This study proposes a rule-based image classification method for the time-series analysis of changes in the land surface of the Seongnam-Yongin area using satellite-image data from 2000 to 2009. In order to identify the change patterns during each period, 11 classes were employed in accordance with statistical/mathematic rules. A generalized algorithm was used so that the rules could be applied to the unsupervised-classification method that does not establish any training sites. The results showed that the urban area of the object increased by 145% due to housing-site development. The image data from 2009 had a classification accuracy of 98%. For method verification, the results were compared to land-cover changes through Post-classification comparison. The maximum utilization of the available data within multiple images and the optimized classification allowed for an improvement in the classification accuracy. The proposed rule-based image-classification method is expected to be widely employed for the time-series analysis of images to produce a thematic map for urban development and to monitor urban development and environmental change.
On the urban scale, Micro-climate analysis models for urban scale have been developed to investigate the atmospheric characteristics in urban surface in detail and to predict the micro-climate change due to the changes in urban structure. BioCAS (Biometeorological Climate Impact Assessment System) is a system that combines such analysis models and has been implemented internally in the Korea Meteorological Administration. One of role in this system is the analysis of the health impact by heat waves in urban area. In this study, the vegetation cooling models A and B were developed and linked with BioCAS and evaluated by the temperature drop at the vegetation areas during ten selected heat-wave days. Smaller prediction errors were found as a result of applying the vegetation cooling models to the heat-wave days. In addition, it was found that the effects of the vegetation cooling models produced different results according to the distribution of vegetation area in land cover near each observation site - the improvement of the model performance on temperature analysis was different according to land use at each location. The model A was better fitted where the surrounding vegetation ratio was 50% or more, whereas the model B was better where the vegetation ratio was less than 50% (higher building and impervious areas). Through this study, it should be possible to select an appropriate vegetation cooling model according to its fraction coverage so that the temperature analysis around built-up areas would be improved.
Journal of The Geomorphological Association of Korea
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v.28
no.1
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pp.83-99
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2021
Burn severity analysis using satellite imagery has high capabilities for research and management in inaccessible areas. We extracted the forest fire area of the DMZ (Demilitarized Zone) in the western Imjin Estuary which is restricted to access due to the confrontation between South and North Korea. Then we analyzed the forest fire severity and recoverability using atmospheric corrected Surface Reflectance Level-2 data collected from Landsat-8 OLI (Operational Land Imagery) / TIRS (Thermal Infrared Sensor). Normalized Burn Ratio (NBR), differenced NBR (dNBR), and Relative dNBR (RdNBR) were analyzed based on changes in the spectral pattern of satellite images to estimate burn severity area and intensity. Also, we evaluated the recoverability after a forest fire using a land cover map which is constructed from the NBR, dNBR, and RdNBR analyzed results. The results of dNBR and RdNBR analysis for the six years (during May 30, 2014 - May 30, 2020) showed that the intensity of monthly burn severity was affected by seasonal changes after the outbreak and the intensity of annual burn severity gradually decreased after the fire events. The regrowth of vegetation was detected in most of the affected areas for three years (until May 2020) after the forest fire reoccurred in May 2017. The monthly recoverability (from April 2014 to December 2015) of forests and grass fields was increased and decreased per month depending on the vegetation growth rate of each season. In the case of annual recoverability, the growth of forest and grass field was reset caused by the recurrence of a forest fire in 2017, then gradually recovered with grass fields from 2017 to 2020. We confirmed that remote sensing was effectively applied to research of the burn severity and recoverability in the DMZ. This study would also provide implications for the management and construction statistics database of the forest fire in the DMZ.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.17
no.4
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pp.384-398
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2015
In this paper, the high-resolution Weather Research and Forecasting/Noah-MultiParameterization (WRF/Noah-MP) modeling system is configured for the Cheongmicheon Farmland site in Korea (CFK), and its performance in land and atmospheric simulation is evaluated using the observed data at CFK during the 2014 special observation period (21 August-10 September). In order to explore the usefulness of turning on Noah-MP dynamic vegetation in midterm simulations of surface and atmospheric variables, two numerical experiments are conducted without dynamic vegetation and with dynamic vegetation (referred to as CTL and DVG experiments, respectively). The main results are as following. 1) CTL showed a tendency of overestimating daytime net shortwave radiation, thereby surface heat fluxes and Bowen ratio. The CTL experiment showed reasonable magnitudes and timing of air temperature at 2 m and 10 m; especially the small error in simulating minimum air temperature showed high potential for predicting frost and leaf wetness duration. The CTL experiment overestimated 10-m wind and precipitation, but the beginning and ending time of precipitation were well captured. 2) When the dynamic vegetation was turned on, the WRF/Noah-MP system showed more realistic values of leaf area index (LAI), net shortwave radiation, surface heat fluxes, Bowen ratio, air temperature, wind and precipitation. The DVG experiment, where LAI is a prognostic variable, produced larger LAI than CTL, and the larger LAI showed better agreement with the observed. The simulated Bowen ratio got closer to the observed ratio, indicating reasonable surface energy partition. The DVG experiment showed patterns similar to CTL, with differences for maximum air temperature. Both experiments showed faster rising of 10-m air temperature during the morning growth hours, presumably due to the rapid growth of daytime mixed layers in the Yonsei University (YSU) boundary layer scheme. The DVG experiment decreased errors in simulating 10-m wind and precipitation. 3) As horizontal resolution increases, the models did not show practical improvement in simulation performance for surface fluxes, air temperature, wind and precipitation, and required three-dimensional observation for more agricultural land spots as well as consistency in model topography and land cover data.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.53
no.6
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pp.7-16
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2011
This study discussed the applicability of satellite SAR (Synthetic Aperture Radar) imagery with regard to reservoir monitoring, and tried the extraction of reservoir storage from multi-temporal C-band RADARSAT-1 SAR backscattering images of Yedang and Goongpyeong agricultural reservoirs, acquired from May to October 2005. SAR technology has been advanced as a complementary and alternative approach to optical remote sensing and in-situ measurement. Water bodies in SAR imagery represent low brightness induced by low backscattering, and reservoir storage can be derived from the backscatter contrast with the level-area-volume relationship of each reservoir. The threshold segmentation over the routine preprocessing of SAR images such as speckle reduction and low-pass filtering concluded a significant correlation between the SAR-derived reservoir storage and the observation record in spite of the considerable disagreement. The result showed up critical limitations for adopting SAR data to reservoir monitoring as follows: the inappropriate specifications of SAR data, the unreliable rating curve of reservoir, the lack of climatic information such as wind and precipitation, the interruption of inside and neighboring land cover, and so on. Furthermore, better accuracy of SAR-based reservoir monitoring could be expected through different alternatives such as multi-sensor image fusion, water level measurement with altimeters or interferometry, etc.
To evaluate high-resolution wind resources for local and coastal area with complex terrain was attemped to combine the prognostic MM5 mesoscale model with CALMET diagnostic modeling this study. Firstly, MM5 was simulated for 1km resolution, nested fine domain, with FDDA using QuikSCAT seawinds data was employed to improve initial meteorological fields. Wind field and other meteorological variables from MM5 with all vertical levels used as initial guess field for CALMET. And 5 surface and 1 radio sonde observation data is performed objective analysis whole domain cells. Initial and boundary condition are given by 3 hourly RDAPS data of KMA in prognostic MM5 simulation. Geophysical data was used high-resolution terrain elevation and land cover(30 seconds) data from USGS with MM5 simulation. On the other hand SRTM 90m resolution and EGIS 30m landuse was adopted for CALMET diagnostic simulation. The simulation was performed on whole year for 2007. Vertical wind field a hour from CALMET and latest results of MM5 simulation was comparison with wind profiler(KEOP-2007 campaign) data at HAENAM site.
Kang, Sinkyu;Lee, Sang Hun;Cho, Nanghyun;Aggossou, Casmir;Chun, Jungwha
Journal of Ecology and Environment
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v.45
no.4
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pp.228-236
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2021
Background: A review of the literature was carried out to study dust and sandstorm (DSS) in terms of its ecosystem processes and relationship to other dryland disasters in Northeast Asia. Drylands are ecosystems that include grasslands, semi-deserts, and deserts, and these types of ecosystems are vulnerable due to their low primary productivity that depends on a small amount of precipitation. Results: Drought, dust, desertification, and winter livestock disasters (called dzud) are unique natural disasters that affect the region. These disasters are related in that they share major causes, such as dryness and low vegetation cover that combine with other conditions, wind, cold waves, livestock, and land-surface energy, to dramatically impact the ecosystem. Conclusions: The literature review in this study illustrates the macroscopic context of the spatial and temporal patterns of DSS according to geography, climate, and vegetation growth in the drylands of Northeast Asia. The effects of ocean climates and human activities were discussed to infer a possible teleconnection effect of DSS and its relations to desertification and dzud.
This research aimed to assess the possibility of detecting forest degradation using time-series satellite imagery and three different deep learning-based change detection techniques. The dataset used for the deep learning models was composed of two sets, one based on surface reflectance (SR) spectral information from satellite imagery, combined with Texture Information (GLCM; Gray-Level Co-occurrence Matrix) and terrain information. The deep learning models employed for land cover change detection included image differencing using the Unet semantic segmentation model, multi-encoder Unet model, and multi-encoder Unet++ model. The study found that there was no significant difference in accuracy between the deep learning models for forest degradation detection. Both training and validation accuracies were approx-imately 89% and 92%, respectively. Among the three deep learning models, the multi-encoder Unet model showed the most efficient analysis time and comparable accuracy. Moreover, models that incorporated both texture and gradient information in addition to spectral information were found to have a higher classification accuracy compared to models that used only spectral information. Overall, the accuracy of forest degradation extraction was outstanding, achieving 98%.
The development and application of a high-resolution soil moisture mapping method using satellite imagery has been considered one of the major research themes in remote sensing. In this study, soil moisture mapping in the test area of Jeju Island was performed. The soil moisture was calculated with optical images using linearly adjusted Synthetic Aperture Radar (SAR) polarization images and incident angle. SAR Backscatter data, Analysis Ready Data (ARD) provided by Google Earth Engine (GEE), was used. In the soil moisture processing process, the optical image was applied to normalized difference vegetation index (NDVI) by surface reflectance of KOMPSAT-3 satellite images and the land cover map of Environmental Systems Research Institute (ESRI). When the SAR image and the optical images are fused, the reliability of the soil moisture product can be improved. To validate the soil moisture mapping product, a comparative analysis was conducted with normalized difference water index (NDWI) products by the KOMPSAT-3 image and those of the Landsat-8 satellite. As a result, it was shown that the soil moisture map and NDWI of the study area were slightly negative correlated, whereas NDWI using the KOMPSAT-3 images and the Landsat-8 satellite showed a highly correlated trend. Finally, it will be possible to produce precise soil moisture using KOMPSAT optical images and KOMPSAT SAR images without other external remotely sensed images, if the soil moisture calculation algorithm used in this study is further developed for the KOMPSAT-5 image.
Urbanization causes urban floods and urban heat island in the summer, so it is necessary to understanding the changes of the thermal environment through urban climate and energy balance. This can be explained by the energy balance, but in urban areas, unlike the typical energy balance, the storage heat flux saved in the building or artificial land cover should be considered. Since the environment of each city is different, there is a difficulty in applying the method of retrieving the storage heat flux of the previous research. Especially, most of the previous studies are focused on the overseas cities, so it is necessary to study the storage heat retrieval suitable for various land cover and building characteristics of the urban areas in Korea. Therefore, the object of this study, it is to derive the regression formula which can quantitatively retrieve the storage heat using the data of the area where various surface types exist. To this end, nonlinear regression analysis was performed using net radiation and surface temperature data as independent variables and flux tower based storage heat estimates as dependent variables. The retrieved regression coefficients were applied to each independent variable to derive the storage heat retrieval regression formula. As a result of time series analysis with flux tower based storage heat estimates, it was well simulated high peak at day time and the value at night. Moreover storage heat retrieved in this study was possible continuous retrieval than flux tower based storage heat estimates. As a result of scatter plot analysis, accuracy of retrieved storage heat was found to be significant at $50.14Wm^{-2}$ and bias $-0.94Wm^{-2}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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