• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2015.05a
• /
• pp.470-470
• /
• 2015

본 연구의 목적은 위성영상 기반의 SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land) 모형과 SWAT(Soil and Water Assessment Tool) 수문모형을 용담댐 유역($922.3km^2$)에 적용하여 증발산량을 산정하고 모형 간 공간 증발산량의 비교를 통해 각 모형의 적용성을 평가하는데 있다. 이를 위해 SEBAL모형의 입력자료로 Terra MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectrometer) Product 중 Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo 영상을 2012년부터 2013년까지 월단위로 구축하고, 일단위의 Land Surface Temperature(LST) 영상을 구축하였다. 지형자료로는 Digital Elevation Model(DEM)과 Land use를 구축하였으며 SEBAL 모형의 구동을 위한 위성영상 및 지형자료는 500 m의 공간해상도로 재구축하였다. SWAT 모형의 모의를 위해 기상 및 유량 자료를 2000년부터 2013년까지 일단위로 구축하였고, DEM, Land use, 토양도의 지형자료를 30 m의 공간해상도로 구축하였다. SWAT 모형의 유출 검보정 후 수위관측소 지점에서 평균 $R^2$를 산정한 결과 도치(0.80), 동향(0.72), 석정(0.64), 주천(0.80), 천천(0.80), 용담댐(0.72)로 높은 상관성을 나타냈으며, 유출 검보정 후 SWAT 모형의 증발산량 모의 결과를 바탕으로 SEBAL 모형과의 공간 증발산량을 비교하였다. 두 모형의 증발산량은 SEBAL 모형의 경우 지형에 따라 SWAT 모형은 토양 특성에 따라 분포하는 경향이 다르게 나타났다. SEBAL 모형은 주로 저지대에서 증발산량이 높게 산정되며 고지대로 갈수록 감소하여 증발산량이 지형의 고저차에 따라 분포하는 모습을 보였다. SWAT 모형은 토양 특성에 따라 증발산량이 분포하며 유역 내에서 뚜렷한 차이를 나타내지는 않았다. 월별 총 증발산량은 SWAT 모형의 경우 7~8월에 약 90 mm/mon로 가장 높게 나타나고 1~2월은 0 mm/mon로 계절별 변화폭이 컸으나, SEBAL 모형의 경우 5~6월에 증발산량이 약 60 mm/mon로 가장 높게 나타났고 계절별 변화 폭이 SWAT 모형에 비해 적은 모습을 보였다. 이는 위성영상을 기반으로 하는 SEBAL 모형의 특성상 장마 기간에 해당하는 7~8월은 구름으로 인해 일사량이 적게 계산되고, 그 결과 5~6월에 비해 증발산량이 작게 산정되는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the KSRS Conference
• /
• 2009.03a
• /
• pp.129-133
• /
• 2009

본 연구에서 소개할 SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) (Bastiaanssen, 1995) 모형은 Landsat이나 NOAA 또는 MODIS 같은 원격탐사 위성으로부터 획득한 디지털 이미지 데이터(위성영상)를 이용하여, 지표에서 일어나는 증발산과 기타의 에너지 교환을 계산하는 이미지-프로세싱 모델이다. SEBAL 모형은 1995년 Bastiaanssen에 의해 처음 제안되었고, 미국의 Idaho 주립대학과 Idaho Department of Water Resources에서 NASA와 기업의 지원을 받아 활발히 연구 되었으며, 25개의 sub model들을 이용하여 지표의 증발산량과 기타 여러 에너지 교환을 계산한다. 여기서, 열적외선 방사, 표시 및 근적외선 측정은 Landsat 또는 기타 여러 위성영상을 통해 얻을 수 있으며, SEBAL 모형은 이러한 자료를 활용한다. 모형에서의 증발산량(ET)은 에너지 균형원리를 통해 pixel-by-pixel을 기준으로 계산되며, 본 연구에서 SEBAL 모형은 한강 유역 내의 경안천 유역 증발산량 map 생성을 위해 6개년도 지점 Landsat 위성영상을 이용하어 추정되었다. 연구의 목적은 SEBAL 모형을 통해 생성 된 30m 해상도의 공간 증발산량 map의 활용성 평가와 검증이며, 검증을 위해 FAO Penman-Monteith 공식을 이용하여 추정된 증발산량 값을 이용하였다. 그 결과, 오차가 2.7% 이내로 나타났다.

• Journal of Korea Water Resources Association
• /
• v.49 no.3
• /
• pp.227-239
• /
• 2016

This study is to estimate Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) daily spatial evapotranspiration (ET) comparing with eddy covariance flux tower ET in Seolmacheon mixed forest (SMK) and Cheongmicheon rice paddy (CFK). The SEBAL input data of Albedo, Land Surface Temperature (LST), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) from Terra MODIS products and the meteorological data of wind speed, and solar radiation were prepared for 2 years (2012-2013). For the annual average flux tower ET of 302.8 mm in SMK and 482.0 mm in CFK, the SEBAL ETs were 183.3 mm and 371.5 mm respectively. The determination coefficients ($R^2$) of SEBAL ET versus flux tower ET for total periods were 0.54 in SMK and 0.79 in CFK respectively. The main reason of SEBAL ET underestimation for both sites was from the determination of hot pixel and cold pixel of the day and affected to the overestimation of sensible heat flux.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.47-51
• /
• 2009

증발산량을 산정하는 것은 자연현상과 인문현상을 이해하는 것의 기초가 된다. 이에, 최근 증발산량을 추정하는 많은 연구가 진행되고 있는 가운데 원격탐사 기법을 이용하는 것이 효과적인 것으로 알려지고 있다. 본 연구에서 소개할 SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) (Bastiaanssen, 1995) 모형은 Landsat이나 NOAA 또는 MODIS 같은 원격탐사 위성으로부터 획득한 디지털 이미지 데이터(위성영상)를 이용하여, 지표에서 일어나는 증발산과 기타의 에너지 교환을 계산하는 이미지-프로세싱 모델이다. 우리나라 대상 유역에 위성영상을 사용하여 증발산량을 추정하는 SEBAL 모형의 적용 가능성을 검토하여, 유역 내 증발산량 분포의 시공간적 특성을 분석하고자 하였다. 연구 대상 지역은 유역 면적 약 6661.1km2의 충주댐 유역으로, Terra MODIS 위성영상을 이용하였다. SEBAL 증발산량의 평가를 위해 Penman-Monteith 공식에 의해 계산된 증발산량을 이용하여 비교하였으며, 그 결과 오차가 허용 가능한 10% 이내로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2016.05a
• /
• pp.230-230
• /
• 2016

Hydrological modeling is a very complex task dealing with multi-source of data, but it can be potentially benefited from recent improvements and developments in remote sensing. The estimation of actual land surface evapotranspiration (ET), an important variable in water management, has become possible based entirely on satellite data. This study adopted a Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) with the use of MODerate Resolution Imaging Spectrometer (MODIS) satellite products. The SEBAL model is one of the commonly used approach for the ET estimation. A primary advantage of the SEBAL model is rather its minimum requirement for ground-based weather data. The MODIS provides ET (MOD16) product that is based on the Penman-Monteith equation. This study aims to further develop the SEBAL model by employing a more rigorous parameterization scheme including the estimation of uncertainty associated with parameter and model selection in regression model. Finally, the proposed model is compared with the existing approaches and comprehensive discussion is then provided.

• Proceedings of the Korean Association of Geographic Inforamtion Studies Conference
• /
• 2003.04a
• /
• pp.517-522
• /
• 2003

Exact estimation of evapotranspiration is important to understand natural phenomena and social issues associated with the climate such as irrigation scheme, reservoir water management, and many other meteorological and climatological problems. To overcome limits of point measurement of evapotranspiration, several models have been developed through the techniques of remote sensing and Geographical Information System. SEBAL model is one of them, based on the energy balance equation, and it has a lot of advantages such as that it requires relatively small empirical relations. In this study, the SEBAL model has been calibrated and validated in Geumgang upper basin, Bochung-stream basin, Korea with 5 satellite images Landsat 5 TM. In validation, the results of SEBAL model were compared with those by Merton method. After validation, the spatial and temporal characteristics of the distribution of evapotranspiration within the basin were analyzed with 3 factors, the aspect of slope, the angle of slope, and the land cover.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
• /
• v.30 no.3B
• /
• pp.233-242
• /
• 2010

SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) developed by Bastiaanssen (1995) is an image-processing model comprisedof twenty-five sub models that calculates spatial evapotranspiration (ET) and other energy exchanges at the surface. SEBAL uses image data from Landsat or other satellites measuring thermal infrared radiation, visible and near infrared. In this study, the model was applied to Gyeongancheon watershed, the main tributary of Han river Basin. ET was computed on apixel-by-pixel basis from an energy balance using 4 years (2001-2004) Landsat and MODIS images. The scale effect between Landsat (30 m) and MODIS (1 km) was evaluated. The results both from Landsat and MODIS were compared with FAO Penman-Monteith ET. The absolute errors between satellite ETs and Penman-Monteith ET were within 12%. The spatial and temporal characteristics of ET distribution within the watershed were also analyzed.

• Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
• /
• v.18 no.1
• /
• pp.90-104
• /
• 2015

The purpose of this paper is to build a spatio-temporal evapotranspiration(ET) estimation model using Terra MODIS satellite image and by calibrating with the flux tower ET data from watershed. The fundamentals of spatial ET model, Surface Energy Balance Algorithm for Land(SEBAL) was adopted and modified to estimate the daily ET of Yongdam Dam watershed in South Korea. The daily Normalized Distribution Vegetation Index(NDVI), Albedo, and Land Surface Temperature(LST) from MODIS and the ground measured wind speed and solar radiation data were prepared for 2 years(2012-2013). The SEBAL was calibrated with the forest ET measured by Deokyusan flux tower in the study watershed. Among the model parameters, the important parameters were surface albedo, NDVI and surface roughness in order for momentum transport during calculation of sensible heat flux. As a result of the final calibration, the monthly averaged albedo and NDVI were used because the daily values showed big deviation with unrealistic change. The determination coefficient($R^2$) between SEBAL and flux data was 0.45. The spatial ET reflected the geographical characteristics showing the ET of lowland areas was higher than the highland ET.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2009.05a
• /
• pp.1125-1130
• /
• 2009

우리나라 연간 총수자원 1240억$m^3$ 가운데 42%에 해당하는 517억$m^3$는 증발산을 통해서 하늘로 올라가고 나머지 58%인 723억$m^3$는 하천으로 흘러간다(국토해양부, 2008). 이와 같이 증발산량은 지구 표면에서 대기로의 수증기 이동 현상으로 강수와 더불어 대기의 물 순환 및 수분 이동의 파악에 매우 중요한 지표로 사용되고 있다. 현재 기상청에서는 세계기상기구의 관측 기준에 따라 증발산량을 측정하고, 점추정 자료를 내삽법을 이용하여 유역면적 전체에 적용시키고 있다. 그러나 자연상태에서 증발산에 영향을 주는 요인이 매우 다양하기 때문에 점추정 자료를 통해 유역면적 전체에 대한 증발산량을 추정하는 방법은 많은 오차를 가져올 수 있다(유진웅, 2003). 이를 극복하기 위한 방법으로 RS 기법에 의한 증발산량 추정 방법과 함께 위성으로부터 획득할 수 있는 지표 및 대기 정보를 이용하여 광범위한 지역 내에서 공간적으로 불균일한 수분 분포를 추정하기 위하여 많은 알고리즘이 제안되었다. 본 연구에서는 위성영상을 이용하여 증발산량을 추정하는 모형가운데 SEBAL(Surface Energy Balance Algorithm for Land) Model을 상용소프트웨어에서 구현하고 충청북도에 위치한 미호천 유역에 대해 모형을 적용하여 증발산량을 추정하였다. 위성자료로는 2006년 9월 22일의 Landsat 5 TM 영상을 사용하였으며, DEM은 USGS DEM, 기상자료로는 청주시 기상연보를 활용하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2019.05a
• /
• pp.103-103
• /
• 2019

본 연구에서는 Terra MODIS 위성영상과 Mapping Evapotranspiration at high Resolution with Internalized Calibration (METRIC) 모형을 이용하여 2012년부터 2017년까지 한반도 전국의 증발산량을 산정하고 플럭스 타워 실측 증발산량과 비교하였다. METRIC은 전 세계에 널리 적용된 바 있는 에너지 수지 기반의 Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL) 모형의 개념과 기술을 기반으로 현열(Sensible Heat Flux) 추정 모듈을 개선한 모형이다. 본 연구에서 METRIC 모형은 기존 C#으로 개발되어 있던 SEBAL 코드에서 현열 추정 모듈을 수정하였고 연산 속도 개선을 위해 Python으로 재작성하였다. METRIC 모형의 위성 자료로 Terra MODIS 위성의 MOD13A2(16day, 1km) NDVI, MOD11A1(Daily, 1km) Land Surface Temperature (LST) 및 MCD43A3(Daily, 500m) Albedo를 구축하였으며 500m 공간해상도의 Albedo는 1000m 해상도로 resample하여 활용하였다. 기상자료는 기상청 기상관측소의 풍속, 풍속측정높이, 습도, 10분 간격 이슬점 온도, 일사량 자료를 위성 자료와 같은 공간해상도로 내삽(Interpolation)하여 구축하였다. 모형결과 검증을 위해 국내 플럭스 타워 (설마천, 청미천, 덕유산) 증발산량 관측 자료와의 결정계수(Coefficient of determination, $R^2$), RMSE(Root mean square error) relative RMSE (RMSE%), Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) 및 IOA(Index of Agreement)를 산정하고, 기존 SEBAL 모형 결과와의 비교를 통해 본 모형의 개선점을 보이고자 한다.