Landsat TM/ETM+ 위성영상을 이용한 함평만 지역 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 박 민 호. ⋅이 점 숙

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1 Landsat TM/ETM+ 위성영상을 이용한 함평만 지역 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 박 민 호. ⋅이 점 숙
한국지적정보학회지 제10권 제2호 2008년 12월 pp. 107~115

2 서 론 미래 지구환경의 변화 문제는 대부분 온도의 지속적인 상승문제에 기인하며, 해수면 상승 및 식생의 변화는 물론 인간환경에 까지 영향을 미칠 것 식생은 온도에 영향을 받기도 하지만 온도에 영향 주기도 함 이를 객관적으로 분석하기 위한 방법으로 Landsat TM/ETM+ 등과 같은 인공위성 영상을 이용하여 NDVI, 지표면온도를 추출하였으며, 토지피복분류도를 수행 위성영상 처리 등을 위하여 Erdas Imagine 8.3.1을 사용하였으며, 해석․주제도작성을 위해서는 Arc GIS 8.3을 사용 연구지역은 연안이 잘 발달하였으면서도 수계, 오염 등 외부 간섭요인이거의 없는 함평만지역 일대로 선정 가로 15㎞, 세로 20㎞(공간해상도30m 기준 501*667픽셀)로 한정

3 연구수행흐름도

4 연구 대상지역 함평만의 길이는 19.5km. 최대너비 7.5km
이 지역은 육지와 연결된 큰 규모의 수계가 존재하지 않아 육지로부터의 담수 공급은 거의 없으며, 북서쪽으로 향하는 입구를 통해서 서해와 해수 교환 평균 수심은 5m이며, 최대 수심은 입구 중앙에서 약 20m 남동쪽을 따라 만 내부의 수심이 점차적으로감소하여 전체 면적의 절반 이상이 조간대 기존의 연구에서는 갯벌과 같은 연안습지지역의 지표면온도와 NDVI와의 상관관계를 분석한 사례가 없으나 본 연구지역에는 염생식물이 자라고 있는 지역으로 연안환경의 변화 탐지 변화에 중요한 곳

5 연구대상지역

6 연구 자료 및 전처리 본 연구에서는 광학위성영상인 LANDSAT -5 TM과 Lnadsat-7 ETM+ 자료를 이용

7 x = au+bv+c y = du+ev+f (1)
연구 자료 및 전처리 공간분석을 위하여 지형도와 동일 투영값을 갖도록 GCP(Ground Control Point)를 영상마다 10점 이상씩 선정하여 1차 다항식 변환기하보정을 실시 GCP를 이용하여 보정하는 좌표 변환식 x = au+bv+c y = du+ev+f (1) x, y : 지도상 좌표 u, v : 영상좌표 a, b, c, d, e : 계수

8 연구 자료 및 전처리 연구대상지역의 기하보정

9 NDVI(정규화식생지수) 산출 본 연구에서는 NDVI로 알려진 정규화식생지수를 이용하여 연안지역의 엽록소a의 공간적분포를 파악
위 식과 같이 Landsat TM/ETM+ 영상의 3번 밴드와 4번 밴드를 이용하여 함평만에 대하여 1997년, 2001년,2007년, 2008년 식생지수를 구함 (분석된 값은 -1에서 1사이의 실수를 가짐)

10 NDVI(정규화식생지수) 산출 영상의 NDVI분류 결과 산림이 분포하는 지역은 0.4～0.6의 값을 나타내었으며, 연안 갯벌지역은 최소 -0.33에서 최대 -0.06의 상대적으로 낮은 값이지만 염생식물이 분포 1997년과 2001년 영상의 경우 식생지수가 낮은 이유는, 조석 간만의 차에 의해 해수면이 높아져 있는 시간에 영상이 취득되어, 갯벌에 바닷물이 들어 차 있기 때문인 것으로 판단

11 지표면온도 산출 Landsat TM/ETM+의 6번 밴드인 열적외선 파장영역을 사용하여 지표면온도를 추출
토지이용과 방사온도와의 관계를 파악하여 열섬현상에 대해 그 원인과 결과를 분석, 경년변화를 탐지하여 열환경 개선 및 환경계획수립 등에 기여 본 연구에서는 NASA모델에 기반하여 영상의 표면 온도를 계산 TM/ETM+의 각 DN에 대해 방사적 검정값(Qcal)으로부터 분광방사휘도 Lλ

12 지표면온도 산출 Lλ를 이용하여 절대온도(°K)를 구하는 식 함평만 지표면 온도분포도

13 토지피복분류에 의한 갯벌영역 추출 토지피복 분류 방법에는 크게 감독분류법과 무감독분류법이 있으나 대상지역에 대한 사전정보가 부족하므로 Erdas Imagine에서 무감독분류법중의 하나인 ISODATA군집화 알고리즘으로 분류 토지피복변화 감지는 자연자원 관리와 토지피복도를 갱신할 때 필요

14 토지피복분류에 의한 갯벌영역 추출

15 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 2001년 4월 16일 Landsat-7 ETM+ 영상으로 육지와 갯벌을 고려하지 않고 영상 전체에 대하여 표면온도와 NDVI와의 상관분석을 실시 같은 방법으로 1997년 6월 16일 Landsat-5 TM 영상과 2007년 4월 25일 Landsat-5 TM 영상에 대해서도 상관관계를 분석 위의 두 시기 모두 3.24～3.34의 공분산과0.69의 상관계수

16 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 위의 결과를 바탕으로 영상전체에는 크게 2가지 물질로 구분된다는 가설을 세우고 영상을 물리적 특성별로 분류 이에 토지피복분류를 실시하고 수역을 제외한 육지와 갯벌로 그룹화 시킨 다음 마스킹하여 영상에 대하여 상관분석을 실시 육지지역은 뚜렷하게 피복분류가 되었으나 해수면이 만조인 시간에 촬영되었기에 갯벌지역의 피복분류가 되지 않아 제외

17 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 육지지역이 상관관계 년 4월 25일 영상의 경우 공분산 , 상관계수 가 나왔으며, 2008년 4월 11의 영상에서는 공분산 , 상관계수

18 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 갯벌지역의 상관관계 년 4월 25일 영상의 경우 공분산 , 상관계수 이 나왔으며, 2008년 4월 11의 영상에서는 공분산 , 상관계수 조간대가 발달한 갯벌지역에서는 염생식물 성장하기 위해서는 영양 공급 외에도 발아와 성장을 위하여 적정온도가 필요함 육지지역에서는 식생의 양이 상대적으로 적은 도심지역의 온도가 높게 나오고 식생이 많은 산림으로 갈수록 온도가 낮게 나오는 관계가 성립

19 지표면온도와 NDVI의 상관관계 분석 식생지수의 증가에 따른 평균온도를 산출한 결과로 전체 식생을 0부터 255까지로 구분하였을 때 0에서 100까지는 온도가 동반상승하고 100 이후부터는 온도가 낮아짐 온도의 최저점은 2001년 4월 16일 영상에서 13.8℃, 2007년 4월 25일 영상에서 12.8℃, 2008년 4월 11일 영상에서 15.2℃이며, 최고점은 2001년 4월 16일 영상에서 25.8℃, 2007년 4월 25일 영상에서 21.1℃, 2008년 4월 11일 영상에서 21.0℃

20 결 론 본 연구에서는 인공위성 영상을 이용하여 연안지역에서의 지표면온도와 NDVI를 산출하고 이들의 상관관계를 규명
결 론 본 연구에서는 인공위성 영상을 이용하여 연안지역에서의 지표면온도와 NDVI를 산출하고 이들의 상관관계를 규명 육지부에서는 지표면온도와 NDVI 상호간에 음의 관계과 성립하는 반면 갯벌지역에서는 정의 상관관계가 성립 이는 육지와 연안 갯벌지역의 식물 성장과 온도 공급에 대한 관계 설정이 다르거나 영향을 미치는 크기와 반응이 달리 작용함을 유추 온도와 식생이 상호관계에 있어 어느 것이 우세의 위치에 있고, 어느것이 열세에 있는지는 밝혀내지 못함 아직은 기초연구단계에 불과하지만 다년간의 자료 축적과 현장조사를 병행하여 앞으로 꾸준한연구를 전개한다면 상호간의 영향력에 대한 규명이 이루어질 것