel statistical atmospheric correction could be applied. The correlation coefficient at Lake Soyang was 0.915 (0.950 after correction) and 0.951-0.980 (0.979-0.997 after correction) at other lakes. This high correlation implies that there exist a mixed layer in the shallow river-like dam lakes due to physical mixing from continuous influx and efflux, and the daily and hourly temperature change is not fluctuating. At Lake Soyang, an anomalous temperature difference was observed from April to July where at-satellite temperature is $3-5^{\circ}C$ higher than in situ interpolated temperature. Located in the uppermost part of the Han river system and its influx is governed only by natural precipitation, Lake Soyang develops stratification during this time with rising sun elevation and no physical mixture from influx in this relatively dry season of the year.

Landsat 시계열 영상을 이용한 한강 수계 호수 수온과 계절적 성충 현상 분석

Landsat 시계열 영상과 실측수온자료를 이용하여 한강 수계 댐호들의 표면수온과 계절적 성층현상을 분석하였다. 1994년에서 2004년까지 29회에 걸쳐 얻어진 Landsat-5, 7 열적외선 영상으로부터 NASA 경험식을 이용하여 호수의 표면수온을 추출하였고, 이를 하천형 댐호인 파로호, 춘천호, 의암호, 청평호, 팔당호의 표층수온, 그리고 호소형 댐호인 소양호의 상층수온(수심 10m) 자료와 비교하였다. 십 수 년간 매월 1회 측정된 수온자료를 위성관측 날짜에 보간하여 사용하였음에도 불구하고, 하천형 댐호들에서는 수온오차(위성관측수온-실측보간수온)의 표준 편차가 $2^{\circ}C$ 이하인 영상이 94개로서, 새로운 통계적 대기보정을 적용할 수 있었다. 실측보간수온과 위성관측수온의 상관계수는 소양호가 0.915 (대기보정 후 0.950), 다른 호수는 0.951-0.980 (대기보정 후 0.979-0.997)로서, 높은 상관성을 보여주었다. 이는 수심이 얕고 인위적인 물의 유입과 유출이 연중 계속되는 하천형 댐호의 표층에는 혼합층이 상시 존재하고 수온의 일변화 및 월변화가 비교적 연속적이기 때문인 것으로 해석되었다. 그러나 소양호에서는 4-7월에 위성관측수온이 실측보간수온보다 $3-5^{\circ}C$ 더 높게 나타나는 이상 수온오차가 관찰되었다. 한강 수계의 최상류에 위치하며 수심이 깊고 자연적인 유입량만이 존재하는 소양호에서 이 시기는 상층수의 물리적 혼합현상이 없이 매우 안정적이고, 일조량 증가에 따라 호수 상층부에 수온약층이 발달하기 때문에, 수심 10m에서 측정된 실측수온보다 위성으로 관측된 표면수온이 연중 비교적 건조한 이 시기에 더 높게 나타나는 것으로 밝혀졌다.