Estimation of fire radiative power (FRP) and fire emissions using COMS and Himawari-8 in East Asia

Abstract

산업화 이후 지구온난화로 인한 기온, 강수, 습도 등의 패턴변화로 전 지구적 산불의 발생빈도와 규모가 커지고 있다. 산불은 한 번의 발생으로도 대량의 온실가스가 대기 중으로 방출하기 때문에 지속적인 모니터링과 배출가스의 정량화가 요구된다. 산불이 단위시간 동안 방출하는 복사에너지의 강도로 정의되는 산불방사열에너지(FRP : fire radiative power)는 연소율과 식생정보 토지피복에 따른 온실가스별 배출계수를 활용하여 산불배출가스를 산출하는 방법으로 이용될 수 있다. FRP의 산출기술은 현장관측을 시작으로 보다 효율적인 방법으로 위성원격탐사를 활용하고 있다. 최근에는 준실시간 관측이 가능한 정지궤도 위성의 중적외 채널을 이용하여 산불의 발생에서부터 진화까지의 FRP를 관측하고 이로부터 산불의 배출가스량을 산출하는 연구가 진행되고 있다. 아메리카 지역의 GOES Imager와 유럽과 아프리카 지역의 Meteosat SEVIRI는 이와 같은 방법으로 산불 산출물을 제공하고 있다. 하지만 동아시아 지역은 여러 정지궤도 위성이 운영 중이지만 아직까지 공식적인 산불산출물이 제공되지 못하고 있다. 본 연구에서는 최초로 아시아와 오세아니아 지역의 정지궤도 위성센서인 COMS MI와 Himawari-8 AHI 활용하여 중적외 복사휘도법을 통해 FRP를 산출하였다. 중적외 복사휘도법에서 요구되는 센서계수는 MODIS와의 오차를 최소화하는 최적 계수를 도출하여 사용하였다. 최종적으로 산출된 두 위성 FRP는 정지궤도 위성의 FRP 정확도 검증에 활용되는 Aqua/Terra MODIS와의 검증을 수행하여 각각 16.94% 와 19.96% 의 오차를 가지는 것으로 나타났다. 이는 검증조건에서는 다소 차이가 있지만 타 정지궤도 위성인 GOES Imager와 Meteosat SEVIRI가 MODIS와의 정확도 검증에서 각각 약 17%와 30%의 오차를 보인 것에 대동소이한 결과로 평가된다. FRP 산출정확도는 토지피복, 산불의 크기, 태양천정각 그리고 위성관측각에 따라 분류하여 산출정확도의 특성을 분석하였으며 산불의 크기와 위성관측각이 클수록 오차가 다소 크게 나타나는 경향을 확인하였다. 두 위성 FRP의 활용 방안으로서 연소율과 토지피복에 따른 온실가스별 배출계수를 함께 이용하여 2017년 5월에 발생한 국내의 삼척, 강릉산불에 대해 산불기간동안 발생된 총 7가지의 가스와 에어로졸의 양을 추정하였다. 배출가스의 추정 결과는 산불발생지역 주변에 위치한 한국환경공단 에어코리아 대기질 실측자료와 시간별 자료로 비교하여 약 1-3시간의 시간지연 현상을 고려할 때 추정결과와 유사한 시계열변동 패턴을 나타내었다. 본 연구에서 제시한 동아시아 최초의 정지궤도 FRP 산출기법은 공식적인 산불산출물의 기준을 마련하고 정지궤도 위성기반의 준실시간 전지구 산불 모니터링 네트워크 구축에 기여할 수 있을 것이다. 또한 기존의 대기 통합 모델링과 기상변수를 산출하는 과정에서 이벤트성 보조 자료로서 활용되어 불확실성을 줄일 수 있을 것으로 사료된다.