Water 관련 원격탐사.

수표면, 수중 체적 및 바닥 복사휘도 수표면에 실제로는 도달하지 않는 태양복사량과 천공복사량이 센서에 수표면, 수중 체적 및 바닥 복사휘도 수표면에 실제로는 도달하지 않는 태양복사량과 천공복사량이 센서에 기록되는 복사휘도, 불필요한통과 복사휘도 대기와 물의 접촉면에 도달하는 복사휘도 수체의 수표면 특징과 관련된 가치 있는 스펙트럼 정보를 가짐 태양의 천정각과 센서의 관찰각이 거의 일치할 때에는 수체의 표면으로부터 순수한 거울반사가 발생 바닥까지 도달하지 않지만, 수체를 통화하고 수제의 내부 부피특성에 대한 가치 있는 정보를 제공 수표면을 투과하여 수체의 바닥에 도달하는 복사휘도 Lv와 Lb 구분 어렵다. 바닥으로부터의 복사휘도는 바닥 위의 수체를 적절하게 특성화하는 것을 매우 어렵게 만들기 때문이다.

파장함수로서 물의 스펙트럼 반응 가장 두드러진 특성으로는 수체 입사광의 최소 흡수 및 산란은 약 400~500nm의 청색 파장대, 그 중에서도 약 460~480nm에서 최소값을 보인다. 이는 물을 시각적으로 청색으로 보이게 한다.

파장함수로서 물의 스펙트럼 반응 육지와 순수한 물간의 구별하기 위해 740~2500nm 영역의 근적외 및 중적외 파장영역을 사용한다. 근적외 및 중적외 에너지는 순수한 물의 경우 에너지의 대부분이 흡수되어 검은색으로 나타나고, 식물과 나지의 경우 에너지의 대부분이 반사되어 상대적으로 밝게 나타나도록 만들어 준다. 녹색 및 적색 (band1, band2) 영상은 수중의 정보를 파악하는데 유용 근적외 영상 (band3)에서 물은 근적외 입사 복사속의 대부분을 흡수하여 검은 색으로, 지표면은 대부분을 반사시켜 밝게 보이게 한다. 따라서 근적외 band3 영상을 이용하여 육지와 물의 경계를 추출한다.

유기 및 무기 성분의 함수로서 물의 스펙트럼 반응 부유성 미네럴(탁도), 클로로필, 용해 유기물 자연수가 유기 및 무기 성분을 포함하고 있는 물질들로 섞여 있을때, 원격 탐사에 있어 가장 어려운 문제 중의 하나는 관측자료부터 특정 성분에 대한 양적인 정보를 추출 하는 것이다. 수체를 벗어나 센서로 도달하는 복사 휘도 (Lv) 는 순수한 물의 농도 (w),무기 부유성 미네럴 (SM), 유기 클로로필 a(Chl), 용해 유기물 (DOM) 그리고 이들 성분별로 수체에서 발생된 흡수 및 산란감쇠의 총량 c(l)로 구성된함수이다. 즉 Lv = f [wc(l), SMc(l), Chlc(l),DOMc(l) ]. 각각의 성분들은 수체 내에서 스펙트럼 반응특성을 가진다는 사실에 주의 깊게 관찰하면 도움이 된다.

부유성 미네럴 대부분의 자연 수체에는 실리콘, 알루미늄, 산화철과 같은 미네럴이 부유상태로 함유되어 있다 이러한 입자들은 고운 점토질 입자 ( 직경 3 - 4 mm ), 부터 실트질 (5 - 40 mm), 고운 모래 (41 - 130 mm), 거친 모래 (131 - 1250 mm)까지 다양하게 분포한다. 대부분의 부유성 미네럴 토사는 내륙 및 연안해 주변의 수체에 집중 되는데, 해변에서 멀리 떨어진 깨끗하고도 깊은 바다에는 직경 1㎛ 보다 큰 부유성 미네럴이 거의 없다. 이는 깊은 바다를 대상으로 하는 원격탐사 연구를 수행할 시에는 부유성 미네럴의 기여도를 배제할 수 있다는 것을 의미한다.

내륙 및 연안해역의 수체에서 부유성 미네럴의 종류, 양 및 공간적 분포를 관측하는 것은 매우 중요하다 내륙 및 연안해역의 수체에서 부유성 미네럴의 종류, 양 및 공간적 분포를 관측하는 것은 매우 중요하다. 예를 들어, 유역에서의 토양 침식은 토사가 지표 유출수에 포함되어 저수지 저류지 등의 구조물의 사용 수명을 단축 시키게 된다. 다른 예로, 부유사의 유입에 의한 미국 내 저수지의 총저수량의 감소는 매년 백만 불의 손실을 초래한다.이는 오염의 지표로 사용될 수 있고, 태양 복사량의 전달을 방해하여 바닥 근처 식물성 플랑크톤의 광합성 을 감소시킨다. 원격탐사는 실제로 수체의 부유성 미네럴의 농도를 관측 하는데 활용될 수 있다.

이는 부유성 미네럴의 농도를 직접 관측하고, 이들 자료와 원격 탐사 자료간의 양적인 관계를 도출하는 과정을 거치게 된다. 수표면에서 부유사의 스펙트럼 반사는 수체 내에 포함된 물질의 양과 특성(입자크기, 흡수)으로 이루어지는 함수 이다. 부유사의 농도는 secchi disk (투명도 측정판) 또는 NTU (혼탁도 감지기)를 사용하여 현장에서 관측한다. 부유물질이 많으면 많을수록 secchi disk 깊이는 더욱 얕아 지게 된다. 이보다는 정밀한 방법인 탁도 감지기는 물의 부유물질과 관련된 투과 특성을 결정하기 위하여 수심별로 채취한 물에 광을 투과하는 방법 이다.

분광복사계는 순수한 물, 다양한 부유사와 클로로필a 농도를 함유한 물의 분광반사 특성을 현장에서 관측하는데 사용될 수 있다 분광복사계는 순수한 물, 다양한 부유사와 클로로필a 농도를 함유한 물의 분광반사 특성을 현장에서 관측하는데 사용될 수 있다. 깨끗한 물의 스펙트럼 반사는 수체의 흡수로 인하여 약 580nm 이후부터는 지속적으로 감소한다. 반사는 수체 내에 미네럴이 많아질수록 580-690nm 영역 및 근적외 영역에서 증가한다. 따라서 최대반사는 보다 많은 부유사가 첨가될수록 가시 영역내에서 더 긴 파장길이 쪽으로 이동한다.

Secchi Disk 수체에 가라 앉히면서 보 이지 않게 될 때의 수심을 관측함으로 부유사를 추정

실트질 토양이 점토질 토양과 비교 할때,모든 파장대에서 체적반사가 약 10% 많다는 것을 알 수 있다. 깨끗한 물과 0-1,000 mg/I 사이의 점토질 부유사 농도를 가지는 깨끗한 물의 현장 스펙트럼 반사 관측. 점토 깨끗한 물과 실트질 부유사 농도 를 가지는 깨끗한 물의현장 스펙 트럼 반사관측. 실트 실트질 토양이 점토질 토양과 비교 할때,모든 파장대에서 체적반사가 약 10% 많다는 것을 알 수 있다.

클로로필 플랑크톤은 어류와는 달리 흐름에 저항하지 못하면서 수체에 존재하 플랑크톤은 어류와는 달리 흐름에 저항하지 못하면서 수체에 존재하 는 모든 살아있는 유기체를 지칭하기 위하여 사용되는 속명이다. 플랑크톤은 식물 플랑크톤, 동물 플랑크톤, 세균성 플랑크톤 그리고 조류성 균류와 같은 저급 식물형태로 구분 할 수 있다. 죽은 동물 플랑크톤과 식물 플랑크톤의 탄소는 곧바로 다른 토사들로 덮인다. 또한 식물 플랑크톤은 광합성 과정 중에 이산화탄소를 이용 하고 산소를 생산한다. 이렇게 함으로써 수체는 지구 전체의 탄소 흡수계(carbon sink)로서의 역할을 한다. 수체의 모든 식물 플랑크톤은 광합성이 활발한 클로로필 a 색소를 함 유하고 있다. 다양한 유형의 식물 플랑크톤은 각자 다른 농도의 클로 로필을 가지고 있으므로, 원격 탐사 센서에서는 서로 다른 색으로 나 타난다.

수체에서 클로로필의 농다가 증가함에 따라 청색과 적색의 파장대에 서 반사되는 에너지의 양은 상대적으로 크게 감소하며, 녹색 파장대의 반사는 증가한다. 해양에서 클로로필 원격탐사 : 부유성 미네럴 토사오염의 위험이 적은 심해에서 수표면의 생물총량을 원격으로 추정하는 것이다. CZCS의 운영기간 동안의 여러연구들은 다음 식을 사용하여 선택된 스펙트럼 밴드와 해양 클로로필 농도 (Chl) 사이 관계를 구명하고자 하 였다. Chl = x [L(l1)/L(l2)]y 여기서 L(l1) 과 L(l2) 는 선택 파장길이에서의 상승 복사 휘도이며, x, y 는 경험적 상수이다. 가장 중요한 알고리즘으로는 443/355 nm 와 490/555 nm간의 밴드비 사용을 들 수 있다.

연안과 내륙수에서의 클로로필 원격탐사 : 부유성 무기물질과 또는 용해 유기 물질 때문에 영상자료로부터 식물 플랑 크톤의 색소에 대한 정보를 추출하는 것이 어렵다. 이 같은 이유로 해당 지역에서만 적용이 가능한 부유사, 클로로필 a 등 과 영상자료를 적용하여 왔다.우리가 가장 필요로 하는 것은 시간과 공간에 구애 받지 않고 범용적으로 사용할 수 있는 알고 리즘 이다. 용해 유기물질 : 태양광은 수체내에서 어느 정도의 광깊이로 투과 한다. 광 깊이 내의 식물 플랑크톤은 영양물질을 소비하면서 광합 성에 의하여 이들을 유기물로 전환시킨다. 이를 1차 생산이라고 한다.

광합성을 하는 규조류부터의 청색 반사광을 보여주는 현미경 사진 녹조류 세포로부터의 청색 반사광 을 보여주는 현미경 사진 (중앙의 클로로필 a 색소가 광합성 중에 입사 청색을 많이 흡수하기 때문에 어두운 색으로 나타난다.)

현장 분광복사계로 관측한 깨끗한 물과 조류가 포함된 물의 반사율. Percent Reflectance Percent Reflectance 0-500 mg/I 범위의 다양한 부유사 농도를 가지는 조류 함유수의 반사율.

수심측량 수심정보를 획득하기 위해 스펙트럼의 최적파장길이는 약 0.48㎛ Landsat TM 센서시스템에서 소위 “물투과 밴드”라고 불리는 청색에 민감한 밴드(0.45~0.52㎛)를 만들 때 사용. 수체가 매우 깨끗하다면 10~30m 깊이까지의 바닥 형상을 파악하는 것도 가능하다. 스펙트럼의 0.44~0.54㎛에서 수심분포도를 작성하는 것을 산란과 흡수를 야기하여, 바다의 지형을 불분명하게 만드는 클로로필과 부유사와 같은 유기 및 무기성분들이 거의 없는 물에서만이 가능. 태양광은 대기와 수체를 통과하면서 실제의 방향과는 다르게 왜곡된다는 사실을 고려하여야 한다. 대부분 수심측량은 바닥으로부터 되돌아오는 음파를 감지하므로 수심이 얕은만, 하구, 강으로는 접근이 불가능

수표면 온도 지표와는 달리 수표면온도는 대류를 통하여 낮과 밤 균등하게 유지되는 시스템에 유입된 열에너지는 수체 내 수백 m의 깊이까지 전달된다 낮기간과 밤기간의 수표면 온도간에 단지 몇도만의 차이를 보이는 고열량 관성을 가짐 물은 방사율이 거의 1에 가깝다. 대기의 간섭효과가 설명될 수 있다는 가정하에서 센서의 방사관측온도는 실제의 동력학적 온도와 거의 같기 때문에 상대적으로 정확한 수표면온도의 관측이 가능하다. 단, 수표면의 바로아래 수m에서 온도의 급격한 변화가 있는 경우 열적외감지기에 의해서 파악할 수 없다.

엘리뇨와 라니냐 수심으로부터 냉수가 용승하기 때문에 보다 서늘한 온도가 남아메리카로부터 빠져 나간다. 엘리뇨의 영향이 없는 조건에서는 무역풍이 열대 태평양을 따라 서쪽방향으로 분다. 이러한 바람은 서태평양에 따뜻한 표면수를 축적시킴으로써 남아메리카의 에콰도르 근처보다 인도네시아 근처에서 해수를 약 0.5m높여주고 해수의 표면온도는 약 8‘C 정도 높게된다. 수심으로부터 냉수가 용승하기 때문에 보다 서늘한 온도가 남아메리카로부터 빠져 나간다. 이러한 냉수는 영양분이 풍부하여 높은 수준의 1차생산, 다양한 해양생태계, 주요 어장을 형성하고 동태평양은 상대적으로 건조하다. 따뜻한 해수의 침투는 해양 생태계를 교란시켜 해안지역 경제에 악영향을 주게된다. 이처럼 엘리뇨는 특히 동태평양의 적도부근에서 발생하는 이상 고온해수에 의한 현상이라고 말할 수 있으며, 반면 라니냐는 같은 지역에서 발생하는 이상 저온 해수에의한 현상이다.

강우 - 구름반사 - 구름의 상층온도 구름상부에 존재하는 결빙강수의 존재여부 1.가시-적외기법 2. 능동 및 극초단파기법

에어로졸 과 구름

에어로졸과 구름 에어로졸

에어로졸과 구름 구름 1.가시영상에서 구름 2. 열적 외 영상에서 구름

GOES-East Thermal Infrared GOES-East Visible GOES-East Thermal Infrared GOES-East Images of the United States and Portions of Central America on April 17, 1998 GOES-East Water Vapor Jensen, 2000

수증기-강수에 있어서 필수적 요소 6.7μm을 중심으로 한 파장대역에서 흡수한 파장 이용.

Meteosat1- 가시 및 10-12μm 적외영상과 더불어 최초의 정지 기상 위성. 수증기 영상의 특징- 어두운 지역보다는 밝은 지역이 상대습도가 더 높은 것으로 나타났다.  밝은 지역과 어두운 지역은 상승과 하강운동을 각각 보여주기도 한다. MODIS- 밴드17(890-920nm), 18(931_941nm),19(915-965nm)를 포함하여 대기 수증기에 민감함 여러 밴드 가짐

가시 스펙트럼에서의 눈   구름이 가시 및 근적외 영상에 존재하지 않을 때에는, 눈이 식물, 토양 또는 눈이 덮여있지 않은 근처의 물보다는 일반적으로 훨씬 밝기 때문에, 눈의 공간적인 분포를 파악하는 것은 그다지 어려운 일이 아니다. 구름과 눈을 구별하는데 활용될 수 있는 주요 단서-AVHRR 또는 GOES 자료를 이용한 단기간 동안의 여러 개의 지형자료를 획득하는 것(구름은 이동하지만 눈은 정지되어 있다는 것을 착안)

GOES 영상

중적외 및 극초단파 영역에서의 눈 중적외 영역- 구름과 눈을 모두 포함하는 단일 영상을 구별할 수 있다. 스펙트럼의 가시 및 근적외 영역- 구름과 눈은 거의 동일한 양의 복사속을 반사한다. 중적외 스펙트럼 영역(특히1.5-2.5μm)- 구름은 부수적인 양의 에너지를 반사 또는 방출시키지만, 눈에 의한 반사/방출은 급격하게 감소한다.(1.55-1.75μm영역에서 운영되는 Skylab 센서에 의하여 증명)

구름은 매우 높은 반사를 보이며, 영상에서 희게 나타나는 반면에, 눈은 매우 낮은 반사와 함께 검게 나타난다.  구름은 매우 높은 반사를 보이며, 영상에서 희게 나타나는 반면에, 눈은 매우 낮은 반사와 함께 검게 나타난다.  Landsat TM 밴드5(1.55-1.75μm)와 SPOT 4 센서의 중적외밴드는 구름을 구별하는데 사용할 수 있다.  눈의 반사율- 1μm 이하의 파장길에서의 80-90%, 약 1.5μm에서의 10%보다는 작게 감소되는 것은 지구표면의 다른 물질들에 대한 반사특성과 비교하여 볼 때 상당히 특이하다.

극초단파 영역- 파장길이에 따라서, 적설깊이, 함수량, 적설상태서 물의 양과 그 존재여부를 추정하는 것이 가능하다  극초단파 영역- 파장길이에 따라서, 적설깊이, 함수량, 적설상태서 물의 양과 그 존재여부를 추정하는 것이 가능하다. 또한 구름은 대부분의 극초단파 주파수에 투과 되므로 구름이 있는 지역이라 할지라도 적설지역과 그의 특성과 관련된 지도의 작성이 가능하다.  항공기와 위성 SAR(Synthetic Aperture Radar) 관측은 SAR가 눈과 빙하 그리고 젖은 눈과 마른 눈을 구별하는데 사용될 수 있다.

점원오염(point source pollution)-발생지를 알고 상대적 제어가 쉽니다. RS와 GIS를 이용한 수질모델링  점원오염(point source pollution)-발생지를 알고 상대적 제어가 쉽니다.   비원점요염(nonpoint Sourec pollution;NPS)- 도시유출, 공사현장, 수문학적 변경, 삼림육성, 채광, 농업, 관개회귀수, 고체 폐기물, 대기 침전, 하천제방 침식, 하수처리 등으로 발생하는 오염으로 정의   NPS의 영향- 위락용수의 감소; 하천, 호수, 하구호 저류능의 감소; 배수로 및 관개수로의 기능장애; 어패류 및 야생동물의 감소를 야기하는 지표수의 과영양 및 퇴적; 수환경의 심미적 수준의 저하

전형적인 현장관측기술은 비점원오염을 파악하고 모델링하는데 한계를 보여왔다   전형적인 현장관측기술은 비점원오염을 파악하고 모델링하는데 한계를 보여왔다. 과학자들은 현장관측 그리고 GIS모델링 기법과 함께 원격탐사자료의 수집은 일반인들이 상대적으로 이해하기 쉬운 출력물로서, 지표수의 잠재 NPS를 파악하고 순위를 매기는 수단으로 제공.

모델을 실행하기 전에, 두 유역의 모든 공간자료들은 30×30m 격자로 재분배하였다. 통합RS 및 GIS 수질모델   AGNPS 수질모델- 전 유역에서 발생된 유출수가 단일 출구격자로 유출되는 것을 추적하기 위하여 지형과 하천의 특성으로부터 결정되는 8방향 흐름속성을 이용. 매개변수- 지형경사, USLE(Universal Soil Loss Equation) 경사길이, 경사모양을 포함 토양 침식도 토양 종류 현장 채취 및 적외항공사진으로 확인   모델을 실행하기 전에, 두 유역의 모든 공간자료들은 30×30m 격자로 재분배하였다.  모델의 결과는 현장관측자료와 비교되어 왔으며, 증가된 퇴적물, 영양물질 손실지역을 파악하고, 영양물질과 퇴사의 운송, 침전 및 퇴적에 대한 공간적인 분포를 추정하는데 사용.

감사합니다.