The effect of predator species richness on rodent-borne disease emergence and incidence

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 보건대학원 보건학과(보건학전공), 2019. 2. 조성일.설치류는 전세계에 널리 분포하고 있으며, 전체 육상 포유류의 40%에 해당할 정도로 번성한 종이다. 주로 먹이사슬의 하위에 위치하여 생태계의 먹이사슬을 유지하는데 중요한 위치에 있기도 하다. 환경에 대한 적응력이 뛰어나 인간의 거주지 영역에서도 번식 및 생활이 잘 이루어지는 편인데, 이러한 특성으로 인하여 인간의 감염병을 매개하는 병원체 보유숙주로서, 오래전부터(예: 중세시대 흑사병) 위협이 되고 있는 존재이기도 하다. 최근에도 설치류 매개질병은 라싸열, 흑사병 등 출현 재출현 감염병과 한타바이러스 감염증(유행성 출혈열) 등의 상재 감염병, 렙토스피라 감염증과 같은 자연재해 상황에서 발생하는 질병에 이르기까지 다양한 형태로 보건학적, 사회경제적 피해를 일으키고 있다. 이에 여러 연구에서 설치류매개감염병의 위험요인을 찾아내고, 이를 실질적 중재 혹은 예측에 활용하고자 하는 학문적 정책적 노력들이 지속되고 있다. 주로 개인수준의 요인, 인구사회학적 요인, 혹은 기후, 지리적요인과 같은 무생물적 환경요인(abiotic environmental factor)에 대한 연구가 대부분을 차지하며, 상대적으로 야생동물 요인 즉, 생태계 내 포식자들의 역할 혹은 먹이경쟁종의 역할에 대한 연구는 부족한 상태이다. 포식동물들의 역할 혹은 먹이경쟁종의 역할에 대한 연구를 위해서 다음의 두가지 접근법이 있다. 첫째는 각 야생동물들의 개체수를 측정하거나 기존에 측정된 자료를 활용한 연구이며, 둘째는 포식동물들의 종 풍부도(species richness) 즉 얼마나 많은 종이 있는지에 대한 자료를 수집하여 수행하는 연구이다. 두가지 방법 모두 가능하며, 첫번째 접근법의 경우 보다 직관적으로 야생동물들의 영향을 파악할 수 있다는 장점이 있지만, 각각의 개체수를 측정하는 것이 현재의 기술로 매우 어려울 뿐만 아니라, 계절 등 환경적 변화에 따라 크게 바뀔 수 있기 때문에 실질적으로 연구를 수행하기 어려운 측면이 있다. 또한 질병발생의 위험요인을 규명하는 연구의 목표중 하나가 질병발생의 예측에 활용한다는 점인 것을 감안하였을때, 측정이 어려운 지표는 예측인자로서의 활용도도 낮다고 할 수 있다. 반면 종 풍부도의 경우, 상대적으로 측정이 용이 하기 때문에 앞서 기술한 두가지의 어려움을 극복할 수 있는 지표로 생각할 수 있다. 또한 기존의 생태학적 연구를 통해 개체수와는 별개로 야생동물의 종 풍부도가 보유숙주 설치류의 생태에 영향을 준다는 것도 지속적으로 보고되고 있다. 예를 들어 포식동물의 종 풍부도가 증가하면 피식종(prey species)의 활동성이 떨어진다는 연구결과와 설치류의 종 풍부도가 증가하면 설치류들의 활동성이 낮아진다는 연구결과들이 있다. 이에 본 연구에서는 포식동물 및 설치류의 종 풍부도가 높은 지역에서는 낮은 지역에 비해 매개 설치류의 활동성이 낮기 때문에 인간집단에서의 설치류매개질병 전파 위험도가 낮은 것이라는 가설을 상정하였다. 이 가설과 관련하여 기존 연구들을 고찰해보면, 설치류 종 풍부도와 사람에서 질병발생과 관련해서는 질병생태학 분야에서 다수의 논문들이 발표되었지만, 그 효과에 대해서는 명확한 결론이 나지 않은 상황이다. 즉 설치류 종 풍부도, 혹은 다양성이 높은 지역에서 사람에서 질병발생위험이 더 높다는 주장(amplification effect)과 앞서 기술한 것처럼 사람에서의 질병발생위험을 줄인다는 주장(dilution effect, 희석효과)이 아직까지도 대립되고 있는 상황이다. 한편 포식동물 다양성의 영향에 대해서는 거의 연구된 바가 없는 것을 확인할 수 있었는데, 2011년에 Orrock 등이 채널제도(Channel islands)의 8개 섬을 대상으로한 연구에서 포식동물 종 풍부도가 설치류의 한타바이러스 감염증 유병률에 방어작용을 한다는 보고를 한 것이 유일한 연구이다. 그러나 이 연구도 표본수가 낮았다는 점(N=8), 섬 지역을 대상으로하여 육상지역에서의 상황을 반영할 수 없다는 점, 그리고 인간집단에서의 질병발생의 영향을 보지 않았다는 점에서 추가적인 연구가 필요한 상황이라고 할 수 있다. 이러한 배경에서 본 연구를 계획하게 되었다. 결과의 해석력을 높이기 위해서 진드기, 모기등 다른 매개체(vector)가 전파에 있어 필요하지 않는 라싸열, 한타바이러스감염증을 연구 대상질병으로 하였으며, 결과의 일반화를 위해 다양한 생태학적 맥락(ecological context), 즉 3개의 이질적인 지역(서아프리카지역, 브라질, 한국)을 연구대상지역으로 하였다. 또한 혼란요인으로 부터 오는 Bias를 최소화하기 위해 기존 연구를 참고하여, 종풍부도(주 설명변수)와 사람에서의 설치류매개 감염병 발생(결과변수)에 모두 영향을 주는 것으로 보고된 사회경제적요인, 지리적요인, 토지이용, 기후요인을 보정하였다. (Table A-1) 첫번째 연구는 서아프리카 지역의 라싸열(Lassa fever)에 대한 연구로서, 2006년이전까지의 라싸열이 발생하지 않았던 지역 중 2006년 이후 라싸열이 발생한 지역(새롭게 라싸열이 출현한 지역)과 나머지 지역의 차이가 포식동물의 종 풍부도와 상관성이 있는지를 조사하였다. 라싸열의 매개종은 다유방쥐 (Mastomys natalensis)로서 야행성인데, 연구 결과 포식동물의 종 풍부도는 통계적으로 유의한 상관성을 나타내지 않았고 반면에 설치류의 종 풍부도가 높은 지역에서는 라싸열 출현의 확률이 낮은 것으로 나타났다. (Table A-2) 두번째 연구는 브라질에서의 한타바이러스 감염증(New world hantavirosishantavirus pulmonary syndrome)에 대한 연구로서, 2007년부터 2014년까지 한타바이러스 감염벙이 보고된 지역(municipality level)과 보고되지 않은 지역의 차이가 포식동물의 종 풍부도와 상관성이 있는지를 살펴보았다. 연구 결과 주행성 일주기를 나타내는 포식종의 풍부도가 높은 지역에서 한타바이러스 감염증의 발생 보고 확률이 낮은 것으로 나타났고, 반대로 야행성 포식동물의 풍부도가 높은지역에서는 한타바이러스 감염증의 발생 보고 확률이 높은 것을 확인할 수 있었다. (Table A-2) 세번째 연구에서는 한국의 유행성출혈열(Old world hantavirosishemorrhagic fever with renal syndrome)에 대한 연구로서, 2006년부터 2016년까지 질병관리본부에 보고된 시군구별 유행성 출혈열의 발생건수와 포식동물의 종풍부도가 상관성이 있는지를 보고자 하였다. 연구결과 주행성 포식동물의 풍부도가 높은 지역에서 유행성출혈열 발생건수의 상대위험도가 높은 것으로 나타났으며, 야행성 포식동물의 종 풍부도와는 통계적으로 유의한 상관성을 확인할 수 없었다. (Table A-2) 각 연구는 공개된 자료를 활용한 생태학적 연구로서 여러 한계점을 지니고 있어 해석에 주의가 필요하지만, 매개 설치류종이 우점종인 지역(브라질, 한국)에서는 그 매개종과 일주기가 동일한 포식동물의 종풍부도는 매개감염병의 출현과 발생에 있어 음의 상관관계가 나타났다는 점은 본 연구 서두에서 제기했던 가설, 즉 포식동물의 종 풍부도가 설치류매개감염병의 조절작용을 한다는 주장을 강력하게 뒷받침한다고 볼 수 있다. 본 연구를 통해 나타난 상관성의 크기는 높지 않지만, 만약 위 주장이 이후의 연구를 통해 받아들여지게 된다면 이는 포식동물의 종풍부도가 본 연구에서 대상으로 삼은 라싸열, 한타바이러스감염증 뿐만아니라 다른 모든 설치류매개감염병에도 동일하게 적용될수 있다는 점을 시사하며, 보건학 뿐만 아니라 야생동물 보전분야에 있어서도 의미하는 바가 크다고 할 수 있다.Rodents account for about 40% of all terrestrial mammals and distributed throughout the world as the one of the most flourished species. They are mainly located in the lower level in the hierarchy of food web and are in the important positions to maintain the structure of the biotic ecosystem. Due to their excellent adaptability to the various environment, they are prevalent even in the area of human residence. Because of these characteristics, it is a host of pathogens that cause human infectious diseases and has been a threat of public health, historically (e.g., the Black Death in the Middle Ages). Even recently, rodent-borne diseases (RBD) have caused various public health and socioeconomic burden, ranging from emerging / re-emerging infectious diseases such as Lassa fever and Black Death to endemic diseases, such as hantavirosis. Disaster-related diseases such as leptospirosis also have been a public health concerns. Many studies have been implemented to identify risk factors of the RBDs which can be applied to develop practical interventions and to predict risk area. However, most studies have focused on individual-level factors, socio-demographic factors, or abiotic environmental factors, such as climate and geographical factors, and relatively ignored the role of biotic factors, especially predators. Intuitively thinking, the relationship between predators and the reservoir rodents would be simpleThe presence of predator suppress the rodent population whereas the absence increase them. The simple intuition would be acceptable for the short-term, but in terms of long-term situation, things become complicated. In the presence of predators, especially specialist predators, the population of prey species decreases in the short term, but the decreased population size of prey suppress the predator population by lack of food, subsequently drive population expansion of prey species. Ostfeld et al., one of the prominent figures in disease ecology, suggested that generalist predators would be a key regulator of prey population and chronically suppress the population, as their predation pressures are diversified not focusing on a single species. In this study, I investigated whether the species richness of predator directly affects the emergence and incidence of RBDs in human population. To generalize the findings to overall global scale, the relationships through three different empirical studies involving various ecological contexts, different diseases, and heterogeneous distribution level of wildlife were investigated (Table A-1). The first study was about the Lassa fever in West Africa. I targeted the area without Lassa fever outbreak until 2006, and compare the predator species richness in the area with Lassa fever outbreak after 2006 to the other areas without reported events, in order to examine the regulatory role of predator species richness on the geographical expansion of Lassa fever. The results showed that the risk of Lassa fever emergence was lower in areas with high species richness of rodents than those with lower species richness (Table A-2). The second study was for the New World hantavirosis (hantavirus pulmonary syndrome) in Brazil. The objective of the study was finding the association between diurnal predator species richness and probability of hantavirosis occurrence in the municipalities between 2007 and 2014. The results showed that the probability of occurrence of reported hantavirus infections was lower in areas with higher species richness of diurnal predatory specie. On the other hand, in areas with high species richness of nocturnal predators, the probability was higher than the others (Table A-2). In the third study, the number of cases for endemic hemorrhagic fever with renal syndrome (HFRS) was targeted to examine the association with species richness of diurnal predators with surveillance data from Korea Center for Disease Control. The results showed that the relative risk of HFRS was higher in areas with high species richness of diurnal predators, and no significant association was found with species abundance of nocturnal predators (Table A-2). Although each study has several limitations, and the interpretation should be careful as ecological studies using open access data. However, the study results showed that the significant negative association between RBDs and species richness of predators in the same circadian rhythm with reservoir rodents, when the reservoir rodents were dominant species in the regions, such as Brazil and Korea. The findings strongly support the hypothesis, proposed at the beginning of this study, that the species richness of predators has a noticeable modulating effect on RBDs in human population. Although the effect size of association presented in this study is not high, the implication of the study was not limited to the diseases employed in this study, rather can provide a possible explanation of all other RBDs. Furthermore, the study results may support the necessity of wildlife conservation in a utilitarian point of view.Abstract i List of Tables ix List of Figures xi Chapter I. Overall introduction: Neglected, but plausible effects of predator species richness on rodent-borne diseases 1 1.1. Impact of rodent-borne diseases 2 1.2. Previous studies on risk factors of rodent borne diseases 4 1.3. The effect of predators diversity as a remaining question 6 1.4. Species richness as the most pragmatic approaches to explore the association of predators diversity with rodent-borne diseases 15 1. 5. Study framework and main objectives 17 Chapter II. Species richness of rodents as a potential limiting factor for the geographical expansion of Lassa fever in Western Africa 21 2. 1. Introduction 22 2.2. Materials and methods 26 2. 3. Results 36 2.4. Discussion 52 Chapter III. The effect of wildlife biodiversity on Hantavirosis incidence in Brazil 55 3.1. Introduction 56 3.2. Materials and methods 60 3. 3. Results 70 3. 4. Discussion 93 Chapter IV. Predators regulation on endemic HFRS incidence in South Korea 96 4.1. Introduction 97 4.2. Materials and methods 100 4.3. Results 110 4. 4. Discussion 127 Chapter V. Overall discussion: Synthesis of results and comments on utilitarian approaches towards wildlife conservation using One Health approach. 130 5.1. Synthesis of the results 131 5.2. Implications on public health 137 5.3. Implications on wildlife conservation 138 5.4. Comments on the One Health approaches in South Korea 140 References 141 Acronyms 157 Supplementary materials 158 Appendix 1-1. Scoping review process 159 Appendix 2-1. Lassa fever outbreak data synthesis 170 Appendix 2-2. Species included to count species richness in Western Africa 173 Appendix 3-1. Standardization of Brazil administrative region 181 Appendix 3-2. Species included to count species richness in Brazil 186 Appendix 3-3. Co-distribution of each reservoir rodent with N. lasiurus 194 Appendix 4-1. Standardization of Korean administrative region 197 Appendix 4-2. Species included to count species richness in South Korea 201 국문 초록 204Docto

쯔쯔가무시증의 수리적 모델 구축을 이용한 효과적인 관리방안 연구

학위논문 (석사)-- 서울대학교 보건대학원 : 보건학과, 2015. 2. 조성일.Recently, the incidence rate of scrub typhus increase rapidly in the Republic of Korea. Previous researches have pointed out that climate change and increase of outdoor activities may cause the increase trend, but the clear explanation with definite evidences still remains unknown. In this paper, I proposed application of mathematical models to define these unknown aspects, since mathematical models have been used as valuable methodology in infectious diseases epidemiology. Even though there were several researches done with mathematical methodologies, the results barely consider the practical aspects. The impracticality of mathematical models are derived from lack of underlying information, so it is not feasible to avoid even in this study. Considering these unavoidable limitation, we focus on maximizing practical application of the models with parameters accorded with context of Korea. The results indicate that effect of control either rodents or mite are very limited. Therefore reducing contact rate between human and mite is a practical and effective strategy, but intensity of control may not be sufficient due to growing number of mite population.Table of Contents INTRODUCTION 1 - Diseases profile of Scrub typhus 1 - Epidemiologic characteristics of scrub typhus and incidence situation in Korea 2 - Mathematical model 4 METHOD 6 - Model description 6 - Analysis 17 RESULT 18 - Simulation result of Model 1 and sensitivity analysis 18 - Single control measure assessment 26 - Threshold analysis for scrub typhus control 28 DISCUSSION 32 CONCLUSION 39 REFERENCE 40 ABSTRACT [KOREAN]Maste

Moho Undulations of Svalbard Archipelago in Arctic Region by Using Gravity data

The Arctic region plays an important part of the Earth's environments such as weather, climate, circulation of the ocean, and so on. Many scientific stations at the Svalbard archipelago have been established and operated for the natural environment and resource. Recently, Korea also constructed research station at Ny-Alesund, Spitsbergen island in Svalbard. In this paper, gravity characteristics and the Moho undulations of Svalbard archipelago, located at the edge of western Eurasian plate, were studied and calculated by using ArcGP and GTOPO30 data. The correlations between topography and free-air gravity anomalies show that the isostasy of continents attains a little less than that of marine. After terrain correction, complete Bouguer gravity anomalies increase from continent to marine, which are deeply connected with the rise of Moho discontinuity. After applying band-pass filter by cutting frequency, which was determined by Power spectrum analysis, the high and low residual anomalies are shown at fault zone in the continent and thick sedimentary layer at continental slope in the marine, respectively. Moho undulations, which were calculated by 3D inversion modeling, show typical characteristic of continental margin region and good coherence with conventional 2D crustal structure models which achieved by seismic surveys.1

none

북동 태평양 지역은 주요 금속자원의 함량이 높은 망간단괴가 다른 지역에 비해 다량 분포하고 있는 것으로 알려져 선진국들의 많은 관심을 받아왔다 (Fig. 1). 본 연구의 목적은 지리정보시스템 및 지구통계학을 이용하여 망간단괴 조사를 통해 얻어진 자료에 대하여 데이터베이스를 구축하고, 확률 및 통계 방법을 이용하여 등급 값을 정량화 하며, 단괴 개발을 위한 적지를 제안하고, 세가지 통계적 접근법으로 결과를 검증하는 것이다.2

Flexural Isostasy Of Dok Seamounts At The Northeastern Part Of The Ulleung Basin In The East Sea(The Sea Of Japan)

The isostasy compensation and the loading process of Dok seamounts located at the northeastern part of the Ulleung Basin in the East Sea(the Sea of Japan) were studied by using gravity data and bathymetry data. Comparison between observed gravity anomalies and calculated gravity anomalies from isostasy models suggests compensation degrees and elastic thicknesses associated with Dok seamounts. Dok seamounts are composed of three seamounts which have guyot summits. There are the highest and the lowest free-air gravity anomaly peak in the 1st Dok seamount and the 3rd Dok seamount, respectively. In spite of similar size, the difference between free-air gravity anomaly peaks of two seamounts is about 50 mGal, suggesting different compensation degrees. The magnetic anomaly amplitude of the 3rd Dok seamount is much lower than that of the 1st Dok seamount. Comparison between the calculated and the observed gravity anomalies of Dok seamounts suggests that the flexure model is the most applicable model. Assuming the effective elastic thickness along seamounts to be 5 km for the 1st Dok seamount, 3 km for the 2nd Dok seamount, and 2 km for the 3rd Dok seamount, the modeling result shows that the flexural rigidity of lithosphere of the 1st Dok seamount is stronger than the 3rd Dok seamount, indicating that the age of lithosphere at the time of loading of the 3rd Dok seamount is younger than that of the 1st Dok seamount. Effective elastic thicknesses of Dok seamounts range from 2 to 5 km, which is similar to the case of seamounts near ridges in the Pacific. This suggests that Dok seamounts erupted on oceanic crust near the spreading axis of the Ulleung Basin. Effective elastic thicknesses of Dok seamounts approximate 200°C - 400°C isotherms in the cooling plate model. Above results and the age dating of the Dok island over sea level suggest that the 3rd Dok seamount was formed first and followed by the 1st Dok seamount. The low magnetic anomaly in the 3rd Dok seamount is suppo1

A Study on the Structure and Origin of north-eastern part of the Ulleung basin in the East Sea (Japan Sea) using Potential data

본 연구에서는 최근에 획득한 중력, 자력, 수심자료 등 지구물리자료를 이용하여 울릉분지 북동부지역의 중력 및 자력이상의 특성을 분석하여 구조와 성인에 관하여 고찰하고자 하였다. 각각의 자료는 조사기간의 차이와 사용장비의 차이로 인하여 자료간의 오차가 나타나는데 상대적인 보정을 실시한 후 통합하였다. 울릉분지 북동부에 위치한 연구지역은 울릉도와 독도해산들, 그리고 울릉해저수로로 이루어져 있으며 후리에어이상는 지형의 영향을 잘 반영하며 부게이상은 해산들에 의한 국지적인 이상치를 보이지만 울릉분지중심으로 고이상을 보이는데 이는 맨틀상승에 의한 이상이라 사료된다. 자기이상을 살펴보면 해산들의 영향을 많이 반영하는 것으로 나타나고 있으며 2차미분법이나 아날니틱 신호 분포에서도 해산들 주위의 단주기 성분이 뚜렷히 확인된다. 이 것은 화구륜과 관계가 있을 것으로 사료 된다. 연구지역의 중력 부게이상의 파워스펙트럼 분석에 의한 맨틀의 평균심도는 16.1 km로 나타났으며 역산법을 이용하여 계산한 맨틀의 심도는 울릉분지간 해저수로지역에서 16 ~ 17 km 정도로 나타났으며 울릉분지가 수로를 중심으로 얕고 주변부에서는 심도가 깊어지는 결과가 나타났다. 이 결과는 해저면 지진계에서 얻어진 결과와 일치하는 경향을 보인다. 수심밑의 독도해산들의 정확한 생성시기를 알수는 없지만 동해의 생성과 연관시키어 제 3 독도 해산이 먼저 생성되고 제 1 독도해산이 가장 나중에 생성되었을것으로 사료된다. 제 1 독도해산의 수면위에서 관찰된 가장 최근암석이 후기 플라이오세의 암석으로 추정되므로 제 3 독도해산은 플라이오세 훨씬 이전에 생성되었을 것으로 생각해 볼 수 있다. 제 3 독도해산과 같이 저자기이상대의 원인은 여러 가지가 있지만 2차 변환, 즉 변성작용이나 풍화에 의해서 원래 암석에 함유되어있던 강자성 광물이 변화하여 이와같은 현상이 나타날 가능성이 가장 높다.2

A Study on the Geological Structure of north-eastern part of the Ulleung basin in the East Sea (Japan Sea) using Geophysical data

울릉도와 독도를 포함하는 울릉분지 북동부지역에서 획득된 수심과 해상중력, 해상자력자료를 분석하고 탄성파 자료와 대비하여 이 지역에 대한 지구조를 해석하였다.울릉분지 북동부에 위치한 연구지역은 울릉도, 울릉해산과 독도해산들, 그리고 울릉해저수로로 이루어져 있다. 후리에어이상는 지형의 영향을 잘 반영하며 부게이상은 울릉해저수로와 울릉분지쪽으로 높게 나타나고 오키뱅크쪽으로 가면서 낮은 이상을 보이며 울릉도와 울릉해산과 한국대지에서도 낮은 이상을 나타낸다. 부게 이상은 해산들에 의해 국지적인 낮은 이상치를 보이지만, 울릉분지 중심부쪽으로는 맨틀의 상승으로 인하여 값이 높게 나타나는 것으로 사료된다. 연구지역 중력 부게이상의 파워스펙트럼 분석으로부터 계산된 맨틀의 평균심도는 16.1 km로 나타났다. 이것을 이용하여 역산법으로 구한 맨틀의 심도는 울릉해저수로지역에서 16 ~ 17 km 정도이며 오끼뱅크 및 울릉도의 북서쪽으로 갈수록 깊어진다. 이 결과는 해저면 지진계에서 얻어진 결과와 비교적 잘 일치한다. 다중채널탄성파단면 및 역산에 의한 심도를 반영하여 후리에어 중력을 이용한 2차원 지각구조 모델링 결과는 울릉분지간 수로에서 모호면이 주변보다 얕게 형서되어 있음을 보여준다.자기이상을 살펴보면 울릉분지간 수로인 연구지역의 북동쪽과 분지중앙쪽인 남서쪽에는 0 ~ 50 nT 정도로 낮은 값이 넓게 분포하는데 이것은 두꺼운 퇴적층에 의한 효과로 사료된다. 독도해산주위에서는 세 개의 자기 이상대가 나타나는 데 모두 세 개의 해산을 중심으로 위치하고 있다. 제 3 독도해산의 저자기이상대의 원인은 해산이 생성된 뒤 오랜 시간이 흐르면서 2차 변환에 의한 원인으로 강자성광물이 자성이 약한 광물로 변화되어 저자기이상이 나타날 가능성이 가장 높은 것으로 생각된다. 비슷한 크기의 제 1 독도 해산과 제 3 독도해산의 자기이상분포에서 나타나는 이상치 차이를 고려해보면 제 3 독도 해산이 먼저 생성되고 제 1 독도해산이 가장 나중에 생성되었을 것으로 사료된다. 따라서 제 1 독도해산의 수면위에서 관찰된 가장 최근 암석이 후기 플라이오세의 암석으로 추정되므로 제 3 독도해산은 플라이오세 훨씬 이전에 생성되었을 것으로 생각된다.2

Sea Ice Detection using Microwave Remote Sensing Techniques in the Weddell Sea, Antarctica

We investigated the distribution of sea ice using various microwave remote sensing techniques including radar altimeter, radiometer, and scatterometer data in the part of Drake passage, Antarctica, between the area 45o-75oW and 55o-66oS. Topex/Poseidon radar altimeter data were used to analyze the monthly distribution of sea ice surface area between 1992 and 1999 by using Geo_bad_1 flag of MGDR. From satellite radiometer measurements of DMSP's SSM/I, sea ice concentration was extracted during the period from 1993 to 1996. To select a value of ice concentration, normally ranging from 0 to 100%, that can be used as a critical value of judging the existence for ice, sea ice areas estimated from various ice concentrations of radiometer measurements were correlated with the area estimated from the radar altimeter measurements. As a result, 20% of ice concentration was selected, and, then this value was used to integrate radiometer data with radar altimeter and ERS-1/2 scatterometer data. To indirectly verify the result, the last 20 year's sea ice concentration was correlated with surface temperature data near Esperanza Observation Station. The two data showed a high correlation coefficient of 0.86. The amount of sea ice and temperature variation were found to be closely related in the study area, and this indirectly verifies the result of this study. We provided a method to judge the existence of sea ice from ice concentration of satellite radiometer data and suggested a method to monitor more detailed temporal and spatial variation of sea ice distribution by integration of various microwave remote sensing techniques. 남극 드레이크해협(45 ∘ ~75 ∘ W 55 ∘ ~66 ∘ S)의 해빙분포를 연구하기 위해 인공위성 레이더 고도계, 복사계, 및 산란계 자료글 이용하였다. 레이더 고도계 자료는 Topex/poseidon MGDR을 사용하였고, Geo_bad_1 flag를 이용하여 1992년부터 1999년 동안 연구지역내 해빙면적을 계산하여 월별 분포를 구하였다. DMSP의 SSM/I 인공위성 복사계 자료를 이용하여 1993년부터 1996년 사이 연구지역의 해빙의 면적비(ice concentration)를 추출하였다. 0에서 100% 로 나타나는 해빙 면적비를 고도계로부터 관측된 해빙의 면적과 대비함으로써 해빙의 유무를 결정할 수 있는 해빙 면적비를 20%로 결정하였고, 이를 이용하여 복사계로부터 추출된 해빙 분포를 인공위성 고도계 및 ERS-1/2 인공위성 산란계의 자료와 통합하였다. 추출된 해빙 분포를 간접적으로 검증하기 위해 지난 20년 동안의 연구지역내 해빙 면적비를 인접한 Esperanza 관측지점의 월평균 기온 자료와 대비하여 검증하였다. 그 결과 두 자료는 0.86의 높은 상관관계를 보였다 이로부터 해빙 분포와 온도 변화가 매우 밀접한 관계를 가지며 변화한다는 사실을 알 수 있고, 해빙의 증감과 기온의 밀접한 관계를 감안할 때 본 연구 결과를 간접적으로 입증한다. 본 연구의 결과로부터 인공위성 복사계 자료로부터 해빙의 유무를 직접 판단 할 수 있는 근거를 마련하였고, 인공위성 고도계, 복사계 및 산란계의 자료를 통합함으로써 보다 상세한 해빙의 시간적 공간적 분포변화를 관측할 수 있는 방안을 제시하였다.22Nkc