왜 표준해색알고리듬이 남극해 적용에 부적합한가?

Abstract

SeaWiFS 해색 표준 알고리듬 (OC4v.4)은 극지방을 제외한 Case I 해수인 전 지구 해양의 919개 정점에서 얻어진 관계식을 사용하며, 청색대 (443, 490, 510 nm) 파장과 녹색대 (555 nm) 파장의 반사도 (Rrs; remote sensing reflectance)의 비를 이용해 해수중의 엽록소 농도를 추정한다. 하지만, 여러 연구결과를 종합해 보면, 이러한 global 알고리듬을 남극해에 그대로 적용할 경우 상당한 양의 과소추정이 발생하고 있음을 알 수 있다 (Moore et al., 1999; Korb et al., 1999; Holm-Hansen et al., 2004).과소추정 결과는 한국해양연구원 하계 극지연구 프로그램에 의해 수행된 3년간의 조사 결과에서도 확인할 수 있었는데, 실측치와 일치하는 시점의 SeaWiFS 엽록소 자료 (median of 3×3 pixels)를 추출해 실측치와 비교한 결과 과소추정을 확인할 수 있었다 (SeaWiFS CHL = 0.7197 × in-situ CHL; n=72, r2=0.39). 또한, 수중광학기기에 의해 얻어진 자료를 이용한 retrieved Chl-a는, 실측 엽록소 농도와 비교해, 엽록소 농도가 0.5 mg m-3 이상으로 높은 해역에서 최대 상대오차 75% 수준의 매우 큰 과소추정치를 나타냈다.과소추정이 일어난다는 것은 해수의 반사도 비 (Rrs ratio; R=max(Rrs 443, 490, 510)/Rrs 555)가 SeaWiFS 표준알고리듬으로 예측되는 값보다 높다는 말이며, 반사도는 역방산란 (bb; backscattering)에 비례하고 흡광 (a; absorption)에 반비례하므로, 남극해 엽록소 농도의 과소추정은 1) 남극해역에서 흡광도의 녹색대/청색대의 비가 높아지는 경우나, 2) 남극해에서 역방산란의 청색대/녹색대의 비가 높아지는 두 가지 경우를 들 수 있다.첫 번째 경우, 흡광도의 녹색대/청색대의 비가 높아지려면 청색대의 흡광이 상대적으로 낮을 경우를 생각할 수 있다. 이러한 요인으로 우선 생각할 수 있는 것 중 하나는 패키지 효과로서, 남극해역은 일반적으로 만성적인 낮은 광량에 의해 식물플랑크톤의 세포 크기가 커져 발생하는 패키지효과가 발생하여 단위 엽록소 당 흡광이 낮아질 수 있다 (Morel and Bricaud, 1981; Mitchell and Holm-Hansen, 1991; Mitchell, 1992; Arrigo et al., 1998; Dierrsen and Smith, 2000). 남극해의 경우 용존유기물나 부유물질에 의한 흡광이 매우 낮으므로 (this study; Kirk, 1994), 이 부분은 무시할 수 있는데, 흡광은 주로 해수중의 단위엽록소 당 입자의 흡광