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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 가뭄의 절대적인 요인인 강수량과 식생지수인 NDV의 관련성을 파악하여 가뭄지수로서의 적용성을 분석하고자 한다.
- 한반도의 남북한 구분은 인위적인 것이나, 50년 이상의 분단은 사회, 경제적인 것뿐 아니라 식생의 분포 및 건강상태에도 적지 않은 영향을 미쳤다. 이에 본 연구에서는 한반도를 남북한으로 구분하여 토지피복에 NDVI와 강수량 상관관계분석을 하고 그 결과를 비교해 보았다.
제안 방법
- NDVI는 시기적, 공간적인 요인의 영향을 많이 받는 지수로 우선 토지 피복별에 따른 NDVI 특성을 알아보기 위해 1km 공간해상도 의 MODIS Land Cover Product® 사용하여 토지피복에 따른 시기별 NDVI 차이를 분석해 보았다. 사용된 MODIS Land Cover Product는 2002년 6월에 제작된 것으로 17개의 분류 카테고리 중 산림, 농지, 도시지역에 관련된 것만 사용하여 분석하였다.
- NDVI와 강수량은 모두 시기적 뿐만 아니라 공간적인 영향을 크게 받으므로, 토지피복이나 공간적인 변이를 고려하여 한반도의 주된 피복인 산림과 농지, 도시지역으로 분류하여 상관관계를 분석하였으며, 그 결과는 다음의 표 3과 같다.
- 또한 월 강수량 data와 비교분석하기 위해 10일 최대 값 합성 NDVI 영상을 월별로 평균하였으며, 강수량 data는 각각 남한 63개, 북한 25개 기상 관측소(그림 1)[기에서 관측된 것으로, NDVI는 2차원 영상인데 반하여 강수량은 점으로 이루어져 있어, 토지피복별 구분시 kriging 알고리즘으로 보간하여 해당 피복에 따른 통계치를 구하였다.
- 보다 효과적인 분석을 위해 단순 월별 합계 데이터뿐 아니라 1~2개월 전 강수량까지 합하여 최대 3개월 누적강수량도 포함하였으며, 한반도는 NDVI뿐 아니라, 강수량도 여름의 집중시기 등 시기에 따른 변화가 크므로, 그에 따른 변화의 폭을 줄이기 위해 NDVI와 강수량 모두 평년대비 수치를 사용하였다.
- 본 연구에서는 1994~2002년 9년 동안의 10-day maximum composite NDVI를 사용하여 한반도의 NDV와 강수량의 상관관계 분석을 하였으며, 토지피복별 4~7월 NDVI 를 기준으로 실시하였다.
대상 데이터
- NDVI는 시기적, 공간적인 요인의 영향을 많이 받는 지수로 우선 토지 피복별에 따른 NDVI 특성을 알아보기 위해 1km 공간해상도 의 MODIS Land Cover Product® 사용하여 토지피복에 따른 시기별 NDVI 차이를 분석해 보았다. 사용된 MODIS Land Cover Product는 2002년 6월에 제작된 것으로 17개의 분류 카테고리 중 산림, 농지, 도시지역에 관련된 것만 사용하여 분석하였다.
- 연구지역은 남북한으로 나누어진 약 220, 0003 면적의 한반도로, 남북으로 북위 33-43°, 동서로는 동경 124~132°에 위치하여 좁은 면적이지만 동서에 비해 남북으로 길게 뻗어있어 위도차에 의해 기후 특색이 다르며, 동고서저 지형의 영향으로 강수량 분포도 다르게 나타난다. 주된 피복은 산림으로 약 70% 정도 분포하며, 20%의 농지지역, 그 밖의 기타 지역 10%로 이루어져 있다.
- 이에 사용된 데이터는 일본농림수산연구 정보센터(AFF#C: Agriculture, Forestry and Fisheries Research Information Center) [5]에서 얻은 1994년부터 2002년까지 9년 동안 식물 생장기 (growing season : 3월 ~ 10월)까지의 NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)로 4km 공간해상도의 10일 최대 값 합성영상(10 -day maximum composite data)과 동일시기의 월 합계 강수량 자료를 사용하였다(표 1).
성능/효과
- 결과를 보면, 4~7월의 NDVI와 상관관계가 가장 높은 시기는 각기 모두 다르게 나타났다. 4월 NDVI는 3~4월 누적강 수량이, 5, 6월 NDVI는 4월 강수량이 각각 0.695, 0.775, 0.659로 가장 높았으며, 7월 의 경우 7월 강수량이 0.846으로 가장 상관관계가 높게 나타나, 장마기간 7월을 제외하면 4월의 강수량이 4~6월의 NDVI 에 영향력이 큰 것으로 나타났다.
- 예를 들어, 6월 NDVI에서 의 P는 6월 강수량을, P-2~P-1은 4~5월을 말한다. 결과를 보면, 4~7월의 NDVI와 상관관계가 가장 높은 시기는 각기 모두 다르게 나타났다. 4월 NDVI는 3~4월 누적강 수량이, 5, 6월 NDVI는 4월 강수량이 각각 0.
- 그 결과, 시기에 따라서 상관관계가 가장 높은 강수량은 차이가 있었다. 식생의 활동이 점점 활발해지고 안정됨에 따라서 좀 더 이전 강수량과의 상관관계가 높게 나타났지만, 장마 기간인 7월에는 낮은 상관계수를 보였다.
- 그림 4는 남북한 토지피복별 9년 평균 NDVI로 지리학적으로 남한이 북한에 비해 남쪽에 위치하고 있어 식생의 활동이 일찍 시작하고 늦게까지 지속될 뿐 아니라 더욱 활발한 생장활동을 하기 때문에 남한이 북한에 비하여 평균적으로 약 0.01 정도 높으나, 식생의 활동이 활발한 시기에는 오히려 남한보다 NDVI 수치가 높았다. 또한 남한의 연평균 강수량은 약 1, 350 mm인데 비하여, 북한의 770mm로 남한의 절반 정도에 이른다.
- 식생의 활동이 점점 활발해지고 안정됨에 따라서 좀 더 이전 강수량과의 상관관계가 높게 나타났지만, 장마 기간인 7월에는 낮은 상관계수를 보였다. 대체적으로 1~2개월 전 강수량과 가장 큰 상관관계를 보였으며, 토지피복별 로는 시기에 따라 다소 차이가 있었으나, 6월의 경우 농지, 도시지역. 산림 순으로 나타났다.
- 마지막으로 장마 기간인 7월을 제외하고 한반도의 주요 피복인 산림과 농지 두 토지 피복에 따른 상관계수 변화(그림 3)를 살펴보면, 식생 생장이 초기단계인 4월에는 두 피복의 상관계수가 비숫하며, 5월에는 산림의 상관계수가 농지에 비해 약간 높으나, 6월엔 반대로 농지의 상관계수가 산림에 비해 높았다. 이것을 산림과 농지의 시기별 NDVI 변화와 관련하여 분석해보면, 산림은 다른 토지피복에 비하여 NDVI가 높을 뿐아니라, 1~2개월 정도 먼저 상승하기 시작하여 가장 늦게까지 유지하나, 농지의 경우, 5월부터 서서히 상승하기 시작하여 추 수시기 즈음하여 하강하기 때문에 그에 따른 상관계수의 변화라 할 수 있다.
- 표 3을 보면, 가장 상관관계가 높은 시기는 도시지역을 제외하고 산림과 농지는 동일하게 나왔으며, 7월의 경우 한반도 전체 지역의 NDVI와의 상관관계는 0.846으로 매우 높게 나타났으나, 토지피복별로 구분하여 상관관계를 알아보았을 때는 0.5이하의 낮은 상관관계를 보인 것을 알 수 있다. 이는 도시지역의 경우, 다른 피복에 비하여 식생이 상대적으로 적어, NDVI와 강수량의 관련성을 알아보기가 힘들기 때문에 다른 피복과 차이가 나타난 것이며, 7월은 연강 수량의 절반을 차지하는 장마 기간으로 필요 이상의 강수량은 오히려 식생에 역효과가 나타나기 때문이라 생각된다.
- 한반도의 남북한 구분은 인위적인 것이나, 50년 이상의 분단은 사회, 경제적인 것뿐 아니라 식생의 분포 및 건강상태에도 적지 않은 영향을 미쳤다. 이에 본 연구에서는 한반도를 남북한으로 구분하여 토지피복에 NDVI와 강수량 상관관계분석을 하고 그 결과를 비교해 보았다.
후속연구
- 따라서, 가뭄의 주된 원인인 강수량 정보 그 자체보다는 식생에 미치는 영향이 더욱 중요하므로, 현재의 강수량으로 한두 달 뒤 식생에 미치는 영향 파악이 가능할 뿐 아니라, 이러한 강수량과 NDV의 관련성으로 볼 때 가뭄 모니터링에 NDVI의 사용이 적합하다고 생각되며, 가뭄 대책에 관한 정책에 많은 도움이 될 것이라 기대된다. 특히 가뭄에 가장 취약한 북한 지역은 남한에 비하여 상관계수가 높을 것으로 예상되어 더욱 효과적일 것이다.
- 이러한 남한 절반정도의 북한 연평균 강수량과, 북한의 부실한 수자원 관리정책과 산림남벌로 인한 지하수 부족, 높은 밭작물 비율 등으로 남한에 비해 강수량의 영향을 더 많이 받는 것으로 예상되며, 더욱 가뭄에 대한 정보가 필요하므로 남북한 비교 및 북한지역에 대한 가뭄연구는 더욱 필요할 뿐 아니라 결과 또한 효과적일 것으로 예상 된다.
- 이에 앞으로 연구진행방향을 이처럼 한반도를 남북으로 구분하여 비교하려 하며, 한반도는 좁은 면적에 비하여 공간적, 지역적인 변이가 크고 동서방향보다 남북방향으로 길게 뻗어 위치하기 때문에, 각 관측소별 분석이 더 적합할 것으로 생각된다.
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