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    MODIS 식생지수와 임상도를 활용한 산림 식물계절 분석 = Detecting Phenology Using MODIS Vegetation Indices and Forest Type Map in South Korea

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    다국어 초록 (Multilingual Abstract) kakao i 다국어 번역

    Despite the continuous development of phenology detection studies using satellite imagery, verification through comparison with the field observed data is insufficient. Especially, in the case of Korean forests patching in various forms, it is difficult to estimate the start of season (SOS) by using only satellite images due to resolution difference. To improve the accuracy of vegetation phenology estimation, this study reconstructed the large scaled forest type map (1:5,000) with MODIS pixel resolution and produced time series vegetation phenology curves from Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) derived from MODIS images. Based on the field observed data, extraction methods for the vegetation indices and SOS for Korean forests were compared and evaluated. We also analyzed the correlation between the composition ratio of forest types in each pixel and phenology extraction from the vegetation indices. When we compared NDVI and EVI with the field observed SOS data from the Korea National Arboretum, EVI was more accurate for Korean forests, and the first derivative was most suitable for extracting SOS in the phenology curve from the vegetation index. When the eight pixels neighboring the pixels of 7 broadleaved trees with field SOS data (center pixel) were compared to field SOS, the forest types of the best pixels with the highest correlation with the field data were deciduous forest by 67.9%, coniferous forest by 14.3%, and mixed forest by 7.7%, and the mean coefficient of determination (R2) was 0.64. The average national SOS extracted from MODIS EVI were DOY 112.9 in 2014 at the earliest and DOY 129.1 in 2010 at the latest, which is about 0.16 days faster since 2003. In future research, it is necessary to expand the analysis of deciduous and mixed forests’ SOS into the extraction of coniferous forest’s SOS in order to understand the various climate and geomorphic factors. As such, comprehensive study should be carried out considering the diversity of forest ecosystems in Korea.
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    Despite the continuous development of phenology detection studies using satellite imagery, verification through comparison with the field observed data is insufficient. Especially, in the case of Korean forests patching in various forms, it is difficu...

    Despite the continuous development of phenology detection studies using satellite imagery, verification through comparison with the field observed data is insufficient. Especially, in the case of Korean forests patching in various forms, it is difficult to estimate the start of season (SOS) by using only satellite images due to resolution difference. To improve the accuracy of vegetation phenology estimation, this study reconstructed the large scaled forest type map (1:5,000) with MODIS pixel resolution and produced time series vegetation phenology curves from Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) derived from MODIS images. Based on the field observed data, extraction methods for the vegetation indices and SOS for Korean forests were compared and evaluated. We also analyzed the correlation between the composition ratio of forest types in each pixel and phenology extraction from the vegetation indices. When we compared NDVI and EVI with the field observed SOS data from the Korea National Arboretum, EVI was more accurate for Korean forests, and the first derivative was most suitable for extracting SOS in the phenology curve from the vegetation index. When the eight pixels neighboring the pixels of 7 broadleaved trees with field SOS data (center pixel) were compared to field SOS, the forest types of the best pixels with the highest correlation with the field data were deciduous forest by 67.9%, coniferous forest by 14.3%, and mixed forest by 7.7%, and the mean coefficient of determination (R2) was 0.64. The average national SOS extracted from MODIS EVI were DOY 112.9 in 2014 at the earliest and DOY 129.1 in 2010 at the latest, which is about 0.16 days faster since 2003. In future research, it is necessary to expand the analysis of deciduous and mixed forests’ SOS into the extraction of coniferous forest’s SOS in order to understand the various climate and geomorphic factors. As such, comprehensive study should be carried out considering the diversity of forest ecosystems in Korea.

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    국문 초록 (Abstract) kakao i 다국어 번역

    인공위성 영상을 활용한 식생 계절 추정 연구의 지속적 발전에도 불구하고 현장 자료와의 비교를 통한 검증은 다소 미흡한 실정이다. 특히, 다양한 형태로 패치화 되어 있는 우리나라 산림의 경우, 인공위성 영상과 해상도가 일치하지 않는 한계가 존재하여 위성 영상만으로 개엽일을 추정하는데 어려움이 따른다. 본 연구는 식생 계절 추정의 신뢰도를 향상시키기 위해 대축적 임상도(1:5,000)를 MODIS 픽셀 해상도에 맞게 재구성하여 MODIS의 NDVI와 EVI 두 식생지수들로부터 시계열 식물계절 곡선을 생산하여 현장 자료를 바탕으로 우리나라의 산림에 적합한 식생 지수와 개엽일 추출 방법을 비교 및 평가하였다. 또한 각 픽셀의 임상 구성비율과 식생지수로부터의 식물계절 추출 간의 상관관계를 분석하였다. 국립수목원에서 실측된 개엽일을 바탕으로 NDVI 와 EVI를 비교하였을 때 우리나라의 산림에는 EVI가 더 적합하였고, 식생지수 계절 곡선으로는 일차도함수가 개엽일 추출에 가장 적합하였다. 현장 개엽일이 조사된 7개의 활엽수종이 속한 픽셀과(중앙픽셀) 이웃한 8개의 픽셀을 실측 개엽일과 비교하였을 때, 실측과 가장 높은 상관관계를 보이는 베스트 픽셀을 구성하는 임상은 활엽수림 67.9%, 침엽수림 14.3%, 혼효림 7.7% 구성을 보였고 평균 결정계수(R2)는 0.64으로 나타나 높은 상관관계를 보였다. MODIS EVI로 추출한 전국 평균 개엽일은 최소 112.9일(2014년)에서 최대 129.1일(2010년)으로 2003년 이래로 약 0.16일 빨라졌다. 향후 연구에서는 활엽수림과 혼효림의 개엽일 분석 외에도 다양한 기후 및 지형 인자들의 영향을 파악하기 위해 침엽수림의 개엽일 추출까지 확장할 필요가 있으며 우리나라 산림 생태계의 다양성을 고려한 종합적인 연구가 진행되어야 할 것이다.
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    인공위성 영상을 활용한 식생 계절 추정 연구의 지속적 발전에도 불구하고 현장 자료와의 비교를 통한 검증은 다소 미흡한 실정이다. 특히, 다양한 형태로 패치화 되어 있는 우리나라 산림...

    인공위성 영상을 활용한 식생 계절 추정 연구의 지속적 발전에도 불구하고 현장 자료와의 비교를 통한 검증은 다소 미흡한 실정이다. 특히, 다양한 형태로 패치화 되어 있는 우리나라 산림의 경우, 인공위성 영상과 해상도가 일치하지 않는 한계가 존재하여 위성 영상만으로 개엽일을 추정하는데 어려움이 따른다. 본 연구는 식생 계절 추정의 신뢰도를 향상시키기 위해 대축적 임상도(1:5,000)를 MODIS 픽셀 해상도에 맞게 재구성하여 MODIS의 NDVI와 EVI 두 식생지수들로부터 시계열 식물계절 곡선을 생산하여 현장 자료를 바탕으로 우리나라의 산림에 적합한 식생 지수와 개엽일 추출 방법을 비교 및 평가하였다. 또한 각 픽셀의 임상 구성비율과 식생지수로부터의 식물계절 추출 간의 상관관계를 분석하였다. 국립수목원에서 실측된 개엽일을 바탕으로 NDVI 와 EVI를 비교하였을 때 우리나라의 산림에는 EVI가 더 적합하였고, 식생지수 계절 곡선으로는 일차도함수가 개엽일 추출에 가장 적합하였다. 현장 개엽일이 조사된 7개의 활엽수종이 속한 픽셀과(중앙픽셀) 이웃한 8개의 픽셀을 실측 개엽일과 비교하였을 때, 실측과 가장 높은 상관관계를 보이는 베스트 픽셀을 구성하는 임상은 활엽수림 67.9%, 침엽수림 14.3%, 혼효림 7.7% 구성을 보였고 평균 결정계수(R2)는 0.64으로 나타나 높은 상관관계를 보였다. MODIS EVI로 추출한 전국 평균 개엽일은 최소 112.9일(2014년)에서 최대 129.1일(2010년)으로 2003년 이래로 약 0.16일 빨라졌다. 향후 연구에서는 활엽수림과 혼효림의 개엽일 분석 외에도 다양한 기후 및 지형 인자들의 영향을 파악하기 위해 침엽수림의 개엽일 추출까지 확장할 필요가 있으며 우리나라 산림 생태계의 다양성을 고려한 종합적인 연구가 진행되어야 할 것이다.

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    참고문헌 (Reference)

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    3 Myneni, R. B., "The interpretation of spectral vegetation indices" 33 (33): 481-486, 1995

    4 Jonsson, P., "TIMESAT-A program for analyzing time-series of satellite sensor data" 30 (30): 833-845, 2004

    5 Jonsson, P., "Seasonality extraction by function fitting to time-series of satellite sensor data. Geoscience and Remote Sensing" 40 (40): 1824-1832, 2002

    6 Xiao, X., "Satellite-based modeling of gross primary production in an evergreen needleleaf forest" 89 (89): 519-534, 2004

    7 White, K., "Remote sensing of spring phenology in northeastern forests: A comparison of methods, field metrics and sources of uncertainty" 148 : 97-107, 2014

    8 Peng, Y., "Remote estimation of gross primary productivity in soybean and maize based on total crop chlorophyll content" 117 : 440-448, 2012

    9 Roerink, G. J., "Reconstructing cloudfree NDVI composites using Fourier analysis of time series" 21 (21): 1911-1917, 2000

    10 Xiao, X., "Quantitative relationships between field-measured leaf area index and vegetation index derived from VEGETATION images for paddy rice fields" 23 (23): 3595-3604, 2002

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    5 Jonsson, P., "Seasonality extraction by function fitting to time-series of satellite sensor data. Geoscience and Remote Sensing" 40 (40): 1824-1832, 2002

    6 Xiao, X., "Satellite-based modeling of gross primary production in an evergreen needleleaf forest" 89 (89): 519-534, 2004

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    2007-01-01 등재 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
    2006-07-24 학술지등록 한글명 : 대한원격탐사학회지
    외국어명 : Korean Journal of Remote Sensing
    KCI등재
    2005-01-01 등재 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
    2002-07-01 등재 등재학술지 선정 (등재후보2차) KCI등재
    2000-01-01 등재 등재후보학술지 선정 (신규평가) KCI등재후보
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    기준연도 WOS-KCI 통합IF(2년) KCIF(2년) KCIF(3년)
    2016 0.52 0.52 0.54
    KCIF(4년) KCIF(5년) 중심성지수(3년) 즉시성지수
    0.53 0.44 0.725 0.12
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