고해상도 위성영상과 수치고도모형에 근거한 광릉 산림 관측지의 공간적 특성

Spatial Characteristics of Gwangneung Forest Site Based on High Resolution Satellite Images and DEM

농림생태계에서의 물과 탄소의 순환을 연구하려면, 먼저 관측지의 공간적 특성을 정량적으로 이해해야 한다 특히, 우리나라와 같은 복잡한 경관에 관측지가 위치한 경우에는 공간 특성의 이해가 더욱 더 중요하다. 본 연구에서는 광릉 산림 소유역의 지형, 식생 및 토양과 관련된 변수들의 공간적 특성을 정량화하였다 지형의 공간 특성을 산출하기 위해 수치고도 모형 (DEM)에서 계산된 고도, 경사 및 사면 정보를 분석하였다. 식생과 토양 정보는 LANDSAT TM 영상으로부터 제작된 지표 피복 지도를 사용하였다. 계절 특성을 살펴보기 위해 1999년 6월 30일, 2000년 9월 4일, 2001년 9월 23일, 2002년 2월 14일의 네 위성 영상을 사용하였다. CO₂와 수증기의 플럭스 지수로서, 위성 영상으로부터 식생지수 NDVI를 세 격자 크기 (7km x 7km MODIS 격자, 3km x 3km 집중관측 격자, 1km x 1km 단위 격자)에 대해 각각 도출하였다. 반분산 분석에 근거해서 이 자료들을 사용하여 관측지의 비균질성의 공간 규모를 계산하였다. 예상한대로, 격자의 크기가 작아질수록 비균질성의 규모가 작아졌고, 식생의 계절 변화에 민감하였다. 40m 플럭스 타워가 위치한 두 단위 격자의 경우, 비균질성의 공간 규모는 200～1000m 이었고, 이러한 공간 규모는 모형에서 계산된 타워 플럭스 발자국의 기후도와 잘 일치하였다.

Quantitative understanding of spatial characteristics of the study site is a prerequisite to investigate water and carbon cycles in agricultural and forest ecosystems, particularly with complex, heterogeneous landscapes. The spatial characteristics of variables related with topography, vegetation and soil in Gwangneung forest watershed are quantified in this study. To characterize topography, information on elevation, slope and aspect extracted from DEM is analyzed. For vegetation and soil, a land-cover map classified from LANDSAT TM images is used. Four satellite images are selected to represent different seasons (30 June 1999, 4 September 2000, 23 September 2001 and 14 February 2002). As a flux index for CO₂ and water vapor, normalized difference vegetation index (NDVI) is calculated from satellite images for three different grid sizes: MODIS grid (7km x 7km), intensive observation grid (3km x 3km), and unit grid (1km x 1km). Then, these data are analyzed to quantify the spatial scale of heterogeneity based on semivariogram analysis. As expected, the scale of heterogeneity decreases as the grid size decreases and are sensitive to seasonal changes in vegetation. For the two unit grids where the two 40 m flux towers are located, the spatial scale of heterogeneity ranges from 200 to 1,000m, which correspond well to the climatology of the computed tower flux footprint.