Spatial and temporal variabilities of NPP(Net Primary Production) retrieved from two satellite instruments, AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer, 1981-2000) and MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer, 2000-2006), were investigated. The range of mean NPP from A VHRR and MODIS were estimated to be 894-1068 $g{\cdot}C/m^2$/yr and 610-694.90 $g{\cdot}C/m^2$/yr, respectively. The discrepancy of NPP between the two instruments is about 325 $g{\cdot}C/m^2$/yr, and MODIS product is generally closer to the ground measurement than AVHRR despite the limitation in direct comparison such as spatial resolution and vegetation classification. The higher NPP values over South Korea are related to the regions with higher biomass (e.g., mountains) and higher annual temperature. The interannual NPP trends from the two satellite products were computed, and both mean annual trends show continuous NPP increase; 2.14 $g{\cdot}C/m^2$/yr from AVHRR(1981-2000) and 6.08 $g{\cdot}C/m^2$/yr from MODIS (2000-2006) over South Korea. Specifically, the higher increasing trends over the Southwestern region are likely due to the increasing productivity of crop fields from sufficient irrigation and fertilizer use. The retrieved NPP shows a closer relationship between monthly temperature and precipitation, which results in maximum correlation during summer monsoons. The difference in the detection wavelength and model schemes during the retrieval can make a significant difference in the satellite products, and a better accuracy in the meterological and land use data and modeling applications will be necessary to improve the satellite-based NPP data.
Kim, Tae-Sung;Park, Kyung-Ae;Choi, Won-Moon;Hong, Sungwook;Choi, Byoung-Cheol;Shin, Inchul;Kim, Kyung-Ryul
Korean Journal of Remote Sensing
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v.28
no.5
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pp.477-487
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2012
Sea surface winds in the sea off the east coast of Korea were derived from L-band ALOS (Advanced Land Observing Satellite) PALSAR (Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar) data and their characteristics of errors were analyzed. We could retrieve high-resolution wind vectors off the east coast of Korea including the coastal region, which has been substantially unavailable from satellite scatterometers. Retrieved SAR-wind speeds showed a good agreement with in-situ buoy measurement by showing relatively small an root-mean-square (RMS) error of 0.67 m/s. Comparisons of the wind vectors from SAR and scatterometer presented RMS errors of 2.16 m/s and $19.24^{\circ}$, 3.62 m/s and $28.02^{\circ}$ for L-band GMF (Geophysical Model Function) algorithm 2009 and 2007, respectively, which tended to be somewhat higher than the expected limit of satellite scatterometer winds errors. L-band SAR-derived wind field exhibited the characteristic dependence on wind direction and incidence angle. The previous version (L-band GMF 2007) revealed large errors at small incidence angles of less than $21^{\circ}$. By contrast, the L-band GMF 2009, which improved the effect of incidence angle on the model function by considering a quadratic function instead of a linear relationship, greatly enhanced the quality of wind speed from 6.80 m/s to 1.14 m/s at small incident angles. This study addressed that the causes of wind retrieval errors should be intensively studied for diverse applications of L-band SAR-derived winds, especially in terms of the effects of wind direction and incidence angle, and other potential error sources.
Kim, Seoyeon;Jeong, Yemin;Cho, Subin;Youn, Youjeong;Kim, Nari;Lee, Yangwon
Korean Journal of Remote Sensing
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v.36
no.6_1
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pp.1465-1483
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2020
Evapotranspiration is a concept that includes the evaporation from soil and the transpiration from the plant leaf. It is an essential factor for monitoring water balance, drought, crop growth, and climate change. Actual evapotranspiration (AET) corresponds to the consumption of water from the land surface and the necessary amount of water for the land surface. Because the AET is derived from multiplying the crop coefficient by the reference evapotranspiration (ET0), an accurate calculation of the ET0 is required for the AET. To date, many efforts have been made for gridded ET0 to provide multiple products now. This study presents a comparison between the ET0 products such as FAO56-PM, LDAPS, PKNU-NMSC, and MODIS to find out which one is more suitable for the local-scale hydrological and agricultural applications in Korea, where the heterogeneity of the land surface is critical. In the experiment for the period between 2016 and 2019, the daily and 8-day products were compared with the in-situ observations by KMA. The analyses according to the station, year, month, and time-series showed that the PKNU-NMSC product with a successful optimization for Korea was superior to the others, yielding stable accuracy irrespective of space and time. Also, this paper showed the intrinsic characteristics of the FAO56-PM, LDAPS, and MODIS ET0 products that could be informative for other researchers.
Experiments for validation of surface reflectance produced by Korea Multi-Purpose Satellite (KOMPSAT-3A) were conducted using Chinese Baotou (BTCN) data among four sites of the Radical Calibration Network (RadCalNet), a portal that provides spectrophotometric reflectance measurements. The atmosphere reflectance and surface reflectance products were generated using an extension program of an open-source Orfeo ToolBox (OTB), which was redesigned and implemented to extract those reflectance products in batches. Three image data sets of 2016, 2017, and 2018 were taken into account of the two sensor model variability, ver. 1.4 released in 2017 and ver. 1.5 in 2019, such as gain and offset applied to the absolute atmospheric correction. The results of applying these sensor model variables showed that the reflectance products by ver. 1.4 were relatively well-matched with RadCalNet BTCN data, compared to ones by ver. 1.5. On the other hand, the reflectance products obtained from the Landsat-8 by the USGS LaSRC algorithm and Sentinel-2B images using the SNAP Sen2Cor program were used to quantitatively verify the differences in those of KOMPSAT-3A. Based on the RadCalNet BTCN data, the differences between the surface reflectance of KOMPSAT-3A image were shown to be highly consistent with B band as -0.031 to 0.034, G band as -0.001 to 0.055, R band as -0.072 to 0.037, and NIR band as -0.060 to 0.022. The surface reflectance of KOMPSAT-3A also indicated the accuracy level for further applications, compared to those of Landsat-8 and Sentinel-2B images. The results of this study are meaningful in confirming the applicability of Analysis Ready Data (ARD) to the surface reflectance on high-resolution satellites.
The sigma naught (${\sigma}^0$) equation is essential to calculate geo-physical properties from Synthetic Aperture Radar (SAR) images for the applications such as ground target identification,surface classification, sea wind speed calculation, and soil moisture estimation. In this paper, we are suggesting new Kompsat-5 (K5) Radar Cross Section (RCS) and ${\sigma}^0$ equations reflecting the final SAR processor update and absolute radiometric calibration in order to increase the application of K5 SAR images. Firstly, we analyzed the accuracy of the K5 RCS equation by using trihedral corner reflectors installed in the Kompsat calibration site in Mongolia. The average difference between the calculated values using RCS equation and the measured values with K5 SAR processor was about $0.2dBm^2$ for Spotlight and Stripmap imaging modes. In addition, the verification of the K5 ${\sigma}^0$ equation was carried out using the TerraSAR-X (TSX) and Sentinel-1A (S-1A) SAR images over Amazon rainforest, where the backscattering characteristics are not significantly affected by the seasonal change. The calculated ${\sigma}^0$ difference between K5 and TSX/S-1A was less than 0.6 dB. Considering the K5 absolute radiometric accuracy requirement, which is 2.0 dB ($1{\sigma}$), the average difference of $0.2dBm^2$ for RCS equation and the maximum difference of 0.6 dB for ${\sigma}^0$ equation show that the accuracies of the suggested equations are relatively high. In the future, the validity of the suggested RCS and ${\sigma}^0$ equations is expected to be verified through the application such as sea wind speed calculation, where quantitative analysis is possible.
NASA MODIS GPP provides a useful tool to monitor global terrestrial vegetation productivity. Two major problems of NASA GPP in regional applications are coarse spatial resolution ($1.25^{\circ}{\times}1^{\circ}$) of DAO meteorological data and cloud contamination of MODIS FPAR product. In this study, we improved the NASA GPP by using enhanced input data of high spatial resolution (3 km${\times}$3 km) WRF meteorological data and cloud-corrected FPAR over the North Korea. The improved GPP was utilized to investigate characteristics of GPP interannual variation and spatial patterns from 2000 to 2008. The GPP varied from 645 to 863 $gC\;m^{-2}\;y^{-1}$ in 2000 and 2008, respectively. Mixed forest showed the highest GPP (1,076 $gC\;m^{-2}\;y^{-1}$). Compared to NASA GPP (790 $gC\;m^{-2}\;y^{-1}$);FPAR enhancement increased GPP (861) but utilization of WRF data decreased GPP (710). Enhancements of both FPAR and meteorological input resulted in GPP increase (809) and the improvement was the greatest for mixed forest regions (+10.2%). The improved GPP showed better spatial heterogeneity reflecting local topography due to high resolution WRF data. It is remarkable that the improved and NASA GPPs showed distinctly different interannual variations with each other. Our study indicates improvement of NASA GPP by enhancing input variables is necessary to monitor region-scale terrestrial vegetation productivity.
Observation of hydrometeors' behavior in the atmosphere is important to understand weather and climate. By conventional observations, we can get the distribution of water vapor at limited number of points on the earth. In this study, the precipitable water has been estimated from the split window channel data on GMS-5 based upon the technique developed by Chesters et al.(1983). To retrieve the precipitable water, water vapor absorption parameter depending on filter function of sensor has been derived using the regression analysis between the split window channel data and the radiosonde data observed at Osan, Pohang, Kwangiu and Cheju staions for 4 months. The air temperature of 700 hPa from the Global Spectral Model of Korea Meteorological Administration (GSM/KMA) has been used as mean air temperature for single layer radiation model. The retrieved precipitable water for the period from August 1996 through December 1996 are compared to radiosonde data. It is shown that the root mean square differences between radiosonde observations and the GMS-5 retrievals range from 0.65 g/$cm^2$ to 1.09 g/$cm^2$ with correlation coefficient of 0.46 on hourly basis. The monthly distribution of precipitable water from GMS-5 shows almost good representation in large scale. Precipitable water is produced 4 times a day at Korea Meteorological Administration in the form of grid point data with 0.5 degree lat./lon. resolution. The data can be used in the objective analysis for numerical weather prediction and to increase the accuracy of humidity analysis especially under clear sky condition. And also, the data is a useful complement to existing data set for climatological research. But it is necessary to get higher correlation between radiosonde observations and the GMS-5 retrievals for operational applications.
SAR ground moving target indicator (GMTI) has long been an important issue for SAR advanced applications. As spatial resolution of space-borne SAR system has been significantly improved recently, the GMTI becomes a very useful tool. Various GMTI techniques have been developed particularly using multi-channel SAR systems. It is, however, still problematic to detect ground moving targets within single channel SAR images while it is not practical to access high resolution multi-channel space-borne SAR systems. Once a ground moving target is detected, it is possible to retrieve twodimensional velocities of the target from single channel space-borne SAR with an accuracy of about 5 % if moving faster than 3 m/s. This paper presents a quick-and-dirty method for detecting ground moving targets from single channel SAR single-look complex (SLC) images by differentiation. Since the signal powers of derivatives present Doppler centroid and rate, it is very efficient and effective for detection of non-stationary targets. The derivatives correlate well with velocities retrieved by a precise method with a correlation coefficient $R^2$ of 0.62, which is well enough to detect the ground moving targets. While the approach is theoretically straightforward, it is necessary to remove the effects of residual Doppler rate before finalizing the ground moving target candidates. The confidence level of results largely depends on the efficiency and effectiveness of the residual Doppler rate removal method. Application results using TerraSAR-X and truck-mounted corner reflectors validated the efficiency of the method. While the derivatives of moving targets remain easily detectable, the signal energy of stationary corner reflectors was suppressed by about 18.5 dB. It results in an easy detection of ground targets moving faster than 8.8 km/h. The proposed method is applicable to any high resolution single channel SAR systems including KOMPSAT-5.
For traditional spent fuel shielding materials, due to physical and chemical defects and cost constraints, they have been unable to meet the needs. Therefore, this paper carries out the first discussion on the application and performance of bismuth in neutron shielding by establishing Monte Carlo simulation on the neutron flux model of shielded spent fuel. Firstly, functional fillers such as bismuth oxide, lead oxide, boron oxide, gadolinium oxide and tungsten oxide are added to the matrices to compare the shielding rates of aluminum alloy matrix and silicone rubber matrix. The shielding rate of silicone rubber mixture is higher than aluminum alloy mixture, reaching more than 56%. The optimal addition proportion of bismuth oxide and lead oxide is 30%, and the neutron radiation protection efficiency reaches 60%. Then, the mass attenuation coefficients of bismuth oxide, lead oxide, boron oxide, gadolinium oxide and tungsten oxide in silicone rubber matrix are simulated with the change of functional fillers proportion and neutron energy. This simulation result shows that the mixture with functional fillers has good shielding performance for low energy neutrons, but poor shielding effect for high energy neutrons. Finally, in order to further evaluate the possibility of replacing lead oxide with bismuth oxide as shielding material, the half-value layers and various properties of bismuth oxide and lead oxide are compared. The results show that the shielding properties of bismuth oxide and lead oxide are basically the same, and the mechanical properties, heat resistance, radiation resistance and environmental protection of bismuth oxide are better than that of lead oxide. Therefore, in the case of neutron source strengths in the range of 0.01-6 MeV and secondary gamma rays produced below 2.5 MeV, bismuth can replace lead in neutron shielding applications.
Dong-Hyun Kwak;Seung-il Jeon;Jung-rak Choi;Min-Seok Han
The Journal of Korea Institute of Information, Electronics, and Communication Technology
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v.16
no.6
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pp.478-488
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2023
This paper investigates the naval application of laser communication as a potential replacement for traditional acoustic wave communication in underwater environments. We developed a laser transceiver using Arduino and MATLAB, conducting a water tank experiment to validate communication feasibility across diverse underwater conditions. In the first experiment, when transmitting data through a laser, the desired message was converted into data and transmitted, received, and confirmed to be converted into the correct message. In the second experiment, the operation of communication in underwater situations was confirmed, and in the third experiment, the intensity of light was measured using the CDS illuminance sensor module and the limits of laser communication were measured and confirmed in various underwater situations. Additionally, MATLAB code was employed to gather data on salinity, water temperature, and water depth for calculating turbidity. Optimal wavelength values (532nm, 633nm, 785nm, 1064nm) corresponding to calculated turbidity levels (5, 20, 55, 180) were determined and presented. The study then focuses on analyzing potential applications in naval tactical communication, remote sensing, and underwater drone control. Finally, we propose measures for overcoming current technological limitations and enhancing performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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