Preliminary Study on Spring Season Daytime Sea Fog Detection Method Using MODIS in the Yellow Sea

Abstract

해무는 봄철과 여름철에 매우 빈번히 발생하고, 이는 낮은 시정으로 해양 사고를 유발하여 해양 안전을 위협하는 위험한 요소라 할 수 있다. 최근 해양 활동이 더욱 활성화되면서 해양 안전이 더욱 요구되므로 해무 탐지 결과는 제공되어야 할 필요성이 있다. 이때 지구 상공 위에서 관측되는 위성 데이터를 사용하면 해무의 시·공간적 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.

위성 데이터 중 NASA에서 지구 관측 목적으로 발사된 Terra 위성과 Aqua 위성에 탑재되어있는 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS 데이터를 사용하여 주간에 발생된 해무는 False color 로 합성한 칼라합성영상(color composite image)을 사용하여 수동으로 해무를 탐지될 수 있다. 매번 수동으로 탐지하게되면 정확도는 높지만 천리안 해양관측위성탑재체 (Geostationary Ocean Color Imager, GOCI) 로 관측된 영상이나 천리안 기상관측탑재체 (Meteorological Imager)의 fog product와 같은 참고 자료 또한 함께 동반되어야 하는 불편함이 있고 개인마다 탐지결과가 달라질 수도 있는 객관적인 탐지가 아닐 수도 있다는 단점이 있다. 알고리즘으로 탐지된 해무는 이와 같은 문제를 해소할 수 있다.

본 연구에서 발표한 알고리즘은 기존의 MODIS 해무탐지 알고리즘에서 활용한 Terra/MODIS 뿐만 아니라 Aqua/MODIS 에도 적용할 수 있는 알고리즘으로 우리나라 해역과 봄철에 발생하는 해무 탐지의 정확도를 개선하기 위해 해무나 다른 구름들의 물리적 특성에 따라 각 채널에 얻어지는 분광 특성을 활용하여, Normalized Difference Snow Index(NDSI), 표준편차 테스트(Standard deviation, STD test), 운정 밝기온도와 해수면온도의 차로 얻어진 Temperature difference index(TDI), Normalized near-infrared water vapor index(NWVI) 와 같은 여러 인덱스에 황해와 봄철에 맞는 임계값을 순차적으로 적용하여 탐지할 수 있어 이전의 연구보다 더 높은 정확도로 주간해무가 가능하다.

우리나라 인근해역에서 황해 봄철에 많은 해무가 발생하였고, 이에 봄철 황해에 발생한 아홉가지의 해무 케이스를 training data로 사용하면서 각 인덱스의 임계값을 수동 탐지 결과와 알고리즘 탐지 결과를 Hanssen-Kuiper Skill Score(KSS)를 사용하여 결정하였다. 기 개발된 알고리즘에 비하여 본 알고리즘은 Terra 와 Aqua 자료 모두 사용가능하며, 황해와 봄철에 발생하는 해무에 최적화되어있는 임계값을 제시한다. 또한 1 km의 높은 해상도 SST 자료를 사용하면서 탐지 정확성을 더욱 정밀하게 높일 수 있다. 검증 데이터를 개선된 알고리즘에 적용했을 때 해무탐지 결과는 0.72 KSS 값을 나타내며 이는 기 개발된 알고리즘을 사용한 결과보다 더 높은 해무 탐지 가능성을 보여준다.