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2 조 강지수 , 김진균 , 박진영 , 원경섭 , 이윤호 , 최지훈

R emote S ensing of W ater. 원격지질학 발표. 2 조 강지수 , 김진균 , 박진영 , 원경섭 , 이윤호 , 최지훈. 지구 : The Water Planet. • 지구표면의 74% 는 물이다 . • 지구의 물의 부피 중 97% 는 염분을 포함한 해양이다 . • 2.2% 는 영구적인 만년설로 존재한다 . • 0.2% 가 담수 하천 , 강 , 호수 , 저수지이다 . • 그 밖의 남은 물은 지하수 (0.6%), 대기 안의 수증기 형태의 0.01% 의 물이다.

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Presentation Transcript

  1. Remote Sensing of Water 원격지질학 발표 2조 강지수, 김진균, 박진영, 원경섭, 이윤호, 최지훈

  2. 지구: The Water Planet • 지구표면의 74%는 물이다. • 지구의 물의 부피 중 97%는 염분을 포함한 해양이다. • 2.2%는 영구적인 만년설로 존재한다. • 0.2%가 담수 하천, 강, 호수, 저수지이다. • 그 밖의 남은 물은 지하수(0.6%), 대기 안의 수증기 형태의 0.01%의 물이다.

  3. 수체위리모센싱 시스템에 의해 기록되는 총 복사휘도(Lt)는 네 가지 힘으로 구성된 전자 에너지의 함수이다 : Lp= 대기 산란에 의한 복사휘도 Ls= 수표면 복사 휘도 Lv= 수중 체적 복사 휘도 Lb= 수중바닥으로 부터의 복사휘도

  4. 수표면, 수중 체적 및 바닥 복사휘도 수체 위 리모센싱 시스템에 의해 기록되는 총 복사 휘도: Lt = Lp + Ls + Lv+ Lb •Lp는 태양 복사에너지와 천공복사량으로부터 기록되는 복사 휘도로 물에 닿지 않는다. •Ls는 대기와 물의 접촉면(수표면 또는 경계층)에 도달하는 복사 휘도이며, 단지 1mm 정도를 투과하는 정도로 수표면에서 바로 반사되는 양이다. 이 반사에너지는 수체의 수표면 특징과 관련된 가치 있는 스펙트럼 정보를 가지게 된다.

  5. 수표면, 수중 체적 및 바닥 복사휘도 수체 위 리모센싱 시스템에 의해 기록되는 총 복사 휘도: Lt =Lp+Ls+Lv+Lb •Lv는 수표면을 투과하여 수중의 유기/무기성분과 작용하고, 그다음 바닥까지 도달하지 않고 수체에서 탈출하는 복사휘도이다. 이것은 수중체적 복사휘도라 불리며, 수체의 부피 특성에 대한 정보를 제공한다. •Lb는 수체의 바닥에 도달하는 복사휘도로써수체를 통해서 역전달 된 다음 수체를 빠져나간다.이 복사휘도는 수심이나 산호초 분포도를 작성하는 경우와 같이 바닥의 정보를 획득하는 경우에 중요한 자료가 될 수 있다.

  6. 근 적외선의 흡수의 예 (a) (b) (a) 자연식생, 골프장, 수심이 깊은 정체수를 포함한 플로리다 지역의 적외사진. (b) 유용한 정보를 추출하는데 심각한 장애를 일으키는 거울반사를 볼 수 있다. 유일하게 가치 있는 자료로서는 자료의 수집시점에서 풍향에 대한 약간의 정보를 제공하는 수체에서의 바람의 줄무늬 형태이다.

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

  8. A. Band 1 녹색 B. Band 2 적색 C. Band 3 근적외 파장함수로서 물의 스펙트럼 반응 • 육지와 순수한 물을 구별하기 위해 740~2500nm 영역의 근적외 및 중적 외 파장영역을 사용한다. • 근적외 및 중적외 에너지는 • 순수한 물의 경우 에너지의 대부분이 흡수되어 검은색으로 나타나고, • 식물과 나지의 경우 에너지의 대부분이 반사되어 상대적으로 밝게 나타난다. • *나지 : 나무나 풀이 없이 흙이 그대로 드러난 땅 녹색 및 적색 입사에너지 물을 투과하여 단단한 바닥 및 산호초에 의해 반사 : 밝게 보인다. 지상의 식물에 의해 흡수 : 어둡게 보인다. → *수중의 정보를 파악하는데 유용 근적외 입사에너지 물에 의해 흡수 : 어둡게 보인다. 지표면에 의해 반사 : 밝게 보인다. → *육지와 물의 경계를 추출하는데 유용

  9. 유기 및 무기 성분의 함수로서 물의 스펙트럼 반응 부유성 광물(탁도)·클로로필·용해 유기물 • 스펙트럼 반응을 이용한 원격탐사 는 순수한 물이라는 전제조건을 가진다. • 실제 대부분의 자연에 존재하는 물은다양한 유,무기성분을 포함한다. (예 : 유기성분-식물성 플랑크톤 엽록소, 무기성분-부유성광물 등) • 무기 광물(SM), 유기 엽록소(Chl), 용해 유기물(DOM) 등의 성분은 물의 스펙트럼(Lv)에 영향을 미친다. • Lv = f [wc(l), SMc(l), Chlc(l),DOMc(l)] • W : 순수한 물의 농도, c(λ) : 흡수및 산란감쇠의 총량 • 수권 원격탐사에서는 이런 특정 성분의 함유량을 알아내는 것이 중요하다!

  10. 부유성 광물 • 일반적으로 자연상태의 물은 다양한 광물을 함유하고 있다.(Ex.실리콘, 알루미늄, 산화철 등등) • 고운 점토질 입자(Φ 3-4μm)부터 실트질(Φ 5-40μm), 고운모래(Φ 41-130μm), 거친 모래(Φ 131-250μm)까지 다양하게 분포함. • 인간 활동에 의한 농경지 침식, 파도에 의한 해안선 침식, 산림지역에서의 풍화, 화산폭발로 인한 재의 유입 등 다양한 경로로 유입됨. • 대부분의 부유성 광물은 내륙 및 연안해 주변 수권에 국한하여 함유되어 있기 때문에해변에서 멀리 떨어진 바다에서는 Φ 1μm이상의 부유광물이거의 없다. • 즉, 해안에서 멀리 떨어진 깊은 바다를 원격탐사로 연구할 경우에,부유성 광물의 영향은 고려하지 않아도 된다는것이다.

  11. STS51임무 수행 중 촬영한미시시피강 삼각주지역

  12. 부유성 광물의 농도를측정하는SecchiDisk

  13. 분광복사계Spectroradiometer

  14. Clay 깨끗한 물과 다양한 농도의 점토 또는 실트질 부유성 광물을 포함한 물의 현장 스펙트럼 반사관측 부유성 광물의 양이 많을수록 최고 반사점이 긴 파장 영역으로 움직인다. Silt

  15. 플랑크톤:Plankton • 플랑크톤이란? • 수체에 존재하는 모든 살아있는 유기체 • 식물성 플랑크톤 • 동물성 플랑크톤 • 세균성 플랑크톤 • 원시 식물형태 (ex. 조류성 균류)

  16. 식물성 플랑크톤과 클로로필 • 식물성 플랑크톤 : 작은 크기, 단세포 생물 • 탄소를 함유하는 물질로 이루어짐. • 죽으면 바닷속으로 가라앉거나 수체 덩어리로 존재. • 클로로필a 색소 함유 • 클로로필a 색소 • 광합성 활발

  17. 광합성을 하는 규조류부터의 청색 반사광을 보여주는 현미경 사진 녹조류 세포로부터의 청색 반사광 을 보여주는 현미경 사진

  18. 깨끗한 물과 기본적으로 클로로필a로 구성된 조류가 포함되어 있는 물의 스펙트럼 반사특성을 보여주는 그래프. Percent Reflectance 0~500mg/l 농도의 적색 양토사를 조류(클로로필a)가 포함되어 있는 물에 추가하였을 때, 물의 스펙트럼 반응에 어떠한 영향을 미치는지를 보여주는 그래프. Percent Reflectance

  19. 바닷속의 클로로필 • 수표면 근처의 클로로필 농도에 대한 원격탐사를 한다는 것은 , • 부유성 미네랄 토사오염의 위험이 적은 심해(경우1)에서 수표면의 생물총량(또는 1차 생산력)을 원격으로 추정하는 것이다. • 다음의 식을 사용하여 선택된 스펙트럼 밴드와 해양 클로로필 농도(Chl) 사이의 관계를 규명하고자 하였다. • Chl = x [L(l1)/L(l2)]y • 위의 식에서 L(λ1)과 L(λ2)는 원격탐사 시스템에 의하여 기록되는 선택 파장길이에서의 상승 복사휘도이며, x,y는 경험적 상수이다. • SeaWiFS의 가장 중요한 알고리즘으로는 443/555nm와 490/555nm간의 밴드비 사용을 들 수 있다.

  20. 1997년 9월 3일부터 12월 31일 까지 획득된 합성영상으로 부터 추출한 지구의 클로로필a 분포지도이다.

  21. 1997년 9월 30일 미국 동부 일부 지역의 True color 합성영상 1997년 9월 30일에 대한 클로로필a의 농도를 나타내는 영상

  22. Spectral Response of Water as a Function of Dissolved Organic constituent • 태양광은 수체내에 어느 정도의 광 깊이(photic depth ; 수표면으로부터 복사조도 수준이 1%까지의 수직 깊이)로 투과한다. 광 깊이 내의 식물 플랑크톤은 영양물질을 소비하면서 광합성에 의하여 이들을 유기물로 전환시킨다. 이를 1차 생산이라고 한다. • 동물 플랑크톤은 식물 플랑크톤을 섭취하면서 유기물을 생산한다. 박테리아 플랑크톤은 이러한 유기물을 분해시킨다. 이상의 모든 활동은 해양, 연안, 내륙수에 용해 유기물질을 공급하게 된다. 어느 경우에는 용해 유기물질이 충분히 많아지게 되면, 수체로의광투과가 줄어들게 된다.

  23. Spectral Response of Water as a Function of Dissolved Organic constituent • 식물 플랑크톤 세포의 분해는 이산화탄소, 무기질소, 황, 인 화합물을 발생시킨다. 식물 플랑크톤이 활발하게 활동하면 할 수록, 용해 유기물질은 더욱 많이 생산된다. 이와 더불어 부식물질이 생산된다. 이는 황색을 띠게 되며, 수체에서 고려할 필요가 있는 중요한 착색제로서의 역할을 하게 된다. 이와 같은 용해 부식물질들을 황색물질 또는 Gelbstoffe라고 하고수체에서 광의 흡수와 산란에 영향을 줄 수도 있고, 물의 색을 변화시킬 수도 있다. • 식물 플랑크톤 이외에도 용해 유기물질을 제공하는 것들이 있다. 예를 들어, 미국 북부지역의 여러 강에서 나타나는 갈황색은 동부 솔송나무와 이 지역 습지에서 자라는 다양한 종의 나무와 식물로부터의 고농도 타닌 때문이다. 이러한 타닌은 육,수를 원격탐사하는데 있어 문제를 발생시킬 수 있다.

  24. GOES-East 가시영상 GOES-East 열적외 영상 1998년 4월 17일에 획득한 미국과 중앙 아메리카 지역의 GOES-East 영상 GOES-East 수증기 영상

  25. 전자기 스펙트럼의 가시 및 열적외 영역에서 다분광 관측에 의하여 구름의 종류를 결정할 수 있다.

  26. 0.4 - 2.5 μm의 파장대에서 구름과 눈의 반사율

  27. 1999년 3월4일을 기준으로 3일 동안의 NOAA AVHRR 열적외자료를 합성하여 추출한 해안지역의 수표면 온도 분포도 해안선부근의 온도차이를 부각하도록 조정 Gulf 하천의 온도차이를 부각하도록 조정

  28. NOAA-14 AVHRR 데이터로부터 전세계의 바다표면의 온도 분포 1999년 3월 4일을 기준으로 열적외선 데이터의 3일 종합. 각 픽셀은 3일 동안 발생한 가장 높은 표면온도를 나타낸다.

  29. 엘리뇨·라니냐 • 정상상태: 무역풍이 열대 태평양을 따라 서쪽방향으로 불기 때문에 서태평양은 따뜻한 표면 온도 상태이며 동태평양보다 해수를 약 0.5m 높여주고, 해수 표면온도는 동태평양보다 약 8℃정도 높게 된다. • 엘리뇨: 적도 부근의 무역풍이 완화되어 특히 동태평양의 적도부근에서 발생하는 이상 고온해수에 의한 현상. • 라니냐: 동태평양의 적도부근에 발생하는 이상저온해수에 의한 현상

  30. 월별 해수 표면온도(℃) • 원격탐사 자료와 부표실험 자료로부터 추출한 레이놀즈 월별해수표면온도분포도 1988년 12월의라니냐 1990년 12월의 정상상태 온도분포 1997년 12월의 엘리뇨

  31. 능동 및 수동 극초단파기법 • 구름내에 강수 가능입자의 존재여부를 보다 물리적으로 직접적인 상태에서 보이는 극초단파 원격탐사 기법 • TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission) • 이 위성은 35°의 기울기로 350km의 궤도상에 존재하며, 다섯 가지 기구를 탑재하고 있다. 또한 TRMM은 센서의 파장길이, 적용범위,고도에서의 해상력 태양 비동기 궤도와 같은 유일한 조합으로 500X500km 격자에 대한 월 강우량을 제공한다. • 다섯가지탑재기구 • TMI : 780km의 폭으로 컬럼별로 통합된 강수내용을 가지는 양적인 강우정보를 제공하도록 설계된 수동 극초단파 센서 • PR : 육지 및 바다의 3차원 강우분포를 관측 • VIRS : 구름의 분포, 유형 및 구름 상부표면의 온도와 관련된 고해상도의 정보 제공 • LIS: 590km의 폭으로 천저에서 5X5km의 공간해상도로 0.7774㎛에서 운영되는 광학 원격탐사시스템을 이용햐여 전지구적 번개의 발생률을 기록 • CERES : 지표면과 대기의 그성분(구름, 에어로졸)으로부터 방사 및 반사되는 복사에너지를 측정하기 위하여 특별이 고안된 가시 및 적외센서

  32. 1998년 3월 9일에 획득된 TRMM(Tropical Rainfall Measurement Mission) 중 TMI(Tropical Microwave Imager)영상 TRMM TMI에 의한 궤도 자료수집 범위, 35°경사각이 지구의 열대 및 아열대 지역을 포착하며 사우스 플로리다 남쪽위에 강력한 전선이 위치한다.

  33. 플로리다 1998년 3월 9일에 획득된 TRMM PR (Precipitation Radar)영상 A B 10 0 20 40 60 z(dBZ) 5 Height (km) A B 100 200 300 400 Distance (km) 1998년 3월 9일에 획득된 TRMM PR (Precipitation Radar)영상의 단면

  34. RS 및 GIS를 이용한 수질모델 전형적인 현장관측기술로 비점원오염을 파악하고 모델링하는데 한계를 보여 현장관측과 GIS모델링 기법으로 함께 원격탐사자료를 수집하여 수질정보를 제공한 것

  35. SC Myrtle 해변근처의 Withers Sawsh유역 내의 도시유출이 유발시키는 수질악화와 그 영향을 평가한것. a. 수문 e. 첨두유출(cfs) b. 지형 f. 격자토양침식(tons/acre) c. 토양 d. 원격탐사자료로부터 추출된 토지피복

  36. 감사합니다

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