중적외선 영역의 원격탐사 기술 고찰

이권호,김희섭,Lee, Kwon-Ho,Kim, Heeseob 대한원격탐사학회 2022 大韓遠隔探査學會誌 Vol.38 No.6

Throughout the wavelengths used by remote sensing sensors, the mid-wave infrared (MWIR) has wide applicability in our life such as land, environment, disasters, and military defense. However, due to the unique characteristics of the MWIR, remote sensing techniques in this wavelength region has not been greatly developed. Recently, the applied remote sensing techniques for the MWIR sensors are presenting in a new research field, and various research results are being reported domestically and internationally. In this study, research results on the MWIR remote sensing techniques developed were investigated and related literature records were statistically analyzed. Furthermore, based on the literature review of the current and past MWIR remote sensing techniques and major research results, current status and research trends of MWIR remote sensing are presented.

인공위성 자료와 궤적분석 모델을 이용한 화산재 모니터링

이권호 ( Kwon Ho Lee ),장은숙 ( Eun Suk Jang ) 대한원격탐사학회 2014 大韓遠隔探査學會誌 Vol.30 No.1

인공위성 원격탐사 자료는 화산재 모니터링을 위한 중요한 도구로서 사용되어 왔다. 본 연구는 최근에 발생한 주요 화산폭발 사례(2008년 Chaiten 화산, 2010년 Eyjafjallajokull 화산, 2011년 Shinmoedake 화산)를 대상으로 인공위성자료를 이용한 화산재 모니터링과 궤적분석 모델링을 수행하였다. 이를 위하여 Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer(MODIS) 인공위성 관측자료로부터 적외선 밝기온도차 기법을 적용하여 산출된 화산재 탐지 산출물과 HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory(HYSPLIT) 모델을 이용한 전진궤적분석자료를 상호 비교하였다. 그 결과, 인공위성을 이용한 화산재 탐지 산출물은 모델링한 궤적분석 결과와 상호간에 관련성이 높게 나타났다. 이러한 결과는 인공위성 관측자료와 모델링의 통합분석자료가 화산재 감시 및 예측을 위하여 중요한 역할을 수행할 수 있는 가능성을 제시한다. Satellite remote sensing data have been valuable tool for volcanic ash monitoring. In this study, we present the results of application of satellite remote sensing data for monitoring of volcanic ash for three major volcanic eruption cases (2008 Chaiten, 2010 Eyjafjallajokull, and 2011 Shinmoedake volcanoes). Volcanic ash detection products based on the Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS) observation data using infrared brightness temperature difference technique were compared to the forward air mass trajectory analysis by the HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. There was good correlation between MODIS volcanic ash image and trajectory lines after the volcanic eruptions, which support the feasibility of using the integration of satellite observed and model derived data for volcanic ash forecasting.

MODIS와 TOMS자료를 이용한 2001년 동북아시아 지역의 대기 에어로졸 모니터링

이권호 ( Kwon Ho Lee ),홍천상 ( Chun Sang Hong ),김영준 ( Young Joon Kim ) 大韓遠隔探査學會 2004 大韓遠隔探査學會誌 Vol.20 No.2

동북아시아 지역의 에어로졸 광학두께의 시공간적 변화는 기후변화에 큰 역할을 하는 대기중의 에어로졸의 연구에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 MODIS를 에어로졸 광학두께자료와 TOMS 에어로졸 인덱스 자료를 수집하여 2001년 한해동안의 에어로졸의 물리학적 광학적 특성을 살펴보았다. 일별 에어로졸 관측 자료를 분석한 결과 에어로졸의 계절별 변화양상은 봄에 높고 겨울에 낮음을 뚜렷이 나타내고 있었다. 한편, 지역별 특징은 2001년에 MODIS에 의해 관측된 에어로졸 광학 두께의 연평균 값은 베이징이 가장 높은 0.625±0.37이고 고산이 가장 낮은 0.31±0.19로 나타났으며 서울과 광주가 각각 0.54±01.26과, 0.38±0.19로 관측되었다. 이러한 연중 에어로졸 분석결과를 바탕으로 2001년 봄철 ACE-Asia 집중 관측 기간 중에 MODIS와 TOMS 관측 자료를 이용한 한반도 인근지역의 에어로졸 특성을 조사하였다. 봄철에 높은 값을 보이는 에어로졸 광학두께(>0.7)와 에어로졸 인덱스 값(>0.5), 그리고 낮은 값을 나타내는 Angstrom 지수(<0.5)는 모두 봄철 황사현상에 의한 것이다. 그러나 때때로 황사와 같이 큰 입자가 아닌 다른 오염원에 의한 에어로졸로 인한 영향도 발견되고 있어 중국에서 발생한 오염된 에어로졸이 한반도로 이동하는 것이 원인으로 사료된다. 위성영상에서 나타난 에어로졸의 공간적 분포양상이 이를 입증하고 있다. 따라서 동북아시아지역의 에어로졸 특성을 나타내는데 위성자료의 활용도는 매우 효과적이다. The spatial and temporal variations of aerosol optical depth (AOD) over Northeast Asia regions have special importance in the aerosol research for estimation of aerosol radiative forcing parameters and climate change. Aerosol optical and physical properties (AOD and Angstrom parameter) have been investigated by using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) Aerosol Index (AI) to estimate aerosol characteristics over the study region during 2001. Additionally, aerosol characteristics over the Korean peninsular during Aerosol Characteristic Experiment in Asia (ACE-Asia) Intensive Observation Period (IOP) have been investigated by using satellite observations. The results showed that the daily-observed aerosol data indicate seasonal variations with relatively higher aerosol loading in the spring and very low during the winter. The typical Asian dust case showed higher AOD (>0.7) with lower Angstrom exponent (<0.5) and higher AI (>0.5) that is mainly due to the composition of coarse particles in the springtime. Mean AOD for 2001 at 4 different places showed 0.65±0.37 at Beijing, 0.31±0.19 at Gosan, 0.54±0.26 at Seoul, and 0.38±0.19 at Kwangju, respectively. An interesting result was found in the present study that polluted aerosol events with small size dominated-aerosol loading around the Korean peninsular are sometimes observed. The origin of these polluted aerosols was thought to East China. Aerosol distribution from satellite images and trajectory results shows the proof of aerosol transport. Therefore, aerosol monitoring using satellite data is very useful.

‘一個中國’과 ‘一邊一國’의 변증법

이권호(Lee Kwon-Ho) 동국대학교 사회과학연구원 2003 사회과학연구 Vol.9 No.-

지구관측 위성자료를 이용한 주요 대기 에어러솔 성분의 공간분포 분석

이권호 ( Kwon Ho Lee ) 한국지리정보학회 2011 한국지리정보학회지 Vol.14 No.2

대기 에어러솔은 대기중에 존재하는 미세입자로 인체 유해성을 지니고 있으며 기후변화에 있어서도 중요한 역할을 하는 변수로 알려져 있다. 게다가 대기 에어러솔의 주요 성분에 대한 정확한 평가는 환경에 미치는 영향에 있어서도 매우 중요하다. 이 때문에 지구관측 위성자료는 대기질 감시측면에서도 효과적인 수단으로 이용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 인공위성 관측 자료를 이용하여 전구적인 규모의 대기 에어러솔의 주요 성분별 분포변화를 알아보고자 MODIS 에어러솔 광학두께(AOT; Aerosol Optical Thickness)와 미세입자분율(FMF; Fine Mode Fraction), 그리고 TOMS 자외선 흡수성 에어러솔 지수(AAI; UV Absorbing Aerosol Index)를 이용하여 네 가지의 주요 에어러솔의 성분(먼지, 탄소성, 황산화물, 해염)을 구분할 수 있는 방법을 제시하였다. 여기서 얻어진 결과물을 검증하기 위하여 에어러솔 예측 모델자료와 각 격자별 자료로 선형회귀분석을 수행한 결과, 본 연구에서 산출된 결과물이 에어러솔의 성분별 전반적인 패턴을 잘 표현하는 것을 확인 할 수 있었다. 이렇게 주요 에어러솔 타입으로 구분된 위성자료의 사용은 대기질 감시뿐만 아니라 기후변화연구에 있어서도 도움을 줄 것으로 사료된다. Atmospheric aerosols, small particles in the atmosphere, are one of the important parameters in climate change and human health. Additionally, accurate estimates of aerosol species are increasingly important in environmental impact assessment studies. Recent advances in global satellite remote sensing provide powerful tool for air quality monitoring. This study explores the potential usage of satellite derived data such as atmospheric aerosols for air quality monitoring as well as climate change study. The objectives of this study is to understand the general features of the global distribution of type dependent aerosols. A detailed spatio-temporal variability of the each different satellite dataset shows the variation of the global zonal average and specific geographical regions where the strong emission sources are located. Especially, significantly large aerosol amounts are observed in Asia and Africa because of the desert dust storm, anthropogenic and biomass burning emissions.

COMS/GOCI 관측값의 대기 에어러솔의 특성에 대한 민감도 분석

이권호 ( Kwon Ho Lee ),김영준 ( Young Joon Kim ) 大韓遠隔探査學會 2008 大韓遠隔探査學會誌 Vol.24 No.6

세계 최초의 정지 궤도 해양관측 센서인 Geostationary Ocean Color Imager (COMS/GOCI)가 측정하는 가시광선 영역의 파장대 (0.4-0.9μm)는 대기 구성성분(기체상 또는 입자상)에 의하여 영향을 받기 때문에 이에 대한 보정이 필요하다. 특히 대기중에 존재하는 미세입자인 에어러솔은 그 물리 화학적 특성의 다양함으로 인하여 태양광과 반응하는 과정이 상당히 복잡하게 나타나므로, 정확한 해양 관측을 위하여 대기 에어러솔과 복사 과정의 상호작용에 대한 정확한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 알려진 대기 에어러솔 특성 자료를 이용하여 에어러솔의 물리적, 광학적 특성을 분석하였다. 여기서 얻어진 에어러솔 특성 값들은 복사전달 모델을 이용하여 다양한 환경 조건하(에어러솔의 종류와 양)에서 위성센서가 측정하는 이론적인 복사량과 에어러솔의 관계를 분석하는데 사용되었다. 복사전달모델 분석결과, 위성 자료 분석에서 잘못된 에어러솔의 광학 특성값의 사용으로 인한 오차는 에어러솔 광학 두꼐(τ)가 0.2보다 작은 범위에서는 비교적 작은 값을 나타내나 0.2보다 크게 되는 경우 지속적으로 증가하였다. 추가로 위성 관측값과 복사전달 모델에 의하여 계산된 값의 차이가 최소인 에어러솔 타입의 광학 특성값을 이용하여 τ와 angstrom exponent를 도출한 결과는 기존의 표준 알고리즘보다는 지상관측자료와의 비교적 잘 일치하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 위성 관측자료에서 에어러솔 분석함에 있어서 에어러솔 타입에 따른 광학적 특성값의 중요성은 매우 크다고 할 수 있다. 이러한 결과들은 궁극적으로 향후 발사될 COMS/GOCI의 관측 자료를 이용한 대기 에어러솔 분석이나 대기 효과 보정에 있어서 도움이 될 것이다. The Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) on board the Communication Ocean Meteorological Satellite (COMS), the first geostationary ocean color sensor, requires accurate atmospheric correction since its eight bands are also affected by atmospheric constituents such as gases, molecules and atmospheric aerosols. Unlike gases and molecules in the atmosphere, aerosols can interact with sunlight by complex scattering and absorption properties. For the purpose of qualified ocean remote sensing, understanding of aerosol-radiation interactions is needed. In this study, we show micro-physical and optical properties of aerosols using the Optical Property of Aerosol and Cloud (OPAC) aerosol models. Aerosol optical properties, then, were used to analysis the relationship between theoretical satellite measured radiation from radiative transfer calculations and aerosol optical thickness (AOT) under various environments (aerosol type and loadings). It is found that the choice of aerosol type makes little different in AOT retrieval for AOT<0.2. Otherwise AOT differences between true and retrieved increase as AOT increases. Furthermore, the differences between the AOT and angstrom exponent from standard algorithms and this study, and the comparison with ground based sun photometer observations are investigated. Over the northeast Asian region, these comparisons suggest that spatially averaged mean AOT retrieved from this study is much better than from standard ocean color algorithm. Finally, these results will be useful for aerosol retrieval or atmospheric correction of COMS/GOCI data processing.

해색위성 원격탐사를 이용한 부유성 녹조 모니터링

이권호 ( Kwon Ho Lee ),이소현 ( So Hyun Lee ) 한국지리정보학회 2012 한국지리정보학회지 Vol.15 No.3

최근 해양에서 부유성 녹조류(Floating Green Algae)의 확산이 보고되고 있으나, 기존의 현지 관측이나 실험실에서의 화학적 분석으로는 정확하고 주기적인 광역 감시에 한계가 있다. 이에 반해 녹조에 포함된 엽록소의 광학특성에 기인한 분광 반사도 측정은 부유성 녹조에 대한 정보를 비교적 빠르고 정확하게 획득하는 것이 가능하다. 본 연구의 목적은 최근 서해에서 발생한 부유성 녹조류의 분광 반사도 특성을 알아보고, 인공위성 영상으로부터 부유성 녹조를 탐지하기 위한 방법으로서 비교적 간단한 파장별 반사도 비율을 이용한 부유성 녹조 지수(Floating Green Alage Index; FGAI)를 개발하는 것이다. 500m 공간 해상도를 가지는 MODIS와 천리안 GOCI 영상자료를 이용하여 서해안의 녹조 현상이 발생하였던 기간을 대상으로 적색 밴드(660nm)와 근적외 밴드(860nm)의 비를 이용한 부유성 녹조 지수를 분석한 결과는 녹조 현상에 대한 조류의 탐지 가능성을 증명하였다. 특히, 매 시간별 GOCI 관측 자료는 저궤도 위성보다 상세한 녹조의 감시가 가능함을 알 수 있었다. Recently, floating green algae (FGA) in open oceans and coastal waters have been reported over wide area, yet accurate detection of these using traditional ground based measurement and chemical analysis in the laboratory has been difficult or even impossible due to the lack of spatial resolution, coverage, and revisit frequency. In contrast, spectral reflectance measurement makes it possible to quickly assess the chlorophyll content in green algae. Our objectives are to investigate the spectral reflectance of the FGA observed in the Yellow Sea and to develop a new index to detect FGA from satellite imagery, namely floating green algae index (FGAI), which uses relatively simple reflectance ratio technique. The Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) satellite images at 500m spatial resolution were utilized to produce FGAI which is defined as the ratio between reflectance at 860nm and 660nm bands. Both FGAI results yielded reasonable green algae detection at the regional scale distribution. Especially houly GOCI observations can present more detaield information of FGAI than low-orbit satellite.

구름과 에어로솔의 혼재시 에어로솔의 광학특성이 상향 단파 복사에 미치는 영향

이권호 ( Kwon-ho Lee ) 대한원격탐사학회 2017 大韓遠隔探査學會誌 Vol.33 No.3

에어로솔의 광학특성과 연직고도는 태양 복사의 반사와 흡수과정을 통하여 지구복사수지에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 복사전달모델과 위성관측자료를 이용하여 동북아시아 지역에서 구름의 존재 시에어로솔 층에 의한 복사특성을 분석하였다. 복사전달 모의 결과는 구름이 하부에 존재하는 경우에 에어로솔 층의 고도가 높아짐에 따라 대기 온난화 효과가 증가하였다. 이러한 관계는 에어로솔의 광 흡수성이 커질수록, 지표 반사도가 증가할수록 비례하는 경향을 나타내었다. 그리고 연구대상지역 (20-50 °N, 110-140 °E)에서 주요 에어로솔 이벤트 사례에 대하여, UV Absorbing Aerosol Index (AAI) derived from Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), cloud parameters derived from the Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS), with Upward Shortwave Flux (USF) Clouds and the Earth`s Radiant Energy System (CERES) 위성관측자료를 이용하여 광 흡수성 에어로솔에 의한 영향을 정량적으로 분석하였다. 각 사례에 대한 평균적인 복사효과는 약 6 - 26 %에 해당하는 상향 단파 복사량의 감쇄효과가 나타났다. 이러한 결과는 에어로솔에 의한 직접효과와 간접효과를 정량화 하기 위한 중요성을 설명해 준다. Aerosol optical properties as well as vertical location of layer can alter the radiative balance of the Earth by reflecting and absorbing solar radiation. In this study, radiative transfer model (RTM) and satellite-based analysis have been used to quantify the top-of-atmosphere (TOA) radiative effect of aerosol layers in the cloudy atmosphere of the northeast Asia. RTM simulation results show that the atmospheric warming effect of aerosols increases with their height in the presence of underlying cloud layer. This relationship is higher for stronger absorbing aerosols and higher surface albedo condition. Over study region (20-50 °N, 110-140 °E) and aerosol event cases, it is possible to qualitatively identify absorbing aerosol effects in the presence of clouds by combining the UV Absorbing Aerosol Index (AAI) derived from Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS), cloud parameters derived from the Moderate Resolution Imaging Spectro-radiometer (MODIS), with TOA Upward Shortwave Flux (USF) from the Clouds and the Earth`s Radiant Energy System (CERES). As the regional-mean radiative effect of aerosols, 6 - 26 % lower the USF between aerosols and cloud cover is taken into account. These results demonstrate the importance of estimation for the accurate quantification of aerosol`s direct and indirect effect.

화산재입자의 고유 광학특성이 원격탐사 복사량에 미치는 민감도 분석

이권호 ( Kwon Ho Lee ),장은숙 ( Eun Suk Jang ) 대한원격탐사학회 2014 大韓遠隔探査學會誌 Vol.30 No.1

화산재입자의 굴절률과 산란 같은 고유 광학 특성으로 결정되는 분광학적 신호는 원격탐사 센서를 통하여 측정될 수 있지만, 화산 폭발 이후 생성된 화산재입자의 성분에 대한 굴절률에 관한 정보는 매우 제한적이었다. 따라서, 화산재입자의 원격탐사의 강건성을 개선하기 위하여 화산재입자와 복사전달 과정의 상호작용에 대한 정확한 이해가 필요하다. 본 연구에서는 화산재 주요 성분으로 알려진 화산성 안산암과 부석에 대한 입자 소산계수, 산란 위상함수, 비대칭 계수, 단산란 알베도 값을 정량화 하였다. 이러한 화산재입자의 고유 광학 특성값은 복사전달모델의 입력자료로 이용하여 다양한 에어러솔 광학두께(τ) 및 기하조건에서 원격탐사 센서(인공위성과 지상관측용)가 측정하는 이론적인 복사량과 화산재입자 특성의 관계를 분석하였다. 복사전달모델 분석결과, 대기권 최상층부에서 τ 에 대한 복사량의 변화율의 평균값은 안산암의 경우 부석보다 6배 정도 크게 나타났다. 지표에서 이러한 변화율은 τ<1인 경우 양의 상관관계를 보이지만, τ>1인 경우에는 음의 상관관계를 보였다. 그러나, 적외선 영역인 11 μm 에서는 차이가 매우 적게 나타났으며, 여기서 발생하는 복사량의 오차범위는 광학두께가 증가할수록 커지는 양상을 보이며, 다항 회귀함수로 표현될 수 있다. 이러한 결과는 원격 탐사 관측자료를 이용한 화산재 관측에 있어서 화산재의 정량적 분석에 도움이 될 것이다. Volcanic ash (VA) can be estimated by remote sensing sensors through their spectral signatures determined by the inherent optical property (IOP) including complex refractive index and the scattering properties. Until now, a very limited range of VA refractive indices has been reported and the VA from each volcanic eruption has a different composition. To improve the robustness of VA remote sensing, there is a need to understanding of VA - radiation interactions. In this study, we calculated extinction coefficient, scattering phase function, asymmetry factor, and single scattering albedo which show different values between andesite and pumice. Then, IOPs were used to analyze the relationship between theoretical remote sensed radiation calculated by radiative transfer model under various aerosol optical thickness (τ) and sun-sensor geometries and characteristics of VA. It was found that the mean rate of change of radiance at top of atmosphere versus τ is six times larger than in radiance values at 0.55 μm. At the surface, positive correlation dominates when τ<1, but negative correlation dominates when τ>1. However, radiance differences between andesite and pumice at 11 μm are very small. These differences between two VA types are expressed as the polynomial regression functions and that increase as VA optical thickness increases. Finally, these results would allow VA to be better characterized by remote sensing sensors.

천리안위성 해양탑재체 자료를 이용한 대기산란 효과가 제거된 컬러합성 영상 제작

이권호 ( Kwon Ho Lee ) 한국지리정보학회 2013 한국지리정보학회지 Vol.16 No.1

세계 최초의 정지궤도 해양관측 위성인 천리안 위성의 해색 센서인 Geostationary Ocean Color Imager (GOCI)는 2011년 4월부터 원시 자료를 생산하고 있다. 본 연구에서는 GOCI 원시 자료로부터 보다 자연색에 가까운 컬러합성영상 제작을 위한 방법론과 자료처리용 소프트웨어 인 GOCI RGB Maker를 개발하였다. GOCI 원시자료는 대기보정과 재투영 기법을 이용하여 최종적으로 컬러합성영상을 제작할 수 있도록 최적화된 알고리듬을 구현하였다. 이 알고리즘이 적용된 소프트웨어는 다양한 하드웨어 환경에서도 선택적으로 관심영역과 출력창의 크기를 입력받아 처리할 수 있도록 제작되어 교육적 효과를 높였다. GOCI RGB Maker는 공개용 소프트웨어로서, GOCI 자료에 대한 이해와 활용을 증대시킬 수 있을 것이다. 또한, 정지궤도 관측 영상은 관측 영역의 환경특성 변화를 감시하는데 훌륭한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다. The Geostationary Ocean Color Imager (GOCI), the first geostationary ocean color observation instrument launched in 2010 on board the Communication, Ocean, and Meteorological Satellite (COMS), has been generating the operational level 1 data. This study describes a methodology for creating the GOCI true color image and data processing software, namely the GOCI RGB maker. The algorithm uses a generic atmospheric correction and reprojection technique to produce the color composite image. Especially, the program is designed for educational purpose in a way that the region of interest and image size can be determined by the user. By distributing software to public, it would maximize the understanding and utilizing the GOCI data. Moreover, images produced from the geostationary observations are expected to be an excellent tool for monitoring environmental changes.