Himawari-8/AHI 영상을 활용한 새로운 Hybrid-dynamic Threshold 기법 기반 해빙 탐지

Abstract

해빙은 해수가 형상에 관계없이 동결하여 생성된 얼음으로서 적설로 덮인 얼음과 적설로 덮이지 않은 순수한 얼음으로 분포하며, 지표면 반사도 및 에너지 수지에 영향을 주는 등 지구의 기후시스템에 중요한 요소 중 하나이다. 또한 해빙은 고위도 및 극지방에 주로 분포하며 계절에 따른 변동성이 나타남으로 인해 인간이 직접 해빙을 관측하는 데는 한계가 있다. 이에 1960년대부터 현재까지 다양한 종류의 위성을 이용한 원격탐사를 통해 해빙탐지 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 정지궤도 위성은 해빙의 지속적인 관측이 가능하는 장점이 있다. 위성을 이용한 해빙탐지는 주로 위성의 가시영역 채널 반사도를 활용하는 기법과 Ice Surface Temperature (IST)를 활용한 기법을 통해 이루어진다. 그러나 해빙 중 적설로 덮인 얼음의 경우 적설로 덮이지 않은 얼음에 비해 태양 천정각 및 얼음의 상태에 따른 변동성이 높으며, IST 또한 대기 중 수증기, 밝기온도에 따른 IST 산출 계수의 불연속성으로 인해 두 기법을 이용할 경우, 잠재적인 오탐지 및 미탐지 가능성이 존재한다. 이에 본 연구에서는 정지궤도 위성인 Himawari8에 탑재된 AHI채널자료를 이용하여 적설로 덮인 얼음지역은 파장에 따른 반사도 변화패턴을 비교하는 Dynamic Wavelength Warping (DWW) 기법으로, 적설로 덮이지 않은 순수한 얼음지역은 IST산출이 생략된 단순하고 효율적인 동적 임계치 기법을 통해 해빙을 탐지하였다. 본 연구에서 산출한 해빙자료의 정확도를 평가하기 위해 National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)의 Visible Infrared Imager Radiometer Sensor (VIIRS) Sea-ice characterization 자료를 이용하였으며, 정량적 평가와 정성적 평가를 수행하였으며 정량적 평가 결과, Probability of Detection (POD)는 88.93 %, False Alarm Ratio (FAR)는 1.77 %로 높은 정확도를 보였다. 정성적 평가는 AHI RGB 영상과 함께 수행하였으며, 그 결과, VIIRS Sea-ice 자료는 구름과 해빙이 없는 바다가 혼재된 영역에 대해 해빙으로 오탐지하였으나, 본 연구에서 산출한 해빙 자료는 해당 영역을 오탐지하지 않았다.