태풍은 지구 시스템 내 상호작용을 일으키는 대표적인 해양-대기 현상으로 최근 들어 기후변화로 인해 점점 더 강력해지는 추세이다. 2022 개정 과학과 교육과정은 미래 사회 시민으로서의 디지털 소양 함양을 위하여 첨단 과학기술을 활용한 교수-학습 활동의 중요성에 대해 강조하고 있다. 따라서 교과서 삽화의 시공간적 한계점을 해결하고 지 구과학 분야에서 다루는 전지구적 규모의 빅데이터를 활용한 효과적인 수업자료의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 PDIE (준비, 개발, 실행, 평가) 모형의 절차에 따라 천리안 위성 2A호 영상 자료를 활용하여 태풍의 경로를 시각화하는 탐구활동 자료를 개발하였다. 준비 단계에서는 2015 및 2022 개정 교육과정과 현행 교과서의 탐구활동 내용을 분석하 였다. 개발 단계에서는 관측 데이터를 수집, 처리, 시각화, 분석할 수 있는 일련의 과정들로 탐구활동을 구성하였으며, 간단한 조작만으로도 결과를 도출할 수 있는 GUI (Graphic User Interface) 기반 시각화 프로그램을 제작하였다. 실행 및 평가 단계에서는 학생들을 대상으로 수업을 진행하였으며 코드를 활용한 수업과 GUI 프로그램 활용 수업을 각각 실시하여 각 활동의 특징을 비교하고 학교 현장에서의 적용 가능성을 확인하였다. 본 연구에서 제시한 수업자료는 전문 적인 프로그래밍 지식이 없어도 GUI 기반으로 실제 관측 데이터를 활용한 탐구활동에 활용될 수 있으며, 이를 통해 학 생들의 지구과학 분야의 이해도와 디지털 소양 함양에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

위성자료는 광범위한 지역의 변동성을 관측하기에 매우 유리하다는 특성 때문에 최근 기후변화로 인한 자연재해 등의 연구에서 각광받고 있다. 하지만 위성자료에도 여전히 시 ․ 공간적인 해상도의 한계가 있으며, 이를 극복하기 위해 다양한 센서의 융합이나 1차 산출물들을 조합하는 방법을 사용한다. 본 연구에서는 천리안 위성의 GOCI와 MI에서 관측되는 자료를 융합함으로써 500 m 공간 해상도의 지표면 온도 자료를 생산하였고, 정규 식생지수와 함께 사용하여 TVDI를 산정하였다. 산정된 TVDI를 통해 한반도의 토양수분 상태를 모니터링 하고자 하였으며, 이를 비교하기 위해 ASCAT 지표 토양수분 자료를 통해 산정된 SSMI와 비교하였다. 그 결과 천리안 TVDI와 SSMI가 대한민국 전역에서 비슷한 공간 분포를 나타냈으며, 천리안 위성을 활용하여 토양수분을 관측할 수 있는 가능성을 제시하였다. 따라서 본 연구에서 산정 된 한반도의 TVDI가 고해상도의 토양수분을 산정하는 기반이 될 수 있고, 이를 통해 천리안 위성의 활용 범위가 보다 확장되어 다양한 연구의 기반이 될 수 있을 것으로 보인다.

This study estimated sunshine duration in South Korea using cloud detection images; the 2 class and 5 class images of Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS). The images were preprocessed and then compared with the observed sunshine duration from the Automated Synoptic Observing System (ASOS). Based on the result of comparing yearly and monthly sunshine duration, the results of the 5 class were better than the results of the 2 class. In the case of comparing daily sunshine duration, the results of the 5 class also showed relatively better outcome than the 2 class images. The simulation performance of the sunshine duration observed by ASOS and the sunshine duration calculated by COMS were evaluated using Kling-Gupta Efficiency (KGE) technique. The 5 class data showed relatively high efficiency. RMSEs were relatively lower in the 5 class than the 2 class image in all years (2011-2014). Therefore, the 5 class data among the COMS satellite images could provide meaningful information at the points where there is no observation of sunshine duration.

The COMS (Communication, Ocean and Meteorological Satellite) has been used in numerical weather prediction and meteorological monitoring over East Asia and Oceania since it has been launched in 2010. For more active utilization in climate research, the COMS level 3 products should be available in appropriate spatial and temporal resolutions. We compared different methods to generate monthly sea surface temperature (SST) products from the COMS time-series data. We employed three techniques for aggregating the time series, which are arithmetic mean, timeslot average, and moving average, and also used mean ensemble of them. Each level 3 dataset around South Korea was compared with monthly SST product from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) of Aqua satellite during April 2011-March 2014. The timeslot average showed better root mean squared difference (RMSD) during the initial operational period of the COMS, when the retrieved values could be somewhat unstable. Daytime aggregations were derived more accurately by using the arithmetic mean or moving average, and the accuracy of nighttime aggregation was improved by the mean ensemble. Also, the timeslot average presented reasonable results particularly for coastlines where the standard deviation and missing value ratio were greater than normal. Because an optimal aggregation technique was variable depending on spatial and temporal conditions, we should be careful in selecting appropriate method for generation of the COMS level 3 products according to research objectives.

정규식생지수 (Normalized Difference Vegetation Index)는 각종 수문모델, 지표-대기 모델에 입력 자료로 사용되는 인자로대기와지표사이의에너지교환및수문기상학적인자의변동성을파악하는데매우중요하다. 이에따라, 식생고유의 분광반사 특성을 이용하여 인공위성으로 관측하는 NDVI 값의 정확한 모의를 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 국내 최초의 정지궤도위성인 Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS)에서 산출된 정규식생지수의 적용성을판단하기위해Maximum Value Composite (MVC) 방법을활용하여산정한16일단위, 8일단위의정규식생지수와 MODerate-resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) 센서에서 관측된 정규식생지수와 비교 검증을 실시하였다. 그 결과 16일 단위와 8일 단위 NDVI 모두 좋은 결과를 나타내었다. 이러한 결과를 토대로 COMS의 활용 가능성을 확인할 수 있었으며 추후 수문 생태학적 연구에 중요한 자료로 사용될 수 있을 것이다.

방출장파복사량은 수치예보모형, 수문모형, 증발산 등에 사용되는 인자로 지구의 에너지 균형을 이해하는데 필수적이다. 현재 국내외에서는 이를 정확하게 관측하기가 어려우며, 또한 공간적인 제약이 따른다. 따라서, 본 연구에서는 원격탐사기술을 적용함으로써 지상관측의 단점을 보완하기 위해 정지궤도 위성인 Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS)를 사용하여 방출장파복사량(Outgoing Longwave Radiation, Rlu)를 계산하였다. 이 자료의 검증을 위해 유량조사사업단에서 운영·관리하는 청미천/설마천 Flux Tower의 자료를 사용하여 계산된 Rlu와 MODIS 위성자료를 사용하여 계산된 Rlu를 비교 및 검증하였다. 전반적으로 COMS의 자료가 높은 상관계수를 나타내어 COMS의 사용가능성을 보여주었다. 이러한 결과를 바탕으로 향후 COMS를 이용한 증발산 산정 연구를 할 계획이다.

The CMDPS(COMS Meteorological Data Processing System) provides 16 meteorological products by processing satellite data obtained from 1 visible and 4 infrared channels. It is expected that the COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite) products will contribute to numerical weather prediction and climate change monitoring. For more active utilization of the products, we first need a scheme for the quality management based on outlier detection. This paper describes a method for detecting spatial and temporal outliers from the COMS products using Moran scatterplot and wavelet transform. The applicability of our method was made sure through the tests for seven products such as sea surface temperature, land surface temperature, aerosol optical depth, total precipitable water, upper tropospheric humidity, cloud top height, and cloud top temperature. Their quality was estimated very good in terms of our spatio-temporal statistical approach. For future work, we need more comprehensive study on the outlier detection, particularity focusing on the threshold setting in accordance with physical characteristics of each product.

지표면 온도는 수문기상학에서 매우 중요한 인자로써 지면-대기의 상호순환을 이해하는 데 필수적인 요소이다. 따라서 지표면 온도를 정확하게 산출하기 위한 연구가 이루어지고 있다. 그러나 국내에서는 현재까지 시·공간적으로 일정한 자료를 대상으로 한 연구가 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 국내 최초의 정지궤도 위성인 Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS)의 지표면 온도 자료를 사용하여 MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 센서를 탑재한 위성(Terra/Aqua)에서 제공되는 지표면 온도와 비교·분석을 실시하였다. 또한, COMS 자료의 정확성 확인을 위하여 지상관측지점의 자료와 비교하였다. 그 결과 MODIS와의 비교에서는 COMS가 Aqua/Terra에 비하여 전체적으로 과소산정되었으며, Aqua보다는 Terra와 비슷한 경향을 가지고 있는 것을 확인할 수 있었다. 지상 관측 일평균자료와의 비교에서도 COMS가 과소 산정되는 것으로 나타났다. 각각의 오차는 알고리즘 사용 인자의 차이, 자료의 시간적 차이, 외부적인 요인 등으로 인해 발생하는 것으로 판단된다. 그러나 전체적인 경향성이 비슷한 것으로 나타나 COMS의 활용 가능성을 확인할 수 있었으며, 추후보다 정확한 검·보정에 대한 연구가 필요한 실정이다.

기후변화의 영향으로 인한 기상·지상인자의 변화양상을 파악하는 것은 수문기상학적 순환과정을 이해하는데 매우 중요한 요소로 인식되고 있다. 특히 지표면과 대기 사이의 여러 기상요인, 지표면 온도, 강수량 등과 같은 수문기상학적 인자에 영향을 미치는 대기온도는 일상적으로 인간이 느끼기에는 큰 연관을 나타내지 않을지도 모른다. 하지만 수문기상인자의 미미한 변화로 인한 자연현상의 변동성은 그 영향 범위가 크게 작용하기 때문에 이런 수문기상학적인자들을 정량적으로 관측하기 위한 노력이 가중 되고 있다. 하지만 아직까지 기후변화로 인한 현상을 파악하기에는 경제·인력적 부족, 기후변화 관련인자의 관측자료 부족, 관련 연구부족 등으로 많은 제약이 따른다. 또한 지점자료의 공간적인 분포에서도 많은 오차와 문제점이 발생하기 때문에 이에 대한 대안이 요구되었다. 최근에는 원격탐사기법의 발달로 이러한 문제점들을 해결할 수 있으며, 인공위성을 이용하여 시공간적인 측면에서 양질의 자료를 제공할 수 있다. 기존에 수문기상인자를 관측하는데 많은 위성들이 이용되어왔으나 위성의 노후화 및 연속적인 자료의 취득이 어려웠다. 기존의 궤도위성들에 비해 정지궤도 위성은 그 자료의 제공 측면에서 시공간적으로 뛰어나다. 이에 2010년에 발사된 정지궤도 위성인 천리안 위성(Communication, Ocean and Meteorological Satellite, COMS)을 이용하였으며, COMS product인 지표면온도(Land Surface Temperature, LST)를 사용하였다. 이 자료를 이용하여 지상관측에서 관측되는 수문기상인자들과의 연관성 및 관계성을 파악하였다. 각각의 인자의 상호관계를 파악하는 것이야 말로 자연재해로 인한 기상이변이 대두되고 있는 이 시기에 예방·대비체계를 구축할 수 있을 것이다.