최근 기후변화에 따라 전 세계적으로 큰 규모의 산불 발생이 증가하고 있으며, 우리나라도 산불발생이 전반적으로 증가하는 경향을 보인다. 최근 우리나라와 인접한 북한에서 발생한 산불이 비무장 지대 등의 국내 영토로 번지는 사건이 많이 발생하고 있다. 우리나라에서는 오픈 API(application programming interface)를 통하여 과거 산불발생 기록을 검색할 수 있으나 행정기관에서 수집한 자료여서 국내 지역으로 정보가 국한되어 있다. 이에 본 연구에서는 접근불능지역인 북한을 포함한 한반도의 산불발생에 대한 장기 시계열 정보를 생산하기 위하여 2000년부터 2015년까지의 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성자료를 수집 및 재가공하여 일자별 산불발생 현황의 GIS 데이터베이스를 구축하고자 한다. 데이터베이스 구축을 위한 입력자료로서 Terra 위성의 MOD14A1 산출물과 Aqua 위성의 MYD14A1 산출물을 사용하였으며, 16년간의 일자별 영상을 일괄작업으로 재처리하여 산불의 발생일자, 발생 위치, 탐지 신뢰도, 방사열 에너지(fire radiative power: FRP) 등의 정보를 추출하고 이들을 결합하여 Shapefile 형태로 생성하였다. 본 연구에서 구축한 장기시계열 GIS 데이터베이스는 다른 연구자들에 의해 한반도 산불정보의 시공간 특성 분석에 활용될 수 있으며, 이를 위하여 인터넷에 결과 파일을 탑재하여 자유롭게 다운로드 가능하도록 하였다.

Recently, satellite image data has been widely used in various fields. Extraction of forest information is the field which has great application possibility. Forest type information can be used in forecasting and simulating soil erosion, landslides and debris flow as an important influence factor. Application of satellite imagery has advantages to obtain latest forest type information. NDVI calculated from near infra red band of satellite imagery represents vegetation activity, with seasonal difference of it forest type can be classified. In this study, we analyzed MODIS imagery from 2011 years to 2013 years in Gangwon-do where forest area is large and classified forest type with coniferous and deciduous forests. As a result, there was high correlation between forest type of digital map and it classified from NDVI. The possibility for extraction of forest type information from satellite imagery was confirmed.

In this study, we hypothesized that the size of wintering crane population would change due to the climate factors. We assumed that wintering population size would differ by climate values in January, which is the coldest period in year. Especially, White-naped cranes were able to choose wintering site between Cheorwon and other alternative place where snow coverage had low influence, differing from Red crowned cranes. For this reason, we predicted the population size of White-naped cranes would fluctuate according to the extent of snow coverage in Cheorwon. Therefore we used snow coverage data based on MODIS and climate data from KMA (Korea Meteorological Administration) that are generally used. We analyzed the crane’s population size in Cheorwon in January from 2002 to 2014. The temperature in the Cheorwon increased from 2002 to wintering period in 2007~ 2008 and went down, showing the lowest temperature in 2011~ 2012. With this phenomenon, warmth index showed the similar pattern with temperature. Amount of newly accumulated snow (the amount of snow that fallen from 0:01 am to 11:29 pm in a day) was low after 2002, but rapidly increased in 2010~ 2011 and 2011~ 2012. The area of snow coverage rapidly declined from 2002 to 2005~ 2006 but suddenly expanded in wintering period in 2009~ 2010 and 2010~ 2011. Wintering population size of the White-naped cranes decreased as snow coverage area increased in January and the highest correlation was found between them, compared to the other climatic factors. However, the number of individuals of Red crowned cranes had little relationship with general climate factors including snow cover range. Therefore it seems that population size of the Red crowned crane varied by factors related with habitat selection such as secure roosting site and area of foraging place, not by climatic factors. In multiple regression analysis, wintering population of White-naped cranes showed significant relationship with logarithmic value of snow cover range and its period. Therefore, it suggests that the population size of the White-naped crane was affected by snow cover range n wintering period and this was because it was hard for them to find out rice grains which are their main food items, buried in snow cover. The population size variation in White-naped cranes was caused by some individuals which left Cheorwon for Izumi where snow cover had little influence on them. The wintering population in Izumi and Cheorwon had negative correlation, implying they were mutually related.

해수 중 광학적 특성 때문에 유색 용존유기물은 위성자료에 기반한 해양의 엽록소와 일차생산력의 정확한 측정에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2009과 2011년 여름철을 대상으로 서로 특이하게 다른 결과를 보고하고자 하였다. 이 두 시기의 여름철 차이는 것은 용존유기물에 영향을 주는 주요 공급원이 다른 것으로 나타났다. 그리고 현장 측정치와 위성자료로 부터 얻어진 엽록소 농도를 비교하여 위성자료로부터 구한 엽록소 농도 측정에 대한 용존유기물의 영향을 보았다. 그 결과, 2009년 MODIS를 이용한 엽록소 농도와 현장 측정된 엽록소 a 농도는 서로 유사하였으나, 2011년과 같이 유색용존유기물의 농도가 높았던 시기에는 이 두 농도간에 유의한 차이가 나타났다. 2011년 여름 MODIS 자료와 비교하였을 때, GOCI 자료는 엽록소와 유색용존유기물 모두 현장 측정치 자료와 잘 일치하였다. 수직 혼합에 의해 공급된 표층 해수 중 높은 유색용존유기물의 존재는 위성자료에 의한 엽록소 농도의 과대평가에 영향을 주는 것으로 보인다.

인간에 의한 산업활동의 결과로 여겨지는 기후변화는 최 근 많은 연구가 되고 있으며, 자연생태에 대한 인간의 영향 을 알기위해 중심이 되는 분야이다. 한반도는 여름철이 고 온다습하며, 겨울이 저온건조한 온대몬순의 기후특성을 보 인다. 특히, 기온이 하강하며 건조한 겨울철의 기후조건은 야생동물에게 생존에 어려운 조건이며, 겨울철의 기온이나 강설 등의 기후요인은 그들의 분포 및 개체수의 변화에 크 게 영향을 줄 수 있다 그리고 강설 및 한파에 의한 눈 덮임의 경우 먹이를 찾거나 이용할 수 있는 확률을 떨어뜨려 생존 가능성에 영향을 주는 중요한 요인이 된다. 우리나라의 경 우 북반구 전체차원에서 눈으로 덮이는 영역의 경계에 속한 다. 따라서 기후변화에 따른 겨울철 온도, 강설 등 기후요인 의 증가 혹은 감소에 따라 본 지역에 서식하는 동물의 생활 은 달라지게 될 것이라 예측할 수 있다. 특히 비행을 통하여 서식지의 이동이 가능한 조류의 경우 민감하게 반응할 것이 라 예상할 수 있다. 두루미류의 월동개체군의 경우는 번식개체군의 서식범 위와는 달리 기후요인에 의 큰 변동을 갖게 될 것이다. 하지 만 대체가능한 월동지가 없는 경우에는 기후변화에 의한 영향을 직접적으로 받게 되고, 이에 의한 개체군 자체의 영 향이 발생할 가능성이 크다. 두루미류에 있어서는 번식면적 과 이주거리가 변화하는 영향이 나타났다. 사례로 시베리아 흰두루미의 번식은 1년간 눈이 덮이지 않은 일수에 영향을 받았다. 일부 종에 따라서는 눈 덮임 등의 겨울철 날씨요인 때문에 개체군의 증감 뿐만 아니라 국지적인 멸종이 발생하 기도 한다. 따라서 철원지역에 도래하는 두루미류 또한 월 동기 농경지에서 먹이를 취하기 때문에 눈 덮임의 범위와 잔존일수는 월동개체군에 영향을 줄 것이다. 특히 재두루미 의 경우 낙곡에 대한 의존도가 높기 때문에, 눈이 덮인 농경 지와 덮이지 않는 농경지의 선호도가 달라질 것이므로 기후 변화의 양상에 따라 철원지역을 이용하는 기간이나 개체수 의 규모가 달라질 것으로 예상할 수 있다. 두루미류의 월동개체수는 기상에 의한 변화가 심하지만, 월동장소에 대한 선호성이 강하여 대체가능한 서식지로의 이동이 일부 나타난다. 본 연구에서는 기후요인에 의하여 두루미류의 월동개체군 규모가 달라질 것으로 가설을 세웠 다. 그중 가장 추운시기인 1월의 기후값에 의하여 월동개체 수가 달라질 것이라고 가정하였다. 본 연구에서는 기온이 낮고 눈 덮임이 넓은 범위에 지속적으로 이루어질수록 두루 미류의 월동개체수가 감소할 것이라 가설을 세웠다. 특히, 재두루미의 경우 철원지역 이외에 눈 덮임의 영향이 적은 월동지가 있기 때문에 개체군의 증감이 발생할 것으로 예측 하였다. 이에 월동기의 눈 덮임 범위 및 기간과 두루미류 월동개체군의 규모간의 상관관계를 평가 하도록 하였다. 연구결과 기상청에 의하여 지속적으로 모니터링 되어온 철원지역 기후자료 중 2002년 이후 2014년까지의 1월의 평균기온과 평균최저기온, 평균최고기온은 서로 상관관계 를 가지면서 변동하였고, 2007~2008년도 월동기까지 증가 하다가 이후 감소하며, 2011~2012년도 월동기에 가장 낮은 온도를 보였다. 하지만 이후 다소 증가하는 양상을 보였다. 최고기온이 5℃ 이상 되는 날의 수는 2007-2008년도까지 꾸준히 증가한 후 감소하는 경향이 있었다. 2002년부터 2014년까지 매년 1월의 강수량과 신적설량 의 합계는 2006~2007년의 한해를 제외하고 유사한 증감을 나타내었으며. 이는 동시기의 강수가 대부분 강설에 의한 것임을 보여주는 것이다. 전체적으로 강설량은 증감을 반복 하는 양상을 보였으며, 2002년에서 2009년까지는 감소하 는 양상을 보였다. 하지만 2008년 이후 강설량은 급격한변화를 보였다. MODIS 위성영상에 의한 눈덮임 범위의 값은 2002~2003년높은 값을 가지다가 이후에는 2006~2007년 높은 값을 제외하 고는 2009~2010년 월동기 전까지 지속적으로 감소하는 양상 을 보였다. 기온과 강설 등의 기후 값이 서로 상관관계가 있을 것으 로 판단해 상관관계 분석을 통하여 기후요인간의 상관관계 를 살펴보았다. 결과 요인 상호간의 상관관계가 매우 높게 나타났으며, 특히 온도요인과 눈 덮임 지수 내에서의 상관 관계가 긴밀하게 나타났다. 하지만, 기상청에 의한 1월의 신적설량의 합은 MODIS의 눈 덮임 범위와 상관관계가 나 타나지 않았다. 또한, 기온요인도 눈 덮임 범위와 상관관계 가 없었다. 전체 요인 중 공통된 성질의 요인들을 묶어주기 위하여 주성분분석을 한 결과, 고유값이 1 이상인 3 개의 주성분이 누적된 고유값 비율의 86.2%를 차지하였다. 최종 적으로, 주성분의 각 주성분의 대표성은 눈덮임(PC1), 기온 (PC2) 그리고 강수량(PC3)으로 나타낼 수 있었으며, 주성 분의 구성요소 이었다. 이것은 기온에 의하여 눈덮임 범위 가 결정되는 것이 아니라 일조량이나 바람 등 다른 원인에 의해 결정되는 것을 의미한다. 기후 값을 이용하여 단계선택을 통한 회귀분석을 한 경우 에는 MODIS 눈덮임 범위의 로그값(LNAucSCR)만이 유 의미한 요인으로 선택되었으며, 수식은 아래와 같다. Wintering Population of White-naped Crane by MVRM     ×  ±  ∴   = Loge(Accumulated MODIS snow cover range) 기후 값을 이용한 회귀식이 주성분에 의한 회귀식 보다 설명력이 더 높았으며, 재두루미 월동개체수의 최대값을 현 실적으로 반영하기 때문에 더 좋은 결과로 나타났다. 지구온난화현상은 일시적인 한파에도 불구하고 대체적 으로 받아들여지는 현상이다. 하지만, 오히려 북극지역의 제트기류의 변동으로 인하여 지역적으로 강한 한파가 남하 함으로서 더 극심한 저기온과 눈 덮임에 시달리기도 하는 것이 최근의 관측이다. 본 연구에서 기상청 기후자료의 분 석결과, 2000년대 초반부터 중반까지 철원지역 또한 겨울 철 온난화의 징후가 나타났다. 하지만, 2008년 이후 1월의 기온은 급강하하고 내린 눈이 녹지 않고 지속적으로 존재하 는 현상이 나타났다. 겨울철 온난화의 현상이 나타난 시기 에는 적설량의 감소 또한 나타났다. 더구나, 적설이 존재했 음에도 불구하고 눈 덮임 두께의 누적량은 0mm에 가까운 경우가 많았다. 이것은 눈이 내리더라도 덮여있는 지속기 간은 짧았다는 의미일 것이며, 상대적으로 높은 기온과 일조량 혹은 강수에 의하여 내린 눈이 녹아서 없어졌기 때문으로 판단된다. 이렇게 내렸던 눈이 제거된다면 낙 곡의 이용가능성이 증가하고, 두루미류가 철원지역에 체류할 수 있는 일수는 증가할 것이다. 반면 추위와 눈 덮임을 피해 남쪽으로 이동하는 개체수는 감소할 것으 로 예상할 수 있다. 2008년 이후 재두루미의 개체수는 급변하였는데, 눈 덮임의 변화 때문에 발생한 것으로 판 단된다. 2010년 1월중 한파기간에 다수의 재두루미가 한 반도 남측 지역 주남, 낙동강 등의 주요 월동지에서 개체 수가 증가하였으며, 재두루미가 관찰되지 않았던 지역 에서 나타나는 등 국지적인 이동이 나타났다. 본 연구에서는 기온에 의한 영향이 클 것이라 기대하였지 만, 기온 보다는 적설의 범위 및 적설이 얼마나 오래 지표를 덮고 있는지가 더 중요한 요인이었다. 온난화가 진행되었던 시기에 철원지역의 재두루미는 증가양상을 보였으며, 재두 루미의 최종 월동지인 일본 이즈미지역의 재두루미는 감소 하였으며 이는 서로 강한 상관관계를 나타내었다. 이는 더 낮은 위도인 일본 이즈미로 이동하는 재두루미의 이동시기 가 철원지역의 온난화로 인하여 지연되었기 때문으로 사료 된다. 반대로, 폭설 및 눈덮임이 지속되었던 2009~10년, 2010~11년의 경우 철원지역의 재두루미의 개체수는 감소 하였고, 일본 이즈미 지역의 재두루미 개체수는 증가하여 강한 상관관계를 나타내었다.기후변화에 의한 영향은 생물종의 습성과 영향의 정도에 따라 달라진다. 두루미와 재두루미에 있어서 기후변화에 따 른 개체수의 변화가 있었던 재두루미는 기후변화에 대한 적응능력이 뛰어나고 대체가능한 서식지가 있는 상황이라 판단할 수 있다. 하지만 두루미의 경우 대체월동지가 제한 적인 것이라 할 수 있기 때문에 기후변화에 대하여 취약한 종이라 할 수 있다. 두루미의 개체수는 2013~2014년의 경 우를 제외하고 안정적이었다. 이는 대체월동지가 있는 재두 루미에 비하여 대체 가능한 월동지가 없었기 때문이다. 그 래서 두루미의 월동지로는 한반도를 통틀어 철원지역이 가 장 선호되는 지역이며, 대안적인 월동지인 연천과 파주의 민통선 지역은 연천댐 및 개성공단 등의 개발사업으로 인하 여 교란을 받고 있기 때문에 대체 가능한 서식지가 아니었 던 것으로 판단된다.

본 연구에서는 극궤도 위성 Aqua/Terra에 탑재된 MODIS 복사계와 정지궤도 위성 GOES-9의 2년간 관측 자료를 이용하여, 한반도 10개 공항 지역에 대한 안개 탐지 가시 경계값 및 적외 경계값을 각각 0.65μm에서의 반사율(R0.65) 그리고 3.7μm와 11μm 밝기온도 간의 차이(T3.7-11)에서 계절별로 유도하였다. 이들 경계값이 두 종류 위성에서 서로 다르게 나타나는 원인을 조사하기 위하여, 수도권 지역에 대한 극궤도 및 정지궤도 위성들의 동시 관측 자료를 이용하여 주야간 청천과 안개 시에 다음 변수들을 비교분석하였다; 3.7μm 밝기온도(T3.7), 11μm 밝기온도(T11), 그리고 T3.7-11. 주간 경우에는 R0.65도 사용되었다. 위 변수들은 공간 분포에서 두 위성 간에 0.5 이상의 유의적인 상관을 보였다. 이 분석에서 두 위성 간에 경계값 차이는 3.7μm 채널 파장대 불일치 뿐만 아니라 공간 분해능 불일치에도 기인하였다. 한편 GOES-9에서 유도된 안개 탐지 경계값은 청주 공항을 제외한 한반도 9개 공항의 안개 및 청천 시에 대한 통계적인 검증에서 주간에 약 60%, 그리고 야간에는 약 70%의 정확도를 보였다. 그러나 정확도는 여명, 안개층 위에 상층운 존재, 강수 동반, 그리고 짧은 지속 시간 하에서 발생하는 안개에 대하여 감소하였다. 안개 탐지에 사용되는 세 채널의 광학적인 특성을 조사하기 위하여, 파장에 따른 복사휘도 및 반사율의 민감도가 수치 실험을 통하여 여러기상 상태 하에서 분석되었다.

본 연구에서는 복사전달모델을 통하여 9.7μm오존 흡수대에 미치는 오존 및 열적(i.e., 지표 온도) 효과를 각각 조사하였다. 또한 오존주의보가 수도권 지역(37.2-37.7 N, 125.7-127.2 E)에 발령되었던 2003년 4일에 대한 위성(MODIS Aqua; ECT 13:30) 및 지상 오존(79개 관측소)의 동시 관측 자료를 기초로 지상 오존에 대한 원격탐사 방법을 제시하였다. 여기서 구름 효과를 제거하고 오존 연직 분포를 분석하기 위하여 종관기상 자료도 사용하였다. 주어진 오존 농도(327~391 DU)에 대하여 산출된 9.6μm에서의 상향 복사휘도는 표면온도 Ts = 290 K에서 5.52~5.78Wm-2sr-1, 그리고 Ts = 325 K에서는 9.00~9,57Wm-2sr-1이었다. 따라서 오존 흡수 세기(i.e., 11μm와 9.7μm 밝기온도 간의 차; T11-9.7)를 이용한 오존 원격탐사 시에 세기 변화에 대한 순수한 오존 효과는0.26Wm-2sr-1/64 DU, 그리고 열적 효과는 0.31Wm-2sr-1/35 K이었다. 본 연구에서는 흡수 세기와 지상 관측 간에 유의적인 상관을 보이는 경우에 대하여 적외선 위성 관측에서 지상 오존을 원격탐사하는 경험식을 유도하였다. 유도된 지상 오존 농도와 관측값과의 상관은 49~63%로 유의수준 1%에서 유의미하였다. 경험식을 개선하기 위하여는 지상 오존 대신에 대류권 오존 자료를 사용하고, 성층권 오존 변화도 고려하는 후속 연구가 요구된다.

The purpose of this study is to elucidate the spatio-temporal characteristics of ultrafine dust generation in East Asia and the synoptic climate patterns related to its dispersal which has its adverse effects on public health across East Asia. To achieve this purpose, Level 3 monthly Aerosol Optical Depth (AOD) data extracted from MODIS satellite imagery (MOD08_M3) representing particle matters less than 2.5 micrometer (PM2.5) and the NCEP-NCAR reanalysis I upper-level climatic data associated with the exacerbation of ultrafine dust problem are analyzed for the recent 20-year (2001-2020) period. Analyses of long-term average MOD08 data show that high AOD value exceeding 0.5 or more frequently occurred in populous cities in East Asia but mainly in the vicinity of densely populated large rivers and the eastern lowlands in China between mid-winter and mid-spring, which is attributable to the accumulation effects of continuous fossil fuel consumption for heating and manufacturing. Despite the overall decreasing trend of ultrafine dust across China in the 2010s, the weakened westerlies in the warmer climate as well as its continuous generation from the densely populated industrial regions of China provide a favorable synoptic climate condition for frequent severe ultrafine dust problems across East Asia including South Korea. These results indicate that ultrafine dust from China is a long-lasting transboundary environmental problem across East Asia, which needs long-term international cooperation in developing the sustainable policies.

The statistical characteristics of aerosol–cloud interactions over East Asia were investigated using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer satellite data. The long-term relationship between various aerosol and cloud parameters was estimated using correlation analysis, principle component analysis, and Aerosol Indirect Effect (AIE) estimation. In correlation analysis, Aerosol Optical Depth (AOD) was positively Correlated with Cloud Condensation Nuclei (CCN) and Cloud Fraction (CF), but negatively correlated with Cloud Top Temperature (CTT) and Cloud Top Pressure (CTP). Fine Mode Fraction (FMF) and CCN were positively correlated over the ocean because of sea spray. In principle component analysis, AOD and FMF were influenced by water vapor. In particular, AOD was positively influenced by CF, and negatively by CTT and CTP over the ocean. In AIE estimation, the AIE value in each cloud layer and type was mostly negative (Twomey effect) but sometimes positive (anti-Twomey effect). This is related to regional, environmental, seasonal, and meteorological effects. Rigorous and extensive studies on aerosol–cloud interactions over East Asia should be conducted via micro- and macro-scale investigations, to determine chemical characteristics using various meteorological instruments.

본 연구에서는 MODIS 위성 기반 증발산량의 적정성을 평가하기 위해 Revised RS-PM 알고리즘으로 일증발산량 지도를 작성하여 에디 공분산 기반의 증발산량과 비교․분석하였다. 또한, 작성된 MODIS 기반의 일증발산량 지도의 공간적인 특성을 평가하기 위해 전적비교 지점을 기준으로 물 수지 성분을 산정하여 이의 특성을 분석하였다. 에디 공분산 기반의 증발산량은 플럭스 타워에서 관측된 잠열 플럭스를 KoFlux 프로그램으로 좌표변환, 밀도보정을 수행하여 이상치를 제거한 후 정량화하였다. 이상치 특성으로 발생된 빈 구간(no value)의 자료는 FAO-PM, MDV, Kalman Filter의 3가지 방법으로 보충(Gap-filling)하였다. 면적강우량과 유출량 은 KICT (2013)로부터 자료를 제공받아 정량화하였으며, 유역 평균증발산량은 Revised RS-PM 알고리즘으로 작성된 일증발산량 지도로부터 산정하였다. 유역의 저류변화량은 토양수분 변화량이 유역을 대표한다는 가정 하에 관측된 토심별 자료에 유효토심을 고려하여 산정하였다. MODIS 위성과 에디 공분산 기반의 증발산량을 비교·분석한 결과, MODIS 위성 기반에서 330.6 mm 정도 증발산량이 크게 산정되었으며, Bias와 RMSE는 평균 -0.91, 2.90의 특성을 나타내었다. 전적비교 지점을 기준으로 물 수지를 분석한 결과, 177.43 mm 정도의 편차로 인해 물 수지가 폐합되지 못하였다. 에디 공분산 기반의 증발산량과 물 수지 분석 결과를 토대로 적정성을 평가해 볼 때, MODIS 위성 기반의 증발산량은 설마천 유역의 실제 증발산량을 대표하지 못하였다.

본 연구의 목적은 단기간 집중⋅광역적 피해를 유발하는 폭설에 대해 MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) 위성영상을 활용하여 적설지역을 관측하는데 있다. MODIS 위성영상, 지상관측 망으로부터 획득된 온도, 상대습도 및 적설자료는 폭설을 분석하기위한 기본 자료로 사용되었다. 위성영상에서 그림자와 같은 지형효과를 저감하기위해 코사인 알고리즘을 적용하였으며, MODIS 위성영상으로부터 정량적인 적설지역을 분석하기위해 눈 정규지수(Normalized Difference Snow Index: NDSI) 알고리즘을 적용하고 Kappa 통계량을 이용해서 정확성을 검증하였다. 그 결과 각각 91.30%(2001년 1월), 87.76%(2004년 3월), 70.79%(2011년 2월)의 정확도를 보였다. 따라서 위성영상을 활용한 분석기반 프로세스는 보다 효과적이고 과학적인 의사결정지원을 위한 하나의 도구로서 활용될 수 있으며, 위성영상 정보 및 지상관측 망을 이용한 입체적 모니터링은 신속한 상황판단 고도화를 위한 기본 자료로 활용될 수 있다.