Estimation and Validation of Photosynthetically Available Radiation at the Sea Surface Using GOCI-II Data

Photosynthetically available radiation (PAR), used in primary productivity research, is calculated from the amount of solar radiation reaching the sea surface in the 400-700 nm wavelength band. This study developed and validated a Geostationary Ocean Color Imager II (GOCI-II)-based PAR algorithm to increase the utilization of GOCI-II and contribute to the production of accurate input data for primary productivity research in the waters around the Korean Peninsula. The algorithms used in MODIS and GOCI PAR studies were improved to suit the spatiotemporal and spectral resolution of GOCI-II, and daily PAR was calculated from GOCI-II hourly PAR. As a result of examining the hourly and daily PAR images on April 27, 2024, it was found that the daily PAR distribution in areas heavily affected by clouds was about 30% lower than in clear atmosphere areas. As a result of validation using ECO-PAR sensor field observation data installed at the Socheong-cho Ocean Research Station, GOCI-II daily PAR showed an underestimation tendency with 11.10% root-mean-square error (RMSE) and 9.89% mean bias error (MBE) compared to field observation data, but the determination coefficient (R2) value showed a high linear correlation of 0.98. As a result of comparing GOCI and GOCI-II daily PAR between sensors in the GOCI-II slot 4 areas on March 10, 11, and 14, 2021, after randomly selecting areas A, B, and C, high consistency was shown in areas A and B with little cloud cover, but a maximum RMSE of 6.24% was shown in area C, which was heavily affected by clouds. In the future, we plan to research to improve the accuracy of GOCI-II PAR through algorithm verification and correction by adding field observation data. The development and verification of the GOCI-II PAR algorithm are expected to help monitor the marine environment and research activities in the waters around the Korean Peninsula, which have been continued from GOCI and contribute to research on responding to changes through long-term observation data.33Nscopuskc

다중프랫폼 원격탐사를 활용한 곰소만 갯벌 지역의 지형 변화 분석

원격탐사 기술의 발달로 최근의 연안 원격탐사는 다양한 플랫폼을 기반으로 시도되고 있다. 기존의 인공위성 원격탐사, 유인항공기 기반의 원격탐사 이외에도 무인항공기(UAV)나 LIDAR를 활용한 지형변화, 생태 주제도 제작 등이 활발히 진행되고 있다. 특히 갯벌에서는 시공간적인 제한으로 인하여, 무인항공기 기반의 연구의 활용도가 높아지고 있다. 한반도 황해 중부의 곰소만 갯벌은 우리나라 갯벌 중 가장 넓은 넓이를 가지는 갯벌 중 하나로, 생태적 가치가 높고, 연간 변화폭이 커, 지속적인 지형변화 모니터링이 필요하다. 그에 따라 본 연구에서는 인공위성 원격탐사 뿐만 아니라 무인항공기, LIDAR 자료를 활용하여 곰소만 갯벌의 지형변화를 분석하였다. 인공위성 기반의 원격탐사는 광학 위성 기반의 30m 해상도 DEM, 합성개구레이더 간섭기법을 이용한 5m 해상도 DEM을 제작하였으며, LIDAR 자료는 1m, 무인항공기 기반 DEM은 1m 미만의 해상도로 제작되었다. 연별, 계절별 변화 같은 장기 변화 분석에는 인공위성 자료가 유리하지만, 단기간의 변화를 파악하고 분석하는데 있어서는 어려움이 있다. 무인항공기를 이용한 관측은 시공간적인 제약이 적어 단기간의 변화를 분석하는데 유리하였으며, 높은 공간해상도로 인하여 세분화된 조류로 분포 등의 연구에 유리하였다. 정확도 측면에서도 무인항공기의 경우 현장자료 기반의 검증 결과 수 cm 미만의 정확도를 보여, 좁은 지역의 세밀한 변화 연구에 장점을 보였다. 다양한 플랫폼 기반의 모니터링은 기존의 원격탐사가 가지는 시공간적 한계를 벗어나 보다 정밀한 분석을 할 수 있을 것으로 기대된다.갯벌에서는 시공간적인 제한으로 인하여, 무인항공기 기반의 연구의 활용도가 높아지고 있다. 한반도 황해 중부의 곰소만 갯벌은 우리나라 갯벌 중 가장 넓은 넓이를 가지는 갯벌 중 하나로, 생태적 가치가 높고, 연간 변화폭이 커, 지속적인 지형변화 모니터링이 필요하다. 그에 따라 본 연구에서는 인공위성 원격탐사 뿐만 아니라 무인항공기, LIDAR 자료를 활용하여 곰소만 갯벌의 지형변화를 분석하였다. 인공위성 기반의 원격탐사는 광학 위성 기반의 30m 해상도 DEM, 합성개구레이더 간섭기법을 이용한 5m 해상도 DEM을 제작하였으며, LIDAR 자료는 1m, 무인항공기 기반 DEM은 1m 미만의 해상도로 제작되었다. 연별, 계절별 변화 같은 장기 변화 분석에는 인공위성 자료가 유리하지만, 단기간의 변화를 파악하고 분석하는데 있어서는 어려움이 있다. 무인항공기를 이용한 관측은 시공간적인 제약이 적어 단기간의 변화를 분석하는데 유리하였으며, 높은 공간해상도로 인하여 세분화된 조류로 분포 등의 연구에 유리하였다. 정확도 측면에서도 무인항공기의 경우 현장자료 기반의 검증 결과 수 cm 미만의 정확도를 보여, 좁은 지역의 세밀한 변화 연구에 장점을 보였다. 다양한 플랫폼 기반의 모니터링은 기존의 원격탐사가 가지는 시공간적 한계를 벗어나 보다 정밀한 분석을 할 수 있을 것으로 기대된다.2

고해상도 위성영상을 이용한 경기만 조석사주의 장기 변화 관측

서해 경기만은 조석작용이 강한 대조차 연안환경으로 한강, 예성강, 임진강으로부터 유입된 부유퇴적물이 석모수로와 염하수로를 통하여 유입된다. 이러한 경기만 연안 지역에는 활발한 조석 및 파랑활동으로 인하여 거대한 조석사주가 많이 발달하였다. 하지만 경기만 일대에서의 간척 사업 등의 개발로 인하여 연안 해수 흐름의 방향 및 속도 변화가 발생되었다. 이로 인해 조석 사주 면적 및 위치 변화 등과 같은 연안 환경 변화가 나타난다. 기존에는 이러한 변화를 탐지하기 위해서는 현장 조사를 통한 연구가 진행되었지만, 공간적으로 넓은 지역의 변화 관측에는 한계점이 있다. 이를 보완하기 위하여 인공위성을 활용한 연구가 많이 진행되고 있다. 따라서 이번 연구에서는 Landsat 위성영상을 활용하여 조석 사주 변화에 대한 연구를 하고자 한다. 연구에 사용한 위성영상은 Landsat 4 MSS, Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ 영상으로 1980년대부터 2000년대 초반의 약 20년 동안의 동일한 계절의 영상을 분석하였다. 또한 최대한 유사한 조석상태 및 조위의 영상을 비교하였다. 그 결과 경기만 지역에서 조석 사주의 변화가 관측되었고 Landsat 영상의 30m 공간 해상도 덕분에 면적이 작은 사주 변화 관측이 가능하였다. 추후 다양한 영상 자료 및 퇴적 환경 자료와 모델링 분석을 통하여 경기만 일대의 조석사주가 어떠한 방향으로 변화되어 왔으며, 향후 어떠한 변화가 일어날 수 있는지에 대한 연구가 필요하다.2

A study on the satellite-based sea surface salinity mapping in Korean coastal waters

Sea surface salinity (SSS) is an important factor in the ocean science, such as estimating oceanic carbon flux, tracing red tide, and calculating other physical processes at the surface. Sea surface salinity can be derived from satellite remote sensing, although little has been successful particularly in the coastal waters. It is well-known that absorption property of colored dissolved organic matter (CDOM) absorption has a strong correlation with SSS in the area that influenced by freshwater inflow. Here, we tested the applicability of CDOM distribution observed from the Geostationary Ocean Colour Imager (GOCI) to mapping SSS in the Korean coastal waters. Empirical relationships between CDOM absorption and SSS are derived from in-situ measurement collected at the Gyeonggi-bay located in the middle of the west coast of Korean peninsula. SSS images derived from GOCI were validated by comparison with the in-situ measurement and were also compared with SSS images provided from HYCOM-modelled, which shows that it is possible to estimate SSS from CDOM absorption at the estuarine environment. Further studies would be needed to improve the algorithm and apply it to other coastal environments around the Korean peninsula. Satellite based SSS from this study can be used for studies on the long-term variations in SSS in this area and its relations with the climate changes.mote sensing, although little has been successful particularly in the coastal waters. It is well-known that absorption property of colored dissolved organic matter (CDOM) absorption has a strong correlation with SSS in the area that influenced by freshwater inflow. Here, we tested the applicability of CDOM distribution observed from the Geostationary Ocean Colour Imager (GOCI) to mapping SSS in the Korean coastal waters. Empirical relationships between CDOM absorption and SSS are derived from in-situ measurement collected at the Gyeonggi-bay located in the middle of the west coast of Korean peninsula. SSS images derived from GOCI were validated by comparison with the in-situ measurement and were also compared with SSS images provided from HYCOM-modelled, which shows that it is possible to estimate SSS from CDOM absorption at the estuarine environment. Further studies would be needed to improve the algorithm and apply it to other coastal environments around the Korean peninsula. Satellite based SSS from this study can be used for studies on the long-term variations in SSS in this area and its relations with the climate changes.1

강원도 지역 항공사진을 이용한 crescentic bar의 관찰

동해안 지역에서의 파랑에 의한 침식과, 주변 해안구조물 및 하천의 변화에 따른 Crescentic bar의 연도별 변화 양상을 파악하기 위해 총 61장의 강원도 양양군 지역의 항공사진을 분석하였고, 이 중 물치 해빈, 낙산, 오산 해빈과 동호 해빈을 중점적으로 관찰하였다. 동일한 계절에 촬영한 1972년, 1980년, 1989년, 1991년에 찍은 23장의 사진들을 선정하였으며, 1972년도 사진은 11월 6일, 1980년 사진은 10월 4일, 1989년 사진은 10월 9일, 1991년 사진은 10월 21일에 촬영되었다. grs80 좌표계로 나타내어진 수치 지형도와 tiff 포맷의 항공사진을 비교분석한 후 주요 지형지물 및 도로를 GP점으로 하여 Blue Marble Geographics 社에서 개발한 GIS mapping 프로그램인 Global mapper를 이용하여 rectification을 진행하였다. 그 후 digitizing 작업을 통하여 crescentic bar 및 shoreline의 좌표를 추출하였다. 분석한 결과 낙산, 오산 해빈에서는 두 겹의 bar가 위아래로 겹쳐있는 Two Crescentic bar System을 보이며 그 밑의 동호 해빈에서는 특이한 모양의 welded bar를 찾을 수 있다. Two Crescentic bar의 경우 주로 낙산, 오산 해빈에서 나타났는데 1972년에서 1991년으로 시간이 흐르면서 해빈 쪽 bar는 좀더 조밀하고 또렷하게 나타나게 되었고 바깥 쪽 bar는 크기는 커졌으나 형태가 뚜렷하게 나타나지 않게 변화된 양상을 보였다. 동호 해빈의 경우 1972년도에는 불규칙적이지만 Crescentic bar의 모습을 보였지만 1980년에는 지름이 보다 균등하고 1972년에 비해 북쪽으로 중심축이 기운 welded bar의 모습을 보였다. 1989년에는 bar의 지름이 더 작고 조밀하며 남쪽으로 경사가 진 모습을 로 관찰하였다. 동일한 계절에 촬영한 1972년, 1980년, 1989년, 1991년에 찍은 23장의 사진들을 선정하였으며, 1972년도 사진은 11월 6일, 1980년 사진은 10월 4일, 1989년 사진은 10월 9일, 1991년 사진은 10월 21일에 촬영되었다. grs80 좌표계로 나타내어진 수치 지형도와 tiff 포맷의 항공사진을 비교분석한 후 주요 지형지물 및 도로를 GP점으로 하여 Blue Marble Geographics 社에서 개발한 GIS mapping 프로그램인 Global mapper를 이용하여 rectification을 진행하였다. 그 후 digitizing 작업을 통하여 crescentic bar 및 shoreline의 좌표를 추출하였다. 분석한 결과 낙산, 오산 해빈에서는 두 겹의 bar가 위아래로 겹&2

Long-term change analysis of environment factor ing Gomso Bay, Korea using remotely sensed data

Gomso Bay tidal flat, which is located below the Byeonsan peninsula, has been protected under the Ramsar Convention because of its biological diversity and the habitats it provides for endangered species. However, Gomso Bay has undergone various environmental changes following the construction of the Saemangeum Dyke. Thus, it is essential to analyze the environmental factors of Gomso Bay before and after the construction of the Saemangeum Dyke. The objective of this study is to analyse long-term change of topography, distibution of chlorophyll, suspended sediment, and sea surface temperature using a variety of remote sensing images. Topograpic change analysis was carried out with remotely sensed topographic data such as waterline based DEM and TanDEM-X image. Benthic chlorophyll distribution, water chlorophyll distribution, and suspended sediment distribution were estimated using band ratio of remote sensing reflectance derived from Landsat-5,8 and Sentinel-2. Sea surface temperature and benthic temperature of tidal flat was calculated through brightness temperature of thermal images. Verification of remotely sensed data was carried out with buoy observation data and in situ measurement data. Outer bay tidal flat showed the trend to deposit after the construction of Saemangeum Dyke. Inner bay tidal flat shows opposite result. When tidal flat devide to upper flat and lower flat, upper flat showed the trend to depos1

Chapter 5. Habitat Mapping and Seawater Reflective Properties- Coastal Marine Environment Survey: Independent State of Samoa 2014

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Validation of satellite-based sea surface salinity (SSS) around Korean coastal waters in terms of the comparison with the model-based mapping

Retrieving sea surface salinity (SSS) from satellite remote sensing is still challenging especially near the coast due to its spatial and temporal resolution compared to the dynamic variations of coastal water characteristics. As SSS can be a good indicator of short- or long-term changes in ocean environment and consequently the climate changes, many attempts have been made to mapping SSS in the wide area of ocean surface, although little has been successful particularly in the coastal area. In this study, satellite-derived coloured dissolved organic matter (CDOM) from the Geostationary Ocean Colour Imager (GOCI) of the surface water in the coastal area in the mid-western coastal area of Korean peninsula was applied to the mapping SSS, based on the well-known idea that CDOM absorption property has a strong correlation with SSS in the area that influenced by freshwater inflow. Empirical relationships between CDOM absorption and SSS are derived from in-situ measurement collected at the Gyeonggi-bay located in the middle of the west coast of Korean peninsula. The results were compared with that from HYCOM-modelled along with a model developed by KIOST. a good indicator of short- or long-term changes in ocean environment and consequently the climate changes, many attempts have been made to mapping SSS in the wide area of ocean surface, although little has been successful particularly in the coastal area. In this study, satellite-derived coloured dissolved organic matter (CDOM) from the Geostationary Ocean Colour Imager (GOCI) of the surface water in the coastal area in the mid-western coastal area of Korean peninsula was applied to the mapping SSS, based on the well-known idea that CDOM absorption property has a strong correlation with SSS in the area that influenced by freshwater inflow. Empirical relationships between CDOM absorption and SSS are derived from in-situ measurement collected at the Gyeonggi-bay located in the middle of the west coast of Korean peninsula. The results were compared with that from HYCOM-modelled along with a model developed by KIOST.1

Chapter 4. Habitat Mapping and Seawater Reflective Properties- Coastal Marine Environment Survey: Republic of Fiji 2013

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Chapter 5. Habitat Mapping and Seawater Reflective Properties- Coastal Marine Environment Survey: Kingdom of Tonga 2013

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