MODIS 정규식생지수 영상을 이용한 타클라마칸 사막의 식생변화탐지 김민애 이유미 이희원 강원대학교 지구물리학과 RS/GIS Lab

발 표 순 서 1. 서 론 2. 연 구 지 역 3. 연 구 자 료 획 득 및 처 리 4. 자 료 해 석 및 결 과 5. 결 론

서 론 지구온난화로 인한 기후변화는 지구에 많은 악영향을 미침 서 론 지구온난화로 인한 기후변화는 지구에 많은 악영향을 미침 기후변화로 인하여 생기는 가뭄은 사막화를 가속화하고 여러 해 동안 진행되고 있는 것으로 보고 됨(염종민 외, 2009) 중국의 타클라마칸 사막은 전 세계 뿐만 아니라 한반도에 심각한 황사 등의 피해를 초래 → 사막화에 대한 연구 중요성 원격탐사- 사막과 같이 넓은 지역을 직접 가보지 않고 한번에 관찰할 수 있으므로 현장조사에 쓰 이는 비용을 절감시킬 수 있고 사막 지형 조사 시 유용 본 연구에서는 타클라마칸 사막지역을 12개의 지역으로 나누어 2002년부터 2009년까지의 MODIS NDVI(정규식생지수, Normalized Difference Vegetation Index)의 변화양상을 관찰 NDVI>0.1, NDVI>0.2, NDVI>0.3에 따른 면적 변화 파악 NDVI와 면적간의 상관도를 분석, 타클라마칸사막의 식생변화를 탐지하고자 함

연 구 지 역 타클라마칸 사막 (Taklamakan Desert) 위치: 중앙아시아, 중국의 신강위구르 자치주 위치: 중앙아시아, 중국의 신강위구르 자치주 지형: 남쪽으로 쿤룬 산맥 서쪽과 북쪽으로 파미르 고원, 티엔산에 의해 경계가 정해짐 길이: 1,000 km, 폭: 400 km , 면적: 270,000 km² 특징: 세계에서 가장 큰 사막중의 하나 기후: 온대사막으로 뚜렷한 대륙성 기후 E 35˚ N 77˚ E 35˚ N 90˚

기 초 이 론 MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectrometer) 미국 NASA의 지구감시계획(EOS, Earth Observation System)에 의해 1999년 12월에 발사된 지구 관측 위성 Terra 및 2002년 5월에 발사된 Aqua 위성에 탑재 된 센서 MODIS의 궤도: 태양동주기궤도, 고도: 705 km 하루 혹은 이틀에 걸쳐 전 지구 관측 순간 시야 각: ±55° 주사 폭: 2,330 km 토지, 해양, 대기 등 다양한 조사에 활용 가능

기 초 이 론 MODIS의 밴드별 특성(Jenson, 2002) 〃 1 13 25 2 14 26 3 15 27 4 16 28 분광해상도(㎛) 공간해상도 응용분야 1 0.620-0.670 250×250m 토지피복 분류 13 0.662-0.672 1 × 1 km 〃 25 4.482-4.549 2 0.841-0.876 클로로필 흡수 14 0.673-0.683 26 1.360-1.390 구름 3 0.459-0.479 500×500m 토지, 구름 및 에어로졸 특성 분석 15 0.743-0.753 27 6.535-6.895 4 0.545-0.565 16 0.862-0.877 28 7.175-7.475 5 1.230-1.250 17 0.890-0.920 대기 중 수증기 29 8.400-8.700 6 1.628-1.652 18 0.931-0.941 30 9.580-9.880 오존 7 2.105-2.155 19 0.915-0.965 31 10.780-11.280 구름 표면 및 온도 8 0.405-0.420 바다색구별, 생화학 분야 20 3.660-3.840 32 11.770-12.270 9 0.438-0.448 21 3.929-9.989 33 13.185-13.485 구름의 고도 10 0.483-0.493 22 34 13.485-13.785 11 0.526-0.536 23 4.020-4.080 35 13.785-14.085 12 0.546-0.556 24 4.433-4.498 대기 온도 36 14.085-14.385

NIR(Near Infrared) = 근적외역의 반사도 RED = 적색가시역의 반사도 기 초 이 론 정규식생지수 (NDVI, Normalized Difference Vegetation Index) - 여러 가지 식생지수 중에 널리 사용 - NDVI는 계절별, 특정 시기별 식생활동을 비교하여 광합성 활동, 생장주기, 최초 및 최고 생장시 기, 잎의 변화시기 등의 정보를 제공(Jenson, 2002) - 식생의 성장과 식생상태에 대한 계절적 변화나 연간 변화를 모니터링 하는 데 유용 (1) NIR(Near Infrared) = 근적외역의 반사도 RED = 적색가시역의 반사도 - NDVI 값은 -1에서 1 사이의 범위에 분포, 일반적으로 육지의 물체들은 0~0.8 사이의 값을 가짐

자 료 획 득 USGS LP DAAC 접속 지도에서 연구지역 선택 영상 List 불러오기 영상의 위도와 경도, 좌표체계 입력 USGS(United States Geological Survey)에 있는 LP DAAC (Land Processes Distributed Active Archive Center) MODIS의 NDVI 자료획득 자료획득 영상의 위도와 경도, 좌표체계 입력 영상 List 불러오기 지도에서 연구지역 선택 USGS LP DAAC 접속

자 료 획 득 [h24v04 tile] [h24v05 tile] Latitude Longitude Upper Left 50.09 93.39 Lower Right 39.77 91.36 Latitude Longitude Upper Left 40.05 78.11 Lower Right 29.85 80.78 h24v04 h24v05

자 료 처 리 통계 및 분석 각 지역의 NDVI와 면적값 추출 12개 지역 설정 MODIS영상 Merge

자료해석 및 결과 North (사막의 북쪽지역) South (사막의 남쪽지역)

자료해석 및 결과 사막의 북부지역과 남부지역 연중 최댓값 추세선 기울기 0.219×10-2 (NDVI/year) 02년 12월 19일 06년 1월 17일, 3월 23일 08년 1월 17일 연중 최댓값 추세선 기울기 1.095×10-3 (NDVI/year)

연중 최댓값 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 80.665 NDVI>0.2 : 198.925 NDVI>0.3 : 356.605 연중 최댓값 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 249.660 NDVI>0.2 : 158.775 NDVI>0.3 : 150.380

Rim (사막과 가장 인접한 식생지역) 사막에 가까운 식생의 변화를 분석하고자 함 Farm (북쪽지역의 농지)

사막과 인접한 식생지역과 농지 최댓값 추세선 기울기 0.146×10-2 (NDVI/year) 최댓값 추세선 기울기 02년 12월 19일 06년 1월 17일, 3월 13일 08년 1월 17일 최댓값 추세선 기울기 0.146×10-2 (NDVI/year) 최댓값 추세선 기울기 0.146×10-2 (NDVI/year)

사막과 인접한 식생지역 농지 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 219.730 → 식생이 많이 퍼져나감 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 219.730 NDVI>0.2 : 137.970 NDVI>0.3 : 211.700 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 133.590 NDVI>0.2 : 150.015 NDVI>0.3 : 332.150

River_1, River_2, River_3 - 강 주변의 식생변화 알고자 함 Field_N, Field_S - NDVI 차이가 서로 다르게 관측되어 설 정 River_1, River_2, River_3 - 강 주변의 식생변화 알고자 함

사막의 서쪽에 위치한 초원지역의 북쪽과 남쪽 연중 최댓값 추세선 기울기 0.365×10-3 (NDVI/year) 02년 12월 19일 06년 1월 17일, 3월 23일 08년 1월 17일 연중 최댓값 추세선 기울기 0.219×10-2 (NDVI/year) 두 그래프 모양은 비슷하나 남쪽의 NDVI의 연중 최댓값의 평균값이 0.05 정도 높게 나타남 -이는 서로 다른 기후의 영향

사막의 서쪽에 위치한 초원지역의 북쪽과 남쪽 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 7.300 두 지역 연중 최댓값이 증가하는 추세 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 7.300 NDVI>0.2 : 50.370 NDVI>0.3 : 37.960 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 19.710 NDVI>0.2 : 45.990 NDVI>0.3 : 76.285

River_1,2,3 지역 최댓값 추세선 기울기 1.825×10-6 (NDVI/year) 최댓값 추세선 기울기

추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 0.000 NDVI>0.2 : 3.285 NDVI>0.3 : 6.205 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : -1.460 NDVI>0.2 : 1.460 NDVI>0.3 : 0.730 추세선의 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 52.560 NDVI>0.2 : -13.140 NDVI>0.3 : 0.000

Vegetation 사막지역과 식생 많은 부분의 비교하기 위함

Vegetation 지역 NDVI의 연중 최댓값 추세선 기울기 0.365×10-3 (NDVI/year) 면적의 연중 최댓값 추세선 기울기 (km²/year) NDVI>0.1 : 51.465 NDVI>0.2 : 245.280 NDVI>0.3 : 784.020

2002-2009년 12개 지역의 NDVI 연중 최대값 평균, NDVI의 연중 최댓값 추세선 기울기 연중 최댓값 평균 NDVI의 연중 최댓값 추세선 기울기 (NDVI/year) North 0.202 0.219X10-2 South 0.158 1.095X10-3 Rim 0.186 0.146X10-2 Farm 0.231 Field_N 0.291 0.365X10-3 Field_S 0.373 Village_1 0.226 0.073X10-2 Village_2 0.210 1.825X10-4 River_1 0.068 -1.825X10-6 River_2 0.077 -0.073X10-2 River_3 0.073 Vegetation 0.588

2002-2009년 면적의 연중 최대값 평균, 연중 최대값 추세선 기울기 NDVI>0.1 NDVI>0.2 NDVI>0.3 면적의 연중 최댓값 평균 (km²) 연중최댓값 추세선기울기 (km²/year) 면적의 연중 최댓값 평균 추세선기울기 (km²/year) North 43022.880 80.665 27070.750 198.925 19860.310 356.605 South 20962.660 249.660 13070.590 158.775 10145.810 150.380 Rim 22381.680 219.730 1269.910 137.970 8426.780 211.700 Farm 37877.810 133.590 24367.630 150.015 17819.380 332.150 Field_N 2109.938 7.300 2109.940 50.370 1608.940 37.960 Field_S 8566.030 19.710 7286.500 45.990 6312.380 76.285 Village_1 3869.530 23.725 2727.530 21.170 2225.500 Village_2 2347.380 -14.965 1509.060 1137.130 8.395 River_1 1395.560 0.000 529.780 3.285 308.940 6.205 River_2 745.690 -1.460 86.310 1.460 8.630 0.730 River_3 818.220 52.560 84.720 -13.140 15.470 Vegetation 221723.580 51.465 216042.200 245.280 207920.030 784.020

2002-2009년 사막의 남부지역과 서부지역의 NDVI와 면적의 상관도

2002-2009년 NDVI와 면적의 상관도 추세선 기울기 NDVI>0.1일 때 상관도의 추세선 기울기 (km2/NDVI) NDVI>0.2일 때 NDVI>0.3일 때 North 109418.00 107425.00 101818.00 South 41795.00 45961.00 52092.00 Rim 65569.00 55342.00 46695.00 Farm 92969.00 94502.00 89024.00 Field_N 6928.9.00 8928.00 22918.00 Field_S 10451.00 22053.00 29826.00 Village_1 6206.60 7012.60 9621.00 Village_2 4710.00 6722.00 7378.00 River_1 8376.00 3548.00 2650.00 River_2 16733.00 698.60 32.03 River_3 8616.00 152.90 61.04 Vegetation 7636.00 90727.00 34899.00

결 론 본 연구에서는 MODIS NDVI 자료를 이용하여 2002~2009년까지 타클라마칸 사막을 12 개 지역으로 나누어 NDVI와 식생면적을 구하여 식생상태를 분석 NDVI 연중 최댓값 추세선의 기울기가 river_1, river_2를 제외한 모든 지역에서 양의 값 을 가지나 매우 작은 변화이므로 타클라마칸 사막의 식생이 증가하였다라고 할 수 없음 사막서쪽의 초원 북부지역과 남부지역의 NDVI 차이는 기후의 영향을 크게 받는 것으로 판 단 상관도에서 사막의 남부지역과 서부지역은 NDVI가 증가할수록 식생면적이 넓게 퍼져나감 8년이라는 비교적 짧은 기간의 타클라마칸 사막 영상을 모니터링 하였기 때문에 앞으로 더 많은 영상자료와 그에 따른 현장자료, 좀 더 정확한 기상자료를 함께 조사한다면 향후 더 확연한 결과를 얻어낼 수 있을 것

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