북극과 남극의 SSM/I Sea Ice Concentration과 Kompsat-1 EOC 영상의 비교 한향선, 이훈열 강원대학교 지구물리학과 imakdong@kangwon.ac.kr 배경화면 출처: 극지연구소

주요 연구 내용 2005년 7~8월 북극 및 9~11월 남극의 Kompsat-1 EOC 영상 촬영 EOC 영상의 Sea Ice Concentration (SIC) 산출 EOC와 SSM/I의 SIC 비교 북극의 여름철 EOC와 SSM/I 사이에서 발생하는 SIC 차이의 원인 고찰 남극의 봄철에 SSM/I에 반응하는 해빙의 유형 확인

Introduction 극지의 환경변화는 전지구적인 환경변화와 밀접한 관련 1970년대부터 Passive Microwave 원격탐사를 이용한 극지 관찰 시작 SSM/I의 경우 매일 북극과 남극의 해빙을 관찰하여 SIC 계산 SSM/I 검보정을 위해 다양한 위성 영상 및 현장 자료가 이용되어 왔음 SSM/I SIC 검증을 위해 고해상도의 Kompsat-1 EOC 영상 이용

Why Kompsat-1? 현재까지 해빙의 비교 연구에 주로 SAR나 중저해상도 광학영상 사용 Kompsat-1 EOC SAR: New ice와 Young ice 구별이 어려움 Landsat: 극지에 대한 촬영계획 제한적 MODIS, AVHRR 등: 저해상도 Kompsat-1 EOC 고해상도 (6.6m) 해빙의 특성상 전정색 영상 활용 극대화 다양한 해빙 유형 판별 용이 사용자 특수 촬영 요청에 대한 위성 운용 원활 우리나라 위성

Sea Ice Concentration Sea Ice Concentration (SIC) 일정 범위 내에서 해빙이 차지하는 비율 해빙의 두께 및 표면 성질을 포함 A: 100% B: 75% C: 50% D: 25% ice A B no ice C D

해빙 유형의 분류 Multi-year ice: 여름에 녹지 않은 해빙, 두께 3m 이상 연령, 형태, 두께에 따라 분류 (WMO, 1970) Multi-year ice: 여름에 녹지 않은 해빙, 두께 3m 이상 First-year ice: 여름에 녹아 겨울에 다시 어는 해빙, 두께 30cm~2m Young ice: white nilas 등, 두께 10~30cm New ice: dark nilas, grease ice, frazil ice 등, 두께 10cm 이하

북극 EOC 영상 EOC 영상이 촬영된 7~8월은 북극의 여름철로 해빙이 거의 녹는 시기 Ice edge 부분에서 총 10개 궤도(624개 영상) 촬영 총 624개 영상 중 구름의 영향이 없는 85개 영상(14%) 사용 북극 (2005. 08. 05) 7600kmⅹ11200km

북극 EOC 영상 2005년 8월 25일 해빙 분포의 시공간적인 변화가 매우 심함 주로 부빙과 유빙의 형태가 많이 나타남 EOC SIC: 36% SSM/I SIC: 66% 해빙 분포의 시공간적인 변화가 매우 심함 주로 부빙과 유빙의 형태가 많이 나타남 17.4kmⅹ18.7km

남극 EOC 영상 EOC 영상이 촬영된 9~11월은 남극의 봄철로써 해빙이 절정을 이루었다가 서서히 감소 대륙 edge 부분에서 총 11개 궤도(676개 영상) 촬영 총 676개 영상 중 구름의 영향이 없는 71개(11%) 사용 남극 (2005. 09. 25) 7900kmⅹ8300km

남극 EOC 영상 2005년 10월 5일 해빙 표면에 눈이 관찰되며 폭이 좁은 crack과 lead가 존재 EOC SIC: 99% SSM/I SIC: 95% 해빙 표면에 눈이 관찰되며 폭이 좁은 crack과 lead가 존재 Crack과 lead 사이에 New ice와 Young ice 존재 17.4kmⅹ18.7km

EOC 영상의 SIC 산출 감독분류 방법과 육안분류 방법 사용 Training set 설정 감독분류의 오차를 육안으로 보정 M + F: White Ice Y: Grey Ice N: Dark-grey Ice O: Ocean 감독분류의 오차를 육안으로 보정 M + F Y O N

SSM/I SSM/I (Special Sensor Microwave/Imager) 4개 주파수(19, 22, 37, 85GHz), 7개 채널(19H/V, 22V, 37H/V, 85H/V)로 구성 해빙의 복사세기를 측정하여 SIC 산출 (daily) NASA Team Algorithm Bootstrap Algorithm Ice extent 및 Ice area 관찰

남극 Ice Area Threshold: 15%

NASA Team Algorithm 19H, 19V, 37V 채널을 이용하여 SIC 계산 편광(PR)과 분광경사도(GR) 이용 (http://nsidc.org/data/docs/daac/nasateam/index.html) 19H, 19V, 37V 채널을 이용하여 SIC 계산 편광(PR)과 분광경사도(GR) 이용 CF = (a0+a1PR+a2PR+a3PRⅹGR)/D CM = (b0+b1PR+b2PR+b3PRⅹGR)/D Where, D =c0+c1PR+c2PR+c3PRⅹGR CT = CF+CM ＊CF: First-year ice concentration ＊CM: Multi-year ice concentration ＊CT: Total ice concentration

NASA Team Algorithm 고려하는 표면 유형 장점 문제점 M, F, O PR, GR을 사용하여 해빙 표면온도의 영향을 많이 받지 않음 문제점 M, F 외의 해빙 표면 유형 구분 불가능 해빙 방사율의 계절적, 지역적 변화에 따른 오차 Ice edge 부분에서의 오차 발생

C=[(T1B-T1O)2+(T2B-T2O)2]/[(T2I-T2O)2+(T1I-T1O)2] Bootstrap Algorithm (http://nsidc.org/data/docs/daac/bootstrap/index.html) 37H, 37V 또는 19V, 37V 채널을 이용하여 SIC 계산 두 개의 채널을 동시에 사용 C=[(T1B-T1O)2+(T2B-T2O)2]/[(T2I-T2O)2+(T1I-T1O)2] C=Ice Concentration T1B, T2B: 각 채널에서 관측된 밝기온도 T1I, T2I : 각 채널에서 관측된 ice의 밝기온도 T1O, T2O: 각 채널에서 관측된 ocean의 밝기온도

Bootstrap Algorithm 고려하는 표면 유형 장점 문제점 Ice, Ocean 37GHz 채널 사용으로 가장 좋은 해상도 제공 SIC가 높은 지역에서 정확 표면온도의 변화 고려 문제점 해빙 유형 구분 불가능 SIC가 낮은 지역에서 정확성이 떨어짐 방사율의 변화가 고려되지 않음

SSM/I SIC Data NASA Team total ice concentration과 Bootstrap ice concentration 사용(각각 25km resolution) EOC 촬영 날짜와 위치에 해당하는 SSM/I SIC 추출 EOC 촬영 날짜 및 전후 날짜의 cubic pixel (3ⅹ3ⅹ3)에 대한 SSM/I SIC의 표준편차 산출 해빙의 시공간적 불안정성의 지표 SSM/I cubic pixel 공간 시간

NASA Team과 Bootstrap 비교 북극 Correlation Coefficient: 0.979 남극 Correlation Coefficient: 0.857

북극 SSM/I SIC(NTA)와 EOC SIC(M+F+Y+N) 비교

남극 SSM/I SIC(NTA)와 EOC SIC(M+F+Y+N) 비교

남극 SSM/I SIC(NTA)와 EOC SIC(M+F) 비교

남극 SSM/I SIC(NTA)와 EOC SIC(M+F+Y) 비교 NASA Team Algorithm으로 계산된 SSM/I SIC는 M, F 뿐만 아니라 Y에도 반응하며 N에는 반응하지 않음

Conclusion SSM/I와 EOC의 SIC를 비교한 결과 북극의 여름철에는 해빙의 시공간적 변화가 심하여 서로 잘 일치하지 않음 남극의 봄철 New ice를 제외한 EOC SIC는 SSM/I와 잘 일치하였으며 이로부터 NASA Team SIC는 Multi-year ice와 First-year ice를 비롯하여 Young ice도 반영함을 확인 Ice edge 결정에 있어 New ice와 Young ice가 논란의 대상이 되고 있으며 이에 대한 보다 정확한 연구를 위해 이 해빙 유형이 잘 나타나는 극지의 가을철 ice edge 부분의 고해상도 위성 영상의 촬영이 요구됨 New ice와 Young ice를 지속적으로 연구하기 위해 Kompsat-1 EOC의 4~6월 남극, 9~11월 북극 촬영 계획 중

감사합니다.

북극 SSM/I SIC(BTA)와 EOC SIC(M+F+Y+N) 비교

남극 SSM/I SIC(BTA)와 EOC SIC(M+F+Y+N) 비교

남극 SSM/I SIC(BTA)와 EOC SIC(M+F) 비교

남극 SSM/I SIC(BTA)와 EOC SIC(M+F+Y) 비교