지표와 대기사이에서 식물의 광합성 및 증발산 능력과 밀접하게 관련되어 있는 엽면적지수는 식생밀도를 나타낼때 사용되는 식생지수이다. 본 연구에서는 NOAA-AVHRR 자료를 사용한 엽면적지수를 사용하여 남한지역 엽면적지수의 시공간변화도와 주기성분석을 실시하였고 소양강댐유역, 안동댐유역과 주요 도시의 엽면적지수의 월별, 년별, 계절별 추세를 분석하였다. 추세분석결과 월추세 분석에서는 장기간의 뚜렷한 변동성을 나타내지는 않았지만 겨울과 봄 보다는 여름과 가을에 식생의 밀도가 더 높은 계절적인 요인에 많은 영향을 받는 것을 볼 수 있었다. 시간변화 분석결과 계절변화를 제외한 특별한 장기변동을 확인할 수 없었으며 엽면적지수의 공간 변화는 정규식생지수가 보여주는 지형이나 위도의 변화와 밀접한 관계를 가지는 변화양상을 보여주지 않았다. 이는 농지 및 삼림 등의 인위적 조성으로 인한 엽면적지수의 공간변화도 양상과 관계있다 하겠다.
엽면적지수는 효율적인 산림관리를 수행하기 위해 필요한 정보를 제공한다. 현재 국내 지역에 가용한 고해상도 엽면적지수 자료는 유럽우주국의 Sentinel-2 위성 기반 자료가 있으나 알고리즘 개발에 국내 산림특성이 고려되지 않았고, 국내 지역에 대해 평가가 부족한 상태이다. 본 연구에서는 LAI-2200C 장비를 이용하여 엽면적지수 현장관측을 실시한 뒤, 최근 다양한 연구에서 사용되는 기계학습 알고리즘 및 PROSAIL 복사전달 모델을 기반으로 Sentinel-2 위성의 다중분광 센서 자료를 이용해 엽면적지수를 추정하여 기존 Sentinel-2 기반 엽면적지수 자료와 비교·분석을 진행하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발한 모델은 기존 Sentinel-2 엽면적지수 자료와 비교하였을 때, 평균 bias 및 평균 RMSE의 차이가 각각 0.97 및 0.81로 과소추정 경향을 개선하며 낮은 오류를 나타내었다. 본 연구에서 개발된 엽면적지수 추정 알고리즘은 추후 국토 산림에 대한 보다 개선된 자료를 제공할 가능성을 제시하였다.
광릉숲, 태화산 서울대 학술림, 가리왕산의 낙엽활엽수림에서 연간 낙엽 낙지 생산량과 가을철 낙엽에 의한 수종별 엽면적지수를 산출하고, 간접적인 방법의 것과 비교하였다. 연간 낙엽 낙지 생산량은 천이 단계 증가에 따른 임분의 바이오매스 축적량이나 수종구성 등에 따라 그 양과 비율이 다르게 나타났으며(Table 2), 특히 수종마다 낙엽의 양에 차이는 있지만 모든 임분에서 여름철 이후에 집중되는 경향을 보여(Fig. 1), 가을철의 한시적인 낙엽 수집만으로도 최대 엽면적지수의 추정은 유효한 것으로 나타났다. 더욱이, 이러한 낙엽의 수집으로 낙엽의 양 뿐만 아니라 수종마다 SLA와 탈락시기를 정확하게 추정할 수 있었고(Table 3), 간접방법으로는 불가능하기 때문에 국내에서는 시도되지 않았던 각 수종별 엽면적지수를 국내 최초로 산출 할 수 있었다(Fig. 2). 본 연구를 통하여 수종별 낙엽량과 엽면적지수는 각 수종의 흉고단면적과 유의한 상관관계를 보였으나, 간접방법에 의한 전체 엽면적지수를 흉고단면적의 비율을 곱하여 수종별 엽면적지수로 추정하는 것은 상당한 오차가 발생할 수 있음을 알 수 있었다(Fig. 3). 또한 간접방법에 의한 엽면적지수는 잎의 양이 늘고 밀집도가 높아질수록 과소평가되는 오류가 발생하기 쉽기 때문에(Fig. 4, 5), 직접방법에 의한 엽면적지수와의 평가는 필수적임을 확인할 수 있었다. 따라서, 낙엽에 의한 직접적인 엽면적지수의 측정을 시도함으로써 다양한 수종이 공존하는 우리나라 온대 활엽수림에서 임분의 수종 구성과 밀도, 천이단계, 입지환경 등에 따른 낙엽량과 수종별 엽면적지수의 변화 양상을 정량적으로 확인 할 수 있었다.
1979년에 조신력, 팔달, 진흥, 통일, 밀양2003등 5품종을 공시하여 질소수준을 0kg, 12kg, 18kg/10a에서 재배하여 15회에 걸쳐 조사한 엽후, 엽면적지수, 주당건물중과 수양 및 수양구성요소와의 관계를 주성분분석을 이용하여 분석한 결과는 다음과 같다. 1. 엽후, 엽면적지수, 주당건물중의 시계열데이타의 주성분분석에서 제 1주성분은 전기간의 평균적 크기의 대소를 표시하는 특성으로, 제 2주성분은 엽후, 엽면적지수에서는 변대의 위치, 주당건물중에서는 생육초기의 특성을 표시하는 종합특성치로 도출할 수 있었다. 2. 생장특성을 표시하는 종합특성치(주성분스코아)의 엽후는 품종간 차리가 엽면적지수 및 주당건물중은 질소수준간 차이가 인정되있다. 3. 수양 및 수량구성요소와의 관계에서 임실비율과 주당 수수가 엽면적 및 주당건물중의 스코아와 관계가 있었고 엽후와는 거의 관계가 없었으며 수양에 미치는 영향도 임실비율과 주당수수를 통해서라는 것을 알 수 있었다.
지상측정 및 위성영상탑재 광학센서를 이용하여 벼 주요 생육시기에 대한 군락의 엽질소 함량을 추정하였다. 6월부터 10월에 걸쳐 주요 생육시기 $5{\sim}6$회에 걸쳐 Orbview 및 QuickBird와 같이 4m 이하의 고해상도 다중영상을 취득하였다. 위성영상 취득일에 가능한한 맞추어 인공광원을 사용하는 2종의 능동형 광학 (G)NDVI 센서를 이용한 벼 군락의 반사특성을 측정하였으며 동시에 식물체 샘플링을 통한 생육량, 엽면적지수, 엽질소 함량 등을 분석하였다. 시기별 영상의 분광반사특성 및 (G)NDVI와 벼 생육량 및 엽질소 함량과의 관계를 알아보기 위해 상관분석 및 회귀분석을 수행하였다. 지상센서 및 위성영상 유래 (G)NDVI의 값을 서로 비교해 보면 전체적으로 지상센서를 이용하여 측정한 (G)NDVI값이 위성영상 유래 (G)NDVI값보다 크게 나타났다. 하지만 두 센서 모두 엽면적지수 변화에 따른 (G)NDVI의 변화를 살펴보면 엽면적지수가 2 정도가 될 때까지는 함께 증가하다가 2보다 커지면서는 변화가 없이 머무르는 경향은 같게 나타났다. 엽면적지수의 변화는 군락의 엽질소함량 변화와 선형적인 관계($R^2=0.80$)로 나타났다. 분얼기부터 성숙초기까지의 자료를 이용하여 지상센서 및 위성영상 유래 (G)NDVI를 이용한 벼 군락의 엽질소 함량과의 관계를 살펴보니 지수함수적 관계($R^2=0.90$)로 나타났다. 위성영상 유래 (G)NDVI를 이용한 벼 군락의 엽질소 함량 추정식을 이용하여 신평면 최고쌀 생산단지에 대한 엽질소 함량 지도를 작성하였다.
식물 군락구조계를 이용하여 벼의 품종 및 생육단계별로 엽면적지수를 측정하여 실측치와 비교 분석함으로써 비파괴적 방법으로 엽면적을 측정하고자 동진벼 등 4품종을 공시하여 2년간$('01\~'02)$ 시험한 결과는 다음과 같다. 1. 군락구조계로 측정한 엽면적지수 값(추정치)과 엽면적측정기로 측정한 엽면적지수 값(실측치)과는 고도의 유의적인 상관관계를 나타냈다. 2. 군락구조계로 측정한 엽면적지수와 엽면적기를 이용한 엽면적지수와는 공시품종 모두 고도의 상관이 있었으며 품종간에는 동진벼>소비벼>다산벼> 합천 1호의 순으로 두 측정치가 일치하는 경향이었다. 또한 대부분의 품종에서 엽면적지수가 4내외일 때 두 값이 가장 잘 일치하였다. 3. 비엽중과 엽면적 비율은 생육이 경과함에 따라 적어지는 경향이었고, 품종간에는 다산벼>소비벼$\fallingdotseq$극동진벼> 합천1호의 순으로 컸으며 합천1호는 단위 무게당 엽면적이 $160m^2/kg$내외로 두 측정치 모두 현저히 적었다.
식생 프로세스는 증발산 제어를 통해 강우 유출 프로세스에 상당한 영향을 미치지만, 개념적인 집중형 수문 모형에서는 거의 고려되지 않는다. 본 연구는 인공위성에서 원격으로 감지된 엽면적지수 자료를 표현하는 생태 모듈을 수문 분할 모듈에 통합하여 합천댐 유역에 대한 모형 성능을 평가하였다. 제안된 생태 수문 모형은 습윤 지역의 생태수문 프로세스를 더 잘 표현하기 위하여 크게 세 가지 주요한 특징을 가진다. 1) 식생의 성장률은 유역의 물 부족 스트레스에 의해 제약을 받는다. 2) 식생의 최대 성장은 유역 기후에 의한 에너지에 의해 제약을 받는다. 3) 식생과 대수층의 상호작용이 반영된다. 제안된 모형은 유역 단위의 수문 성분과 식생 동역학을 동시에 모의한다. SCEM 알고리즘에 의해 추정된 모형 매개변수를 이용한 검증 결과로부터 아래와 같은 발견할 수 있었다. 1) 엽면적지수와 하천유량 자료를 이용하여 생태수문모형의 매개변수를 추정하는 것이 생태 모듈이 없는 수문 모형과 비슷한 정확도 및 견고함으로 하천유량을 예측할 수 있다. 2) 필터링이 안된 원격으로 감지된 엽면적지수를 그대로 입력자료로 이용하는 것은 하천유량 예측에 도움이 안된다. 3) 통합된 생태수문모형은 엽면적지수의 계절적인 변동성에 대한 우수한 추정치를 제공할 수 있다.
수문모형은 많은 물리적, 식생적, 기후적, 인위적 요소들의 결과로 기인하는 수문학적 특성을 나타내는 유역의 복잡한 시스템을 현실적으로 표현하는 도구로써 인식되어 왔다. 공간적으로 분포된 수문모형들은 1960년대 처음으로 개발되었으며, 수문학과 수자원관리 분야에서 원격탐사데이터와 지리정보시스템의 그 역할은 급속도록 증가하였다. 비록 원격탐사자료가 수문학분야에 실제 적용된 경우는 매우 적지만, 그 효용성은 크다고 할 수 있다. 수문 모델링과 모니터링분야에서 원격탐사 자료를 이용함에 있어 가장 큰 장점 중의 하나는 시공간적인 정보를 지속적으로 생산할 수 있게 되었다는 점이다. 이와 같은 능력은 성공적인 모형의 분석과 예측, 검증을 위한 작업에 필수적이다. 본 연구는 준 분포형 수문학적 모형인 SLURP 모형을 경안천 유역을 대상으로 적용하였으며, MODIS 위성영상을 이용하여 제작한 엽면적지수(LAI), 정규식생지수(NDVI)를 수문모형의 입력자료로 활용하여 경안 수위표 지점에서 일 유출량 모의를 실시하였다. 또한, 각각의 원격탐사 자료가 모의된 증발산량의 민감도에 어떤 영향을 미치는 가를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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