이 연구는 위성 영상을 이용하여 경작지에 나타나는 2001년 봄가뭄의 가뭄심도를 탐지하였다. 우리나라에 매년 피해를 주는 봄가뭄은 주로 기상학적 가뭄지수에 의해 모니터링되기 때문에 미시적 차원에서의 가뭄 현황 파악이 어렵다. 따라서, 각 경지에 대한 지표특성을 반영해주는 가뭄의 국지적 연구가 필요하다. 이 연구는 농작물 생육과 성장에 가장 큰 영향을 주는 토양수분을 지표로 2001년의 농업적 가뭄에 대해 분석하였다. 특히, 태슬 모자형(Tasseled cap)변환과 지형적 요인들을 이용하여 가뭄의 정도와 공간적 분포를 탐지하였다. 연구지역의 가뭄분석에서 Landsat 7 ETM/sub ＋/ 영상의 태슬 모자형 변환을 통해 추출된 수분 지수가 농경지의 가뭄 민감도를 잘 나타내었다. 수분지수는 다양한 토양 수분의 정도를 잘 표현해 주기 때문에, 수분 지수로 가뭄의 심도를 확인 할 수 있었다. 특히, -0.2 이하의 수분지수 값이 나타내는 화소(Pixel)들은 2001년 봄가뭄으로 심각한 용수부족피해를 겪고 있던 경작지로 나타났다. 그 화소들과 지형변수를 이용하여 가뭄심도를 구하는 모델을 구현하였다.
이 연구는 위성 영상을 이용하여 경작지에 나타나는 2001년 봄가뭄의 가뭄심도를 탐지하였다. 우리나라에 매년 피해를 주는 봄가뭄은 주로 기상학적 가뭄지수에 의해 모니터링되기 때문에 미시적 차원에서의 가뭄 현황 파악이 어렵다. 따라서, 각 경지에 대한 지표특성을 반영해주는 가뭄의 국지적 연구가 필요하다. 이 연구는 농작물 생육과 성장에 가장 큰 영향을 주는 토양수분을 지표로 2001년의 농업적 가뭄에 대해 분석하였다. 특히, 태슬 모자형(Tasseled cap)변환과 지형적 요인들을 이용하여 가뭄의 정도와 공간적 분포를 탐지하였다. 연구지역의 가뭄분석에서 Landsat 7 ETM/sub ＋/ 영상의 태슬 모자형 변환을 통해 추출된 수분 지수가 농경지의 가뭄 민감도를 잘 나타내었다. 수분지수는 다양한 토양 수분의 정도를 잘 표현해 주기 때문에, 수분 지수로 가뭄의 심도를 확인 할 수 있었다. 특히, -0.2 이하의 수분지수 값이 나타내는 화소(Pixel)들은 2001년 봄가뭄으로 심각한 용수부족피해를 겪고 있던 경작지로 나타났다. 그 화소들과 지형변수를 이용하여 가뭄심도를 구하는 모델을 구현하였다.
This research investigated the 2001 spring drought on croplands in South Korea using satellite imagery. South Korea has suffered from spring droughts almost every year. Meteorological indices have been used for monitoring droughts, however they don't tell the local severity of drought. Therefore, th...
This research investigated the 2001 spring drought on croplands in South Korea using satellite imagery. South Korea has suffered from spring droughts almost every year. Meteorological indices have been used for monitoring droughts, however they don't tell the local severity of drought. Therefore, this research aimed at detecting the local, spatial pattern of drought severity at a cropland level. This research analyzed the agricultural drought using the wetness of remotely sensed pixels that affects the growth of early crops significantly in the spring. This research, specifically, analyzed the spatial distribution and severity of drought using the tasseled cap transformation and topographical factors. The wetness index from the tasseled cap transformation of Landsat 7 ETM/sub ＋/ imagery was very useful for detecting the 2001 spring drought susceptibility in agricultural croplands. Especially, the wetness values smaller than -0.2 were identified as the croplands that were suffering from serious water deficit. Using the water deficit pixels, drought severity was modeled finally.
This research investigated the 2001 spring drought on croplands in South Korea using satellite imagery. South Korea has suffered from spring droughts almost every year. Meteorological indices have been used for monitoring droughts, however they don't tell the local severity of drought. Therefore, this research aimed at detecting the local, spatial pattern of drought severity at a cropland level. This research analyzed the agricultural drought using the wetness of remotely sensed pixels that affects the growth of early crops significantly in the spring. This research, specifically, analyzed the spatial distribution and severity of drought using the tasseled cap transformation and topographical factors. The wetness index from the tasseled cap transformation of Landsat 7 ETM/sub ＋/ imagery was very useful for detecting the 2001 spring drought susceptibility in agricultural croplands. Especially, the wetness values smaller than -0.2 were identified as the croplands that were suffering from serious water deficit. Using the water deficit pixels, drought severity was modeled finally.
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문제 정의
단일 시기의 Landsat ETM+ 영상을 이용하여, 가뭄 탐지 능력에 대한 가능성을 파악해 보고, 이를 통해 여러 변수 적용과 일반적인 가뭄 연구로서의 가능성을 모색하였다. 이러한 결과는 시계열영상을 토대로 한 수분지수의 지속적인 변화고찰과 토지피복, 식생지수, 토양도 등의 다양한 변수적용을 수행함으로써, 보다 정확하고 일반적인 가뭄 모니터링 기법으로 발전 시킬 수 있을 것이다.
특히 경작지 내에 있는 각 지점의 토양수분을 통해 가뭄의 심도와 규모에 대한 직접적인 정보를 자세히 획득할 수 있다. 본 연구는 태슬 모자형(Tasseled cap) 변환을 통해 추출된 수분지수와 지형적 요인들을 이용하여 경작지에 나타난 가뭄의 정도와 공간적인 분포를 연구하였다.
본 연구에서는 기존의 연구와는 달리 각 경작지 내에서 나타나는 가뭄의 심도와 그 공간적 패턴을 국지적으로 좀 더 세밀히 탐지하고자 한다. 농업 가뭄의 심도에 있어 고려되어야할 것은 강수부족이 주 원인이지만, 결국 작물이 발아하여 추수기까지 성장과정에 있어 가장 큰 영향을 미치는 인자는 토양수분이다(NDMC, 2002: 강인주 2000).
본 연구에서는 다양한 방면에서 연구되고 있는 태슬 모자형 변환을 가뭄 현상을 파악하는데 활용하였다. 기존의 가뭄 연구는 주로 기상학적 데이터로 측정되어 왔기 때문에 각 경작지에서 나타나는 가뭄의 심도와 공간적 패턴을 세밀히 파악하기에 어려움이 있다.
이 연구에서는 위성 영상을 이용하여 경작지에 나타나는 가뭄민감도와 그것의 공간적 분포를 고찰하였다. 각 지점에 대한 지표특성을 그대로 반영해 주는 태슬 모자형 변환과 지형적 요인들은 가뭄의 국지적 연구에 대한 가능성을 열어주었다.
이러한 요인을 토대로 가뭄의 심도를 가시적으로 표현해 보고, 그 공간적 패턴을 살펴보려 한다.
제안 방법
따라서 지역적 특색을 나타내는 지형변수 중 몇 가지를 선정하여 수분지수와의 관련성을 찾아보았다. 공간적 변수와 수분지수는 실제 어떠한 상관성을 보이는지 살펴보고, 이를 통해 가뭄 민감도에 영향을 주는 요인을 알아보았다. 적용된 수분지수는 평균 필터링된 값을 사용함으로써 국지적인 편차를 줄이고 전반적인 경향을 나타내었다.
이때, RMS 오차(Root Mean Square Error)가 한 화소 이내로 유지되도록 하였다. 그리고 1:25,000 축척의 수치지도와 영상의 무감독분류를 이용하여 경작지를 분류하였다.
수계까지의 거리. 그리고 지형요인을 반영해 주는 경사이며, 수분지수와의 관계는 산포도를 통해 파악하였다.
농업적 가뭄에 영향을 주는 토양수분 인자를 통해 경작지 내에서 매우 건조하고 가뭄에 민감한 경지를 파악하기 위해 가뭄이 한창 절정에 다다르던 2001년 5월 27일의 Landsat ETM+영상을 취득하여 분석하였다. 취득된 영상은 논에 물을 댄 수리답을 확연히 보여주며, 밭작물의 특징을 잘 보여주었다.
그러나 낮은 수분지수가 반드시 가뭄 민감도를 제공해 주는 것은 아니므로, 다양한 지역성을 반영해야 한다. 따라서 지역적 특색을 나타내는 지형변수 중 몇 가지를 선정하여 수분지수와의 관련성을 찾아보았다. 공간적 변수와 수분지수는 실제 어떠한 상관성을 보이는지 살펴보고, 이를 통해 가뭄 민감도에 영향을 주는 요인을 알아보았다.
또한, 큰 수계까지의 거리가 매우 가까운 농경지들은 언제나 양수가 가능하기에 비록 수분지수가 낮게 나타난다고 해도 가뭄 민감화소들이라고 보기는 힘들 것이다. 따라서 평균 필터링을 통해 이러한 국지적 오차를 줄이고, 전체적진 통계값을 유지시켰다.
그러나 태슬 모자형 변환에서 얻어지는 수분지수는 각 지점의 토양과 식생의 상태를 그대로 반영해주기 때문에 토양수분에 영향을 받는 농업적 가뭄 연구에 가장 적절하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 연구지역에 대한 태슬모자형 변환을 시행하여 명도, 녹색식생, 수분지수를 추출하였다. 파장별 가중치에 따라 연산되는 이들 정보 중 특히 수분지수는 지표 수분상태에 매우 민감하게 반응하기 때문에 지표 온도와 식생을 통해 가뭄의 간접적인 심도를 유추하는 기존 영상 연구 이외.
특히 그들은 구름이 거의 없는 영상의 경우, 비검정 반사율로의 변환은 잡음 제거에 매우 효과적임을 입증하였으며, 태슬 모자형 변환과 같은 이차적 변환을 위한 영상 자료의 전처리로 비검정 반사율의 이용을 제시하였다. 본 연구에서도 DN을 비검정 반사율로 변환한 후. 수분지수를 구하였다.
취득된 영상은 논에 물을 댄 수리답을 확연히 보여주며, 밭작물의 특징을 잘 보여주었다. 선정된 영상은 1:25000 수치지형도를 참조하여, 이차 변환과 3차 중첩 내삽법(Cubic convolution)을 이용한 기하보정 및 재배열을 실시하였다. 이때, RMS 오차(Root Mean Square Error)가 한 화소 이내로 유지되도록 하였다.
이를 위해서 관찰된 요인들에 대한 조건문을 구성해 간단한 가뭄 민감 모델을 만들고, 민감지수를 산정하였다(Fig. 5).
대상 데이터
담배·고추·봄배추 및 원예 등은 시들음 현상으로 생육에 지장을 받았고, 가뭄이 계속될 경우 적기 식재 추진이 어렵고 고사의 피해 발생까지 우려되었다. 따라서, 이 연구에서는 2001년 가뭄의 피해가 두드러졌던 충북 청원군을 연구 대상지역으로 선정하였다. 이 지역은 비교적 농업적 경관이 뚜렷하고, 논밭 경작 비율이 다양하게 혼재 되어 있으므로 작물의 생산량에 큰 영향을 주는 농업적 가뭄 연구에 적합하다.
표2는 ETM+자료의 비검정 반사율에 기초한 태슬 모자형 계수를 나타낸다. 본 연구에서는 ETM+ 6개 밴드의 비검정 반사율로 입력되는 6개 변수와 표2의 36개 계수들과의 일차결합을 통하여 6개 지수가 산출된다. 그리고 명도.
데이터처리
Fig. 5에서 보듯이, 태슬 모자형변환으로부터 얻어진 수분지수들을 조사한 결과 -0.2를 경계로 가뭄지역과 그렇지 않은 지역으로 구분되었으므로, -0.2를 기준으로 자료를 분류한 후, 국지적인 오차를 제거하기 위하여 평균 필터링을 실시하였다. 단순한 수분지수는 농경지 내의 여러가지 상황을 반영한다.
이론/모형
수분지수를 구하였다. 부언하면, 지형과 대기의 영향을 고려하지 않고 DN을 비검정 반사율로 변환하는 방법으로써 Markham and Barker(1986)가 제시한 방정식을 이용하였다(Huang et al., 2000b).
성능/효과
각 지점에 대한 지표특성을 그대로 반영해 주는 태슬 모자형 변환과 지형적 요인들은 가뭄의 국지적 연구에 대한 가능성을 열어주었다. 그리고, Landsat ETM+ 영상의 태슬 모자형 변환을 통해 추출된 수분 지수는 농경지의 가뭄파악에 유용함을 보여주었다. 특히, -0.
명도는 토양의 반사특성과 밀접한 연관이 있으므로, 식생이 없는 나지나 수분의 상태가 불량한 가뭄 지역을 효과적으로 나타내준다. 두 번째, 녹색식생은 식생의 상태를 나타내주는데, 클로로필 흡수에 따라 식생 상태를 보여주는 적색밴드와 밀도가 높을수록 그 반사도가 증가하는 근적외선 밴드의 계수가 높은 가중치를 가지며, 이를 통해 식생의 정보를 효율적으로 나타내 준다.
수자원과 근접성이 높을수록 나타나는 높은 강도(intensity)의 수분지수는 가뭄 민감도가 떨어지는 지역을 보여준다. 따라서 가뭄에 민감한 지역은 수자원의 규모보다는 그 근접성이 영향을 미치는 것으로 나타났다.
수자원과의 거리가 멀어질수록. 수분지수는 급격히 떨어지는 부의 상관관계가 나타날 것으로 보였으나, 수원과 근접한 거리에서는 다양한 수분지수가 강도 있게 나타나다가 그 거리가 증가함에 따라 한 수분지수로 수렴되는 패턴을 보여주었다(Fig. 4). 수자원과 근접성이 높을수록 나타나는 높은 강도(intensity)의 수분지수는 가뭄 민감도가 떨어지는 지역을 보여준다.
이는 가뭄 민감 지역의 파악에 수분지수가 효율적인 지표로서의 역할을 명확히 보여주고 있다. 이러한 수분지수의 특징과 실제 수분분포에 영향을 주는 수계까지의 거리는 가뭄 민감도와 가장 연관 있는 요인으로 나타났다.
공간적 변수와 수분지수는 실제 어떠한 상관성을 보이는지 살펴보고, 이를 통해 가뭄 민감도에 영향을 주는 요인을 알아보았다. 적용된 수분지수는 평균 필터링된 값을 사용함으로써 국지적인 편차를 줄이고 전반적인 경향을 나타내었다.
파악하기 위해 가뭄이 한창 절정에 다다르던 2001년 5월 27일의 Landsat ETM+영상을 취득하여 분석하였다. 취득된 영상은 논에 물을 댄 수리답을 확연히 보여주며, 밭작물의 특징을 잘 보여주었다. 선정된 영상은 1:25000 수치지형도를 참조하여, 이차 변환과 3차 중첩 내삽법(Cubic convolution)을 이용한 기하보정 및 재배열을 실시하였다.
후속연구
가능성을 모색하였다. 이러한 결과는 시계열영상을 토대로 한 수분지수의 지속적인 변화고찰과 토지피복, 식생지수, 토양도 등의 다양한 변수적용을 수행함으로써, 보다 정확하고 일반적인 가뭄 모니터링 기법으로 발전 시킬 수 있을 것이다.
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