The Journal of the Korea Contents Association (한국콘텐츠학회논문지)

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Relationship Analysis between Topographic Factors and Land Surface Temperature from Landsat 7 ETM+ Imagery

Landsat 7 ETM+ 영상에서 얻은 지표온도와 지형인자의 상관성 분석

  • 이진덕 (금오공과대학교 토목환경공학부) ;
  • 방건준 (금오공과대학교 토목환경공학부) ;
  • 한승희 (공주대학교 건설환경공학부)
  • Received : 2012.07.23
  • Accepted : 2012.10.29
  • Published : 2012.11.28
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Abstract

Because the satellite imagery can detect the radiative heat from the surface using the thermal IR (TIR) channel, there have been many efforts to verify the relationship between the land surface temperature (LST) and urban heat island. However, the relationship between geomorphological characteristics like surface aspects and LST is relatively less studied. Therefore, the geomorphological elements, for example, surface aspects and surface slopes, are considered to evaluate their effects on the change of the surface temperature distribution using the Landsat 7 ETM+ TIR channel and the possibility of the image to detect anthropogenic heat from the surface. We found that the surface aspect is ignorable but the surface slope with the sun elevation influences on the surface temperature distribution. Also, the radiative heat from the surface to the atmosphere could not be accurately recorded by the satellite image due to the surface slope but the slope correction process used in this study could correct the surface temperature under slope condition and the slope correction, in fact, was not influenced on the average temperature of the surface. The possibility of the anthropogenic heat detection from the surface from the satellite imagery was verified as well.

인공위성영상은 적외선 채널을 이용하여 지표에서 복사되는 열을 감지할 수 있기 때문에 이를 이용하여 도심지역의 지표온도와 열섬현상과의 관계를 밝히기 위한 많은 노력이 있어왔다. 그러나 사면향과 경사와 같은 지형인자와 지표온도와의 관계성에 관한 연구는 그동안 다소 미흡하였다. 이에 본 연구에서는 사면향과 경사와 같은 지형인자의 변화에 따라 지표온도가 어떻게 변화하는지를 Landsat 7 ETM+을 사용하여 연구하였으며 지표에서 발생하는 인본열을 감지할 수 있는 가능성을 평가하였다. 지표의 사면향은 지표온도분포에 중요한 인자로 영향을 주지 않지만, 사면의 기울기는 태양의 고저에 의해 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 또한 위성영상은 지표면과 이루는 각으로 인해 영상에 정확한 지표온도를 기록할 수 없지만, 사면의 기울기 보정을 통해 보정한 결과 평균 지표온도분포 분석에서는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인 되었다. 또한 위성영상을 통해 지표발산 인본열 추출의 가능성을 확인하였다.

Keywords

References

  1. 조은주, 토지이용변화에 따른 지표 온도 분포 및 그 변화에 관한 연구-서울시를 중심으로-, 이화여자대학교 대학원 석사학위논문, 1996.
  2. 이용식, 도시열섬 분석에 있어서 원격탐사기법의 적용 관한 연구-LANDSAT TM 자료를 이용하여, 서울대학교 환경대학원 환경계획학과, 석사학위논문, 1990.
  3. 이귀옥, 이화윤, "RAMS를 이용한 도시 열환경의 수치모의-부산지역의 열대야 특성과 RAMS모형의 재현성 평가", 한국기상학회 학술대회 논문집, pp.185-186, 2004.
  4. 권혁춘, 이병걸, "Landsat TM 영상을 이용한 제주도 도심지역 지표면온도분포와 식생지수의 상관성 분석", 대한지형공간정보학회논문집, 제17권, 제4호, pp.39-44, 2009.
  5. 나상일, 박종화, 신형섭, "위성영상을 활용한 새만금사업지구 정규화식생지수와 표면온도 및 식생온도 지수의 변화탐지", 한국관계배수, 제15권, 제1호, pp.28-38, 2008.
  6. 정길섭, 구슬, 유환희, "Landsat위성영상에 의한 용도지역 온도변화분석", 한국지형공간정보학회집, 제19권, 제2호, pp.55-61, 2011.
  7. 신언석, 김형무, 이재봉, 이홍로, "Landsat TM을 이용한 도시온도와 도시 NDVI의 상관계수 추출을 위한 래스터 GIS기반 중력모델에 관한 연구", 한국콘텐츠학회 종합학술대회 논문집, 제2권, 제2호, pp.197-202, 2004.
  8. 박민호. "LANDSAT TM 열적외 데이터를 이용한 도시열섬현상에 관한 연구 - 서울시를 대상으로-", 대한토목학회논문집, 제21권, 제6호, pp.861-874, 2001.
  9. 엄대용, 이진덕, "Landsat TM/ETM+영상과 기상자료를 이용한 절대지표온도의 보정", 한국콘텐츠학회 춘계 종합학술대회 논문집, 제5권, 제1호, pp.1-5, 2007.
  10. T. R. Oke, G. T. Johnson, D. G. Steyn, and I. D. Watson, "Simulation of surface urban heat islands under 'ideal' conditions at night part 2: Diagnosis of causation," Bound. Layer Meteorol, Vol.56, No.4, pp.339-358, 1991. https://doi.org/10.1007/BF00119211
  11. P. K. Rao, "Modified version of the improved TIROS operational satellite (ITOS D-G)," NOAA Tech. Memo. NESS Vol.35, pp.48, 1972.
  12. T. N. Carlson, J. A. Augustine, and F. E. Boland, "Potential application of satellite temperature measurements in the analysis of land use over urban areas," Bulletin of the American Meteorological Society, Vol.58, pp.1301-1303, 1977.
  13. J. C. Price, "Assessment of the urban heat island effect through the use of satellite data. Monthly Weather Review", Vol.107, pp.1554-1557, 1979. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1979)107<1554:AOTUHI>2.0.CO;2
  14. G. F. Byrne, J. D. Kalma, and N. A. Streten. "On the relation between HCMM satellite data and temperatures from standard meteorological sites in complex terrain," Int. J. Remote Sens, Vol.5, No.1, pp.56-77, 1984.
  15. W. H. Carnahan and R. C. Larson, "An analysis of an urban heat sink," Remote Sensing of Environment, Vol.33, No.1, pp.65-71, 1990. https://doi.org/10.1016/0034-4257(90)90056-R
  16. J. E. Nichol, "A GIS-based approach to microclimate monitoring in Singapore's high-rise housing estates," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.60, pp.1225-1232, 1994.
  17. Q. Weng, "A remote sensing-GIS evaluation of urban expansion and its impact on surface temperature in the Zhujiang Delta, China," International Journal of Remote Sensing, Vol.22, No.10, pp.1999-2014, 2001.
  18. Q. Weng, "Fractal analysis of satellite-detected urban heat island effect," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.69, No.5, pp.555-566, 2003. https://doi.org/10.14358/PERS.69.5.555
  19. S. Kato and Y. Yamaguchi, "Analysis of urban heat-island effect using ASTER and ETM+ Data: Separation of anthropogenic heat discharge and natural heat radiation from sensible heat flux," Remote Sensing of Environment, Vol.99, No.1-2, pp.44-54, 2005. https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.04.026
  20. T. W. Owen, T. N. Carlson, and R. R. Gillies, "An assessment of satellite remotely-sensed land cover parameters in quantitatively describing the climatic effect of urbanization," International Journal of Remote Sensing, Vol.19, No.9, pp.1663-1681, 1998. https://doi.org/10.1080/014311698215171
  21. T. N. Carlson, R. R. Gillies, and E. M. Perry, "A method to make use of thermal infrared temperature and NDVI measurements to infer soil water content and fractional vegetation cover," Remote Sens. Rev., Vol.52, pp.45-59, 1994.
  22. K. P. Gallo and T. W. Owen, "Assessment of urban heat island: a multi-sensor perspective for the Dallas-Ft. Worth, USA region," Geocarto International, Vol.13, No.5, pp.35-41, 1998.
  23. R. R. Gillies and T. N. Carlson, "Thermal remote sensing of surface soil water content with partial vegetation cover for incorporation into climate models," Journal of Applied Meteorology, Vol.34, No.4, pp.745-756, 1995. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1995)034<0745:TRSOSS>2.0.CO;2
  24. C. P. Lo, D. A. Quattrochi, and J. C. Luvall, "Application of high-resolution thermal infrared remote sensing and GIS to assess the urban heat island effect," International Journal of Remote Sensing, Vol.18, No.2, pp.287-304, 1997. https://doi.org/10.1080/014311697219079
  25. K. J. Bhang and S. S. Park, "Evaluation of the surface temperature variation with surface settings on the urban heat island in Seoul, Korea, using Landsat-7 ETM+ and SPOT," IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, Vol.6, No.4, pp.708-712, 2009. https://doi.org/10.1109/LGRS.2009.2023825
  26. P. S. Chavez Jr, "Image-based atmospheric corrections - Revisited and improved," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol.62, No.9, pp.1025-1036, 1996.
  27. http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov