1. Title & Journal
- Atmospheric Correction of Sea-WiFS Imagery over Turbid Coastal Waters: A practical Method
Remote Sensing of Environment. 74 (2000) 195-206.
2. Author's Background
- Chuanmin Hua, Kendall L. Cardera, and Frank E. Muller-Kargera,
a Department of Marine Science, University of South Florida
corresponding address;To, C. Hu, University of South Florida, Department of Marine Science, 140 Seventh Ave. South, St. Petersburg, FL337701, USA
3. Summary.
- 이 논문은 해양 원격탐사의 시초라고 할 수 있는 Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor (Sea-WiFS)위성을 이용한 연구에서, Sea-WiFS가 탁도가 심하지 않는 해역(Case-Ⅰ)과 탁도가 심한 해역(Case-Ⅱ)을 비교 관측할때, case-1에 비해서 case-2에서 빈번하게 일어나는 반사도 값이 마이너스가 나타나는 현상을 보완하기 위해 제안된 변형된 연구방법(nearest neighbor mothod)을 제안하는 논문이다. 위성을 이용한 원격탐사에서 반사도 값이 0 혹은 마이너스 값이 나온다는 의미는 관측에 실패하거나 대기보정 혹은 구름에 의한 정확한 반사도 값 추출에 실패했다고 할 수 있다. 이러한 원인들은 대개 적외선에 가까운 765nm와 865nm의 밴드에서 대기보정에 간섭되는 영향으로 볼 수 있다. 이 논문에서 제안하는 간단한 변형된 연구방법은 case-2(탁도 심한) 지역의 에어로졸에 이를 대신하여, case-1(탁도가 심하지 않은) 지역의 에어로졸 을 그대로 옮겨 온 후 반사도 값을 추출하는 것이다. 이 방법의 가정은 spatial resolution의 범위안에서 사실상 case-1이든 case-2든 대기내의 에어로졸의 타입은 별반 다르지 않다는 가정하에 시작된다. 그리고 탁도가 심하지 않은 곳의 에어로졸을 가져 온 후 이에 대한 중적외선 밴드(765nm와 865nm)의 반사도 값을 다시 얻어 연구에 이용하였다.
4. Result
본 연구는, 멕시코 걸프만에서 탁도가 심한 지역을 대상으로 연구가 진행되었다. 위성이미지는 1997년 9월 3일자 이미지를 이용하였으며 다음과 같이 비교한 후 실측된 클로로필 값을 가지고 대조하였다.
그림1에서 (a)는 NASA의 표준 위성 전처리 프로그램인 SeaDAS를 이용했을 때 대기보정에 실패한 이미지이고 (b)는 (a)에서 검게 나온 대기보정의 실패한 부분을 원래 연안으로 보완하기 위해 연안지역의 대기보정을 실시한 결과이다.
그림2에서도 역시 (c)는 SeaDAS를 이용하여 전처리 했을 때 탁도에 의해서 연안쪽 보정에 실패한 이미지이며, (d)는 연안지역의 대기보정을 통해서 인위적으로 복원 한 것이다.
이러한 a~d 까지의 일련의 과정은 탁도가 심한 지역에 탁도가 심하지 않은 지역의 에어로졸을 가져와 대기 보정을 인위적으로 가한 것이며, 이렇게 복원한 탁도가 심한 지역의 반사도
값을 가지고 다시 클로로필을 계산하였다.
이렇게 case-2 지역에 case-1의 에어로졸을 가져와 다시 반사도를 구한 값으로 클로로필을 계산하고, 보정 전후와 실측된 클로로필값을 비교하였다.
그림3은 empirical equation에 관한 내용이다. 클로로필 계산은 OC2S알고리즘을 이용하였으며, 두 개의 밴드를 사용하며 이 식은 (O'Reilly et al., 1998)에 의해 사용되었다.
그림4는 결과를 보여주는 그래프이다. 현장에서 실측된 자료를 바탕으로 클로로필 농도의 추이를 나타낸 그래프에서 case-2지역에 nearest neighbor method를 이용하여 보정 한 다음의 반사도를 통해 이용한 클로로필의 농도가 실측값에 훨씬 가깝게 접근하는 것을 확인할 수 있다.
엄밀히 말해서, water-leaving radiance는 물에서 되돌아오는 반사를 말하며, 대기를 통과하기 전에 엄밀한 값을 이야기하는 terminology다. 원격탐사에서는 대개 이 water-leaving radiance를 nLw로 표현하며, 이 값을 가지고 대기보정의 영향을 진단해 볼 수 있다.
그림 5는 nLw 값을 이용해서 기존의 선행된 연구결과들과 비교해서 이번 method가 실측값과 얼마나 유사한지를 비교검증 한 결과이다. 실측 클로로필이 0.910 인ㄷ 비해 Hu(저자) 의 방법은 1.060으로 기존의 다른 연구 방법이나 NASA에서 제공하는 sea-DAS보다 정확한 것으로 나타났다.
5. Originality and Creativity
이 논문은 발표된 이래로, CASE-2 지역의 클로로필 농도를 산출하고 싶을때, 빈번하게 방법론을 제시해주는 논문으로 평가받고 있다. 해색탑재체들 역시 open ocean에서는 좋은 반사도 값을 제공하지만, 탁도가 심한 연안에서는 그렇지 못한 연구결과가 많이 있다. 결국, 영암호나 새만금을 연구하려는 나에게 위성에 존재하는 강한 육지 signal과 탁도는 방해요소가 될 것으로 예상된다. 이 논문은 나의 연구에 있어서도 대개 유용한 방법이 될 것이며, spatial resolution을 고려한 nearest neighbor method을 많이 적용할 수 있을 것 같다.
Reviewer : 박지환 (jhjeeh@gist.ac.kr)