SPOT/VEGETATION 자료를 이용한 한반도의 광합성유효복사율(FPAR)의 산출

피경진,한경수,Pi, Kyoung-Jin,Han, Kyung-Soo 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.5

FPAR는 다양한 육상 생태계 모텔에서 중요한 입력변수로 사용된다. 이 때문에 다양한 global product의 형태로 제공되고 있다. 하지만 한반도를 영역으로 하는 연구에 이를 바로 적용 시 오차가 발생할 수 있고, 이것은 위성자료를 이용한 지면 정보 산출에 있어서 직접적인 오차요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 Terra/MODIS와 SPOT/VEGETATION 그리고 ECOCLIMAP 자료를 이용해 한반도에 최적화된 FPAR를 산출 하였고, 또한 기존에 사용하였던 LAI와의 관계식을 사용하지 않고, SPOT/VGT NDVI 로부터 계산된 FVC (Fraction Vegetation Cover)를 직접 이용하여 FPAR를 산출 하였다. 이를 위해 식생지수의 선형/비선형 관계를 이용하여 구하는 경험적인 방법을 적용하여 회귀분석을 수행한 결과 cropland와 forest에서 각각 결정계수 (Coefficient of Determination, $R^2$)가 0.9039. 0.7901으로 정확도가 높은 관계식을 도출해내었다. 최종적으로 Reference FPAR 자료와의 비교 분석을 통해 본 연구에서 산출된 FPAR가 전반적인 패턴을 잘 표현하면서 불규칙하게 발생하던 노이즈 또한 보정된 것을 확인 할 수 있었다. 이렇게 한반도에 최적화된 입력변수의 사용은 산출물의 정확도뿐만 아니라 연구의 질 향상에도 도움을 줄 것으로 사료된다. The importance of vegetation in studies of global climate and biogeochemical cycles is well recognized. Especially. the FPAR (fraction of photosynthetically active radiation) is one of the important parameters in ecosystem productivity and carbon budget models. Therefore, accurate estimates of vegetation parameters are increasingly important in environmental impact assessment studies. In this study, optical FPAR using the Terra MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer), SPOT VEGETATION and ECOCLIMAP data reproduced on the Korean peninsula. We applied the empirical method which is usually estimated as a linear or nonlinear function of vegetation indices. As results, we estimated the accurate expression which is 0.9039 of $R^2$ in cropland and 0.7901 of $R^2$ in forest. Finally, this study could be demonstrated to calibrate that produced FPAR while the overall pattern and random noise through the comparative analysis of FPAR on the reference data. Optimal use of input parameter on the Korean peninsula should be helping the accuracy of output as well as the improved quality of research.

동아시아의 황사발원지들에 대한 토지피복 비교 연구: 고비사막과 만주

피경진 ( Kyoung Jin Pi ),한경수 ( Kyung Soo Han ),박수재 ( Soo Jae Park ) 大韓遠隔探査學會 2009 大韓遠隔探査學會誌 Vol.25 No.2

본 연구에서는 변화하고 있는 지표를 파악하기 위하여 기존 황사발원지인 고비사막과 새로운 황사발원지로 주목 받고 있는 만주에 대한 토지피복 비교 분석을 수행하였다. 이를 위해 1999년과 2007년의 SPOT VEGETATION(VGT) 센서로부터 취득된 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) 10-day 자료를 사용하였다. 효율적으로 식물의 변화를 탐지하기 위해 NDVI패턴을 분석하고, 식생의 밀도에 따라 level로 분류하여 식생상태를 비교하였다. 그 결과 모든 level을 통해 황사발원지들의 동진추세를 확인 할 수 있었다. 또한 기존의 황사발원지였던 고비사막과 황토고원은 positive한 변화를 보인 반면 새로운 황사발원지인 내몽골 고원과 만주는 negative한 변화를 보임을 관찰하였다. 특히 만주는 다른 황사발원지들과 다르게 사막이나 나지의 특성을 가지고 있지는 않으나 지속적으로 negative하게 변화함을 SPOT VGT의 1999년에서 2007년까지 9년 동안의 자료를 분석하여 확인하였다. This study attempts to analyze the difference among the variations of ecological distribution in Gobi desert and Manchuria through satellite based land cover classification. This was motivated by two well-known facts: 1) Gobi desert, which is an old source region, had been gradually expanded eastward; 2) Manchuria, which is located in east of Gobi desert, was observed as a new source region of yellow dust. An unsupervised classification called ISODATA clustering method was employed to detect the land cover change and to characterize the status of desertification and its expanding trends using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from VEGETATION sensor onboard the SPOT satellite for 1999 and 2007. We analyzed NDVI annual variation pattern for every classes and divide into 5 level according to their vegetation`s density level based on NDVI. As results, Gobi desert is showed positive variation: a decrease 78,066km2 in central Gobi desert and out skirts of Gobi desert (level-0) but Manchuria area is worse than previous time: an increase 25,744km2.

SPOT/VEGETATION 자료를 이용한 한반도의 광합성유효복사율(FPAR)의 산출

피경진 ( Kyoung Jin Pi ),한경수 ( Kyung Soo Han ) 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.5

FPAR는 다양한 육상 생태계 모델에서 중요한 입력변수로 사용된다. 이 때문에 다양한 global product의 형태로 제공되고 있다. 하지만 한반도를 영역으로 하는 연구에 이를 바로 적용시 오차가 발생할 수 있고, 이것은 위성자료를 이용한 지면 정보 산출에 있어서 직접적인 오차요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 Terra/MODIS와 SPOT/VEGETATION, 그리고 ECOCLIMAP 자료를 이용해 한반도에 최적화된 FPAR를 산출 하였고, 또한 기존에 사용하였던 LAI와의 관계식을 사용하지 않고, SPOT/VGT NDVI로부터 계산된 FVC (Fraction Vegetation Cover)를 직접 이용하여 FPAR를 산출 하였다. 이를 위해 식생지수의 선형/비선형 관계를 이용하여 구하는 경험적인 방법을 적용하여 회귀분석을 수행한 결과 cropland와 forest에서 각각 결정계수 (Coefficient of Determination, R2)가 0.9039, 0.7901으로 정확도가 높은 관계식을 도출해내었다. 최종적으로 Reference FPAR 자료와의 비교 분석을 통해 본 연구에서 산출된 FPAR가 전반적인 패턴을 잘 표현하면서 불규칙하게 발생하던 노이즈 또한 보정된 것을 확인 할 수 있었다. 이렇게 한반도에 최적화된 입력변수의 사용은 산출물의 정확도뿐만 아니라 연구의 질 향상에도 도움을 줄 것으로 사료된다. The importance of vegetation in studies of global climate and biogeochemical cycles is well recognized. Especially, the FPAR (fraction of photosynthetically active radiation) is one of the important parameters in ecosystem productivity and carbon budget models. Therefore, accurate estimates of vegetation parameters are increasingly important in environmental impact assessment studies. In this study, optical FPAR using the Terra MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer), SPOT VEGETATION and ECOCLIMAP data reproduced on the Korean peninsula. We applied the empirical method which is usually estimated as a linear or nonlinear function of vegetation indices. As results, we estimated the accurate expression which is 0.9039 of R2 in cropland and 0.7901 of R2 in forest. Finally, this study could be demonstrated to calibrate that produced FPAR while the overall pattern and random noise through the comparative analysis of FPAR on the reference data. Optimal use of input parameter on the Korean peninsula should be helping the accuracy of output as well as the improved quality of research.

조화 분석을 이용한 식생지수 보정 기법에 관한 연구

박수재,한경수,피경진,Park, Soo-Jae,Han, Kyung-Soo,Pi, Kyoung-Jin 대한원격탐사학회 2010 大韓遠隔探査學會誌 Vol.26 No.4

NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)는 기후 변화 모니터링과 식생 변화 탐지 모니터링을 위한 주요한 지표이며 주로 단일 기간 합성 자료 형태로 널리 활용되고 있다. 원격탐사 된 식생지수 자료는 전처리 과정을 거치게 되지만 제거되지 못한 cloud pixel, 대기 효과, 지면의 상태 등으로 인하여 NDVI 값이 저평가(low peak)되는 noise가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 국내 외 연구가 활발히 진행되고 있으며 최근 높은 값(high peak)을 추적하는 방법인 다중 다항 회귀식을 이용하여 noise를 보정하는 방법이 개발되었으나 부분적으로 참값보다 과대 평가되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 과대 평가되는 문제점을 해결하고자 조화 분석을 이용하여 low peak 탐지 후 보간하는 종합적인 기법을 개발하였다. 이를 검증하기 위해 SPOT/VGT NDVI 10-day MVC 자료를 이용하여 다중 다항 회귀식을 이용한 방법과의 비교 분석을 수행한 결과 전반적인 식생 지수의 시계열 특성이 잘 나타났고 NDVI 실제 값(raw value)을 보다 현실적으로 재생산하여 조화 분석을 이용한 방법이 더 우수한 것으로 판단된다. NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), which is broadly used as short-term data composite, is an important parameter for climate change and long-term land surface monitoring. Although atmospheric correction is performed, NDVI dramatically appears several low peak noise in the long-term time series. They are related to various contaminated sources, such as cloud masking problem and wet ground condition. This study suggests a simple method through harmonic analysis for reducing NDVI noise using SPOT/VGT NDVI 10-day MVC data. The harmonic analysis method is compared with the polynomial regression method suggested previously. The polynomial regression method overestimates the NDVI values in the time series. The proposed method showed an improvement in NDVI correction of low peak and overestimation.

무감독분류 기법을 이용한 동아시아지역의 식생변화 경향분석

김상일(Kim, Sang Il),한경수(Han, Kyung Soo),피경진(Pi, Kyoung Jin) 대한공간정보학회 2011 대한공간정보학회지 Vol.19 No.4

식생의 토지피복은 지구시스템의 일반적인 순환이나 탄소 교환 모델을 설명하기 위한 중요한 변수이다. 본 연구의 동아시아지역의 식생의 상태를 모니터링하고 그에 따른 변화를 이해하는 것이 주목적이다. SPOT VGT센서로부터 취득된 1999년부터 2010년의 NDVI 10?day MVC자료를 이용하였으며 12년간의 토지피복 변화를 비교 분석하였다. 최종적으로 분류된 class를 토지피복에 따라 각각의 class에 해당하는 1999년과 2010년의 Dynamic zone과 Static zone을 나누어 Dynamic zone에 대한 positive change zone과 negative change zone에 대한 분석을 수행하였다. 따라서 각 class에 해당하는 피복들이 대다수 2010년으로 갈수록 변화가 나타나고 있으며 실제 사막지역이 동진하여 식생의 변화가 나타나고 있다는 것을 12년 동안의 자료를 분석하여 확인하였다. Vegetative land cover is an important variable many Earth system process, general circulation and carbon exchange model requires vegetative cover as boundary layer necessary to run model. The purpose of this study is to detect and to understand land surface change. To monitor changes of East Asia vegetation, we used NDVI 10-day MVC data derived from SPOT VEGETATION during 12 years from 1999 to 2010. Finally, according to the land cover of classified class, we performed analysis for dynamic zone(positive change zone and negative change zone), static zone in 1999, 2010. Therefore, land covers corresponding to each class have appeared change by 2010. Land cover change was confirmed by analyzing data during 12 years which appeared vegetation change of surrounding the actual desert area to east.

MODIS 16-Day Albedo 자료를 이용한 동북아시아 지역의 토지피복 별 알베도 변화 분석

박은빈 ( Eun Bin Park ),한경수 ( Kyung Soo Han ),이창석 ( Chang Suk Lee ),피경진 ( Kyung Jin Pi ) 대한원격탐사학회 2012 大韓遠隔探査學會誌 Vol.28 No.5

알베도는 지구 복사균형을 이루는 요소 중에서 지표의 에너지 균형에 직접적으로 영향을 주는 인자로 알려져 있다. 이러한 알베도 변화는 토양 수분량, 식생, 태양광의 입사 각도, 적설 등의 변화를 포함하여 지구 복사균형과 그것이 기후와 식생 변화에 미치는 영향력을 이해할 수 있는 결정적인 변수로 작용한다. 따라서 알베도 변화 모니터링은 기후 변화 예측에서 필요한 과정 중 하나이다. 본 연구에서는 동북아시아의 알베도 변화를 관측하기 위하여 2001년부터 2011년의 MODIS Albedo 16-Day 자료를 이용하였다. 연간알베도 변화에서 식생이 활발한 토지피복의 알베도 값이 NIR 밴드에서 높은 알베도 값을 VIS 밴드에서 낮은 알베도 값을 가짐을 확인하였고, 2002년을 기준으로 고비사막 부근과 만주지역의 알베도 값이 변화를 보여 식생 변화 지역으로 사료되어 세부 연구영역으로 선정하였다. 또한 최솟값의 변화로 두 지역 모두 2010년 이후 식생이 악화됨을 감지할 수 있었다. Albedo is known as a factor that directly impacts on the surface energy balance one of the elements of earth radiation balance. The change of albedo includes the change of soil moisture, vegetation, solar zenith angle, snow, and so on. In addition, it operates as a crucial path to understanding feedback mechanisms between radiation balance and its influence on climate and vegetation dynamics and therefore, observing the variation of albedo is a one of the essential procedures for anticipating climate change. In this study, we used MODIS 16-Day composited Albedo data from 2001 to 2011 years with the purpose of observing the change of albedo over Northeast Asia. According to the tendency of albedo for 11 years, albedo in the area of an active vegetation has increased in near-infrared (NIR) domain and decreased in visible (VIS) domain. On the basis of local changes in vegetation in 2002, the both area of the Gobi Desert and the Manchuria was enormously changed and chosen the research area and furthermore, the vegetation of both regions had deteriorated due to the change of the minimum value since 2010.

식생 자료를 이용한 동아시아 사막 주변의 토지피복 변화 분석

류재현 ( Jae Hyun Ryu ),한경수 ( Kyung Soo Han ),피경진 ( Kyoung Jin Pi ),이민지 ( Min Ji Lee ) 대한원격탐사학회 2013 大韓遠隔探査學會誌 Vol.29 No.1

지구온난화와 인간의 무분별한 활동과 같은 인위적인 요인과 아열대고압대라는 자연적인 요인으로 인해 동아시아 지역의 사막화가 확산되고 있다. 사막화의 확산으로 인하여 우리나라에 영향을 주는 황사의 발원지가 변화하고 있다. 본 연구에서는 황폐한 지역의 토지 피복을 연구하기 위한 유용한 식생지수로 알려진 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)를 이용하여 동아시아 사막 주변의 토지 피복 변화를 관측하여 사막화의 시계열 변화와 패턴을 알아보고자 한다. SPOT위성의 VEGETATION 센서를 통해 동아시아 S10-DAY NDVI 데이터를 1999년부터 2011년까지 취득하였다. 데이터에 포함되어 있는 노이즈값을 제거하기 위해 NDVI Correction, WaterMask를 수행한 후 ISODATA 방법으로 무감독분류를 하였다. 무감독분류 된 클러스터에 대한 분석을 수행한 결과 사막 경계 부분에서 식생의 밀도가 활발하게 변화하고 있는 것을 확인하였으며 특히 고비 사막과 내몽골 고원 그리고 만주 지역을 중심으로 변화가 큰 것을 확인하였다. 2000년대 후반에 들어서 사막의 전체적인 크기는 감소하는 것으로 나타났지만 동쪽으로 사막화가 진행되는 것을 확인하였다. Desertification of the East Asia area induced by human`s indiscriminate activities and natural causes has gradually expanded and demanded scientific research for monitoring and predicting land cover condition. Therefore, this research classified land types which were compared to MODIS land cover and analyzed the extent of barren zone effecting Korea through yellow dust using S10-DAY MVC NDVI from SPOT between 1999 and 2011. This study used unsupervised classification afterprocessing NDVI Correction and Water Mask for eliminating noise values included in the data for enhancement of classification accuracy. The results of analysis are that there are active variations near the borders of desert, especially the Mongolian steppe and the Gobi Desert in central Asia. In addition, the extent of entire desert has been decreased in the middle of the last decade, although desertification is in going on in East Asia.