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논문 상세정보

Landsat 자료의 통계적 모델링에 의한 기온추정에 관한 연구

A Study on Estimation of Air Temperature by Statistical Modeling of Landsat Data

초록

  기온은 지구상의 지형환경조건을 나타내는 하나의 중요한 요소이다. 표준적인 기상관측은 일반적으로 측정위치에서 기온의 시간적 변화에 대해서는 합리적인 설명을 제공하지만, 보다 넓은 토지영역에 걸쳐서 이러한 변화에서 대표적으로 발생하는 공간적 이질성을 설명하지 못한다. 기온의 공간적 패턴에 대한 합리적인 추정이 위성원격탐사로부터 얻어질 수 있다면 이러한 패턴은 지상관측의 시간적 정밀도와 결합하여 지형환경조건에 대한 우리의 지식을 상당히 향상시킬 것이다. 본 연구에서는 약 30년간(1985~2012)의 Landsat 열적외 영상들(133개 날짜)으로부터 취득되는 기상청 서울관측소 위치의 토지피복온도(지표면온도)와 일치하는 시간과 장소의 관측기온 사이의 상관성을 이용하여 원격탐사관측으로부터 직접적으로 기온을 추정하는 방법론을 찾는다. 결과적으로 여름계절 영상그룹을 제외하면, 토지피복온도와 기상청관측기온 사이에 대부분 매우 강한 상관관계(상관계수 R이 0.9 이상)가 확인되었으며, 추정기온과 실제기온 사이의 편의를 나타내는 표준오차는 약 2℃로서 넓은 영역에 대해 동시적으로 상당히 정확한 화소별 기온추정이 가능한 것으로 판단되었다. 본 연구에서 제안된 원격탐사기법은 넓은 토지영역 위에서 지형적인 기온분포의 공간적 패턴을 평가하는 새로운 접근방법으로 이용가능할 것이며, 오늘날과 같은 인공위성을 이용한 지구관측시스템의 시대에 더욱 향상될 것으로 기대된다.

Abstract

Air temperature is an important descriptor of terrestrial environmental conditions across the earth. Standard meteorological observations generally provide reasonable descriptions of temporal variations in air temperature for the site sampled but may not describe the spatial heterogeneity typically encountered in this variable over larger land areas. If a reasonable estimate of spatial patterns of air temperature can be derived from satellite remote sensing, this pattern, in combination with the temporal precision of ground measurements, should significantly improve our knowledge of terrestrial environmental conditions. In this study, we explore a methodology for estimating air temperature directly from remotely sensed observations using the observed correlation between land surface temperatures obtained from Landsat thermal infrared images(133 days) of approximately 30 years(1985~2012) and coincident ground-measured air temperatures recorded at Korea Meteorological Administration Seoul Observation Station. As a result, if excepting summer images group, a very strong correlation(correlation coefficient(R) > 0.9) was found between land surface temperatures from thermal infrared image and measured air temperatures. The standard error which means the bias between estimated air temperatures and measured air temperatures is about 2℃ and makes considerably accurate estimation of air temperature by pixel simultaneously for a large area. Further the remote sensing technique proposed in this study will be available as a novel approach to assessing spatial patterns of terrestrial air temperature fields over much of the earth’s land areas, and is expected to be more improved in the era of earth observing system using satellite as today.

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