• 한국지구과학회지
• /
• 제42권6호
• /
• pp.632-645
• /
• 2021

위성 해수면온도 합성장은 수치예보모델의 입력 자료 및 지구온난화와 기후 변화 연구에 활용되는 중요한 자료이다. 본 연구에서는 2007년부터 2018년까지 6종류의 위성 해수면온도 합성장 자료를 수집하여 한반도 주변 해역에서 각 해수면온도 합성장 자료의 공간 분포 특성을 분석하였다. 기상청 해양기상부이 실측 수온 자료와 해수면온도 합성장 자료의 시계열을 비교하고 오차의 최대값 및 최대값이 나타나는 시기를 분석하였다. 황해 연안에 위치한 덕적도와 칠발도 부이에서 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 차는 1년주기 또는 반년주기의 높은 변동성을 보였다. 포항 부이에서는 강한 용승에 의해 냉수대가 발생한 2013년 여름철에 높은 수온 차가 나타났다. 해수면온도 자료의 시계열을 활용하여 스펙트럼 분석을 수행한 결과, 일별 위성 해수면온도 합성장은 약 1개월 이상의 주기에서는 실측 자료와 유사한 스펙트럼 에너지를 보였다. 반면 위성 해수면온도 합성장과 실측 수온의 스펙트럼 에너지의 차는 시간 주파수가 증가할수록 증가하는 경향을 보였다. 이는 위성 해수면온도 합성장 자료가 연안 부근 수온의 시간적 변동성을 적절하게 표현하지 못하였을 가능성을 시사한다. 위성 해수면온도 영상의 해양 전선은 공간 구조와 강도의 측면에서 위성 해수면 온도 합성장 자료 간 차이점을 보였다. 해수면온도 합성장에서 표현되는 공간 규모 또한 공간 스펙트럼 분석을 통해 조사하였다. 그 결과 고해상도 해수면온도 합성 영상이 저해상도 해수면온도 영상보다 상대적으로 중규모 해양 현상의 공간 구조를 더 잘 표현하였다. 따라서 실제 중규모 해양 현상을 보다 구체적으로 표현할 수 있는 위성 해수면온도 합성장 생산을 위한 고도의 기술 개발이 필요하다.

• 대한원격탐사학회:학술대회논문집
• /
• 대한원격탐사학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
• /
• pp.360-366
• /
• 2009

AQUA/AMSR-E 인공위성 자료를 활용하여 3차원 최적내삽 해수면온도 합성장을 생산하였고 시간평균장과 비교하여 문제점과 한계점을 기술하였다. 3-D SST 합성장은 북태평양 중앙부에서 전체적으로 $0.05^{\circ}C$ 이하의 작은 오차를 보였으나, 위성 결측이 있는 연안에서는 $0.4^{\circ}C$ 이상의 비교적 큰 오차를 유발하였다. 강한 강수나 구름으로 인한 결측이 있는 부분에서는 $0.1\sim0.15^{\circ}C$에 달하는 오차를 보였다. 시간평균장과 비교한 결과, 구름 부근의 화소에서는 해수면온도를 낮게 계산하는 경향이 있었으며, 해수면온도의 공간적 구배를 감소시키는 평활화가 전체적으로 나타났다. 저위도에서 OI SST는 실제 해수면온도에는 없는 불연속성을 만드는 경향이 있었고, 이는 OI 과정에서 사용한 윈도우의 크기와 해양 현상의 수평 규모가 위도에 따라 변화하는데서 기인하였다. 현상의 공간 규모의 척도인 로스비 내부 변형 반경은 북태평양에서 O(1) 정도로 위도에 따른 공간적 변화가 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 SST 합성장 생산 과정에 위도와 해수의 수직적 밀도 구조와 밀접한 관련이 있는 해양 현상의 수평적 규모의 시공간적 변동 특성을 고려해야 함을 제시한다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제40권6호
• /
• pp.613-623
• /
• 2019

지난 수십년 동안 인공위성을 통해 광범위하고 주기적으로 관측된 해수면온도 자료를 사용하여 일별 해수면온도 합성장이 생산되고 있으며 기후변화 감시와 해양 대기 예측 등 다양한 목적으로 활용되어 왔다. 본 연구에서는 지역적인 해역에서 최적화된 활용을 위해 한반도 주변해역에서 해수면온도 합성장 자료의 정확도 평가와 오차 특성 분석을 수행하였다. 2016년 1월부터 12월까지 이어도 해양과학기지 관측 수온 자료를 활용하여 4종의 다중 인공위성 기반 해수면온도 합성장 자료(OSTIA (Operational Sea Surface Temperature and Sea Ice Analysis), OISST (Optimum Interpolation Sea Surface Temperature), CMC (Canadian Meteorological Centre) 해수면온도 및 MURSST (Multi-scale Ultra-high Resolution Sea Surface Temperature))를 비교하여 각 해수면온도 합성장의 정확도를 평가하였다. 이어도 해양과학기지 수온 자료에 대하여 각 해수면온도 합성장은 최소 0.12℃ (OISST)와 최대 0.55℃ (MURSST)의 편차와 최소 0.77℃ (CMC 해수면온도)와 최대 0.96℃ (MURSST)의 평균 제곱근 오차를 나타냈다. 해수면온도 합성장 사이의 상호 비교 결과에서는 -0.38-0.38℃의 편차와 0.55-0.82℃의 평균 제곱근 오차의 범위를 보였으며 OSTIA와 CMC 해수면온도 자료가 가장 작은 오차 특성을 보인 반면 OISST와 MURSST 자료는 가장 큰 오차 특성을 나타내었다. 이어도 해양과학기지와 가장 가까운 지점에서 해수면온도 합성장 자료를 추출하여 시계열을 비교한 결과에서는 이어도 해양과학기지 관측 수온 뿐만 아니라 모든 해수면온도 합성장 자료에서 뚜렷한 계절 변동을 보였으나 봄철 해수면온도 합성장은 이어도 해양과학기지 관측 수온에 비해 과대추정되는 경향이 나타났다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제17권3호
• /
• pp.197-202
• /
• 2011

본 연구는 다종 위성 자료를 활용한 해수면온도 합성 기법에 대한 연구이다. 현재 많은 연구자들이 사용하고 있는 NGSST 알고리듬은 위성에 따른 정확도를 고려하지 않고 시 공간 상관도만을 계산하여 해당 픽셀의 값을 추정한다. 본 연구에서는 위성 센서별로 가지고 있는 정확도를 추가로 고려한 해수면온도 합성기법을 제안하고 기존 알고리듬과의 비교를 수행하였다. 합성장을 산출하는데 사용된 센서는 적외 센서인 MODIS, AVHRR 그리고 마이크로파 센서인 AMSR-E를 사용하였고, 2011년 4월 4일을 기준으로 5 km의 공간해상도를 갖는 일일 해수면 온도 합성장을 비교하였다. 부이와의 비교 결과, 기존 방법(NGSST Method)과 제안 방법(New Method)에 의한 표준편차는 각각 $0.15^{\circ}C$와 $0.12^{\circ}C$이었다. 또한 기존 방법보다 제안 방법에 의한 해수면온도 값은 연안을 제외한 대부분의 해역에서 다소 높게 산출이 되었다. 현 단계에서 정량적인 평가는 어렵지만, 본 연구를 통하여 해수면온도 합성기법에 대한 연구 방향이 제시되었다고 판단된다.

• 대한원격탐사학회지
• /
• 제38권5_2호
• /
• pp.707-723
• /
• 2022

위성기반 해수면온도는 광역 모니터링이 가능한 장점이 있지만, 다양한 환경적 그리고 기계적 이유로 인한 시공간적 자료공백이 발생한다. 자료공백으로 인한 활용성의 한계가 있으므로, 공백이 없는 자료 생산이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 한반도 주변 해역에 대해 극궤도와 정지궤도 위성에서 생산되는 해수면온도 자료를 두 단계의 기계학습을 통해 융합하여 4 km의 공간해상도를 가지는 일별 해수면온도 합성장을 만들었다. 첫번째 복원 단계에서는 Data INterpolate Convolutional AutoEncoder (DINCAE) 모델을 이용하여 다종 위성기반 해수면온도 자료를 합성하여 복원하였고, 두번째 보정 단계에서는 복원된 해수면온도 자료를 현장관측자료에 맞춰 Light Gradient Boosting Machine (LGBM) 모델로 학습시켜 최종적인 일별 해수면온도 합성장을 만들었다. 개발된 모델의 검증을 위해 복원 단계에서 무작위 50일의 자료 중 일부분을 제거하여 복원한 뒤 제거된 영역에 대해 검증하였으며, 보정 단계에서는 Leave One Year Out Cross Validation (LOYOCV) 기법을 이용하여 현장자료와의 정확도를 검증하였다. DINCAE 모델의 해수면온도 복원 결과는 상당히 높은 정확도(R²=0.98, bias=0.27℃, RMSE=0.97℃, MAE=0.73℃)를 보였다. 두번째 단계의 LGBM 보정 모델의 정확도 개선은 표층 뜰개 부이와 계류형 부이 현장자료와의 비교에서 모두 상당한 향상(RMSE=∆0.21-0.29℃, rRMSE=∆0.91-1.65%, MAE=∆0.17-0.24℃)을 보여주었다. 특히, 모든 현장 자료를 이용한 보정 모델의 표층 뜰개 부이와의 정확도는 동일한 현장 자료가 동화된 기존 해수면온도 합성장보다 나은 정확도를 보였다. 또한 LGBM 보정 모델은 랜덤포레스트(random forest)를 사용한 선행연구에서 보고된 과적합의 문제를 상당부분 해결하였다. 보정된 해수면온도는 기존의 초고해상도 해수면온도 합성장들과 유사한 수준으로 수온 전선과 와동 등의 중규모 해양현상을 뚜렷하게 모의하였다. 본 연구는 다종위성 자료와 기계학습 기법을 사용해 시공간적 공백 없는 고해상도 해수면온도 합성장 제작 방법을 제시하였다는 점에서 가치가 있다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제39권6호
• /
• pp.555-567
• /
• 2018

본 연구에서는 서해 연안에서의 실측-위성 해수면온도 차이를 규명하고 그 특성을 분석하기 위해 GCOM-W1/AMSR2 마이크로파 해수면온도 자료와 서해 연안에 위치한 덕적도, 칠발도, 외연도 해양기상 부이의 실측 수온 자료를 활용하여 2012년 7월부터 2017년 12월까지 총 6,457개의 일치점 자료를 생산하였다. 5년 이상의 덕적도, 칠발도, 외연도 해양 부이 수온 자료와 AMSR2 해수면온도를 비교하여 정확도를 제시하였다. 마이크로파 위성 해수면온도와 현장 관측 부이 해수면온도 간의 차이는 풍속과 수온 등 환경 요인에 대한 의존성을 가지는 것으로 나타났다. 낮시간 풍속이 약할 때 ($<6ms^{-1}$) AMSR2 해수면온도는 실측 해수면온도보다 높게 산출되며, 밤시간에 대해서는 풍속이 커질수록 양의 편차가 증가함을 밝혔다. 또한 AMSR2 해수면온도와 실측 해양부이 수온 간의 차이가 증가하는 경향은 낮은 온도에서 마이크로파 센서의 민감도의 저하와 육지에 의한 자료오염과 관련이 있는 것으로 나타났다. 실측-위성 해수면온도 차이를 월별로 도시해본 결과, 마이크로파 위성 해수면온도의 편차는 강한 바람이 부는 겨울철에 가장 커진다고 알려져 있던 기존의 경향성과는 달리 덕적도, 칠발도 부이에서는 여름철 가장 큰 해수면온도 편차값이 나타났다. 이러한 차이는 부이의 위치에 따른 조석 혼합의 공간적 차등에 기인한 것으로 사료된다. 본 연구는 인공위성 합성장에 기여도가 높은 마이크로파 위성 해수면온도를 사용할 때 한반도 서해안에서 발생할 수 있는 문제점과 제한점을 제시하였다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제30권2호
• /
• pp.223-233
• /
• 2009

AQUA/AMSR-E 인공위성 자료를 활용하여 3차원 최적내삽 해수면온도 합성장을 생산하였고 시간평균장과 비교하여 문제점과 한계점을 기술하였다. 3-D SST 합성장은 북태평양 중앙부에서 전체적으로 $0.05^{\circ}C$ 이하의 작은 오차를 보였으나, 위성 결측이 있는 연안에서는 $0.4^{\circ}C$ 이상의 비교적 큰 오차를 유발하였다. 강한 강수나 구름으로 인한 결측이 있는 부분에서는 $0.1-0.15^{\circ}C$에 달하는 오차를 보였다. 시간평균장과 비교한 결과, 구름 부근의 화소에서는 해수면온도를 낮게 계산하는 경향이 있었으며, 해수면온도의 공간적 구배를 감소시키는 평활화가 전체적으로 나타났다. 적도 부근 저위도에서 OI SST는 실제 해수면온도에는 없는 불연속성을 만드는 경향이 있었고, 이는 OI 과정에서 사용한 윈도우의 크기와 해양 현상의 수평 규모가 위도에 따라 변화하는데서 기인하였다. 현상의 공간 규모의 척도인 로스비 내부변형 반경은 북태평양에서 O(1) 정도로 위도에 따른 공간적 변화가 큰 것으로 나타났다. 본 연구는 SST합성장 생산과정에 위도와 해수의 수직적 밀도 구조와 밀접한 관련이 있는 해양 현상의 수평적 규모의 시공간적 변동 특성을 고려해야 함을 제시한다.