[표지]
기후변화 대비 수자원 적응 기술 보고서
발간사 / 배덕효
위성기반 글로벌 강수와 토양수분 정보 소개 및 처리 안내서(Introduction and processing guidance on satellite-based global precipitation and soil moisture information)
목차
제1장 서론 15
제2장 위성 강수 및 토양수분 국내외 기술개발 현황 19
2.1. 위성 활용 강수 기술개발 현황 20
2.1.1. 국내 위성 활용 강수 기술개발 현황 20
2.1.2. 국외 위성 활용 강수 기술개발 현황 20
2.2. 위성 활용 토양수분 기술개발 현황 21
2.2.1. 국내 위성 활용 토양수분 기술개발 현황 21
2.2.2. 국외 위성 활용 토양수분 기술개발 현황 21
제3장 위성 강수 및 토양수분 측정 원리 23
3.1. 위성 활용 강수 기술 24
3.1.1. 마이크로파 위성을 이용한 강수산출 기술 24
3.2. 위성 활용 토양수분 기술 36
3.2.1. 마이크로파 위성을 이용한 토양수분 산출기술 36
3.2.2. 적외위성을 이용한 토양수분 산출기술 42
제4장 위성 강수 및 토양수분 자료 45
4.1. 위성기반 강수자료 46
4.1.1. IMERG 46
4.1.2. GSMaP 52
4.1.3. TMPA 55
4.1.4. AMSR-2 58
4.2. 위성기반 토양수분자료 61
4.2.1. SMOS 61
4.2.2. SMAP 64
4.2.3. AMSR-2 69
제5장 위성 강수 및 토양수분 자료의 정확도 73
5.1. 위성기반 강수자료의 정확도 74
5.1.1. IMERG 자료의 정확도 74
5.1.2. GSMaP 자료의 정확도 75
5.1.3. TMPA 자료의 정확도 75
5.1.4. IMERG 정확도 분석 연구 - 남한 지역 76
5.1.5. IMERG 정확도 분석 연구 - 동남아시아 지역 81
5.2. 위성기반 토양수분자료의 정확도 86
5.2.1. SMOS 자료의 정확도 86
5.2.2. SMAP 자료의 정확도 86
제6장 GWB 시스템 - 위성 강수 및 토양수분 정보 D/B 89
6.1. 위성기반 강수 및 토양수분 정보 D/B 구축 90
6.2. 위성기반 강수자료 D/B 91
6.3. 위성기반 토양수분자료 D/B 92
참고문헌 95
부록 101
A. 위성강수자료 (IMERG), 위성 토양수분자료(SMAP) 자료 취득 상세 설명 102
B. 소스코드 예시 107
판권기 113
[뒷표지] 114
표 3.1. IWP와 De 를 계산하기 위한 식 (3.9)와 (3.10)에서 사용된 a, b 상수 값(Ferraro et al, 2005)[이미지참조] 30
표 4.1. IMERG 요약 47
표 4.2. IMERG 합성에 사용된 정지궤도 위성 적외파장 자료 48
표 4.3. IMERG 합성에 사용된 Microwave 위성자료 및 합성자료 48
표 4.4. GSMaP 요약 52
표 4.5. SGMap 합성에 사용된 정지궤도 위성 자료 목록 53
표 4.6. GSMap 합성에 사용된 저궤도 위성 목록 53
표 4.7. TMPA 요약 56
표 4.8. AMSR-2 요약 59
표 4.9. MIRAS 장비 특성 62
표 4.10. SMOS 요약 62
표 4.11. SMAP 요약 66
표 5.1. AWS와 IMERG 위성의 2016년 월별 강수패턴(왼쪽 위:1월, 오른쪽 위:2월, 총 12월) 78
표 5.2. IMERG와 AWS 자료의 2016년 월별 통계 자료(Correlation, (Mean)Bias, 오차 RMSE) 80
표 5.3. GTS의 주요 정보 81
표 5.4. GTS 자료와 IMERG 자료의 공간해상도와 자료의 형식 및 단위 비교 81
표 5.5. IMERG와 GTS 자료의 2016년 월별 통계 자료(Correlation, (Mean)Bias, 오차 RMSE) 84
표 6.1. GWB 시스템 D/B 위, 경도 정보 90
표 6.2. 기존 위성 자료와 추가된 위성 자료의 자료 특성 90
그림 1.1. 인공위성 기반 강수와 토양수분의 예 16
그림 3.1. AMSR-2 강수 산출 알고리즘 흐름도 25
그림 3.2. SSM/I ALG85의 decision tree 방법 27
그림 3.3. GPROF 2010 알고리즘 흐름도 33
그림 3.4. 35°-40°N와 170°175°W 지역의 SSM/I 19v, 22v, 37v, 2T19v -T22v(선형조합) 밝기온도 히스토그램[이미지참조] 34
그림 3.5. SSM/I probability distribution function(PDF) 알고리즘 흐름도 35
그림 3.6. 지표에 대한 수동형 마이크로파 방출 모델의 도식도 37
그림 3.7. 토양 수분 측정 알고리즘의 구성도(굵은 글씨는 제공된 자료) 38
그림 3.8. SMOS 미션의 토양 수분 산출 알고리즘의 흐름도 39
그림 3.9. SMOS 센서의 TOA(대기꼭 대기)의 밝기온도 기여도 40
그림 3.10. LST와 NDVI를 이용한 TDVI 개념 도식 42
그림 3.11. 모델 토양수분량과 TDVI와의 상관관계 43
그림 4.1. IMERG 강수자료 산출에 사용되는 위성들과 연구참여 국가 46
그림 4.2. IMERG 내의 주된 처리과정과 데이터 흐름을 반영한 다이아그램 47
그림 4.3. IMGERG 강수자료의 예(2015년 8월 강수량) 49
그림 4.4. GSMaP 산출 예. 2015년 8월 1일 standard 평균 일 강우강도 52
그림 4.5. GSMaP 자료 획득을 위한 사용자 등록화면의 예시. 55
그림 4.6. TMPA 강수 산출 알고리즘 흐름도, 왼쪽은 입력자료, 가운데 부분은 처리과정, 오른쪽 부분은 결과물 57
그림 4.7. AMSR-2 산출물 예. 2017년 월 누적 자료 60
그림 4.8. AMSR-2 자료 획득을 위한 사용자 등록 화면의 예시 61
그림 4.9. SMOS 토양수분 산출물의 예(2015년 2월의 전구 토양수분 L3 재분석) 63
그림 4.10. SMOS 자료 획득을 위한 사용자 등록 화면의 예시 64
그림 4.11. SMOS 레벨 3 자료를 제공하는 홈페이지(SIPAD) 첫 페이지 64
그림 4.12. SMAP 토양수분 산출 알고리즘 흐름도 66
그림 4.13. SMAP의 토양수분 산출물별 특징(SMAP handbook) 67
그림 4.14. SMAP 토양수분 산출물의 예(2015년 7월 1일(passive) 전구 토양수분 자료) 68
그림 4.15. EarthData 사용자 등록 페이지 68
그림 4.16. AMSR-2 토양수분 알고리즘의 흐름도 69
그림 4.17. AMSR-2 토양수분 산출 예. 위쪽 그림은 Ascending, 아래 그림은 Descending 자료(2015년 07월, monthly) 70
그림 5.1. 2014년 4~12월 중국의 관측자료 IMERG, TRMM 3B42V7자료 강수량 74
그림 5.2. 관측값과 IMERG 값 비교 74
그림 5.3. GSMaP 정확도의 예. 2000~ 2010년 태국 사례 75
그림 5.4. TMPA의 지상자료와 비교연구(Chen et al., 2013) 76
그림 5.5. 지상관측자료(AWS)의 강수 관측 지점(제주도 및 섬을 제외한 총 391 지점 자료) 77
그림 5.6. AWS-IMERG 강수자료에 대한 산포도(2016년) 78
그림 5.7. IMERG와 AWS의 2016년 월별 평균 누적 강수량 80
그림 5.8. 2016년 8월 GPCC GTS 월별 누적 강수량(Monthly) 자료 82
그림 5.9. 2016년 8월 IMERG 월별 누적 강수량(Monthly) 자료 82
그림 5.10. GTS-IMERG 강수 자료에 대한 산포도(2016년) 83
그림 5.11. IMERG와 GTS의 2016년 월별 평균 누적 강수량 84
그림 5.12. 2016년 1월의 지역별 상대편차 85
그림 5.13. 2016년 7월의 지역별 상대편차 85
그림 5.14. SMOS 토양수분 산출물과 지상관측 자료의 비교(Dente et al. 2012) 86
그림 5.15. SMAP 토양수분 산출물과 지상관측 자료의 비교(Chan et al. 2016) 87
그림 6.1. GWB 시스템 D/B 영역(남아메리카, 아프리카, 동남아) 90
그림 6.2. 2017년 9월 29일 동남아시아지역의 a) 원본 IMERG 강수자료(0.1°X0.1°)와 b) GWB 강수 자료(0.5°X0.5°) 91
그림 6.3. GWB 시스템의 위성기반 강수량 구현 예시. a) 동남아시아, b) 아프리카 c) 남아메리카 지역의 2014년 3월 월강수량 92
그림 6.4. GWB 시스템 구현 예시. a) GWB 위성강수량, b) GWB 유역평균강수량(모델) 92
그림 6.5. 2015년 9월 14일 동남아시아지역의 a) 원본 SMAP토양수분 자료(0.373°X0.373°), b) GWB 토양수분 자료(0.5°X0.5°) 93
그림 6.6. GWB 시스템의 위성기반 토양수분양 구현 예시. a) 동남아시아, b) 아프리카 c) 남아메리카 지역의 2015년 4월 월평균 토양수분양 93
그림 6.7. GWB 시스템의 구현 예시. a) GWB 위성 토양수분 정보, b) GWB 유역평균유출고 94