[논문]북한지역 상세격자 디지털 일사량 분포도 제작

최미희; 윤진일

doi:10.5532/kjafm.2011.13.1.041

북한지역 상세격자 디지털 일사량 분포도 제작
A Sub-grid Scale Estimation of Solar Irradiance in North Korea 원문보기

한국농림기상학회지 = Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology, v.13 no.1, 2011년, pp.41 - 46

최미희 ((재)국가농림기상센터) , 윤진일 (경희대학교 생태시스템공학과)

초록
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기근과 산림황폐화를 겪고 있는 북한지역에 대해 농업기후 구분을 위해 일사자원의 분포현황을 파악하는 일이 매우 중요하지만 원자료의 획득이 어렵기 때문에 남한에서 사용중인 국지일사추정기술의 적용이 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 남한지역에서 위성영상을 기반으로 한 추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료간의 선형 관계식을 작성하였다. 이 관계식을 북한 기상대 위치좌표에 해당하는 위성영상 기반 일사량 값의 보정에 사용함으로써 27개 기상대의 일사자료를 복원하였다. 복원된 27개 지점 일사자료를 기반으로 거리역산가중평균법에 의해 평년(1983-2000)과 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 월별 수평면일사량 분포도를 제작하였다. 북한 DEM자료를 이용하여 885개 표준유역에 대해 지형인자를 산출한 다음 지형보정계수를 이용한 경사면 일사수광량을 30m 해상도의 격자형 수치자료로 제작하였다. 제작된 일사기후도는 북한의 농업발전계획은 물론 이미 제작완료된 남한일사기후도와 결합하여 한반도의 기후변화 영향 및 생태반응 평가 등에 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Reliable information on the surface solar radiation is indispensable for rebuilding food production system in the famine plagued North Korea. However, transfer of the related modeling technology of South Korea is not possible simply because raw data such as solar radiation or sunshine duration are not available. The objective of this study is restoring solar radiation data at 27 synoptic stations in North Korea by using satellite remote sensing data. We derived relationships between MODIS radiation estimates and the observed solar radiation at 18 locations in South Korea. The relationships were used to adjust the MODIS based radiation data and to restore solar radiation data at those pixels corresponding to the 27 North Korean synoptic stations. Inverse distance weighted averaging of the restored solar radiation data resulted in gridded surfaces of monthly solar radiation for 4 decadal periods (1983-1990, 1991-2000 and 2001-2010), respectively. For a direct application of these products, we produced solar irradiance estimates for each sub-grid cell with a 30 m spacing based on a sun-slope geometry. These products are expected to assist planning of the North Korean agriculture and, if combined with the already prepared South Korean data, can be used for climate change impact assessment across the whole Peninsula.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

남한 지역의 경우 기상관측소 18지점의 평년(1983-2000) 및 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사관측자료를 기상청으로부터 확보하였다. 그러나 북한은 일사관측자료를 수집할 수 없기 때문에 반응예측모형에 요구되는 자료의 입력을 위해서 기상위성자료와 남한의 일사량을 이용하여 북한 일사량을 산출하고자 하였다(Fig. 1).
본 연구에서는 위성영상으로부터 추정된 일사자료를 기반으로 남한 일사수광량 분포도 제작에 적용하였던 일사 추정용 소기후모형을 북한지방에 확장시켜 평년(1983-2000) 및 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사수광량 분포도를 제작하고 변동양상을 가시화 하고자 하였다.

제안 방법

MODIS위성영상 기반의 일사량을 독립변수로 두고, 관측 일사량(1983-2000 및 10년 단위)을 종속변수로 둔 회귀분석을 실시하여 Fig. 2와 같은 선형 관계식을 도출하였다. 같은 지역의 위성영상이라 할지라도 구름의 경시적인 분포에 따라 획득률의 차이가 발생하므로 시간규모가 다른 1983-2000 및 10년 단위 일사량 분포를 2006년 MODIS 추정자료와 비교하는 것은 상당한 불확실성을 전제로 한다.
본 연구에서는 이 일사량 분포도 상에서 남한지역 18개 일사관측기상대의 위치에 해당하는 격자점의 추정값을 발췌하여 실측일사값과 비교함으로써 선형관계를 확인하였다. 각 지점별로 MODIS 위성영상 기반의 일사량을 독립변수로 두고, 관측 일사량(1983-2000 및 1983-1990, 1991-2000, 2001-2010 평균)을 종속변수로 둔 선형 관계식을 도출하였다. 이 과정에서 위성영상 추출값과 실측값 간의 비교를 통해 2배 이상 차이가 나는 값을 제거하였다.
기상위성과 일사경험식으로 추정된 27개 미관측기상대 평년(1983-2000) 및 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사량을 5대강과 산맥분포를 고려하여 나눈 5개의 권역별로 거리역산가중평균을 구해 270m해상도의 수평면 전천일사기후도를 작성하였다. 북한전역을 구성하는 885개 표준유역에 대하여 Yun(2009)이 제시한 방법에 따라 인접지형에 의한 그늘지역(hill shade)을 찾고 지형보정계수를 계산하여 수평면 전천일사기후도에 적용함으로써 30m 간격 사면격자점의 1983-2000 평균 및 10년 단위 평균 일사수광량으로 변환하였다.
다음에는 위성영상기반 일사추정분포도로부터 27개 북한 기상대의 지리적 위치에 해당하는 픽셀의 일사값을 추출한 다음, 남한지역에서 1983-2000 및 10년 단위 기간(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010)에 각각 도출된 선형관계식을 적용하여 각 시기별 수평면 일사량자료를 얻었다.
기근과 산림황폐화를 겪고 있는 북한지역에 대해 농업기후 구분을 위해 일사자원의 분포현황을 파악하는 일이 매우 중요하지만 원자료의 획득이 어렵기 때문에 남한에서 사용중인 국지일사추정기술의 적용이 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 남한지역에서 위성영상을 기반으로 한 추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료 간의 선형 관계식을 작성하였다. 이 관계식을 북한 기상대 위치좌표에 해당하는 위성영상 기반 일사량 값의 보정에 사용함으로써 27개 기상대의 일사자료를 복원하였다.
이 관계식을 북한 기상대 위치좌표에 해당하는 위성영상 기반 일사량 값의 보정에 사용함으로써 27개 기상대의 일사자료를 복원하였다. 복원된 27개 지점 일사자료를 기반으로 거리역산가중평균법에 의해 평년(1983-2000)과 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 월별 수평면일사량 분포도를 제작하였다. 북한 DEM자료를 이용하여 885개 표준유역에 대해 지형인자를 산출한 다음 지형보정계수를 이용한 경사면 일사수광량을 30m 해상도의 격자형 수치자료로 제작하였다.
, 2008). 본 연구에서는 이 일사량 분포도 상에서 남한지역 18개 일사관측기상대의 위치에 해당하는 격자점의 추정값을 발췌하여 실측일사값과 비교함으로써 선형관계를 확인하였다. 각 지점별로 MODIS 위성영상 기반의 일사량을 독립변수로 두고, 관측 일사량(1983-2000 및 1983-1990, 1991-2000, 2001-2010 평균)을 종속변수로 둔 선형 관계식을 도출하였다.
복원된 27개 지점 일사자료를 기반으로 거리역산가중평균법에 의해 평년(1983-2000)과 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 월별 수평면일사량 분포도를 제작하였다. 북한 DEM자료를 이용하여 885개 표준유역에 대해 지형인자를 산출한 다음 지형보정계수를 이용한 경사면 일사수광량을 30m 해상도의 격자형 수치자료로 제작하였다. 제작된 일사기후도는 북한의 농업발전계획은 물론 이미 제작완료된 남한 일사기후도와 결합하여 한반도의 기후변화 영향 및 생태반응 평가 등에 활용될 수 있을 것이다.
기상위성과 일사경험식으로 추정된 27개 미관측기상대 평년(1983-2000) 및 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사량을 5대강과 산맥분포를 고려하여 나눈 5개의 권역별로 거리역산가중평균을 구해 270m해상도의 수평면 전천일사기후도를 작성하였다. 북한전역을 구성하는 885개 표준유역에 대하여 Yun(2009)이 제시한 방법에 따라 인접지형에 의한 그늘지역(hill shade)을 찾고 지형보정계수를 계산하여 수평면 전천일사기후도에 적용함으로써 30m 간격 사면격자점의 1983-2000 평균 및 10년 단위 평균 일사수광량으로 변환하였다.

대상 데이터

남한 지역의 경우 기상관측소 18지점의 평년(1983-2000) 및 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사관측자료를 기상청으로부터 확보하였다. 그러나 북한은 일사관측자료를 수집할 수 없기 때문에 반응예측모형에 요구되는 자료의 입력을 위해서 기상위성자료와 남한의 일사량을 이용하여 북한 일사량을 산출하고자 하였다(Fig.
따라서 본 연구에서는 남한지역에서 위성영상을 기반으로 한 추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료 간의 선형 관계식을 작성하였다. 이 관계식을 북한 기상대 위치좌표에 해당하는 위성영상 기반 일사량 값의 보정에 사용함으로써 27개 기상대의 일사자료를 복원하였다. 복원된 27개 지점 일사자료를 기반으로 거리역산가중평균법에 의해 평년(1983-2000)과 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 월별 수평면일사량 분포도를 제작하였다.

이론/모형

정확하게 경사면에 도달하는 일사량을 계산하기 위해서는 경사면 일사량의 요소들인 직달성분, 산란성분, 반사성분을 고려해야 한다. 산란성분을 계산하는 방법은 광학적 등방성(isotrophy)과 비등방성(anisotrophy) 모델로 나눠지는데 본 연구에서는 Gate(1980)의 식에 의해 추정되며 수광면의 각도에 무관하며 천공개방도(sky view factor)에만 의존한다.

성능/효과

10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 일사수광량 분포를 비교해보면 90년대에 감소하는 경향을 보이나, 2000년대로 갈수록 증가한 것으로 나타났다(Fig. 3). 1991-2000년은 80년대에 비해 7%정도 감소했고 2001-2010년은 90년대에 비해 9%증가를 보였다.
시간규모가 다른 위성자료와 남한의 자료를 기반으로 개발된 선형관계식을 북한의 일사량 추정에 도입함으로써 추정값의 신뢰성이 불분명함에도 불구하고 추정분포도의 경향과 결과는 크게 나쁘지 않았다. 그러나 추후 북한의 원자료를 획득하여 국지일사추정기술을 개발할 수 있다면 북한지역의 상세 일사량분포도를 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

시간규모가 다른 위성자료와 남한의 자료를 기반으로 개발된 선형관계식을 북한의 일사량 추정에 도입함으로써 추정값의 신뢰성이 불분명함에도 불구하고 추정분포도의 경향과 결과는 크게 나쁘지 않았다. 그러나 추후 북한의 원자료를 획득하여 국지일사추정기술을 개발할 수 있다면 북한지역의 상세 일사량분포도를 개선시킬 수 있을 것으로 기대된다.
(2010)이 국내 18개 기상대의 25년간 일 단위 자료로 Angstrom-Prescott 계수를 도출하여 미관측기상대의 일사량을 추정한 바 있다. 이 방법을 이용하여 추정된 미관측기상대의 일사량자료와 실측 일사량자료를 합치면 좀 더 신뢰성 있는 수평면일사량 분포도를 만들 수 있다.
북한 DEM자료를 이용하여 885개 표준유역에 대해 지형인자를 산출한 다음 지형보정계수를 이용한 경사면 일사수광량을 30m 해상도의 격자형 수치자료로 제작하였다. 제작된 일사기후도는 북한의 농업발전계획은 물론 이미 제작완료된 남한 일사기후도와 결합하여 한반도의 기후변화 영향 및 생태반응 평가 등에 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	지면도달일사량은 무엇인가?	지면도달일사량(solar surface insolation)은 태양-지구 에너지 시스템 연구의 기초자료로서 수치모형이나 기후모형의 입력 변수로 사용된다. 지상에서 관측하는 수평면전천일사량은 시·공간적 제약이 커서 모형의 입력 변수로 사용하기가 어려운 실정이다.
	북한지역에 대해 남한에서 사용중인 국지일사추정기술 적용이 불가능한 이유는 무엇인가?	기근과 산림황폐화를 겪고 있는 북한지역에 대해 농업기후 구분을 위해 일사자원의 분포현황을 파악하는 일이 매우 중요하지만 원자료의 획득이 어렵기 때문에 남한에서 사용중인 국지일사추정기술의 적용이 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 남한지역에서 위성영상을 기반으로 한 추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료간의 선형 관계식을 작성하였다.
	추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료 간의 선형 관계식을 어떻게 사용하였는가?	따라서 본 연구에서는 남한지역에서 위성영상을 기반으로 한 추정 일사자료와 관측소 실측 일사자료 간의 선형 관계식을 작성하였다. 이 관계식을 북한 기상대 위치좌표에 해당하는 위성영상 기반 일사량 값의 보정에 사용함으로써 27개 기상대의 일사자료를 복원하였다. 복원된 27개 지점 일사자료를 기반으로 거리역산가중평균법에 의해 평년(1983-2000)과 10년 단위(1983-1990, 1991-2000, 2001-2010) 월별 수평면일사량 분포도를 제작하였다.

참고문헌 (10)

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원문보기 상세보기
Choi, M. H., and J. I. Yun, 2010: Performance of Angstrom-Presott coefficients under different time scale in estimatingdaily solar radiation in South Korea. Korean Journal ofAgricultural and Forest Meteorology 12, 232-237. (InKorean with English abstract)

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Jang, K. C., S. K. Kang, J. C. Kim, C. B. Lee, T. H. Kim,J. Kim, R. Hirata, and N. Saigusa 2010: Mappingevapotranspiration using MODIS Products and MM5four-dimensional data assimilation. Remote sensing ofenviroment 114, 657-653.

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Ryu, Y., S. K. Kang, S. K. Moon, and J. Kim, 2008: Evaluationof land surface radiation balance derived from moderateresolution imaging spectroradiometer (MODIS) over complexterrain and heterogeneous landscape on clear sky days.Agricultural and Forest Meteorology 148, 1538-1552.

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Yun, J. I., 2009: A simple method using a topographycorrection coefficient for estimating daily distribution ofsolar irradiance in complex terrain. Korean Journal ofAgricultural and Forest Meteorology 11, 13-18. (InKorean with English abstract)

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기상청, 2008: 태양에너지 최적활용을 위한 기상자원 분석보고서. 기상청, 458pp.
산업자원부, 2006: 한반도 태양에너지 자원의 분석.평가 및 데이터 신뢰성 향상 연구. 산업자원부, 156pp.

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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