인공위성 원격탐사로 가능한 놀라운 일들(1)

백두산 매년 3mm씩 상승, 어떻게 알았을까?

인공위성 원격탐사로 가능한 놀라운 일들(1)
 이 글은 교육과학기술부 블로그 기자 홍지미 학생의 글입니다. >>> 

“인공위성은 인공위성일 뿐이지.”
밤하늘을 반짝이는 인공위성에 대한 사람들의 보편적인 생각이다. 우리는 인공위성이 무언가를 관측한다고 막연히 생각할 뿐 그 기술의 구체적 쓰임새에 대해선 잘 모른다. 그러나 인공위성은 원격탐사분야에 무궁무진하게 활용된다.

인공위성과 항공기 등은 지질탐사, 적조해양관찰, 도시녹화현황 등 사람이 직접 관찰하는 현장조사만으로는 한계가 있는 탐사 작업에 없어서는 안 되는 것들이다. 갯벌탐사에도 인공위성 등을 활용한 원격탐사는 필수적이다. 국내 갯벌탐사 연구 전문가로 손꼽히는 연세대학교 지구시스템과학과 원중선 교수를 만나 그 쓰임새에 대해 들어보았다. 

_갯벌탐사 시 원격탐사 자료를 활용함으로써 얻을 수 있는 이점은 무엇입니까? 

“갯벌은 해일이나 태풍의 피해를 감쇠시켜 주는 완충지대이며, 육상에서 배출되는 오염물질을 정화해 주는 필터이며, 또한 우리국민이 좋아하는 많은 해산물이 자라는 양식장입니다. 특히 우리나라의 갯벌은 세계적으로도 다섯 손가락 내에 꼽힐 정도로 유명하고 또한 매우 귀중한  자산으로 우리에게는 소중히 가꾸고 물려줘야 하는 의무가 있습니다. 

그러므로 우리는 소중한 갯벌을 보존함과 동시에 합리적이고 효과적으로 활용하기 위해서는 갯벌을 과학적으로 이해하고 그 속에서 일어나는 다양한 변화를 정량적으로 관찰해야 합니다. 그러나 갯벌은 하루 중 접근 가능한 시간이 제한돼 있습니다. 면적도 매우 넓어 이동이 용이하지 못하여 직접 접근하여 조사하는 것이 어렵습니다. 그러므로 인공위성이나 항공기 등 다양한 원격탐사 방법을 함께 이용함으로써 관측 자료를 효과적으로 획득할 수 있습니다. 또한 원격탐사 방법은 갯벌 표면의 지형적 특성, 생물층의 분포 등을 2차원적으로 관측할 수 있어 갯벌을 과학적으로 이해하는데 기초자료를 제공합니다.”

_예를 들자면

“갯벌에 서식하는 바지락 조개를 예로 들어봅시다. 칼국수를 만드는 데 빠질 수 없는 바지락조개의 경우 매우 제한된 수심과 퇴적물에서만 번성합니다. 그런데 만일 갯벌의 지형이 30 cm 정도 이상 급격히 변화하고 퇴적물의 종류가 변하게 되면 생산량이 급감하게 되죠. 그런데 갯벌의 지형과 퇴적물은 태풍 등 강한 바람에 의해 갑자기 변하는 경우가 흔히 발생합니다.만일 이와 같은 일이 양식장에서 벌어진다면 어민들은 매우 막대한 피해를 입게 되겠죠?그러나 갯벌에서 일어나는 지형의 변화를 현장조사만으로는 모두 관측하고 측정할 수 없습니다. 이럴 때 원격탐사가 필요한 거죠.”

_실제로 원격탐사로 갯벌을 조사해 갯벌 보존에 성공한 사례가 있습니까? 

“네. 곰소만이 대표적이죠. 곰소만은 바지락 조개의 가장 중요한 산지중 하나입니다. 이 지역의 지형변화와 퇴적물의 특성을 원격탐사 방법을 이용하여 정량적으로 관측하는 일련의 연구가 연세대학교-한국해양연구원-전남대학교 공동으로 2000년대 초반부터 꾸준히 수행되어 왔습니다.

그 결과 곰소만 내에서도 지역에 따라 퇴적과 침식이 되는 지역이 구분되며, 주요 지역에서의 9년간의 퇴적 및 침식량을 정확하게 계산할 수 있었습니다. (아래 그림 참조). 이와 같은 결과는 앞으로 이 지역의 갯벌을 어떻게 보존하고 또한 어떻게 효과적으로 활용할 것인지에 대한 계획을 수립하는데 유용하게 이용될 수 있을 것입니다.”

            그림 1. 인공위성 영상으로부터 제작된 곰소만 갯벌 지형도: 2000년도(상)과 1991년(하) (Ryu et. al., 2008)

_지난 2005년에 백두산이 1년 평균 3mm씩 솟아오른다는 연구결과를 발표했습니다. 그 때 어떤 원격탐사 기법을 활용했습니까? 

“원격탐사의 종류와 방법은 매우 다양합니다. 그 중 영상레이더(SAR: synthetic aperture radar)를 이용하여 영상을 획득하기도 하는데, 이는 레이더라는 특성에 따라 단순히 영상뿐만 아니라 거리에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 특히 정밀한 보정이 이뤄지는 경우 연간 수 mm 내외의 매우 미세한 고도의 변화를 측정하는 것이 가능합니. 당시에 사용한 자료는 일본의 JERS-1 (Japanese Earth Resource Satellite-1)에 탑재된 영상레이더로부터 획득된 것으로 특히 수목이 발달한 지역 등을 관측하는데 매우 유용합니다.”

_현재도 유용하게 활용되는 기법입니까?

“이와 같은 연구는 세계적으로 지진, 화산, 빙하 등 자연재해가 빈발하는 지역에서 GPS와 함께 정밀관측에 활용되고 있습니다. 보다 정밀한 관측을 위한 기술 및 센서개발을 위해 각 국가의 선도연구자 간의 연구경쟁이 매우 치열합니다.” 

_원격탐사 영상을 활용하기 이전에 갯벌 연구를 할 때 많은 어려움이 있었지요? 

“앞서 설명한 바와 같이 갯벌의 현장조사는 현실적으로 매우 어렵습니다. 원격탐사 방법이 적용되기 전까지는 현장조사의 의존하여 매우 제한적 지역에서 얻어진 데이터만으로 결과를 도출해야 하는 반면, 갯벌에서의 변화는 지역적으로 큰 편차를 갖습니다. 따라서 전체 지역에서 나타나는 현상을 명확히 규명하는데 어려움이 있었습니다.”

_현재 원격탐사 기술은 어느 정도로 발달했나요? 

“원격탐사 기술의 중요한 요소 중 하나는 연구 대상에 적합한 파장대 및 해상도를 갖는 센서입니다. 이 센서를 통해 적합한 관측시기에 필요한 자료를 획득할 수 있습니다. 과거에는 획득 가능한 센서의 파장대 및 해상도가 매우 제한적이었습니다. 그러나 최근에는 파장대, 해상도, 관측 주기 등이 매우 다양한 센서들이 많은 인공위성에 탑재되어 관측을 수행하고 있습니다. 이에 따라 분석기술 또한 매우 급속히 발전하였으며, 특히 국내에서는 우리나라의 위성을 갖게 되면서 원하는 시기에 원하는 지역의 자료를 신속하게 획득할 수 있게 되어 원격탐사의 발전이 가속화 되고 있습니다.”

_우리나라는 기술 발전이 얼마나 이뤄졌나요?

“우리나라는 인공위성 기술이 선진국에 비해서는 약간 뒤처져 있는 관계로 아직은 원격탐사 활용기술 보다는 인공위성 자체의 개발기술에 주로 투자가 이뤄지고 있다는 점 때문에 원격탐사 기술은 아직 실용화 단계에 이르지 못하고 있습니다. 그러나 이제 우리나라의 인공위성 개발 기술이 일정 궤도에 오르고 있습니다. 따라서 이제는 인공위성의 적극적 활용을 위한 원격탐사 기술에 보다 획기적인 연구투자의 확대가 이뤄진다면 선진국과의 격차는 매우 짧은 기간 내에 따라 잡을 수 있는 기반을 갖추고 있습니다.”

_구체적인 예를 하나 들자면? 

“올해 말에 발사를 예정으로 최종 개발을 하고 있는 통신.해양.기상위성-1호에 탑재되는 해양관측 센서는 정지궤도위성 해양센서로 이는 세계 최초로 시도되는 것으로 국내 뿐만 아니라 국제적으로도 그 관심도가 매우 높으며 새로운 원격탐사 기술의 장을 열게 될 것으로 기대됩니다.”

_외국에 비교해보았을 때 우리나라 원격탐사 연구 현황은 어떻습니까? 

“해외의 국제적 경쟁연구팀들의 경우 대부분 단독적인 연구보다는 여러 연구자들이 팀을 이루어 종합적인 협력연구의 진행과 대규모 연구비 지원을 받습니다. 그러나 아직 국내에서는 협력연구를 수행할 수 있는 전문가 집단의 부족과 제한된 연구비 지원 환경으로 인하여 국제적 경쟁이 쉽지 않은 것도 사실입니다.”

_앞으로 우리나라의 원격 탐사 연구가 나아가야 할 방향은? 

“우리나라의 국제적 지위를 고려할 때 이제 원격탐사는 국내지역에 대한 연구로 한정하기 보다는 세계적인 주요 이슈가 되고 있는 지역 및 해외자원 개발 등 국가적 차원의 관심이 있는 해외지역의 대한 연구로 진출해야 합니다. 그러나 현실적으로는 아직 이와 같은 노력은 거의 진행되지 못하고 있는 실정입니다.”

_앞으로의 목표에 대해 말씀해 주세요. 

“현재 우리 연구실은 아직은 세계 최정상급에 이르지는 못하였으나, SAR 활용분야의 보유한 기술력과 경험에서 매우 근접하여 있다고 자부하고 있습니다. 그 동안 우리 연구실에서 배출된 우수한 인재들은 해외 연구기관에서 그 능력을 인정받아 왔으며 또한 앞으로 보다 활발한 공동연구 협력과 인력지원을 요청 받고 있습니다. 이에 국제적 연구경쟁력을 갖추고 또한 필요한 인재를 육성하기 위해 다음과 같은 연구방향과 연구주제에 집중할 생각입니다

연구의 기본방향은,

1) 국제적 연구 경쟁력을 갖춘 인재를 육성할 수 있는 주제에 집중하고,

2) 국내 개발 인공위성의 활용을 극대화 할 수 있는 기술을 개발하며,

3) 국제협력을 통하여 해외지역의 연구를 확대하는 것입니다.

이를 위해 구체적인 연구주제로 인공위성 영상레이더를 이용하여 지표의 변화를 보다 정밀하게 측정하는 다양한 방법을 개발하는 것이며, 이와 함께 연안에서 비교적 빠르고 대규모로 일어나고 있는 변화를 정량적으로 관측하고 과학적으로 분석할 수 있는 연구에 집중할 예정입니다."

 

'원격탐사로 가능한 놀라운 일들'은 두번째 기사로 이어집니다.

 

<<< 홍지미 | 교육과학기술부 대학생 블로그 기자
 e-mail | sky442@naver.com