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인공위성 SAR 영상 기반 태풍 중심 산정
Estimation of Typhoon Center Using Satellite SAR Imagery 원문보기

한국지구과학회지 = Journal of the Korean Earth Science Society, v.40 no.5, 2019년, pp.502 - 517  

정준범 (서울대학교 과학교육과) ,  박경애 (서울대학교 지구과학교육과) ,  변도성 (국립해양조사원 해양과학조사연구실) ,  정광영 (국립해양조사원 해양과학조사연구실) ,  이은일 (국립해양조사원 해양과학조사연구실)

초록
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지구온난화와 급속한 기후 변화북서 태평양 내 태풍의 특성에 오랫동안 영향을 미쳤고, 이로 인해 한반도 연안에서 치명적인 재해가 증가하고 있다. 마이크로파 센서의 일종인 Synthetic Aperature Radar (SAR)는 위성 광학 및 적외선 센서로는 바람을 구할 수 없는, 흐린 대기 조건인 태풍 주위에서 고해상도 바람장을 생산할 수 있다. SAR 자료로부터 해상풍을 산출하기 위한 Geophysical Model Functions (GMFs)에는 풍향 입력이 필수적이며, 이는 태풍 중심을 정확히 추정하는 것에 기반해야 한다. 본 연구는 태풍 중심 탐지 방법의 문제점을 개선하고 이를 해상풍 산출에 반영하기 위하여, Sentinel-1A 영상을 이용해 태풍 중심을 추정하였다. 그 결과는 한국 및 일본 기상청이 제공한 태풍 경로자료와 비교하여 검증하였고, Himawari-8 위성의 적외 영상도 활용하여 검증하였다. 태풍의 초기 중심 위치는 VH 편파를 이용해 설정하여 오차의 발생 가능성을 줄였다. 탐지된 중심은 한국 및 일본 기상청에서 제공하는 4개 태풍의 경로 자료와 평균 23.76 km의 차이를 보였다. Himawari-8 위성에서 추정된 태풍 중심에 비교했을 때 결과는 육지 근처에 위치하면서 58.73 km의 큰 차이를 보인 한 태풍을 제외하고는 평균 11.80 km의 공간 변이를 보였다. 이는 고해상도 SAR 영상이 태풍 중심을 추정하고 태풍 주위 해상풍 산출에 활용될 수 있음을 시사한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Global warming and rapid climate change have long affected the characteristics of typhoons in the Northwest Pacific, which has induced increasing devastating disasters along the coastal regions of the Korean peninsula. Synthetic Aperature Radar (SAR), as one of the microwave sensors, makes it possib...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구는 Sentinel-1A 위성의 SAR 영상, Himawari-8 위성의 적외 영상, 그리고 한국과 일본 기상청에서 제공하는 태풍의 경로 자료를 이용하여 1) Du and Vachon (2003)의 태풍 중심 탐지 알고리즘을 적용하여 오차 특성을 파악하고, 2) 분석한 오차 특성을 바탕으로 알고리즘을 개선하고, 3) 기존 알고리즘과 본 연구에서 개선한 알고리즘의 결과를 비교하며, 4) 기상청 태풍 경로 자료와 적외 영상을 활용하여 제안한 알고리즘의 정확도를 평가하는 데 목적이 있다.
  • 이때, 웨이블릿 분석에서 제거되지 않은 바람 흔적이나 강수대의 흔적이 더 큰 구배를 보임에 따라 이들이 탐지될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 객체 탐지 시 획득한 태풍 중심 영역으로부터 반경을 계산하고, 해당 반경의 두 배 이내의 구역에서 구배가 최대가 되는 지점을 산출하고자 하였다. 그리하여 1도 간격으로 구배가 가장 큰 지점을 찾았고, 각 지점들의 질량중심을 태풍 중심 위치로 추정하였다.
  • 본 연구에서는 인공위성 SAR 자료에 활용되는 기존 태풍 중심 탐지 방식이 갖는 한계점을 분석 및 개선하였고, 그 한계점이 잘 드러나는 SAR 태풍 영상에 적용하여 개선된 방법이 산출하는 태풍 중심의 정확도를 검증하였다. 본 연구에서 제안한 방식은 더 높은 정확도로 태풍 중심을 탐지함으로써 정확한 태풍 주변 해상풍 산출에 기여할 수 있을 것으로 생각된다.

가설 설정

  • 따라서 많은 웨이블릿 모함수 중 db4, 스케일 레벨은 7로 설정하여 진행한 웨이블릿 분석이 노이즈를 충분히 제거함을 보이기 위해 태풍 중심 내부에 임의로 설정한 초기 위치에 대해 태풍 중심 탐지를 수행하였다. 노이즈가 제거된 영상은 태풍 중심의 테두리를 따라 구배가 가장 크다는 가정을 잘 만족하였고, 일부 노이즈는 그에 비할 정도로 큰 구배를 나타내기는 하였다. 하지만 대부분은 객체 탐지에서 획득한 태풍 중심의 반경의 두 배보다 먼 곳에 위치하였기 때문에 태풍 중심의 탐지에 영향을 주지 않음을 확인하였다(Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
태풍의 특징은 무엇인가? 태풍은 북서태평양 부근에서 발생하는 열대 저기압으로서 해양 및 대기의 열적 불균형을 조절하는 역할을 하고 있으며, 지구온난화와 기후변화로 인하여 급격하게 변화 중인 중요한 해양-대기 현상이다(Emanuel, 2001; Emanuel, 2005; Webster et al., 2005; Wu et al.
SAR영상에서 전처리 과정이 필요한 이유는 무엇인가? 3). SAR 영상 내에서 육지는 편파에 관계없이 해양과는 상이한 산란 특성을 보이기 때문에 태풍 중심 위치를 추정하는 데 오차를 발생시킬 수 있다. 따라서 SAR 영상 내 육지 화소는 Shutter Radar Topography Mission (SRTM)의 수치표고모델 (Digital Elevation Model, DEM) 자료를 사용하여 제거하였다.
SAR 인공위성이 태풍 바람장 분석에 널리 이용되는 이유는 무엇인가? 1970년대 축적된 위성 자료를 바탕으로 Dvorak(1975) 기법이 등장한 이래로 태풍 관련 정보는 인공위성을 통해 꾸준히 산출되고 심층연구가 활발히 진행되어 왔다. 특히, 1978년 발사된 Seasat을 필두로 한 SAR (Synthetic Aperture Radar) 인공위성은 전천후 마이크로파 센서를 이용하여 주·야간에 관계없이 수 미터에서 수백 미터의 공간 해상도로 해상풍을 산출할 수 있기 때문에 태풍 바람장 분석에 널리 이용되고 있다(Horstmann et al., 2000; Fernandez et al.
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