[논문]MODIS 대기 온도 자료와 Random Forest를 활용한 한반도 지역 기상관측소에서의 냉방도일 추정

유병현; 이지혜; 박진유; 김광수

MODIS 대기 온도 자료와 Random Forest를 활용한 한반도 지역 기상관측소에서의 냉방도일 추정
The Use of MODIS Atmospheric Temperature Product and Random Forest to Estimate Cooling Degree Days at Weather Stations in Korean Peninsula 원문보기

유병현 (서울대학교 식물생산과학부) , 이지혜 (국가농림기상센터) , 박진유 (서울대학교 식물생산과학부) , 김광수 (서울대학교 식물생산과학부)

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문제 정의

위성영상 자료 처리를 지원할 수 있는 다양한 라이브러리를 제공하는 R을 기반으로 개발된 MODIS-PIPET 에는 gdalUtils 및 RcppArmadillo 등을 활용하여 MODIS 자료의 좌표계 변환, 모자이크 및 층별 온도 자료로부터 지표면 기압에 해당하는 온도 자료를 추출하는 모듈들이 포함되어 있다. 본 연구에서는, 남한의 24개 관측소 지점에서 MODIS 온도 자료로부터 일평균 온도와 냉방 도일을 추정하기 위한 RF 모형을 훈련하였다. 이들 RF 모형은 주간과 야갼의 MODIS 기온 자료, day of year, 및 위도를 입력 자료로 하였다.
기상관측자료가 가용하지 않는 지역의 경우, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)에서 측정된 영상자료를 사용하여 대기 자료를 생산할 수 있다. 본 연구의 목적은 MODIS 영상 자료를 Random Forest (RF)에 적용하여 냉방 도일을 추정하는 것이었다. Aqua 위성과 terra 위성으로부터 측정된 일별 MODIS swath 자료를 처리하여 연구 대상 지역의 기온자료를 생성하는 도구인 MODIS-PIPET을 개발하였다.

제안 방법

본 연구의 목적은 MODIS 영상 자료를 Random Forest (RF)에 적용하여 냉방 도일을 추정하는 것이었다. Aqua 위성과 terra 위성으로부터 측정된 일별 MODIS swath 자료를 처리하여 연구 대상 지역의 기온자료를 생성하는 도구인 MODIS-PIPET을 개발하였다. 위성영상 자료 처리를 지원할 수 있는 다양한 라이브러리를 제공하는 R을 기반으로 개발된 MODIS-PIPET 에는 gdalUtils 및 RcppArmadillo 등을 활용하여 MODIS 자료의 좌표계 변환, 모자이크 및 층별 온도 자료로부터 지표면 기압에 해당하는 온도 자료를 추출하는 모듈들이 포함되어 있다.
본 연구에서는, 남한의 24개 관측소 지점에서 MODIS 온도 자료로부터 일평균 온도와 냉방 도일을 추정하기 위한 RF 모형을 훈련하였다. 이들 RF 모형은 주간과 야갼의 MODIS 기온 자료, day of year, 및 위도를 입력 자료로 하였다. 한반도 지역의 일별 냉방 도일을 인공위성 종류별로 훈련된 RF 모형을 사용하여 계산하였다.

이론/모형

이들 RF 모형은 주간과 야갼의 MODIS 기온 자료, day of year, 및 위도를 입력 자료로 하였다. 한반도 지역의 일별 냉방 도일을 인공위성 종류별로 훈련된 RF 모형을 사용하여 계산하였다. 북한의 24개 검증지역에 대해 RF 모형으로 추정된 연간 냉방도일 평균값은 관측값 변이의 96%가 설명 가능하였다.

성능/효과

한반도 지역의 일별 냉방 도일을 인공위성 종류별로 훈련된 RF 모형을 사용하여 계산하였다. 북한의 24개 검증지역에 대해 RF 모형으로 추정된 연간 냉방도일 평균값은 관측값 변이의 96%가 설명 가능하였다. 이러한 결과는 RF 모형을 활용하여 MODIS 자료로부터 공간적인 난방 도일, 유효적산온도 등 온도 기반 생육 추정 모형의 구동을 지원할 수 있을 것으로 사료되었다.

후속연구

북한의 24개 검증지역에 대해 RF 모형으로 추정된 연간 냉방도일 평균값은 관측값 변이의 96%가 설명 가능하였다. 이러한 결과는 RF 모형을 활용하여 MODIS 자료로부터 공간적인 난방 도일, 유효적산온도 등 온도 기반 생육 추정 모형의 구동을 지원할 수 있을 것으로 사료되었다.

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