L밴드 인공위성 SAR를 이용한 동해 연안 해상풍 산출 및 오차 특성

Abstract

L밴드 ALOS SAR 자료를 활용하여 우리나라 동해 연안해역의 해상풍을 산출하고 오차의 특성을 분석하였다. 그 동안 인공위성 산란계를 이용한 해상풍 산출이 본질적으로 불가능하였던 연안 해역에 대하여 SAR 자료로부터 고해상도 해상풍을 산출할 수 있었다. 산출된 SAR 바람을 해양 부이 자료와 비교한 결과 0.67 m/s의 작은 오차로 잘 일치함을 보여주었다. 서로 다른 L밴드 ALOS PALSAR GMF 2007 모델과 2009 모델로 산출된 해상풍을 인공위성 산란계 해상풍과 비교한 결과, 풍속과 풍향 각각 2.16 m/s와 <TEX>$19.24^{\circ}$</TEX>, 3.62 m/s와 <TEX>$28.02^{\circ}$</TEX>의 제곱평균근오차를 보이며, 인공위성 산란계의 기대 오차보다 다소 큰 경향을 나타냈다. 또한 산출된 L밴드 SAR 바람장은 풍향과 입사각에 대하여 특징적인 의존성을 보였다. L밴드 GMF 2007 모델은 <TEX>$21^{\circ}$</TEX> 보다 작은 입사각에 대하여 큰 오차를 보인 반면, L밴드 GMF 2009 모델은 입사각에 대한 효과를 선형함수가 아니라 이차함수로 고려하여 주었기 때문에 작은 입사각 범위에서 풍속 오차가 6.8 m/s에서 1.14 m/s로 크게 감소하는 결과를 보였다. 본 연구는 L밴드 SAR 바람장의 다양한 활용을 위해서는 풍향과 입사각 효과, 그리고 다른 잠재적인 오차의 요인을 집중적으로 연구하여야 함을 강조하였다. Sea surface winds in the sea off the east coast of Korea were derived from L-band ALOS (Advanced Land Observing Satellite) PALSAR (Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar) data and their characteristics of errors were analyzed. We could retrieve high-resolution wind vectors off the east coast of Korea including the coastal region, which has been substantially unavailable from satellite scatterometers. Retrieved SAR-wind speeds showed a good agreement with in-situ buoy measurement by showing relatively small an root-mean-square (RMS) error of 0.67 m/s. Comparisons of the wind vectors from SAR and scatterometer presented RMS errors of 2.16 m/s and <TEX>$19.24^{\circ}$</TEX>, 3.62 m/s and <TEX>$28.02^{\circ}$</TEX> for L-band GMF (Geophysical Model Function) algorithm 2009 and 2007, respectively, which tended to be somewhat higher than the expected limit of satellite scatterometer winds errors. L-band SAR-derived wind field exhibited the characteristic dependence on wind direction and incidence angle. The previous version (L-band GMF 2007) revealed large errors at small incidence angles of less than <TEX>$21^{\circ}$</TEX>. By contrast, the L-band GMF 2009, which improved the effect of incidence angle on the model function by considering a quadratic function instead of a linear relationship, greatly enhanced the quality of wind speed from 6.80 m/s to 1.14 m/s at small incident angles. This study addressed that the causes of wind retrieval errors should be intensively studied for diverse applications of L-band SAR-derived winds, especially in terms of the effects of wind direction and incidence angle, and other potential error sources.