[논문]Kompsat-l EOC 영상을 이용한 남극의 SSM/I 와 AMSR-E 해빙 면적비 비교 분석

한향선; 이훈열

Kompsat-l EOC 영상을 이용한 남극의 SSM/I 와 AMSR-E 해빙 면적비 비교 분석
Comparative Analysis of SSM/I and AMSR-E Sea Ice Concentration using Kompsat-l EOC Images of the Antarctic 원문보기

한향선 (강원대학교 지구물리학과) , 이훈열 (강원대학교 지구물리학과)

2005년 남극의 해빙을 촬영한 Kompsat-1 EOC 영상을 이용하여 SSM/I와 AMSR-E 해빙 면적비를 비교， 분석하였다. EOC 영상은 남극의 봄철에 해당하는 9-11월 사이에 남극 대륙의 가장자리를 가로지르는 11 개 궤도로부터 총 676개 영상이 획득되었으며， 이 중 대기 및 광량 조건이 양호한 68개 의 영상을 선별하였다. EOC 영상에 감독분류 방볍 을 적 용하여 표면 유형 을 White ice(W), Grey ice(G), Dark-grey ice(D), Ocean(O)로 분류하였고 해빙 면적비를 산출하였으며, 이를 NASA Team Algorithm(NT)으로 계산된 SSM/I 해빙 면적비, NASA Team2 Algorithm(NT2)으로 계산된 AMSR-E 해빙 면적비와 비교하였다. 남극의 봄철에 SSM/I 해빙 면적비는 EOC W+G 면적비와 잘 일치하였고，AMSR-E 해빙 면적비는 EOC W+G+D 면적비와 좋은 상관성을 나타내었다. 따라서 이 시기의 남극 SSM/I NT 해빙 면적비는 W와 G만을 반영하며, AMSR-E NT2 해빙 면적비는 D도 포함하는 것을 알 수 있었다. 또한 AMSR-E가 SSM/I보다 높은 해빙 면적비를 나타내는 것을 확인하였으며，두 수동 마이크로파 해빙 면적비의 차이는 EOC D 면적비와 높은 상관성을 보였다. 이로부터 EOC 영상에서 분류된 D와 NT2에 서 고려되는 Ice type C가 서로 유사한 해빙 유형임을 추정할 수 있었다.

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문제 정의

본 연구에서는 중저해상도 광학 영상의 한계를 극복하고 해빙의 유형에 따른 보다 정밀한 PM 해빙 면적비의 분석을 위하여 고해상도의 Kompsat-1 EOC 영상으로부터 다양한 해빙 유형을 분류하여 면적 비를 산출하였으며, 이를 SSM/I 와 AMSR-E 해빙 면적비와 비교, 분석하였다.

가설 설정

증가하였으며, 이로부터。와 Ice type C가 유사한 해빙유형일 것이라고 추정하였다.
위의 결과를 바탕으로 D가 NT2에서 고려되는 Ice type C와 유사하다고 가정할 수 있었다. Ice type C는 균질하지 않고 복잡한 산란을 일으키는 표면을 가지며, 실제보다 해빙 면적비가 작게 계산되는충빙 유형이다(Comiso et al.

제안 방법

AMSR-E와 SSM/I 해빙 면적비의 차이를 EOC의 G, D, G+D 면적비와 각각 비교하였다. 그 결과, AMSR-Ee- SSM/I 해빙 면적비의 차이는 EOC D 면적비와 가장 높은 상관성을 나타냈다(Fig.
NASA Team Algorithm(NT)로 계산된 SSM/I 해빙 면적비와 NASA Team2 Algorithm(NT2)로 계산된 AMSR-E 해빙 면적 비의 정밀한 분석을 위하여 고해상도의 Kompsat-1 EOC 영상으로부터 White ice(W), Grey ice(G), Dark-grey ice(G) 로 해빙 유형을 분류하여 면적비를 산출하였고, 이를 SSM/I, AMSR-E 해빙 면적 비와 각각 비교하였다.
PM 자료로부터 EOC 영상의 촬영 일자와 위치에 해당하는 해빙 면적비를 추출하였다. 또한 인접 날짜 및 pixel을 포함하는 cubic pixel로부터 해빙 면적비의 표준편차를 구하였는더], 이는 해빙의 시공간적 불안정성을 나타내는 지표로 사용될 수 있다CHM and Lee, 2006).
이는 G와 D가 SSM/I 해빙 면적비에 반영되지 않기 때문인 것으로 생각되었다. 따라서 NT가 반영하는 Ice type A, B와 W 가 서로 유사하다고 판단하여 SSM/I와 EOC W 면적비를 비교하였다(Fig. 2b). 그러나 대부분의 SSM/I 해빙 면적비는 EOC W 면적비보다 큰 값을 취했으며, 상관계수는 0.
235GHz 수직 편광 채널로 이루어지며, NASA Team Algorithm (NT)과 Bootstrap Algorithm을 통하여 25 km 공간해상도의 해빙 면적비가 계산된다. 본 연구에서는 NT로 계산된 SSM/I 일평균 해빙 면적비를 사용하였다.

대상 데이터

6 m의 팬크로매틱 영상을 제공한다. 남극의 EOC 영상은 2005년 9-11월 사이에 남극 대륙의 가장자리를 지나는 11개 궤도(총 676 영상에서 획득되었으며, 대기 및 광량 조건이 양호한 4개 궤도(Fig. la)의 68개 영상이 연구에 사용되었다 (Table 1).
확인되었다. 최대한 정확한 기하 보정을 하기 위하여 EOC와 촬영 시각과 지역이 인접한 Terra/Aqua MODIS 영상을 사용하였다.

이론/모형

5 km 공간 해상도로 해빙 면적비를 제공한다. 연구에는 NT2로 계산된 AMSR-E 일평균 해빙 면적 비를 사용하였다.

성능/효과

2e). AMSR-E와 EOC W+G 면적 비를 비교했을 경우(Fig. 2f), 0.740의 비교적 좋은 상관계수를 보였다.
D 만을 제외한 EOC W+G 면적비를 SSM/I 해빙 면적비와 비교한 결과(Fig. 2c), 0.830의 상관계수로 가장 잘 일치하였다. 따라서 NT로 계산된 SSM/I 해빙면적비는 W와 G를 반영하며, D는 포함하지 않음을 알 수 있었다.
, 2006). EOC 영상의 D는 두께가 매우 얇고 수분과 얼음 결정이 혼합된 표면을 가지는 것으로 보이며, 이에 따라 D가 Ice type C 와 유사한 해빙 유형이라고 추정할 수 있었다.
EOC 영상의 기하보정은 궤도정보를 통해 이루어지는데, 연구에서는 약 5 km의 오차가 확인되었다. 최대한 정확한 기하 보정을 하기 위하여 EOC와 촬영 시각과 지역이 인접한 Terra/Aqua MODIS 영상을 사용하였다.
이 영상에 상응하는 AMSR-Ee- SSM/I 해빙 면적 비는 각각 98%와 96%로써, 그 차이는 2%에 불과하다. Fig. 4의 예시뿐만 아니라 대부분의 EOC 영상에서 D가 많이 분포할수록 AMSR-E와 SSM/I 해빙 면적 비의 사이의 차이가 커지는 것을 확인할 수 있었다.
3a는 EOC 영상에 상응하는 SSM/I 와 AMSR-E 해빙 면적비를 비교한 상관도이다. PM cubic pixel 의 표준편차가 ±2.5% 이하인 데이터는 검정색으로 나타내었으며, ±2.5%를 초과한 경우 흰색으로 표시하였다, AMSR-E 해빙 면적 비가 대부분 SSM/I보다 높았으며, 이는 NT2가 NT 에서 고려하는 해빙 유형 외에 Ice type C를 추가로 반영하기 때문인 것으로 생각되었다.
그 결과, AMSR-Ee- SSM/I 해빙 면적비의 차이는 EOC D 면적비와 가장 높은 상관성을 나타냈다(Fig. 3b).
그러나 PM cubic pix이의 표준편차가 ±2.5% 이하인 데이터만을 고려했을 때, AMSR-E 해빙 면적비는 EOC W+G+D 면적비와 더 좋은 상관성을 보였다. 이에 따라 NT2로부터 계산된 AMSR-E 해빙 면적 비는 W와 G 뿐만 아니라, D까지도 포함함을 추정할 수 있었다.
남극의 봄철에 SSM/I 해빙 면적비는 EOC W+G 면적비와 잘 일치하였고, AMSR-E 해빙 면적비는 EOC W+G+D 면적비와 좋은 상관성을 보였다. 이에 따라 NT로 계산된 SSM/I 해빙 면적비는 W 와 G 만을 반영하며, NT2 로 계산된 AMSR-E 해빙 면적비는 D도 포함하는 것을 알 수 있었다.
해당한다. 대부분의 해빙 표면에는 눈이 쌓여 있었고 폭이 좁은 크랙(crack) 과 리드(lead)가 많이 관찰되었으며, 그사이를 fast ice로 추정되는 해빙과 open water가 채우고 있는 것이 확인되었다.
830의 상관계수로 가장 잘 일치하였다. 따라서 NT로 계산된 SSM/I 해빙면적비는 W와 G를 반영하며, D는 포함하지 않음을 알 수 있었다.
본 연구를 통하여 SSM/I와 AMSR-E가 반영하는 해빙 유형을 확인하였고, 수동마이크로파 해빙 면적비의 차이를 일으키는 원인을 추정할 수 있었다. 보다 정밀하게 수동 마이크로파 해빙 면적비를 평가하기 위해서는 고해상도의 광학 센서 및 SAR 센서의 동시 관찰이 필요하며, 같은 시기에 현장 관측이 필수적으로 이루어져야 할 것이다.
2a). 이시기의 해빙이 시공간적으로 안정적이고 open water가 크게 드러나지 않았다는 것을 고려해볼 때, EOC W+G+D 와 SSM/I 해빙 면적비의 차이는 매우 컸다. 이는 G와 D가 SSM/I 해빙 면적비에 반영되지 않기 때문인 것으로 생각되었다.
좋은 상관성을 보였다. 이에 따라 NT로 계산된 SSM/I 해빙 면적비는 W 와 G 만을 반영하며, NT2 로 계산된 AMSR-E 해빙 면적비는 D도 포함하는 것을 알 수 있었다.

후속연구

원인을 추정할 수 있었다. 보다 정밀하게 수동 마이크로파 해빙 면적비를 평가하기 위해서는 고해상도의 광학 센서 및 SAR 센서의 동시 관찰이 필요하며, 같은 시기에 현장 관측이 필수적으로 이루어져야 할 것이다.

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