제 4 차기상청기상위성사용자컨퍼런스 2018.10.22 ~23 서울더케이호텔 GK-2A 장면분석 / 표면정보 개발현황및향후계획
목차 1. 알고리즘개요 2. 알고리즘개발현황 부록. 알고리즘별산출흐름도 2
GK-2A 장면분석 / 표면정보 알고리즘개요 3
알고리즘개요 산출물현황 구름탐지 적설 지표면반사도 해류 해수면온도 기본산출물 해빙 식생지수 부가산출물 적설깊이 안개 지표면온도 식생율 지표면방출율 산불탐지 기본산출물 (6 종 ) + 부가산출물 (7 종 ) 총 13 종알고리즘개발 4
알고리즘개요 산출물및개발자현황 산출물분류산출물명개발책임자주연구원 구름탐지 (CLD) 국가기상위성센터, 한경수 ( 부경대학교 ) 이병일, 김희애 안개 (FOG) 서명석 ( 공주대학교 ) 한지혜 기본산출물 해수면온도 (SST) 박경애 ( 서울대학교 ) 우혜진 지표면온도 (LST) 서명석 ( 공주대학교 ) 최윤영 적설 (SC) 한경수 ( 부경대학교 ) 진동현 해빙 (SI) 한경수 ( 부경대학교 ) 진동현 산불탐지 (FF) 정형섭 ( 서울시립대학교 ) 박숭환 식생지수 (VI) 한경수 ( 부경대학교 ) 한현경 식생율 (FVC) 한경수 ( 부경대학교 ) 한현경 부가산출물 지표면방출율 (LSE) 서명석 ( 공주대학교 ) 최윤영 지표면반사도 (SAL) 한경수 ( 부경대학교 ) 이경상 적설깊이 (SD) 정형섭 ( 서울시립대학교 ) 박숭환 해류 (SSC) 박경애 ( 서울대학교 ) 김희영 5
알고리즘개요 알고리즘목표정확도 구분번호산출물산출범위산출영역목표정확도달성정확도 (4 차년도 ) 달성여부 1 구름탐지 (CLD) - 청천역 (Clear) - 청천역확률높음 (Probably clear) - 구름역확률높음 (Probably cloudy) - 구름역 (Cloudy) FD ELA LA POD : 0.87 FAR : 0.1 POD : 0.945 FAR : 0.12 개선중 2 안개 (FOG) 안개존재유무 ELA LA POD : 0.7 FAR : 0.6 POD : 0.75 FAR : 0.88 개선중 기본산출물 3 해수면온도 (SST) 270 ~ 313 K (-3~40K) FD RMSE : 0.7 K Bias : ± 0.2 K RMSE : 0.5778 K Bias : 0.0022 K 달성 4 지표면온도 (LST) 213 ~ 330 K FD RMSE : 2.5 K Bias : ± 1.5 K RMSE : 1.79674 K Bias : 0.58612 K 달성 5 적설 (SC) 적설존재유무 FD POD : 0.85 FAR : 0.25 POD : 0.947 FAR : 0.133 달성 6 해빙 (SI) 해빙존재유무 FD POD : 0.85 FAR : 0.25 POD : 0.96 FAR : 0.22 달성 FD : Full disk, GK-2A 관측영역 ELA: Extended Local Area, 동아시아영역 LA: Local Area, 한반도영역 6
알고리즘개요 알고리즘목표정확도 구분번호산출물산출범위산출영역목표정확도달성정확도 (4 차년도 ) 달성여부 7 산불탐지 (FF) 산불지점유무 (275~400 K for 3.9μm) FD POD : 0.8 FAR : 0.25 POD : 0.854 FAR : 0.02 달성 8 식생지수 (VI) 0 ~ 1 FD RMSE : 0.1 (VZA < 55º ) RMSE : 0.2 (VZA 55º ) RMSE : 0.03 (VZA < 55º ) RMSE : 0.063 K (VZA 55º ) 달성 9 식생율 (FVC) 0 ~ 1 FD RMSE : 0.1 (VZA < 55º ) RMSE : 0.2 (VZA 55º ) RMSE : 0.044 (VZA < 55º ) RMSE : 0.122 (VZA 55º ) 달성 부가산출물 10 지표면방출율 (LSE) 0 ~ 1 FD RMSE: 0.05 RMSE: 0.035 달성 11 지표면반사도 (SAL) 0 ~ 1 FD RMSE 0.05 RMSE : Black sky 0.0236 White sky 0.0248 달성 12 적설깊이 (SD) 0 ~ 27 cm FD RMSE: 9 cm RMSE: 6 cm 달성 13 해류 (SSC) speed 0-2.5m/s direction 0-360 FD speed RMSE: 0.5 m/s speed Bias: ± 0.3 m/s Direction RMSE: 50 speed RMSE: 0.47 m/s speed Bias: ± 0.13 m/s Direction RMSE: 42.9 달성 FD : Full disk, GK-2A 관측영역 ELA: Extended Local Area, 동아시아영역 LA: Local Area, 한반도영역 7
전체알고리즘소개 1 그룹산출흐름도구름탐지 (CLD) 산불탐지 (FF) 안개 (FOG) 해수면온도 (SST) 식생율 (FVC) 지표면방출율 (LSE) 지표면온도 (LST) 해류 (SSC) 적설 (SC) 적설깊이 (SD) 식생지수 (VI) 지표면반사도 (SAL) 해빙 (SI) Group 4 총오존량 (TOZ) 총가강수량 (TPW) 8 Group 3 에어로솔산출 (AOD) 기본산출물 부가산출물 타그룹산출물
개별알고리즘개발현황 9
구름탐지 Cloudmask [CLD] 기본산출물 10
산출물및알고리즘개요 (CLD) 산출물명 : 구름탐지 (Cloud Detection, CLD) 산출물정의 해당하는화소에구름의존재유무와구름이존재할확률 산출범위 : 청천역 (Clear), 구름역확률높음 (Probably Cloudy), 구름역 (Cloudy) 산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD), 동아시아영역 (ELA), 한반도영역 (LA) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 가시 / 근적외 / 적외채널을사용하는경계값 (Threshold) 기법사용채널 : L1B 11개채널자료 (ch.3,4,5,7,8,10,11,13,15,16) 보조자료 : Latitude, Longitude, Land/Sea Mask, Clear sky reflectance, Clear sky Brightness Temperature, Satellite Zenith Angle, Solar Zenith Angle, Scattering Angle 11
알고리즘개발현황 (CLD) 알고리즘개발현황 겨울철육상과대탐지해결연구진행중 GK-2A Cloudmask (201707240000 UTC) 시험결과 지표면온도변화에민감한채널차이검토 검증자료 MODIS Cloudmask (MOD35/MYD35) 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 POD 0.88 FAR 0.04 POD 0.94 FAR 0.12 POD 0.908 FAR 0.142 POD 0.87 FAR 0.1 Cloudy Probably Cloudy Clear 12
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (CLD) 알고리즘개발 ISSUE 탐지정확도향상을위한연구수행중 과대탐지개선 : 지표면방출율활용 호주 / 중국사막지역정확도개선 Sun-glint 영역확대 : 15 25 여명기탐지오류수정 버그수정, Namelist 변경 최적화 지표면방출율활용예시 Test14: 8.6-7.3 Sun-glint 영역확대결과 < 15 < 25 현업에서의가치 구름탐지알고리즘으로의역할 동아시아 / 오세아니아영역의 10 분단위의구름탐지 구름탐지이후모든위성산출물의정확도에영향 13
안개 Fog [FOG] 기본산출물 14
산출물및알고리즘개요 (FOG) 산출물명 : 안개 (FOG) 산출물정의 해당화소에서의안개가존재할확률 안개탐지의어려움과탐지결과의한계를고려하여안개확률 (0~100%) 로나타냄산출영역 : 동아시아영역 (ELA), 한반도영역 (LA) 시 / 공간해상도 시간해상도 : [ 주간 / 야간 ] 10 minutes 공간해상도 : [ 주간 ] 500 m(la), 2 km (LA), [ 야간 ] 2 km (ELA) 알고리즘개요 : ( 주간 ) 가시채널의반사도특성차를이용하는경계값 (Threshold) 기법 ( 야간 ) 방출율이방출율이상이한두채널 ( 단파적외, 적외채널 ) 간의 휘도온도차를이용하는경계값 (Threshold) 기법 사용채널 :L1B 6 개채널자료 (ch.3,7,13,14,15,16) 보조자료 : Land/Sea Mask, Ta (LDAPS, N768), SST(CSR), Land Cover, Snow Cover, Solar Zenith Angle, Satellite Zenith Angle, Relative Azimuthal Angle 15
알고리즘개발현황 (FOG) 알고리즘개발현황 계절성및기후적특성반영연구진행 1년이상의사례를추가하여 Threshold 정교화진행 시험결과 검증자료 : 시정계자료 ( 위성자료와시공간일치 ) 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 POD 0.78 FAR 0.63 POD 0.75 FAR 0.87 POD 0.66 FAR 0.86 POD 0.7 FAR 0.6 GK-2A FOG (201701020050 UTC) 16
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (FOG) 알고리즘개발 ISSUE 5차년도 2가지 Test 추가 1. BTD1 ( = BT13.2 - BT11.2) 2. BTD2 ( = BT10.4 - BT12.3) 오탐지 / 미탐지화소감소연구수행 다른채널및안개의 life cycle을이용하여오탐지율감소연구진행중 현업에서의가치 안개는복사수지에영향을줄뿐만아니라우리의일상생활, 교통및건강등에많은영향을미치기때문에실시간안개탐지는현업에서매우중요 본연구에서개발된 hybrid 형 ( 자료 : 위성 + 지상관측자료, 방법 : Probabilistic DTC + Post-processing) 안개탐지알고리즘은주 / 야에관계없이탐지정확도와안정성이높아현업에서활용성이클것으로판단 17
해수면온도 Sea Surface Temperature [SST] 기본산출물 18
산출물및알고리즘개요 (SST) 산출물명 : 해수면온도 (SST) 산출물정의 : 해당화소의해수표면 (0~20 cm) 온도산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes, 1일, 5일, 10일 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 주 / 야 / 수증기효과등을복합적으로고려하는분리대기창기법을이용하여 SST 산출 사용채널 : L1B 4 개채널자료 (ch.11, 13,14,15) 보조자료 : Cloudmask, RTM clear-sky Tb, In-situ SST, First guess SST, Latitude, Longitude, Satellite Zenith angle, Solar Zenith Angle 19
알고리즘개발현황 (SST) 알고리즘개발현황 다중위성해수면온도산출진행중 GMI 해수면온도활용 다중위성해수면온도프로그램모듈화 / 표준화진행중시험결과 검증자료 : GTS buoy data 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 RMSE 0.532 K Bias 0.076 K RMSE 0.7465 K Bias 0.08 K RMSE 0.5778 K Bias 0.0022 K RMSE 0.7 K Bias 0.2 K SST L2 20170725 SST 1 일합성장 20170725 SST 5 일합성장 20170725 SST 10 일합성장 20170725 20
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SST) 알고리즘개발 Issue 해수면온도산출 Quality Flag 추가 Thin Cirrus Test, Channel Difference Test 추가 Twilight, Sun Glint 지역 Flag 추가 Sea Ice Mask 추가 (Daily Mask) SST Climatology 자료재생산 (GK-2A 격자 ) 다중위성합성장코드완료 Himawari-8, NOAA-18/19, AMSR2, GMI, In-situ 자료활용 SST QC flag 20170725 현업에서의가치 실시간해수면온도산출을통한악기상및재해시보조자료활용 해수면온도합성장산출시 NWP 모델입력자료로활용 21
지표면온도 Land Surface Temperature [LST] 기본산출물 22
산출물및알고리즘개요 (LST) 산출물명 : 지표면온도 (Land Surface Temperature, LST) 산출물정의 : 구름으로오염되지않은육지화소의표면온도 [K] 산출영역 : 동아시아영역 (ELA), 한반도영역 (LA) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes / 1 일, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 회귀분석을통해 LST 산출식을도출하여이를기반으로 분리대기창기법 (split-window method) 적용 사용채널 : L1B 2 개채널자료 (ch.13, 15), L2-LSE( 지표면방출율 ) 2 개채널자료 (ch.13, 15) 보조자료 : Cloudmask, Land/Sea Mask, RTM LST datasets, Latitude/Longitude, Satellite Zenith Angle, Solar Zenith Angle 23
알고리즘개발현황 (LST) 알고리즘개발현황 LST 산출계수변경을위한연구진행중 변경산출계수를이용한추가 Test 진행 GK-2A LST 201602141500 UTC 시험결과 검증자료 : MODIS LST data (MOD/MYD 11) 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 RMSE 2.33 K R 0.9008 RMSE 1.796 K Bias 0.5086 K R 0.951 RMSE 1.269 K Bias 0.279 K RMSE 2.5 K Bias 1.5 K 24
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (LST) 알고리즘개발 Issue 낮시간의산출수준이낮음 특히, 겨울철의경우분석 scene의수도적었지만산출수준 (RMSE) 이상대적으로낮게나타나겨울철에대해추가검증이필요 계절별추가분석을통해 LST의산출수준을평가 계절별 LST 검증결과 vs. Climatology LSE 현업에서의가치 지표면온도산출알고리즘은국외여러연구그룹에서개발한산출기법중가장정확도가높다고알려진분리대기창법에 GK-2A 관측영역내의보조자료를반영하여다양한조건에대한지표면온도산출식을개발 본연구에서개발된지표면온도산출물은동아시아지역의지면물리과정에관한연구와수치 / 기후모델의입력및검증자료로활용가능 25
적설 Snow Cover [SC] 기본산출물 26
산출물및알고리즘개요 (SC) 산출물명 : 적설 (Snow Cover Detection, SC) 산출물정의 : 해당하는지표화소에적설역의존재유무산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes / 1일, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 가시채널과적외채널을사용하여분광라이브러리기법과 Dynamic Wavelength Warping (DWW) 기법을사용하여적설을탐지 사용채널 : L1B 8 개채널자료 (ch.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14) 보조자료 : Cloudmask, Land/sea, Land Cover, STM DEM Model, Long-term Snow Cover based satellite data, Solar Zenith Angle 27
알고리즘개발현황 (SC) 알고리즘개발현황 In-situ 자료와의결과비교를위한연구진행중 Daily 합성최적화연구진행중 GK-2A SC 20170103 시험결과 검증자료 : GMASI Product from NOAA 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 POD 0.806 FAR 0.083 POD 0.947 FAR 0.133 POD 0.940 FAR 0.112 POD 0.85 FAR 0.25 Cloud & Night Snow-free land Ice-free water Snow Sea-ice 28
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SC) 알고리즘개발현황및 Issue 현재 Cloud mask 자료의적설 / 구름영역보완을위한알고리즘수정진행 Scene : Ref. 0.61μm /Ref. 1.61μm 4.0 Ref. 0.61μm /Ref. 1.61μm 5.0, Ref. 1.61μm /Ref. 0.46μm 0.2 Daily : 일합성기간내 50 % 이상 cloud인화소 일합성기간내 70 % 이상 cloud인화소 Unknown 영역감소 + 적설역증가 GK-2A/AMI 모의자료를활용한 SC & SI 산출및추가분석수행 한반도지상관측자료를활용한검증수행 현업에서의가치 GK-2A Daily SC 알고리즘변경결과, 20171224 기후및기상모델의입력자료로서모델예보적중률향상 시간해상도가높은정지궤도위성이용한적설탐지 지속적인적설변화모니터링으로계절적적설변화패턴분석가능 29
해빙 Sea Ice [SI] 기본산출물 30
산출물및알고리즘개요 (SI) 산출물명 : 해빙 (Sea Ice detection, SI) 산출물정의 : 해당하는지표화소에해빙역의존재유무산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes / 1일, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 분광라이브러리기법, Dynamic Wavelength Warping (DWW) 기법과 IST0 기법의 3가지산출기법을기초로하여해빙탐지수행 사용채널 : L1B 9 개채널자료 (ch.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14, 15) 보조자료 : Cloudmask, Land/Sea Mask, Long-term Sea Ice Cover, Solar Zenith Angle 31
알고리즘개발현황 (SI) 알고리즘개발현황 Daily 합성최적화연구진행중 GK-2A 분광라이브러리생산을위한연구진행중 시험결과 검증자료 : GMASI Product from NOAA 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종달성목표 POD 0.778 FAR 0.243 POD 0.9604 FAR 0.2202 POD 0.8687 FAR 0.0931 POD 0.85 FAR 0.25 Cloud & Night Ice-free water Snow-free land Snow Sea-ice GK-2A Daily SI 20171224 GK-2A Daily SI 20170103 32
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SI) 알고리즘개발 Issue 현재 Cloud mask 자료의적설 / 구름영역보완을위한알고리즘수정 Scene : Ref. 0.61μm /Ref. 1.61μm 4.0 Ref. 0.61μm /Ref. 1.61μm 5.0, Ref. 1.61μm /Ref. 0.46μm 0.2 Daily 정의변경 : 일합성기간내 50 % 이상 cloud인화소 일합성기간내 70 % 이상 cloud인화소 Unknown 영역감소 + 적설역증가 GK-2A/AMI 모의자료를활용한 SC & SI 산출및추가분석수행 현업에서의가치 GK-2A Daily SI 알고리즘변경결과, 20171224 기후및기상모델의입력자료로서모델예보적중률향상 시간해상도가높은정지궤도위성이용한해빙탐지 지속적인해빙변화모니터링으로계절적해빙변화패턴분석가능 33
산불탐지 Forest Fire [FF] 부가산출물 34
산출물및알고리즘개요 (FF) 산출물명 : 산불탐지 (Forest Fire, FF) 산출물정의 : 해당하는지표화소의산불발생여부 산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 중적외선채널을이용하여경계값기법을사용하여산불탐지 사용채널 : L1B 4개채널자료 (ch. 3, 4, 7, 14) 보조자료 : Cloudmask, Land/sea, Latitude/Longitude, Solar Zenith Angle, Satellite Zenith Angle 35
알고리즘개발현황 (FF) 알고리즘개발현황 산불탐지향상을위한태양반사신호및고도영향저감수행진행중 - MODIS emissivity product와 Himawari Red 채널을대응및선형분석수행 - 선형관계식으로부터모든지표온도를고도 500m 온도기준으로변환 시험결과 검증자료 : MODIS Fire Products (MCD14) 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종목표달성도 POD 0.888 POD 0.854 FAR 0.121 POD 0.881 FAR 0.137 POD 0.8 FAR 0.25 36
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (FF) 알고리즘개발 Issue IOT 전준비사항 MWIR 대역의태양반사신호저감알고리즘준비 고도보정을위한 reference points 위치좌표구축 IOT 수행사항준비 태양반사신호저감알고리즘성능정량적평가 - 고도영향저감알고리즘성능정량적평가 - GK-2A와 Himawari-8 영상간산불탐지결과비교분석 - 계수미세조정을통한산불탐지정확도최적화 현업에서의가치 시간해상도가높은정지궤도위성산불탐지가능 지속적인산불모니터링으로발화시점및소멸시점분석가능 한반도대형산불탐지가가능할것으로기대 37
식생지수 Vegetation Index [VI] 부가산출물 38
산출물및알고리즘개요 (VI) 산출물명 : 식생지수 (Vegetation Index, VI) 산출물의정의 단위가없는복사값으로식생의활력도와생육환경을나타내는지수 산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 1일, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : Red(0.64 µm) 과 NIR(0.86 µm) 채널의식생생육상태에따른특성차이를이용하여식생지수산출 사용채널 : L2-SAL( 지표면반사도 ) 의 FVBAR( 정규화반사도 ) 2개채널자료 (ch. 3, 4) 보조자료 : Satellite Zenith Angle, FVBAR QC flag 39
알고리즘개발현황 (VI) 알고리즘개발현황 알고리즘최적화진행중 AMI 기반자료를이용한 VI 생산및검증 GK-2A VI 20170721 위성발사후수행될시계열패턴분석및 low peak 보 정을위한사전작업진행중 시험결과 검증자료 : Proba-V S10 NDVI 3 차년도 Test 2016 RMSE 0.086(VZA < 55º ) RMSE 0.1 (VZA 55º ) 4 차년도 Test 2017 RMSE 0.03 (VZA < 55º ) Bias -0.004 (VZA < 55º ) RMSE 0.063 (VZA 55º ) Bias 0.028 (VZA 55º ) 최종목표달성도 RMSE : 0.1 (VZA < 55º ) RMSE : 0.2 (VZA 55º ) 40
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (VI) 현업에서의가치 아시아지역중심의시간해상도가높은정지궤도위성자료를 이용한식생지수산출 Missing value 가적은식생지수산출가능 지표관련위성산출물의보조자료 기후및기상모델의입력자료로서모델예보적중률향상 Open shrublands 작물생산량추정모델개발에활용가능 알고리즘개발 Issue 현재 QC Flag 구축 사용채널의 BRDF RMSE를활용하여 Quality 결정 검증결과에따른 Land type 별분석 위성간의관측 Geometry 차이로인하여 Open shrublands, Mixed forest 에서 GK-2A 과소추정경향 Mixed forest LAT=36.95 LON=128.88 Land Type 별 NDVI Time series 41
식생율 Fractional Vegetation Cover [FVC] 부가산출물 42
산출물및알고리즘개요 (FVC) 산출물명 : 식생율 (Fractional Vegetation Cover, FVC) 산출물의정의 해당영역의지표에서녹색식물이차지하는영역의비율 산출영역 : GK-2A/AMI 의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 1 일, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 관측영역에서의식생지수의최대값과최소값을이용하여 linear mixture 모델을사용하여식생율산출 사용채널 : L2-VI( 식생지수 ) NDVI 자료 보조자료 : Land/Sea Mask, Satellite Zenith Angle 43
알고리즘개발현황 (FVC) 알고리즘개발현황 알고리즘최적화진행중 AMI 기반자료를이용한 FVC 생산및검증 GK-2A FVC 20170721 정확한 FVC 산출에필수적인 NDVI min/max 값결정을위한 사전작업진행중 ( 위성발사후 NDVI min/max 값결정 ) 시험결과 검증자료 : Proba-V S10 FVC 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 최종목표달성도 RMSE 0.162 (VZA < 55º ) RMSE 0.176 (VZA 55º ) RMSE 0.043 (VZA < 55º ) Bias -0.00001(VZA < 55º ) RMSE 0.122 (VZA 55º ) Bias 0.00001 (VZA 55º ) RMSE 0.1 (VZA < 55º ) RMSE 0.2 (VZA 55º ) 44
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (FVC) 알고리즘개발 Issue Open shrublands QC Flag 구축 사용채널의 BRDF RMSE 를활용하여 Quality 결정 검증결과에따른 Land type 별분석 NDVI Min/Max 설정영역차이로인하여 Open shrublands, Barren, Grass Land 에서 GK-2A 과대추정경향 Grass land 현업에서의가치 아시아지역중심의시간해상도가높은정지궤도위성자료를 이용한최초의식생율산출 Missing value 가적은값산출가능 Barren or sparsely vegetation 기후및기상모델의입력자료로서모델예보적중률향상 토양수분및지표면온도등지표관련산출물의보조자료 Land Type 별 FVC Time series 45
지표면방출율 Land Surface Emissivity [LSE] 부가산출물 46
산출물및알고리즘개요 (LSE) 산출물명 : 지표면방출율 (Land Surface Emissivity, LSE) 산출물정의 : 주어진온도에서임의의물체를흑체로가정했을때 방출되는복사에너지와실제복사된에너지의비 (0.0 ~ 1.0 사이의값 ) 산출파장역 : Ch. 7(3.7um), 11(8.7um), 14(10.5um), 15(12.3) 산출영역 : GK-2A/AMI 의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 : 시간해상도 : 8 일합성주기, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 식생피복법 (VCM) 을기본으로하여 NDVI, FVC, Emissivity LUT, NDSI 를 이용하여경계값기법을통해지표면방출율산출 사용채널 : L1B 2 개채널자료 (ch. 3, 6) 보조자료 : Cloudmask, Land/sea, Land Cover, Latitude/Longitude, NDVI, Snow Cover 47
알고리즘개발현황 (LSE) 알고리즘개발현황 현재 NDVImax Test에서 Threshold을통과하지못한화소에 Climatology data 적용진행중 IOT 계획에따른현업화준비진행중시험결과 검증자료 : MODIS LSE data (MOD11C2 ) 3 차년도 Test 2016 3.7 um RMSE 0.0923 8.8 um RMSE 0.0438 10.8 um RMSE 0.0255 12.3 um RMSE 0.0275 4 차년도 Test 2017 RMSE 0.099 Bias -0.056 RMSE 0.035 Bias 0.014 RMSE 0.009 Bias -0.0016 RMSE 0.008 Bias -0.001 5 차년도자체시험결과 2018 RMSE 0.092 Bias -0.058 RMSE 0.033 Bias 0.013 RMSE 0.008 Bias -0.002 RMSE 0.007 Bias -0.001 Ch. 7 (3.7 um) Ch. 11 (8.7 um) Ch. 13 (10.4 um) Ch. 15 (12.3 um) 48
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (LSE) 알고리즘개발 Issue MODIS LSE 자료와의결과비교 장기간검증을통한산출정확도평가 Ch. 7 (3.7 um) Ch. 11 (8.7 um) 알고리즘최적화및안정성향상 Ch. 13 (10.4 um) Ch. 15 (12.3 um) 현업에서의가치 본연구에서개발된지표면방출율산출물은 Difference with MODIS 후속산출물들 (LST, Volcanic ash detection, AOT, ULR 등 ) 의기초입력자료로사용 해당산출물의정확도향상과다양한수치 / 기후모델의지면경계조건자료로 활용가능 49
지표면반사도 Surface Albedo [SAL] 부가산출물 50
산출물및알고리즘개요 (SAL) 산출물명 : 지표면반사도 (Surface Albedo, SAL) 산출물의정의 지표면에입사하는태양에너지와지표에서반사되는에너지의비율 Broadband albedo : 일사의전파장에대한평균값, 위성관측의경우태양, 위성, 지표간의모든기하학적관계와 단파영역 ( 약 0.3 ~ 2.5 μm ) 에대한반사율 BRDF Component : 지표의이등방성반사율은등방성반사율과체적및기하학적산란으로구성, 체적및 기하학적산란은물리적커널과지표나관측조건에따라회귀된경험적계수로산출 Surface Channel Reflectance : TOA 반사도를복사전달모델을이용하여대기의산란 흡수효과를제거한 지표반사도산출, GK-2A 의반사도채널에적합한대기보정모델개발필요 산출영역 : GK-2A/AMI 의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 1 일, 공간해상도 : 2km 알고리즘개요 6S 기반 LUT 를이용하여 TOC 반사도를산출 이등방성반사율을고려한 BRDF modeling 을 GK-2A 의고정된위성보기각을반영하여적용 GK-2A 에최적화된 Narrowband Albedo 및 Broadband Albedo 산출 사용채널 : L1B 6 개채널자료 (ch. 1, 2, 3, 4, 5, 6) 보조자료 : Cloudmask, Land/Sea Mask, Latitude/Longitude, DEM, Solar Zenith Angle, Satellite Zenith Angle, Relative Azimuth Angle, Aerosol Optical Depth, Aerosol Type, Total Ozone Column, Total Precipitation, Mean Sea Level Pressure 51
알고리즘개발현황 (SAL) 알고리즘개발현황 GK-2A 발사후광대역전환계수도출을위한사전작업진행중 지상자료와의검증을위한자료확보및연구진행중시험결과 검증자료 : MODIS black/white albedo data(mcd43c3) 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종목표달성도 Black sky RMSE 0.023 Bias -0.00002 RMSE 0.023 Bias 0.0013 RMSE 0.029 Bias 0.0005 RMSE 0.05 White sky RMSE 0.024 Bias -0.0006 RMSE 0.0248 Bias 0.0003 RMSE 0.032 Bias 0.006 RMSE 0.05 20170713 Black sky albedo 20170713 White sky albedo 52
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SAL) 알고리즘개발 Issue 보조자료 (Aerosol Type) 를이용하여 6S 기반 LUT 를선택하는모듈추가 BRDF 모델링의합성기간동안관측된횟수를산출자료로추가 Albedo QC 산출시입력자료로사용 광대역알베도의 quality flag 산출모듈추가 (BRDF 모델링의 RMSE 및관측횟수를사용하여 good/bad 구분 ) AMI 5 개채널의광대역전환계수도출 초기광대역전환계수 : AHI 와 AHI 의채널차분석을통해결정 최종광대역전환계수 : AMI 자료를이용하여 1 년이상의 training 후결정 지상관측자료확보시, 이를활용한검증수행 현업에서의가치 동아시아및오세아니아영역의고품질정지궤도위성기반광대역알베도산출 국제적기후연구에기여가능, 기후및지표모델의정확도향상기대 중간및최종산출물은타 2차산출물의보조자료로써사용 채널정규화반사도 VI, FVC 채널분광알베도 CER 광대역알베도 Shortwave flux (RSR, DSR, ASR), SO 2 D 53
적설깊이 Snow Depth [SD] 부가산출물 54
산출물및알고리즘개요 (SD) 산출물명 : 적설깊이 (Snow Depth) 산출물의정의 적설깊이 (Snow Depth) 란자연적으로쌓인눈또는싸라기 ( 신적설 ) 등의연직방향으로의깊이를말하며 cm 단위로표시 산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : 태양반사벡터와센서관측벡터에기반한지형정규화를통해배후사면의반사도값보정후가우시안모델에기반한 SCF 추정수식을이용하여적설깊이추정 사용채널 : L1B 4개채널자료 (ch. 2, 3, 4, 6) 보조자료 : Snow Cover 55
알고리즘개발현황 (SD) 알고리즘개발현황 NDSI & FSC 관계식최적화진행중 Landsat Tree Cover(TC) 자료확보및 GK-2A 좌표계로변환진행중 시험결과 검증자료 : 한국 / 일본의실측적설깊이자료 3 차년도 Test 2016 4 차년도 Test 2017 5 차년도자체시험결과 2018 최종목표달성도 RMSE 1.972 cm RMSE 6.54 cm RMSE 3.39 cm RMSE 9 cm 56
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SD) 알고리즘개발 Issue IOT 전준비사항 우리나라및일본기상청에서제공하는적설깊이현장자료데이터베이스생성 IOT 수행사항준비 GK-2A영상기반의 NDVI, NDSI와 SCF 관계식개선 GK-2A와 Himawari-8 영상간적설깊이추정결과비교분석 계수조정을통한적설깊이정확도최적화 NDSI, NDVI, FSC간의관계식개선진행중 실측자료기반적설깊이추정계수조정진행중 현업에서의가치 우리나라전역의적설깊이데이터를제공가능 적설량에기반한적설경보, 특보발령에근거자료로활용 반구의적설깊이데이터제공가능 환경분야, 수문학분야연구에활용가능 57
해류 Sea Surface Current [SSC] 부가산출물 58
산출물및알고리즘개요 (SSC) 산출물명 : 해류 (Sea Surface Current, SSC) 산출물의정의 해류 : 해양에서일정한방향으로일정기간동안지속적으로흐르는흐름 본알고리즘에서는적외채널의휘도온도와해수면온도에기초하여산출 산출물은해양의역학적해류외에해양과대기의다른요인들을모두포함한관측당시의해수표면의흐름을의미산출영역 : GK-2A/AMI의관측영역 (FD) 시 / 공간해상도 시간해상도 : 10 minutes, 공간해상도 : 2 km 알고리즘개요 : L2 SST 자료를이용하여 ZSSD(Zero-mean Sum of Squared Distances) 기법을 이용하여해류계산 사용채널 : L2 SST 자료 보조자료 : Cloudmask, Land/sea, Fog Mask, Latitude/Longitude, Sea/Ice Mask Solar Zenith Angle, Satellite Zenith Angle 59
알고리즘개발현황 (SSC) 알고리즘개발현황 산출해류의정확도평가를위한오차요인파악연구진행중 알고리즘최적화를위한경계값조정 시험결과 검증자료 : GTS drifter buoy data 3 차년도 Test 2016 RMSE 0.1408 Bias 0.0467 5 차년도자체시험결과 2018 Speed RMSE 0.427 m/s Speed Bias 0.152 m/s Direction RMSE 32.39 Direction Bias 0.2.37 4 차년도 Test 2017 Speed RMSE 0.4781 m/s Speed Bias 0.1367 m/s Direction RMSE 42.9035 Direction Bias 0.7609 최종목표달성도 Speed RMSE 0.47 m/s Speed Bias 0.113 m/s Direction RMSE 42.9 GK-2A SST 20170730000 60
알고리즘개발 ISSUE 및현업으로의가치 (SSC) 알고리즘개발 Issue 입력자료변경 (L1B ch.13 L2 SST) 적용 적도해역의해류속도가과대모의되던문제해결 해류산출물의정확도향상 해류방향에대한 outlier 감소 해류산출조건조정진행중 산출 window 내자료가 95% 이상존재할경우산출 IOT 준비계획수립 GK-2A AMI 관측자료이용해류산출알고리즘검증 해류산출알고리즘최적화및최종수정 현업에서의가치 전지구표층해류실시간모니터링 높은시공간해상도 ( 매 10분, 2km) 해양및대기의다양한현상연구가능 해양재난사고 (ex: 유류유출등 ) 의보조자료로활용가능 기후변화연구활용을위한정기적자료축적 SST 알고리즘입력자료변경결과 L1b ch.13 L2 SST 61
향후계획 향후계획 GK-2A 발사전시험및준비 GK-2A 발사 GK-2A IOT (6 개월 ) 알고리즘최적화 GK-2A 모의자료를활용한알고리즘검증및분석 GK-2A L1B 사용에따른알고리즘최적화 GK-2A L1B 사용에따른알고리즘초기성능분석 비상상황을위한 Contingency Plan 최종수립 62
감사합니다
산출흐름도 Flow chart 64
산출흐름도 (CLD) 구름탐지산출흐름도 65
산출흐름도 (FOG) 안개산출흐름도 66
산출흐름도 (SST) 해수면온도산출흐름도 67
산출흐름도 (LST) 지표면온도산출흐름도 68
산출흐름도 (SC) 적설산출흐름도 Snow Snow candidate pixel Long-term snow cover based satellite data Land Himawari-8/AHI Land/Sea Mask Himawari-8/AHI Channel Solar Zenith Angle data Reflectance normalization GK-2A Snow Cover (previous scene) Previous Snow cover Scene check Snow Previous Threshold Test GK-2A Cloud Mask Cloud Masking Cloud Clear sky Rate 0.64μm/1.61μm 5 R 1.61μm < 0.3 Rate 1.61μm/0.46μm < 1 Rate 0.64μm/1.61μm < 5 R 1.61μm Test [R 1.61μm /R 0.46μm ] [R 0.64μm /R 1.61μm ] Test Dynamic Wavelength Warping Processing Difference [library-profile] Test DEM SZA R 0.64μm T 11.0μm Snow/Cloud Library Profile Anomaly -0.55 NDSI < 0.3 1:1 Fitting Line R 1.61μm Anomaly Test NDSI Test Dynamic Wavelength Warping Processing Warping Path NDSI 0.3 Cost-matrix 1.8 NDSI 0.05 Land Cover Forest NDSI NDVI Test Yes Yes NDSI BTD Test T 3.8μm T 11.0μm NDSI BTD Test Snow Cover Daily Snow Cover 69
산출흐름도 (SI) 해빙산출흐름도 Sea-ice Sea-ice candidate pixel Long-term sea-ice based satellite data Sea Himawari-8/AHI Land/Sea Mask Himawari-8/AHI Channel Solar Zenith Angle data Reflectance normalization GK-2A Sea-ice (previous scene) Previous Sea-ice Scene check Sea-ice Previous Threshold Test GK-2A Cloud Mask Cloud Masking Cloud Clear sky R 0.86μm > 0.2 R 1.61μm < 0.2 Rate 1.61μm/0.46μm < 0.25 Rate 0.64μm/1.61μm > 2 R 0.86μm & R 1.61μm Test [R 1.61μm /R 0.46μm ] [R 0.64μm /R 1.61μm ] Test Dynamic Wavelength Warping Processing Difference [library-profile] Test SZA R 0.64μm T 11.0μm Snow/Cloud Library Profile R 0.86μm > 0.1 0.4 < NDSI < 0.9 R 0.86μm Test NDSI Test Dynamic Wavelength Warping Processing 1:1 Fitting Line Warping Path NDSI 0.9 Clear sky IST 0 Test NDSI Test Yes NDSI BTD Test R 0.86μm NDWI NDSI BTD Test Yes Sea-ice Daily Sea-ice 70
산출흐름도 (FF) 산불탐지산출흐름도 71
산출흐름도 (VI) 식생지수산출흐름도 SAL FVBAR(Red,0.64 μm ) FVBAR(NIR,0.86 μm ) NDVI = ρ NIR ρ Red ρ NIR + ρ Red ρ NIR FVBAR of NIR, ρ Red FVBAR of Red NDVI 72
산출흐름도 (FVC) 식생율산출흐름도 VI NDVI Offline NDVI min, NDVI max decision Linear mixture equation FVC < 0 Top 15% or more of all Pixel FVC = NDVI NDVI min NDVI max NDVI min FVC > 1 NDVI max : NDVI maximum value NDVI min : NDVI minimum value Top 15% or more of all Pixel FVC 73
산출흐름도 (LSE) 지표면방출율산출흐름도 74
산출흐름도 (SAL) 지표면반사도산출흐름도 Offline mode BRDF Modeling 지표면반사도산출흐름도 Online mode TOC reflectance Atmospheric Correction L1b data 6S-based LUT Angular components TPW TOZ AOD CLD SC Land/Sea Mask Missing Gap Filling BRDF parameters Background surface reflectance CLD, FOG Aerosol Information Normalized reflectance VI, FVC Kernel integration LUT Narrowband albedo N2B conversion 75 Broadband albedo Shortwave flux (RSR, DSR, ASR) SO 2 D 75
산출흐름도 (SD) 적설깊이산출흐름도 76
산출흐름도 (SSC) 해류산출흐름도 77