[논문]Landsat TM 영상을 이용한 제주도 도심지역 지표면온도분포와 식생지수의 상관성 분석

권혁춘; 이병걸

Landsat TM 영상을 이용한 제주도 도심지역 지표면온도분포와 식생지수의 상관성 분석
Analysis of Relationship Between LST and NDVI using Landsat TM Images on the City Areas of Jeju Island 원문보기

한국지형공간정보학회지 = Journal of the korean society for geospatial information science, v.17 no.4, 2009년, pp.39 - 44

권혁춘 (제주대학교 해양과환경연구소) , 이병걸 (제주대학교 토목공학과)

초록
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지표면 온도분포특성을 분석함에 있어서 많은 방법이 이용되지만 그 중에서 위성영상을 이용한 원격탐사기법을 가장 많이 사용하고 있다. 본 연구에서는 제주도의 도심지역인 제주시와 서귀포시를 연구대상으로 하였고 Landsat 영상에서 열적외선영상인 밴드 6 영상을 이용하여 NASA에서 제시한 방법으로 온도분포도를 작성하였다. 또한 밴드 3과 4를 이용하여 식생지수 분포도를 작성하고 식생지수와 온도분포사이의 상관성을 분석하였다. 그 결과 온도와 식생지수 사이의 상관계수는 제주시에서 -0.77, 서귀포시에서 -0.74의 매우 높은 반비례 상관계수 값을 나타내었다. 또한, 토지피복도를 이용한 지표면 온도분포특성을 분석한 결과 도심지역과 경작지, 초지와 과수원, 삼림세 지역사이에는 뚜렷한 온도차가 있는 것을 알 수 있었다. 이는 식생지수와 온도분포가 반비례관계에 있음을 나타내고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

To analysis the LST distribution of Jeju island, remote sensing techniques using Landsat TM band 6 data were used. In this study, we made the LST distribution map based on the NASA. The study areas are the Jeju and Seogwipo cities of the Jeju Island. And we analyzed the correlation between the LST and NDVI which was calculated from the Landsat TM band 3 and ban 4. From the result, we found that the coefficients of the correlation were -0.77 and -0.74 on the Jeju and the Seogwipo cities, respectively. Finally, from the correlation between the land cover and LST, we also found that an inverse relationship between the LST and NDVI was exist.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이러한 선행연구에 기초하여 한정된 삼림지역이 도시화로 날로 감소하고 있는 제주도의 도시지역에 대하여 지표면온도분포도와 식생지수사이의 상관성을 분석하고자 하였으며 지금까지 연구된 적이 없는 섬에서의 그 상관성이 내륙지대에서와 같은 성향을 나타내는지 확인하고자 하였다. 이에 제주시와 서귀포시를 연구대상지로 선정하였고 Landsat TM 영상의 열적외 밴드 6번으로부터 NASA에서 제시한 방법으로 지표면온도분포도를 작성하고 토지피복도를 이용하여 토지피복에 따른 지표면온도의 분포를 분석하고 밴드 3과 4를 이용하여 식생지수 분포도를 작성하였으며 상관계수와 그래프를 통하여 상관성을 설명하였다.

가설 설정

5μm)에 대한 자료를 획득할 수 있는 센서를 탑재하고 있으며, 자료 획득 당시 넓은 지역에 대한 지표면 온도를 분석할 수 있다. Landsat TM의 밴드 6자료를 이용하여 지표면 온도를 계산할 경우에는 위성에 탑재된 센서가 흑체(blackbody)와 접해있다는 가정 하에서 계산된다.

제안 방법

Fig. 5에서 나타낸 토지피복도는 감독분류기법으로 본 연구에서 사용된 Landsat TM 영상을 이용하여 작성되었고 분류등급은 주거지, 삼림, 초지, 과수원, 경작지 5개의 클래스로 나뉘었다. 지표면온도분포도를 보면 제주시 지역에서 최저지표면온도는 13.
Landsat TM 영상으로부터 제주시와 서귀포시의 지표면온도와 식생지수 분포도를 작성하고 토지피복에 따른 지표면온도분포특성, 지표면온도와 식생지수의 상관성을 각각 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
6℃ 가량 높았으며 이는 연구대상지역에서 계산된 지표면온도가 실제관측 값보다 높게 계산되었다는 것을 설명한다. 본 연구에서는 제주시와 서귀포시의 지표면온도분포도를 분석하기 위하여 토지피복도를 사용하였고 Fig. 5와 같이 제주도 전체지역에 대하여 작성된 토지피복도에서 연구대상지역만 추출하여 적용하였다.
본 연구에서는 이러한 선행연구에 기초하여 한정된 삼림지역이 도시화로 날로 감소하고 있는 제주도의 도시지역에 대하여 지표면온도분포도와 식생지수사이의 상관성을 분석하고자 하였으며 지금까지 연구된 적이 없는 섬에서의 그 상관성이 내륙지대에서와 같은 성향을 나타내는지 확인하고자 하였다. 이에 제주시와 서귀포시를 연구대상지로 선정하였고 Landsat TM 영상의 열적외 밴드 6번으로부터 NASA에서 제시한 방법으로 지표면온도분포도를 작성하고 토지피복도를 이용하여 토지피복에 따른 지표면온도의 분포를 분석하고 밴드 3과 4를 이용하여 식생지수 분포도를 작성하였으며 상관계수와 그래프를 통하여 상관성을 설명하였다.
반면 식생지수는 도시지역에서 낮은 반면 삼림지역에서는 비교적 큰 값을 가진다. 정확한 상호관계성을 알기 위하여 Fig. 8과 Fig. 9와 같이 제주시와 서귀포시의 지표면온도와 식생지수의 상관관계를 나타내었다. 그래프로부터 제주시와 서귀포시 두 지역의 지표면온도는 모두 식생지수와 음의 상관관계를 가지고 있는 것을 알 수 있다.

대상 데이터

제주도는 섬이라는 특성상 주변바다의 기후영향을 많이 받으며 태풍, 폭우 등에 의한 피해가 증가하고 있는 추세이다. 도시지역의 지표면온도와 식생지수사이의 상관성을 분석하기 위하여 본 연구에서는 Fig. 1과 같이 제주도의 도시지역인 제주시와 서귀포시를 연구 대상지역으로 선정하였다.
본 연구에서는 2007년 5월 20일 Landsat 5호 위성에서 촬영된 TM 영상을 사용하였고 TM영상의 각 밴드의 밝기 값의 최소치, 최대치, 평균치와 표준편차 값은 Table 1과 같다.

이론/모형

Landsat TM 자료의 밴드 6을 이용하여 지표면 온도를 구하고자 할 경우, 관측된 DN(Digital Number)값을 이용하여 계산된 복사휘도 값을 NASA에서 제시한 지표면 온도 계산법에 적용하여 계산한다.

성능/효과

Fig. 2와 같이 제주시 지역에서는 적색과 흰색으로 된 지표면온도가 32℃이상인 지역들은 선형으로 분산되어 분포되었으며 토지피복도에서 주로 도시지역에 위치하고 항공사진과 현장조사를 통하여 확인 한 결과 아스팔트로 된 비교적 넓은 면적의 주차장과 도로인 것을 알 수 있었다. 노란색으로 표시된 지역은 지표면온도범위가 27℃~31℃사이이며 주로 제주시의 건물들이 집중적으로 분포된 곳이다.
이 지역에서는 적색과 흰색으로 된 지표면온도가 32℃이상인 지역들은 큰 단위의 면적으로 도심지역에 집중되어 분포하고 있으며 노란색으로 표시된 지표면온도범위가 27℃~31℃사이인 지역들은 주로 일반도로와 마을들이 분포한 지역으로 확인되었다. 경작지, 초지나 과수원과 같은 지역들은 지표면온도가 23℃~26℃사이인 녹색으로 표시된 지역에 분포하였으며 지표면온도가 23℃이하인 지역들은 제주시와 마찬가지로 오름들이 분포한 지역으로 확인 되었다. 제주시와 서귀포시의 토지피복별 지표면온도 평균값을 계산하여 비교하여 본 결과 도시지역은 경작지지역, 초지, 과수원 지역보다 약 5C°가량 높고 삼림지역보다는 약 10C° 가량 높은 것을 알 수 있었다.
도시지역의 평균지표면온도는 약 30C°로 초지, 과수원 지역보다 약 5C°가 높고 삼림지역보다는 약 10C° 가량 높은 것을 알 수 있었으며 이는 식생지수와 지표면온도분포도의 음의 상관관계를 잘 설명해주고 있음을 알 수 있었다.
22이다. 두 지역에서 모두 가장 작은 식생지수 값을 가지는 0~0.1인 지역은 주로 건물이 집중된 도시지역과 도로가 분포된 지역이며 경작지, 초지가 분포된 지역의 식생지수 값은 0.2~0.4이며 식생지수가 0.4 이상인 지역은 과수원과 산림이 분포된 지역인 것을 확인하였다. 그 중에서도 산림이 집중적으로 분포된 오름 지역은 식생지수가 0.
둘째, 도시, 삼림, 초지, 과수원, 경작지로 나누어진 토지피복도를 이용하여 제주시와 서귀포시의 지표면온도분포를 분석한 결과 도시지역과 경작지지역에서 지표면온도가 가장 높게 분포하였으며 삼림지역의 지표면온도가 가장 낮게 나타났으며 초지와 과수원의 지표면온도는 그 사이에 분포하였다. 도시지역의 평균지표면온도는 약 30C°로 초지, 과수원 지역보다 약 5C°가 높고 삼림지역보다는 약 10C° 가량 높은 것을 알 수 있었으며 이는 식생지수와 지표면온도분포도의 음의 상관관계를 잘 설명해주고 있음을 알 수 있었다.
4와 같다. 이 그래프에서 NASA방법으로 산출된 지표면온도 값은 자동기상관측 지점에서 관측된 지표면온도 값보다 제주시에서 1.2℃, 서귀포시에서 1.6℃ 가량 높았으며 이는 연구대상지역에서 계산된 지표면온도가 실제관측 값보다 높게 계산되었다는 것을 설명한다. 본 연구에서는 제주시와 서귀포시의 지표면온도분포도를 분석하기 위하여 토지피복도를 사용하였고 Fig.
제주시와 서귀포시의 지표면온도분포도와 식생지수 분포를 비교해 보면 밀접한 관계를 가지고 있는 것을 알 수 있다. 즉 지표면온도분포도에서는 도시지역에서 지표면온도가 비교적 높고 초지나 삼림지역에서는 비교적 낮다.
제주시와 서귀포시의 토지피복별 지표면온도 평균값을 계산하여 비교하여 본 결과 도시지역은 경작지지역, 초지, 과수원 지역보다 약 5C°가량 높고 삼림지역보다는 약 10C° 가량 높은 것을 알 수 있었다.
첫째, Landsat TM 영상의 열적외밴드 6번으로부터 지표면온도분포도를 작성하고 Band 3과 Band 4로 작성한 식생지수분포와 비교분석한 결과 제주시와 서귀포시의 지표면온도는 도시지역에서 높고 삼림지역에서 낮으며 식생지수는 그와 반대인 경향을 나타내었으며 상관계수가 각각 －0.77과 －0.74인 매우 높은 음의 상관관계를 가지고 있는 것을 알 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	NDVI란 무엇인가?	NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)는 가장 일반적으로 사용되어지는 식생지수로서, 가시광선과 근적외선대의 두 영상으로부터 분광차이를 구하여 식생의 반사 특성을 강조하고, 이를 두 영상의 합으로 나누어 일반화한 것이다.
	식생지수의 계산 원리는 무엇인가?	식생지수는 나뭇잎 면적, 식생분포 면적, 나무 높이, 수종 등을 정량적으로 나타낼 수 있는 척도로 사용 가능하도록 개발되었으며, 관측된 각 파장대 영상 간의 비, 차, 선형조합 등 여러 가지 방법으로 구현될 수 있어 많이 사용하고 있는 방법이다. 식생지수의 계산 원리는 가시광선(특히 적색 영역)과 근적외선 영역에서 녹색 식물의 반사율 차이가 크게 나는 것을 이용하여 두 영역에서 관측되어진 영상에 일정한 수식을 적용하여 식생의 상태를 나타내는 영상을 얻어낼 수 있다.
	식생이 존재하는 대부분의 영역은 식생이 갖는 수분 상태를 고려하지 않는다면 NDVI는 보통 얼마의 값을 갖는 것이 일반적인가?	녹색 식물인 경우에는 가시광선 영역의 반사율이 근적외선 영역보다 적으므로 NDVI 값이 양수가 된다. 식생이 존재하는 대부분의 영역은 식생이 갖는 수분 상태를 고려하지 않는다면 보통 0.1~0.6 사이의 값을 갖는 것이 일반적이다. 여기서 NDVI는 식생활력도를 나타내는 지수, Band4는 Landsat TM영상의 4번 밴드, Band3은 Landsat TM영상의 3번 밴드에 해당한다.

참고문헌 (7)

김재익, 여창환, 2005, "도시지역 지표온도와 토지이용 및 식생상태와의 상관관계에 관한 연구: 대구광역시의경우", 한국지리정보학회지, 제8권, 제2호, pp.21-30.

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채효석, 송영수, 1999, "Landsat TM 자료를 이용한 지표면 수문인자 변화 분석", 한국지리정보학회지, 제2권, 제3호, pp.46-59.

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안지숙, 김해동, 김사우, 2006, "대구의토지이용도 유형에 따른 여름철 도시열섬포텐셜 추정연구", 한국환경과학회지, 제16권, 제1호, pp.65-71.
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B. Dousset, F. Gourmelon, 2003, "Satellite multisensor data analysis of urban surface temperaturesand landcover", Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 58: pp.43-54.

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Chander, G. and B. Markham, 2003. "Revised Landsat-5 TM radiometriccalibration procedures and postcalibration dynamic ranges", IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 41(11): pp.2674-2677.

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저자의 다른 논문 :

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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