<사진. 해양의 적외선 복사와 이에 따른 온도를 측정하기 위하여 인공위성 감지기(satellite sensor)를 사용하는 미국 국립 해양 대기 관리처(NOAA; National Oceanic and Atmospheric Administration)
출처. KISTI 미리안 글로벌동향브리핑>
해수 온도를 실시간으로 판독하는 새로운 모델
서부 호주 연구진은 해양보호수역(MPAs; marine protected areas)에 대해 근실시간(near real-time)으로 지역적인 수온(water temperature)을 정확하게 추정하는 모델을 처음으로 개발했다. 이 모델은 수온에서 다양한 계절 유형을 모형화하는 것이 가능하기 때문에, 다른 모델보다 더 정확하다.
연구팀은 미국 국립 해양 대기 관리처(NOAA; National Oceanic and Atmospheric Administration)의 CRW(Coral Reef Watch) 프로그램으로부터 해수면 온도(SST; sea surface temperature)와 모델을 테스트하기 위하여 4곳의 서부 호주 MPAs로부터 얻은 현장 온도(in situ temperature)를 사용했다.
CRW는 해양 관리자와 연구진이 전 세계적으로 근실시간 SST 갱신에 대한 접근을 제공한다. 서호주 공원 및 야생 생물부(Western Australian Department of Parks and Wildlife) 소속의 연구 과학자인 Kevin Bancroft는 새로운 모델이 해양 생물에 대한 열적 변칙성(thermal anomalies)을 이해하는데 도움을 줄 것이라고 밝혔다.
* 산호 탈색 현상을 암시하는 온도 모델
Bancroft는 광범위한 산호 탈색(coral bleaching)의 발생이 2010년~2011년과 2011년~2012년 여름철 동안 높은 수온이 나타난 직접적인 결과라고 밝혔다. 과거에, 우리는 CRW가 산호 탈색 사건에 대한 의견이 제시됐을 때, 종종 탈색 사건을 확인하지 못했다는 사실을 발견했다고 그는 밝혔다.
수온이 종종 해안에서 측정되기 때문에 우리에게 경고를 준 시기와는 다른 때, 탈색 사건이 기록됐다. 이러한 오차를 해결하기 위하여, 연구진은 사람들이 과거에 정기적으로 온도를 기록하던 기록 보관소의 자료를 조명했으며, 다양한 MPAs에서 자체적인 기록을 확보했다. Bancroft는 현재 서호주의 MPAs 전역의 다양한 위치에 대한 온도 모델을 확보했으며, 다른 지역에 대하여 이러한 모델을 확장하기 위한 개선을 수행하고 있다고 밝혔다.
* 해수면 온도의 인공위성 판독
NOAA는 해양의 적외선 복사(infrared radiation)와 이에 따른 온도를 측정하기 위하여 인공위성 감지기(satellite sensor)를 사용했다. 50km*50km 픽셀의 가상 영역(virtual area)은 리셉턴스 값(receptance value)을 방해할 수 있는 섬 또는 다른 것은 포함할 수 없다. 이것이 왜 자료가 전형적으로 해안으로부터 유래했는가에 대한 이유가 된다.
Bancroft는 NOAA가 인공위성 자료로부터 5km*5km 픽셀을 사용하는 보다 더 분해능이 우수한 해수면 온도 모델을 개발 중이라고 밝혔다. 이것은 MPAs 이내 또는 주변의 가상 지역의 위치를 보다 더 개선할 수 있다는 것을 의미한다고 Bancroft는 밝혔다.
추가적인 방향은 웹 기반의 도구를 이용하여 해양 공원 관리자에게 근실시간 자료를 제공하는 공정의 자동화를 수행하여 보다 더 우수한 관리를 결정하는데 있다고 Bancroft는 밝혔다.
해수 온도(sea temperature)의 근실시간 관측은 다양한 해양 군집 특히, MPAs에 대한 기후 변화와 관련된 영향을 모니터링하기 위한 중요한 관리 도구이다. 그러나 가상 기지로 인공위성 원격 감지(satellite remote sensing)로부터 유래한 자료를 이용할 때 존재하는 한계는 일반적으로 관리하고자 관심을 가진 지역과는 거리가 있다. 대부분의 지역에서 모형화된 해수면 온도는 특정한 예측보다는 보다 더 큰 공간적 규모에 걸쳐 일반적인 예측만을 제공한다.
원격 감지된 해수 온도와 현장 온도 사이의 관계를 이해하는 것은 장기적 변화(long-term changes)와 단기적 변칙성(short-term anomalies)에 관하여 해수 온도에 대한 실시간 관리 반응을 가능하게 한다. 역사적으로 해양 군집에 대한 대부분의 열 스트레스 사건(thermal stress event)의 효과는 현장 기록과 사건, 회수 및 자료 해석 등과 관련된 시간 지체 때문에, 사건이 일어난 후 우발적으로 관찰되거나 잘 규명된다. 열 스트레스 사건으로부터의 복귀와 해양 군집의 감수성을 이해하는 것은 지역적 공간 규모에서 실시간으로 사건의 신뢰 있는 추정을 필요로 한다.
현장의 해수 온도와 인공위성에서 유래한 해수 온도 사이의 관계를 추가로 더 이해하고, 실시간 모니터링 도구를 개발하기 위하여, 단순한 선형 보간법(linear interpolation)이 근실시간 인공위성에서 관측된 해수면 온도를 이용하여 깊이에 따라 지역적인 현장 온도를 추정하기 위하여 수행됐다.
NOAA의 CRW(Coral Reef Watch) 50km 해수면 온도(SST) 자료는 쉽게 이용 가능하며, 전 세계적으로 해수면 온도의 연속적인 실시간에 가까운 갱신을 이유로 선택됐다. 또 4곳의 서호주 MPAs로부터 현장 온도 자료 집록 장치(logger data)가 선형 보간법을 개발하고 테스트하는데 이용됐다.
모델을 이용하여, 연구진은 4곳의 MPA 전역의 관심이 있는 지역에서 2011년 2월에 경험했던 온도 변칙성을 포함하여, 최소 78%의 시간에 대하여 ±1 °C 이내로 현장 온도를 성공적으로 추정할 수 있었다.
이러한 단순한 선형 보간법 모델(linear interpolation model)은 서호주 전역의 광범위한 범위의 MPAs 모니터링을 위하여 온도의 실시간 추정을 개선하기 위하여 사용될 계획이다. 이러한 선형 보간법 모델은 장기적인 변화와 단기 기온 변칙성에 대응한 많은 정보를 갖춘 관리와 더 우수한 이해를 가능하게 할 것이다.
모니터링되는 지역의 추가적인 확대, 개선된 인공위성 분해능 및 자료 공급원의 연간 검토 등이 이용 가능한 자료와 함께 높은 수준의 정확도에서 남아 있는 수질에 대한 이러한 위협을 관리하는데 사용되는 자료를 확보할 것이다.
■ KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 http://mirian.kisti.re.kr