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북극과 남극의 SSM/I Sea Ice Concentration 과 Kompsat-1 EOC 영상의 비교

북극과 남극의 SSM/I Sea Ice Concentration 과 Kompsat-1 EOC 영상의 비교. 한향선 , 이훈열 강원대학교 지구물리학과 imakdong@kangwon.ac.kr. 배경화면 출처 : 극지연구소. 주요 연구 내용. 2005 년 7~8 월 북극 및 9~11 월 남극의 Kompsat-1 EOC 영상 촬영 EOC 영상의 Sea Ice Concentration (SIC) 산출 EOC 와 SSM/I 의 SIC 비교

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북극과 남극의 SSM/I Sea Ice Concentration 과 Kompsat-1 EOC 영상의 비교

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

  2. 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

  3. 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

  4. Why Kompsat-1? • 현재까지 해빙의 비교 연구에 주로 SAR나 중저해상도 광학영상 사용 • 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

  5. 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 B A no ice C D

  6. 해빙 유형의 분류 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

  7. 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

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

  9. 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

  10. 남극 EOC 영상 • 2005년 10월 5일 • 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

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

  12. 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

  13. 남극 Ice Area Threshold: 15%

  14. NASA Team Algorithm (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

  15. NASA Team Algorithm • 고려하는 표면 유형 • M, F, O • 장점 • 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

  16. 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

  17. Bootstrap Algorithm • 고려하는 표면 유형 • Ice, Ocean • 장점 • 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

  18. 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

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

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

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

  22. 남극 SSM/I SIC(NTA)와 EOC SIC(M+F) 비교

  23. 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

  24. 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

  25. 감사합니다.

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

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

  28. 남극 SSM/I SIC(BTA)와 EOC SIC(M+F) 비교

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

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