[논문]적도 태평양 산호초 서식지의 해수 반사도 특성

문정언; 최종국

doi:10.7780/kjrs.2021.37.3.20

[국내논문] 적도 태평양 산호초 서식지의 해수 반사도 특성
Ocean Optical Properties of Equatorial Pacific Reef Habitat 원문보기

대한원격탐사학회지 = Korean journal of remote sensing, v.37 no.3, 2021년, pp.615 - 625

문정언 (한국해양과학기술원 해양위성센터) , 최종국 (한국해양과학기술원 해양위성센터)

초록
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태평양 적도 부근에 위치한 팔라우섬과 통가섬 주변 연안해역은 산호초와 맹그로브 및 해초지로 구성된 해역이다. 특히, 산호초 서식지의 표층 해수의 광특성을 이해하는 것은 원격탐사 기반의 서식지 분류의 정확도를 높이고, 열대해역 생태계 특성을 파악하는 데에 도움이 된다. 본 연구에서는 팔라우섬과 통가섬 산호초 서식지의 해수 특성을 파악하고자 해수 표면의 파장별 분광특성 자료를 수집하고, 해수 표층의 부유물 농도, 흡광계수 및 원격반사도 특성을 분석하였다. 또한 부유물 농도 분석 결과에 의거 위성자료 기반 부유물 농도 추정 경험적 알고리즘을 개발 및 검증하였으며, 555, 625, 660 nm 세 개 밴드를 이용한 원격반사도 밴드비와 부유물 농도의 결정계수가 0.98로 높은 상관관계를 보였다. 이와 같이 열대해역의 산호초 서식지는 해양광학적으로 빈영양성의 CASE-I 해수 성향이 강하며, 현장자료의 지속적인 수집과 분석을 이용한 모니터링이 필요한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The coastal areas around Palau Island and Tonga Island, near the Pacific equator, consist of coral reefs, mangrove and seaweed. In particular, understanding the optical properties of sea surface water in coral reef habitats helps improve the accuracy of remote sensing based habitat mapping and identify tropical ecosystem characteristics. Here, we collected spectral characteristics of sea surface water of Palau Island and Tonga Island and analyzed the concentration of suspended matters, absorption coefficient, and remote sensing reflectance to understand the seawater characteristics of the coral reef habitats. Based on the results of the suspended matter concentration analysis, we developed and verified an empirical algorithm to derive the concentration from satellite data using remote sensing reflectance of three bands, 555, 625, 660 nm, showed a high determinant coefficient, 0.98. In conclusion, coral reef habitats in tropical regions are characterized by CASE-I water in terms of the marine optics with oligotrophic properties, and require monitoring using continuous collection and analysis of field data.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Study area in Palau and Tonga with the in-situ measurement location marked.
표 Table 1. Station informations for investigation area of Palau and Tonga for 2013. Depth was used a portable sounder (HONDEX PS-7, range: 0.6 ~ 80 m)
그림 Fig. 2. Total suspended matter concentration for sea surface water measured at each location in the A and B regions of Palau.
그림 Fig. 3. Absorption coefficient for all particles, including pigments and suspended matters in Palau (a) at all wavelength normalized by the coefficient at 443 nm and (b) at 443 nm at each in-situ measurement location.of Palau.
그림 Fig. 4. (a) Absorption coefficient for dissolved organic matter in Palau at all wavelength spectrum normalized by the coefficient at 400 nm, (b) slope of absorption spectrum at each in-situ measurement location and (b) coefficient at 400 nm at each location.
그림 Fig. 5 (a) Remote sensing reflectance of seawater in Palau at all wavelength spectrum normalized by the reflectance at 570 nm (low water depth area) and 480 nm (other area), (b) relationship between remote sensing reflectance at 570 nm and 480 nm and (c) reflectance spectrum at low water depth where influenced by the bottom effect (red line) and that at other area (blue line).
그림 Fig. 6. Total suspended matter concentration for sea surface water measured at each location in the T, S and R regions of Tonga.
그림 Fig. 7. Absorption coefficient for all particles, including pigments and suspended matters in T (Lagoon), R and S regions (a) at all wavelength normalized by the coefficient at 443 nm and (b) at 443 nm at each in-situ measurement location.
그림 Fig. 8. (a) Absorption coefficient for dissolved organic matter in Tonga at all wavelength spectrum normalized by the coefficient at 400 nm, (b) slope of absorption spectrum at each in-situ measurement location and (b) coefficient at 400 nm at each location.
그림 Fig. 9. (a) Remote sensing reflectance of seawater in Tonga at all wavelength spectrum normalized by the reflectance at 570 nm (T and R region) and 480 nm (S region) and (b) relationship between remote sensing reflectance at 570 nm and 480 nm.
그림 Fig. 10. Empirically examined relationship between band ratio of remote sensing reflectance and total suspended matter concentration.

AI 본문요약
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성능/효과

팔라우 섬의 관측해역은 해역에 상관없이 총 부유물농도가 유사한 분포를 보였다. 수심이 얕은 지역은 맹그로브의 서식지가 많고 이러한 해역일수록 색소보다 부유물의 영향에의해 흡광계수 값과 스펙트럼 형태가 결정되었다.
팔라우 섬의 관측해역은 해역에 상관없이 총 부유물농도가 유사한 분포를 보였다. 수심이 얕은 지역은 맹그로브의 서식지가 많고 이러한 해역일수록 색소보다 부유물의 영향에의해 흡광계수 값과 스펙트럼 형태가 결정되었다. 또한 용존유기물의 흡광스펙트럼은 흡광계수 값이 크고 기울기 값이 작은 특성을 보였는데 이것은 용존유기물의 기원 차이에 의한 것으로수심이 얕은 지역일수록 육상기원용존유기물이 우세하게 분포하기 때문인 것으로 판단된다.
수심이 얕은 지역은 맹그로브의 서식지가 많고 이러한 해역일수록 색소보다 부유물의 영향에의해 흡광계수 값과 스펙트럼 형태가 결정되었다. 또한 용존유기물의 흡광스펙트럼은 흡광계수 값이 크고 기울기 값이 작은 특성을 보였는데 이것은 용존유기물의 기원 차이에 의한 것으로수심이 얕은 지역일수록 육상기원용존유기물이 우세하게 분포하기 때문인 것으로 판단된다. 관측해역을 중심으로 한 팔라우섬 연안해역의 해수 원격반사도 스펙트럼의 특징은 대체적으로 CASE-I성향이 강한 스펙트럼 형태를 보이면서도 일부 해역은 부유물의 영향에 의해 파장 550 nm부근에서 반사도 분광 특성이 나타나는 혼용된 CASE-I성향의 원격반사도 스펙트럼 형태를 보였으며, 연안해역 중 수심이 얕은 지역은 해저면의 영향에 의해 스펙트럼 형태가 변형된 CASE-II성향의 원격반사도 스펙트럼 형태로 사료된다.
또한 용존유기물의 흡광스펙트럼은 흡광계수 값이 크고 기울기 값이 작은 특성을 보였는데 이것은 용존유기물의 기원 차이에 의한 것으로수심이 얕은 지역일수록 육상기원용존유기물이 우세하게 분포하기 때문인 것으로 판단된다. 관측해역을 중심으로 한 팔라우섬 연안해역의 해수 원격반사도 스펙트럼의 특징은 대체적으로 CASE-I성향이 강한 스펙트럼 형태를 보이면서도 일부 해역은 부유물의 영향에 의해 파장 550 nm부근에서 반사도 분광 특성이 나타나는 혼용된 CASE-I성향의 원격반사도 스펙트럼 형태를 보였으며, 연안해역 중 수심이 얕은 지역은 해저면의 영향에 의해 스펙트럼 형태가 변형된 CASE-II성향의 원격반사도 스펙트럼 형태로 사료된다. 이에 대하여 본 연구에서는 단지 스펙트럼 형태의 비교에 의한 판단일 뿐이며, 추후 원격반사도 모델과 흡광계수 및 역산란 계수 등의 다양한 현장 자료를 활용한 심층 연구가 필요하다.
통가 섬의 관측해역은 Lagoon지역을 제외한 나머지 해역의 총 부유물 농도가 유사한 분포를 보였고 Lagoon 지역에서도 서쪽 해역이 가장 높은 총 부유물 농도 분포를 보였다. 연안해역 중 산호초군락 지역은 색소보다 부유물의 영향에 의해서,그 외 지역은 대체적으로 부유물보다 색소의 영향에의해 흡광계수 값과 스펙트럼 형태가 결정되었으며, Lagoon 지역의 서쪽해역은 색소의 영향에 의해, 동쪽해역은 부유물의 영향에 의해 흡광계수 및 스펙트럼 형태가 결정되었다.
통가 섬의 관측해역은 Lagoon지역을 제외한 나머지 해역의 총 부유물 농도가 유사한 분포를 보였고 Lagoon 지역에서도 서쪽 해역이 가장 높은 총 부유물 농도 분포를 보였다. 연안해역 중 산호초군락 지역은 색소보다 부유물의 영향에 의해서,그 외 지역은 대체적으로 부유물보다 색소의 영향에의해 흡광계수 값과 스펙트럼 형태가 결정되었으며, Lagoon 지역의 서쪽해역은 색소의 영향에 의해, 동쪽해역은 부유물의 영향에 의해 흡광계수 및 스펙트럼 형태가 결정되었다. 또한 용존유기물의 흡광 스펙트럼은 Lagoon지역을 포함한 모든 관측해역에서 흡광계수 값이 크고 기울기 값이 작은 특성을 보였는데 이것은 용존유기물의 기원차이에 의한 것으로 육상 기원 용존유기물이 우세하게 분포하기 때문으로 판단된다.
팔라우 섬과 통가 섬의 현장자료를 기반으로 부유물 농도에대한 경험적 알고리즘 개발연구를 수행하였는데, 파장 555 nm, 625 nm, 660nm의 세 개 밴드를 이용한 원격반사도 밴드비와 부유물 농도의 결정계수가 0.98 로 상당히 좋은 상관관계를 보였다. 그러나 현재 운용 중인 MODIS, VIIRS 및GOCI-II 등의 해색위성에 적용하기 위해서는 각 센서별 밴드 구성 및 특성을 고려한 심층 연구가 필요하며 또한 다량의 현장자료와 그에 따른 해색위성의 매칭자료가 필요할 것으로 판단된다.

후속연구

현재 운용 중인 MODIS, VIIRS 및 GOCI-II의 전구 관측 모드 자료 등의 다양한 해색위성을 활용하기 위해서는 추후 다량의 현장자료와 그에 따른 해색위성영상의 매칭자료를 확보하고, 각 해색센서별 구성 밴드 및 특성 등을 고려하여 위와 같은 경험적 알고리즘을 개선하고 정확도를 향상시키는심층연구를 지속적으로 수행할 필요가 있다.
관측해역을 중심으로 한 팔라우섬 연안해역의 해수 원격반사도 스펙트럼의 특징은 대체적으로 CASE-I성향이 강한 스펙트럼 형태를 보이면서도 일부 해역은 부유물의 영향에 의해 파장 550 nm부근에서 반사도 분광 특성이 나타나는 혼용된 CASE-I성향의 원격반사도 스펙트럼 형태를 보였으며, 연안해역 중 수심이 얕은 지역은 해저면의 영향에 의해 스펙트럼 형태가 변형된 CASE-II성향의 원격반사도 스펙트럼 형태로 사료된다. 이에 대하여 본 연구에서는 단지 스펙트럼 형태의 비교에 의한 판단일 뿐이며, 추후 원격반사도 모델과 흡광계수 및 역산란 계수 등의 다양한 현장 자료를 활용한 심층 연구가 필요하다.
98 로 상당히 좋은 상관관계를 보였다. 그러나 현재 운용 중인 MODIS, VIIRS 및GOCI-II 등의 해색위성에 적용하기 위해서는 각 센서별 밴드 구성 및 특성을 고려한 심층 연구가 필요하며 또한 다량의 현장자료와 그에 따른 해색위성의 매칭자료가 필요할 것으로 판단된다.

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저자의 다른 논문 :

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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