위성 녹조 모니터링, 우주에서 엽록소를 읽는 방법

호소와 취수원을 관리한다면, 수역 전체의 녹조를 가장 넓게 먼저 보는 방법은 위성 녹조 모니터링입니다.

녹조 대응 담당자가 녹조를 알게 되는 길은 보통 두 가지입니다. 정해진 지점과 날짜에 물을 떠서 재거나, 자동측정망 값이 오르는 것을 보는 경우입니다. 둘 다 정확하지만, 넓은 호수의 몇 개 점만 알려 줍니다.

녹조는 그 점들 사이에서 먼저 생기기도 합니다. 물이 들어오는 만곡부, 바람이 몰아주는 호안, 물이 고이는 후미에서 먼저 짙어지고, 며칠 사이에 넓게 번집니다.

아래에서 위성이 물 색으로 녹조를 읽는 원리, 꼭 알아야 할 한계, 현장 실측과 맞춰 보는 방법, BASIN이 여기에 무엇을 더하는지 차례로 설명합니다. 우리 수역에 위성 감시를 붙여 볼지 고민 중이라면 참고해 보세요.

분류: 녹조 감시

위성 녹조 모니터링은 물 색의 차이로 엽록소-a를 추정합니다

식물성 플랑크톤에는 엽록소-a라는 색소가 있습니다. 녹조가 늘면 물속 엽록소도 늘고, 물이 빛을 반사하는 모양이 바뀝니다. 특히 빨간빛에서 근적외선으로 넘어가는 구간, 곧 적색경계에서 차이가 크게 나타납니다.

유럽 코페르니쿠스 프로그램의 Sentinel-2 위성은 이 적색경계 구간을 따로 나눠 찍습니다. 같은 곳을 약 5일마다 다시 찍고, 해상도는 10m입니다. 넓은 호수도 칸칸이 나눠 볼 수 있는 크기입니다.

적색경계 밴드와 빨간 밴드의 차이를 지수로 만든 것이 NDCI(정규화 차이 엽록소 지수)입니다. 탁한 내륙 호수에서 엽록소를 추정하려고 제안된 방법으로, Mishra와 Mishra의 2012년 논문에 자세히 나와 있습니다.

BASIN은 대기 보정을 마친 Sentinel-2 영상(L2A)에서 NDCI를 계산해 엽록소-a 농도를 추정하고, 칸마다 청정·관심·경계·대발생 4등급으로 나눕니다. 장면이 쌓이면 농도가 오르는지 내리는지 추세도 함께 봅니다.

구름과 수면 경계는 위성 분석이 넘어야 할 벽입니다

광학 위성은 햇빛이 반사된 빛을 찍습니다. 그래서 구름이 끼면 그 아래 물을 볼 수 없습니다. 녹조가 많은 여름은 장마와 소나기가 잦은 때이기도 해서, 쓸 수 없는 장면이 생깁니다.

물가도 까다롭습니다. 한 칸에 물과 땅, 물가 풀이 섞이면 엽록소가 실제보다 높게 보일 수 있습니다. 가뭄으로 수위가 내려가면 어제의 물가가 오늘은 마른 바닥이 되기도 합니다.

그래서 BASIN은 구름과 관계없는 Sentinel-1 레이더로 그날의 수면을 따로 만듭니다. 레이더에서 잔잔한 물은 어둡게 보여, 물과 땅을 날씨와 관계없이 나눌 수 있습니다.

구름에 가린 날은 그 장면을 억지로 쓰지 않습니다. 대신 수온, 질소, 인, 일조량, 체류시간 같은 녹조 발생 조건과 기상 예보로 상황을 이어서 봅니다.

위성 녹조 모니터링 결과는 현장 실측과 맞춰 봐야 쓸 수 있습니다

위성이 읽는 것은 물 표면 가까이의 색입니다. 같은 엽록소 값이라도 남조류가 얼마나 섞였는지, 물속 깊이에 따라 어떻게 다른지는 현장에서 물을 떠 봐야 압니다.

세계보건기구는 물속 유해 남조류 안내서에서 위성과 원격탐사를 넓은 수역의 감시를 돕는 도구로 다루면서도, 판단은 현장 시료와 함께 하도록 권합니다.

국내에는 수질측정망과 조류 측정 자료가 물환경정보시스템에 공개되어 있습니다. BASIN은 이 실측이 올라올 때마다 위성 결과와 비교해 오차, 상관, 경보 재현율을 다시 계산합니다.

BASIN은 오늘의 지도에 며칠 뒤의 예측을 더합니다

위성 녹조 지도는 오늘 어디가 푸른지를 보여 줍니다. 대응하는 쪽에서 더 알고 싶은 것은 며칠 뒤 어디가 짙어지고, 취수구까지 언제 오는지입니다.

BASIN은 녹조 5대 요소로 성장률을 계산하고 기상 예보를 더해 3~7일 앞의 경보 단계를 매일 냅니다. 바람과 물 흐름으로 확산 경로를 그려 취수구 도달 예상일도 알려 줍니다.

지금 BASIN은 팔당호, 대청호, 소양호, 낙동강(물금·매리), 새만금호 등 5개 수역을 공개 위성 데이터로 자체 시범 감시하고 있습니다. 정확도 숫자는 공식 실증에서 검증한 뒤 알리겠습니다.

여기까지 위성이 엽록소-a를 읽는 원리와 한계, 실측 검증 방법을 설명드렸고, BASIN의 녹조 지도는 녹조 농도 지도 안내에서 자세히 확인하실 수 있습니다.

자주 묻는 질문

위성으로 남조류만 따로 볼 수 있나요?

광학 위성은 주로 엽록소-a처럼 플랑크톤 전체의 신호를 봅니다. 남조류의 양과 종류는 현장 채수로 확인합니다.

위성 영상은 비용이 드나요?

Sentinel-1·2와 Landsat 영상은 무료로 공개됩니다. 그래서 수역이 늘어도 자료 비용이 거의 늘지 않습니다.

작은 저수지도 볼 수 있나요?

10m 칸으로 나누므로 폭이 좁은 수역은 물가 칸의 영향을 크게 받습니다. 수역의 크기와 모양에 따라 먼저 시험해 보고 판단합니다.

편집 및 답변 모멘트큐브 BASIN팀 / james@momentcube.com · 032-212-1011