고해상도 위성자료를 활용한 과학 영재 대상 해수면 온도 산출 R&E 프로그램 개발

Development of Sea Surface Temperature Retrieval R&E Program using High-Resolution Satellite Data for Science-Gifted Student

R&E (Research and Education) 프로그램은 교육과정에서 접하기 어려운 다양한 과학 연구 경험의 기회를 학생들에게 제공하여 과학적 사고력과 문제 해결 능력, 창의력을 발달시킬 수 있는 계기를 마련해준다는 점에서 중요성이 강조되고 있다. 본 연구의 목적은 인공위성 자료를 활용하여 우리나라 연안 해역의 고해상도 해수면온도 자료를 산출하는 방법을 학생에게 적합하게 재구성하여 과학 영재 대상 R&E 프로그램으로 개발하는 것이다. 경기만 해역을 포함한 해역의 고해상도 해수면온도 자료를 산출하고 시공간적 분포를 이해하기 위하여 2013년 12월 21일부터 2017년 11월 30일까지 총 9장의 Landsat 8 OLI/TIRS (Operational Land Imager and Thermal InfraRed Sensor) 인공위성 자료를 수집하였다. 정확한 해수면온도 분포를 파악하기 위해 SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM (Digital Elevation Model) 자료를 활용하여 육지를 탐지하였고, 지표이용분류 알고리즘을 적용하여 조간대를 탐지하였으며, Landsat 8 OLI/TIRS 인공위성의 가시광선 영역 밴드(band)에 임계치(threshold)를 적용하여 구름을 탐지하였다. 전처리된 Landsat 8 OLI/TIRS 인공위성 자료에 다중 채널 회귀분석법(Multi-Channel Sea Surface Temperature, MCSST)을 적용하여 경기만 해역의 고해상도 해수면온도 자료를 산출하였다. 실제 교육 현장에서 활용 가능한 R&E 프로그램을 개발하기 위해 연구 과정을 단순화하고, 학생들이 단계적으로 연구 과정을 수행할 수 있도록 각 단계에 적합한 활동지를 개발하였다. 과학 영재 학생들을 대상으로 2017년 6월 24일부터 2018년 1월 13일까지 R&E 프로그램 수업을 진행하였고, 인공위성 자료 기반 R&E 프로그램의 실제 교육 현장 활용 가능성을 확인하였다.

R&E (Research and Education) program has been emphasized since it can improve student's scientific thinking, problem solving ability, and creativity, with providing diverse opportunities for scientific research experiences that are difficult to access in this curriculum. In this study, we reconstructed a method of calculating high resolution sea surface temperature data in the coastal region around Korea using satellite data, and developed it into a R&E program for science-gifted students. In order to calculate the high resolution sea surface temperature data in the seas around Gyeonggi Bay and to understand the spatio-temporal distribution, 9 Landsat 8 OLI/TIRS (Operational Land Imager and Thermal InfraRed Sensor) satellite data were collected from December 21, 2013 to November 30, 2017. To understand the accurate sea surface temperature distribution, land area was masked by using SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) DEM (Digital Elevation Model) data, tidal flat was detected by applying the land use classification algorithm, and cloud was removed by applying a threshold to visible wavelength band of Landsat 8 OLI/TIRS satellite. High resolution sea surface temperature data in the seas around Gyeonggi Bay was calculated by applying MCSST (Multi-Channel Sea Surface Temperature) to preprocessed Landsat 8 OLI/TIRS satellite data. In order to develop the R&E program that can be used practically, we simplified the research process and developed learning worksheets suitable for each research stage so that students can perform the research process step by step. We conducted R&E program for students of science and gifted students from June 24, 2017 to January 13, 2018 and confirmed the applicability of R&E program based on satellite data.