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문제 정의
- 본 연구의 목적은 제주도의 수자원 중에서 사용하지 못하고 바다로 흘러가는 해저 용출수의 발생 지역을 위성영상을 통해 좀 더 구체적으로 파악하고자 한다. 향후 본 논문을 바탕으로 제주도의 수자원 활용에 많은 도움이 될 것이라고 판단된다.
가설 설정
- 7 ℃, 최대 25.9℃ 이고, 2008년 9월 19일(그림 4(c)) 영상의 해수면 온도 분포 범위는 최소 16.3 ℃, 최대 29.7 ℃ 이다. 일부 지역의 해수면 온도가 낮게 나타나는 것은 완전히 제거 되지 못한 구름의 영향을 받은 부분으로 판단된다.
제안 방법
- 백승균과 박맹언 (2005)[10]은 위성영상과 GIS를 이용하여 제주도 주변 해역의 해양환경 자료를 이용하여 해저 용출수를 연구하였다. Landsat TM 위성영상의 4월, 8월, 12월 자료를 이용하여 해양환경 분포 특성을 분석하여 용출 수와의 관계를 비교하였다. 지역으로 보면 제주도 동북 지역과 서북 지역에서 해저 용출수 가능성이 높게 나타났다고 한다.
- Landsat-7 ETM+ 위성영상을 이용하여 제주도 연안의 용출수 분포 파악을 위해 수온이 높게 분포하는 여름철인 7∼9월 영상을 중심으로 분석하였다.
- 그 결과, 제주도 북동 지역에서 해저 용출수 발생지역으로 추정되는 위치를 탐지하였다. 차후 연구로는 원격탐사로 탐지된 지역을 중심으로 해양물리조사와 같은 현장 조사를 실시하여 비교 및 검증을 수행할 예정이다.
- 여름을 제외한 다른 계절의 평균 해수면 온도 분포가 용출수 평균 온도와 비슷하게 나타나기 때문에, 해수면에서의 용출수 본포를 파악하기 어렵다. 따라서 해수면 온도가 용출수 분포 온도보다 높게 나타나는 계절인 여름철 영상을 이용하여 용출 수가 발생하는 지역을 파악하였다.
- 여름철 3장의 영상에 포함된 구름을 제거하기 위해 NASA의 ACCA 알고리즘을 이용하였다. 또한 NASA 의 해수면 온도 변환 알고리즘을 이용하여 변환된 해수면 온도 분포 결과에서 탐지된 구름 분포 영역과 제주도 육지 부분을 제거한 후, 해저 용출수 예상 수온 범위를 적용하여 각각 영상에서 해수면 온도 값을 추출하였다. 최종적으로 해저 용출수 예상 수온 범위로 추출된 영역들을 중첩하여 공통적으로 나타나는 지역을 추출하여 나타내었다.
- 또한 영상에서 수온의 분포를 좀 더 정확히 파악하기 위하여 구름 범위를 탐지하여 제거하였다. 구름 탐지 방법은 NASA에서 제공하는 구름 탐지(ACCA, Automatic Cloud Cover Assessment)방법[14] 중에서 식 (3)을 이용하였다.
- 해저에서 발생하는 용출수를 파악하기 위해 위성영상에서 육지지역은 마스킹을 통하여 제거한 후 해수면 부분만 이용하였다. 또한 해수면 온도 분포에 영향을 줄 수 있는 구름을 영상에서 제거하였다.
- 해수로 유출되어 용출되는 지하수량을 파악하기 위하여 용출수가 나타날 수 있는 예상 지역을 현장관측하거나 위성영상과 같이 원격탐사를 이용할 수 있다. 위성영상을 구성하고 있는 밴드 중에서 열적외(thermal infrared) 밴드를 이용하여 용출수의 온도 특성을 이용하여 용출수가 나타날 수 있는 지역을 파악하였다.
- 또한 NASA 의 해수면 온도 변환 알고리즘을 이용하여 변환된 해수면 온도 분포 결과에서 탐지된 구름 분포 영역과 제주도 육지 부분을 제거한 후, 해저 용출수 예상 수온 범위를 적용하여 각각 영상에서 해수면 온도 값을 추출하였다. 최종적으로 해저 용출수 예상 수온 범위로 추출된 영역들을 중첩하여 공통적으로 나타나는 지역을 추출하여 나타내었다.
- 해저 용출수에 관한 선행연구를 살펴보면 크게 두 영역으로 나누어 볼 수 있는데, 먼저 해양 환경 조사에 관한 연구를 보면 곽용석 등(2011)[6]은 부산 일광 유역에서 해저 용출수의 정량적인 평가를 위해 물 수지 방법과 라돈 물질수지 방법을 비교하였다. 해저 용출서의 잠재량에 대한 연구를 위해 연구 지역의 실제 증발산값을 평가하였으며, 라돈 분석 결과를 통해 해저 용출수량을 추정하였다. 이용우 등(2013)[7]은 부산 동부와 남부 연안해역과 일광만에서 해저 용천수 유출 탐사를 위한 염분 및 라돈 추적자의 분포를 분석하기 위해 해안에서 바다 쪽으로 약 1∼2 ㎞ 이내의 해수 내 염분과 라돈을 측정하였다.
- 본 연구의 연구 지역은 제주도 주변 해역(그림 1)이며, 연구 자료는 Landsat-7 ETM+ 위성영상의 2006년 1월 17일부터 2013년 3월 9일까지 검색된 총 50장에서 여름철 영상 3장(표 1)을 이용하였다. 해저에서 발생하는 용출수를 파악하기 위해 위성영상에서 육지지역은 마스킹을 통하여 제거한 후 해수면 부분만 이용하였다. 또한 해수면 온도 분포에 영향을 줄 수 있는 구름을 영상에서 제거하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 제주도의 수자원 관리 차원에서 제주도 주변해역에서 발생하는 해저 용출수 발생 예상 지역을 파악하기 위해 Landsat-7 ETM+ 영상을 이용 하였다. 해저 용출수의 온도 범위를 약 15∼17 ℃로 판단했을 때, 해수면 온도와 차이가 많이 발생할 수있는 여름철 영상을 이용하였다.
- 본 연구의 연구 지역은 제주도 주변 해역(그림 1)이며, 연구 자료는 Landsat-7 ETM+ 위성영상의 2006년 1월 17일부터 2013년 3월 9일까지 검색된 총 50장에서 여름철 영상 3장(표 1)을 이용하였다. 해저에서 발생하는 용출수를 파악하기 위해 위성영상에서 육지지역은 마스킹을 통하여 제거한 후 해수면 부분만 이용하였다.
- Landsat-7 ETM+ 위성영상을 이용하여 제주도 연안의 용출수 분포 파악을 위해 수온이 높게 분포하는 여름철인 7∼9월 영상을 중심으로 분석하였다. 사용된 영상은 2006년 1월 17일부터 2013년 3월 9일까지 총 50장의 영상 중에서 분석 조건에 맞는 2006년 7월 28일과 2006년 8월 29일, 2008년 9월 19일 영상을 사용하였다.
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1. Landsat-7 ETM+ 영상에서 구름 제거
제주도 주변 해역에서 발생하는 해저 용출수의 예상 지점을 탐지하기 위해 지구 표면의 온도를 측정할 수 있는 센서가 탑재된 Landsat-7 ETM+ 영상을 사용하였다
. 원본 영상에서 온도 값으로 변환하기 위해 NASA에서 제공하는 온도 변환 알고리즘을 이용하여 해수면 온도를 파악하였다. - 해저 용출수의 온도 범위를 약 15∼17 ℃로 판단했을 때, 해수면 온도와 차이가 많이 발생할 수있는 여름철 영상을 이용하였다. 제주도 주변 해역을 대상으로 2006년 1월 17일부터 2013년 3월 9일까지 검색된 총 50 장 중에서 구름의 영향으로 제주도 주변 해역이 가려진 영상을 제외하고, 사용가능한 여름철 영상은 단 3장 밖에 없었다.
- 이봉주 등(2002)[8]은 제주도의 수질 특성과 지질 특성을 기반으로 하여 육지 지역에서 발생하는 용천수를 비교하였다. 제주도내 존재하는 용천수 911개소 중 389개에 대해 실시한 성분 분석 결과를 이용하여, 이 중 345개 시료에 대한 환경 변화에 따른 특성 변화를 연구하였다. 제주도 북부와 서부, 동부권 해안지대 용천수들은 해수의 영향을 받았고, 서부 해안지대 및 저지대는 인위적인 오염 영향을 받은 결과가 나타났다.
- 해저 용출수의 온도 범위를 약 15∼17 ℃로 판단했을 때, 해수면 온도와 차이가 많이 발생할 수있는 여름철 영상을 이용하였다.
이론/모형
- 또한 영상에서 수온의 분포를 좀 더 정확히 파악하기 위하여 구름 범위를 탐지하여 제거하였다. 구름 탐지 방법은 NASA에서 제공하는 구름 탐지(ACCA, Automatic Cloud Cover Assessment)방법[14] 중에서 식 (3)을 이용하였다.
- 본 연구에서 사용된 Landsat-7 ETM+ 영상을 NASA에서 제공하는 온도변환 알고리즘[13] 중에서 식 (1)과 (2)를 이용하였다.
- 여름철 3장의 영상에 포함된 구름을 제거하기 위해 NASA의 ACCA 알고리즘을 이용하였다. 또한 NASA 의 해수면 온도 변환 알고리즘을 이용하여 변환된 해수면 온도 분포 결과에서 탐지된 구름 분포 영역과 제주도 육지 부분을 제거한 후, 해저 용출수 예상 수온 범위를 적용하여 각각 영상에서 해수면 온도 값을 추출하였다.
- 제주도 주변 해역에서 발생하는 해저 용출수의 예상 지점을 탐지하기 위해 지구 표면의 온도를 측정할 수 있는 센서가 탑재된 Landsat-7 ETM+ 영상을 사용하였다. 원본 영상에서 온도 값으로 변환하기 위해 NASA에서 제공하는 온도 변환 알고리즘을 이용하여 해수면 온도를 파악하였다. 먼저 구름이 어떻게 분포하고 있는지를 파악하기 위해 Landsat-7 ETM+ 영상의 8개 밴드 중에서 R(3), G(2), B(1) 밴드를 조합하여 칼라 합성 영상을 만든 결과는 그림 2와 같다.
성능/효과
- 2008 수면 온도 분포를 파악하였다. 2006년 7월 28일(그림 4(a)) 영상의 해수면 온도 분포 범위는 최소 16.6 ℃, 최대 30.8 ℃ 로 나타났다. 2006년 8월 29일(그림 4(b)) 영상의 해수면 온도 분포 범위는 최소 16.
- 이용우 등(2013)[7]은 부산 동부와 남부 연안해역과 일광만에서 해저 용천수 유출 탐사를 위한 염분 및 라돈 추적자의 분포를 분석하기 위해 해안에서 바다 쪽으로 약 1∼2 ㎞ 이내의 해수 내 염분과 라돈을 측정하였다. 라돈의 농도는 연안에서 외양으로 갈수록 낮아지고, 염분의 수직분포는 저층에서 낮게 나타나 해저 용천수의 담지하수 유출 가능성을 도출하였다. 이봉주 등(2002)[8]은 제주도의 수질 특성과 지질 특성을 기반으로 하여 육지 지역에서 발생하는 용천수를 비교하였다.
- 그리고 원격탐사를 이용한 연구 내용은 이대근 등(2002)[9]은 위성영상을 이용하여 거제도 주변 해역의 해수면 온도 분석으로 해안 유출지하수에 대한 연구로써, 거제도 주변해역을 대상으로 해수 온도와 지하수 온도 차가 많이 발생하는 월의 위성영상을 이용하였다. 온도분포 비교 결과 용출수 가능지점은 약 10여 개소 이상이며, 거제도의 남쪽 지역이 북쪽보다 많이 나타났다. 백승균과 박맹언 (2005)[10]은 위성영상과 GIS를 이용하여 제주도 주변 해역의 해양환경 자료를 이용하여 해저 용출수를 연구하였다.
- 제주도내 존재하는 용천수 911개소 중 389개에 대해 실시한 성분 분석 결과를 이용하여, 이 중 345개 시료에 대한 환경 변화에 따른 특성 변화를 연구하였다. 제주도 북부와 서부, 동부권 해안지대 용천수들은 해수의 영향을 받았고, 서부 해안지대 및 저지대는 인위적인 오염 영향을 받은 결과가 나타났다. 그리고 원격탐사를 이용한 연구 내용은 이대근 등(2002)[9]은 위성영상을 이용하여 거제도 주변 해역의 해수면 온도 분석으로 해안 유출지하수에 대한 연구로써, 거제도 주변해역을 대상으로 해수 온도와 지하수 온도 차가 많이 발생하는 월의 위성영상을 이용하였다.
후속연구
- 그 결과, 제주도 북동 지역에서 해저 용출수 발생지역으로 추정되는 위치를 탐지하였다. 차후 연구로는 원격탐사로 탐지된 지역을 중심으로 해양물리조사와 같은 현장 조사를 실시하여 비교 및 검증을 수행할 예정이다.
- 본 연구의 목적은 제주도의 수자원 중에서 사용하지 못하고 바다로 흘러가는 해저 용출수의 발생 지역을 위성영상을 통해 좀 더 구체적으로 파악하고자 한다. 향후 본 논문을 바탕으로 제주도의 수자원 활용에 많은 도움이 될 것이라고 판단된다.
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