[논문]모델링기반 산림지역 토양수분 평가를 위한 MODIS NDVI 및 LST 활용 방안

박종윤; 김성준

[국내논문] 모델링기반 산림지역 토양수분 평가를 위한 MODIS NDVI 및 LST 활용 방안 원문보기

전원과 자원 = Rural resource, v.58 no.4, 2016년, pp.38 - 43

박종윤 (한국환경정책.평가연구원) , 김성준 (건국대학교)

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AI 본문요약
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제안 방법

이들 연구결과들을 바탕으로 본 연구에서는 소양강댐 유역(2,694 km²)을 대상으로 MODIS NDVI와 LST의 토양수분 재현능력 평가를 수행하였다. 이를 위해, SWAT 모형으로부터 모의된 토양수분과의 상관관계 분석을 통해 신뢰성을 평가하였다.
)을 대상으로 MODIS NDVI와 LST의 토양수분 재현능력 평가를 수행하였다. 이를 위해, SWAT 모형으로부터 모의된 토양수분과의 상관관계 분석을 통해 신뢰성을 평가하였다. 소양강댐 유역(그림 1)은 북한강 수계에 속하며, 산림이 전체 유역면적의 93%(침엽수 53.
분석기간은 2000년부터 2009년까지이며, 월단위 자료를 이용, 잎의 상태에 따라 forest leaf growing(3∼6월)과 forest leaf falling (9∼12월) 기간으로 나누고 활엽수, 침엽수 및 혼효림에 대한 결과를 도출 비교분석 하였다.
, 2012) 모의성능을 보였다. 토양수분에 대한모형의 보정 및 검증은 인제, 춘천, 화천 지점(그림 1)에 대해 수행되었다. 2003∼2004년까지의 일별 토양수분자료를 이용한 각 지점에 대한 검 보정결과 R²는 0.
SWAT으로 모의된 토양수분은 가장 작은 계산 단위인 HRU별로 추출되었으며, 그리드(grid) 파일 형태로의 변환을 거쳐 공간내삽 후, 영상과의 선형 회귀식과 상관성을 분석하는 Idrisi 프로그램의 Regress Tool을 이용, MODIS NDVI 및 LST 영상과 상관성 분석을 수행하였다. 분석기간은 2000년부터 2009년까지이며, 월단위 자료를 이용, 잎의 상태에 따라 forest leaf growing(3∼6월)과 forest leaf falling (9∼12월) 기간으로 나누고 활엽수, 침엽수 및 혼효림에 대한 결과를 도출 비교분석 하였다.

대상 데이터

MODIS Land Surface Temperature and Emissivity (MOD11)에서는 열적외선밴드(TIRband)를 이용 지표온도(LST)와 복사율을 측정한다. MODIST LST는 마찬가지로 전 지구를 대상으로 1 km(MOD11A1), 6 km(MOD11B1)의 공간해상도를 갖는 일별자료를 제공한다.
본 연구에 사용된 MODIS NDVI 및 LST 데이터는 NASA 홈페이지(https://modis.gsfc.nasa.gov)에서 무료로 다운받을 수 있으며, 각 Product 별 데이터 제공현황을 표 1에 정리하였다.

성능/효과

식물 생장시기인 3월부터 6월까지 기온증가에 따른 지표면에서의 수분 증발이 활발하므로, NDVI는 식생이 성장하면서 증가하고, 강우에 영향을 받지 않는 한 토양수분은 점점 감소하게 되는 것을 알 수 있다. 분석기간중 봄기간에 가뭄이 들었던 2001년과 강수량이 많았던 2005년의 상관성이 비교적 높았던 것으로 보아 강우에 의한 토양수분의 변동은 NDVI와의 상관성에 영향을 주는 것으로 판단된다. 하지만, 2002년이 다른 해에 비하여 R² 값이 크게 낮은 것으로 분석 되었는데, 이는 2001년 가뭄의 영향이 이어지면서 토양수분 변동에 영향을 미쳤기 때문이라 판단된다.
2000년부터 2006년까지 식생성장 상태 및 식생종류별 토양수분과 NDVI 및 LST의 상관성 분석결과를 종합해 보면, 잎의 성장시기에는 반비례 관계를, 잎이 떨어지는 시기에는 비례 관계를 보여주었다. 특히, 활엽수림과 혼효림 지역은 잎의 성장이 뚜렷한 즉, leaf growing period에 토양수분과의 상관성이 높은 것으로 나타났다.
2000년부터 2006년까지 식생성장 상태 및 식생종류별 토양수분과 NDVI 및 LST의 상관성 분석결과를 종합해 보면, 잎의 성장시기에는 반비례 관계를, 잎이 떨어지는 시기에는 비례 관계를 보여주었다. 특히, 활엽수림과 혼효림 지역은 잎의 성장이 뚜렷한 즉, leaf growing period에 토양수분과의 상관성이 높은 것으로 나타났다.
SWAT 등 수문모형에 의해 모의된 토양수분을 공간자료로 생산하여 NDVI 및 LST 분포도와의 상관성 분석은 대상유역의 토양과 토지이용 특성파악뿐만 아니라 기온과 강수변화 등을 고려함은 물론 식생의 성장상태에 따른 시공간적 분석이 고려되어야 할 것이다. 본 연구결과에서 보여주듯이 토양수분은 식색상태(NDVI)와 지표온도(LST)에 의해 설명될 수 있으며, 특히 강우에 따른 토양수분의 큰 변동성은 변동성이 작은 NDVI와 LST와의 상관성을 저하하는 요인이 될 수 있다. NDVI 및 LST는 우리나라 산림에서 비교적 건조하거나 습윤한 상태의 토양수분 추정이 가능할 것으로 판단되나 신뢰성은 평년수준에 비해 낮을 것으로 예상된다.

후속연구

SWAT 등 수문모형에 의해 모의된 토양수분을 공간자료로 생산하여 NDVI 및 LST 분포도와의 상관성 분석은 대상유역의 토양과 토지이용 특성파악뿐만 아니라 기온과 강수변화 등을 고려함은 물론 식생의 성장상태에 따른 시공간적 분석이 고려되어야 할 것이다. 본 연구결과에서 보여주듯이 토양수분은 식색상태(NDVI)와 지표온도(LST)에 의해 설명될 수 있으며, 특히 강우에 따른 토양수분의 큰 변동성은 변동성이 작은 NDVI와 LST와의 상관성을 저하하는 요인이 될 수 있다.
Terra MODIS 위성영상의 Vegetation Index Products는 다양한 식생지수를 제공함으로써 시공간적 가뭄평가와 증발산량 산정에 활용되는 등 수문모형과 결합, 연계하여 수문순환을 해석하고 이해하는데 도움이 될 것으로 판단된다. 또한, 지표온도와 식생정보로 부터 물수지 및 에너지 수지를 평가, 산정하는 다양한 방법들이 개발, 제시될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	2016년 토양수분관측소는 몇개가 운영중인가?	go.kr)에 따르면 2016년 현재 전국 83개 토양수분관측소가 운영중에 있으나 낮은 계측밀도로 수문분석에 있어 중권역(117개) 혹은 표준단위유역(840개) 규모에서의 활용에는 한계가 있다. 최근 이러한 토양수분자료의 공간적 한계를 극복하기 위해 위성영상 자료(Hong et al.
	토양수분이란?	토양수분은 지표의 다양한 과정을 통제하는 중요한 수문학적 변수이며, 침투나 침루를 통하여 강우와 지하수를 연결하는 기능을 함과 동시에 강우-유출특성에 직접적인 영향을 미치며 증발산을 통하여 에너지 순환을 연결하는 중요한 기능을 한다(홍우용 등, 2009). 따라서 신뢰할 수 있는 토양수분의 정보를 습득하는 것은 매우 중요하다.
	신뢰할 수 있는 토양수분의 정보를 습득하는 것이 매우 중요한 이유는?	토양수분은 지표의 다양한 과정을 통제하는 중요한 수문학적 변수이며, 침투나 침루를 통하여 강우와 지하수를 연결하는 기능을 함과 동시에 강우-유출특성에 직접적인 영향을 미치며 증발산을 통하여 에너지 순환을 연결하는 중요한 기능을 한다(홍우용 등, 2009). 따라서 신뢰할 수 있는 토양수분의 정보를 습득하는 것은 매우 중요하다.

참고문헌 (13)

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