Net Primary Production Changes over Korea and Climate Factors

위성영상으로 분석한 장기간 남한지역 순 일차생산량 변화: 기후인자의 영향

Spatial and temporal variabilities of NPP(Net Primary Production) retrieved from two satellite instruments, AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer, 1981-2000) and MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer, 2000-2006), were investigated. The range of mean NPP from A VHRR and MODIS were estimated to be 894-1068 $g{\cdot}C/m^2$/yr and 610-694.90 $g{\cdot}C/m^2$/yr, respectively. The discrepancy of NPP between the two instruments is about 325 $g{\cdot}C/m^2$/yr, and MODIS product is generally closer to the ground measurement than AVHRR despite the limitation in direct comparison such as spatial resolution and vegetation classification. The higher NPP values over South Korea are related to the regions with higher biomass (e.g., mountains) and higher annual temperature. The interannual NPP trends from the two satellite products were computed, and both mean annual trends show continuous NPP increase; 2.14 $g{\cdot}C/m^2$/yr from AVHRR(1981-2000) and 6.08 $g{\cdot}C/m^2$/yr from MODIS (2000-2006) over South Korea. Specifically, the higher increasing trends over the Southwestern region are likely due to the increasing productivity of crop fields from sufficient irrigation and fertilizer use. The retrieved NPP shows a closer relationship between monthly temperature and precipitation, which results in maximum correlation during summer monsoons. The difference in the detection wavelength and model schemes during the retrieval can make a significant difference in the satellite products, and a better accuracy in the meterological and land use data and modeling applications will be necessary to improve the satellite-based NPP data.

본 연구는 AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer)과 MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) 위성관측을 바탕으로 산출된 남한지역의 장기간(1981-2006년) 순 일차생산량(Net Primary Production, NPP)의 시공간적 변화를 분석하고 그 변화에 영향을 미치는 기후요소와의 상관성을 분석하였다. 남한지역의 AVHRR과 MODIS에서는 연간순 열차생산량이 AVHRR의 경우 893-1068 $g{\cdot}C/m^2$ /yr과 MODIS의 경우 610-695 $g{\cdot}C/m^2$/yr로 나타나고 있으며 두 자료는 통계적으로 약 325 $g{\cdot}C/m^2$/yr 의 차이를 보이고 있다. 해상도 등의 차이가 있으나 지상 관측과 비교한 결과 MODIS 센서에 의한 관측이 보다 근접한 결과를 보이는 것으로 나타났다. 위성관측자료 분석결과 NPP 값은 식생의 밀도가 높은 산림지역 및 연평균기온이 높은 지역에서 큰 것으로 나타났다. 두개의 위성센서로 산출된 순 열차생산량은 경년변화가 다소 크지만, 각각 장기간에 걸쳐 서서히 증가하고 있는 것으로 나타났으며 1981-2000년 동안 AVHRR에서 매년 평균 2.14 $g{\cdot}C/m^2$/yr, 2000-2006년 동안 MODIS에서 매년 평균 6.08 $g{\cdot}C/m^2$/yr 만큼 증가하였다. 특히 남서해안 지역은 두 위성관측결과 모두 순 일차생산량의 증가가 상대적으로 높았다. 토지피복 지도와 대조결과 그 이유는 논 밭 등의 관개와 비료시용에 의한 농작물의 생산성 증대와 관계가 있는 것으로 추정된다. NPP값은 월별 강수량 및 평균기온에 밀접한 관계가 있는 것으로 확인되었으며, 특히 남한지역의 여름몬순시기에서 강수량과 기온이 모두 가장 큰 상관관계를 보이고 있다. NPP 절대값의 차이 외에도 두 센서로 산출된 순 일차생산량과 기후요소와의 상관성 등의 차이는 두 자료의 토양호흡 등을 포함하는 등 위성자료 복원과정 및 관련 모텔의 차이에 의해 발생하는 것으로 사료된다. 또한 향후 보다 정확한 순 일차생산량을 계산하기 위해 복원과정에서 기상 실측자료 및 보다 현실적인 토지피복 등을 고려해야 할 것이다.