• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.446-446
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• 2022

본 연구에서는 MODIS(MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) 다중 위성영상을 기반으로 전국 시공간 토양수분 및 토양수분 기반의 가뭄지수 SWDI(Soil Water Deficit Index)를 산정하였다. 시공간 토양수분의 산정을 위해 입력자료로 MODIS 위성의 지표면온도(Land Surface Temperature, LST), 증발산 및 식생(Enhanced Vegetation Index, EVI; Fraction of Photosynthetically Active Radiation, FPAR; Leaf Area Index, LAI; Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) 관련 산출물 자료와 지상 관측자료인 일 단위 강수량 자료를 구축하였다. MODIS 위성영상은 산출물별로 제공되는 QC(Quality Control) 영상을 활용해 보정을 수행하였고, 공간 강수량 자료는 기상청에서 제공하는 전국 92개 지점의 종관기상관측자료를 구축하여 공간보간기법인 역거리가중법을 적용해 생성하였다. 실측 토양수분은 농촌진흥청에서 제공하는 76개 지점의 토양 깊이 10 cm에 설치된 TDR(Time Domain Reflectomerty) 센서에서 측정된 토양수분 자료를 활용하였으며, 토양수분 모의 시 토양 속성을 고려하기 위해 국립농업과학원에서 제공하는 토양도를 구축하여 활용하였다. 토양수분 산정 모형은 다중선형회귀모형(Multiple Linear Regression Model, MLRM)을 활용하였으며, 계절 및 토성에 따른 회귀식을 산정하였다. 회귀식 기반의 토양수분과 토성별 포장용수량 및 영구위조점 값을 이용하여 SWDI를 산정하고, 실제 가뭄 발생 시기 및 지역과의 비교하고자 한다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권5_3호
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• pp.1031-1042
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• 2023

인공위성은 시공간적으로 연속적인 지구환경 데이터를 제공하므로 위성영상을 이용하여 효율인 작물 수확량 예측이 가능하며, 딥러닝(deep learning)을 활용함으로써 더 높은 수준의 특징과 추상적인 개념 파악을 기대할 수 있다. 본 연구에서는 Landsat 8 위성 영상을 활용하여 다시기 영상 데이터를 이용하여 5대 수급 관리 채소인 배추와 무의 수확량을 예측하기 위한 딥러닝 모델을 개발하였다. 2015년부터 2020년까지 배추와 무의 생장시기인 6~9월 위성영상을 이용하여 강원도를 대상으로 배추와 무의 수확량 예측을 수행하였다. 본 연구에서는 수확량 모델의 입력자료로 Landsat 8 지표면 반사도 자료와 normalized difference vegetation index, enhanced vegetation index, lead area index, land surface temperature를 입력자료로 사용하였다. 본 연구에서는 기존 연구에서 개발된 모델을 기반으로 우리나라 작물과 입력데이터에 맞게 튜닝한 모델을 제안하였다. 위성영상 시계열 데이터를 이용하여 딥러닝 모델인 convolutional neural network (CNN)을 학습하여 수확량 예측을 진행하였다. Landsat 8은 16일 주기로 영상이 제공되지만 구름 등 기상의 영향으로 인해 특히 여름철에는 영상 취득에 어려움이 많다. 따라서 본 연구에서는 6~7월을 1구간, 8~9월을 2구간으로 나누어 수확량 예측을 수행하였다. 기존 머신러닝 모델과 참조 모델을 이용하여 수확량 예측을 수행하였으며, 모델링 성능을 비교했다. 제안한 모델의 경우 다른 모델과 비교했을 때, 높은 수확량 예측 성능을 나타내었다. Random forest (RF)의 경우 배추에서는 제안한 모델보다 좋은 예측 성능을 나타내었다. 이는 기존 연구 결과처럼 RF가 입력데이터의 물리적인 특성을 잘 반영하여 모델링 되었기 때문인 것으로 사료된다. 연도별 교차 검증 및 조기 예측을 통해 모델의 성능과 조기 예측 가능성을 평가하였다. Leave-one-out cross validation을 통해 분석한 결과 참고 모델을 제외하고는 두 모델에서는 유사한 예측 성능을 보여주었다. 2018년 데이터의 경우 모든 모델에서 가장 낮은 성능이 나타났는데, 2018년의 경우 폭염으로 인해 이는 다른 년도 데이터에서 학습되지 못해 수확량 예측에 영향을 준 것으로 생각되었다. 또한, 조기 예측 가능성을 확인한 결과, 무 수확량은 어느 정도 경향성을 나타냈지만 배추의 경우 조기 예측 가능성을 확인하지 못했다. 향후 연구에서는 데이터 형태에 따라 CNN의 구조를 조정해서 조기 예측 모델을 개발한다면 더 개선된 성능을 보일 것으로 생각된다. 본 연구 결과는 우리나라 밭 작물 수확량 예측을 위한 기초 연구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권6_3호
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• pp.1383-1398
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• 2018

해상풍은 복잡한 해양 현상을 이해하는 데 가장 기초 요소 중 하나이다. 1990년대 초부터 산란계를 활용하여 전세계 바람장 자료를 생산해왔지만, 낮은 해상도로 인해 해양 연구에 제한적으로 사용되었다. Synthetic Aperture Radar(SAR)는 이러한 한계점을 보완하여 고해상도의 바람장 자료 생산이 가능하다. KOMPSAT-5는 한반도 최초의 X-band SAR 탑재 인공위성으로 고해상도 해상풍 산출이 가능하다. 본 연구는 KOMPSAT-5 후방산란계수 자료를 활용하여 산출한 해상풍의 검증 결과를 최초로 제시하였다. 18장의 KOMPSAT-5 ES 모드 자료를 수집하여 해양 부이와의 일치점 데이터베이스를 생산하였다. 정확한 해상풍 산출을 위해 육지 화소, 스페클 잡음, 선박 화소를 제거하는 전처리 과정을 거쳤고, 해양 부이 실측 자료에 Liu-Katsaros-Businger (LKB) 모델을 통해 10-m 중성 바람으로 변환하여 기준 자료로 활용하였다. XMOD2를 활용하여 산출한 해상풍은 후방산란계수 산출식에 따라 $2.41-2.74m\;s^{-1}$의 평균 제곱근 오차를 보였다. 분석 결과 KOMPSAT-5 후방산란계수 자료를 활용하여 해상풍을 산출하는 경우, 대기 중력파, 파랑, 내부파를 포함한 해양 기상 환경과 레인지 모호성(range ambiguity), 입사각의 이산적 불연속적 분포를 포함한 영상 품질에 의한 잠재적 오차 요인이 존재함을 규명하였다.

• 한국지구과학회지
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• 제36권3호
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• pp.210-221
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• 2015

지형적인 형태와 지표면의 물리적인 특성은 기상장 뿐 만 아니라 대기질 수치 모델링에서도 가장 중요한 입력변수가 된다. 대부분 복잡지형에서 일어나는 국지적인 기상의 일변동들이 지형적인 불균일성에 의해 지배되기도 한다. 이러한 지형적인 특징들은 열적으로 유도된 대기흐름에 영향을 일으키며 직접적으로는 풍계의 변화를 가져오거나 지표면 가열 온도 자체에서의 중요한 변화를 가져와 간접적으로 영향을 주기도 한다. 복잡지형에서 이러한 변화양상들은 지형적인 특징 즉, 지형적 경사와 성질에 의한 태양복사 에너지의 불균등한 분배에 기인한다. 그러므로 기상장 묘사가 어려운 복잡지형에서는 관측값에 더 가까운 정확한 바람장을 예측하기 위해 상세한 지형 정보와 지표면 자료가 중요하게 된다. 본 연구에서는 상세한 지표면과 지형자료를 지표 경계자료로 활용한 MM5-A2C 모델을 이용하여 복잡한 지형적 조건을 가진 산지지역에서의 바람장 수치모의를 하고자 한다. MM5-A2C에 의해 유도된 기상장은 국지규모의 산지주변에서의 지형강제력에 의한 기상장 해석을 정밀하게 예측하여 모델 내의 지형적 조건이 미치는 영향에 대해 직접적인 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.

• 환경정책연구
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• 제4권1호
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• pp.21-38
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• 2005

본 연구에서는 댐 건설로 인한 대규모 저수지의 수문기상학적 영향에 대한 공간적인 범위를 분석할 수 있는 모형을 구축하였으며, 구축된 모형을 이용하여 섬진강댐, 소양강댐, 안동댐 충주댐 등의 4개 댐에 대해 분석을 수행하였다. 이러한 분석에는 인공위성 영상을 이용한 토지이용분석과, 아울러 이 결과를 이용한 알베도의 변화추정이 포함된다. 본 연구에서 수행한 모형화 과정 및 적용 결과를 정리하면 다음과 같다. (1) 댐 건설로 인한 알베도의 공간적 변화는 댐의 규모와 크게 관련이 있으며, 섬진강댐은 댐 주변 $10{\sim}20km$, 소양강댐은 40km, 안동댐은 $20{\sim}30km$, 충주댐은 50km 정도까지 알베도의 변화가 나타나는 것으로 파악되었다. (2) 댐 건설 후 댐 주변에서 재순환계수(전체 가용 수분 중 내부 공급이 차지하는 비율)의 변화가 크며(큰 값), 반대로 대상규모가 커질수록 작아지는 것을 파악하였다. (3) 댐의 격자별로 산정된 알베도와 재순환계수의 상관관계는 아주 높은 것으로 나타났다. 따라서, 댐 건설에 따른 토지이용의 변화가 궁극적으로 수분 순환구조에 큰 영향을 미치고 있음을 파악할 수 있었다. (4) 수문기상학적 영향범위를 댐 건설 후 생성되는 수표면적과 비교한 결과, 대략 수표면적이 $50km^2$까지 그 변화의 정도가 민감한 것으로 파악되었다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제39권6_1호
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• pp.1437-1449
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• 2023

본 연구의 목적은 도시지역의 투수면적 및 불투수면적이 수목의 생장에 영향을 미치는지 분석하는 것이다. 이를 위해 동일한 시기에 식재한 나무 6종의 생장 차이를 알아보기 위해 Sentinel-2를 이용하여 제작한 Normalised Difference Vegetation Index (NDVI)와 환경부의 세분류 토지피복지도를 이용하여 투수면적과 불투수면적이 수목 생장에 미치는 영향을 분석했다. 이를 위해 Geospatial eXplainable Artificial Intelligence (GeoXAI) 개념을 적용했다. 분석결과 소나무는 10 m 범위, 느티나무, 메타세콰이어, 은행나무는 20 m 범위, 양버즘나무는 30 m 범위, 왕벚나무는 40 m 범위에 포함된 토지피복들의 면적을 고려했을때 모델의 설명력이 가장 우수한 것으로 나타났다. 그리고 투수 면적이 넓을수록 수목의 생장이 활발하다는 양의 상관관계를 나타내었으며, 주변에 인공지반과 같이 불투수 면적이 넓을 경우 수목의 생장과 음의 상관관계를 보였다. 이는 수목의 생장에 있어 주변의 투수 및 불투수 면적이 수목의 생장에 영향을 미침을 알 수 있었으며, 수종에 따라 영향을 미치는 범위 또한 다르다는 것을 알 수 있었다.

• 환경영향평가
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• 제30권4호
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• pp.187-202
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• 2021

본 연구는 경상남도 창원시의 열환경 개선을 위해 열환경, 찬공기의 생성·유동성 및 지리적 특성을 분석하여, 지역 맞춤형 바람길 조성 방안을 검토하였다. 공간분석(spatial analysis), 원격탐사(remote sensing) 기법을 활용하여 창원시의 지표면온도, 토지피복 및 토지이용, 바람장, 경사도를 측정하고 이를 통해 바람길 분석모형을 구성하였다. 2020년도를 기준으로 분석한 결과, 창원시는 전반적으로 찬공기 생성에 유리한 토지피복 특성을 가지고 있으나, 대부분의 도심지 지역의 기온이 가장 높게 나타났다. 북창원 생활권, 진북면, 웅동, 웅천동 등 지역의 기온이 비교적 높으며, 산지지역에서 평균 풍속이 높고, 시가지에서 평균 풍속이 낮은 전형적인 경향을 보였다. 이에 따라 북창원 생활권, 구 창원 도심지, 호계리·평성리 지역, 창포만 지역을 열환경 개선지역으로 도출하고 각 지역의 특성을 고려한 지역 내 찬공기 유입 및 주변 산지, 저수지, 공원 지역 등과의 바람 유동성 확보를 통해 기온저감 및 대기질을 개선할 수 있는 다양한 방안들을 제안하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제23권2호
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• pp.275-289
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• 2014

Asian dust (or yellow sand) occurring mainly in spring in East Asia is affected by the distribution of weather systems. This study was performed to investigate the characteristics of suspended particulate for Asian dust at Busan, Korea in 20 March 2010, which was one of the extreme case for the last 10 years. There was used the data of weather chart, satellite, automatic weather system (AWS), $PM_{10}$, laser particle counter (LPC), and backward trajectories model. In synoptically, the high pressure was located in the northwestern part and low pressure was located in the northeastern part of Korea. The strong westerly winds from surface to upper layer makes it possible to move air masses rapidly. Air masses passing through Gobi Desert in Mongolia and Inner Mongolia plateau covered the entire Korean peninsula. As the results of aerosol analysis, $PM_{10}$ concentration at Gudeok mountain in Busan was recorded $2,344{\mu}g/m^3$ in 2300 LST 20 March 2010 and their concentration was markedly increased at coarse mode particle. In surface condition, westerly wind about 3 ~ 5 m/s was dominant and small particles of $0.3{\sim}0.5{\mu}m$ were distributed on the whole. In heavy metal components analysis, the elements from the land was predominated.

• 대한원격탐사학회지
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• 제29권3호
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• pp.307-314
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• 2013

The Bidirectional Reflectance Distribution (BRD) effect is critical to interpret the surface information using remotely sensed data. This effect was caused by geometric relationship between sensor, target and solar that is inevitable effect for data of optical sensor. To remove the BRD effect, semi-empirical BRDF models are widely used. It is faster to calculate than physical models and demanded less observation than empirical models. In this study, Ross-Li kernel and Roujean kernel were used respectively in National Aeronautics and Space Administration (NASA) and European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) that are used to compare each other. The semi-empirical model consists of three parts which are isotropic, geometric and volumetric scattering. Each part contained physical kernel and empirical coefficients that were calculated by statistical method. Red and NIR channel of SPOT/VEGETATION product were used to compute Nadir BRDF Adjusted Reflectance (NBAR) over East Asia area from January 2009 to December 2009. S1 product was provided by VITO that was conducted atmospheric correction using Simplified Method of Atmospheric Correction (SMAC). NBAR was calculated using corrected reflectance of red and NIR. Previous study has revealed that Roujean geometric kernel had unphysical values in large zenith angles. We extracted empirical coefficients in three parts and normalized reflectance to compare both BRDF models. Two points located forest in Korea peninsular and bare land in Gobi desert were selected for comparison. As results of time series analysis, both models showed similar reflectance change pattern and reasonable values. Whereas in case of empirical coefficients comparison, different changes pattern of values were showed in isotropic coefficients.

• 한국지구과학회지
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• 제24권6호
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• pp.533-548
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• 2003

지표 및 연직기상자료를 이용하여 포항지역 주변의 겨울철 탁월풍 현상을 살펴보고 이 현상을 분석하기 위해 RAMS를 이용한 수치모의를 수행하였다. 조사결과, 상층대기에서는 서풍을 보였으나 지표부근에서는 남서풍이 탁월하였다. RAMS를 이용하여 겨울철 풍계를 살펴본 결과, 이러한 겨울철 탁월풍 현상은 해안선의 형태와 낮은 구릉지, 그리고 바다와 육지의 분포 등의 지형적 특징에 의해 크게 영향을 받는 것으로 분석되었다. 이상의 모형결과의 정확성을 살펴보기 위해 일 중 지속적인 남서풍이 관측되었던 날들의 풍속, 기온, 풍향을 대상으로 관측값과 모형결과값을 비교하였다. 일반적으로 기상관측망은 공간적으로 조밀하지 못하기 때문에 국지순환계의 특징을 자세히 살펴보기가 쉽지 않다. 하지만 이러한 공간적 고분해능을 만족하는 수치모형을 이용한다면 더욱 정확한 결과를 제공받을 수 있을 것이다.