JERS-1 SAR를 이용한 가은 폐탄광 지역 지반침하 관측

정한철,김상완,김복철,민경덕,원중선,Jung Hahn Chul,Kim Sang-Wan,Kim Bok Chul,Min Kyung Duck,Won Joong-Sun 대한자원환경지질학회 2004 자원환경지질 Vol.37 No.5

JERS-1 L밴드 SAR 위성에서 얻어진 25개의 레이더간섭도를 이용하여 1992년 11월 5일부터 1998년 10월 1일 사이 경상북도 문경시 가은읍 폐탄광 일대의 지반 침하량을 측정하였다. SAR 영상에서 긴밀도가 높은 고정 산란체(PS: permanent scatterer)를 이용한 시계열 분석을 통해서 지반침하를 계산하였고, 현장조사된 균열등급 분포도와 비교하였다. 고정된 산란체는 1차적으로 진폭값과 간섭쌍의 긴밀도 영상을 이용하여 계산하였는데, 산악지역에 비해 도심지역에서 우세하게 선정되었다. 계산된 변위량은 붕락과 같은 급격한 비선형의 변위는 제외되고, 영상 획득 기간 내의 평균 변위량이다. 연구지역 내 계산된 주시방향으로의 평균 지표면 변위속도는 0.19cm/yr이고, 추정오차는 0.18cm/yr이다. 그리고 옛 가은 본갱의 중심부와 가은역 맞은편 일대에서 관측된 침하량은 0.49cm/yr, 1.66cm/yr로 연구지역에서 가장 뚜렷한 침하 양상을 보였다. The ground subsidence that occurred in the abandoned coal mining area, Gaeun, Korea, was observed using 25 JERS-1 SAR interferograms from November 1992 to October 1998. We carried out measurements on a subset of image pixels corresponding to point-wise stable reflectors(PS: permanent scatterer) by exploiting a long temporal series of interferometric phases and compared it with the distribution map of in situ examined crack level. PSs could be identified by means of amplitude dispersion index and coherence of the interferograms and the density of PS was much higher in an urban area than in a mountainous region. The measured subsidence rate represented the average velocity in a period of image acquisition and excluded complex nonlinear displacements such as an abrupt collapse. The mean line-of-sight velocity in the study area is 0.19cm/yr and the estimation error is 0.18cm/yr. The center of the abandoned Gaeun coal mine(0.49cm/yr) and the area opposite Gaeun station(1.66cm/yr) were observed as the most highly subsiding areas.

GOCI Chlorophyll-a 결측 자료의 복원을 위한 DINEOF 방법 적용

황도현 ( Do-hyun Hwang ),정한철 ( Hahn Chul Jung ),안재현 ( Jae-hyun Ahn ),최종국 ( Jong-kuk Choi ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

해색 원격 탐사를 통해 chlorophyll-a를 추정하면 식물성 플랑크톤, 해양일차생산력의 전 지구적 분포를 파악할 수 있다. 하지만 위성으로 관측된 해색 자료는 구름이나 기상 상황 등에 의하여 결측 데이터가 발생한다. 본 연구에서는DINEOF를 이용하여GOCI chlorophyll-a 산출물의 결측 자료를 복원하고자 하였다. DINEOF는 시·공간 자료에 기반을 두어 결측 자료를 복원하는 방법으로, 정확도는 GOCI chlorophyll-a 영상의 일부를 제거한 뒤 복원 영상과 비교하여 교차 검증하였다. 연구지역에서DINEOF를 위한 최적의 EOF 모드는 10-13이었다. 시·공간 복원 자료 결과에서는 오후 시간대 chlorophyll-a 농도가 증가하는 경향이 반영되었고, 노이즈에 해당되는 이상치는 필터링 되는 효과를 보였다. 따라서 DINEOF는 결측이 발생한 영상에 대하여 복원 자료로 활용 가능할 것으로 보이며, 이를 통해 해양 환경 모니터링을 위한 기초 자료로 사용 가능할 것으로 판단된다. If chlorophyll-a is estimated through ocean color remote sensing, it is able to understand the global distribution of phytoplankton and primary production. However, there are missing data in the ocean color observed from the satellites due to the clouds or weather conditions. In this study, the missing data of the GOCI (Geostationary Ocean Color Imager) chlorophyll-a product was reconstructed by using DINEOF (Data INterpolation Empirical Orthogonal Functions). DINEOF reconstructs the missing data based on spatio-temporal data, and the accuracy was cross-verified by removing a part of the GOCI chlorophyll-a image and comparing it with the reconstructed image. In the study area, the optimal EOF (Empirical Orthogonal Functions) mode for DINEOF was in 10-13. The temporal and spatial reconstructed data reflected the increasing chlorophyll-a concentration in the afternoon, and the noise of outliers was filtered. Therefore, it is expected that DINEOF is useful to reconstruct the missing images, also it is considered that it is able to use as basic data for monitoring the ocean environment.

낙동강 유역의 연안 해저지하수 유출특성에 관한 연구

김대선 ( Daesun Kim ),정한철 ( Hahn Chul Jung ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.6

연안지역의 해저지하수 유출(SGD)은 하천과 함께 영양염류와 미량금속 등을 해양으로 유입시키는 주요 수송로 역할로써 중요성이 대두되고 있다. 이에 우리나라 육상의 연안지역인 낙동강 대권역 유역에 대해 1986년부터 2020년까지 35개년의 월별 SGD를 추정하고 계절적 변화와 시공간적 특성을 분석하였다. SGD 산출지점인 낙동강 연안유역은 SRTM(Shuttle Radar Topography Mission) DEM(Digital Elevation Model) 자료를 이용하여 210개의 유역을 추출하였으며, 우리나라에 적용가능한 가장 높은 해상도의 전지구 모델인 FLDAS (Famine Early Warning Systems Network Land Data Assimilation System) 10 km recharge를 통해 추정한 낙동강 연안유역의 연평균 SGD는 466.7 ㎡/yr 로 나타났다. 낙동강 연안유역 SGD는 시계열적으로 큰 변동성은 없었으나 여름에 집중되던 SGD유출이 가을철로 주요유출 시기가 확대되는 경향을 보였다. 또한 공간적으로는 큰 수계와 인접한 연안지역에서 계절에 관계없이 SGD 유출이 많고 1980년대 이후로 시간적 변화에 따라 다소 증가하고 있는 경향을 확인하였다. 이러한 결과는 낙동강 지역의 강수패턴의 시기가 확대되며, 기저유량이 많은 지역의 집수량이 높은 데에 따른 것으로 사료된다. 본 연구는 우리나라의 SGD 특성을 탐구하기 위한 모델링 기법을 제시한 선행적 연구이며 우리나라 해저지하수 유출이 해양에 미치는 영향과 연안관리를 위한 기초자료로 활용성이 기대된다. Submarine groundwater discharge (SGD) in coastal areas is gaining importance as a major transport route that bring nutrients and trace metals into the ocean. This paper describes the analysis of the seasonal changes and spatiotemporal characteristics through the modeling monthly SGD for 35 years from 1986 to 2020 for the Nakdong river basin. In this study, we extracted 210 watersheds and SGD estimation points using the SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM (Digital Elevation Model). The average annual SGD of the Nakdong River basin was estimated to be 466.7 ㎡/yr from the FLDAS (Famine Early Warning Systems Network Land Data Assimilation System) recharge data of 10 km which is the highest resolution global model applicable to Korea. There was no significant time-series variation of SGD in the Nakdong river basin, but the concentrated period of SGD was expanded from summer to autumn. In addition, it was confirmed that there is a large amount of SGD regardless of the season in coastal area nearby large rivers, and the trend has slightly increased since the 1980s. The characteristics are considered to be related to the change in the major precipitation period in the study area, and spatially it is due to the high baseflow-groundwater in the vicinity of large rivers. This study is a precedent study that presents a modeling technique to explore the characteristics of SGD in Korea, and is expected to be useful as foundational information for coastal management and evaluating the impact of SGD to the ocean.

웨이블릿 접근을 통한 해수면 높이와 기후 지수간의 다중 스케일 상관 관계 분석

황도현 ( Do-hyun Hwang ),정한철 ( Hahn Chul Jung ) 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.5

기후 변화로 인하여 해수면은 상승 추세에 있으며, 이로 인해 해안가 주변 저지대는 물에 잠길 위험에 처해있다. 따라서 본 연구에서는 위성 고도계 자료(Topex/Poseidon, Jason-1/2/3) 및 Southern Oscillation Index (SOI) /Pacific Decadal Oscillation (PDO) 자료를 이용하여 해수면 높이 변화와 기후 지수간의 관계를 알아보고자 하였다. 시간 기반의 함수를 주파수 기반 함수 형태로 변환시킨다면 각 자료가 가지고 있는 고유 주기를 분석할 수 있다. 푸리에 변환과 웨이블릿 변환은 대표적인 주기 분석 방법이다. 푸리에 변환은 주기에 대한 정보만 획득 가능하지만, 웨이블릿 변환은 주기 및 시간 정보 둘 다 획득할 수 있다. 웨이블릿 변환은 각 자료에 대한 주기를 찾을 수 있으며, 교차 웨이블릿 변환과 웨이블릿 긴밀도는 두 자료에 대한 공통 주기나 상관 관계 및 위상을 찾을 수 있다. 교차 웨이블릿 변환 결과 해수면 높이 및 두 기후 지수(SOI, PDO)의 1년 주기에서 강한 출력이 확인되었으며, 해수면 높이와 PDO는 역위상 관계를 보였다. 웨이블릿 긴밀도 분석에서는 교차 웨이블릿 변환에서 나타나지 않았던 1년 미만의 단주기 및 장주기에서의 상관관계가 높은 구간을 찾을 수 있었다. 웨이블릿 분석은 각 자료의 주기를 찾을 수 있을 뿐만 아니라 두 시계열 자료가 가지고 있는 주기 및 위상 관계를 찾을 수 있었다. 따라서 본 연구 결과는 웨이블릿 분석을 통해 기후 자료가 가지는 고유의 주기를 분석하는 데 사용될 수 있을 것이며 시계열 자료 분석에서 찾기 어려운 해양의 다양한 현상을 모니터링하는데 활용할 수 있을 것으로 판단된다. Sea levels are rising as a result of climate change, and low-lying areas along the coast are at risk of flooding. Therefore, we tried to investigate the relationship between sea level change and climate indices using satellite altimeter data (Topex/Poseidon, Jason-1/2/3) and southern oscillation index (SOI) and the Pacific decadal oscillation (PDO) data. If time domain data were converted to frequency domain, the original data can be analyzed in terms of the periodic components. Fourier transform and Wavelet transform are representative periodic analysis methods. Fourier transform can provide only the periodic signals, whereas wavelet transform can obtain both the periodic signals and their corresponding time location. The cross-wavelet transformation and the wavelet coherence are ideal for analyzing the common periods, correlation and phase difference for two time domain datasets. Our cross-wavelet transform analysis shows that two climate indices (SOI, PDO) and sea level height was a significant in 1-year period. PDO and sea level height were anti-phase. Also, our wavelet coherence analysis reveals when sea level height and climate indices were correlated in short (less than one year) and long periods, which did not appear in the cross wavelet transform. The two wavelet analyses provide the frequency domains of two different time domain datasets but also characterize the periodic components and relative phase difference. Therefore, our research results demonstrates that the wavelet analyses are useful to analyze the periodic component of climatic data and monitor the various oceanic phenomena that are difficult to find in time series analysis.

천리안해양위성 연속자료 구축을 위한 GOCI-II 임무 초기 주요 해색산출물의 GOCI 자료와 비교 분석

박명숙 ( Myung-sook Park ),정한철 ( Hahn Chul Jung ),이선주 ( Seonju Lee ),안재현 ( Jae-hyun Ahn ),배수정 ( Sujung Bae ),최종국 ( Jong-kuk Choi ) 대한원격탐사학회 2021 大韓遠隔探査學會誌 Vol.37 No.5

최근 GOCI-II 위성이 발사되면서 우리나라는 세계 최초로 약 20년 동안 정지궤도상에 있는 천리안 해양위성 시리즈(GOCI, GOCI-II)를 운용하게 되었다. 본 연구에서는 GOCI-II 주요 해색산출물인 엽록소-a 농도(Chl-a), 유색용존유기물(CDOM), 원격반사도(R_rs)를 GOCI 자료와 비교 분석하여, 위성 임무초기 산출물의 현황을 파악하고 향후 천리안 해양위성 시리즈 데이터 구축을 위한 알고리즘 개선 방향을 논의한다. 2020년 황해, 남해, 울릉분지에서 GOCI-II의 엽록소-a 농도의 공간적인 분포는 GOCI 뿐 아니라 MODIS와도 잘 일치한다(상관계수: 0.83 이상). 특히, 여름철 울릉 분지 영역에서는GOCI와GOCI-II 자료의 엽록소-a 농도는 RMSE도 낮으며(~0.08), 편향성(Systematic Bias)도 거의 없었다. 선택된 모든 영역에서 490 nm와 555 nm 원격반사도는 GOCI와 GOCI-II 간 불확도가 낮고, 유사한 경향성이 나타났다. 그러나, 남해와 황해의 443 nm 원격반사도의 경우 GOCI-II가 GOCI에 비해 과소추정하여, 엽록소-a 농도와 유색용존유기물의 과다추정을 유도한다. 또한, 660 nm 원격반사도의 경우에도 systematic bias가 나타나 총부유입자 산출물에 영향을 줄 수 있다. 본 연구는 현재 GOCI-II 자료는 기본적으로 GOCI나 MODIS와 잘 일치하고 있어, 해양환경 관측을 위한 기본적인 신뢰도는 확보되었음을 의미한다. 그러나, 향후 GOCI-II 복사보정, 산출물 검보정, 알고리즘 개선으로 자료의 정량적인 정확도를 개선하는 연구가 반드시 필요하며, 이를 기반으로 20년간 천리안 해양위성자료의 일괄적 재처리로 GOCI, GOCI-II 연속성이 보장된 자료를 제공할 수 있다. The recent launch of the GOCI-II enables South Korea to have the world’s first capability in deriving the ocean color data at geostationary satellite orbit for about 20 years. It is necessary to develop a consistent long-term ocean color time-series spanning GOCI to GOCI-II mission and improve the accuracy through validation using in situ data. To assess the GOCI-II’s early mission performance, the objective of this study is to compare the GOCI-II Chlorophyll-a concentration (Chl-a), Colored Dissolved Organic Matter (CDOM), and remote sensing reflectances (R_rs) through comparison with the GOCI data. Overall, the distribution of GOCI-II Chl-a corresponds with that of the GOCI over the Yellow Sea, Korea Strait, and the Ulleung Basin. In particular, a smaller RMSE value (0.07) between GOCI and GOCI-II over the summer Ulleung Basin confirms the GOCI-II data’s reliability. However, despite the excellent correlation, the GOCI-II tends to overestimate Chl-a than the GOCI over the Yellow Sea and Korea Strait. The similar over-estimation bias of the GOCI-II is also notable in CDOM. Whereas no significant bias or error is found for R_rs at 490 nm and 550 nm (RMSE~0), the underestimation of R_rs at 443 nm contributes to the overestimation of GOCI-II Chl-a and CDOM over the Yellow Sea and the Korea Strait. Also, we show over-estimation of GOCI-II R_rs at 660 nm relative to GOCI to cause a possible bias in Total suspended sediment. In conclusion, this study confirms the initial reliability of the GOCI-II ocean color products, and upcoming update of GOCI-II radiometric calibration will lessen the inconsistency between GOCI and GOCI-II ocean color products.