A Study on the Satellite-Based Normalized Difference Drought Index(NDDI): Retrieval and Applications

Abstract

농업 생태계에 따라 가뭄에 대한 민감도가 다를지라도 가뭄은 식생의 성장과 농업 생산량을 제한하는 중요한 요소들 중 하나이다. 일반적으로 농업적 가뭄을 관측하기 위해서 Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)와 같은 위성 기반의 식생지수가 많은 가뭄 연구에서 활용되어왔다. 그러나 그것은 식생 지역의 물 함유량을 충분히 나타내지 못하는 한계를 가진다. 그 대안으로 NDVI와 지면과 식생의 물의 양을 관측하는 지수인 Normalized Difference Water Index (NDWI) 결합하여 개발된 Normalized Difference Drought Index (NDDI)가 활용되고 있다. 농업적 가뭄이 식생에 큰 영향을 미침에도 불구하고, 식생 생산성과 농업적 가뭄을 관측하는 NDDI 지수와의 관련성에 대한 연구가 충분히 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 NDDI와 총 일차 생산성 (Gross Primary Production, GPP) 간의 관계 분석을 통하여 가뭄이 식생에 얼마나 영향을 주는지 알아보았다. 분석을 위해서 Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) 자료를 활용하였으며 2000부터 2012년까지의 북한의 농지 지역에 대한 NDDI와 GPP 8일 자료를 분석하였다. 북한의 농지에서는 NDDI는 GPP와 강한 음의 상관관계를 가졌다. 이는 가뭄이 농작물의 성장을 방해한다는 것을 의미한다. 특히, 건조한 지역일수록 그 관계는 강하게 나타났다. 계절적으로는 봄과 가을과 같이 건조한 시즌은 연 강수량의 대부분의 비가 내리는 여름보다 더 강한 음의 상관관계를 나타내었다. 또한, 북한 지역 중 기후적으로 건조한 지역은 습윤한 기후를 띄는 지역보다 강한 음의 상관관계를 나타내었다. 한편, GPP에 대한 NDDI의 영향은 봄철보다 여름철에 크게 나타났다. 이는 여름 가뭄이 농작물의 생산성에 더 큰 피해를 줄 수 있다는 것을 시사한다. NDDI와 GPP의 관계는 봄철에 약간의 시간 지체가 존재하였다. 이것은 가뭄이 오래동안 지속되는 봄에 농작물 생산성에 대한 가뭄의 영향이 지속된다는 것을 의미한다. 기후변화에 의해 가뭄을 겪는 지역이 늘어남에 따라 넓은 면적을 관측할 수 있는 NDDI는 농업과 식생에 대한 가뭄의 영향을 측정하기 위한 도구로써 충분히 활용될 수 있으며, 짧은 시간해상도를 가지는 Himayari 8과 같은 정지궤도 위성 자료를 이용하여 준 실시간 가뭄 모니터링에 활용될 수 있다.