[논문]동아시아의 황사발원지들에 대한 토지피복 비교 연구: 고비사막과 만주

피경진; 한경수; 박수재

doi:10.7780/kjrs.2009.25.2.175

동아시아의 황사발원지들에 대한 토지피복 비교 연구: 고비사막과 만주
A Comparative Analysis of land Cover Changes Among Different Source Regions of Dust Emission in East Asia: Gobi Desert and Manchuria 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.25 no.2, 2009년, pp.175 - 184

피경진 (부경대학교 위성정보과학과) , 한경수 (부경대학교 위성정보과학과) , 박수재 (부경대학교 위성정보과학과)

초록
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본 연구에서는 변화하고 있는 지표를 파악하기 위하여 기존황사발원지인 고비사막과 새로운 황사발원지로 주목받고 있는 만주에 대한 토지피복 비교 분석을 수행하였다. 이를 위해 1999년과 2007년의 SPOT VEGETATION(VGT) 센서로부터 취득된 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 10-day 자료를 사용하였다. 효율적으로 식물의 변화를 탐지하기 위해 NDVI패턴을 분석하고, 식생의 밀도에 따라 level로 분류하여 식생상태를 비교하였다. 그 결과 모든 level을 통해 황사발원지들의 동진추세를 확인할 수 있었다. 또한 기존의 황사발원지였던 고비사막과 황토고원은 positive한 변화를 보인 반면 새로운 황사발원지인 내몽골 고원과 만주는 negative한 변화를 보임을 관찰하였다. 특히 만주는 다른 황사발원지들과 다르게 사막이나 나지의 특성을 가지고 있지는 않으나 지속적으로 negative하게 변화함을 SPOT VGT의 1999년에서 2007년까지 9년 동안의 자료를 분석하여 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study attempts to analyze the difference among the variations of ecological distribution in Gobi desert and Manchuria through satellite based land cover classification. This was motivated by two well-known facts: 1) Gobi desert, which is an old source region, had been gradually expanded eastward; 2) Manchuria, which is located in east of Gobi desert, was observed as a new source region of yellow dust. An unsupervised classification called ISODATA clustering method was employed to detect the land cover change and to characterize the status of desertification and its expanding trends using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from VEGETATION sensor onboard the SPOT satellite for 1999 and 2007. We analyzed NDVI annual variation pattern for every classes and divide into 5 level according to their vegetation's density level based on NDVI. As results, Gobi desert is showed positive variation: a decrease $78,066km^2$ in central Gobi desert and out skirts of Gobi desert (level-0) but Manchuria area is worse than previous time: an increase $25,744km^2$.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 SPOT VGT 센서로부터 취득된 1999 년과 2007년의 NDVI 10-day MVC 자료를 이용하여 기존의 황사발원지인 고비사막과 새로운 황사발원지인 만주에 대한 토지피복을 비교분석하였다. 이를 위해 식생의 밀도에 따라 level을 설정하여 연구 영역에 대한 토지피복 상태를 분석하였다.
본 연구에서는 최근 변하고 있는 황사발원지들의 지표 특성을 파악하기 위하여 기존 황사발원지인 고비사막과 최근 황사발원지로 주목 받는 만주에 대한 토지 피복 비교 분석을 수행하고자 한다. 아울러, 1999년과 2007년의 두 지역에 대한 토지피복분류를 수행하고 연도별 .
아울러, 1999년과 2007년의 두 지역에 대한 토지피복분류를 수행하고 연도별 . 영역별 차이를 연구하여 장기적인 지표변화 패턴을 분석하고자 한다.

제안 방법

(1) MODIS Global Land Cover의 각 class에 해당되는 모든 화소의 NDVI MVC 값에 대해 ERDAS IMAGINE 8.6을 이용하여 ISODATA 무감독분류 기법을 수행한다(1차분류). ISODATA 무감독분류법은 정해진 개수의 초기 군집에 대한 중심벡터를 임의로 설정하여 군집화를 수행하는 방법으로 다음과 같이 나타내어진다.
(2) 이렇게 1차 분류된 각 연도별 모든 NDVI 10-day 자료의 class내 화소를 분류하여 각 class의 평균을 산출한다. 여기서 water bodies*?! class 1과 각 class 평균의 최대값이 0.
1999년과 2007년의 토지피복 상태를 비교하기 위하여 level별 - 연도별로 분석을 하였다(Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11). 모든 그림에서 붉은 영역은 각 level에 대한 두 연도의 공통 영역을 나타낸 static zone이고, 검은 영역은 당해 연도에만 변화를 보인 dynamic zone이다.
무감독분류는 광범위한 사전지식 없이 통계적인 반복에 의해 유사한 픽셀들을 그룹화하는 것으로 간단하며 빠르게 수행 된다(박윤영 등, 2006). 1차 분류는 MODIS global land cover 의 class 수를 고려하여 17개로 분류하였고 같은 특성을 가진 class로 분류하기 위하여 1999년과 2007년 자료를 동시에 처 리하였다.
Barren of sparsely vegetated 의 비율이 1999년과 2007년 각각 84.52%, 84.45%로 나타나는 class 2와 class 3 (통합된 class)은 level-0으로 설정하였다. Table 2을 보면 알 수 있듯이 두 연도 모두 class 4와 class 5, class 6와 class 7에서 barren of sparsely vegetated의 비율이 작아졌음을 확인할 수 있다.
MODIS Global Land Cover의 clusters를 기준으로 최종적으로 분류된 class의 토지피복 종류와 비율을 파악하였다. 본 연구에서는 분류된 class에 대해서 class name을 명명하지 않고, 각각의 class를 식생의 밀도에 따라 level로 분류하였다.
본 연구에서는 분류된 class에 대해서 class name을 명명하지 않고, 각각의 class를 식생의 밀도에 따라 level로 분류하였다. 최종적으로 분류된 5개의 class 외에 high density vegetation co ver 와 water bodies로 정의된 class는 연구의 범위에서 벗어나므로 level을 부여하지 않았다.
따라서 황사발원지의 이동은 고비사막이나 황토고원의 직접적인 변화뿐 아니라 그 경계에서 발생하는 식생변화에 초점을 맞출 필요가 있다. 본 연구에서는 토지 피복의 변화를 NDVI를 사용하여 정량적으로 평가하였을 뿐만 아니라 두 영역을 연도별로 비교하여 정성적인 평가도 수행하였다. 사막화 과정에 대한 토지피복분류는 많은 연구에서 수행되었지만 토지피복분류는 단순한 분류일 뿐이므로 본 연구와 같이 피복변화에 대한 심도 깊은 연구가 수행되어야 할 것이다.
비교 분석을 수행하고자 한다. 아울러, 1999년과 2007년의 두 지역에 대한 토지피복분류를 수행하고 연도별 . 영역별 차이를 연구하여 장기적인 지표변화 패턴을 분석하고자 한다.
76%로 작아졌고 2007년 역시 마찬가지의 결과를 보였다. 이렇게 각 class의 토지 피복 종류와 비율을 파악하여 식생밀도가 가장 낮은 class 2와 class 3은 level-0으로 설정해주고, class 4 과 class 5, class 6와 class 7, class 8, 그리고 class 9 를 각각 levelT, level-2, level-3, level-4로 설정해주었다. 이는 Level이 증가할수록 좋은 식생 상태를 보임을 알 수 있다.
대한 토지피복을 비교분석하였다. 이를 위해 식생의 밀도에 따라 level을 설정하여 연구 영역에 대한 토지피복 상태를 분석하였다. 연구 결과, 모든 level의 분포를 통해 황사발원지의 동진추세를 확인할 수 있었다.
5 이싱을 보이는 class 10 에서 class 17 까지를 제외시켰다. 최대값이 0.5 이상인 class는 4 개의 Land Cover (IGBP, UMD, GLC 2000, MODIS) 에서 확인한 결과 식생 상태가 활발한 곳으로 파악되어 본 연구의 관심 대상에서 벗어나기 때문에 이들을 통합하여 High Density Vegetation Cover로 정의하였다.

대상 데이터

1999년에 비해 식생상태가 악화되긴 하였으나 기존의 황사발원지처럼 사막이나 나지에 가까운 식생 상태를 보이고 있지 않다. 그리하여 만주에서 발생하는 황사가 만주만의 영향이 아니라고 사료되어 2007 년 level-3의 dynamic zone영역에 대한 재분석을 위해 SPOT VGT의 1999년에서 2007년까지 9년 동안의 자료를 이용하여 수행하였다. Fig.
본 연구의 범위는 Fig. 1과 같이 위도 37.9°N ~ 48.9°N, 경도 96.0°E ~ 128.5°E이며 주요 연구 영역은 중국과 몽골 사이에 위치한 고비사막과 중국 동북에 위치한 만주이다. 몽골 남부에 위치하고 몽골면적의 25% 이상을 차지하는 고비사막과 그 주변은 대륙성 기후로서 한서의 차이가 심하며 강수량이 적고 증발량이 많아 스텝기후를 보인다.
중국 동북 지방에 위치한 만주는 바람이 심하며 특히 겨울철 한랭한 시베리아 기단에 위치하여 하천의 동결 기간이 연중 6개월에 이를 정로도 추위가 심한 대륙성 기후를 나타낸다. 연구 자료는 1999년과 2007년 각 5월에서 10 월까지의 SPOT VEGETATION (VGT) 센서로부터 취득된 NDVI 10-day MVC (Maximum Value Composite)자료를 사용하였다. MVC는 10일 동안의 NDVI 값 중 가장 높은 값을 가장 정확한 값으로 보고 최대값을 취하는 것으로서, MVC 방법은 NDVI 산출 시 강수 이후 지표 수분에 의해 발생하는 오차요소와 구름과 대기의 영향을 줄이는 가장 일반적인 방법이다 (Eidenshink and Faundeen, 1994).
MVC는 10일 동안의 NDVI 값 중 가장 높은 값을 가장 정확한 값으로 보고 최대값을 취하는 것으로서, MVC 방법은 NDVI 산출 시 강수 이후 지표 수분에 의해 발생하는 오차요소와 구름과 대기의 영향을 줄이는 가장 일반적인 방법이다 (Eidenshink and Faundeen, 1994). 토지피복의 종류와 비율을 파악하기 위한 보조자료는 2001년에 제작된 1km MODIS Global Land Cover를 사용하였고, 총 16 종으로 분류되어 있다.

성능/효과

6과 같이 이미지로서 나타내었다. 1999년과 2007년의 모든 level에 따른 분포를 나타낸 것으로서 전체적인 식생변화를 파악할 수 있으며 전반적으로 level들이 2007년에 동쪽으로 많이 이동한 것을 확인할 수 있다.
이 영역은 황토고원의 경계로서 2000년 이후 황토고원의 영향이 줄어들었다는 사실을 증명하듯 positive한 변화를 보이고 있다. Level-2 (Fig. 9)의 dynamic zonee 2007년에 1.375% 증가하였으며 내몽골 고원에 새롭게 분포하고 있음을 관찰할 수 있으며, 이는 1999년에 비해 level-2의 분포가 확실히 동쪽으로 진행되었음을 확인 할 수 있다.
이를 위해 식생의 밀도에 따라 level을 설정하여 연구 영역에 대한 토지피복 상태를 분석하였다. 연구 결과, 모든 level의 분포를 통해 황사발원지의 동진추세를 확인할 수 있었다. 또한 고비사막과 황토고원은 positive한 변화를 보이고 있으며 내몽골 고원과 만주의 상태는 악화되고 있다.

후속연구

따라서 최근 변화하고 있는 지표를 파악하기 위하여 두 영역의 지표 비교 분석이 필요하다. 또한 같은 영역에 대한 사막화 현상의 팽창과 축소 파악을 위해 장기적인 지표변화 패턴 분석이 이루어져야 한다.
따라서 만주의 NDVI가 정상적이 식생 상태에 비해 아주 작은 값이기는 하나 사막이나 나지에 가까운 값은 아니다. 만주에서 발생하는 황사는 만주의 영향만이 아닌 것으로 사료되며 그에 따른 황사 발원의 메커니즘에 대한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것이다. Level-4 의 전체 비율은 거의 변하지 않았으나 1999년과 2007 년의 dynamic zone 분포에 차이가 있다.
본 연구에서는 토지 피복의 변화를 NDVI를 사용하여 정량적으로 평가하였을 뿐만 아니라 두 영역을 연도별로 비교하여 정성적인 평가도 수행하였다. 사막화 과정에 대한 토지피복분류는 많은 연구에서 수행되었지만 토지피복분류는 단순한 분류일 뿐이므로 본 연구와 같이 피복변화에 대한 심도 깊은 연구가 수행되어야 할 것이다. 또한 본 연구에서는snow cover의 영향과 여러가지 해석상의 문제로 11월부터 4 월까지는 제외하고 연구를 수행하였다.
또한 본 연구에서는snow cover의 영향과 여러가지 해석상의 문제로 11월부터 4 월까지는 제외하고 연구를 수행하였다. 향후 연구에서는 정확성이 향상된 토지피복 분류와 비교를 위해 식생활 동이 시작하기 전의 기간도 연구범위에 포함시켜야 할 것이다.

참고문헌 (10)

박윤영, 한경수, 2006. SPOT/VEGETATION NDVI 자료를 이용한 동북아시아의 생태기후지도, 한국농림기상학회지, 8(2): 86-96

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박윤영, 2008. An analysis of ecosystem change around deserts of central China and Mongolia, 석사학위논문, 부경대학교
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Huang, S. and F. Siegert, 2006. Land cover classification optimized to detect areas at risk of desertification in North China based on SPOT VEGETATION imagery, Journal of Arid Environments, 67(2): 308-327

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Liu, A. X., Z. J. Liu, C. Y. Wang, and Z. Niu, 2003. Monitoring of desertification in central Asia and western China using long term NOAAA AVHRR NDVI time-series data, Geoscience and Remote Sensing Symposium, IGARSS '03. Proceedings, vol.4, 2278-2280
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Liu, A., C. Wang, Z. Liu, Z. Niu, and J. Wang, 2004b. Application of NOAA-AVHRR for desertification monitoring in central Asia and western China, Remote Sensing for Environmental Monitoring, GIS Applications and Geology III, Proceedings of the SPIE, vol.5239, 357-364
Liu, H., C. Zhou, W. Cheng, E. Long, and R. Li, 2008. Monitoring sandy desertification of Otindag Sandy Land based on multi-data remote sensing images, Acta Ecologica Sinica, 28(2): 627-635

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Malo, A. R. and S. E. Nicholson, 1990. A study of rainfall and vegetation dynamics in the African Sahel using Normalized Difference Vegetation Index, Journal of Arid Environments, 19: 1-4
Peters, A. J. and M. D. Eve, 1995. Satellite monitoring of desert plant community response to moisture availability, Environmental Monitoring and Assessment, 37: 273-287

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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