[논문]한반도 수재해 관측을 위한 수자원 위성의 적용성

김동영; 백승협; 박광하; 황의호; 채효석

doi:10.11108/kagis.2017.20.1.085

[국내논문] 한반도 수재해 관측을 위한 수자원 위성의 적용성
Applicability of Water Resource Specialized Satellites for Observing Disasters on the Korean Peninsula 원문보기

한국지리정보학회지 = Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies, v.20 no.1, 2017년, pp.85 - 97

김동영 (K-water융합연구원) , 백승협 (K-water융합연구원) , 박광하 (K-water융합연구원) , 황의호 (K-water융합연구원) , 채효석 (K-water융합연구원)

초록
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최근 전 세계적으로 지구온난화, 기후변화 등으로 태풍, 지진해일, 폭염 및 폭설 등과 같은 수재해의 피해가 대규모로 확대되었다. 특히 태풍으로 인한 경제적 손실은 1960년대 이후 경제개발 및 도시화로 인한 인구과밀지역에서 크게 나타나고 있다. 본 연구에서는 2016년 한반도를 강타한 태풍 차바를 비롯하여 태풍 루사('02), 태풍 매미('03) 및 태풍 볼라벤('12)에 대하여 한반도 내습 전 후 촬영된 위성 현황에 대하여 조사 및 분석을 실시한 결과, 기존 위성을 활용함에 있어 한계를 느끼게 되었다. 국내 위성은 주로 기상, 해양, 지형 및 통신 등의 목적으로 개발 운영됨으로 물 관리 및 수재해 대응에 필요한 시 공간적 데이터 관측 정보가 많이 부족하였다. 때문에 국외 위성으로 범위를 넓혀 조사를 실시하였으며, 이에 GMS, TRMM, COMS 및 GPM 등의 위성 자료를 수집하였다. 향후 한반도에 빠르고 정확한 수재해 정보를 얻기 위하여 시 공간적 데이터 분석단위를 만족시키는 수자원 위성의 개발 및 적용이 필요하다.

Abstract ▼ AI-Helper

In recent years, the damage scales of water disasters such as typhoons, tsunamis, and heavy snow have been increasing globally as a result of global warming and climate changes. In particular, the economic loss caused by typhoons has been increasing for overpopulated areas that have undergone economic development and urbanization since the 1960s. In this study, we investigated and analyzed satellite images captured before and after typhoons on the Korean peninsula, including Typhoon Chaba (2016), Typhoon Rusa ('02), and Typhoon Maemi ('03). There was a limitation in utilizing existing satellites. Domestic satellites have mostly been developed and operated for the observation of the weather, ocean, and topography, as well as for use in communication. There are therefore insufficient temporal and spatial observations for water management and disaster response. In this work, we expanded the scope to overseas satellites and collected data from GMS, TRMM, COMS, and GPM. In the future, it will be necessary to develop and launch water resources satellites that can provide sufficient temporal and spatial data analysis units to obtain rapid and accurate water hazard information for the Korean peninsula.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존의 국내·외 연구동향 및 위성 활용기술의 흐름에 대한 고찰을 통해 본 연구에서 향후 목표로 하고 있는 수자원 전용 위성의 필요성 및 활용기술을 검토해 보고자 한다.
또한, 태풍 발생으로 한반도 내 피해가 예상될 경우 위험지역 예측 및 태풍 피해현황을 신속·정확하게 파악할 수 있는 수자원/수재해 전용 위성의 필요성 및 활용 기술에 대한 연구를 진행하였다.
본 연구에서는 한반도에 영향을 끼친 주요 태풍을 선정하고, 태풍의 한반도 내습 전·후 촬영된 국내·외 모든 위성영상을 검색하고 조사하였다.

제안 방법

2016년 한반도를 강타한 태풍 차바뿐만 아니라 이전의 주요 태풍(루사(’02), 매미(’03) 및 볼라벤(’12))에 대하여 한반도 내습 전·후 촬영된 위성 현황에 대하여 조사 및 검색을 실시하였다.
다음은 선정한 4개의 주요 태풍별 한반도 내습 전·후 촬영된 국내·외 위성자료를 조사하였고, 획득 가능한 영상에 대한 현황을 정리하였다.
본 연구 수행을 위해 한반도에 영향을 끼친 4개의 주요 태풍을 선정하였으며, 선정된 태풍에 대한 정보를 조사하였다. 첫째, 태풍 루사는 2002년 8월 23일 서태평양 마리아나 제도의 괌 섬 동북쪽 해상에서 열대성 폭풍으로 발달하여 태풍으로 바뀌었다.

대상 데이터

때문에 국외 위성으로 범위를 넓혀 조사를 실시하였으며, 이에 GMS, TRMM, COMS 및 GPM 등의 위성 자료를 포함하였다. 국외 위성 중 수재해와 관련하여 널리 사용되는 광학 위성으로 Aqua/Terra MODIS 위성 또한 기상 영향을 많이 받아 태풍 발생 시 지표면 관측은 불가능하였다.
둘째, 태풍 매미는 2003년 9월 6일 열대성 폭풍으로 발달하였으나 11일에는 2003년 발생한 태풍 가운데 가장 강력한 태풍으로 변하였다. 북위 25˚를 넘으면서 약해지기는 했으나 강한 위력을 유지한 채 제주도를 거쳐 경상남도(삼천포) 해안에 상륙하였다. 영남 내륙지방을 지나 경상북도(울진)를 거쳐 동해안으로 진출하면서 약해지기 시작하여 14일 일본 삿포로 북동쪽 해상에서 소멸하였다.
또한, 그 밖의 광학 위성 영상과 구름을 투과하여 날씨에 영향을 받지 않고 밤에도 관측할 수 있는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상은 홍수 모니터링/분석 및 재해지도 등과 같은 업무에 적극 활용하고 있다. 예컨대, 그림 2은 2016년 8월 중순 미국 루이지애나 홍수 발생 직후 홍수지도이며, 정확한 홍수지도를 제작하기 위하여 위성-항공-지표면 관측을 동시에 진행하였다. 위성자료로는 ALOS-2(빨강색 사각형), Sentinel-1A(주황색 사각형), COSMOS–SkyMed(하늘색 사각형), RADARSAT-2(초록색 사각형)의 SAR 영상이 사용되었고, NOAA의 항공기 그리고 미국지질조사국에서 지표면에서 침수경계면 관측정보가 사용되었다.
위성자료로는 ALOS-2(빨강색 사각형), Sentinel-1A(주황색 사각형), COSMOS–SkyMed(하늘색 사각형), RADARSAT-2(초록색 사각형)의 SAR 영상이 사용되었고, NOAA의 항공기 그리고 미국지질조사국에서 지표면에서 침수경계면 관측정보가 사용되었다.

성능/효과

‘GCOM-W 위성’을 개발하여 물 순환 감시 및 기후변화 모니터링(강수량, 증기량, 해양풍, SST 등)에 활용하고 있으며, L-band SAR인 PALSAR가 탑재된 ‘ALOS-2’개발로 해일 및 홍수 예측에 대한 정확성이 향상되었다.
그 뒤 전라남도(순천), 전라북도(남원, 무주), 충청북도(영동, 보은, 충주), 강원도(평창, 인제, 강릉,속초)를 지나 9월 1일 속초 북동쪽 지점에서 소멸하였다. 둘째, 태풍 매미는 2003년 9월 6일 열대성 폭풍으로 발달하였으나 11일에는 2003년 발생한 태풍 가운데 가장 강력한 태풍으로 변하였다. 북위 25˚를 넘으면서 약해지기는 했으나 강한 위력을 유지한 채 제주도를 거쳐 경상남도(삼천포) 해안에 상륙하였다.
영남 내륙지방을 지나 경상북도(울진)를 거쳐 동해안으로 진출하면서 약해지기 시작하여 14일 일본 삿포로 북동쪽 해상에서 소멸하였다. 셋째, 태풍 볼라벤은 2012년 북서태평양에서 발생하였으며, 당시 태풍 덴빈(제14호)과 후지와라 효과(Fujiwhara Effect: 두 개의 태풍이 인접하여 존재할 경우 서로 간섭하여 진로와 세력에 영향을 미치는 효과)로 인해 한반도로 진로를 바꾸어 한반도에 엄청난 피해를 입혔다. 특히 강풍으로는 2007년 태풍 나리 이후 가장 강하였고, 기압으로는 2003년 태풍 매미 이후 극값을 세웠다.
수자원관리를 위한 위성의 기능적 필요 사항을 3가지로 요약하면 첫째, 하천 폭 300∼400m를 고려한 최대 200m의 공간해상도, 둘째, 수재해 실시간 광역 모니터링을 고려한 1∼2일의 시간 해상도, 마지막으로 자체 개발 검·보정을 통한 정보신뢰도 70%에서 90% 향상을 위한 정보신뢰도가 필요하다.
본 연구 수행을 위해 한반도에 영향을 끼친 4개의 주요 태풍을 선정하였으며, 선정된 태풍에 대한 정보를 조사하였다. 첫째, 태풍 루사는 2002년 8월 23일 서태평양 마리아나 제도의 괌 섬 동북쪽 해상에서 열대성 폭풍으로 발달하여 태풍으로 바뀌었다. 31일 제주도 서귀포 동쪽 지점에서 방향을 북쪽으로 바꾸어 같은 날 전라남도 남쪽 해안에 상륙하였다.
태풍 루사를 관측한 위성 중 GMS(OpticalType)과 TRMM(Microwave Type)의 관측 자료를 통해 태풍의 경로, 진행방향 및 강수량 등의 정보를 얻을 수 있었다. GMS 위성은 일본 JMA와 JAXA에서 운영된 위성으로 2005년에 임무가 종료되었다.

후속연구

따라서 광역적이고 지역적인 수자원관리의 특성을 감시하기 위한 수자원 전용 위성이 필요하다. 그러나 현실적으로는 물 수지에 포함되어 있는 모든 인자들을 관측하기란 불가능하며, 수자원 위성 하나로 모든 물 문제 해결 또한 불가능하다, 이에 수자원 위성과 타 위성의 공통의 분야별로 초점을 맞추어 융합함으로써 시너지효과 창출이 가능할 것이다.
위성의 유형은 크게 세 가지로 나뉘는데 첫째, 광학 위성은 광학 카메라를 이용하여 관측하는 위성으로 가시광선 또는 적외선 부근의 파장 영역을 이용하며, 우리가 흔히 접하는 위성사진은 대부분 광학 위성이 촬영한 것이다. 둘째, 레이더 위성은 레이더를 이용하여 관측하는 위성으로 광학적 방법보다 더 정밀한 거리측정뿐만 아니라 위성의 표면 상태에 대한 정밀한 연구가 가능하다. 마지막으로 마이크로웨이브 위성은 마이크로웨이브 레이더를 이용하여 기상조건에 상관없이 관측이 가능하여 전 지구 기후변화와 날씨 패턴 연구 및 날씨 예보 분야에 활용이 가능하다.
또한, 시간, 분광 및 공간 해상도 등 우리나라 물 관리 분석단위(공간해상도: 10m 이상, 시간해상도: 2회 이상/1일, 분광해상도: 5 밴드 이상) 및 주야 관측이 가능한 자료 확보뿐만 아니라 산림이 65%이고 토지이용이 매우 복잡한 우리나라 지형적 특성을 고려한 검·보정 등에 적합하지 않아 활용에 한계가 있었다.
또한, 정지궤도 위성인 ‘HIMAWARI’를 발사하였고 이를 통해 태풍 및 긴급 기상예보 등에 대한 예측분야에 크게 활용될 것이다(Korea Water Resources Corporation, 2016).
둘째, 레이더 위성은 레이더를 이용하여 관측하는 위성으로 광학적 방법보다 더 정밀한 거리측정뿐만 아니라 위성의 표면 상태에 대한 정밀한 연구가 가능하다. 마지막으로 마이크로웨이브 위성은 마이크로웨이브 레이더를 이용하여 기상조건에 상관없이 관측이 가능하여 전 지구 기후변화와 날씨 패턴 연구 및 날씨 예보 분야에 활용이 가능하다. 표 1은 센서별 파장대 및 위성 특성을 보여주고 있다.
따라서 SAR 기반의 수자원 전용 위성으로 2회/1일 이상 한반도를 관측할 수 있는 위성이 개발되어야 할 필요성이 있다. 향후 수자원 전용 위성이 개발된다면, 이를 통해 태풍 및 강우로 인한 피해와 가뭄 등의 수재해 피해현황을 파악함에 있어 국외 위성 자료를 활용할 때와는 다르게 보다 신속하고 정확한 수재해 정보를 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 때문에 대외 의존적 자료 활용에서 탈피하여 독립적이고 주도적인 위성 활용을 위한 한국형 수자원전용 위성 개발 및 활용 기술에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수자원 위성에는 어떤 것들이 있는가?	수자원 위성이란 수문순환, 토양수분, 지하수 변동, 저수용량, 식생지수, 증발산량 등 물 관리에 필요한 수자원 기초자료 및 수문인자를 관측하고 산출할 수 있는 센서가 탑재된 위성을 말한다. 현재 개발 및 운영 중인 수자원 위성으로는 GPM Core, GRACE, SWOT, Aqua/Terra MODIS, RADARSAT 등이 있으며 이러한 위성들은 다양한 센서들을 통하여 강우,물 순환, 지하수, 수위, 토양수분 및 적설 등을 관측하고 있다.
	수자원 위성을 통하여 어떤 수문인자들을 산출할 수 있는가?	수자원 위성들은 가뭄 평가, 분석 및 모니터링 분야에 활용하고 있으며, 대표적인 위성들은 Aqua/Terra MODIS, SMAP, SMOS, SNPP,GCOM-W, GRACE 등이 있다. 이러한 위성들은 다양한 센서를 통하여 토양수분, 증발산량 및지하수 등의 수문인자를 산출할 수 있으며, 이를 통하여 종합적으로 가뭄 모니터링, 분석 및 예측 등이 가능하다. NASA의 MODIS 자료의 경우 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), LST(Land Surface Temperature) 자료를 500m, 1km, 2km의 해상도로 8일, 16일 단위로 제공한다(Korea Water Resources Corporation, 2016).
	수자원 위성이란 무엇인가?	수자원 위성이란 수문순환, 토양수분, 지하수 변동, 저수용량, 식생지수, 증발산량 등 물 관리에 필요한 수자원 기초자료 및 수문인자를 관측하고 산출할 수 있는 센서가 탑재된 위성을 말한다. 현재 개발 및 운영 중인 수자원 위성으로는 GPM Core, GRACE, SWOT, Aqua/Terra MODIS, RADARSAT 등이 있으며 이러한 위성들은 다양한 센서들을 통하여 강우,물 순환, 지하수, 수위, 토양수분 및 적설 등을 관측하고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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