해양 탁도

Ocean turbidity
허리케인 밥 직전 해양 탁도 시각화(1991년 8월 14일)

바다 탁도는 너무 작은 입자가 너무 작아 확대 없이 볼 수 없는 해수의 구름이나 위험도를 측정하는 척도다. 탁도가 높은 바닷물은 비산먼지가 많은 바다다. 높은 흡수율과 높은 산란율의 물에서는 모두 물에 대한 가시성이 감소된다. 고도로 산란(터빈)된 물은 여전히 많은 빛을 반사하는 반면, 흑수강이나 호수와 같은 고흡수 물은 매우 어둡다. 물이 탁해지는 산란 입자는 퇴적물과 식물성 플랑크톤 등 여러 가지로 구성될 수 있다.

측정

해상 혼탁도를 측정하는 방법에는 자율 원격 차량, 선주, 위성 등 여러 가지가 있다.

위성에서 전자파 스펙트럼의 가시 부위의 반사율을 조사하면 물 탁도의 대용 측정을 할 수 있다. 고급 매우 고해상도 방사선계(AVHRR)의 경우, 논리 선택은 밴드 1로, 파장 580~680나노미터, 주황색과 적색이다. 시공간적으로 비교 가능한 파생 제품을 만들기 위해서는 대기 교정이 필요하다. 이를 위해 레일리 산란 효과는 위성 시야각과 태양 절정각도에 기초해 계산한 후 밴드 1의 광도로부터 차감한다. 에어로졸 보정을 위해 근적외선 내 밴드 2가 사용된다. 먼저 레일리 산란용으로 보정된 다음 레일리 보정 밴드 1에서 감산한다. Rayleigh 보정 밴드 2는 에어로졸 광도로 가정되는데, 이는 물이 그 파장에서 고도로 흡수되기 때문에 근적외선 내 물로부터의 복귀 신호가 예상되지 않기 때문이다. 밴드 1과 밴드 2는 전자파 스펙트럼에서 비교적 가깝기 때문에 에어로졸 분산이 동일하다고 합리적으로 가정할 수 있다.

이러한 이미지에서 탁도는 0~8%의 범위에서 물기둥에서 나오는 반사광의 백분율로 정량화된다. 정확한 관계는 지역에 따라 다르며 물의 광학적 특성에 따라 다르지만 반사율 퍼센트는 감쇠, 세치 디스크 깊이 또는 총 부유 고형물과 상관될 수 있다. 예를 들어 플로리다 베이의 경우 10% 반사율은 30mg/리터의 침전물 농도와 0.5m의 세치 깊이에 해당한다. 이러한 관계는 대략 선형이므로 5% 반사율은 약 15mg/리터의 침전물 농도와 1m의 세치 깊이에 해당된다. 미시시피강 플룸 지역에서 이와 동일한 반사율 값은 약 10배 이상의 침전물 농도를 나타낼 것이다.

허리케인

예상했듯이, 이 사진들의 대부분은 허리케인이 상륙한 지역의 탁도 증가를 보여준다. 그 증가는 주로 얕은 바닥에서 다시 떠내려온 퇴적물에 기인한다. 해안 근처 지역에서는 침전물이 침식된 것뿐만 아니라 퇴적물이 가득한 강 연두에서도 신호를 보낼 수 있다. 어떤 경우에는 영양소 이용가능성 증가로 인해 후허리케인 식물성 플랑크톤 꽃이 필 수도 있다.

허리케인이 지나간 후의 탁도를 조사하면 다음과 같은 해안 자원 관리에 잠재적으로 많은 이용이 있을 수 있다.

  • 침식이 가장 심할 것으로 예상되는 지역의 "핫 스폿"을 식별한다.
  • 허리케인에 의해 동원된 총 침전물 농도 추정
  • 침전물 동원의 공간 범위 결정
  • 하천 플럼의 범위 및 기여도 확인
  • 잠재적인 생태계 영향 평가 및 예측

이러한 용도와 관련하여, 탁도가 높은 지역을 결정하면 관리자들이 대응 전략을 가장 잘 결정할 수 있을 뿐만 아니라 사후 허리카인 자원이 가장 효과적으로 활용되도록 보장할 수 있을 것이다.

영상 해석

바다에서 일어난 빛의 작은 부분만이 위성에 반사되어 수신될 것이다. 광자가 바다를 반사하고 빠져나갈 확률은 바다를 통과하는 그것의 길이에 따라 기하급수적으로 감소한다. 왜냐하면 바다는 흡수 매체이기 때문이다. 광자는 더 많은 대양을 통과해야 할수록 무언가에 흡수될 가능성이 더 커진다. 흡수된 후에, 그것은 결국 바다의 열 저장소의 일부가 될 것이다. 수역의 흡수 및 산란 특성은 수직 광 감쇠 속도를 결정하고 위성 신호에 기여하는 깊이에 한계를 설정한다. 합리적인 경험 법칙은 위성이 보는 물에서 나오는 신호의 90%가 첫 번째 감쇠 길이에서 나오는 신호라는 것이다. 이것이 얼마나 깊은지는 물 자체와 물 속의 다른 성분들의 흡수 및 산란 특성에 달려 있다. 근적외선 및 더 긴 파장의 경우 침투 깊이는 1미터에서 몇 마이크로미터까지 다양하다. 밴드 1의 경우 침투 깊이는 보통 1미터에서 10미터 사이일 것이다. 물이 10m 이하로 탁도가 크게 치솟는 경우 위성이 이를 볼 가능성은 낮다.

매우 얕은 맑은 물의 경우 바닥이 보일 가능성이 크다. 예를 들어 바하마에서는 물이 꽤 맑고 깊이가 불과 몇 미터밖에 되지 않아 바닥이 밴드 1 빛을 많이 반사하기 때문에 겉보기에는 높은 탁도를 초래한다. 탁도 신호가 지속적으로 높은 지역, 특히 비교적 맑은 물이 있는 지역의 경우 신호의 일부는 바닥 반사 때문일 수 있다. 일반적으로 이것은 허리케인 이후의 탁도 영상에는 문제가 되지 않을 것이다. 왜냐하면 폭풍은 쉽게 충분한 침전물을 재충전하기 때문에 바닥 반사가 무시될 수 있기 때문이다.

구름은 인공위성으로 인한 탁도 해석에도 문제가 있다. 클라우드 제거 알고리즘은 완전히 흐린 픽셀에 대해 만족스러운 작업을 수행한다. 부분적으로 흐린 픽셀은 식별하기가 훨씬 어렵고 일반적으로 잘못된 높은 탁도 추정치를 초래한다. 구름 근처의 높은 탁도 값이 의심된다.

참고 항목

참조

참고: 이 페이지의 정보는 NOAA로부터 통합되었으며, 미국의 공정한 사용법에 따라 허용된다. 이 정보의 원천은 https://web.archive.org/web/20040902231404/http:///www.csc.noaa.gov/crs/cohab/hurricane/turbid.htm이다.