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참고문헌 (37)

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1. 손영백, 유주형, 노재훈, 주세종, 김상현, 2012. 남해와 동중국해에서 위성으로 추정된 표층수온 및 클로로필의 장기 변화, Ocean Polar Research, 34(2): 201-218. 

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   적조는 전 세계 연안 지역(한반도 주변 해역을 포함)에서 집단 폐사, 물리적 손상과 막대한 생태계에 영향을 야기시켜왔고, 최근 표층수온 상승과 같은 기후변화에 의한 영향으로 증가되고 있다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2006; 손 외, 2010; 손 외, 2012).

2. 손영백, 이태희, 최종림, 장성태, 김철호, 안유환, 유주형, 김문구, 정섬규, J. Ishizaka, 2010. 동중국해에서 위성에서 추정된 10년 동안의 표층 입자성 유기탄소의 시/공간적 변화, 대한원격탐사학회지, 26(4): 421-437. 

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   적조는 전 세계 연안 지역(한반도 주변 해역을 포함)에서 집단 폐사, 물리적 손상과 막대한 생태계에 영향을 야기시켜왔고, 최근 표층수온 상승과 같은 기후변화에 의한 영향으로 증가되고 있다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2006; 손 외, 2010; 손 외, 2012).

3. 조성익, 안유환, 유주형, 강금실, 윤형식, 2010. 정지궤도 해색탑재체(GOCI)의 개발, 대한원격탐사학회지, 26(2): 157-165. 

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   GOCI(Level 1b; 500 m 공간해상도) 자료는 한국해양과학기술원(KIOST) 해양위성센터(KOSC)의 자료를 이용하였다(조 외, 2010; Ryu et al., 2012).

4. 한희정, 유주형, 안유환, 2010. 정지궤도 해색탑재체 (GOCI) 해양자료처리시스템(GDPS)의 개발, 대한원격탐사학회지, 26(2): 239-249. 

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   Level 1b 자료는 true color(Red:660 nm, Green: 555 nm, Blue: 443 nm) 영상을 제작하고, GDPS(GOCI Data Processing System)에 의해서 Level 2 자료인 클로로필 농도, water leaving radiance(Lw), normalized-water leaving radiance(nLw) 및 remote-sensing reflectance(Rrs)를 추출했다(한 외, 2010; Ryu et al., 2012).

5. Ahn, Y.H. and J.E. Moon, 1998. Specific absorption coefficients for chlorophyll and suspended sediment in the Yellow and Mediterranean Sea, Korean Journal of Remote Sensing, 14(4): 353-365. 

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   그러나 본 연구의 조사지역인 대한민국 남해안 지역은 diatom과 dinoflagellate 종에 의한 적조가 빈번하고, 이 두종은 해수 중에서 유사한 흡광 특성을 가지고 있어서 각각의 스펙트럼 특성은 종의 특성 및 농도에 따라서 변하기 때문에 쉽게 구분이 되지 않고, 용존 유기물 및 탁도가 높은 지역에서는 탐지가 용이하지 않다(Ahn and Moon, 1998; Schofield et al., 1999; Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006).

6. Ahn, J.H., Y.J. Park, J.H. Ryu, B. Lee, and I.S. Oh, 2012. Development of atmospheric correction algorithm for Geostationary Ocean Color Imager (GOCI), Ocean Science Journal, 47(3): 247-259. 

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7. Ahn, Y.H. and P. Shanmugam, 2006. Detecting the red tide algal bloom from satellite ocean color observations in optically complex Northeast- Asia Coastal waters, Remote Sensing of Environment, 103: 419-437. 

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   원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

   그리고 대부분의 해색위성에서 추정된 클로로필 알고리즘은 맑은 해역에 중점을 두고 개발되어서(O’ Reilly et al., 2000) 연안지역에서의 용존 유기물/부유 퇴적물과 천해의 영향에 의해 생광학적 알고리즘과 지구대기보정 방법의 문제점 및 공간/시간 해상도로 인하여 탐지가 쉽지 않다(Hu et al., 2003; Ahn and Shanmugam, 2006; Son et al., 2011).

   그러나 이들 방법은 영양염의 유용성, 빛의 강도, 기온과 식물플랑크톤의 물리적 관점에 의존하는 클로로필 형광의 다양한 효율성으로 인하여 문제가 될 수 있다. 그리고 이 방법은 부유퇴적물이 많은 탁한 해역에서는 클로로필과 부유퇴적물 사이의 상호작용 때문에 적조 탐지에 어려움이 있다(Babin et al., 1996; Ahn and Shanmugam, 2006).

   이와 같은 방법은 특별한 식물플랑크톤 종에 대해서는 위험조류의 독특한 광특성에 기초한 안정적 기술이 요구되고 현장조사에 기초한 알고리즘은 비적조종으로부터 적조종이 차별화되어야 하고, 상대적으로 용존유기물이나 부유퇴적물이 적은 해수환경에서 탐지가 용이하다(Ahn et al., 2006).

   그러나 본 연구의 조사지역인 대한민국 남해안 지역은 diatom과 dinoflagellate 종에 의한 적조가 빈번하고, 이 두종은 해수 중에서 유사한 흡광 특성을 가지고 있어서 각각의 스펙트럼 특성은 종의 특성 및 농도에 따라서 변하기 때문에 쉽게 구분이 되지 않고, 용존 유기물 및 탁도가 높은 지역에서는 탐지가 용이하지 않다(Ahn and Moon, 1998; Schofield et al., 1999; Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006).

   Ahn et al.(2006)는 연안에서 용존유기물/부유물질에 의한 영향을 개선시킨 대기 보정 방법을 적용하여 Red tide index Chlorophyll Alorithm(RCA) 방법을 개발하였다.

   일반적으로 클로로필 농도가 증가 할수록 440-450 nm와 670-680 nm에서 흡수가 일어나고, 560-570 nm와 680-690 nm에서 반사가 일어난다(Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006; Sasaki et al., 2009).

   일반적으로 적조 발생 지역은 dark red/brown으로 보이고, 이것은 클로로필 농도 증가뿐만 아니라 해수 중 용존유기물/부유물질이 증가되면서 짧은 파장대에서 흡광이 증가하고 복사량이 감소하면서 나타나게 된다(Ahn and Shanmugam, 2006; Dierssen et al., 2006; Son et al., 2011).

   남해안의 적조는 적조 종에 따라 다른 광특성을 나타내고, 내만에서 증가된 용존유기물 및 부유물질의 영향으로 주위 해수 신호가 적조로 오인되는 광학적으로 매우 복잡한 지역적 특성 때문에 적조인 경우와 아닌 경우를 구분하기 힘들다(Shu et al., 2004; Ahn et al., 2006; Son et al., 2011).

   이런 어려움을 극복하기 위해서, Ahn et al.(2006)은 개선된 해수 신호를 추출하기 위해 새로운 대기보정 방법을 적용하여 적조를 탐지했고, Kim et al.(2009), Tomlinson et al.(2009)와 Suh et al.(2004)는 통계학적/경험적 방법이나 모델 결과를 이용한 접근을 시도했다.

8. Ahn, Y.H,, P. Shanmugam, J.H. Ryu, and J.C. Jeong, 2006. Satellite detection of harmful algal bloom occurrences in Korean waters, Harmful Algae, 5: 213-231. 

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   원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

9. Babin, M., A. Morel, and B. Gentili, 1996. Remote sensing of sea surface sun-induced chlorophyll-a fluorescence: Consequences of natural variation in the optical characteristics of phytoplankton and the quantum yield of chlorophyll a fluorescence, International Journal of Remote Sensing, 17: 2417-2448. 

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   그러나 이들 방법은 영양염의 유용성, 빛의 강도, 기온과 식물플랑크톤의 물리적 관점에 의존하는 클로로필 형광의 다양한 효율성으로 인하여 문제가 될 수 있다. 그리고 이 방법은 부유퇴적물이 많은 탁한 해역에서는 클로로필과 부유퇴적물 사이의 상호작용 때문에 적조 탐지에 어려움이 있다(Babin et al., 1996; Ahn and Shanmugam, 2006).

10. Cannizzaro, J.P., K.L. Carder,F.R. Chen, C.A. Heil, and G.A. Vargo, 2008. A novel technique for detection of the toxic dinoflagellate, K. brevis, in the Gulf of Mexico from remotely sensed ocean color data, Continental Shelf Research, 28: 137-158. 

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    적조 탐지를 위한 최근 연구는 기존의 클로로필 농도의 한계를 극복하기 위해서 해수의 광학적 특성을 파악하여 적조 구분을 시도했다(Dierssen et al., 2006; Cannizzaro et al., 2008; Sasaki et al., 2008).

    그리고 Cannizzaro et al.(2008)은 K. brevis 적조종은 적조가 발생했을 때 높은 클로로필 농도를 보이지만 낮은 역산란값을 나타낸다고 보고했다.

    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

11. Carder, K.L., F.R. Chen, Z.P. Lee, S.K. Hawes, and D. Kamykowski, 1999. Semianalytic Moderate -Resolution Imaging Spectrometer algorithms for chlorophyll-a and absorption with biooptical domains based on nitrate-depletion temperatures, Journal of Geophysical Research, 104: 5403-5421. 

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    광학적으로 복잡한 해역은 짧은 파장에서 pigment나 용존유기물에 의한 흡광 증가되고, 긴 파장에서는 부유물질에 의한 산란이 증가된다(Carder et al., 1999).

    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

12. Dierssen, H.M., R.M. Kudela, J.P. Ryan, and R.C. Zimmerman, 2006. Red and black tides: Quantitative analysis of water-leaving radiance and perceived color for phytoplankton, colored dissolved organic matter, and suspended sediments, Limnology and Oceanography, 51(6): 2646-2659. 

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    적조 탐지를 위한 최근 연구는 기존의 클로로필 농도의 한계를 극복하기 위해서 해수의 광학적 특성을 파악하여 적조 구분을 시도했다(Dierssen et al., 2006; Cannizzaro et al., 2008; Sasaki et al., 2008).

    Dierssen et al.(2006)과 Sasaki et al.(2008)는 적조 발생시 가시광선의 흡광도나 반사도가 긴 파장대로(570-590 nm) 이동되어 나타남을 발견했다.

    그러나 본 연구의 조사지역인 대한민국 남해안 지역은 diatom과 dinoflagellate 종에 의한 적조가 빈번하고, 이 두종은 해수 중에서 유사한 흡광 특성을 가지고 있어서 각각의 스펙트럼 특성은 종의 특성 및 농도에 따라서 변하기 때문에 쉽게 구분이 되지 않고, 용존 유기물 및 탁도가 높은 지역에서는 탐지가 용이하지 않다(Ahn and Moon, 1998; Schofield et al., 1999; Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006).

    일반적으로 클로로필 농도가 증가 할수록 440-450 nm와 670-680 nm에서 흡수가 일어나고, 560-570 nm와 680-690 nm에서 반사가 일어난다(Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006; Sasaki et al., 2009).

    일반적으로 적조 발생 지역은 dark red/brown으로 보이고, 이것은 클로로필 농도 증가뿐만 아니라 해수 중 용존유기물/부유물질이 증가되면서 짧은 파장대에서 흡광이 증가하고 복사량이 감소하면서 나타나게 된다(Ahn and Shanmugam, 2006; Dierssen et al., 2006; Son et al., 2011).

13. Hu, C., F.E. Muller-Karger, D.C. Biggs, K.L. Carder, B. Nababan, D. Dadeau, and J. Vanderbloemen, 2003. Comparison of ship and satellite biooptical measurements on the continental margin of the NE Gulf of Mexico, International Journal of Remote Sensing, 24(13): 2597-2612. 

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    그리고 대부분의 해색위성에서 추정된 클로로필 알고리즘은 맑은 해역에 중점을 두고 개발되어서(O’ Reilly et al., 2000) 연안지역에서의 용존 유기물/부유 퇴적물과 천해의 영향에 의해 생광학적 알고리즘과 지구대기보정 방법의 문제점 및 공간/시간 해상도로 인하여 탐지가 쉽지 않다(Hu et al., 2003; Ahn and Shanmugam, 2006; Son et al., 2011).

14. Hu, C., F.E. Muller-Karger, G.A. Vargo, M.B. Neely, and E. Johns, 2004. Linkages between coastal runoff and the Florida Keys ecosystem: A study of a dark plume event, Geophysical Research Letter, 31, doi:10.1029/2004GL020382. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

15. Hu, C., F.E. Muller-Karger, C. Taylor, K.L. Carder, C. Kelble, E. Johns, and C.A. Heil, 2005. Red tide detection and tracing using MODIS fluorescence data: A regional example in SW Florida coastal waters, Remote Sensing of Environment, 97: 311-321. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

    이런 문제점을 극복하기 위해서 Hu et al.(2005)는 미국 걸프만의 Karenia brevis 적조를 탐지하는 방법으로 MODIS(moderate resolution imaging spectroradiometer) 해색위성의 fluorescence line height(FLH) 측정에 기초한 방법을 이용하여 개선된 클로로필 농도를 이용했다.

16. Ishizaka, J., Y. Kitaura, Y. Touke, H. Sasaki, A. Tanaka, H. Murakami, T. Suzuki, K. Matsuoka, and H. Nakata, 2006. Satellite detection of red tide in Ariake Sound, 1998- 2001, Journal of Oceanography, 62: 37-45. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

17. Kang, Y.S., H.G. Kim, W.E. Lim, and C.K. Lee, 2002. An unusual coastal environment and Cochlodinium polykrikoides blooms in 1995 in the South Sea of Korea, Journal of Korean Society Oceanography, 37(4): 1-12. 

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    적조는 전 세계 연안 지역(한반도 주변 해역을 포함)에서 집단 폐사, 물리적 손상과 막대한 생태계에 영향을 야기시켜왔고, 최근 표층수온 상승과 같은 기후변화에 의한 영향으로 증가되고 있다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2006; 손 외, 2010; 손 외, 2012).

    1990년 초 대한민국 남해안 지역에서는 주로 diatom에 의한 적조 발생이 빈번했지만, 1995년 이후 적조는 dinoflagellate인 Cochlodinium polykrikoides에 의해서 발생되었다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Lee, 2006).

18. Kim H.G., W.J. Choi, Y.G. Jung, P.S. Park, K.H. An, and C.I. Baek, 1999. Initiation of Cochlodinium polykrikoides blooms and its environmental characteristics around the Narodo Island in the western part of South Sea of Korea, Bulletin National Fishery and Research Development Institute, Republic of Korea, 57: 119-129. 

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    남해안 유해성 적조의 발생 원인은 연안의 해수와 외해의 해수가 만나는 지역에서 frontal mixing에 의해서 맑은 해역인 나로도 또는 남해도 부근해상에서 발생하여 강한 남서풍에 의해서 적조가 확산되는 것으로 보고되었다(Kim et al., 1999; Lee, 2008).

19. Kim, Y., Y. Byun, Y. Kim, and Y. Eo, 2009. Detection of Cochlodinium polykrikoides red tide based on two-stage filtering using MODIS data, Desalination, 249: 1171-1179. 

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    Kim et al.(2009)는 해수면 표층수온과 부유물질의 영향을 고려한 two-stage filtering 방법으로 남해안 적조를 탐지하였다.

    Table 2. Accuracy assessments between satellite and reference data (Kim et al., 2009; Son et al., 2011)

    RCA 알고리즘(Ahn et al., 2006)은 적조를 구분하는 경계값이 명확하지 않고, Kim et al.(2009)의 알고리즘은 해수면 표층수온 자료가 요구되어 계산 과정에서는 제외시켰다.

    이런 어려움을 극복하기 위해서, Ahn et al.(2006)은 개선된 해수 신호를 추출하기 위해 새로운 대기보정 방법을 적용하여 적조를 탐지했고, Kim et al.(2009), Tomlinson et al.(2009)와 Suh et al.(2004)는 통계학적/경험적 방법이나 모델 결과를 이용한 접근을 시도했다.

20. Lee, D.K., 2008. Cochlodinium polykriklides blooms and eco-physical conditions in the South Sea of Korea, Harmful Algae, 7: 318-323. 

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    남해안 유해성 적조의 발생 원인은 연안의 해수와 외해의 해수가 만나는 지역에서 frontal mixing에 의해서 맑은 해역인 나로도 또는 남해도 부근해상에서 발생하여 강한 남서풍에 의해서 적조가 확산되는 것으로 보고되었다(Kim et al., 1999; Lee, 2008).

21. Lee, S.G., H.G. Kim, H.M. Bae, Y.S. Kang, C.S. Jeong, C.K. Lee, S.Y. Kim, C.S. Kim, W.A. Lim, and U.S. Cho, 2002. Handbook of harmful marine algal blooms in Korean waters, National Fisheries Research and Development Institute, Republic of Korea, p. 172. 

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    1990년 초 대한민국 남해안 지역에서는 주로 diatom에 의한 적조 발생이 빈번했지만, 1995년 이후 적조는 dinoflagellate인 Cochlodinium polykrikoides에 의해서 발생되었다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Lee, 2006).

    C. polykrikoides 적조는 맑은 해역인 나로도와 남해도 사이에서 발생하여 남해안 전역으로 확대되고, 연도별 차이를 보이지만 서해안 및 동해 지역에서도 발생 된 것으로 보고되었다(Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Son et al., 2011; http://www.nfrdi.re.kr/redtideInfo).

22. Lee, Y.S., 2006. Factors affecting outbreaks of highdensity Cochlodinium polykrikoides red tides in the coastal seawaters around Yeosu and Tongyeong, Korea, Marine Pollution and Bulletin, 52: 1249-1259 

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    적조는 전 세계 연안 지역(한반도 주변 해역을 포함)에서 집단 폐사, 물리적 손상과 막대한 생태계에 영향을 야기시켜왔고, 최근 표층수온 상승과 같은 기후변화에 의한 영향으로 증가되고 있다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2006; 손 외, 2010; 손 외, 2012).

    1990년 초 대한민국 남해안 지역에서는 주로 diatom에 의한 적조 발생이 빈번했지만, 1995년 이후 적조는 dinoflagellate인 Cochlodinium polykrikoides에 의해서 발생되었다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Lee, 2006).

23. Morel, A, 1988. Optical modeling of the upper ocean in relation to its biogenous matter content (case I water), Journal of Geophysical Research, 93: 10,749-10,768. 

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    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

24. Morel, A. and S. Maritorena, 2001. Bio-optical properties of oceanic waters: A reappraisal, Journal of Geophysical Research, 106: 7163-7180. 

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    이런 결과는 해수중에 유기/무기물질이 증가하게 되면(클로로필 농도 증가) 가시광선의 긴 파장대에서 피크를 가지게 되고, 반대로 감소하면 짧은 파장에서 피크를 보인다 (Morel and Maritorena, 2001; Werdell and Bailey, 2005; Son et al., 2009).

25. O'Reilly, J.E., S. Maritorena, D.A. Siegel, M.C. O'Brien, D. Toole, B.G. Mitchell, M. Kahru, F.P. Chavez, P. Strutton, G.F. Cota, S.B. Hooker, C.R. McClain, K.L. Carder, F. Muller- Karger, L. Harding, A. Magnuson, D. Phinney, G.F. Moore, J. Aiken, K.R. Arrigo, R. Letelier, and M.Culver, 2000. Ocean Color chlorophyll a algorithms for SeaWiFS, OC2 and OC4: Version 4. in SeaWiFS Postlaunch Calibration and Validation Analysis, Part 3, SeaWiFS Postlaunch Tech. Rep. Ser., vol. 11, NASA/TM-2000-206892, edited by S. B. Hooker and E. R. Firestone, NASA, Greenbelt, MD, pp. 9-27. 

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    그리고 대부분의 해색위성에서 추정된 클로로필 알고리즘은 맑은 해역에 중점을 두고 개발되어서(O’ Reilly et al., 2000) 연안지역에서의 용존 유기물/부유 퇴적물과 천해의 영향에 의해 생광학적 알고리즘과 지구대기보정 방법의 문제점 및 공간/시간 해상도로 인하여 탐지가 쉽지 않다(Hu et al., 2003; Ahn and Shanmugam, 2006; Son et al., 2011).

26. Ryu, J.-H., H.-J. Han, S. Cho, Y.-J. Park, and Y.-H. Ahn, 2012. Overview of Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) and GOCI data Processing System (GDPS), Ocean Science Journal, 47(3): 223-233. 

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    GOCI(Level 1b; 500 m 공간해상도) 자료는 한국해양과학기술원(KIOST) 해양위성센터(KOSC)의 자료를 이용하였다(조 외, 2010; Ryu et al., 2012).

    Level 1b 자료는 true color(Red:660 nm, Green: 555 nm, Blue: 443 nm) 영상을 제작하고, GDPS(GOCI Data Processing System)에 의해서 Level 2 자료인 클로로필 농도, water leaving radiance(Lw), normalized-water leaving radiance(nLw) 및 remote-sensing reflectance(Rrs)를 추출했다(한 외, 2010; Ryu et al., 2012).

    정지궤도 해색위성 GOCI는 일일 8회 관측으로 다른 극궤도 해색위성에 비하여 높은 시간 해상도을 가지고 (Ryu et al., 2012; Son et al., 2012), 이를 활용하여 시간에 따른 적조의 공간적 변화를 추적 및 예측에 활용될 수 있을 것이다.

27. Sasaki, H., A. Tanaka, M. Iwataki, Y. Touke, E. Siswanto, T.C. Knee, and J. Ishizaka, 2008. Optical Properties of Red Tide in Isahaya Bay, Southwestern Japan: Influence of Chlorophyll a Concentration, Journal of Oceanography, 64: 511-523. 

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    적조 탐지를 위한 최근 연구는 기존의 클로로필 농도의 한계를 극복하기 위해서 해수의 광학적 특성을 파악하여 적조 구분을 시도했다(Dierssen et al., 2006; Cannizzaro et al., 2008; Sasaki et al., 2008).

    Dierssen et al.(2006)과 Sasaki et al.(2008)는 적조 발생시 가시광선의 흡광도나 반사도가 긴 파장대로(570-590 nm) 이동되어 나타남을 발견했다.

    일반적으로 클로로필 농도가 증가 할수록 440-450 nm와 670-680 nm에서 흡수가 일어나고, 560-570 nm와 680-690 nm에서 반사가 일어난다(Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006; Sasaki et al., 2009).

28. Schofield, O., J. Gryzmski, W.P. Bissett, G.J. Kirkpatrick, D.F. Millie, M. Moline, and C.S. Roesler, 1999. Optical monitoring and forecasting systems for harmful algal bloom: Possibility or pipe dream?, Journal of Phycology, 35: 1477-1496. 

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    그러나 본 연구의 조사지역인 대한민국 남해안 지역은 diatom과 dinoflagellate 종에 의한 적조가 빈번하고, 이 두종은 해수 중에서 유사한 흡광 특성을 가지고 있어서 각각의 스펙트럼 특성은 종의 특성 및 농도에 따라서 변하기 때문에 쉽게 구분이 되지 않고, 용존 유기물 및 탁도가 높은 지역에서는 탐지가 용이하지 않다(Ahn and Moon, 1998; Schofield et al., 1999; Ahn et al., 2006; Dierssen et al., 2006).

29. Son, Y.B., J.-M. Min, and J.-H. Ryu, 2012. Detecting massive green algae (Ulva prolifera) blooms in the Yellow Sea and East China Sea using Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data, Ocean Science Journal, 47(3): 359-375. 

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    정지궤도 해색위성 GOCI는 일일 8회 관측으로 다른 극궤도 해색위성에 비하여 높은 시간 해상도을 가지고 (Ryu et al., 2012; Son et al., 2012), 이를 활용하여 시간에 따른 적조의 공간적 변화를 추적 및 예측에 활용될 수 있을 것이다.

    그래서 이 지역의 해류 움직임을 알아보기 위해서 HyCOM 모델에 나온 결과와 비교해 본 결과, Son et al.(2012)의 연구에서 녹조는 바람에 의한 영향이 우세하지만, 적조의 움직임은 바람보다 해류의 방향과 유사하게 움직임을 보였다(본 결과는 나타내지 않았음).

30. Son, Y.B., J. Ishizaka, J.C. Jeong, H.C. Kim, and T. Lee, 2011. Cochlodinium polykrikoides red tide detection in the South Sea of Korea using spectral classification of MODIS data, Ocean Science Journal, 46(4): 239-263. 

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    그리고 대부분의 해색위성에서 추정된 클로로필 알고리즘은 맑은 해역에 중점을 두고 개발되어서(O’ Reilly et al., 2000) 연안지역에서의 용존 유기물/부유 퇴적물과 천해의 영향에 의해 생광학적 알고리즘과 지구대기보정 방법의 문제점 및 공간/시간 해상도로 인하여 탐지가 쉽지 않다(Hu et al., 2003; Ahn and Shanmugam, 2006; Son et al., 2011).

    연안에 발생한 적조는 용존 유기물 및 부유물질의 영향으로 인하여 짧은 파장(412 또는 443 nm)에서 흡광이(absorption) 증가하면서 위성의 클로로필 농도는 과대 추정된다(Son et al., 2011).

    C. polykrikoides 적조는 맑은 해역인 나로도와 남해도 사이에서 발생하여 남해안 전역으로 확대되고, 연도별 차이를 보이지만 서해안 및 동해 지역에서도 발생 된 것으로 보고되었다(Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Son et al., 2011; http://www.nfrdi.re.kr/redtideInfo).

    Son et al.(2011)은 유해성 적조인 C.polykrikoides 우세하게 발생했던 2002년부터 2007년까지 MODIS 해색위성 자료를 이용하여 spectral classification 방법으로 적조 발생지역을 체계적으로 분리했다.

    첫째, 유해성 적조 탐지 알고리즘 방법은 기존에 개발된 Son et al.(2011)의 spectral classification 방법을 GOCI 파장에 맞도록 개선하였다.

    Table 2. Accuracy assessments between satellite and reference data (Kim et al., 2009; Son et al., 2011)

    Son et al.(2011)의 spectral classification 방법은 MODIS의 7개 파장을(412, 443, 488, 531, 555, 667, 678 nm) 이용하여 네 단계로 나누어서 적조인 경우와 적조가 아닌 경우로 분류하여 적조 지역을 파악했다.

    일반적 남해안에서 적조는 나로도 또는 소리도 등과 같은 맑은 해역에서도 존재하지만, 내만에 위치한 여수, 완도, 또는 금오도 등과 같은 용존유기물이나 탁도가 높은 지역에서도 발생한다(Suh et al., 2004; Son et al., 2011).

    세 번째 단계는 용존유기물/부유물질이 낮은 지역에서(Fig. 3c-d의 파란색 샘플 이용) 적조를 구분하는 것으로, Son et al.(2011)의 방법에서는 443, 488, 531, 555 nm의 밴드비를 사용하지만, GOCI는 488와 531 nm 밴드를 가지고 있지 않기 때문에 두 파장 모두 490 nm을 대신 사용하여 구분을 시도했다.

    Son et al.(2011)의 방법에서는 nLw(555)/(nLw(490)+nLw(443))의 관계식에서 555 nm 대신 531 nm을 사용했고, GOCI에서 이 밴드가 없기 때문에 대신 555 nm를 사용했고, 증가된 밴드비를 보상하기 위해서 관계식에 0.9의 weighting factor를 곱했다. 역의 관계는 적조가 포함되지 않은 지역으로(녹색 샘플) 구분했다.

    기존의 제안된 적조탐지 방법들은(Table 1) Son et al.(2011)의 연구 결과와 유사하게 전체 적조 샘플 중에서 ~50%를 유해성 적조로 구분하지만, 적조가 않은 샘플도 적조인 경우로 과대 추정되었다.

    일반적으로 적조 발생 지역은 dark red/brown으로 보이고, 이것은 클로로필 농도 증가뿐만 아니라 해수 중 용존유기물/부유물질이 증가되면서 짧은 파장대에서 흡광이 증가하고 복사량이 감소하면서 나타나게 된다(Ahn and Shanmugam, 2006; Dierssen et al., 2006; Son et al., 2011).

    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

    이 방법은 과거 MODIS를 이용한 Son et al.(2011)의 탐지 결과와 유사하게 적조가 아닌 지역을 적조 지역으로 과대평가 했다.

    남해안의 적조는 적조 종에 따라 다른 광특성을 나타내고, 내만에서 증가된 용존유기물 및 부유물질의 영향으로 주위 해수 신호가 적조로 오인되는 광학적으로 매우 복잡한 지역적 특성 때문에 적조인 경우와 아닌 경우를 구분하기 힘들다(Shu et al., 2004; Ahn et al., 2006; Son et al., 2011).

    그러나 Son et al.(2011) 결과에서 보여지듯 bbp/bbp_morel과 SS 적조 탐지 방법은 C. polykrikoides의 적조에 대해서 상대적으로 높은 user accuracy 나타내지만, 반대로 C. polykrikoides의 적조가 아닌 경우에 대해서는 낮은 user accuracy를 나타냈다.

    완도 및 금오도 지역은 탁도가 높은 지역으로 적조가 잘 발생되지 않은 지역이지만(Son et al., 2011), 2012년의 경우 높은 수온과 증가된 담수의 유입으로 연안역의 부영양화로 유해성 적조가 지속적으로 발생된 것으로 보고되었다 (http://www.nfrdi.re.kr/redtideInfo).

    원격탐사를 활용한 남해안 유해성 C. polykrikoides 적조를 탐지하기 위해서, 본 연구에서는 기존의 Son et al.(2011)의 spectral classification 방법을 세계 최초 정지궤도 해색위성 GOCI의 파장에 맞도록 알고리즘을 개선하였다.

31. Son, Y.B., W.D. Gardner, A.V. Mishonov, and M.J. Richardson, 2009. Multispectral remotesensing algorithms for particulate organic carbon (POC): The Gulf of Mexico, Remote Sensing of Environment, 113: 50-61. 

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    이런 결과는 해수중에 유기/무기물질이 증가하게 되면(클로로필 농도 증가) 가시광선의 긴 파장대에서 피크를 가지게 되고, 반대로 감소하면 짧은 파장에서 피크를 보인다 (Morel and Maritorena, 2001; Werdell and Bailey, 2005; Son et al., 2009).

32. Stumpf, R.P., M.E. Culver, P.A. Tester, M. Tomlinson, G.J. Kirkpatrick, B.A. Pederson, E. Truby, V. Ransibrahmanakuf, and M. Soracco, 2003. Monitoring Karenia brevis blooms in the Gulf of Mexico using satellite ocean color imagery and other data, Harmful Algae, 2: 147-160. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

    Stump et al.(2003)과 Tomlinson et al.(2004) 연구는 위성에서 추정된 클로로필의 두 달 평균값에서 클로로필 이상을 계산하여 적조 발생 지역과 아닌 지역으로 구분하는 것으로, 현재 NOAA에서는 적조 탐지를 위한 공식적인 방법으로 사용되고 있다.

33. Suh, Y.S., L.H. Jang, N.K. Lee, and J. Ishizaka, 2004. Feasibility of red tide detection around Korea waters using satellite remote sensing, Journal of Fisher Science Technology, 7(3): 148-162. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

    1990년 초 대한민국 남해안 지역에서는 주로 diatom에 의한 적조 발생이 빈번했지만, 1995년 이후 적조는 dinoflagellate인 Cochlodinium polykrikoides에 의해서 발생되었다(Kang et al., 2002; Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Lee, 2006).

    C. polykrikoides 적조는 맑은 해역인 나로도와 남해도 사이에서 발생하여 남해안 전역으로 확대되고, 연도별 차이를 보이지만 서해안 및 동해 지역에서도 발생 된 것으로 보고되었다(Lee et al., 2002; Suh et al., 2004; Son et al., 2011; http://www.nfrdi.re.kr/redtideInfo).

    이런 남해 연안에 발생한 C. polykrikoides 적조를 탐지하기 위해서, Suh et al.(2004)는 적조 발생에 따른 부유물질의 증가를 위성으로 탐지하는 방법을 제안하였다.

    일반적 남해안에서 적조는 나로도 또는 소리도 등과 같은 맑은 해역에서도 존재하지만, 내만에 위치한 여수, 완도, 또는 금오도 등과 같은 용존유기물이나 탁도가 높은 지역에서도 발생한다(Suh et al., 2004; Son et al., 2011).

    남해안의 적조는 적조 종에 따라 다른 광특성을 나타내고, 내만에서 증가된 용존유기물 및 부유물질의 영향으로 주위 해수 신호가 적조로 오인되는 광학적으로 매우 복잡한 지역적 특성 때문에 적조인 경우와 아닌 경우를 구분하기 힘들다(Shu et al., 2004; Ahn et al., 2006; Son et al., 2011).

    이런 어려움을 극복하기 위해서, Ahn et al.(2006)은 개선된 해수 신호를 추출하기 위해 새로운 대기보정 방법을 적용하여 적조를 탐지했고, Kim et al.(2009), Tomlinson et al.(2009)와 Suh et al.(2004)는 통계학적/경험적 방법이나 모델 결과를 이용한 접근을 시도했다.

34. Tomlinson, M.C., R.P. Stumpf, V. Ransibrahmanakul, E.W. Turby, G.J. Kirkpatrick, B.A. Perderson, A.V. Gabriel, and C.A. Heil, 2004. Evaluation of the use of SeaWiFS imagery for detecting Karenia brevia harmful algal blooms in the eastern Gulf of Mexico, Remote Sensing of Environment, 91: 293-303. 

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    원격탐사를 활용한 적조 탐지 및 모니터링 연구는 위성에서 추정된 클로로필 농도나 클로로필 이상에 기초하여 시도되었다(Stumpf et al., 2003; Hu et al., 2004, 2005; Suh et al., 2004; Tomlinson et al., 2004; Ahn and Shanmugam 2006; Ahn et al., 2006; Ishizaka et al., 2006).

    Stump et al.(2003)과 Tomlinson et al.(2004) 연구는 위성에서 추정된 클로로필의 두 달 평균값에서 클로로필 이상을 계산하여 적조 발생 지역과 아닌 지역으로 구분하는 것으로, 현재 NOAA에서는 적조 탐지를 위한 공식적인 방법으로 사용되고 있다.

35. Tomlinson, M.C., T.T. Wynne, and R.P. Stumpf, 2009. An evaluation of remote sensing techniques for enhanced detection of the toxic dinoflagellate, Karenia brevis, Remote Sensing Environment, 113: 589-609. 

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    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

    이런 어려움을 극복하기 위해서, Ahn et al.(2006)은 개선된 해수 신호를 추출하기 위해 새로운 대기보정 방법을 적용하여 적조를 탐지했고, Kim et al.(2009), Tomlinson et al.(2009)와 Suh et al.(2004)는 통계학적/경험적 방법이나 모델 결과를 이용한 접근을 시도했다.

36. Werdell, P.J. and S.W. Bailey, 2005. An improved insitu bio optical data set of ocean color algorithm development and satellite data product validation, Remote Sensing of Environment, 98: 122-140. 

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    이런 결과는 해수중에 유기/무기물질이 증가하게 되면(클로로필 농도 증가) 가시광선의 긴 파장대에서 피크를 가지게 되고, 반대로 감소하면 짧은 파장에서 피크를 보인다 (Morel and Maritorena, 2001; Werdell and Bailey, 2005; Son et al., 2009).

37. Wynne, T.T., R.P. Stumpf, M.C. Tomlinson, R.A. Warner, P.A. Tester, J. Dyble, and G.L. Fahnenstiel, 2008. Relating spectral shape to cyanobacterial blooms in the Laurentian Great Lake, International Journal of Remote Sensing, 29: 3665-3672. 

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    bbp/bbp_morel 방법은 원격반사도와 클로로필 농도를 이용하여 555 nm에서 역산란 계수를 이용했고(Morel, 1998; Carder et al., 1999; Canizzaro et al., 2008; Tomlinson et al., 2009), SS 방법은 스펙트럼의 경사를 이용하여 K. brevis 적조를 구분한다(Wynne et al., 2008). 그러나 K. brevis 적조는 상대 적으로 높은 클로로필 농도 및 낮은 역산란 계수를 보이는 반면, 외해에 발달된 남해안 C. polykrikoides 유해성 적조는 상대적으로 낮은 클로로필 농도 및 짧은 파장에서 증가되는 흡광 특성을 나타낸다(Son et al., 2011).

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