* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
하지만, 국내의 경우 불 균질한 분포를 가지고 있는 우리나라의 지형 및 식생, 토성, 토지피복의 특성상 공간적 제약에 따른 수문 인자들의 실측 및 정확한 추정은 거의 불가능한 실정이며, 이마저도 선진국에 비해 그 실측 규모가 작고 기간이 짧아 아직 실무에 적극적으로 반영하는 데는 어려움이 있다. 따라서 공간 제약성을 극복할 수 있는 인공위성 원격탐사 기술을 이용하여 수문 인자의 정확한 산정을 통해 기존 관측 시스템이 가지고 있는 한계를 극복하고자 하는 연구가 이루어지고 있는 한양대학교 건설환경공학과 수자원 IT융합연구실에서 수행되어지고 있는 연구들을 소개하므로 인공위성을 활용하여 수문학 및 방재 분야에 미칠 수 있는 영향과 그의 올바른 이해를 돕고자 한다. 간략히, 현재 본 연구실에서는 인공위성 영상 자료를 이용하여 한반도 및 동아시아 지역을 대상으로 증발산, 토양수분, 수분이용효율 등 수문기상인자의 정확한 공간 분포 산정 모형 및 통합수문모형, 유역 규모의 신뢰성 있는 강우-유출 관계 모의 모형에 대한 개발 연구를 진행하고 있다.
본 소개서에서는 현재 한양대학교 건설환경공학과 수자원 IT융합연구실에서 이루어지고 있는 연구들을 통해 수문학 및 방재분야에서의 인공위성의 활용 방안들을 소개하였다. 위에서 보았듯이 다양한 위성자료와 그의 동화자료는 물 순환에서의 주요한 인자인, 토양수분, 증발산, 강우들을 모의하는 가장 근본이 되는 자료로 사용되어짐을 보였다.
제안 방법
이러한 점은 원격탐사 기술의 도입을 통해 보완이 가능하며, 실제로 이를 이용하기 위해 선진국을 중심으로 수십 년간 원격탐사 기반 증발산 산정 연구가 이루어지고 있다. 30 m의 높은 공간 해상도를 가지고 있는 Landsat 위성 영상 자료를 이용하여 에너지 수지 기반의 최신 원격 이미지 처리 모형인 Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration (METRIC) 모형을 적용함으로써, 국내 지역(경안천 유역)에 대한 신뢰성 높은 증발산 지도를 작성하였다(그림 5). 유역 규모의 고해상도 증발산 지도 작성을 통해 효율적인 수자원 관리 계획을 수립할 수 있는 한편, 물 순환의 정량화에도 크게 기여할 수 있다.
Penman-Monteith 증발산 산정 모형을 바탕으로 우리나라의 지리/기후 특성을 반영한 증발산 산정 알고리즘을 자체적으로 개발하였고, 미 지질조사국과 미 항공우주국에서 제공하는 단계별 MODIS 육상/대기 이미지 데이터를 활용하여 에너지 수지 인자들을 산정하여 최종적으로 산출되는 잠열 에너지(증발산)를 구하였다. 1 km 의 공간 해상도를 갖는 고해상도의 증발산 지도를 제작함으로써, 우리나라 전역에 대한 증발산의 공간적인 분포를 확인할 수 있고, 더 나아가 동북아시아 지역의 증발산 공간분포를 통해 시공간적인 변동성을 파악하는 연구도 진행 중에 있다(그림 2).
일본 우주항공 연구개발기구 (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA)에 의해 개발되고 미 항공우주국 Aqua 위성에 탑재된 Advanced Microwave Scanning Radiometer E (AMSRE) 센서는 수동마이크로웨이브 관측시스템을 이용한 지표면 밝기온도 (Brightness Temperature) 기반 일 단위 토양수분 지도를 제공하고 있으나, 높은 정확도와 적용성에 비해 다소 낮은 25 km의 공간해상도를 가지고 있다. 이는 전 지구 규모의 연구에는 효과적이나 우리나라와 같은 국소지역에 적용 시 한계를 가지며, 이러한 단점을 보완하기 위해 MODIS 위성 영상을 이용하여 1 km 고해상도의 일별 토양수분 지도를 작성하였다(그림 3). 본 연구실에서 제작하고 있는 고해상도의 토양수분 지도는 데이터베이스화되어 홍수, 가뭄 등 자연재해 예측에는 물론, 통합수문모형의 정확성을 높이는 데에도 크게 기여할 것이다.
현재 선진국을 중심으로 개발되고 있는 위성영상을 사용하는 전 지구 모델을 기본으로 한 기후모형들 (MM5, WRF, ECMWF)을 이용하여 날씨의 변화들을 예측하고 있다. 이를 이용하여 기존 Geographic Information System (GIS) 기반 수문모형 (HEC-HMS, HECGeoHMS 등)에 적용하여 강우-유출 관계를 모의, 우리나라의 지역 특성에 적합한 매개변수를 산정하고 있다 (그림 6). 인공위성 영상 기반의 보다 정확한 강우-유출 관계를 모의함으로써 수자원 관리 효율을 높이고 나아가 실시간 단기 홍수예경보 시스템 구축 등에 기본 토대를 마련할 수 있다.
후속연구
특히 미 항공우주국 (National Aeronauticc and Space Administration, NASA) Terra와 Aqua 인공위성에 탑재되어있는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 다중분광센서를 이용하여 우리나라 전역의 수분이용효율 분포를 산정함으로써 지역 규모의 탄소순환 분석이 가능하게 되었다. 각 지역의 수분이용 현황을 파악함으로 탄소순환 분석은 물론 가뭄, 산불과 같은 자연재해에 대비를 할 수 있으며, 더 나아가 통합 가뭄관리 시스템의 일환으로써 응용될 수 있다. 그림 1은 우리나라의 겨울철, 여름철 수분이용효율의 공간 분포를 나타낸 것으로, 계절별, 공간별 수분이용의 현황을 쉽게 파악할 수 있다.
이는 전 지구 규모의 연구에는 효과적이나 우리나라와 같은 국소지역에 적용 시 한계를 가지며, 이러한 단점을 보완하기 위해 MODIS 위성 영상을 이용하여 1 km 고해상도의 일별 토양수분 지도를 작성하였다(그림 3). 본 연구실에서 제작하고 있는 고해상도의 토양수분 지도는 데이터베이스화되어 홍수, 가뭄 등 자연재해 예측에는 물론, 통합수문모형의 정확성을 높이는 데에도 크게 기여할 것이다.
이처럼 수문학 및 방재분야에서의 인공위성의 활용도는 광범위한 적용성을 보유하고 있으며 더욱이 대한민국이 IT 강국으로 발돋움 하면서 첨단 기기의 발달과 미래 산업발전의 한 부분으로 우주산업개발에 많은 관심과 투자를 가해 천리안 위성이 발사되었다. 이처럼 국내 보유 위성수의 증가를 모의하는 시점에 인공위성의 활용도에 대해 더욱더 정확한 이해와 더불어 그의 장단점을 올바르게 파악한다면, 위성이 가진 적극적인 활용성들 (전 지구적 관측, 높은 자료취득률, 경제적인 비용)을 이용하여 기존 관측시스템의 한계로 인한 수문학 및 방재연구에서 이루어지지 못했던 부분들을 극복할 수 있을 것으로 본다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.