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학술저널
저자정보
엄태윤 (충남대학교 우주지질학과) 김광년 (충남대학교) 조용한 (충남대학교) 송근용 (기상청) 이윤정 (기상청 수도권기상청 기후서비스과) 이윤곤 (충남대학교)
저널정보
대한원격탐사학회 대한원격탐사학회지 대한원격탐사학회지 제39권 제2호
발행연도
2023.4
수록면
207 - 221 (15page)

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

심층신경망과 천리안위성 2A호를 활용한 지상기온 추정에 관한 연구
엄태윤 ,  김광년 ,  조용한 외 3명 대한원격탐사학회지 2023.04 학술저널
천리안위성 2A호/AMI와 구름탐지 정보를 활용한 지상기온 추정에 관한 연구
엄태윤 ,  김광년 ,  조용한 외 1명 한국기상학회 학술대회 논문집 2023.04 학술대회자료

초록· 키워드

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본 연구는 천리안위성 2A호의 Level 1B (L1B) 정보를 사용해 지상기온을 추정하기 위한 심층신경망(deepneural network, DNN) 기법을 적용하고 검증을 실시하였다. 지상기온은 지면으로부터 1.5 m 높이의 대기온도로 일상생활뿐만 아니라 폭염이나 한파와 같은 이슈에 밀접한 관련을 갖는다. 지상기온은 지표면 온도와 대기의 열 교환에 의해 결정되므로 위성으로부터 산출된 지표면 온도(land surface temperature, LST)를 이용한 지상기온 추정 연구가 활발하였다. 하지만 천리안위성 2A호 산출물 LST는 Level 2 정보로 구름영향이 없는 픽셀만산출되는 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 Advanced Meteorological Imager 센서에서 측정된 원시데이터에오직 복사와 위치보정을 마친 L1B 정보를 사용해 지상기온을 추정하기 위한 DNN 모델을 제시하고 그 성능을가늠하기 위해 위성 LST와 지상관측 기온 사이의 선형회귀모델을 기준모델로 사용하였다. 연구기간은 2020년부터 2022년까지 3년으로 평가기간 2022년을 제외한 기간은 훈련기간으로 설정했다. 평가지표는 기상청의 종관기상관측소에서 정시에 관측된 기온정보로 평균 제곱근 오차를 사용하였다. 관측지점에서 추출된 픽셀 중손실된 픽셀의 비율은 LST는 57.91%, L1B는 1.63%를 보였으며 LST의 비율이 낮은 이유는 구름의 영향 때문이다. 제안한 DNN의 구조는 16개 L1B 자료와 태양정보를 입력 받는 층과 은닉층 4개, 지상기온 1개를 출력하는 층으로 구성하였다. 연구결과 구름의 영향이 없는 경우 DNN 모델이 root mean square error (RMSE) 2.22°C로 기준모델의 RMSE 3.55°C 보다 낮은 오차를 보였고, 흐린 조건을 포함한 총 RMSE는 3.34°C를 나타내면서구름의 영향을 제거할 수 있을 것으로 보였다. 하지만 계절과 시간에 따른 분석결과 여름과 겨울철에 모델의결정계수가 각각 0.51과 0.42로 매우 낮게 나타났고 일 변동의 분산이 0.11과 0.21로 나타났다. 가시채널을 고려해 태양 위치정보를 추가한 결과에서 결정계수가 0.67과 0.61로 개선되었고 시간에 따른 일 변동의 분산도 0.03과 0.1로 감소하면서 모든 계절과 시간대에 더 일반화된 모델을 생성할 수 있었다.
#천리안위성 2A호 #기온 #지표면 온도 #기계학습 #심층신경망 #GK-2A #Air temperature #Land surface temperature #Machine learning #Deep neural network

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