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문제 정의
- 또한 미얀마에서는 위성영상을 이용한 사막화 진전 모니터링에 관한 연구가 부족한 실정이며, 이를 관리하고 적응대책을 수립해야 하는 정부 부처에서도 기술력의 한계와 자본의 부족으로 인하여, 사막화의 모니터링과 원인을 밝힐 수 있는 자료의 수집이 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 Landsat4-5 TM 위성영상을 이용하여 미얀마 내 건조지역을 대상으로 기존의 단순 식생지수 분포 변화 분석이 아닌 식생온도조건지수(Vegetation Temperature Condition Index; VTCI)로 식생분포 및 정도에 따른 지표면 온도를 통하여 건조 정도를 분석하고, 이와 토지피복의 변화 방향을 분석하여 미얀마 건조 지역 내에서 인위적인 요인이 건조 정도에 미치는 영향을 파악하여 건조 지역 모니터링과 원인분석에 대한 자료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
- 본 연구에서는 감독분류의 최대우도법으로 토지피복 분류를 수행하였다. 토지피복별로 미얀마에서 7월에 획득한 22개의 GPS 자료를 참고하여 훈련지역의 Training set을 설정하고, 6개의 항목(수역, 주거지, 산림, 농경지, 나지, 사구)으로 토지피복 분류를 수행하였다. 주거지는 도시, 포장도로, 주택을 포함하고, 산림은 온대 활엽수림과 상록수림, 농경지는 논과 밭, 암석지대는 토지와 포장되지 않은 도로, 바위 등을 포함하였다.
- 본 연구에서는 지표면의 건조 정도를 잘 나타내는 VTCI 지수를 이용하여 다중 시기 건조 정도를 분석하였다. VTCI는 LST(Land Surface Temperature) 지수와 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)를 이용하여 산출되는 지수로 지표면 0-20㎝ 의 토양수분의 정보를 잘 나타내는 것으로 알려져 있으며(Su et al.
- , 2001). VTCI 추출에 필요한 LST는 지표면 온도를 나타내며 대기의 열 교환에 의해 지상기온이 결정되기 때문에 많은 연구에서 위성으로부터 관측이 가능한 LST를 사용하여 경험적인 방법으로 지표면온도를 추정하여 이용하였다(Lee et al., 2007). LST는 Lansat TM/ETM+의 6번 밴드인 열적외선 파장역역을 사용하여 추출하는데, 각 DN값에 대하여 방사적 검정값(Qcal)으로부터 식 1과 같이 분광방사휘도 Lλ를 구할 수 있으며, 이로부터 절대온도(oK)를 구하여 추출한다(식 2).
- 은 그림 2과 같이 각 NVDI 값에 따른 LST의 픽셀의 최대값과 최소값을 추출한 뒤, 회귀식을 통해 얻어지는 회귀식이다. 본 연구에서는 LSTNDVIimax과 LSTNDVIimin의 회귀식은 NDVI 값에 대하여 랜덤하게 100개의 LST 픽셀을 추출한 뒤 도출하였다.
- 37%로 나타났다. 이와 같은 토지피복의 변화 양상을 분석하기 위하여, 픽셀 기반 Matrix 분석을 통하여 각 토지피복변화 양상을 영상전체의 비율로 분석하였다. 1996년 수역의 감소는 수역이 농경지로 변환된 비율이 1.
- 건조 정도 변화 분석을 위하여 각 위성영상의 NDVI 별 LST 의 최대값과 최소값을 산출한 뒤, VTCI 도출에 필요한 식을 표3과 같이 작성하였다.
- 본 연구에서는 미얀마 Central Dry Zone에 속해있는 Mandalay, Magway 지역 일대에서 Landsat 4-5TM 위성영상을 이용하여 토지 피복 변화와 식생온도조건지수(Vegetation Temperature Condition Index; VTCI)와의 관계를 분석하여 미얀마 건조지와 토지피복 간의 관계를 분석하였다. 1989년과 1996년, 2009년의 토지피복 변화를 분석한 결과, 산림 지역이 감소하는 것으로 나타났으며, 주거지와 농경지의 면적은 증가하는 것으로 나타났다.
대상 데이터
- 2%에 해당되고 빈곤과 생계를 위한 불법 벌채, 화전 등으로 사막화 및 토지의 황폐화가 빠르게 진행되고 있는 지역이다. 본 연구에서 이용한 위성영상은 Landsat 4-5 TM이며, 우기의 구름의 영향을 최소화 하기 위하여 1989년 2월 19일, 1996년 2월 25일, 2009년 1월 15일 영상을 이용하였다. 각 시기 별로 Mandalay, Magway 지역 일대를 중심으로 2개의 위성영상이 해당하는 지역을 선정하여, 그림 1과 같이 위성영상의 북쪽 지역을 (a)지역, 남쪽 지역을 (b)지역으로 나누어 분석 하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 감독분류의 최대우도법으로 토지피복 분류를 수행하였다. 토지피복별로 미얀마에서 7월에 획득한 22개의 GPS 자료를 참고하여 훈련지역의 Training set을 설정하고, 6개의 항목(수역, 주거지, 산림, 농경지, 나지, 사구)으로 토지피복 분류를 수행하였다.
- 주거지는 도시, 포장도로, 주택을 포함하고, 산림은 온대 활엽수림과 상록수림, 농경지는 논과 밭, 암석지대는 토지와 포장되지 않은 도로, 바위 등을 포함하였다. 또한, 감독분류의 정확도 평가를 위하여 분류 오차 표와 Kappa 계수를 이용하였다.
- 토지피복 분류의 정확도 평가는 Landis and Koch(1997)이 정확도를 구분한 방법을 따랐으며, 3시기 2지역의 모든 영상에서 전체 분류 정확도가 72% 이상, Kappa 값이 0.64 이상으로 비교적 높은 정확도를 나타내었다(부록 1-6). 이에 따라 본 연구에서 수행한 토지피복 분류는 실제 토지피복 변화와 유사성을 가진다고 판단되며, 실제로 UNCCD(2005)는 Sagaing, Mandalay, Magway 지역에서 산림이 농경지로 전용되는 비율은 13%(4,381.
성능/효과
- 토지피복 분류를 수행한 결과, (a)지역의 1989년 영상에서는 수역의 면적이 3.68% 비율을 나타냈으며, 주거지 2.73%, 산림 35.81%, 농경지 25.07%, 사구 0.32%, 나지가 32.39%로 나타났다. 1996년에는 수역과 산림, 나지가 감소하여 전체 영상의 2.
- 02%가 변화하였다. 이와 같은 결과로 (a) 지역의 수역과 산림, 나지의 감소는 농경지로의 변화가 가장 큰 영향을 미친 것으로 나타났다. 2009년 영상에서는 수역이 2.
- 52%가 주거지로 변화되었기 때문이다. 또한 농경지의 경우, 나지 및 암석에서 변화된 비율이 15.79%로 가장 높았으며, 다음으로 산림 6.09%가 변화함으로써 농경지의 증가가 나타났다. 이와 같은 결과로 (a)지역에서 나지 및 암석에서의 무리한 농경지로의 개간과 산림 파괴를 통한 농경지의 확장이 계속적으로 진행되고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- 09%가 변화함으로써 농경지의 증가가 나타났다. 이와 같은 결과로 (a)지역에서 나지 및 암석에서의 무리한 농경지로의 개간과 산림 파괴를 통한 농경지의 확장이 계속적으로 진행되고 있는 것을 확인할 수 있었다.
- (b)지역의 토지피복 분류 결과, 1989년에는 수역 0.86%, 주거지 5.84%, 산림 57.06%, 농경지 21.76%, 사구 0.47%, 나지 및 암석이 14%로 나타났다. 1996년에 1989년 비교하여 사구, 주거지역이 소폭 감소하였으며 산림은 42.
- 15%로 감소하였다. 산림 감소의 원인을 분석하기 위하여, 1989년에서 1996년 산림이 다른 토지피복으로 변화된 면적을 분석한 결과, 수역 0.01%, 주거지 2.9%, 농경지 6.0%, 사구 6.4%, 나지 및 암석은 0.00%으로 나타났다. 반대로, 농경지, 주거지, 사구가 산림으로 변화되는 비율은 4.
- 00%으로 나타났다. 반대로, 농경지, 주거지, 사구가 산림으로 변화되는 비율은 4.1%, 0.7%, 0.07%으로 나타났다. 따라서 1996년 산림의 감소는 농경지 및 사구로의 토지피복 변화와 큰 연관성을 가지고 있는 것으로 나타났다.
- 3%가 변화했기 때문으로 나타났다. 또한, 주거지의 증가는 농경지에서 주거지로의 변화가 3.5%로 가장 크게 영향을 미친 것으로 나타났으며, 다음으로 산림에서 주거지로의 변화가 1.96%로 크게 나타났다. 이와 같은 결과로 (b)지역의 산림과 주거지 및 농경지의 면적 변화는 연관성을 가지는 것으로 나타났으며, 특히 산림의 감소와 농경지 및 주거지, 사구의 증가가 밀접한 관련을 가지는 것으로 나타났다.
- 96%로 크게 나타났다. 이와 같은 결과로 (b)지역의 산림과 주거지 및 농경지의 면적 변화는 연관성을 가지는 것으로 나타났으며, 특히 산림의 감소와 농경지 및 주거지, 사구의 증가가 밀접한 관련을 가지는 것으로 나타났다.
- 48%으로 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서 토지피복 분류를 통하여 도출한 산림의 감소와 농경지 확장의 결과는 UNCCD(2005)의 결과와 유사하다고 사료되며, 이를 이용하여 토지피복변화를 분석하는 것은 유의한 것으로 판단된다.
- 66%, 습한 지역의 면적이 0%에 가깝게 나타남으로써 1989년에 비하여 건조도가 더 심각해지는 것으로 나타났다. 또한, 분석한 결과에서 매우 건조한 지역 및 건조한 지역이 본래 습한 지역이었던 동쪽으로 확산되고 있는 것으로 분석되었다.
- 미얀마의 건조 정도 및 사막화 현상을 설명하기 위하여 토지피복 변화와 VTCI간의 관계 분석을 수행한 결과, (a)지역의 매우 건조한 지역에서 1989년과 1996년의 농경지 비율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 토지피복과 건조 정도의 변화의 관계를 알아보기 위하여 시기별 토지피복이 주요하게 변화한 지역에서 VTCI의 변화를 분석한 결과, 1989년 토지피복이 산림에서 1996년 농경지로 변화한 곳의 VTCI의 평균값이 0.46(std 0.08)에서 0.38(std 0.07) 로 낮아져 건조의 정도가 증가하는 것으로 파악되었으며, 산림에서 주거지로 변화한 지역에서도 VTCI 값이 0.48(std 0.09)에서 0.40(std 0.10)으로 변화하여 산림 토지피복의 변화로 건조 정도가 증가하는 경향을 나타내었다. 1996년에는 매우 건조한 지역에서 나지 및 암석의 면적이 가장 큰 비율로 나타났다.
- 이는 1993년과 1994년의 큰 가뭄에 따른 토지 생산력의 변화에 따라 황폐지가 증가하고, 식생고사에 따른 순환적인 영향으로 건조 정도가 증가된 것으로 판단된다. 또한, 모든 위성영상에서 보통 지역 및 습윤한 지역의 산림 비율이 비교적 가장 크게 나타났으며, 건조하다고 판단이 되는 0.0-0.6 범위에서 농경지가 큰 비율을 차지하는 것으로 나타났으며, 2009년에는 건조한 지역에서 농경지의 비율이 가장 높은 것으로 나타났다. 1996년 산림지역에서 2009년 농경지로 변화한 지역의 평균 VTCI는 0.
- 또한 주거지의 증가에 따라, 2009년 건조한 지역에서의 주거지 면적이 가장 큰 것으로 나타났다. 이는 농경지와 산림에서의 변화가 주요한 영향을 미쳤으며, 농경지에서 주거지로 변화한 지역의 평균 VTCI는 0.39(std 0.07)에서 0.27(std 0.07)로 변화하였으며, 산림에서 주거지로 변화한 지역의 평균 VTCI는 0.41(std 0.09)에서 0.28(0.11)로 변화하여 건조의 정도가 크게 증가한 것으로 나타났다.
- 09)로 건조 정도가 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 본 지역도 토지피복이 산림에서 주거지 및 농경지로 변화하여 건조 정도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 미얀마 Central Dry Zone에 속해있는 Mandalay, Magway 지역 일대에서 Landsat 4-5TM 위성영상을 이용하여 토지 피복 변화와 식생온도조건지수(Vegetation Temperature Condition Index; VTCI)와의 관계를 분석하여 미얀마 건조지와 토지피복 간의 관계를 분석하였다. 1989년과 1996년, 2009년의 토지피복 변화를 분석한 결과, 산림 지역이 감소하는 것으로 나타났으며, 주거지와 농경지의 면적은 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 분석 결과를 통하여 미얀마 건조지역 내에서 토지이용형태가 급격하게 바뀌는 것을 모니터링할 수 있었다.
- 1989년과 1996년, 2009년의 토지피복 변화를 분석한 결과, 산림 지역이 감소하는 것으로 나타났으며, 주거지와 농경지의 면적은 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 분석 결과를 통하여 미얀마 건조지역 내에서 토지이용형태가 급격하게 바뀌는 것을 모니터링할 수 있었다. VTCI 분석을 수행한 결과에서 (a)지역에서는 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 점차 감소하고, 건조한 지역 및 보통, 습윤한 지역의 면적이 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 다소 감소되는 것으로 나타났다.
- 이러한 분석 결과를 통하여 미얀마 건조지역 내에서 토지이용형태가 급격하게 바뀌는 것을 모니터링할 수 있었다. VTCI 분석을 수행한 결과에서 (a)지역에서는 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 점차 감소하고, 건조한 지역 및 보통, 습윤한 지역의 면적이 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 다소 감소되는 것으로 나타났다. 반면에 (b)지역 또한 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 1989년에 비하여 모두 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 심각해지는 것을 파악할 수 있었다.
- VTCI 분석을 수행한 결과에서 (a)지역에서는 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 점차 감소하고, 건조한 지역 및 보통, 습윤한 지역의 면적이 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 다소 감소되는 것으로 나타났다. 반면에 (b)지역 또한 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 1989년에 비하여 모두 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 심각해지는 것을 파악할 수 있었다. VTCI와 토지피복 현황과의 관계 분석을 수행한 결과, (a)지역과 (b)지역 모두에서 매우 건조한 지역에서 산림 및 주거지의 농경지로의 변화 비율이 비교적 높게 나타나고, 변화된 지역에서 VTCI 값의 평균이 감소하여 토지피복의 변화와 건조 정도가 관련 있다고 사료된다.
- 반면에 (b)지역 또한 매우 건조한 지역으로 판단되는 곳의 면적이 1989년에 비하여 모두 증가하는 것으로 나타나, 건조의 정도가 심각해지는 것을 파악할 수 있었다. VTCI와 토지피복 현황과의 관계 분석을 수행한 결과, (a)지역과 (b)지역 모두에서 매우 건조한 지역에서 산림 및 주거지의 농경지로의 변화 비율이 비교적 높게 나타나고, 변화된 지역에서 VTCI 값의 평균이 감소하여 토지피복의 변화와 건조 정도가 관련 있다고 사료된다. 하지만 VTCI와 건조 정도에 직접적으로 영향을 미치는 강우량과 증발산량 등과의 관계 분석에 자료 획득의 어려움으로 토지피복이 건조 정도에 어느 정도 영향을 미치는지 명확한 분석이 어려웠던 한계점이 존재한다.
- 미얀마의 건조 정도 및 사막화 현상을 설명하기 위하여 토지피복 변화와 VTCI간의 관계 분석을 수행한 결과, (a)지역의 매우 건조한 지역에서 1989년과 1996년의 농경지 비율이 높은 것으로 나타났다. 이러한 토지피복과 건조 정도의 변화의 관계를 알아보기 위하여 시기별 토지피복이 주요하게 변화한 지역에서 VTCI의 변화를 분석한 결과, 1989년 토지피복이 산림에서 1996년 농경지로 변화한 곳의 VTCI의 평균값이 0.
후속연구
- 따라서, 본 연구에서 나타난 건조 정도 분석은 이러한 큰 가뭄과 어느 정도 연관성이 있을 것으로 사료된다. 또한, 향후 실제로 가뭄이 발생한 해의 위성영상을 이용하여 건조 정도 분석을 수행한다면 정확한 검증이 가능할 것으로 판단된다.
- 하지만 VTCI와 건조 정도에 직접적으로 영향을 미치는 강우량과 증발산량 등과의 관계 분석에 자료 획득의 어려움으로 토지피복이 건조 정도에 어느 정도 영향을 미치는지 명확한 분석이 어려웠던 한계점이 존재한다. 하지만 본 연구는 사막화에 대한 지식이 부족하고 사막화 모니터링과 예측 기술이 부족한 미얀마의 건조 지역에 대하여 사막화 원인을 구명을 위한 기본 자료로 유용하게 활용 것으로 판단된다.
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