GOCI-II 자료를 활용한 해수 표층 광합성 유효광량 산정 및 검증 연구 = Estimation and Validation of Photosynthetically Available Radiation at the Sea Surface Using GOCI-II Data

국문 초록 (Abstract)

광합성 유효광량(photosynthesis available radiation, PAR)은 해양에서는 400에서 700 nm 파장 대역의 해수 표층에 도달하는 태양의 광량을 통해 계산되며 주로 일차생산량 연구에 활용된다. 이 연구에서는 Geostationary Ocean ColorImagerII (GOCI-II)의 활용도를 높이고, 한반도 주변 해역의 일차생산량 연구에 대한 정확한 입력자료의 생산에 기여하고자 GOCI-II 기반 PAR 알고리즘을 개발하고 검증하였다. MODIS, GOCI PAR 연구에 활용되었던 알고리즘을 GOCI-II의 시공간 및 분광해상도에 알맞게 개선하고, GOCI-II 시간별 PAR로부터 일별 PAR를 계산하였다. 2024년 4월 27일의 시간별, 일별 PAR 영상을 확인한 결과, 구름의 영향을 많이 받은 해역에서는 맑은 대기 해역에 비하여 약 30% 낮은 값의 일별 PAR 분포를 보였다. 소청초 종합해양과학기지에 설치된 ECO-PAR 센서 현장관측 자료를 활용한 검증 결과, GOCI-II 일별 PAR는 현장관측 자료 대비 11.10%의 평균제곱근오차(root-mean-square error, RMSE)와 9.89%의 평균 편향 오차(mean bias error, MBE)로 과소추정 경향을 보였으나, 결정계수(determination coefficient, R²) 값은 0.98로 높은 선형 상관관계를 보였다. 2021년 3월 10, 11, 14일 GOCI-II 4번 슬롯(slot) 영역에서 A, B, C 영역을 임의로 선정하여 GOCI와 GOCI-II 일별 PAR의 센서간 비교 결과, 구름이 적은 A와 B 영역에서는 높은 일치도를 보였지만 구름의 영향을 많이 받은 C 영역에서는 최대 6.24%의 RMSE를 보였다. 향후 현장관측 자료를 추가하여 알고리즘 검보정을 통해 GOCI-II PAR의 정확도 개선 연구를 수행할 예정이다. GOCI-II PAR 알고리즘의 개발 및 검보정은 GOCI로부터 지속된 한반도 주변 해역에 대한 해양환경 모니터링 및 연구활동을 계승하여, 장기 관측 자료를 통한 변화 대응 연구에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Photosynthetically available radiation (PAR), used in primary productivity research, is calculated from the amount of solar radiation reaching the sea surface in the 400-700 nm wavelength band. This study developed and validated a Geostationary Ocean Color Imager II (GOCI-II)-based PAR algorithm to increase the utilization of GOCI-II and contribute to the production of accurate input data for primary productivity research in the waters around the Korean Peninsula. The algorithms used in MODIS and GOCI PAR studies were improved to suit the spatiotemporal and spectral resolution of GOCI-II, and daily PAR was calculated from GOCI-II hourly PAR. As a result of examining the hourly and daily PAR images on April 27, 2024, it was found that the daily PAR distribution in areas heavily affected by clouds was about 30% lower than in clear atmosphere areas. As a result of validation using ECO-PAR sensor field observation data installed at the Socheong-cho Ocean Research Station, GOCI-II daily PAR showed an underestimation tendency with 11.10% root-mean-square error (RMSE) and 9.89% mean bias error (MBE) compared to field observation data, but the determination coefficient (R²) value showed a high linear correlation of 0.98. As a result of comparing GOCI and GOCI-II daily PAR between sensors in the GOCI-II slot 4 areas on March 10, 11, and 14, 2021, after randomly selecting areas A, B, and C, high consistency was shown in areas A and B with little cloud cover, but a maximum RMSE of 6.24% was shown in area C, which was heavily affected by clouds. In the future, we plan to research to improve the accuracy of GOCI-II PAR through algorithm verification and correction by adding field observation data. The development and verification of the GOCI-II PAR algorithm are expected to help monitor the marine environment and research activities in the waters around the Korean Peninsula, which have been continued from GOCI and contribute to research on responding to changes through long-term observation data.