[논문]해색영상을 이용한 동중국해 북부해역 하계 클로로필 a의 시공간 분포

김상우; 임진욱; 장이현

doi:10.5322/jes.2008.17.1.085

해색영상을 이용한 동중국해 북부해역 하계 클로로필 a의 시공간 분포
Temporal and Spatial Variability of Chlorophyll a in the Northern East China Sea using Ocean Color Images in Summer 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.17 no.1, 2008년, pp.85 - 95

김상우 (국립수산과학원 해양연구팀) , 임진욱 (국립수산과학원 해양연구팀) , 장이현 (국립수산과학원 해양연구팀)

Abstract ▼ AI-Helper

Temporal and spatial variabilities of chlorophyll a (Chl-a) in the northern East China Sea (ECS) are described, using both 8-day composite images of the SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor) and in-situ data investigated in August and September during 2000-2005. Ocean color imagery showed that Chl-a concentrations on the continental shelf within the 50 m depth in the ECS were above 10 times higher than those of the Kuroshio area throughout the year. Higher concentrations (above $5mg/m^3$) of yearly mean Chl-a were observed along the western part of the shelf near the coast of China. The standard deviation also showed the characteristics of the spatial variability near $122-124^{\circ}E$, where the western region of the East China Sea was grater than that of the eastern region. Particularly the significant concentration of Chl-a, up to $9mg/m^3$, was found at the western part of $125^{\circ}E$ in the in-situ data of 2002. The higher Chl-a concentrations of in-situ data were consistent with low salinity waters of below 30 psu. It means that there were the close relationship between the horizontal distribution of Chl-a and low salinity water.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

반면에 무기 현탁물질 등의 영향으로 탁한 Case-II 해 역으로 대표적 인 동중국해는 몇 개의 다른 수계의 계절변동 때문에 크게 변동하는 해 역으로서 n’D, 춘계와 추계보다 오히 려 하계에 식물플랑크톤 색소농도가 높고, 기초생산량은 다른 계절에 비해 하계가 3배 정도 높다? 특흐], 동중국해 북부해역의 경우는 하계에 양자강 유출량이 많으면 저염분수가 북동진하여 제주도 부근 해역에 이르는 반면, 유출량이 적으면 중국연안을 따라 남하하여 동중국해의 염분에 많은 영향을 준다顷. 이러한 양자강으로부터 유입되는 담수의 영향은 동중국해 북부해역에 많은 영양염을 공급하여 기초생물생산력에도 크게 영향을 미칠 것으로 생각된다 본 연구에서는 위성에서 관측한 해색영상과 국립수산과학원에서 하계 8월과 9월에 관측한 현장 자료를 이용하여 동중국해 북부해역의 클로로필 a의 시공간적 분포 특성을 분석하였다.

제안 방법

'"이 1998년 6-7월과 2004년 6월에 제시한 자료에서도 양자강 주변 해역의 클로로필 a 농도는 대체로 6 mg/m3 이하를 나타내 었다. 따라서 본 연구에서는 10 mg/m3 을초과하는 클로로필 a 고농도는 순수한 식물플랑크톤에 의한 색소농도 값보다는 부유물질 등과 혼합된 에 러 값이며, 구름 등을 포함한 에러 값과 함께 이들을 제거하여 [Figs. 5-6]과 같이 새로운 영상을 작성하였다.
2-3]). 이러한 부유물질 등에 의한 위성관측 클로로필 a 값의 오류 값을 제거하기 위하여 국립수산과학원에서 조사하고 있는 동중국해 315선에 해당되는 북위 32.5°N 선상의 동경 120-128組에서 6년간(2000-20()5) 클로로필 a와 nLw 555 영상으로부터 추출한 복사휘도 값 사이 의 관계를 분석하였다. 여기서 nLw 555 영상은 부유물질 등에 의한 영향을 파악하는데 용이한 영상으로서 중국 연안해역 부근에서 부유물질 등에 의해 클로로필 a 값이 과대평가된 값을 제거하기 위하여 이용하였다.
0 식을 이용하였으며, (力1은 클로로필 a (mg/m3), DN은 16비트 영상의 digital number 값이다. 클로로필 a 및 nLw 555 영상처 리는 NASA에서 제공하는 SeaDAS(SeaWiFS Data Analysis System) 프로그램을 이용하여 본 연구해역인 동경 119-129°E, 북위 25-35°N 해역을 잘라서 복사휘도 값과 클로로필 a 농도 값으로 환산하여 각각의 영상을 작성하였다 ([Fig. 1]).
여기서 nLw 555 영상은 부유물질 등에 의한 영향을 파악하는데 용이한 영상으로서 중국 연안해역 부근에서 부유물질 등에 의해 클로로필 a 값이 과대평가된 값을 제거하기 위하여 이용하였다. 클로로필 a 영상은 구름 등에 의한 에러 값을 제거하고, 에러 값으로 제거된 영상의 빈공간은격자 간격 에 대 한 내삽 보간 방법 중 하나인 kriging 방법을 적용하여 새로운 영상을 작성하여 연도별 클로로필 a와 클로로필 a 편차(anomaly)의 공간분포를 각각 분석하였다.

대상 데이터

국립수산과학원에서 수행하고 있는 동중국해 북부해역의 3개선(315선, 316선 및 317선, Fig. 1)에 대한 6년간(2000-2005)의 현장관측 클로로필 a와 염분 및 위성관측의 시공간적 분포를 Fig. 8에 나타내었다. 위성관측 클로로필 a 농도는 3개선 모두 125°E 서쪽해역에서 2 mg/m3 이상의 고농도를 보였다.
version-55. 서 2007년 7월에 update 된 각 픽셀의 해상도가 9 km X9 km 인 글로벌 자료이다. 클로로필 a 농도는 Chi = 10 0.
위성관측에서 과대평가된 클로로필 a 값에 대한오류 값을 제거하기 위하여 국립수산과학원에서 조사하고 있는 동중국해 315선에 해당되는 북위 32.5°N 선상의 동경 120-128°E에서 2000년부터 2005년까지 6년간 클로로필 a와 nLw 555 영상으로부터 추출한 복사 휘도 값의 profile을 [Fig. 4]에 나타내었다.
1]). 이들 자료는 315선과 316선에서 각각 11개 정점, 317선의 10개 정점에서 관측한 총 32개 정점이며, 클로로필 a는 국립수산과학원에서 발행한 동중국해 chlorophyll-a 및 부유물질 자료집⑹을 이용하였다.
최초의 해색 측정용 센서는 미국의 기상위성 NIMBUS-7 위성에 탑재 된 CZCS(coastal zone color scanner)로서 1978년부터 1986년까지 약 8년간에 걸친 해색(클로로필 a 등) 자료를 제공하여 주었다. 그 후의 해색센서는 일본 우주항공연구개발기구의 ADEOS 위성에 탑재된 OCTS(ocean color and temperature scanner) 센서가 1996년부터 1997년까지 운용되었으며, 현재 운용 중인 해색센서로는 미국의 SeaWiFS(sea-view- ing wide field-of-view sensor)와 해색센서로서 가장 많은 36개의 band를 가진 MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer)?} 있다.
1]). 해색 영상은 NASA의 Goddard Space Flight Center Earth Science Distributed Active Archive Center에서 제공하는 Orbview-2/SeaWiFS 8 일 평균 클로로필 a와 nLw 555 영상을 2000년부터 2005년까지 6년간 수집하였다. 여기서 nLw(normal- ize water-leaving radiance)는 대기권 밖의 평균 태양복사 조도가 대기의 영향 없이 직접 해수면에 수직으로 입사되었다고 가정할 때 수직으로 되돌아 나오는 복사휘도 값을 말한다.
해색센서 SeaWiFS에서 관측한 동중국해 북부해역의 하계 클로로필 a 값과 국립수산과학원에서 하계 8월과 9월에 조사한 현장관측 값을 분석하기 위하여 현장관측 시기와 근접한 8일간의 평균 클로로필 a 및 nLw 555 nm 파장대 의 복사휘도 값 영상을 이용하였다([Table 1]). 해색 영상은 NASA의 Goddard Space Flight Center Earth Science Distributed Active Archive Center에서 제공하는 Orbview-2/SeaWiFS 8 일 평균 클로로필 a와 nLw 555 영상을 2000년부터 2005년까지 6년간 수집하였다.
현장관측 자료는 국립수산과학원에서 정 기적으로 수행하고 있는 동중국해 북부해역 3개 정선(315 선, 316선, 317선)에서 2000년부터 2005년까지 6년간 하계 8월과 9월에 조사한 표층의 클로로필 a와 염분 자료를 이용하였다([Fig. 1]). 이들 자료는 315선과 316선에서 각각 11개 정점, 317선의 10개 정점에서 관측한 총 32개 정점이며, 클로로필 a는 국립수산과학원에서 발행한 동중국해 chlorophyll-a 및 부유물질 자료집⑹을 이용하였다.

성능/효과

클로로필 a 평균 영상에서는 5 mg/m3 이상의 고농도가 연안을 따라서 분포하였고, 연안과 외해의 중간 해역에 해당되는 곳에서는 클로로필 a 농도가 1-5 mg/m3, 쿠로시오해역 에 해당하는 외 해의 클로로필 a 농도는 0.5 mg/m3 이하로 나타났다([Fig. 5]).
5 mg/m3 이하의 저농도도 연도별 차이는 약간 보이고있으나, 중국대륙 연안해역보다 큰 농도변화는 보이지 않았다. 특흐】, 중국 대륙 연안을 따른 5 mg/m3 이상의 고농도의 동쪽 확장은 2000년, 2003년 및 2005년에 컸으며, 이 것은 [Fig. 6]에서 나타낸 것과 같이 분산이 큰 영역과 관계가 있음을 알 수 있다. Beardsley 등顺이 제시한 바와 같이 중국대륙 연안 부근에 나타난 클로로필 a의 고농도 분포는 중국 연안을 따라 남쪽으로 확장하는 형태와 동쪽 외해로 확장하는 plume과 같은 구조의 두 가지 분포를 나타내었으며, 이들 고농도 해역은 수심 50m 이내의 천해 역에 주로 분포하였다([Fig.
그러나 중국 연안과 같은 혼탁한 Case-II 해역에서는 정성적인 분포 패턴을 보기에는 좋지만, 클로로필 a 등과 같은 것을 정량적으로 나타내기에는 현장관측 자료의 축적에 의한 보정 작업이 많이 필요한 실정이다. 특히, 위성 관측과 현장관측 클로로필 a 값의 차이를 보면, 위성 자료 값이 현장관측 값보다 대체로 3-20배 과대평가된 것을 알 수 있었다. 위성 및 현장 관측 자료 사이에는 현장관측 자료 일수와 NASA에서 제공한 8일간의 평균 해색영상과는 일수 차이가 있으며, 해색영상은 주로 낮 시간에 관측된 자료인 반면에 현장관 측 자료는 낮과 밤에 대한 자료를 모두 사용하였기 때문에 주야간에 대한 농도 값에 대한 차이도 포함되어 있을 것으로 생각된다.

후속연구

또한, 본 연구에서는 클로로필 a 농도가 10 mg/m3 초과되는 것만 부유물질에 의한 영향으로 제거를 시켰지만, Case-II 해역에서는 대기에 의한 영향도 무시할 수 없다”). 본 연구에서는 국립수산과학원에서 조사한 자료를 기초로 살펴보았지만, 향후 중국연안의 자료가 보완된다면 보다 정밀도 높은 알고리즘의 개선으로 클로로필 a 값의 정량화가 가능할 것으로 생각된다.

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