인공위성 Sentinel-2 자료를 활용한 경기만 탁도의 시공간 변화

Abstract

해수의 탁도는 수중의 부유 물질이나 생물에 의해 혼탁해지는 정도를 나타낸 것으로 한반도의 서해안은 얕은 수심, 조류, 하천 유래 부유 퇴적물의 영향으로 광학적으로 강한 시공간 변동성을 가지고 있다. 따라서 인공위성 자료를 활용하여 탁도 산출 알고리 즘을 개발하고, 탁도의 시공간 변동성을 분석하여 해수의 광학적 특성 및 연안 해역 환경을 이해하고자 하였다. 연구 해역은 경기 만으로 위성-현장 관측치 사이의 일치점 데이터베이스를 생산하였 고 연구 해역에 적합한 알고리즘 식을 산출하였다. 탁도의 시간 변동성을 파악하고자 실측 자료의 조화 분해와 고속 푸리에 변환, 웨이블릿 변환을 수행하였고, 탁도 변동 요인에 대하여 다중 회귀 분석을 수행하였다. 개발된 탁도 산출식은 녹색 밴드(560nm)의 원 격 반사도를 이용하였으며 0.08 NTU의 상대적으로 작은 평균 제 곱근 오차를 보였다. 탁도 산출식을 기반으로 경기만 탁도 분포를 분석한 결과 강한 시공간 변동을 확인할 수 있었다. 탁도 실측 자 료의 시간 변동성 분석 결과 천문조인 M2, S2, K1, O1과 천해조인 M4, MS4에 해당하는 주기가 우세하였다. 탁도 변동 요인으로는 평 상시 조석의 영향이 가장 지배적이었지만 태풍이나 폭우가 내릴 때는 풍속과 강수량의 영향이 증가하였다. 이 연구는 연안 해역의 탁도 변동을 이해하고 광범위한 해역의 탁도를 모니터링하는 데 유용할 것으로 기대된다. 주요어 : Sentinel-2, 탁도 산출, 부유물질, 탁도 변동성, 경기만 학 번 : 2022-21600

Turbidity quantitatively represents the degree of water transparency caused by suspended materials or organisms. The western coast of the Korean Peninsula, characterized by shallow waters, tidal currents, and river-derived suspended sediments, exhibits strong optical spatiotemporal variability. This study aimed to develop a turbidity estimation algorithm using satellite data and analyze the spatiotemporal variability of turbidity to understand the optical properties of seawater and the coastal marine environment. The research area was Gyeonggi Bay, where a database of coincident satellite and field observation data was produced. Optimal turbidity estimation wavelengths were selected, and an algorithm suitable for the study area was developed. Harmonic decomposition of actual data, fast Fourier transform, and wavelet transform were performed to understand the temporal variability of turbidity, and multiple regression analysis was conducted on the factors influencing turbidity variability. The developed turbidity estimation formula used the green band (560 nm) remote reflectance and showed a relatively small root mean square error of 0.08 NTU. Based on this formula, spatiotemporal variations in the turbidity distribution in Gyeonggi Bay were analyzed. Analysis of the temporal variability of actual turbidity data showed that periods corresponding to astronomical tides M2, S2, K1, O1, and shallow water tides M4, MS4 were dominant. Tidal influences were the most dominant factor in turbidity variability, but the effects of wind speed and rainfall increased during typhoons or heavy rain. This study is expected to be useful for understanding turbidity variability in coastal waters and remotely monitoring turbidity over broad coastal areas.