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보고서 상세정보

전지구 자연자원 변동 감시체계 구축
Global monitoring system development of natural resources

  • 과제명

    전지구 자연자원 변동 감시체계 구축

  • 주관연구기관

    서울대학교
    Seoul National University

  • 보고서유형

    1단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2010-06

  • 과제시작년도

    2009

  • 주관부처

    기상청

  • 사업 관리 기관

    기상청
    Korea Meteorological Administration

  • 등록번호

    TRKO201000011832

  • 과제고유번호

    1365000799

  • 키워드

    MODIS 위성영상,물/탄소 순환,토지피복,식생,원격탐사,작황감시,산림식생분포모형,최적생육범위,기후변화,온량지수,최저온도지수,지표면모델MODIS satellite imagery,water/carbon cycles,land cover,vegetation,remote sensing,crop yield monitoring,forest vegetation distribution model,optimal growth range,climate change,warmth index,minimum temperature of the coldest month index,LSM,WRF,LIS

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    1. Title : Global Monitoring System Development of Natural Resources
    2. Period of Research : From April 22, 2009 to April 21, ...

    1. Title : Global Monitoring System Development of Natural Resources
    2. Period of Research : From April 22, 2009 to April 21, 2010
    3. Objectives of the Research
    This project was planned as 3-year project for developing the global monitoring system of natural resources such as agricultural and forest vegetation. The objectives of the research in the first year are summarized as follows;
    - To develop extraction algorithms of land biophysical variables from MODIS imageries and to improve monitoring techniques of vegetation resources.
    - To set up the land cover classification scheme with optical satellite images.
    - To collect production statistics of major food crops for the major export/import countries, world soil database, etc..
    - To collect and analysis the crop simulation models(CSM) for major food crops and the resional crop monitoring system and design the crop monitoring system coupling remote sensing data with CSM
    - To predict the changes in vegetation distribution in Korea using the Warmth Index (WI) and the mean minimum temperature index of the coldest month (MTCI).
    - To develop the assimilation methods of satellite data with LSM (land surface model) to produce improved meteorological informations
    3. Outcomes
    Comprehensive data bases of MODIS atmosphere and land biophysical parameters were constructed at a global or regional scale for the period, 2002-2008. The techniques based on ENVI+IDL that allow us to read and visualize the satellite imagery were developed. Visualization methods as well as improved algorithms that can optimally estimate evapotranspiration in East Asia based on MODIS imagery and meteorological data were developed. The quality of MODIS input data that are used in the estimation of GPP and NPP was improved using a temporal filling technique that attenuates the contamination of stationary cloud bands in the imagery, Improved GPP and NPP maps for East Asia can also be visualized based on the devised methods.
    Global land cover maps play a key role in different global modeling researches on environment, agriculture, climate change and so on. However, Korea has no choice but to depend on foreign-made data with low spatial resolution and ambiguous land cover classification, which are not desirable to do advance its own technology both scientifically and strategically. Therefore, self-established global land cover mapping system is required, and this study first examined and set up the land cover classification scheme with optical satellite images. Four satellite sensor data, WorldView-1, KOMPSAT2, SPOT5, and Landsat5 TM, were utilized for mapping land cover around Shenyang city, China. Ground truth data were gathered using field reconnaissance and interview, and the land cover map with seven classes, residents, paddy, upland, forest, grassland, wetland, bare soil, and water was generated by a combination of supervised and unsupervised classification. In terms of classification accuracy and spatial resolution, the result could be a recommendable model compared with the existing datasets such as GlobCover, FAO LUS maps, GLCNMO, etc. The key assignments remaining are how quality satellite images can be achieved and how reliable ground truth data can be surveyed.
    Accurate crop growth and yield monitoring is very important for appropriate within-season crop management and food security. Crop growth model can be used as a powerful tool for monitoring the status of crop growth and yield over a small and/or homogeneous area that enough information on parameters and initial conditions related to soil, crop and crop management is available for model inputs. However, the lack of sufficient spatial information about model inputs makes it difficult to apply crop models to monitoring crop growth and yield over spatially variable large area. This problem may be overcome by using remote sensing data for recalibrating the models; determines the values of spatially variable and unknown parameters or input variables such as the characteristics of crop establishment, soil, etc. An algorithm to initialize crop model with RS data (e.g. LAI) was developed and tested with the observed field data of rice. The algorithm was satisfactory in setting the unknown initial conditions (e.g. starting date of
    simulation, initial leaf age, biomass, etc.) for simulation, In addition, collected were the chinese provincial major food crops production statistics for the period of 1996 to 2009, global soil database HGSM (harmonized global soil database) with spatial resolution of 30 acr-second, and crop simulation models(CSMs) for rice, maize, soybean, millet, and sorghum.
    To simulate the vegetation distribution due to climate change, the climatic data for the past 30 years (1971-2000) were prepared by the Korea Meteorological Administration, and the Fifth-Generation NCAR / Penn State Mesoscale Model (MM5) was used to provide future climatic data under the A1B scenario from the Special Report on Emission Scenario (SRES) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). The optimal habitat ranges of tree species were delimited by the thermal gradient indices - WI and MTCI. To categorize the Thermal Analogy Groups (TAGs) of tree species, the WI and MTCI were orthogonally plotted on a two-dimensional grid map. The TAGs were then designated by the analogue composition of tree species belonging to the optimal WI and MTCI ranges. As a result of the clustering process, 22 of TAGs were generated to explain the forest vegetation distribution in Korea. In addition, the distribution of TAGs will likely change by shrinking of the TAGs related to Pinus densiflora and P. koraiensis, and by expanding of the other TAGs, mainly occupied by evergreen broad-leaved trees, such as Camellia japonica, Cyclobalanopsis glauca, and Schima superbo.
    The newest mesoscale meteorological modeling result showed that considering surface condition has suitable effect to meteorological simulation of several atmospheric phenomenons. The Land-use model is using in mesoscale meteorological model to include the relations between surface and atmosphere. Therefore the exact surface-atmosphere interactions are claimed to be well understood. In this research satellite data were used to produce improved meteorological informations as topography and land-use with high resolution. This data were used as input data for LSM modelling system. By running LSM model and meteorological model we created optimal climate data as a supply for other research and this was the main goal of this study. The high resolution topography and land-use data were used as the input for WRF model and MODIS satellite data were used for LSM. Satellite and GLDAS data in WRF-LSM improved the model accuracy. 300 m grid was used to evaluate the meteorological model in complex terrain mountainous area. We compared model results with observational data, improved model inputs, used in LSM and estimated an accuracy of the meteorological model. Meteorological model was improved according to high resolution of topography and grid distance LSM input data and Land-use data had effect on the wind field change. Additionally, the model result of complex terrain in coastal area showed that the accuracy increased. The system established in this research will be effectively used in Kangwondo province for complex terrain like a mountain areas, valleys and basins.


    본 연구는 10년 계획 중 제1단계(3년) "기후변화에 따른 주요 식생지대 자원 변동 감시 체계 구축"으로 제1년차의 분야별 연구개발 내용 및 범위는 다음과 같이 요약할 수 있다.
    1) 지표 생물리 변수 및 ...

    본 연구는 10년 계획 중 제1단계(3년) "기후변화에 따른 주요 식생지대 자원 변동 감시 체계 구축"으로 제1년차의 분야별 연구개발 내용 및 범위는 다음과 같이 요약할 수 있다.
    1) 지표 생물리 변수 및 식생자원 변동 감시
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 내용
    - MODIS 기반의 육상 생물리 변수 및 생산성 감시를 위한 입력자료 구축
    - 생산성 알고리즘 및 자료처리기법 개발
    - 원격탐사 지도제작 시연
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 범위
    - DB 구축
    - 알고리즘 적용 및 평가
    - 원격탐사 지도제작 시연
    - 1년차에서는 광학 위성영상만 이용하여 연구지역의 토지피복을 분류하고 지도를 작성한다. 우선 피복분류의 수준을 정의하고, 가용한 위성센서를 고르며, 연구지역의 현지조사와 관련 자료 수집을 수행한 후 피복분류 과정과 개선과제 등을 검토하여 최종에 연구지역의 토지피복지도를 출력한다.
    2) 주요식량작물 작황감시체계 구축
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 내용
    - 주요 작물 생산 국가 및 지역의 과거 작황 자료 수집
    - 주요 작물 생산 국가의 토양 및 기상자료 수집
    - 국내의 작물 및 작황진단 모형 분석 및 모형 설계
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 범위
    - 모델 구동 및 검증을 위한 관련 D/B 구축
    - 모형 분석 및 설계
    3) 위성기반 육상 생물권 단위의 탄소순환변동 감시
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 내용
    - 기존 국내외 모형 분석
    - 모형 설계
    - 예비자료구축 및 예비모형구축
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 범위
    - 모형설계 및 시안구축
    4) 지표특성자료의 LSM활용 체계 구축
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 내용
    - 기상모델인 WRF의 입력자료로 사용될 지형 및 토지이용도의 해상도 개선
    - 지면모델인 LSM 실행을 위한 입력자료의 MODIS 위성자료에서 생성
    - WRF-LSM에 위성 및 GLDAS 자료를 활용하여 모델의 정확도 향상
    <TEX>$\circ$</TEX> 연구 개발 범위
    - 복잡하고 좁은 산악지역을 대상으로 거리에 따른 기상모델의 모사능력을 평가하기 위하여 약 300m 격자의 기상모델을 실행
    - 기상모델 결과를 측정지점의 관측값과의 비교를 통하여 대상지역의 기상모사 능력을 시 공간적으로 분석하고, 입력자료 개선과 지면모델 사용에 따른 기상 모델의 정확도 평가


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 보고서 요약서 ... 3
    4. 요약문 ... 4
    5. SUMMARY ... 9
    6. CONTENTS ... 12
    7. 목차 ... 13
    8. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 14
    9. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 19...
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 보고서 요약서 ... 3
    4. 요약문 ... 4
    5. SUMMARY ... 9
    6. CONTENTS ... 12
    7. 목차 ... 13
    8. 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 14
    9. 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 19
    10. 제 1 절 지표 생물리 변수 및 식생자원 변동 감시 ... 19
    11. 제 2 절 주요식량작물 작황감시체계 구축 ... 20
    12. 제 3 절 위성기반 육상 생물권 단위의 탄소순환변동 감시 ... 22
    13. 제 4 절 지표특성자료의 LSM활용 체계 구축 ... 29
    14. 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 30
    15. 제 1 절 지표 생물리 변수 및 식생자원 변동 감시 ... 30
    16. 제 2 절 주요식량작물 작황감시체계 구축 ... 76
    17. 제 3 절 위성기반 육상 생물권 단위의 탄소순환변동 감시 ... 88
    18. 제 4 절 지표특성자료의 LSM활용 체계 구축 ... 106
    19. 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 158
    20. 제 1 절 지표 생물리 변수 및 식생자원 변동 감시 ... 158
    21. 제 2 절 주요식량작물 작황감시체계 구축 ... 159
    22. 제 3 절 위성기반 육상 생물권 단위의 탄소순환변동 감시 ... 160
    23. 제 4 절 지표특성자료의 LSM활용 체계 구축 ... 160
    24. 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 161
    25. 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 165
    26. 제 7 장 참고문헌 ... 169
    27. 부록 ... 176
    28. 끝페이지 ... 324
  • 참고문헌

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