위성기반 북극해 유빙 탐지 기술 개발 연구

Abstract

북극해는 기후변화에도 비교적 안정적인 환경을 유지하던 지역해 중의 하나였지만, 최근 북극해 온난화로 인하여 빙권의 변화가 급속도로 빨라지고 있다. 특히 1970년 이후 북극해에서 해빙 농도는 점점 감소하고 얇아지고 있다. 본 연구는 북극해에서 빙권의 변화를 이해하기 위해 유빙 유동 자료를 이용하여 장기적인 변화를 이해하고, 위성관측 자료를 이용하여 북극해에서 해빙의 이동장을 고해상도로 구축하기 위한 연구를 수행했다. 유빙의 유동자료는 International Arctic BuoyProgram(IABP)에서 제공하는 유빙에 설치된 부이의 시간별 위치 및 시간 자료를 이용했다. 자료는 1980년부터 2019년까지 일별 자료를 월 평균 합성자료로 계산하여 사용했다. 북극해에서 유빙 유동과 연관된 요인으로 제시된 해빙 농도, 기온, 해면기압, 풍속 등은 EuropeanCentre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)에서 제공하는 일별 재분석 자료를,그리고 표층수온은 Optimum Interpolation Sea Surface Temperature(OISST)의 일별 자료를 이용하여 동일하게 월 평균 합성자료로 계산하여 분석했다. 그리고 이런 변화와 연관된 물리적인 요인에 대해서 분석했다. 위성자료는 Sentinel-1 SAR 자료를 사용하여 다양한 조건을 고려하여 지역별/계절별 자료를 선별하였다. 위성자료 중에서 유빙 부분 자료를 추출하기 위해서 Sentinel-1 자료 중 VV 자료를 이용했다. 북극해에서 유빙 이동 속도의 변화는 전반 20년보다 후반 20년에서 급격히 증가되는 경향을 나타냈다. 특히 북극해에서 유빙 이동 속도의 극값 변화는 하계에 발생하고 있으면, 전체 변화를 이끌고 있다. 이런 유빙 이동 속도의 극값 변동은 최근 10년 동안에 강하게 나타났다. 유빙 이동 속도의 공간적 변화는 대부분의 해역에서 증가하는 경향을 나타내고 있으며, 상대적으로 증가된 해역은 캐나다 연안의 뷰포트 해역으로 최근 10년 동안 증가되었다. 유빙 이동 속도의 변화는 해빙 농도와 높은 관계를 나타내고, 해빙 농도가 감소된 해역에서 상대적으로 유빙 이동 속도는 증가되어 나타났다. 그리고 본 연구에서 정밀한 유빙 탐지 기술을 개발하기 위해 Maximum Cross-Correlation(MCC)와 Robust Optical Flow(ROF) 방법을 이용하여 고해상도 기반 유빙 탐지 기술을 개발하였다. 개선된 MCC 방법과 ROF 방법에서 추출된 결과와 IABP 현장관측 자료와 비교하여 속도 차이는 평균 0.0318 cm/s와 0.0971 cm/s이고, NSIDC의 해빙 운동과 비교했을 때, 두 방법의 차이는 각각 0.8235 cm/s와 0.9505 cm/s로 개선된 MCC 방법이 현장관측 자료와 상대적으로 높은 상관관계를 나타냈다. 이 자료를 활용하여 실제 유빙의 이동속도와 비교하여 북극해에 최적화될 수 있는 유빙 이동속도 계산 방법을 개발하고 북극해 전역에 대한 이동장을 구축할 계획이다.